《新能源汽車構(gòu)造與檢修（第2版）》（張弘韜） 項目四 驅(qū)動電機系統(tǒng)的構(gòu)造與檢修

新能源汽車構(gòu)造與檢修ENERGY項目四驅(qū)動電機系統(tǒng)

的構(gòu)造與檢修/

ProjectGuide項目導(dǎo)讀驅(qū)動電機系統(tǒng)是純電動汽車行駛的主要執(zhí)行機構(gòu)，其特性決定了車輛的主要性能指標(biāo)，直接影響車輛動力性、經(jīng)濟性和用戶駕駛感受。本項目將介紹驅(qū)動電機系統(tǒng)的構(gòu)造與檢修，使學(xué)生認識驅(qū)動電機和電機控制器，并初步掌握驅(qū)動電機系統(tǒng)的常見故障和檢修方法。（1）了解驅(qū)動電機的類型。（2）掌握驅(qū)動電機和電機控制器的功能和構(gòu)造。（3）熟悉驅(qū)動電機系統(tǒng)的故障分級。（4）掌握驅(qū)動電機系統(tǒng)的常見故障和檢修方法。知識目標(biāo)（1）能正確對驅(qū)動電機和電機控制器進行拆裝。（2）能正確檢修驅(qū)動電機系統(tǒng)的常見故障。技能目標(biāo)目錄1認識驅(qū)動電機系統(tǒng)2檢修驅(qū)動電機系統(tǒng)01認識驅(qū)動電機系統(tǒng)任務(wù)引入某品牌全功能混動架構(gòu)DHT（混合驅(qū)動專用變速箱）是中國品牌首個也是唯一雙電機驅(qū)動的DHT?；陔p電機驅(qū)動的構(gòu)型基礎(chǔ)，該DHT擁有11個組合擋位，運行中由控制系統(tǒng)實時計算最優(yōu)工作擋位。搭載該品牌全功能混動架構(gòu)DHT的新能源汽車，在NEDC（neweuropeandrivingcycle，新歐洲駕駛周期）工況下的電驅(qū)動平均效率大于90%，最高傳動效率大于97.6%，低電量模式節(jié)油率大于50%。由此可見驅(qū)動電機系統(tǒng)對新能源汽車非常重要。（資料來源：/articles/view/1659643027/62ec249302000yqx7，有改動）本任務(wù)的知識與技能要求如表4-1所示。任務(wù)引入表4-1知識與技能要求任務(wù)引入表4-1知識與技能要求（續(xù)）1.1驅(qū)動電機1．驅(qū)動電機的類型直流電機（見右圖）是指能實現(xiàn)直流電能和機械能互相轉(zhuǎn)換的電機。當(dāng)作電動機運行時，它將電能轉(zhuǎn)換為機械能；當(dāng)作發(fā)電機運行時，它將機械能轉(zhuǎn)換為電能。1）直流電機1.1驅(qū)動電機1．驅(qū)動電機的類型（1）直流電機的構(gòu)造直流電機由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。①定子是指直流電機運行時靜止不動的部分。主要作用是產(chǎn)生磁場。

由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承、電刷等組成。②轉(zhuǎn)子是指直流電機運行時轉(zhuǎn)動的部分。

