新能源汽车永磁同步电动机课程教学设计.docx

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新能源汽车永磁同步电动机课程教学设计

新能源汽车永磁同步电动机课程教学设计

一、任务引入（时间：

5分钟）

【知识回顾】

1.直流电动机分类、结构及原理和特性。

【任务分析】

本次课学习内容包括永磁同步电动机的结构原理及特性。

【目标要求】

1.掌握永磁同步电动机机构与工作原理

2.了解永磁同步电动机的控制

【教学活动设计】

教师活动：

创设情境，展示教具；学生活动：

体会场景，感知实物。

二、知识准备（时间：

40分钟）

【相关知识】

1.导入新课

随着电力电子技术、微电子技术、新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展，永磁同步电动机得以迅速的推广应用。

永磁同步电动机具有体积小，损耗低，效率高等优点，在节约能源和环境保护日益受到重视的今天，对其研究就显得非常必要。

下面我们一起进入永磁同步电动机的学习。

2.讲授新知识

一、永磁同步电动机的结构与特点

1.永磁同步电动机的结构

永磁同步电动机分为正弦波驱动电流的永磁同步电动机和方波驱动电流的永磁同步电动机。

这里介绍的主要是三相正弦波驱动的永磁同步电动机。

永磁同步电动机的结构和传统电动机一样，主要由定子和转子两大部分构成。

按照永磁体在转子上位置的不同，永磁同步电动机的磁极结构可分为表面式和内置式二种。

（1）表面式转子磁路结构。

表面式转子磁路结构中，永磁体通常呈瓦片形，并位于转子铁心的外表面上，永磁体提供磁通的方向为径向。

表面式结构又分为凸出式和嵌入式两种。

（2）内置式转子磁路结构。

按永磁体磁化方向与转子旋转方向的相互关系，内置式转子结构又可分为径向式、切向式和混合式三种。

2.永磁同步电动机的特点

永磁同步电动机与其它电动机相比，具有以下优点：

（1）用永磁体取代绕线式同步电动机转子中的励磁绕组，从而省去了励磁线圈、滑环和电刷，以电子换向实现无刷运行，结构简单，运行可靠；

（2）永磁同步电动机的转速与电源频率间始终保持准确的同步关系，控制电源频率就能控制电动机的转速；

（3）永磁同步电动机具有较硬的机械特性，对于因负载的变化而引起的电动机转矩的扰动具有较强的承受能力，瞬间最大转矩可以达到额定转矩的三倍以上，适合在负载转矩变化较大的工况下运行；

（4）永磁电动机转子为永久磁铁无需励磁，因此电动机可以在很低的转速下保持同步运行，调速范围宽；

（5）永磁同步电动机与异步电动机相比，不需要无功励磁电流，因而功率因数高，定子电流和定子铜耗小，效率高；

（6）体积小、重量轻。

近些年来随着高性能永磁材料的不断应用，永磁同步电动机的功率密度得到很大提高，比起同容量的异步电动机来，体积和重量都有较大的减少，使其适合应用在许多特殊场合；

（7）结构多样化，应用范围广。

永磁同步电动机还存在以下缺点：

（1）由于永磁同步电动机转子为永磁体，无法调节，必须通过加定子直轴去磁电流分量来削弱磁场，这会增大定子的电流，增加电动机的铜耗；

（2）永磁电动机的磁钢价格较高。

由此可见，永磁电动机体积小，重量轻，转动惯量小，功率密度高（可达1kW/kg），适合电动汽车空间有限的特点；另外，转矩惯量比大，过载能力强，尤其低转速时输出转矩大，适合电动汽车的起动加速。

因此，永磁电动机得到国内外电动汽车界的广泛重视，并已在日本得到了普遍应用，日本新研制的电动汽车大都采用永磁电动机驱动。

比较典型的是在丰田Prius混联式混合动力轿车上的应用。

二、永磁同步电动机的工作原理与运行特性

1．电枢反应

永磁同步电动机带负载时，气隙磁场是永磁体磁动势和电枢磁动势共同建立的。

电枢磁动势对气隙磁场有影响，电枢磁动势的基波对气隙磁场的影响称为电枢反应。

电枢反应不仅使气隙磁场波形发生畸变，而且还会产生去磁或增磁作用，因此，气隙磁场将影响永磁同步电动机的运行特性。

对永磁同步电动机进行分析时，需要采用双反应理论，即需要把电枢电流和电枢电动势分解成交轴和直轴两个分量。

交轴电枢电流产生交轴电枢电动势，发生交轴电枢反应；直轴电枢电流产生直轴电枢电动势，发生直轴电枢反应。