一文看懂電機原理、分類到應用

3、機座

作用：固定定子鐵心與前后端蓋以支撐轉(zhuǎn)子，并起防護、散熱等作用。

構(gòu)造：機座通常為鑄鐵件，大型異步電動機機座一般用鋼板焊成，微型電動機的機座采用鑄鋁件。封閉式電機的機座外面有散熱筋以增加散熱面積，防護式電機的機座兩端端蓋開有通風孔，使電動機內(nèi)外的空氣可直接對流，以利于散熱。

(二)轉(zhuǎn)子(旋轉(zhuǎn)部分)

1、三相異步電動機的轉(zhuǎn)子鐵心：

作用：作為電機磁路的一部分以及在鐵心槽內(nèi)放置轉(zhuǎn)子繞組。

構(gòu)造：所用材料與定子一樣，由0.5毫米厚的硅鋼片沖制、疊壓而成，硅鋼片外圓沖有均勻分布的孔，用來安置轉(zhuǎn)子繞組。通常用定子鐵心沖落后的硅鋼片內(nèi)圓來沖制轉(zhuǎn)子鐵心。一般小型異步電動機的轉(zhuǎn)子鐵心直接壓裝在轉(zhuǎn)軸上，大、中型異步電動機(轉(zhuǎn)子直徑在300～400毫米以上)的轉(zhuǎn)子鐵心則借助與轉(zhuǎn)子支架壓在轉(zhuǎn)軸上。

2、三相異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組

作用：切割定子旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生感應電動勢及電流，并形成電磁轉(zhuǎn)矩而使電動機旋轉(zhuǎn)。

構(gòu)造：分為鼠籠式轉(zhuǎn)子和繞線式轉(zhuǎn)子。

(1)鼠籠式轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子繞組由插入轉(zhuǎn)子槽中的多根導條和兩個環(huán)行的端環(huán)組成。若去掉轉(zhuǎn)子鐵心，整個繞組的外形像一個鼠籠，故稱籠型繞組。小型籠型電動機采用鑄鋁轉(zhuǎn)子繞組，對于100KW以上的電動機采用銅條和銅端環(huán)焊接而成。

(2)繞線式轉(zhuǎn)子：繞線轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組相似，也是一個對稱的三相繞組，一般接成星形，三個出線頭接到轉(zhuǎn)軸的三個集流環(huán)上，再通過電刷與外電路聯(lián)接。

特點：結(jié)構(gòu)較復雜，故繞線式電動機的應用不如鼠籠式電動機廣泛。但通過集流環(huán)和電刷在轉(zhuǎn)子繞組回路中串入附加電阻等元件，用以改善異步電動機的起、制動性能及調(diào)速性能，故在要求一定范圍內(nèi)進行平滑調(diào)速的設備，如吊車、電梯、空氣壓縮機等上面采用。

(三)相異步電動機的其它附件

1、端蓋：支撐作用。

2、軸承：連接轉(zhuǎn)動部分與不動部分。

3、軸承端蓋：保護軸承。

4、風扇：冷卻電動機。

二、直流電動機采用八角形全疊片結(jié)構(gòu)，不僅空間利用率高，而且當采用靜止整流器供電時，能承受脈動電流和快速的負載電流變化。直流電動機一般不帶串勵繞組，適用于需要正、反轉(zhuǎn)的自動控制技術(shù)中。根據(jù)用戶需要也可以制成帶串勵繞組。中心高100～280mm的電動機無補償繞組，但中心高250mm、280mm的電動機根據(jù)具體情況和需要可以制成帶補償繞組，中心高315～450mm的電動機帶有補償繞組。中心高500～710mm的電動機外形安裝尺寸及技術(shù)要求均符合IEC國際標準，電機的機械尺寸公差符合ISO國際標準。

直流電動機的工作原理：

在圖中，線圈連著換向片，換向片固定于轉(zhuǎn)軸上，隨電機軸一起旋轉(zhuǎn)，換向片之間及換向片與轉(zhuǎn)軸之間均互相絕緣，它們構(gòu)成的整體稱為換向器。電刷A、B在空間上固定不動。

在電機的兩電刷端加上直流電壓，由于電刷和換向器的作用將電能引入電樞線圈中，并保證了同一個極下線圈邊中的電流始終是一個方向，繼而保證了該極下線圈邊所受的電磁力方向不變，保證了電動機能連續(xù)地旋轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)將電能轉(zhuǎn)換成機械能以拖動生產(chǎn)機械，這就是直流電動機的工作原理。注意：每個線圈邊中的電流方向是交變的。

