1、教案科目： 新能源汽车驱动电机与控制技术专业：新能源汽车检测与维修班别： 新能源 1801 班任课教师：教研室主任签名： 教务科长签名：二一九 二二学年第二学期（2020 年 3 月 18 日 20 20 年 7 月 25 日）授课新能源 1801/1802/1803 班第 2 周星期三2020 年 3 月 18 日 15:00-16:00时间班第 2 周星期三2020 年 2月 17 日第 3、4 节授课永磁同步电机检测章节教1能通过与客户交流、查阅相关维修技术资料等方式获取车辆信息。学2能根据故障现象选择合适的维修手册。目标教学重点：了解永磁同步电机的结构重点难点：掌握了解永磁同步电机的检
2、测方法难点教学讲授方式教具学习通新课程引入（10 分钟）现在新能源汽车的几大部件有哪些？ 新课程内容（60 分钟）电机驱动系统概述电机驱动系统一般由电机、电机控制器 （功率变换器）等组成，如图 1-1-1 所示。 电机是以磁场为媒介进行电能和机械能互相转换的电磁装置，在电动汽车驱动过程中作为电动机运行将动力电池中存储的电能转换为机械能驱动车辆运行，在制动或减速过程中作为发 电視电机运行将机械能转化为电能存储在动力电池中。电机控制器（功率变换器）输出特定的电压和电流调节电机的运行以产生所需的转矩和转速。在能量变换过程中存在电能、机械能和磁场能量损失，这会影响能量 电机控制器转换效率，但是一般来说
3、电机的能量转换效率都要远远高于其他设备的能量转换效率。相对于内燃机来说，电机的主要优势在 图 1-1-1 电机与发电机作用于它可以在低速运教 行时提供较大的峰值转矩并且可以短时间内提供额定功率2 倍以上的瞬时功率，这些可学 以给车辆带来出色的低速加速性能，在减速或制动时还可以实现再生制动，同时在低速内 行驶范围电机的能量转换效率远远高于内燃机，所以电动汽车在低速及中低速行驶时在容 能源利用效率和加速性能方面明显优于内燃机汽车。和步骤2.电磁转换基本原理所有的电机在电动运行时将电能转换为机械能，在发电时将机械能转化为电能。同一台电机既可以作为电动机也可以作为发电机，而只需要相应改变控制算法便可完
4、成功率转换。必须指出，虽然功率转换的可逆性是电机的普遍原理，但在电机设计和控制上是有所偏重的。电机是指依据电磁感应原理实现电能的生产、传输和使用的能量转换机械。电生磁是奥斯特发现的，其现象是通电导体周围存在磁场。电和磁是不可分割的，它们始终交织在一起，简单地说，就是电生磁、磁生电。如果一条直的金属导线通过电流，那么导线周围的空间将产生圆形磁场，导线中流过的电流越大，产生的磁场越强。磁场呈圆形，围绕导线周围。磁场方向可以依据右手螺旋定则（又称安培定则）来确定：将右手拇指伸出，其余四指并拢弯向掌心。这时，四指的方向为磁场方向，拇指的方向是电流方向，如图 1-1-2 所示。这种直导线产生的磁场类似于
5、在导线周围安置了一圈 NS 极首尾相接的小磁铁的效果，图中的黑点代表电流流出的方向。左手定则（又称电动机定则）：伸出左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感应线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向，如图1-1-3 所示。小结（10 分钟）电机驱动系统一般由电机、电机控制器 （功率变换器）等组成，电机是以磁场为媒介进行电能和机械能互相转换的电磁装置相对于内燃机来说，电机的主要优势在电机与发电机作用于它可以在低速运行时提供较大的峰值转矩并且可以短时间内提供额定功率2 倍以上的瞬时功率思考学习通作业发布题或作业大班教学学生
6、互动效果一般。后记授课新能源 1801/1802/1803 班第 3 周星期三2020 年 3 月 25 日 15:00-16:00时间班第 2 周星期三2020 年 2月 17 日第 3、4 节授课永磁同步电机更换章节教1能通过与客户交流、查阅相关维修技术资料等方式获取车辆信息。学2能根据故障现象选择合适的维修手册。目标教学重点：了解永磁同步电机的工作原理重点难点：掌握永磁同步电机更换方法 难点教学讲授方式教具学习通复习（5 分钟）电机驱动系统一般由电机、电机控制器 （功率变换器）等组成。电机是以磁场为媒介进行电能和机械能互相转换的电磁装置新课程引入（10 分钟） 新课程内容（55 分钟）