主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，是直流電機進行能量轉(zhuǎn)換的樞紐。

由轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組、換向器和風(fēng)扇等組成。1）直流電機1.1驅(qū)動電機1．驅(qū)動電機的類型（2）直流電機的工作原理1）直流電機直流電機靠換向器配合電刷的換向作用，把轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，從電刷端引出并使其變?yōu)橹绷麟妱觿?，如圖所示。1.1驅(qū)動電機1．驅(qū)動電機的類型（2）直流電機的工作原理1）直流電機①感應(yīng)電動勢的產(chǎn)生。轉(zhuǎn)子繞組通過電刷接到直流電源上，電流從電刷A流入轉(zhuǎn)子繞組，從電刷B流出。這樣定子產(chǎn)生的磁場中就通過了轉(zhuǎn)子電流，進而產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢，其方向可用左手定則判定。知識隧道在物理學(xué)中，用左手定則和右手定則兩大定則來判斷方向，請開啟知識隧道，回憶高中物理所學(xué)知識，說一說這兩大定則有什么區(qū)別，分別用在哪里。1.1驅(qū)動電機1．驅(qū)動電機的類型（2）直流電機的工作原理1）直流電機②電磁轉(zhuǎn)矩方向的改變。轉(zhuǎn)子電流與定子磁場相互作用會產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子繞組沿著逆時針方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)ab邊旋轉(zhuǎn)到了S極位置，cd邊轉(zhuǎn)到了N極位置，這時轉(zhuǎn)子繞組的電磁轉(zhuǎn)矩方向則發(fā)生了改變，如圖所示。1.1驅(qū)動電機1．驅(qū)動電機的類型（2）直流電機的工作原理1）直流電機③直流電動勢的產(chǎn)生。由于換向器隨著轉(zhuǎn)子繞組同步旋轉(zhuǎn)，使得電刷A總是接觸N極下的導(dǎo)線，電刷B總是接觸S極下的導(dǎo)線。因此，電刷A始終有正極性，電刷B始終有負極性，使得電刷端能引出方向不變但大小變化的直流電動勢。提示直流電機的啟動加速轉(zhuǎn)矩大、電磁轉(zhuǎn)矩控制特性好、調(diào)速方便、控制裝置簡單、技術(shù)成熟、成本較低。但由于直流電機有換向器，在高速、大負荷下運行時，換向器表面常有火花出現(xiàn)，因此不宜設(shè)定太高的轉(zhuǎn)速，并且長時間使用后需要定期維護更換換向器和電刷。所以，直流電機的應(yīng)用具有一定的局限性。1.1驅(qū)動電機1．驅(qū)動電機的類型2）交流感應(yīng)電機交流感應(yīng)電機又稱異步電機，是將轉(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)動力矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的裝置。交流感應(yīng)電機由電氣工程師尼古拉K特斯拉于1887

年發(fā)明，其具有功率密度低、調(diào)速范圍小、生產(chǎn)成本低、可靠性高、無退磁現(xiàn)象等特點。1.1驅(qū)動電機1．驅(qū)動電機的類型2）交流感應(yīng)電機名

人

課

堂尼古拉·特斯拉（1856年7月10日至1943年1月7日），出生在奧地利，父母都是塞爾維亞人。他是一個被稱為天才的發(fā)明家，一生發(fā)明無數(shù)。他發(fā)明的直流電取代了愛迪生發(fā)明的交流電。無線控制技術(shù)和無線能量傳輸也是他發(fā)明的。他制造了第一臺無線電發(fā)射機；制造了球狀閃電；制造了世界首例人造閃電，瞬間點亮夜空；發(fā)明了渦輪機、X光攝影技術(shù)、收音機、傳真機、真空管、霓虹燈管、飛彈導(dǎo)航等。1.1驅(qū)動電機1．驅(qū)動電機的類型2）交流感應(yīng)電機名

人

課

堂面對無數(shù)的發(fā)明，他如果收取專利費的話，可能比現(xiàn)在的世界首富還要富有，但是他卻沒有。他將發(fā)明無私奉獻給社會，就算到了晚年，還是努力地為人類謀幸福。（資料來源：https://www./a/436314532_120956329，有改動）1.1驅(qū)動電機1．驅(qū)動電機的類型2）交流感應(yīng)電機（1）交流感應(yīng)電機的構(gòu)造交流感應(yīng)電機由定子（

包括定子鐵芯和定子繞組）、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸、軸承、機座、風(fēng)扇等組成，如圖4-4

所示。其中，定子和轉(zhuǎn)子是交流感應(yīng)電機的主要工作部件。1.1驅(qū)動電機1．驅(qū)動電機的類型2）交流感應(yīng)電機（1）交流感應(yīng)電機的構(gòu)造①定子。定子主要由定子鐵芯、定子繞組等組成。定子鐵芯一般由厚度為0.35～0.5

mm表面具有絕緣層的硅鋼片制作而成，在定子鐵芯的內(nèi)表面有均勻分布的槽，用以嵌放定子繞組。定子繞組是由三個在空間互隔120、對稱排列且構(gòu)造完全相同的繞組連接而成的。如圖所示。1.1驅(qū)動電機1．驅(qū)動電機的類型2）交流感應(yīng)電機（1）交流感應(yīng)電機的構(gòu)造②轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子是可以轉(zhuǎn)動的導(dǎo)體，分為鼠籠式轉(zhuǎn)子和繞線式轉(zhuǎn)子。大多交流感應(yīng)電機使用鼠籠式轉(zhuǎn)子，其由轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)子鐵芯組成。如圖所示。1.1驅(qū)動電機1．驅(qū)動電機的類型2）交流感應(yīng)電機（2）交流感應(yīng)電機的工作原理交流感應(yīng)電機首先通過定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場；然后，轉(zhuǎn)子繞組切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而使轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流；最后，轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電流與磁場相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。1.1驅(qū)動電機1．驅(qū)動電機的類型3）永磁同步電機（1）永磁同步電機的構(gòu)造永磁同步電機由定子（包括定子鐵芯和定子繞組）、轉(zhuǎn)子、機座等部件組成，如圖4-7

