新能源汽車電機(jī)與驅(qū)動系統(tǒng)教案系列項(xiàng)目三-任務(wù)1-驅(qū)動電機(jī)認(rèn)知

—PAGE1——PAGE2—項(xiàng)目三驅(qū)動電機(jī)任務(wù)一驅(qū)動電機(jī)認(rèn)知教案上課時間：年月日課程名稱新能源汽車動力電池與驅(qū)動電機(jī)課時2課型班級教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)能夠描述驅(qū)動電機(jī)的功能和特點(diǎn)能夠描述驅(qū)動電機(jī)的類型能夠描述常見新能源汽車驅(qū)動電機(jī)的類型能力目標(biāo)能夠檢索資料，歸納常見的驅(qū)動電機(jī)類型和特點(diǎn)情感目標(biāo)教材分析重點(diǎn)驅(qū)動電機(jī)的功能和特點(diǎn)驅(qū)動電機(jī)的類型常見新能源汽車驅(qū)動電機(jī)的類型特點(diǎn)難點(diǎn)驅(qū)動電機(jī)的類型常見新能源汽車驅(qū)動電機(jī)的功能和特點(diǎn)方法理論教學(xué)法教具北汽EV160整車教學(xué)過程設(shè)計基本要素1.導(dǎo)課設(shè)計2.教學(xué)活動策劃3.時間分配4.教學(xué)內(nèi)容5.課后作業(yè)6.教學(xué)反思導(dǎo)課:一輛電動汽車無法高速行駛，你的主管初步診斷結(jié)果為驅(qū)動電機(jī)故障，讓你對電機(jī)進(jìn)行檢查，你能完成這個任務(wù)嗎?理論教學(xué)內(nèi)容：驅(qū)動電機(jī)的功能和特點(diǎn)電機(jī)，也稱“驅(qū)動電機(jī)”，是一種將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，并可以再使機(jī)械能產(chǎn)生動能，用來驅(qū)動其他裝置的電氣設(shè)備。驅(qū)動電機(jī)對于新能源汽車來說就像人的心臟一樣重要，它負(fù)責(zé)給整車提供驅(qū)動的力，是新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)的核心部件之一，如圖3-1-1所示。圖3-1-1新能源汽車主要部件驅(qū)動純電動汽車和混合動力汽車的電機(jī)需要在各個轉(zhuǎn)速下均能夠產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。圖3-1-2表示的是汽車驅(qū)動用電機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，這種曲線被稱為轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩曲線。汽車用驅(qū)動電機(jī)在中速以下時要求恒定功率輸出，轉(zhuǎn)矩與速度組合決定電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，根據(jù)坡道起步、急加速、行駛區(qū)域、高速巡航等不同的行駛狀態(tài)，會發(fā)生很大的變化。圖3-1-2汽車驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩要求新能源汽車采用的驅(qū)動電機(jī)有以下特點(diǎn)。體積小、功率密度大由于新能源汽車的整車空間有限，因此第一要求驅(qū)動電機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸要小。這就意味著電機(jī)系統(tǒng)（驅(qū)動電機(jī)+電機(jī)控制器）的尺寸將受到很大的限制，電機(jī)設(shè)計廠家必須想盡辦法縮小驅(qū)動電機(jī)的體積，即提高電機(jī)的功率密度和轉(zhuǎn)矩密度。尤其是民用的乘用車，對電機(jī)的體積限制要求很高，因此業(yè)內(nèi)一般選用高功率密度的永磁同步電機(jī)作為驅(qū)動電機(jī)解決方案的。效率高、高效區(qū)廣、質(zhì)量輕新能源汽車驅(qū)動電機(jī)的第二個特點(diǎn)就是效率要高、高效區(qū)要廣、質(zhì)量要輕。續(xù)航里程一直是新能源汽車的短板，而提升續(xù)航里程的方法就是提升驅(qū)動電機(jī)的效率，保證每千瓦·時電都能發(fā)揮最大的用處。驅(qū)動電機(jī)的高效工況區(qū)要夠廣，保證汽車在大部分工況下的都是處于高效狀態(tài)下。減輕電機(jī)質(zhì)量，也能間接降低整車的功耗，實(shí)現(xiàn)續(xù)航里程提升，如圖3-1-3所示。