7、一、驱动电机基本概念纯电动汽车与普通燃油汽车最主要的区别在于电机驱动系统，电机往往具有电驱动和发电两种功能，满足车辆在驱动行驶和减速制动等多种工作模式的需要。驱动电机系统是纯电动汽车三大核心系统之一，是车辆行驶的主要执行机构，其特性决定了车辆的主要性能指标，直接影响车辆动力性、经济性和驾乘感受。1. 纯电动汽车对电动机的基本要求纯电动汽车上驱动电机的运行与一般的工业应用不同，工况非常复杂，对驱动电机有很教高的要求。学1） 纯电动汽车用驱动电机应具有瞬时功率大，过载能力强（过载系数应为 34），加内速性能好，使用寿命长的特点。容2） 纯电动汽车用驱动电机应具有宽广的调速范围，包括恒转矩区和恒功率
8、区。在恒转和矩区，要求低速运行时具有大转矩，以满足起步和爬坡的要求；在恒功率区，要求低转步矩时具有较高速度，以满足汽车在平坦路面能够高速行驶。骤3） 纯电动汽车用驱动电机应能够在汽车减速时实现再生制动，将能量回收并反馈回动力电池，提高纯电动汽车的能量利用率。这是在内燃机汽车上所不能实现的。 4）纯电动汽车用驱动电机应在整个运行范围内，具有高的效率，以提高单次充电续驶里 程 。 5）纯电动汽车用驱动电机还应具有可靠性高，能够在恶劣环境下长期工作，结构简单重量轻，运行噪声低，维修方便，价格便宜等特点。2. 电机能量转换特点电机是指依据电磁感应原理实现电能的生产、传输和使用的能量转换机械，如图1-2
9、-1 所示发电机：将机械能转换为电能电动机：将电能转换为机械能电机的可逆性：一台电机既可以做电动机运行， 也可以做发电机运行小结（10 分钟）电机往往具有电驱动和发电两种功能，满足车辆在驱动行驶和减速制动等多种工作模式的需要。纯电动汽车用驱动电机应具有宽广的调速范围，包括恒转矩区和恒功率区。在恒转矩区， 要求低速运行时具有大转矩，以满足起步和爬坡的要求；在恒功率区，要求低转矩时具有较高速度，以满足汽车在平坦路面能够高速行驶。电机是指依据电磁感应原理实现电能的生产、传输和使用的能量转换机械思考题或作业学习通作业发布后记授课时间授课章节教 学 目 标 教学重点难点教学方式教具教 学 内 容 和 步
10、骤新能源 1801/1802/1803 班第 4 周星期四2020 年 4 月 2 日 10:30-11:30班第 2 周星期三感应电机检测2020 年 2月 17 日第 3、4 节能根据故障现象选择合适的维修手册。能正确对交流感应电机进行拆卸及安装。重点：掌握感应电机的检测方法难点：感应电机的工作原理讲授学习通复习（5 分钟）电机往往具有电驱动和发电两种功能，满足车辆在驱动行驶和减速制动等多种工作模式的需要。新课程引入（10 分钟）特斯拉汽车使用的驱动电机是什么类型？ 新课程内容（55 分钟）一、感应电机基本概念在 20 世纪 80 年代之前，电动车的原型机中多使用直流电机，其特性非常适合道
11、路负载并且控制简单。然而，体积大和需要维护的特点限制了其在电动车乃至电机驱动领域的应用。现代电动汽车中大都采用交流电机，包括感应电机、永磁电机和开关磁阻电机。其中，感应电机技术非常成熟，过去半个世纪在感应电机驱动方面进行了大量的研究和开发工作。感应电机是目前工业中应用十分广泛的一类电机，其特点是定、转子由硅钢片叠压而成，两端用倡盖封装、定子、转子之间没有互相接触的机械部件，结构简单， 运行可靠耐用，维修方便。由于感应电机的转子上没有水画体，也无需换向器、电剧，使得感应电机具有结构简单， 制造方便，成本低、可靠性好等化点， 感应电机的控制也较为成熟。感应电机在高速运转时，电机转子发热严重，工作时
12、要保证电机冷却，同时感应电机的驱动和控制系统较复杂，运行时还需要变频器提供额外的无功功率来建立避场，故相比永磁同步电机和开关磁阻电机，感应电机的效率和功率密度偏低，不是能效最优化的选择。感应电机在新能源汽车上应用较多的地区是美国，这被认为和路况有关。在美国，高速公路具有一定的规模，除了大城市外，汽车一般以一定的高速持续行驶，所以高速运转而且在高速时有较高效率的感应电机得到了广泛应用。二、感应电机的组成结构感应电机由定子和转子两个基本部分组成。1.定子定子在空间静止不动，主要由定子铁心、定子绕组、机座和底脚等部分组成。（1） 定子铁心定子铁心呈圆筒状，装入机座内，它是电机主磁通磁路的一部分（2）