2、直流發(fā)電機的工作原理：

如圖，當用原動機拖動電樞逆時針方向旋轉(zhuǎn)，線圈邊將切割磁力線感應出電勢，電勢方向可據(jù)右手定則確定。由于電樞連續(xù)旋轉(zhuǎn)，線圈邊ab、cd將交替地切割N極、S極下的磁力線，每個線圈邊和整個線圈中的感應電動勢的方向是交變的，線圈內(nèi)的感應電動勢是交變電動勢，但由于電刷和換向器的作用，使流過負載的電流是單方向的直流電流，這一直流電流一般是脈動的。

操作方法

在電動自行車行業(yè)，電機一般指電機總成，包括電機心、減速機構(gòu)等。下面我們講的電動自行車均指電機總成。

一、電機的拆卸

拆卸電機之前應首先拔開電機與控制器的引線，此時一定要記錄下電機引線顏色與控制器引線顏色的一一對應關(guān)系。打開電機端蓋之前應先清潔操作場地，以防止雜物被吸在電機內(nèi)的磁鋼上。做好端蓋與輪轂相對位置的標記。注意：一定要按對角順序松動螺釘，以免電機外殼變形。電機轉(zhuǎn)子與定子的徑向間隙叫氣隙(空氣間隙)，一般電機的氣隙在0.25-0.8mm之間。當拆卸完電機排除了電機故障之后，一定要按原來的端蓋記號進行裝配，這樣可以防止二次裝配后的掃膛現(xiàn)象。

二、電機內(nèi)齒輪的潤滑

如果有刷有齒輪轂電機與無刷有齒輪轂電機運行的噪音開始變大，或者更換了電機內(nèi)的齒輪，應將齒輪所有齒面涂滿潤滑脂，一般使用3號潤滑脂或廠家指定的潤滑油。

三、電機的組裝

在組裝有刷電機之前，請檢查刷握里面彈簧的彈性，檢查碳刷與刷握是否有碰擦，檢查碳刷在刷握里是否能達到最大行程，注意碳刷與換相器的正確定位，以免卡壞碳刷或刷握。

安裝電機的時候，首先應清理電機部件表面的雜質(zhì)，以免影響電機的正常運轉(zhuǎn)，并且一定要將輪轂體固定結(jié)實，以免安裝時由于受磁鋼的強力吸引，造成部件相互撞擊、損壞。檢測36V正常，控制器輸出5V、12V正常，電動機電阻正常。把電動機直接連接到36V電池上，電動機運轉(zhuǎn)正常。

四、接線方法

由于換向方式不一樣，有刷電機和無刷電機不但內(nèi)部結(jié)構(gòu)不一樣，而且在接線方式上的區(qū)別也非常大。

1、有刷電機的接線方法。有刷電機一般有正負兩根引線。一般紅線是電機正極，黑線是電機負極。如果將正負極交換接線，只是會使電機反轉(zhuǎn)，一般不會損壞電機。

2、無刷電機相角的判斷。無刷電機的相角是無刷電機的相位代數(shù)角的簡稱，指無刷電機各線圈在一個通電周期里面線圈內(nèi)部電流方向改變的角度。電動車用無刷電機常見的相位代數(shù)角有120°與60°兩種。

觀察霍耳元件安裝空間位置判斷無刷電機的相角， 120°和60°兩種相角電機的霍耳元件安裝空間位置不一樣。

測量霍耳真值信號判斷無刷電機的相角

需要先說明一下的是什么叫無刷電機的磁拉力角。無刷電機的磁鋼數(shù)量一般是12片、16片或18片，其對應的定子槽數(shù)是36槽、48槽或54槽。電機在靜止狀態(tài)時，轉(zhuǎn)子磁鋼的磁力線有沿磁阻最小方向行走的特性，因此轉(zhuǎn)子磁鋼所停頓的位置恰好為定子槽凸極的位置。磁鋼不會停在定子槽心的位置，這樣轉(zhuǎn)子與定子的相對位置只有36種、48種或54種這有限的幾個位置。因此無刷電機的最小磁拉力角就是360/36°、360/48°或360/54°。

無刷電機的霍耳元件有5根引線，分別是霍耳元件的公共電源正極、公共電源負極、A相霍耳輸出、B相霍耳輸出和C相霍耳輸出。我們可以利用無刷控制器(60°或120°)的5根霍耳引線，將無刷電機霍耳元件引線的正負電源接好，將其余A、B、C三個相位傳感器的引線，任意接在控制器霍耳信號引線的引線上。接通控制器電源，由控制器給霍耳元件供電，就可以檢測到無刷電機的相角了。方法如下：用萬用表的+20V直流電壓擋，并將黑表筆接地線，紅表筆分別測量三個引線的電壓情況，記錄下3根引線的高低電壓。輕微轉(zhuǎn)動電機，讓電機轉(zhuǎn)過一個最小磁拉力角度，再次測量并記錄下3根引線的高低電壓，如此測量記錄6次。我們用1表示高電位，用0表示低電位，那么——