圖3-13提升續(xù)航里程的方法安全性與舒適度基于汽車用戶的體驗(yàn)，新能源汽車驅(qū)動電機(jī)還需關(guān)注電機(jī)自身的安全性和舒適度。安全性可以理解成電機(jī)的可靠性，即電機(jī)在惡劣環(huán)境下能否正常工作?？赏ㄟ^高低溫箱試驗(yàn)來進(jìn)行安全性能檢測。舒適度，即電機(jī)在運(yùn)行時是否會對駕駛?cè)水a(chǎn)生體驗(yàn)上的不適，關(guān)注的是電機(jī)運(yùn)行時的振動和噪聲情況，如圖3-1-4所示。圖3-1-4提升安全性與舒適性度的方法驅(qū)動電機(jī)類型電機(jī)（電動機(jī)）從很早以前就已經(jīng)實(shí)用化，并且產(chǎn)品種類、形式也越來越豐富。表3-1-1所示即為按照電機(jī)電源供給進(jìn)行的分類，主要包括有以下幾種類型。1)直流電機(jī)直流電機(jī)是輸出或輸入為直流電能的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，它是能實(shí)現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī)。圖3-1-5所示為直流電機(jī)基本結(jié)構(gòu)示意圖，它的固定部分（定子）上，裝設(shè)了一對直流勵磁的靜止的主磁極N和S，在旋轉(zhuǎn)部分（轉(zhuǎn)子）上裝設(shè)電樞鐵芯。定子與轉(zhuǎn)子之間有一氣隙。在電樞鐵芯上放置了由A和X兩根導(dǎo)體連成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別連到兩個圓弧形的銅片上，此銅片稱為換向片。換向片之間互相絕緣，由換向片構(gòu)成的整體稱為換向器。換向器固定在轉(zhuǎn)軸上，換向片與轉(zhuǎn)軸之間亦互相絕緣。在換向片上放置著一對固定不動的電刷B1和B2，當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞線圈通過換向片和電刷與外電路接通。圖3-1-5直流電機(jī)基本結(jié)構(gòu)示意圖感應(yīng)電動勢的方向按右手定則確定（磁感線指向手心，大拇指指向?qū)w運(yùn)動方向，其他四指的指向就是導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢的方向），如圖3-1-6所示。圖3-1-6電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向判定方法直流電機(jī)的勵磁方式是指對勵磁繞組如何供電、產(chǎn)生勵磁磁通勢而建立主磁場的問題。根據(jù)勵磁方式的不同，直流電機(jī)可分為下列幾種類型。（1）他勵直流電機(jī)。勵磁繞組與電樞繞組無連接關(guān)系，而由其他直流電源對勵磁繞組供電的直流電機(jī)稱為他勵直流電機(jī)，接線如圖3-1-7a)所示。圖中M表示電動機(jī)。永磁直流電機(jī)也可看作他勵直流電機(jī)。（2）并勵直流電機(jī)。并勵直流電機(jī)的勵磁繞組與電樞繞組相并聯(lián)，接線如圖3-1-7b）所示。作為并勵發(fā)電機(jī)來說，是電機(jī)本身發(fā)出來的端電壓為勵磁繞組供電；作為并勵電動機(jī)來說，勵磁繞組與電樞共用同一電源，從性能上講與他勵直流電機(jī)相同。（3）串勵直流電機(jī)。串勵直流電機(jī)的勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后，冉接于直流電源，接線如圖3-17c)所示。這種直流電機(jī)的勵磁電流就是電樞電流。復(fù)勵直流電機(jī)。復(fù)勵直流電機(jī)有并勵和串勵兩個勵磁繞組，接線如圖3-1-7d)所示。若串勵繞組產(chǎn)生的磁通勢與并勵繞組產(chǎn)生的磁通勢方向相同稱為積復(fù)勵。若兩個磁通勢方向相反，則稱為差復(fù)勵。2）感應(yīng)電機(jī)感應(yīng)電動機(jī)，又稱“異步電動機(jī)”，即轉(zhuǎn)子置于旋轉(zhuǎn)磁場中，在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，獲得一個轉(zhuǎn)動力矩，因而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子是可轉(zhuǎn)動的導(dǎo)體，通常多呈鼠籠狀，如圖3-1-8所示。感應(yīng)電機(jī)的籠型導(dǎo)體是將棒狀的導(dǎo)體排布在圓周上，在端部通過圓環(huán)短路。