13、 定子绕组定子绕组由在空间相差 120电角度，对称排列的结构完全相等的三相绕组组成。（3） 机座机座通常由铸钢或诗铁组成，是整个电机的支撑部分。为了加强散热能力， 其外表面有散热筋。2.转子转子是电动机的旋转部分，转子由转子铁心和转子绕组组成。（1） 转子铁心转子铁心是电动机主磁通的一部分。转子铁心固定在转轴上，可绕轴转动。与定子铁心一样，转子铁心也是由0.5mm 厚的硅钢片冲压而成。（2） 转子隐组 转子绕组是自成团路的短路线险。 转子绕里不需外援电源供电，其电施是山电磁感应作用产生的。 它有商种结构形式：笼型转子和绕组型转子三个集电环之间，以及它们与转轴之间都是彼此绝缘的。集电环与固定在端
14、盖上的电刷架内的电刷滑动接触。三相绕组的首端就通过这种电刷、集电环结构与外部变阻器相连接。小结（10 分钟）感应电机是是定、转子由硅钢片叠压而成，两端用倡盖封装、定子、转子之间没有互相接触的机械部件，结构简单，运行可靠耐用，维修方便。感应电机的转子上没有水画体，也无需换向器、电剧，使得感应电机具有结构简单，制造方便，成本低、可靠性好等化点，定子在空间静止不动，主要由定子铁心、定子绕组、机座和底脚等部分组成。2.转子转子是电动机的旋转部分，转子由转子铁心和转子绕组组成。思考题或作业学习通作业发布后记授课新能源 1801/1802/1803 班第 5 周星期三2020 年 4 月 8 日 15:0
15、0-16:00 时间班第 2 周星期三2020 年 2月 17 日第 3、4 节授课开关磁阻电机检测章节教能通过与客户交流、查阅相关维修技术资料等方式获取车辆信息。学能根据故障现象选择合适的维修手册。目标教学重点：掌握开关磁阻电机的检测方法重点难点：开关磁阻电机的工作原理难点教学讲授方式教具学习通复习（5 分钟）感应电机是是定、转子由硅钢片叠压而成，两端用倡盖封装、定子、转子之间没有互相接触的机械部件，结构简单，运行可靠耐用，维修方便。新课程引入（10 分钟）大型货车一般采用什么类型的驱动电机？ 新课程内容（55 分钟）教1.4.1 开关磁阻电机基本概念学1.开关磁阻电机控制系统内开关破阻电机
16、控制系统（SwitchedReluctanceMotorDriveSystem,简称SRD）容主要由四部分组成；开关磁阻电机、功率变换器、控制器及位置检测器。和开关磁阻电机是SRD系统中实现能量转换的部件，也是SRD系统区别于其他电动步机驱动系统的主要标志。骤控制器是系统的中枢。它综合处理速度指令、 速度反馈信号及电流传感器、位置传感器的反馈信息，控制功率变换器中主开关器件的工作状态，实现对SR电机运行状态的控制。开关磁阻电机控制系统的优点（1）开关磁阻电机结构简单、成本低、适合于高速运行电机各相独立工作，系统可靠性高电机各相绕组和磁路相互独立，各自在一定轴角范围内产生电磁转矩，而不像其他电机
17、必须在各相绕组和磁路共同作用下产生圆形磁场。（3）开关磁阻电机转矩方向只与各相通电顺序有关，而和烧组电流的方向无关。起动转矩高，起动电流小从电源吸收较少的起动电流，能得到较大的起动转矩是开关磁阻电机调速系统的一大特点。（5）可控参数多，调速性能好开关磁阻电机的控制参数有开通角、关断角、电压等。控制灵活方便，可以根据对电机的运行要求和电机的情况，采用不同控制方法和参数值， 还可以实现各种不同要求的转矩一速度特性曲线。 (6）适用于频繁起动、停车及正反转运行（7）效率高，损耗小 开关磁阻电机控制系统的电机转子上无绕组，没有钢损，可控参数多，灵活方便，易于在宽转速范围和不同负载下实现高效优化控制，其
