第六节混合动力汽车驱动电机ppt课件.pptx

混合动力汽车驱动电机,【混合动力汽车电机的类型】【各种类型电机的工作原理】,目录,Contents,混合动力汽车电机的类型,直流电机,交流异步电机,1,2,3,交流永磁电机,4,由于混合动力电动汽车在功率、转矩、体积、质量、散热等方面对驱动电机有更高的要求，因此，混合动力电动汽车的驱动电机必须具备更优良的性能。因此驱动电机的种类相对较少，功率覆盖也相对较窄，产品相对集中。,一、混合动力汽车电机的类型,电机类型,混合动力汽车电机一般按要求具有电动和发电两项功能，按类型可选用直流电机、交流异步电机、永磁无刷电机、永磁磁阻同步电机四大类。,二、直流电机,直流电机是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。（1）作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；（2）作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。,直流电机,一、直流电动机结构主要由电枢、磁极、电刷及电刷架、壳体及前后端盖等组成现代汽车起动机一般使用直流串励式电动机，这种直流电动机其励磁绕组与电枢绕组串联。,直流电机,直流电机,（一）定子（静止部分):产生主磁场和电机的机械支撑 磁极 由磁极铁心和磁场绕组两部分组成 磁极是用来产生电机的磁场,直流电机,（二）电枢（转动部分）：电枢又称转子，它用来产生电磁转矩由铁心、电枢绕组、电枢轴及换向器组成,直流电机,在早期开发的HEV 和EV 上多采用直流电机, 直流电机的优点是具有优良的电磁转矩控制特性, 控制装置简单、价廉、技术成熟。由于在运行中需要电刷和换向器换向，电机本身的效率低于交流感应电机，同时，电刷需要定期维护，造成使用的不便。另外质量大、体积大、价格高这些限制了其在混动车上的使用。,三、交流电机,交流电机可分为同步电机和异步电机两类。如果电机转子的转速n与定子旋转磁场的转速n1相等, 则转子与定子旋转磁场在空间同步地旋转, 这种电机称为同步电机。如果n不等于n1 , 则转子与定子旋转磁场在空间旋转时不同步, 则称为异步电机。,交流异步电机,三相交流异步电动机按结构分为两种：鼠笼式三相异步电动机和绕线式三相异步电动机。异步电动机由两个基本部分组成：定子(固定部分)和转子(旋转部分)。,交流异步电机,1、定子：定子是三相异步电动机的静止部分，其作用是产生旋转磁场和机械支撑。2、转子：转子是三相异步电动机的旋转部分，其作用是旋转，产生电磁转矩。,交流异步电机,三相异步电动机的转动原理静止的转子与旋转磁场之间有相对运动，转子切割磁感应线，在转子导体中产生感应电动势，并在形成闭合回路的转子导体中产生感应电流。转子电流在旋转磁场中受到磁场力F的作用，F的方向用左手定则判定。电磁力在转轴上形成电磁转矩。电磁转矩的方向与旋转磁场的方向一致。电动机在正常运转时，其转速n总是稍低于同步转速no，因而称为异步电动机。又因为产生电磁转矩的电流是电磁感应所产生的，所以也称为感应电动机。,交流异步电机优缺点,交流异步电机优势:可靠性好高转速性能好成本易控交流异步电机劣势：功率密度低（同功率水平下个头大）能量转换效率较低（约 85%-90%）能耗较高（费电）,交流异步电机的应用,小知识： 特斯拉汽车使用异步电动机特斯拉汽车的心脏是它的 3 相4 极感应电动机，它的重量只有 70 磅。根据特斯拉的声明和独立测试，特斯拉汽车可在约四秒加速到 60 英里每小时，最高速度能达到大约 130 英里每小时。特斯拉汽车甚至可以在非常低的转速产生较大的扭矩，并使电动机维持在大马力状态，它可以达到 13000 转，这是大多数内燃机无法做到的。,特斯拉汽车异步电机,习题,根据直流电动机用途的不同，可以把直流电动机分为两类，一类是进行能量传递和转换的，称为电机，另外一类是进行信号传递和转换的，称为电机，包括步进电机、伺服电机等。直流电机是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。作电动机运行时将 能转换为 能；作发电机运行时将 能转换为 能。电枢又称转子，它用来产生 ，由 、 、 及 组成。,习题,4.三相异步电动机的定子绕组是一个空间位置对称的三相绕组，如果在定子绕组中通入三相对称的 ，就会在电动机内部建立起一个恒速旋转的 ，它是异步电动机工作的基本条件。5.电刷和换向器在直流电动机中的作用为：将刷间的直流电 为绕组中交变的电流；在直流发电机中的作用为：将绕组中交变的电流 成刷间的直流电输出。