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百科名片

根據其使用環境與使用頻率的不同,形式也不同。不同形式的電機其特點也不一樣。目前電動車電機普遍採用永磁直流電機。所謂永磁電機,是指電機線圈採用永磁體激磁,不採用線圈激磁的方式。這樣就省去了激磁線圈工作時消耗的電能,提高了電機機電轉換效率,這對使用車載有限能源的電動車來講,可以降低行駛電流,延長續行裏程。電動車電機按照電機的通電形式來分,可分為有刷電機和無刷電機兩大類;按照電機總成的機械結構來分,一般分為“有齒”(電機轉速高,需要經過齒輪減速)和“無齒”(電機扭矩輸出不經過任何減速)兩大類。

命名標準

國標關于電動車電機的命名標準如下: 派生代號,用大寫漢語拼音字母表示

性能參數代號,用二位阿拉伯數位表示

產品名稱代號,用大寫漢語拼音字母表示機座號,以機殼外徑(mm)表示

產品名稱代號

SYT:鐵氧體永磁式直流伺服電動機

SYX:稀土永磁式直流伺服電動機

SXPT:鐵氧體永磁式線繞盤式直流電動機

SXPX:稀土永磁式線繞盤式直流電

SWT:鐵氧體永磁式無刷直流伺服電動機

SWX:稀土永磁式無刷直流伺服電動機

SN:印製繞組直流伺服電動機

SR:開關磁阻電動機

YX:三相非同步電動機

電機分類

對無刷電機而言,根據電機是否具有位置感測器,又分為有位置感測器無刷電機和無位置感測器無刷電機。對于無位置感測器的無刷電機,必須要先將車用腳蹬起來,等電機具有一定的旋轉速度以後,控製器才能識別到無刷電機的相位,然後控製器才能對電機供電。由于無位置感測器無刷電機不能實現零速度啓動,所以在2000年以後生產的電動車上用得較少。目前電動車行業內使用的無刷電機,普遍採用有位置感測器無刷電機。旋轉180°,線圈不動,霍耳元件感應到S極磁場,此時P1與R2截止,P2與R1導通,可以看到電流i’從電池正極經過R1、線圈、P2流到電池負極。通電線圈中的A點的電流i’方向是指向接線頭的方向(矢量方向與i’矢量方向相反),磁鋼受到線圈的反作用力,一樣產生向逆時針方向的旋轉力矩。電動車用無刷電機的磁鋼數量比較多,線圈一般有3組,每組線圈都有相應的霍耳元件(3相線圈有3個霍耳元件),這樣電機旋轉時就更平穩,效率更高。當磁鋼旋轉時,霍耳元件感應到磁場方向變化後給出相應控製信號,無刷控製器根據此信號控製著上3路與下3路功率管的導通與截止。

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有刷電機、無刷電機的比較

有刷電機與無刷電機的通電原理上的區別:有刷電機是由炭刷與換向器進行機械換向,無刷電機是靠霍耳元件感應信號由控製器完成電子換向。

有刷電機和無刷電機的通電原理不一樣,其內部結構也不一樣。對輪轂式電機而言,電機力矩的輸出方式(是否經過齒輪減速機構減速)不一樣,其機械結構也不一樣。

1、常見高速有刷電機的內部機械結構。這種輪轂式電機由內置高速有刷電機心、減速齒輪組、超越離合器、輪轂端蓋等部件組成。高速有刷有齒輪轂式電機屬于內轉子電機。

2、常見低速有刷電機的內部機械結構。這種輪轂式電機由炭刷、換相器、電機轉子、電機定子、電機軸、電機端蓋、軸承等部件組成。低速有刷無齒輪轂式電機屬于外轉子電機。

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3、常見高速無刷電機的內部機械結構。這種輪轂式電機由內置高速無刷電機心、行星摩擦滾子、超載離合器、輸出法蘭、端蓋、輪轂外殼等部件組成。高速無刷有齒輪轂電機屬于內轉子電機。

4、常見低速無刷電機的內部機械結構。這種輪轂式電機由電機轉子、電機定子、電機軸、電機端蓋、軸承等部件組成。低速無刷無齒輪轂式電機屬于外轉子電機。

電機結構

1.永磁式直流電機:

