一文看懂電機原理、分類(lèi)到應用

3、機座

作用：固定定子鐵心與前后端蓋以支撐轉子，并起防護、散熱等作用。

構造：機座通常為鑄鐵件，大型異步電動(dòng)機機座一般用鋼板焊成，微型電動(dòng)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(kāi)有通風(fēng)孔，使電動(dòng)機內外的空氣可直接對流，以利于散熱。

(二)轉子(旋轉部分)

1、三相異步電動(dòng)機的轉子鐵心：

作用：作為電機磁路的一部分以及在鐵心槽內放置轉子繞組。

構造：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(lái)安置轉子繞組。通常用定子鐵心沖落后的硅鋼片內圓來(lái)沖制轉子鐵心。一般小型異步電動(dòng)機的轉子鐵心直接壓裝在轉軸上，大、中型異步電動(dòng)機(轉子直徑在300～400毫米以上)的轉子鐵心則借助與轉子支架壓在轉軸上。

2、三相異步電動(dòng)機的轉子繞組

作用：切割定子旋轉磁場(chǎng)產(chǎn)生感應電動(dòng)勢及電流，并形成電磁轉矩而使電動(dòng)機旋轉。

構造：分為鼠籠式轉子和繞線(xiàn)式轉子。

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

(2)繞線(xiàn)式轉子：繞線(xiàn)轉子繞組與定子繞組相似，也是一個(gè)對稱(chēng)的三相繞組，一般接成星形，三個(gè)出線(xiàn)頭接到轉軸的三個(gè)集流環(huán)上，再通過(guò)電刷與外電路聯(lián)接。

特點(diǎn)：結構較復雜，故繞線(xiàn)式電動(dòng)機的應用不如鼠籠式電動(dòng)機廣泛。但通過(guò)集流環(huán)和電刷在轉子繞組回路中串入附加電阻等元件，用以改善異步電動(dòng)機的起、制動(dòng)性能及調速性能，故在要求一定范圍內進(jìn)行平滑調速的設備，如吊車(chē)、電梯、空氣壓縮機等上面采用。

(三)相異步電動(dòng)機的其它附件

1、端蓋：支撐作用。

2、軸承：連接轉動(dòng)部分與不動(dòng)部分。

3、軸承端蓋：保護軸承。

4、風(fēng)扇：冷卻電動(dòng)機。

二、直流電動(dòng)機采用八角形全疊片結構，不僅空間利用率高，而且當采用靜止整流器供電時(shí)，能承受脈動(dòng)電流和快速的負載電流變化。直流電動(dòng)機一般不帶串勵繞組，適用于需要正、反轉的自動(dòng)控制技術(shù)中。根據用戶(hù)需要也可以制成帶串勵繞組。中心高100～280mm的電動(dòng)機無(wú)補償繞組，但中心高250mm、280mm的電動(dòng)機根據具體情況和需要可以制成帶補償繞組，中心高315～450mm的電動(dòng)機帶有補償繞組。中心高500～710mm的電動(dòng)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(dòng)機的工作原理：

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

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(xiàn)圈中，并保證了同一個(gè)極下線(xiàn)圈邊中的電流始終是一個(gè)方向，繼而保證了該極下線(xiàn)圈邊所受的電磁力方向不變，保證了電動(dòng)機能連續地旋轉，以實(shí)現將電能轉換成機械能以拖動(dòng)生產(chǎn)機械，這就是直流電動(dòng)機的工作原理。注意：每個(gè)線(xiàn)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(dòng)機拖動(dòng)電樞逆時(shí)針?lè )较蛐D，線(xiàn)圈邊將切割磁力線(xiàn)感應出電勢，電勢方向可據右手定則確定。由于電樞連續旋轉，線(xiàn)圈邊ab、cd將交替地切割N極、S極下的磁力線(xiàn)，每個(gè)線(xiàn)圈邊和整個(gè)線(xiàn)圈中的感應電動(dòng)勢的方向是交變的，線(xiàn)圈內的感應電動(dòng)勢是交變電動(dòng)勢，但由于電刷和換向器的作用，使流過(guò)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(dòng)的。

操作方法

在電動(dòng)自行車(chē)行業(yè)，電機一般指電機總成，包括電機心、減速機構等。下面我們講的電動(dòng)自行車(chē)均指電機總成。

一、電機的拆卸

拆卸電機之前應首先拔開(kāi)電機與控制器的引線(xiàn)，此時(shí)一定要記錄下電機引線(xiàn)顏色與控制器引線(xiàn)顏色的一一對應關(guān)系。打開(kāi)電機端蓋之前應先清潔操作場(chǎng)地，以防止雜物被吸在電機內的磁鋼上。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(dòng)螺釘，以免電機外殼變形。電機轉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(lái)的端蓋記號進(jìn)行裝配，這樣可以防止二次裝配后的掃膛現象。

二、電機內齒輪的潤滑

如果有刷有齒輪轂電機與無(wú)刷有齒輪轂電機運行的噪音開(kāi)始變大，或者更換了電機內的齒輪，應將齒輪所有齒面涂滿(mǎn)潤滑脂，一般使用3號潤滑脂或廠(chǎng)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(shí)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，并且一定要將輪轂體固定結實(shí)，以免安裝時(shí)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(dòng)機電阻正常。把電動(dòng)機直接連接到36V電池上，電動(dòng)機運轉正常。