18、系统效率在很宽范围内都在 87%以上。3.开关磁阻电机的缺点 1）由于是磁阻式电机，其能量转换密度低于电磁式电动机2） 转矩脉动较大，通常开关磁阻电机转矩脉动的典型值为 15%上下。由转矩脉动所导致的噪声及谐振问题也较为突出。3） 电机相数越多，所需功率器件越多。4） 需要位置检测，增加了系统的复杂性和成本，降低其可靠性。1.4.2 开关磁阻电机结构1. 开关破阻电机结构特点 1）定子和转子均为凸极结构。2） 定子上空间相对的两个极上的线圈串联或并联构成一相绕组。3） 定子集中绕组、绕组为单方向通电。4） 转子上无绕组。2. 开关磁限电机结构（1） 双凸极结构开关磁阻电机的工作原理澄循己阻最小
19、原理，即憑過总是要沿着磁阻最小路径闭合。因此，它的结构原则是转子旋转时磁路的磁阻要有尽可能大的变化。所以，开关磁阻电机采用凸极定子和凸极转子的双凸极结构, 并且定转子极数不同。与普通电机一样转子与定子之间有很小的健隙，转子可在定子内自由转动。 双凸极结构如图 1-4-3所示。（2） 定子开关磁阻电机的定子铁心有六个凸极，由导磁良好的硅钢片冲压后加而成。（3） 转子开关破阻电机的转子铁心有四个凸极，由导磁良好的硅钢片冲制后叠压而成。（4） 定子绕组在定子凸极上绕有线测，是向开关破阻电机提供工作磁场的励磁绕组。小结（10 分钟）开关破阻电机控制系统（SwitchedReluctanceMotorD
20、riveSystem,简称SRD） 主要由四部分组成；开关磁阻电机、功率变换器、控制器及位置检测器。开关破阻电机优点和缺点。思考学习通作业发布题或作业后记授课新能源 1801 班班第 6 周星期一2020 年 4 月 13 日第 1、2 节时间班第 2 周星期三2020 年 2月 17 日第 3、4 节授课永磁同步电机检测章节教能根据维修手册对永磁同步电机进行检测。学能正确使用安全防护套装及工具。目标教学重点：能根据故障信息检修永磁同步电机重点难点：永磁同步电机的工作原理难点教学讲授方式教具学习通复习（5 分钟）开关破阻电机控制系统（SwitchedReluctanceMotorDriveSy
21、stem,简称SRD） 主要由四部分组成；开关磁阻电机、功率变换器、控制器及位置检测器。新课程引入（10 分钟）电磁现象在电机上的应用有哪些？ 新课程内容（55 分钟）电机基本工作原理直流电机是直流发电机和直流电动机的总称。直流电机具有可逆性，既可以作直流发电机使用，也可作直流电动机使用。作为发电机使用时，将机械能转换成直流电能输出； 作为电动机使用时，则将电能转换成机械能输出。教N、S 为定子上固定不动的两个主磁极，主磁极可以采用永久磁铁，也可以采用电磁铁，学在电磁铁的励磁绕组上通以方向不变的直流电流便形成一定极性的磁极内在两个主磁极N、S之间装有一个可北磁极磁力线南繼板以转动的线圈，线圈容
22、首末两端分别连接到换向器上。线圈与换向器固定在一起随主轴转动，换向器中间分成和了两部分，分别与电刷A 和 B 滑动接触。步电刷A与电源正极连接，电刷B与电源负极连接。线圈位于图示中的位置时，骤线 换向署圈瞬时电流的流向为电源正极电刷 A 换向 电刷 A 电刷 B 器 a 一b-+c-d 一换向器电刷B 一电源负极。根据电磁力定律，载流导体ab、cd 图 1-1-13 电机工作原理都受到电磁力的作用， 其方向如图中绿色箭头方向。导体所受电磁力的方向用左手定则确定，在此瞬时， ab 位于 N 极下，受力方向向下，ed 位于S 极下，受力方向向上，电磁力对主轴和线圈形成了电磁转矩，线圈与主轴将进行逆
23、时针旋转当线圈转到 90，电刷不与换向器接触，而与换向器之间的绝缘缝隙接触，此时线圈中没有电流流过，但由于机械惯性的作用，线圈仍能转过一个角度，电刷A、B 又将分别与换向器对向的部分接触，线圈中又有电流流过，此时导体ab、ed 中的电流改变了方向，线圈仍然受到逆时针方向电磁转矩的作用，线圈适中保持同一方向旋转。直流电机、交流异步电机和永磁同步电机转矩的产生都基于电磁感应定律；开关磁阻电机基于磁阻最小原理进行工作。以直流电机为例，在直流电机中导体形成一个线 b 圈，如图 1-1-14 所示，A 端连接正电极，B 端连接负N 电极，定子磁极N 级位于线圈上部，S 级位于线圈下換向器部， 磁场方向从