由定子磁極、轉子、電刷、外殼等組成。

定子磁極採用永磁體(永久磁鋼),有鐵氧體、鋁鎳鈷、釹鐵硼等材料。按其結構形式可分為圓筒型和瓦塊型等幾種。

轉子一般採用矽鋼片疊壓而成,漆包線繞在轉子鐵心的兩槽之間(三槽即有三個繞組),其各接頭分別焊在換向器的金屬片上。

電刷是連線電源與轉子繞組的導電部件,具備導電與耐磨兩種性能。永磁電機的電刷使用單性金屬片或金屬石墨電刷、電化石墨電刷。

2.無刷直流電機:

由永磁體轉子、多極繞組定子、位置感測器等組成。

無刷直流電機的特點是無刷,採用半導體開關器件(如霍爾元件)來實現電子換向的,即用電子開關器件代替傳統的接觸式換向器和電刷。它具有可靠性高、無換向火花、機械噪聲低等優點。

位置感測器按轉子位置的變化,沿著一定次序對定子繞組的電流進行換流(即檢測轉子磁極相對定子繞組的位置,並在確定的位置處產生位置感測信號,經信號轉換電路處理後去控製功率開關電路,按一定的邏輯關系進行繞組電流切換)。

3.高速永磁無刷電機:

由定子鐵心、磁鋼轉子、太陽輪、減速離合器、輪轂外殼等組成。

電機蓋子上面可以裝上霍爾感測器,用以測速。

位置感測器有磁敏式、光電式和電磁式三種類型。

採用磁敏式位置感測器的無刷直流電動機,其磁敏感測器件(例如霍爾元件、磁敏二極體、磁敏詁極管、磁敏電阻器或專用積體電路等)裝在定子組件上,用來檢測永磁體、轉子旋轉時產生的磁場變化。電動汽車多用的是霍爾元件。

採用光電式位置感測器的無刷直流電動機,在定子組件上按一定位置配置了光電感測器件,轉子上裝有遮光板,光源為發光二極體或小燈泡。轉子旋轉時,由于遮光板的作用,定子上的光敏元器件將會按一定頻率間歇間生脈沖信號。

採用電磁式位置感測器的無刷直流電動機,是在定子組件上安裝有電磁感測器部件(例如耦合變壓器、接近開關、LC諧振電路等),當永磁體轉子位置發生變化時,電磁效應將使電磁感測器產生高頻調製信號(其幅值隨轉子位置而變化)。

定子繞組的工作電壓由位置感測器輸出控製的電子開關電路提供。

電機特徵

用于電動汽車的驅動電機與常規的工業電機不同。電動汽車的驅動電機通常要求頻繁的啓動/停車、加速/減速,低速或爬坡時要求高轉矩,高速行駛時要求低轉矩,並要求變速範圍大。而工業電機通常最佳化在額定的工作點。因此,電動汽車驅動電機比較獨特,應單獨歸為一類。

電機要求

他們在負載要求、技術性能和工作環境等方面有著特殊的要求:

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

2、電動汽車的最高轉速要求達到在公路上巡航時基本速度的4-5倍,而工業電機隻需要達到恆功率是基本速度的2倍即可。

3、電動汽車驅動電機需要根據車型和駕駛員的駕駛習慣設計,而工業電機隻需根據典型的工作模式設計。

4、電動汽車驅動電機要求有高度功率密度(一般要求達到1kg/kw以內)和好的效率圖(在較寬的轉速範圍和轉矩範圍內都有較高的效率),從而能夠降低車重,延長續駛裏程;而工業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最佳化。

5、電動汽車驅動電機要求工作可控性高、穩態精度高、動態性能好;而工業電機隻有某一種特定的性能要求。

6、電動汽車驅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境下。而工業電機通常在某一個固定位置工作。

電機組成

在電動腳踏車行業,電機一般指電機總成,包括電機心、減速機構等。下面我們講的電動腳踏車均指電機總成。

一、電機的拆卸

拆卸電機之前應首先拔開電機與控製器的引線,此時一定要記錄下電機引線顏色與控製器引線顏色的一一對應關系。開啟電機端蓋之前應清潔作場地,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。註意:一定要對角松動螺釘,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後,一定要對原來的端蓋記號進行裝配,這樣可以防止二次裝配後的掃膛現象。