所示。1.1驅(qū)動電機1．驅(qū)動電機的類型3）永磁同步電機（1）永磁同步電機的構(gòu)造永磁同步電機的定子構(gòu)造和普通交流感應(yīng)電機類似，而其轉(zhuǎn)子（見左圖）構(gòu)造與普通交流感應(yīng)電機不同，轉(zhuǎn)子上安裝有永磁體。永磁體在轉(zhuǎn)子中的布置位置有內(nèi)嵌式、面貼式和插入式三種。1.1驅(qū)動電機1．驅(qū)動電機的類型3）永磁同步電機（2）永磁同步電機的工作原理定子繞組通入三相交流電后，就會形成旋轉(zhuǎn)磁場。由于在轉(zhuǎn)子上安裝了永磁體且磁極固定，根據(jù)同極相斥、異極相吸原理，在定子中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生驅(qū)動力，最終使轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度與定子中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場速度相等。1.1驅(qū)動電機1．驅(qū)動電機的類型4）開關(guān)磁阻電機（1）開關(guān)磁阻電機的構(gòu)造開關(guān)磁阻電機是一種調(diào)速電機，它具有構(gòu)造簡單、堅固、調(diào)速范圍寬、系統(tǒng)可靠性高、控制靈活、成本低等優(yōu)點，但也具有轉(zhuǎn)矩波動大、噪聲較大等缺點，目前主要應(yīng)用在大型新能源客車上。1.1驅(qū)動電機1．驅(qū)動電機的類型4）開關(guān)磁阻電機（1）開關(guān)磁阻電機的構(gòu)造開關(guān)磁阻電機同樣由定子、轉(zhuǎn)子等組成，如圖所示。知識鏈接凸極結(jié)構(gòu)是指繞組嵌套在轉(zhuǎn)子或定子鐵芯上的一種結(jié)構(gòu)，其特征是在轉(zhuǎn)子或定子鐵芯凸起的下部設(shè)有氣隙。1.1驅(qū)動電機1．驅(qū)動電機的類型4）開關(guān)磁阻電機（2）開關(guān)磁阻電機的工作原理開關(guān)磁阻電機是基于磁阻最小原則（即磁通總要沿著磁阻最小的路徑閉合）制成的。因為電感與磁阻成反比，所以當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極在定子磁極中心線位置時，繞組電感最大，磁阻最小，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極中心線對準(zhǔn)定子磁極中心線時，繞組電感最小，磁阻最大。當(dāng)磁阻不是最小時，磁通就會產(chǎn)生磁力形成磁阻轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到磁阻最小的位置。知識鏈接純電動汽車的驅(qū)動電機上通常安裝有一些傳感器（如旋轉(zhuǎn)變壓器、溫度傳感器等），用來獲取驅(qū)動電機的工作信息。旋轉(zhuǎn)變壓器簡稱“旋變”，用來檢測驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子的位置和轉(zhuǎn)速；溫度傳感器用來檢測驅(qū)動電機的溫度。1.1驅(qū)動電機2．驅(qū)動電機的工作模式1）驅(qū)動模式純電動汽車處于驅(qū)動運行狀態(tài)時，驅(qū)動電機處于驅(qū)動模式。此時，動力電池的直流電輸送至電機控制器，電機控制器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電輸送給驅(qū)動電機，驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩傳遞給驅(qū)動輪使車輛行駛，驅(qū)動過程如圖所示。1.1驅(qū)動電機2．驅(qū)動電機的工作模式2）制動能量回收模式在松開加速踏板或踩下制動踏板時，驅(qū)動電機處于制動能量回收模式，發(fā)揮發(fā)電機功能，將部分機械能轉(zhuǎn)化成電能。此時驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)動將帶動驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，驅(qū)動電機將產(chǎn)生交流電，傳給電機控制器，電機控制器將交流電轉(zhuǎn)為直流電，然后向動力電池充電，發(fā)電過程如圖所示。1.1驅(qū)動電機2．驅(qū)動電機的工作模式2）制動能量回收模式動動腦筋制動能量回收功能已成為純電動汽車的標(biāo)配功能，它可將車輛滑行和制動時多余的機械能轉(zhuǎn)化成動力電池的電能，以增加純電動汽車的續(xù)駛里程。除此之外，制動能量回收功能還會對純電動汽車的行駛產(chǎn)生哪些影響？1.2電器控制器電機控制器是驅(qū)動電機系統(tǒng)的控制中心，簡稱MCU，如圖所示。1.2電器控制器1．電機控制器的主要功能電機控制器能控制驅(qū)動電機的旋轉(zhuǎn)速度、旋轉(zhuǎn)方向和制動能量回收。此外，電機控制器還可對電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器等輸入信號進行處理，并將驅(qū)動電機系統(tǒng)的運行狀態(tài)通過CAN總線發(fā)送給整車控制器。1.2電器控制器2．電機控制器的構(gòu)造電機控制器主要由控制板、水道、UVW高壓插接件、直流高壓插接件、IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）模塊及驅(qū)動板等組成，如圖所示。其中，IGBT模塊及驅(qū)動板是電機控制器的核心，其主要作用是將動力電池的直流電逆變成電壓、頻率可調(diào)的交流電，供給相應(yīng)的驅(qū)動電機使用。拆裝永磁同步電機實踐操作——進行自動充電測試02檢修驅(qū)動電機系統(tǒng)任務(wù)引入張女士準(zhǔn)備明日駕車帶家人出去游玩，于是決定提前為自己的純電動汽車充滿電。當(dāng)她連接好充電樁時發(fā)現(xiàn)車輛無法充電，組合儀表顯示“車載充電機與充電樁連接故障”。張女士換了另一個充電樁再次嘗試，車輛仍然無法充電，并顯示相同的故障。張女士便將車送去了4S店維修，經(jīng)維修人員診斷維修后，車輛就可以正常充電了。本任務(wù)的知識與技能要求如表4-7