感應(yīng)電機(jī)的內(nèi)側(cè)為線槽，在其內(nèi)部纏繞繞組，繞組由U、V、W三組構(gòu)成三相分布組。圖3-1-9所示為感應(yīng)電機(jī)繞組。圖3-1-7直流電機(jī)勵磁方式圖3-1-8感應(yīng)電機(jī)三相分布繞組接通三相交流電流以后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，通過磁場旋轉(zhuǎn)移動，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體棒橫穿磁場，根據(jù)右手法則，在轉(zhuǎn)子內(nèi)產(chǎn)生電動勢，該電動勢使得電流在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體內(nèi)流動，再按照左手法則，由轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的電流與定子的勵磁產(chǎn)生力，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。感應(yīng)電機(jī)的主要特點(diǎn)是轉(zhuǎn)子與定子磁場變化之間存在轉(zhuǎn)速差。3）永磁同步電機(jī)同步電機(jī)是指轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速同步的電機(jī)，如圖3-1-10所示。圖3-19感應(yīng)電機(jī)繞組圖3-1-10同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁微體，轉(zhuǎn)子磁體的N極、S極隨著定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁場磁極的移動而旋轉(zhuǎn)。磁場產(chǎn)生磁通量，電樞完成電能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。永樓同步電機(jī)主要是由轉(zhuǎn)子、端蓋及定子等各部件組成的。一般來說，永磁同步電機(jī)的最大的特層是它的定子結(jié)構(gòu)與普通的感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)非常相似，主要是轉(zhuǎn)子的獨(dú)待的結(jié)構(gòu)與其他電機(jī)形成了差別。和常用的異步電機(jī)的最大不同則是轉(zhuǎn)子的獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)子上放有高質(zhì)量的永磁體磁極。由于在轉(zhuǎn)子上安放永磁體的位置有很多選擇，所以永磁同步電機(jī)通常會被分為三大類：內(nèi)嵌式（IPM）、面貼式（SPM）及插入式，如圖3-1-11所示。圖3-1-11永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子斷面用于汽車驅(qū)動的同步電機(jī)幾乎都為旋轉(zhuǎn)磁極式，轉(zhuǎn)子使用永磁體。此外，同步電機(jī)開環(huán)控制容易產(chǎn)生脫離同步運(yùn)轉(zhuǎn)的情況，因此需要對轉(zhuǎn)子的磁極位置進(jìn)行檢測，根據(jù)磁極的變化改變定子三相電纜電流的供給。永磁同步電動機(jī)由于轉(zhuǎn)子是永磁體勵磁，隨著轉(zhuǎn)速的升高，電壓會逐漸達(dá)到逆變器所能輸出的電壓極限，這時要想繼續(xù)升高轉(zhuǎn)速只有靠調(diào)節(jié)定子電流的大小和相位增加直軸去磁電流來等效弱磁提高轉(zhuǎn)速，電機(jī)的弱磁能力大小，主要與直軸電抗和反電勢大小有關(guān)，但永磁體串聯(lián)在直軸磁路中，所以直軸磁路一般磁阻較大，弱磁能力較小，電機(jī)反電勢較大時，也會降低電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。永磁式電動機(jī)結(jié)構(gòu)如圖3-1-12所示。磁阻電機(jī)為了提高弱磁能力，針對永磁同步電機(jī)提出了改進(jìn)電機(jī)本體結(jié)構(gòu)，從電機(jī)結(jié)構(gòu)的角度來研究弱磁能力，提出采用凸極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的永磁同步電機(jī)。凸極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)就是轉(zhuǎn)子的直軸磁阻大于交軸磁阻，表現(xiàn)為凸極電機(jī)的性質(zhì)。