二、電機內齒輪的潤滑

如果有刷有齒輪轂電機與無刷有齒輪轂電機運行的噪音開始變大,或者更換了電機內的齒輪,應將齒輪所有齒面塗滿潤滑脂,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,請檢查刷握裏面彈簧的彈性,檢查炭刷與刷握是否有碰擦,檢查炭刷在刷握裏是否能達到最大行程,註意炭刷與換相器的正確定位,以免卡壞炭刷或刷握。

安裝電機的時候,首先應清理電機部件表面的雜質,以免影響電機的正常運轉,並且一定要將輪轂體固定結實,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,控製器輸出5V、12V正常,電動機電阻正常。把電動機直接連線到36V電池上,電動機運轉正常。

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部結構不一樣,而且在接線方式上的區別也非常大。

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,隻是會使電機反轉,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角的簡稱,指無刷電機各線圈在一個通電周期裏面線圈內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麽叫無刷電機的磁拉力角。無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。電機在靜止狀態時,轉子磁鋼的磁力線有沿磁阻最小方向行走的特徵,因此轉子磁鋼所停頓的位置恰好為定子槽凸極的位置。磁鋼不會停在定子槽心的位置,這樣轉子與定子的相對位置隻有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製器(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,將其餘A、B、C三個相位感測器的引線,任意接在控製器霍耳信號引線的引線上。接通控製器電源,由控製器給霍耳元件供電,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,電動車電機並將黑表筆接地線,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。輕微轉動電機,讓電機轉過一個最小磁拉力角度,再次測量並記錄下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,那麽——

如果是60°無刷電機,連續轉動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,連續轉動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,並將黑表筆接地線,紅表筆分別測量三個引線的電壓,出現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根引線必須和控製器相應引線一一對應,否則電機不能正常轉動。

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°相角的無刷電機控製器來驅動,兩種相角的控製器不能直接互換。60°相角的無刷電機與60°相角控製器相連的8根線的正確接線有兩種,一種正轉,一種反轉。

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

如果無刷電機反轉,表明無刷控製器與無刷電機的相角是匹配的,我們可以這樣來調整電機的轉向:將無刷電機與無刷控製器的霍耳引線的A、C交換接線;同時將無刷電機與無刷控製器的主相線A、B交換接線。

現在,電動腳踏車大體可分三種。 1,直流輪股電機,既有刷電機,兩顆引出線,外接PWM控製器。 2,交流輪轂電機,有帶霍爾和不帶霍爾感測的,三顆引線以上,外接變頻控製器。3,直流無刷輪轂電機,內含電子換向器,兩顆引出線。外接PWM控製器。 一定要厘清,不要被混淆。

工作原理

電動機(Motors)是把電能轉換成機械能的一種設備。它是利用通電線圈(也就是定子繞組)產生旋轉磁場並作用于轉子鼠籠式式閉合鋁框形成磁電動力旋轉扭矩。電動機按使用電源不同分為直流電動機和交流電動機,電力系統中的電動機大部分是交流電機,可以是同步電機或者是非同步電機(電機定子磁場轉速與轉子旋轉轉速不保持同步速)。電動機主要由定子與轉子組成,通電導線在磁場中受力運動的方向跟電流方向和磁感線(磁場方向)方向有關。電動機工作原理是磁場對電流受力的作用,使電動機轉動。

基本介紹

電動機是一種旋轉式電動機器,它將電能轉變為機械能,它主要包括一個用以產生磁場的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個旋轉電樞或轉子。在定子繞組旋轉磁場的作用下,其在電樞鼠籠式鋁框中有電流通過並受磁場的作用而使其轉動。這些機器中有些類型可作電動機用,也可作發電機用。它是將電能轉變為機械能的一種機器。通常電動機的作功部分作旋轉運動,這種電動機稱為轉子電動機;也有作直線運動的,稱為直線電動機。

基本結構

一、三相非同步電動機的結構,由定子、轉子和其它附屬檔案組成電動車電機。

(一)定子(靜止部分)