24、上向下，由于线圈通电，根据左手定 1 则，ab 段线圈受到向左的电磁力， cd段的线圈受到向d 右的电磁力，整个转子线圈在电磁力作用下随之旋转产 S 生机械能。直流电机中，换向器随着线圈共同转动，电 电刷B 刷可持续为线圈供电， 线圈能持续产生转矩旋转。电机进行能量转换时存在能量损耗，主要有铜损、 图 1-1-14 直流电机产生转矩原理机械损耗、铁心损耗、杂散损耗四种。电枢绕组铜导线存在电阻，电流流过时产生的损耗为R（简称铜损），铜损的大小与电流和绕组损耗有关。机械损耗主要是电机运行过程中的摩擦和通风导致的损耗。铁损是铁心中的磁滞损耗和涡流损耗之和，铁磁材料置于交变磁场中时，磁畴互相间不停地摩
25、擦造成的损耗成为磁滞损耗，铁心中感应产生涡流带来的损耗成为涡流损耗。为减小涡流损耗，电机和变压器的铁心都用含硅量较高的薄硅钢片叠成，铁损随着交变磁场频率的增加而增加。杂散损耗包括由于趋肤效应等因素引起的损耗。电机损耗的准确计算非常复杂，可基于经验公式进行。趋肤效应指导体中有交流电时，导体内部电流分布不均匀，电流集中在导体的“皮肤”部分，也就是说电流集中在导体外表，越靠近导体表面，电流密度越大。小结（10 分钟）直流电机是直流发电机和直流电动机的总称。直流电机具有可逆性，既可以作直流发电机使用，也可作直流电动机使用。开关磁阻电机基于磁阻最小原理进行工作思考学习通作业发布题或作业后记授课时间授课章
26、节教 学 目 标 教学重点新能源 1801 班班第 6 周星期三2020 年 4 月 15 日第 1、2 节班第 2 周星期三2020 年 2月 17 日第 3、4 节永磁同步电机检测(2)能正确将永磁同步电机进行拆解。能根据维修手册对永磁同步电机进行检测。重点：能根据维修手册对完成永磁同步电机的修理难点：永磁同步电机的应用范围难点教学讲授方式教具学习通复习（5 分钟）开关磁阻电机基于磁阻最小原理进行工作新课程引入（10 分钟）国内新能源汽车大多数使用什么驱动电机新课程内容（55 分钟）永磁同步电机概述与传统的励磁电机相比，永磁电机特别是稀土永磁电机，其具有体积小、重量轻、惯性小、响应快、高转
27、矩/惯量比和高速度/重量比，高效率和高起动转矩，高功率因数，以及省电和运行可靠等显著优点。因而其应用范围极为广泛，几乎遍及航天、国防、工农生产和日常生活的各个领域。永磁同步电机结构永磁同步电机属于交流电机，定子绕组与交流异步电机相同。它的转子旋转速度与定子绕组所产生的旋转磁场的速度是一样的，所以称为同步电机。同步电动机的电流在相位上是超前于电压的，即同步电动机是一个容性负载。永磁同步电机主要由机壳、定子和转子组成。定子包括定子铁心和定子绕组，定子绕组镶嵌在定子铁心中，绕组的作用是通电时可以产生磁场，铁心的作用是可以提高导磁率。永磁同步电机与普通三相交流异步电机的不同是转子结构，转子上安装有永磁
28、体磁极。永磁磁极外凸镶嵌在转子铁心外侧，组成若干对磁极。教将转子和转轴做成一体，两端用轴承安装在机壳上，转子前端安装有散热风扇随轴转动，学在定子绕组不断通电产生的磁场吸引下，转子即随定子产生的旋转磁场进行运转。内永磁同步电机工作原理容在永磁同步电机系统中，电机的输出动作主要是靠控制单元给定命令执行， 即控制和器输出命令。控制器主要是将输入的直流电逆变成电压、频率可调的三相交流电，供给步配套的三相交流永磁同步电机使用。骤电机控制器输出频率和幅值可变的 红电星U、V、W 三相交流电给电机形成旋转磁场，电机通过位置传感器将电机转子当前的位置发送给电机控制器，以供控制器进行参考控制。旋转磁场与转子永久
29、磁铁所产生 永磁同步电机与控制器的磁场相互作用产生转矩，拖动转子同步旋转，通过位置传感器实时读取转子磁铁位置，变换成电信号控制控制器中的逆变器功率器件开关，调节电流频率和相位，使定子和转子磁动势保持稳定的位置关系，才能产生相定的转矩，定子绕组中的电流大小是由负载决定的。定子绕组中三相电流的频率和相位随转子位置的变化而变化，使三相电流合成一个与转子同步的旋转磁场，通过电力电子器件构成的逆变电路的开关变化实现三相电流的换相，代替了机械换向器，如图 1-1-19 所示。永磁同步电动机定子的反电动势和电流波形均为正弦波，并且保持同相，其可以获得与直流电机相同的转矩特性，而且能实现恒转矩的调速特性。当定