如果是60°無刷電機，連續(xù)轉(zhuǎn)動6個最小磁拉力角度，則測量出的霍耳真值信號應該是：100、110、111、011、001、000。調(diào)整三個霍耳元件引線的引腳順序，讓真值的信號嚴格按照上面的真值順序變化，這樣對于60°無刷電機的A、B、C三個相位就判斷出來了。

如果是120°無刷電機，連續(xù)轉(zhuǎn)動6個最小磁拉力角度，測量出的霍耳真值信號應該是按照100、110、010、011、001、101的規(guī)律變化，這樣霍耳元件引線的通電相序就判斷出來了。

如果想快速測出無刷電機是60°還是120°，用萬用表的+20V直流電壓擋，并將黑表筆接地線，紅表筆分別測量三個引線的電壓，出現(xiàn)三根線都有電壓或都無電壓時就確定是60°電機，否則就是120°

3、無刷電機的接線方法。無刷電機的線圈引線有3根，霍耳引線有5根，這8根引線必須和控制器相應引線一一對應，否則電機不能正常轉(zhuǎn)動。

一般講來，60°和120°相角的無刷電機，需要由與之相對應的60°和120°相角的無刷電機控制器來驅(qū)動，兩種相角的控制器不能直接互換。60°相角的無刷電機與60°相角控制器相連的8根線的正確接線有兩種，一種正轉(zhuǎn)，一種反轉(zhuǎn)。

因為對于120°相角的無刷電機，通過調(diào)整線圈引線的相序和霍耳引線的相序，電機與控制器相連的8根線的正確接線可以有6種，其中3種接法電機正轉(zhuǎn)，另外3種接法電機反轉(zhuǎn)。

如果無刷電機反轉(zhuǎn)，表明無刷控制器與無刷電機的相角是匹配的，我們可以這樣來調(diào)整電機的轉(zhuǎn)向：將無刷電機與無刷控制器的霍耳引線的A、C交換接線;同時將無刷電機與無刷控制器的主相線A、B交換接線。電動自行車大體可分三種。 1，直流輪轂電機，即有刷電機，兩根引出線，外接PWM控制器。 2，交流輪轂電機，有帶霍爾和不帶霍爾傳感的，三根引線以上，外接變頻控制器。3，直流無刷輪轂電機，內(nèi)含電子換向器，兩根引出線。外接PWM控制器。 一定要分清，不要被混淆。

技術(shù)要求

它們在負載要求、技術(shù)性能和工作環(huán)境等方面有著不同的特殊的要求：

1、電動汽車驅(qū)動電機需要有4-5倍的過載以滿足短時加速或爬坡的要求;而工業(yè)電機只要求有2倍的過載就可以了。

2、電動汽車的最高轉(zhuǎn)速要求達到在公路上巡航時基本速度的4-5倍，而工業(yè)電機只需要達到恒功率是基本速度的2倍即可。

3、電動汽車驅(qū)動電機需要根據(jù)車型和駕駛員的駕駛習慣設計，而工業(yè)電機只需根據(jù)典型的工作模式設計。

4、電動汽車驅(qū)動電機要求有高度功率密度(一般要求達到1kg/kw以內(nèi))和好的效率圖(在較寬的轉(zhuǎn)速范圍和轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)都有較高的效率)，從而能夠降低車重，延長續(xù)駛里程;而工業(yè)電機通常對功率密度、效率和成本進行綜合考慮，在額定工作點附近對效率進行優(yōu)化。

5、電動汽車驅(qū)動電機要求工作可控性高、穩(wěn)態(tài)精度高、動態(tài)性能好;而工業(yè)電機只有某一種特定的性能要求。

6、電動汽車驅(qū)動電機被裝在機動車上，空間小，工作在高溫、壞天氣、及頻繁振動等等惡劣環(huán)境下。而工業(yè)電機通常在某一個固定位置工作。

隨著消費者的需求，電動車電機的發(fā)展也要與時俱進，消費者不僅要求電動車動力大，而且要求提速快，甚至提出更高的要求，在爬坡的時候，如果自動換擋或者一直都有著強大的扭矩，對于山地丘陵地形騎行中將會如履平地。