這樣，電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的組成就類似于普通的凸極永磁同步電機(jī)，由永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩組成。然而，永磁磁阻式同步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩又和普通凸極永磁同步電機(jī)有所不同，普通的凸極永磁同步電機(jī)的永磁磁場非常強(qiáng)，占轉(zhuǎn)矩的主要成分，但同時也造成了高速弱磁的困難。而在永磁磁阻式同步電機(jī)中，永磁含有量較小，永磁的主要作用是勵磁、提高功率因數(shù)、效率和較小逆變器的容量。由于永磁磁通量較小，因此弱磁容易，有很高的恒功率比范圍，如圖3-1-13所示。圖3-1-12永磁式電動機(jī)結(jié)構(gòu)圖3-1-13磁阻電機(jī)原理永磁磁阻式同步電機(jī)永磁含有量較小，因此弱磁容易，可以很方便地解決了永磁電動機(jī)的恒功率調(diào)節(jié)問題。常見新能源汽車驅(qū)動電機(jī)的類型特斯拉電機(jī)特斯拉電機(jī)為自主研發(fā)的三相感應(yīng)電機(jī)（圖3-1-14），擁有最優(yōu)的纏繞線性，能極大減少阻力和能量損耗。同時，相對整車，其電機(jī)體積非常小。通過高性能信號處理器將制動、加速、減速等需求轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，控制轉(zhuǎn)動變頻器將電池組的直流電與交流電相互轉(zhuǎn)換，以帶動三相感應(yīng)電動機(jī)提供汽車動力。比亞迪電機(jī)比亞迪電動汽車現(xiàn)在使用的電機(jī)為交流無刷永磁同步電機(jī)（圖3-1-15），通過采集電機(jī)旋變信號進(jìn)行工作。當(dāng)車輛要行駛時，電機(jī)通過旋轉(zhuǎn)變壓器檢測到電機(jī)的位置，位置信號通過控制器的處理，發(fā)送相關(guān)信號給控制器IGBT，邏輯信號控制IGBT開斷，控制器輸出的近似正弦波交流電。圖3-1-14特斯拉驅(qū)動電機(jī)圖3-1-15比亞迪E6驅(qū)動電機(jī)電機(jī)額定功率75kW，最大功率為120kW，電機(jī)由外圈的定子與內(nèi)圈的轉(zhuǎn)子組成，是汽車的唯一動力源，可向外輸出轉(zhuǎn)矩，張動汽車前進(jìn)后退；同時也可以作為發(fā)電機(jī)發(fā)電（例如，在高坡下滑、高速滑行以及制動過程中把勢能或者動能通過電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能存儲）。榮威E50電機(jī)榮威E50使用的電機(jī)是交流同步電機(jī)，電機(jī)總成采用DEXRON?HP油冷的方式冷卻（圖3-1-16）。圖3-1-16榮威E50驅(qū)動電機(jī)定子是由三相繞組構(gòu)成的回路，三相繞組分別為U/V/W，以Y形方式連接。Y形連接方式的特點(diǎn)是每個回路都連接在同一個端點(diǎn)，車輛的高壓電纜分別連接到電機(jī)的每個繞組上。驅(qū)動/發(fā)電電機(jī)轉(zhuǎn)子的兩端都由軸承支撐，定子產(chǎn)生磁場，并推動轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)順時針或逆時針的轉(zhuǎn)動。實(shí)訓(xùn)操作：工作準(zhǔn)備（1）防護(hù)裝備：常規(guī)實(shí)訓(xùn)著裝。（2）車輛、臺架、總成：北汽新能源純電動汽車、比亞迪秦、榮威E50；或其他同類新能源汽車。（3）專用工具、設(shè)備：無。（4）手工工具：無。（5）輔助材料：無。實(shí)施步驟參觀實(shí)訓(xùn)室的驅(qū)動電機(jī)掛圖、模型；檢索資料，或網(wǎng)上搜索或走訪周邊汽車銷售店面，了解驅(qū)動電機(jī)的類型和特點(diǎn)。提示：以下為具有代表性的北汽新能源純電動汽車、比亞迪秦和榮威E50驅(qū)動電機(jī)的類型和特點(diǎn)。北汽新能源驅(qū)動電機(jī)認(rèn)知如圖3-1-17是北汽新能源E150EV的驅(qū)動電機(jī)，圖3-1-18是E150EV的電機(jī)控制器，圖3-1-19是EV200的電機(jī)控制器?？