30、子产生一对磁极，上部为 S 极，下部为N 极时，会将转子吸引到当前位置即转子N 极向上，S 极向下。在有负载状态下，定子旋转磁场在转速上微微领先转子一点，吸引转子以旋转磁场的转速进行旋转，在理想空载状态下转子与旋转磁场是完全对应的，在转子主动旋转，转子磁场会切割定子的磁场从而产生感生电流，此时状态为发电机，电动车制动能量回收就是利用这种工作原理而来的。北汽 EV160 永磁同步电机结构北汽 EV160 使用的永磁同步电机结构。机壳中含有冷却水道，电机端盖上有旋转变压器，用以监测转子位置。控制器解码后可以获知电机转速，定子上有 2 个温度传感器，埋设在定子绕组中，用以监测电机的绕组温度，控制器可
31、以通过加速冷却风扇运转与降功率运行等措施保护电机避免过热。旋转变压器是转子位置传感器，用于确定电机转子的位置，便于电机控制器输出正确相位和频率的电压控制电机运转。旋转变压器转子安装在电机转子上，随其共同转动，旋转变压器定子安装在驱动电机后盖上。旋转变压器用来测定转子磁极位置，从而为电机控制器内的逆变器（IGBT 模块）提供正确的换向信息，作为角度位置传感元件。常用的有光学编码器、磁性编码器和旋转变压器，由于制造和精度的原因，磁性编码器没有其他两种普及。光学编码器的输出信号是脉冲，因为是天然的数字信号，数据处理比较方便，因而得到了很好的应用，但信号处理电路比较复杂，价格较高。旋转变压器具有特别优
32、良的可靠性和足够高的精度，适应更高的转速，在永磁同步电机领域逐渐替代了光学编码器，应用越来越广泛。从原理上看，旋转变压器相当于一台可以转动的变压器。 当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时，输出绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或保持某一比例关系，或在一定转角范围内与转角呈线性关系。旋转变压器定子上绕有励磁绕组、正弦绕组和余弦绕组。每个齿上的励磁绕组匣数相等， 相邻两齿励磁绕组绕向相反旋转变压器定子齿上正弦绕组的数随定子次序呈正弦分布，然后交替反向，具体方向也服从正弦分布。定子齿上余弦绕组的数随定子次序呈余弦分布，绕向与正弦分布相似。旋转变压器定子上有励磁绕组、正弦绕组和余弦绕组，转
33、子上有 4 个凸起，电机工作时， 旋转变压器定子绕组上的励磁绕组产生频率为 10kHz，幅值为 7.5V 的正弦波形作为基准信号。当电机转子与旋转变压器转子一起转动时，旋转变压器转子转过定子线圈，改变了定子线圈与转子之间的磁通，使得正弦绕组和余弦绕组受励磁绕组感应，信号幅值产生一定变化，呈正弦和余弦波形。波形的幅值和相位因与电机转子同转的旋转变压器转子的变化而变化，由此可判断出电机转子的位置、转速及旋转方向，旋变波形如图1-1-32 所示驱动电机从左至右由电机吊装支架、旋转变压器盖、电机接线盒、左端盖、电机壳体（包括定子与转子）、右端盖组成EV160驱动电机的转子外形如图 1-1-34 所示。
34、转子由硅钢片叠压而成，内部嵌有永磁体，两端有轴承支撑转子的旋转运动，左端是电机转子带有花键的输出轴。EV160 驱动电机定子共有三相绕组形成定子绕组，定子绕组内埋设有温度传感器，用来监控电机定子温度，当温度过高时，电动冷却液循环泵将加速运转给电机降温，电机外壳上有一进一出两个水管，用于冷却液循环给定子降温，如图1-1-35 所示。驱动电机系统状态和故障信息会通过整车CAN 网络上传给整车控制器（VCU)，传输通道是两根信号线束，如图 1-1-36 所示，分别是电机到控制器的 19PIN 插件和控制器到VCU 的 35PIN 插件。小结（10 分钟）控制器主要是将输入的直流电逆变成电压、频率可调
