一文看懂電機(jī)原理、分類到應(yīng)用

3、機(jī)座

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

構(gòu)造：機(jī)座通常為鑄鐵件，大型異步電動(dòng)機(jī)機(jī)座一般用鋼板焊成，微型電動(dòng)機(jī)的機(jī)座采用鑄鋁件。封閉式電機(jī)的機(jī)座外面有散熱筋以增加散熱面積，防護(hù)式電機(jī)的機(jī)座兩端端蓋開(kāi)有通風(fēng)孔，使電動(dòng)機(jī)內(nèi)外的空氣可直接對(duì)流，以利于散熱。

(二)轉(zhuǎn)子(旋轉(zhuǎn)部分)

1、三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心：

作用：作為電機(jī)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(lái)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(lái)沖制轉(zhuǎn)子鐵心。一般小型異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心直接壓裝在轉(zhuǎn)軸上，大、中型異步電動(dòng)機(jī)(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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組

作用：切割定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及電流，并形成電磁轉(zhuǎn)矩而使電動(dòng)機(jī)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(dǎo)條和兩個(gè)環(huán)行的端環(huán)組成。若去掉轉(zhuǎn)子鐵心，整個(gè)繞組的外形像一個(gè)鼠籠，故稱籠型繞組。小型籠型電動(dòng)機(jī)采用鑄鋁轉(zhuǎn)子繞組，對(duì)于100KW以上的電動(dòng)機(jī)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(gè)對(duì)稱的三相繞組，一般接成星形，三個(gè)出線頭接到轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)較復(fù)雜，故繞線式電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用不如鼠籠式電動(dòng)機(jī)廣泛。但通過(guò)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(dòng)機(jī)的起、制動(dòng)性能及調(diào)速性能，故在要求一定范圍內(nèi)進(jìn)行平滑調(diào)速的設(shè)備，如吊車、電梯、空氣壓縮機(jī)等上面采用。

(三)相異步電動(dòng)機(jī)的其它附件

1、端蓋：支撐作用。

2、軸承：連接轉(zhuǎn)動(dòng)部分與不動(dòng)部分。

3、軸承端蓋：保護(hù)軸承。

4、風(fēng)扇：冷卻電動(dòng)機(jī)。

二、直流電動(dòng)機(jī)采用八角形全疊片結(jié)構(gòu)，不僅空間利用率高，而且當(dāng)采用靜止整流器供電時(shí)，能承受脈動(dòng)電流和快速的負(fù)載電流變化。直流電動(dòng)機(jī)一般不帶串勵(lì)繞組，適用于需要正、反轉(zhuǎn)的自動(dòng)控制技術(shù)中。根據(jù)用戶需要也可以制成帶串勵(lì)繞組。中心高100～280mm的電動(dòng)機(jī)無(wú)補(bǔ)償繞組，但中心高250mm、280mm的電動(dòng)機(jī)根據(jù)具體情況和需要可以制成帶補(bǔ)償繞組，中心高315～450mm的電動(dòng)機(jī)帶有補(bǔ)償繞組。中心高500～710mm的電動(dòng)機(jī)外形安裝尺寸及技術(shù)要求均符合IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，電機(jī)的機(jī)械尺寸公差符合ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

直流電動(dòng)機(jī)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(jī)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(dòng)。

在電機(jī)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(gè)極下線圈邊中的電流始終是一個(gè)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(dòng)機(jī)能連續(xù)地旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能以拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械，這就是直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。注意：每個(gè)線圈邊中的電流方向是交變的。

2、直流發(fā)電機(jī)的工作原理：

如圖，當(dāng)用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，線圈邊將切割磁力線感應(yīng)出電勢(shì)，電勢(shì)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(gè)線圈邊和整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向是交變的，線圈內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是交變電動(dòng)勢(shì)，但由于電刷和換向器的作用，使流過(guò)負(fù)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)自行車行業(yè)，電機(jī)一般指電機(jī)總成，包括電機(jī)心、減速機(jī)構(gòu)等。下面我們講的電動(dòng)自行車均指電機(jī)總成。

一、電機(jī)的拆卸

拆卸電機(jī)之前應(yīng)首先拔開(kāi)電機(jī)與控制器的引線，此時(shí)一定要記錄下電機(jī)引線顏色與控制器引線顏色的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。打開(kāi)電機(jī)端蓋之前應(yīng)先清潔操作場(chǎng)地，以防止雜物被吸在電機(jī)內(nèi)的磁鋼上。做好端蓋與輪轂相對(duì)位置的標(biāo)記。注意：一定要按對(duì)角順序松動(dòng)螺釘，以免電機(jī)外殼變形。電機(jī)轉(zhuǎn)子與定子的徑向間隙叫氣隙(空氣間隙)，一般電機(jī)的氣隙在0.25-0.8mm之間。當(dāng)拆卸完電機(jī)排除了電機(jī)故障之后，一定要按原來(lái)的端蓋記號(hào)進(jìn)行裝配，這樣可以防止二次裝配后的掃膛現(xiàn)象。

二、電機(jī)內(nèi)齒輪的潤(rùn)滑

如果有刷有齒輪轂電機(jī)與無(wú)刷有齒輪轂電機(jī)運(yùn)行的噪音開(kāi)始變大，或者更換了電機(jī)內(nèi)的齒輪，應(yīng)將齒輪所有齒面涂滿潤(rùn)滑脂，一般使用3號(hào)潤(rùn)滑脂或廠家指定的潤(rùn)滑油。