,1. 交流永磁电机的种类及特点(1) 种类交流永磁电机主要包括永磁同步电机(Permanent Magent Synchronous Motor,PMSM) 和无刷直流电机(Brushless DC Motor, BLDCM) 两大类。两者最主要的区别在于永磁体励磁磁场在定子绕组中感应出的电动势波形: 永磁同步电机感应出的电动势波形是正弦波, 无刷直流电机则为梯形波。,四、交流永磁电机,(2) 特点1) 永磁同步电机。效率高、体积小、质量轻、控制精度高、转矩脉动小等, 但是控制器较复杂, 因此造成其成本偏高。2) 无刷直流电机。无刷直流电机外特性曲线类似于永磁直流电机, 特性较硬(所谓硬是指特性曲线的斜率很小, 电机转速不易受外界条件影响), 但是由于没有电刷和换向器,所以可以在高速下运行, 因此体积和质量可以减小, 同时提高了可靠性, 而且无刷直流电机的控制相对简单。,四、交流永磁电机,（1）永磁无刷直流电机性能直流电动机具有调速和启动性能好，启动转矩大的优点，但是电刷和换向器严重影响点击精度和性能，所产生的火花引起无线电干扰缩短电机寿命。永磁无刷直流电机利用电子开关线路和位置传感器代替电刷和换向器,永磁无刷直流电机,(2) 永磁无刷直流电机的原理 由电动机、转子位置传感器和电子开关线路三部分组成直流电源通过开关线路向电动机定子绕组供电，电动机转子位置由位置传感器检测并提供信号去触发开关线路中的功率开关元件使之导通或截止，从而控制电动机的转动。,永磁无刷直流电机,(3) 永磁无刷直流电机的控制系统永磁无刷直流电机具有很高的功率密度和较宽的调速范围。永磁无刷直流电机的控制系统较为复杂, 有多种控制策略。永磁无刷直流电机的控制系统由直流电源、电容器、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、永磁无刷直流电机(PMBDC)、电机转轴位置检测器(PS)、逻辑控制单元、120导通型脉宽调制信号发生器(PWM) 驱动电路和其他一些电子器件组成。,永磁无刷直流电机,永磁无刷电机拥有功率密度大、体积小、效率高、结构简单牢固、易于维护等优点，且采用永磁无刷电机作为驱动元件的电动汽车驱动系统运行和维护成本较低；采用全数字化和模块化结构设计，使得驱动器接口灵活，控制能力更强，操作更加舒适；应用能量回馈制动技术，可以减少刹车片的磨损，同时又增加汽车续驶里程。,永磁无刷直流电机,永磁无刷电机一般应用于日系车，如丰田的各类混动车型,永磁无刷直流电机应用,永磁磁阻同步电机的结构永磁同步电动机也是由转子及定子两大部件所构成，定子：三相交流绕组；转子：永磁体。,永磁磁阻同步电机,永磁磁阻同步电机的结构转子位置传感器在永磁同步电机中，通常转子位置传感器与电机轴联在一起，用来随时测定转子磁极的位置，为电子换向提供正确的信息。逆变器位置传感器将转子的位置信号电平反馈给控制芯片，控制芯片经过电流采样和数学变换，并根据反馈的位置信息经过闭环运算，重新按新的PWM占空比输出，来触发功率器件（IGBT或MOSFET），实际上逆变器是自控的，由自身运行来保证电机的转速和电流输入频率同步，并避免震荡和失步的发生。,永磁磁阻同步电机,(2) 永磁磁阻同步电机的控制系统永磁磁阻同步电机采用带有矢量变换电路的逆变器系统来控制。永磁磁阻同步电机的控制系统由直流电源、电容器、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、永磁同步电机(PMSM)、电机转轴位置检测器(PS)、速度传感器、电流检测器、驱动电路和其他一些电器组成。,永磁磁阻同步电机,(3) 永磁磁阻同步电机的机械特性永磁式同步电动机只要负载转矩不超过电磁转矩最大值，电动机转子始终与旋转磁场一起同步旋转。但如果负载转矩超出该极限值，电机将失步，甚至停转。,永磁磁阻同步电机,Audi Q5混合动力汽车动力系统是将一台大功率电机与内燃机组合在了一起，可以以纯电动方式来驱动车辆行驶。一旦条件许可，该电机会辅助内燃机来工作。奥迪Q5同步电机结构,永磁磁阻同步电机应用,电驱动装置温度传感器G712电驱动装置温度传感器G712和位置传感器G713,永磁磁阻同步电机应用,永磁磁阻同步电机应用,习题,1.新能源汽车主要以（）为能源、全部或部分由电机驱动的汽车。A.动力电池B.发动机C.发电机D.电动机2.三相异步电机中产生旋转磁场的是（）。A.转子绕组B.定子绕组C.铁心D.气隙3.电机按照工作电源分类电动机可分为 和 ，其中 体积小、重量轻、效率高，可靠、保养费用低，故应用广泛。4.新能源汽车常用的电机是 、 、 。,