35、的三相交流电，供给配套的三相交流永磁同步电机使用。电机控制器输出频率和幅值可变的 红电星U、V、W 三相交流电给电机形成旋转磁场， 电机通过位置传感器将电机转子当前的位置发送给电机控制器，以供控制器进行参考控制。在有负载状态下，定子旋转磁场在转速上微微领先转子一点，吸引转子以旋转磁场的转速进行旋转，在理想空载状态下转子与旋转磁场是完全对应的，旋转变压器相当于一台可以转动的变压器。当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时，输出绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或保持某一比例关系，或在一定转角范围内与转角呈线性关系。思考题或作业学习通作业发布后记授课新能源 1801 班班第 6 周星期四2
36、020 年 4 月 16 日第 5、6 节时间班第 2 周星期三2020 年 2月 17 日第 3、4 节授课永磁同步电机更换(2) 章节教能根据维修手册将拆卸电机所需的其他部件进行拆卸。学能正确对高压部件进行安全防护拆装。目标教学重点：能根据维修手册对永磁同步电机进行更换重点难点：永磁同步电机更换的注意事项难点教学讲授方式教具学习通复习（5 分钟）在有负载状态下，定子旋转磁场在转速上微微领先转子一点，吸引转子以旋转磁场的转速进行旋转，在理想空载状态下转子与旋转磁场是完全对应的新课程引入（10 分钟）教 你知道如何完成驱动电机的更换吗？ 学 新课程内容（55 分钟）内 EV160 驱动电机的更
37、换容 当出现驱动电池运行中异响、驱动电机转子消磁、驱动电机温度传感器损坏、驱动电机和 绝缘故障、驱动电机无法运转等问题时，需将驱动电机从车身上拆下进行检测维修或更步 换。安全注意事项：拆卸电机之前必须严格按照规范进行下电操作，因为拆卸驱动电机骤 需要断开电机与电机控制器之间的高压线束，要注意高压安全防护。为确保安全，最好由两人共同完成电机及减速器的拆装。（1)EV160驱动电机的拆卸过程1）按照规范进行下电操作。2） 拆下电机控制器低压线束插头。3） 拆下电机控制器上高压直流母线插头。4） 拆下电机控制器上三相动力线束插头5） 撬下左右前轮装饰盖，用冲子冲开半轴螺母的锁片。6） 拆下左右前轮半
38、轴螺母， 交叉旋松左右前轮紧固螺母7） 拧松膨胀水箱盖， 举升车辆离地面一定距离。8） 拆下左右前轮、拆下左右前轮速传感器。9） 拆下左右减振器与转向节连接螺检。10） 拔出两根宇轴并将半轴及转向节固定，以免半轴脱出以及避免拉扯制动轮缸的制 动软管11） 举升车辆至合适高度，拆下散热器冷却液放水塞，放掉冷却液。12） 拆下驱动电机的进出水管卡籠，拨出水管13） 拆下电动空调压缩机及电动真空泵14） 拆下电机底部 3 个固定螺栓。用托盘千斤顶顶住电机底部，稍微托举起电机、 避免电机及减速器两侧的固定螺栓受到电机及减速器的重力下重而影响拆下固定螺栓。15）拆下左侧和右侧的各 3 个固定螺栓，拆下左
39、右半轴的固定铁丝，缓慢降下托盘千斤顶，注意不要遗漏未拆卸的连接电路、管路，一边降托盘千斤顶一边观察电机及减速器与其他部件的相互干扰，扶稳电机及减速器直至降至合适高度，拆下电机及减迪器总成(2）电机及减速器的安装过程1)使用托盘千斤顶拳升电机及减速器至合适高度。2） 安装驱动电机及减速器总成左侧与吊装支架之间的3 个连接螺栓3） 安装驱动电机及减速器总成右侧与吊装支架之间的3 个连接螺检4） 按照规定力矩使用扭力扳手对两侧连接螺检进行紧固5） 固定好左右两侧连接螺检后， 撤下托盘千斤顶6)安装驱动电机底部固定螺栓。 7）安装驱动电机低压线束插头 8）安装电动制动真空泵及电动空调压缩机 9）安装电
40、动真空泵及电动空调压缩机线束播头10）安装驱动电机冷却液进出水管。11） 安装左右两侧转向节与减振器连接螺栓。12） 安装左右两侧轮速传感器。13） 将左右两侧半轴插入轮毁花键中.14） 安装左右两侧半轴螺母。15） 使用扭力扳手，按照规定力矩及旋转角度对半轴螺母进行紧固并用冲子将螺母上16） 安装左右两个车轮并用扭力扳手按规定力矩对车轮固定螺母进行紧固17） 安装电机控制器与驱动电机之间的高压直流线束及高压三相交流线束。18） 安装电机控制器与驱动电机之间的低压信号线束19） 添加与原车同型号冷却液至合适高度。至此，EV160纯电动汽车的驱动电机及减速器总成更换过程完成. 小结（10 分钟）