三、電機(jī)的組裝

在組裝有刷電機(jī)之前，請(qǐng)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(dá)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(jī)的時(shí)候，首先應(yīng)清理電機(jī)部件表面的雜質(zhì)，以免影響電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并且一定要將輪轂體固定結(jié)實(shí)，以免安裝時(shí)由于受磁鋼的強(qiáng)力吸引，造成部件相互撞擊、損壞。檢測(cè)36V正常，控制器輸出5V、12V正常，電動(dòng)機(jī)電阻正常。把電動(dòng)機(jī)直接連接到36V電池上，電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

四、接線方法

由于換向方式不一樣，有刷電機(jī)和無(wú)刷電機(jī)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(jī)的接線方法。有刷電機(jī)一般有正負(fù)兩根引線。一般紅線是電機(jī)正極，黑線是電機(jī)負(fù)極。如果將正負(fù)極交換接線，只是會(huì)使電機(jī)反轉(zhuǎn)，一般不會(huì)損壞電機(jī)。

2、無(wú)刷電機(jī)相角的判斷。無(wú)刷電機(jī)的相角是無(wú)刷電機(jī)的相位代數(shù)角的簡(jiǎn)稱，指無(wú)刷電機(jī)各線圈在一個(gè)通電周期里面線圈內(nèi)部電流方向改變的角度。電動(dòng)車用無(wú)刷電機(jī)常見(jiàn)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(wú)刷電機(jī)的相角， 120°和60°兩種相角電機(jī)的霍耳元件安裝空間位置不一樣。

測(cè)量霍耳真值信號(hào)判斷無(wú)刷電機(jī)的相角

需要先說(shuō)明一下的是什么叫無(wú)刷電機(jī)的磁拉力角。無(wú)刷電機(jī)的磁鋼數(shù)量一般是12片、16片或18片，其對(duì)應(yīng)的定子槽數(shù)是36槽、48槽或54槽。電機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，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(huì)停在定子槽心的位置，這樣轉(zhuǎn)子與定子的相對(duì)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(jī)的最小磁拉力角就是360/36°、360/48°或360/54°。

無(wú)刷電機(jī)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(fù)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，將無(wú)刷電機(jī)霍耳元件引線的正負(fù)電源接好，將其余A、B、C三個(gè)相位傳感器的引線，任意接在控制器霍耳信號(hào)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(cè)到無(wú)刷電機(jī)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，紅表筆分別測(cè)量三個(gè)引線的電壓情況，記錄下3根引線的高低電壓。輕微轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，讓電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)最小磁拉力角度，再次測(cè)量并記錄下3根引線的高低電壓，如此測(cè)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(jī)，連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)6個(gè)最小磁拉力角度，則測(cè)量出的霍耳真值信號(hào)應(yīng)該是：100、110、111、011、001、000。調(diào)整三個(gè)霍耳元件引線的引腳順序，讓真值的信號(hào)嚴(yán)格按照上面的真值順序變化，這樣對(duì)于60°無(wú)刷電機(jī)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(jī)，連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)6個(gè)最小磁拉力角度，測(cè)量出的霍耳真值信號(hào)應(yīng)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(lái)了。

如果想快速測(cè)出無(wú)刷電機(jī)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，紅表筆分別測(cè)量三個(gè)引線的電壓，出現(xiàn)三根線都有電壓或都無(wú)電壓時(shí)就確定是60°電機(jī)，否則就是120°

3、無(wú)刷電機(jī)的接線方法。無(wú)刷電機(jī)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(yīng)引線一一對(duì)應(yīng)，否則電機(jī)不能正常轉(zhuǎn)動(dòng)。

一般講來(lái)，60°和120°相角的無(wú)刷電機(jī)，需要由與之相對(duì)應(yīng)的60°和120°相角的無(wú)刷電機(jī)控制器來(lái)驅(qū)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(jī)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?yàn)閷?duì)于120°相角的無(wú)刷電機(jī)，通過(guò)調(diào)整線圈引線的相序和霍耳引線的相序，電機(jī)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(jī)正轉(zhuǎn)，另外3種接法電機(jī)反轉(zhuǎn)。

如果無(wú)刷電機(jī)反轉(zhuǎn)，表明無(wú)刷控制器與無(wú)刷電機(jī)的相角是匹配的，我們可以這樣來(lái)調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)向：將無(wú)刷電機(jī)與無(wú)刷控制器的霍耳引線的A、C交換接線;同時(shí)將無(wú)刷電機(jī)與無(wú)刷控制器的主相線A、B交換接線。電動(dòng)自行車大體可分三種。 1，直流輪轂電機(jī)，即有刷電機(jī)，兩根引出線，外接PWM控制器。 2，交流輪轂電機(jī)，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(wú)刷輪轂電機(jī)，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?cè)谪?fù)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(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)需要有4-5倍的過(guò)載以滿足短時(shí)加速或爬坡的要求;而工業(yè)電機(jī)只要求有2倍的過(guò)載就可以了。

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

3、電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)需要根據(jù)車型和駕駛員的駕駛習(xí)慣設(shè)計(jì)，而工業(yè)電機(jī)只需根據(jù)典型的工作模式設(shè)計(jì)。

4、電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)要求有高度功率密度(一般要求達(dá)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(zhǎng)續(xù)駛里程;而工業(yè)電機(jī)通常對(duì)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(duì)效率進(jìn)行優(yōu)化。

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

6、電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)被裝在機(jī)動(dòng)車上，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(jī)通常在某一個(gè)固定位置工作。

隨著消費(fèi)者的需求，電動(dòng)車電機(jī)的發(fā)展也要與時(shí)俱進(jìn)，消費(fèi)者不僅要求電動(dòng)車動(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強(qiáng)大的扭矩，對(duì)于山地丘陵地形騎行中將會(huì)如履平地。