四、接線(xiàn)方法

由于換向方式不一樣，有刷電機和無(wú)刷電機不但內部結構不一樣，而且在接線(xiàn)方式上的區別也非常大。

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

2、無(wú)刷電機相角的判斷。無(wú)刷電機的相角是無(wú)刷電機的相位代數角的簡(jiǎn)稱(chēng)，指無(wú)刷電機各線(xiàn)圈在一個(gè)通電周期里面線(xiàn)圈內部電流方向改變的角度。電動(dòng)車(chē)用無(wú)刷電機常見(jiàn)的相位代數角有120°與60°兩種。

觀(guān)察霍耳元件安裝空間位置判斷無(wú)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(wú)刷電機的相角

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

無(wú)刷電機的霍耳元件有5根引線(xiàn)，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(wú)刷控制器(60°或120°)的5根霍耳引線(xiàn)，將無(wú)刷電機霍耳元件引線(xiàn)的正負電源接好，將其余A、B、C三個(gè)相位傳感器的引線(xiàn)，任意接在控制器霍耳信號引線(xiàn)的引線(xiàn)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(wú)刷電機的相角了。方法如下：用萬(wàn)用表的+20V直流電壓擋，并將黑表筆接地線(xiàn)，紅表筆分別測量三個(gè)引線(xiàn)的電壓情況，記錄下3根引線(xiàn)的高低電壓。輕微轉動(dòng)電機，讓電機轉過(guò)一個(gè)最小磁拉力角度，再次測量并記錄下3根引線(xiàn)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(wú)刷電機，連續轉動(dòng)6個(gè)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。調整三個(gè)霍耳元件引線(xiàn)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(wú)刷電機的A、B、C三個(gè)相位就判斷出來(lái)了。

如果是120°無(wú)刷電機，連續轉動(dòng)6個(gè)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的規律變化，這樣霍耳元件引線(xiàn)的通電相序就判斷出來(lái)了。

如果想快速測出無(wú)刷電機是60°還是120°，用萬(wàn)用表的+20V直流電壓擋，并將黑表筆接地線(xiàn)，紅表筆分別測量三個(gè)引線(xiàn)的電壓，出現三根線(xiàn)都有電壓或都無(wú)電壓時(shí)就確定是60°電機，否則就是120°

3、無(wú)刷電機的接線(xiàn)方法。無(wú)刷電機的線(xiàn)圈引線(xiàn)有3根，霍耳引線(xiàn)有5根，這8根引線(xiàn)必須和控制器相應引線(xiàn)一一對應，否則電機不能正常轉動(dòng)。

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

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

如果無(wú)刷電機反轉，表明無(wú)刷控制器與無(wú)刷電機的相角是匹配的，我們可以這樣來(lái)調整電機的轉向：將無(wú)刷電機與無(wú)刷控制器的霍耳引線(xiàn)的A、C交換接線(xiàn);同時(shí)將無(wú)刷電機與無(wú)刷控制器的主相線(xiàn)A、B交換接線(xiàn)。電動(dòng)自行車(chē)大體可分三種。 1，直流輪轂電機，即有刷電機，兩根引出線(xiàn)，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(xiàn)以上，外接變頻控制器。3，直流無(wú)刷輪轂電機，內含電子換向器，兩根引出線(xiàn)。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(zhù)不同的特殊的要求：

1、電動(dòng)汽車(chē)驅動(dòng)電機需要有4-5倍的過(guò)載以滿(mǎn)足短時(shí)加速或爬坡的要求;而工業(yè)電機只要求有2倍的過(guò)載就可以了。

2、電動(dòng)汽車(chē)的最高轉速要求達到在公路上巡航時(shí)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(dòng)汽車(chē)驅動(dòng)電機需要根據車(chē)型和駕駛員的駕駛習慣設計，而工業(yè)電機只需根據典型的工作模式設計。

4、電動(dòng)汽車(chē)驅動(dòng)電機要求有高度功率密度(一般要求達到1kg/kw以?xún)?和好的效率圖(在較寬的轉速范圍和轉矩范圍內都有較高的效率)，從而能夠降低車(chē)重，延長(cháng)續駛里程;而工業(yè)電機通常對功率密度、效率和成本進(jìn)行綜合考慮，在額定工作點(diǎn)附近對效率進(jìn)行優(yōu)化。

5、電動(dòng)汽車(chē)驅動(dòng)電機要求工作可控性高、穩態(tài)精度高、動(dòng)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(dòng)汽車(chē)驅動(dòng)電機被裝在機動(dòng)車(chē)上，空間小，工作在高溫、壞天氣、及頻繁振動(dòng)等等惡劣環(huán)境下。而工業(yè)電機通常在某一個(gè)固定位置工作。

隨著(zhù)消費者的需求，電動(dòng)車(chē)電機的發(fā)展也要與時(shí)俱進(jìn)，消費者不僅要求電動(dòng)車(chē)動(dòng)力大，而且要求提速快，甚至提出更高的要求，在爬坡的時(shí)候，如果自動(dòng)換擋或者一直都有著(zhù)強大的扭矩，對于山地丘陵地形騎行中將會(huì )如履平地。