電動車自行車電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及維修
一、電機(jī)的命名
電動車根據(jù)其使用環(huán)境與使用頻率的不同，所裝配的電機(jī)形式也不同。不同形式的電機(jī)其特點也不一樣。國標(biāo)關(guān)于電動車用電機(jī)的命名標(biāo)準(zhǔn)如下：
派生代號，用大寫漢語拼音字母表示
性能參數(shù)代號，用二位阿拉伯?dāng)?shù)字表示
產(chǎn)品名稱代號，用大寫漢語拼音字母表示機(jī)座號，以機(jī)殼外徑（mm）表示
產(chǎn)品名稱代號
SYT：鐵氧體永磁式直流伺服電動機(jī)
SYX：稀土永磁式直流伺服電動機(jī)
SXPT：鐵氧體永磁式線繞盤式直流電動機(jī)
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(jī)
SWX：稀土永磁式無刷直流伺服電動機(jī)
SN：印制繞組直流伺服電動機(jī)
SR：開關(guān)磁阻電動機(jī)
YX：三相異步電動機(jī)
二、電機(jī)的分類
目前電動車上使用的電機(jī)普遍采用永磁直流電機(jī)。所謂永磁電機(jī)，是指電機(jī)線圈采用永磁體激磁，不采用線圈激磁的方式。這樣就省去了激磁線圈工作時消耗的電能，提高了電機(jī)機(jī)電轉(zhuǎn)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(xù)行里程。后面我們講的各種電動車用電機(jī)均指永磁電機(jī)。
電動車用電機(jī)按照電機(jī)的通電形式來分，可分為有刷電機(jī)和無刷電機(jī)兩大類；按照電機(jī)總成的機(jī)械結(jié)構(gòu)來分，一般分為“有齒”（電機(jī)轉(zhuǎn)速高，需要經(jīng)過齒輪減速）和“無齒”（電機(jī)扭矩輸出不經(jīng)過任何減速）兩大類。
對無刷電機(jī)而言，根據(jù)電機(jī)是否具有位置傳感器，又分為有位置傳感器無刷電機(jī)和無位置傳感器無刷電機(jī)。
對于無位置傳感器的無刷電機(jī)，必須要先將車用腳蹬起來，等電機(jī)具有一定的旋轉(zhuǎn)速度以后，控制器才能識別到無刷電機(jī)的相位，然后控制器才能對電機(jī)供電。由于無位置傳感器無刷電機(jī)不能實現(xiàn)零速度啟動，所以在2000年以后生產(chǎn)的電動車上用得較少。目前電動車行業(yè)內(nèi)使用的無刷電機(jī)，普遍采用有位置傳感器無刷電機(jī)。
旋轉(zhuǎn)180°，線圈不動，霍耳元件感應(yīng)到S極磁場，此時P1與R2截止，P2與R1導(dǎo)通，可以看到電流i’從電池正極經(jīng)過R1、線圈、P2流到電池負(fù)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(chǎn)生向逆時針方向的旋轉(zhuǎn)力矩。
電動自行車用無刷電機(jī)的磁鋼數(shù)量比較多，線圈一般有3組，每組線圈都有相應(yīng)的霍耳元件(3相線圈有3個霍耳元件)，這樣電機(jī)旋轉(zhuǎn)時就更平穩(wěn)，效率更高。當(dāng)磁鋼旋轉(zhuǎn)時，霍耳元件感應(yīng)到磁場方向變化后給出相應(yīng)控制信號，無刷控制器根據(jù)此信號控制著上3路與下3路功率管的導(dǎo)通與截止。
有刷電機(jī)、無刷電機(jī)的比較
我們可以這樣來理解有刷電機(jī)與無刷電機(jī)的通電原理上的區(qū)別：有刷電機(jī)是由炭刷與換向器進(jìn)行機(jī)械換向，無刷電機(jī)是靠霍耳元件感應(yīng)信號由控制器完成電子換向。
三、電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)
有刷電機(jī)和無刷電機(jī)的通電原理不一樣，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也不一樣。對輪轂式電機(jī)而言，電機(jī)力矩的輸出方式（是否經(jīng)過齒輪減速機(jī)構(gòu)減速）不一樣，其機(jī)械結(jié)構(gòu)也不一樣。
1、常見高速有刷電機(jī)的內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)。這種輪轂式電機(jī)由內(nèi)置高速有刷電機(jī)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(jī)屬于內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)。
2、常見低速有刷電機(jī)的內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)。這種輪轂式電機(jī)由炭刷、換相器、電機(jī)轉(zhuǎn)子、電機(jī)定子、電機(jī)軸、電機(jī)端蓋、軸承等部件組成。低速有刷無齒輪轂式電機(jī)屬于外轉(zhuǎn)子電機(jī)。
3、常見高速無刷電機(jī)的內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)。這種輪轂式電機(jī)由內(nèi)置高速無刷電機(jī)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(jī)屬于內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)。
4、常見低速無刷電機(jī)的內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)。這種輪轂式電機(jī)由電機(jī)轉(zhuǎn)子、電機(jī)定子、電機(jī)軸、電機(jī)端蓋、軸承等部件組成。低速無刷無齒輪轂式電機(jī)屬于外轉(zhuǎn)子電機(jī)。
四、電機(jī)的接線方法
由于換向方式不一樣，有刷電機(jī)和無刷電機(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，只是會使電機(jī)反轉(zhuǎn)，一般不會損壞電機(jī)。
2、無刷電機(jī)相角的判斷。無刷電機(jī)的相角是無刷電機(jī)的相位代數(shù)角的簡稱，指無刷電機(jī)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(jī)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(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。
測量霍耳真值信號判斷無刷電機(jī)的相角
需要先說明一下的是什么叫無刷電機(jī)的磁拉力角。無刷電機(jī)的磁鋼數(shù)量一般是12片、16片或18片,其對應(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，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(jī)的最小磁拉力角就是360/36°、360/48°或360/54°。
無刷電機(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。我們可以利用無刷控制器（60°或120°）的5根霍耳引線，將無刷電機(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(jī)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(jī)，讓電機(jī)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(jī)，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(yīng)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(yán)格按照上面的真值順序變化，這樣對于60°無刷電機(jī)的A、B、C三個相位就判斷出來了。
如果是120°無刷電機(jī)，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(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了。
3、無刷電機(jī)的接線方法。無刷電機(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)引線一一對應(yīng)，否則電機(jī)不能正常轉(zhuǎn)動。
一般講來，60°和120°相角的無刷電機(jī)，需要由與之相對應(yīng)的60°和120°相角的無刷電機(jī)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(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)。
因為對于120°相角的無刷電機(jī)，通過調(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)。
如果無刷電機(jī)反轉(zhuǎn)，表明無刷控制器與無刷電機(jī)的相角是匹配的，我們可以這樣來調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)向：將無刷電機(jī)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(jī)與無刷控制器的主相線A、B交換接線。 |