1、定子鐵心

作用:電機磁路的一部分,並在其上放置定子繞組。

構造:定子鐵心一般由0.35~0.5毫米厚表面具有絕緣層的矽鋼片沖製、疊壓而成,在鐵心的內圓沖有均勻分布的槽,用以嵌放定子繞組。

定子鐵心槽型有以下幾種:

半閉口型槽:電動機的效率和功率因數較高,但繞組嵌線和絕緣都較困難。一般用于小型低壓電機中。

半開口型槽:可嵌放成型繞組,一般用于大型、中型低壓電機。所謂成型繞組即繞組可事先經過絕緣處理後再放入槽內。

開口型槽:用以嵌放成型繞組,絕緣方法方便,主要用在高壓電機中。

2、定子繞組

作用:是電動機的電路部分,通入三相交流電,產生旋轉磁場。

構造:由三個在空間互隔120°電角度、隊稱排列的結構完全相同繞組連線而成,這些繞組的各個線圈按一定規律分別嵌放在定子各槽內。

定子繞組的主要絕緣項目有以下三種:(保證繞組的各導電部分與鐵心間的可靠絕緣以及繞組本身間的可靠絕緣)。

(1)對地絕緣:定子繞組整體與定子鐵心間的絕緣。

(2)相間絕緣:各相定子繞組間的絕緣。

(3)匝間絕緣:每相定子繞組各線匝間的絕緣。

電動機接線盒內的接線:

電動機接線盒內都有一塊接線板,三相繞組的六個線頭排成上下兩排,並規定上排三個接線樁自左至右排列的編號為1(U1)、2(V1)、3(W1),下排三個接線樁自左至右排列的編號為6(W2)、4(U2)、5(V2),.將三相繞組接成星形接法或三角形接法。凡製造和維修時均應按這個序號排列。

3、機座

作用:固定定子鐵心與前後端蓋以支撐轉子,並起防護、散熱等作用。

構造:機座通常為鑄鐵件,大型非同步電動機機座一般用鋼板焊成,微型電動機的機座採用鑄鋁件。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,使電動機內外的空氣可直接對流,以利于散熱。

(二)轉子(旋轉部分)

1、三相非同步電動機的轉子鐵心:

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毫米厚的矽鋼片沖製、疊壓而成,矽鋼片外圓沖有均勻分布的孔,用來安置轉子繞組。通常用定子鐵心沖落後的矽鋼片內圓來沖製轉子鐵心。一般小型非同步電動機的轉子鐵心直接壓裝在轉軸上,大、中型非同步電動機(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、三相非同步電動機的轉子繞組

作用:切割定子旋轉磁場產生感應電動勢及電流,並形成電磁轉矩而使電動機旋轉。

構造:分為鼠籠式轉子和繞線式轉子。

(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環行的端環組成。若去掉轉子鐵心,整個繞組的外形像一個鼠籠,故稱籠型繞組。小型籠型電動機採用鑄鋁轉子繞組,對于100KW以上的電動機採用銅條和銅端環焊接而成。

(2)繞線式轉子:繞線轉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,三個出線頭接到轉軸的三個集流環上,再通過電刷與外電路聯接。

特點:結構較復雜,故繞線式電動機的套用不如鼠籠式電動機廣泛。但通過集流環和電刷在轉子繞組回路中串入附加電阻等元件,用以改善非同步電動機的起、製動性能及調速性能,故在要求一定範圍內進行平滑調速的設備,如吊車、電梯、空氣壓縮機等上面採用。

(三)三相非同步電動機的其它附屬檔案

1、端蓋:支撐作用。

2、軸承:連線轉動部分與不動部分。

3、軸承端蓋:保護軸承。

4、風扇:冷卻電動機。

二、直流電動機採用八角形全疊片結構,不僅空間利用率高,而且當採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、反轉的自動控製技術中。根據使用者需要也可以製成帶串勵繞組。中心高100~280mm的電動機無補償繞組,但中心高250mm、280mm的電動機根據具體情況和需要可以製成帶補償繞組,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,並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地旋轉,以實現將電能轉換成機械能以拖動生產機械,這就是直流電動機的工作原理。註意:每個線圈邊中的電流方向是交變的。

2、直流發電機的工作原理:

如圖,當用原動機拖動電樞逆時針方向旋轉,線圈邊將切割磁力線感應出電勢,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。

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