刂品绞饺缦拢候?qū)動電機(jī)控制器將動力電池提供的直流電轉(zhuǎn)化為交流電，然后輸出給電機(jī)；通過電機(jī)的正轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)整車加速、減速；通過電機(jī)的反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)倒車。驅(qū)動電機(jī)控制器通過有效的控制策略，控制動力總成以最佳方式協(xié)調(diào)工作。圖3-1-17E15OEV驅(qū)動電機(jī)2.比亞迪秦驅(qū)動電機(jī)認(rèn)知BYD-TYC110A電機(jī)主要配備比亞迪HA的新能源車型上。圖3-1-18E150BV電機(jī)控制器圖3-1-19EV200電機(jī)控制器BYD-TYC110A電機(jī)外形尺寸（包括后箱體和減沫器前箱體）BDY:TYC1OA電機(jī)外形尺寸為：A×B×C=403mm×361mm×64mm,如圖3-1-20所示。圖3-1-20比亞迪驅(qū)動電機(jī)外形尺寸BYD-TYC110A電機(jī)外部零部件BYD-TYC110A電機(jī)外部零部件如圖3-1-21所示。BYD-TYC110A電機(jī)技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)見表3-1-2。圖3-1-21比亞迪驅(qū)動電機(jī)外部零件驅(qū)動電機(jī)維修說明（1）電機(jī)內(nèi)部。①維修裝配時都要清潔電機(jī)內(nèi)部，不能有雜質(zhì)。②電機(jī)在修理后，電機(jī)應(yīng)空轉(zhuǎn)靈活，無定子與轉(zhuǎn)子相擦現(xiàn)象或異常響聲（如周期性的異響、軸承受損后的異響、微小異物卡滯在轉(zhuǎn)動部位引起的異響等）。密封處。①徹底清洗接合面。②接合面一定要涂抹密封膠（耐油硅酮密封膠M-1213型）。接合面為：通氣塞螺紋、排氣管螺紋、擋水板與后箱體接合處、后箱體與減速器前箱體接合處。③銘牌要用AB膠涂抹接合處。（3）螺栓。電機(jī)上所有的螺栓要用螺紋膠賽特242涂抹緊固，擰緊時有要求擰緊力矩請按規(guī)定力矩擰緊。如果螺栓有裂紋或者損壞，請及時更換。螺栓擰緊后用油漆筆作標(biāo)記。（4）軸承。①安裝軸承前要將箱體置于120℃烤箱中加熱30min。②安裝過程時，采用規(guī)定的工裝進(jìn)行操作。（5）裝配時用油脂處。①三相動力線束總成與后箱體裝配孔裝配時涂抹油脂。②旋變接插件與后箱體裝配時涂抹潤滑油。3.榮威E50驅(qū)動電機(jī)認(rèn)知1)驅(qū)動電機(jī)據(jù)動電機(jī)為三相交流電機(jī)，接受PEB的控制，是整個車輛的動力源。電機(jī)技術(shù)參數(shù)如表3-1-3。驅(qū)動電機(jī)操作注意事項(xiàng)由于驅(qū)動電機(jī)工作時的環(huán)境是高電壓，大電流，所以，在操作時一定要注意以下幾點(diǎn)：產(chǎn)品運(yùn)輸及安裝過程中應(yīng)避免碰撞、跌落及和人體的擠壓。（2）存儲環(huán)境應(yīng)干燥，在拆開電機(jī)包裝時的環(huán)境要求為：溫度在-25~+55℃范圍內(nèi)，濕度為10%~70%RH范圍內(nèi)。（3）電機(jī)在安裝使用前，必須進(jìn)行絕緣檢查（接線端子對機(jī)殼的絕緣電阻應(yīng)大于250MΩ）（4）電機(jī)在安裝使用前，旋轉(zhuǎn)電機(jī)輸出軸應(yīng)能靈活轉(zhuǎn)動，檢查電機(jī)外觀應(yīng)無機(jī)殼破損或異常形變情況。（5）電機(jī)在安裝使用前，檢查三相線束導(dǎo)電部分及電機(jī)強(qiáng)電接口應(yīng)清潔無異物油脂。（6）低壓接插件為塑料件，安裝過程中應(yīng)避免與堅硬物體直接碰撞或受力。（7）電機(jī)轉(zhuǎn)子帶強(qiáng)磁性，電機(jī)除高低壓蓋板外，其余零部件禁止拆裝。驅(qū)動電機(jī)動力輸出榮威驅(qū)動電機(jī)功率表如圖3-1-22所示。圖3-1-22榮威驅(qū)動電機(jī)功率表課后作業(yè)：填空題（1）電機(jī)是一種將_______轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，并再使機(jī)械能產(chǎn)生_______，用來_______其他裝置的電氣設(shè)備。（2）直流發(fā)電機(jī)的工作原理就是把電樞線圈中感應(yīng)的_______，靠_______配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時變?yōu)橹绷麟妱觿莸脑?。?）用于汽車驅(qū)動的同步電機(jī)