所示。任務(wù)引入表4-7知識與技能要求任務(wù)引入表4-7知識與技能要求2.1驅(qū)動電機的常見故障與檢修1．三相線連接故障三相線易出現(xiàn)未接好或相序不對的故障，會導(dǎo)致車輛啟動時發(fā)生抖動、無法加速，甚至導(dǎo)致車輛無法運行，同時連接故障診斷儀會報故障碼。該類故障的檢修方法為：①檢查電機控制器和驅(qū)動電機的三相線連接是否正確；②檢查電機控制器與驅(qū)動電機三相線連接是否牢固；③檢查驅(qū)動電機位置信號連線是否完好、插頭是否接觸良好、線束插接件端子是否完好。若排除以上故障后，故障碼還存在，則有可能是電機控制器出現(xiàn)故障。2.1驅(qū)動電機的常見故障與檢修2．軸承損壞故障當(dāng)驅(qū)動電機軸承損壞時，車輛在加速時會出現(xiàn)“嗡嗡”的劇烈異響。若檢查發(fā)現(xiàn)確實是軸承損壞，則應(yīng)更換軸承。2.1驅(qū)動電機的常見故障與檢修3．絕緣故障驅(qū)動電機的絕緣故障可能是三相線絕緣故障或繞組絕緣故障，通常是由驅(qū)動電機內(nèi)部進水、絕緣層受熱失效、繞組對地短路引起的。當(dāng)驅(qū)動電機發(fā)生絕緣故障時車輛將無法運行。此類故障的檢修方法為：首先，斷開高壓線路；然后，打開驅(qū)動電機配電盒蓋板，并拆卸動力線束，使動力線束和安裝底座完全分離；最后，將萬用表（見圖）置于電壓500

V量程擋位，分別測量三相繞組的對地絕緣阻值，正常測量結(jié)果均應(yīng)大于20

MΩ，若測量結(jié)果小于20

MΩ，則說明驅(qū)動電機損壞，應(yīng)更換驅(qū)動電機。2.1驅(qū)動電機的常見故障與檢修4．油封損壞故障當(dāng)驅(qū)動電機的油封損壞時，在驅(qū)動電機部位將出現(xiàn)潤滑油泄漏的現(xiàn)象。此時應(yīng)檢查漏油點部位是否在驅(qū)動