41、当出现驱动电池运行中异响、驱动电机转子消磁、驱动电机温度传感器损坏、驱动电机绝缘故障、驱动电机无法运转等问题时，需将驱动电机从车身上拆下进行检测维修或更换。安全注意事项：拆卸电机之前必须严格按照规范进行下电操作，因为拆卸驱动电机需要断开电机与电机控制器之间的高压线束，要注意高压安全防护。思考题或作业学习通作业发布后记授课新能源 1801 班班第 7 周星期一2020 年 4 月 20 日第 1、2 节时间班第 2 周星期三2020 年 2月 17 日第 3、4 节授课感应电机检测(2) 章节教 德根据维修手册对感应电机进行检测。学 能正确对高压部件进行安全防护拆装。目标教学重点：能通过与客户交
42、流、查阅相关维修技术资料等方式判断电机故障。重点难点：感应电机的检修方法难点教学讲授方式教具学习通复习（5 分钟）安全注意事项：拆卸电机之前必须严格按照规范进行下电操作，因为拆卸驱动电机需要断开电机与电机控制器之间的高压线束，要注意高压安全防护。新课程引入（10 分钟）电机是如何将电能转变为机械能的？ 新课程内容（55 分钟）教感应电机工作原理学1.基本原理内感应电机的工作原理。容（1）演示实验在装有手柄的跨形磁铁的两极间放置一个团合导体，当转动手柄带动和蹄形磁铁旋转时，发现导体也跟着旋转，若改变磁铁的转向，则导体的转向也跟着改变。步（2）现象解释当磁铁旋转时，磁铁与闭合的导体发生相对运动，笼
43、式导体切割磁力骤线而在其内部产生感应电动势和感应电流。感应电流又使导体受到一个电磁力的作用，于是导体就沿磁铁的旋转方向转动起来，这就是感应电机的基本原理（3）结论欲使感应电机旋转，必须有旋转的磁场和闭合的转子绕组。2.旋转磁场（1） 旋转磁场的产生图 1-3-9 所示为最简单的三相定子绕组 AX、nY、CZ，它们在空间按互差 120的规律对称排列。并接成呈形与三相电源 U、V、W 相联。则三相定子绕组便通过三相对称电流，随着电流在定子绕组中通过，在三相定子绕组中就会产生旋转磁场。可见，当定子绕组中的电流变化一个周期时，合成磁场也按电流的相序方向在空间旋转一周。随着定子绕组中的三相电流不断地做周
44、期性变化，产生的合成磁场也不断地旋转， 因此成为旋转磁场。（2） 旋转磁场的方向 旋转磁场的方向是由三相绕组中电流相序决定的，若想改变旋转磁场的方向，只要改变通入定子绕组的电流相序，即将三根电源线中的任意两根对调即可。这时，转子的旋转方向也跟着改变。（3） 转子转矩的产生三相对称绕组通过三相对称电流产生圆形旋转磁场，磁场在旋转过程中切割转子绕组。如图 1-3-11 所示，逆时针旋转的定子磁场切割转子绕组，相当于转子绕组顺时针切割定子磁场，根据右手定则，转子绕组产生如图所示感生电流， 再根据左手定则可知转子绕组在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电机旋转，受力方向为逆时针方向。(4)感应
45、电机的极数与转速1） 极数：感应电机的极数就是旋转磁场的极数。旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关。当每相绕组只有一个线圈，绕组的始端之间相差120空间角时，产生的旋转避场具有一对极，即p=1当每相绕组为两个线圈串联，绕组的始端之间相差 60空间角时，产生的旋转避场具有两对极，即 p=2。如图所示，AX 与 AX是U 相上的两个串联线圈，BY 与 BY是 V 相上的两个串联线圈，CZ.与 CZ是 W 相上的两个串联线圈同理，如果要产生三对极，即p=3 的旋转磁场，则每相绕组必须有均匀安排在空间的串联的三个线圈， 绕组的始端之间相差 40空间角。极数 p 与绕组的始端之间的空间角 6 的关系为2） 转速：感应电机旋转磁场的转速 n 与电动机磁极对数 p 有关，它们的关系是由式（1-3-2）可知，旋转磁场的转速 n 决定于电流频率了 和磁场的极数 p。所以，当三相输入的电角度改变 60时，定子旋转磁场仅旋转 30，为 p=1 时的一半，如图 1-3-13所示。3） 转差率：电机转子转动方向与磁场旋转的方向相同，但转子的转速 n 不可能
