由定子磁极、转子、电刷、外壳等组成。
定子磁极采用永磁体(永久磁钢),有铁氧体、铝镍钴、钕铁硼等材料。按其结构形式可分为圆筒型和瓦块型等几种。
转子一般采用硅钢片叠压而成,漆包线绕在转子铁心的两槽之间(三槽即有三个绕组),其各接头分别焊在换向器的金属片上。
电刷是连接电源与转子绕组的导电部件,具备导电与耐磨两种性能。永磁电机的电刷使用单性金属片或金属石墨电刷、电化石墨电刷。
2.无刷直流电机:
由永磁体转子、多极绕组定子、位置传感器等组成。
无刷直流电机的特点是无刷,采用半导体开关器件(如霍尔元件)来实现电子换向的,即用电子开关器件代替传统的接触式换向器和电刷。它具有可靠性高、无换向火花、机械噪声低等优点。
位置传感器按转子位置的变化,沿着一定次序对定子绕组的电流进行换流(即检测转子磁极相对定子绕组的位置,并在确定的位置处产生位置传感信号,经信号转换电路处理后去控制功率开关电路,按一定的逻辑关系进行绕组电流切换)。
3.高速永磁无刷电机:
由定子铁心、磁钢转子、太阳轮、减速离合器、轮毂外壳等组成。
电机盖子上面可以装上霍尔传感器,用以测速。
位置传感器有磁敏式、光电式和电磁式三种类型。
采用磁敏式位置传感器的无刷直流电动机,其磁敏传感器件(例如霍尔元件、磁敏二极管、磁敏诂极管、磁敏电阻器或专用集成电路等)装在定子组件上,用来检测永磁体、转子旋转时产生的磁场变化。电动汽车多用的是霍尔元件。
采用光电式位置传感器的无刷直流电动机,在定子组件上按一定位置配置了光电传感器件,转子上装有遮光板,光源为发光二极管或小灯泡。转子旋转时,由于遮光板的作用,定子上的光敏元器件将会按一定频率间歇间生脉冲信号。
采用电磁式位置传感器的无刷直流电动机,是在定子组件上安装有电磁传感器部件(例如耦合变压器、接近开关、LC谐振电路等),当永磁体转子位置发生变化时,电磁效应将使电磁传感器产生高频调制信号(其幅值随转子位置而变化)。
定子绕组的工作电压由位置传感器输出控制的电子开关电路提供。
电机分类
用于电动汽车的驱动电机与常规的工业电机不同。电动汽车的驱动电机通常要求频繁的启动/停车、加速/减速,低速或爬坡时要求高转矩,高速行驶时要求低转矩,并要求变速范围大。而工业电机通常优化在额定的工作点。因此,电动汽车驱动电机比较独特,应单独归为一类。
对无刷电机而言,根据电机是否具有位置传感器,又分为有位置传感器无刷电
机和无位置传感器无刷电机。对于无位置传感器的无刷电机,必须要先将车用脚蹬起来,等电机具有一定的旋转速度以后,控制器才能识别到无刷电机的相位,然后控制器才能对电机供电。由于无位置传感器无刷电机不能实现零速度启动,所以在2000年以后生产的电动车上用得较少。电动车行业内使用的无刷电机,普遍采用有位置传感器无刷电机。旋转180°,线圈不动,霍耳元件感应到S极磁场,此时P1与R2截止,P2与R1导通,可以看到电流i’从电池正极经过R1、线圈、P2流到电池负极。通电线圈中的A点的电流i’方向是指向接线头的方向(矢量方向与i’矢量方向相反),磁钢受到线圈的反作用力,一样产生向逆时针方向的旋转力矩。电动车用无刷电机的磁钢数量比较多,线圈一般有3组,每组线圈都有相应的霍耳元件(3相线圈有3个霍耳元件),这样电机旋转时就更平稳,效率更高。当磁钢旋转时,霍耳元件感应到磁场方向变化后给出相应控制信号,无刷控制器根据此信号控制着上3路与下3路功率管的导通与截止。
有刷电机、无刷电机的比较
有刷电机与无刷电机的通电原理上的区别:有刷电机是由碳刷与换向器进行机械换向,无刷电机是靠霍耳元件感应信号由控制器完成电子换向。
有刷电机和无刷电机的通电原理不一样,其内部结构也不一样。对轮毂式电机而言,电机力矩的输出方式(是否经过齿轮减速机构减速)不一样,其机械结构也不一样。
1、常见高速有刷电机的内部机械结构。这种轮毂式电机由内置高速有刷电机心、减速齿轮组、超越离合器、轮毂端盖等部件组成。高速有刷有齿轮毂式电机属于内转子电机。
2、常见低速有刷电机的内部机械结构。这种轮毂式电机由碳刷、换相器、电机转子、电机定子、电机轴、电机端盖、轴承等部件组成。低速有刷无齿轮毂式电机属于外转子电机。
3、常见高速无刷电机的内部机械结构。这种轮毂式电机由内置高速无刷电机心、行星摩擦滚子、超载离合器、输出法兰、端盖、轮毂外壳等部件组成。高速无刷有齿轮毂电机属于内转子电机。
4、常见低速无刷电机的内部机械结构。这种轮毂式电机由电机转子、电机定子、电机轴、电机端盖、轴承等部件组成。低速无刷无齿轮毂式电机属于外转子电机。
工作原理
电动机(Motors)是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈(也就是定子绕组)产生旋转磁场并作用于转子鼠笼式式闭合铝框形成磁电动力旋转扭矩。电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机,电力系统中的电动机大部分是交流电机,可以是同步电机或者是异步电机(电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速)。电动机主要由定子与转子组成,通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线(磁场方向)方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用,使电动机转动。
基本介绍
电动机是一种旋转式电动机器,它将电能转变为机械能,它主要包括一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子。在定子绕组旋转磁场的作用下,其在电枢鼠笼式铝框中有电流通过并受磁场的作用而使其转动。这些机器中有些类型可作电动机用,也可作发电机用。它是将电能转变为机械能的一种机器。通常电动机的作功部分作旋转运动,这种电动机称为转子电动机;也有作直线运动的,称为直线电动机。
基本结构
一、三相异步电动机的结构,由定子、转子和其它附件组成
电动车控制器
。
(一)定子(静止部分)
1、定子铁心
作用:电机磁路的一部分,并在其上放置定子绕组。
构造:定子铁心一般由0.35~0.5毫米厚表面具有绝缘层的硅钢片冲制、叠压而成,在铁心的内圆冲有均匀分布的槽,用以嵌放定子绕组。
定子铁心槽型有以下几种:
半闭口型槽:电动机的效率和功率因数较高,但绕组嵌线和绝缘都较困难。一般用于小型低压电机中。
半开口型槽:可嵌放成型绕组,一般用于大型、中型低压电机。所谓成型绕组即绕组可事先经过绝缘处理后再放入槽内。
开口型槽:用以嵌放成型绕组,绝缘方法方便,主要用在高压电机中。
2、定子绕组
作用:是电动机的电路部分,通入三相交流电,产生旋转磁场。
构造:由三个在空间互隔120°电角度、队称排列的结构完全相同绕组连接而成,这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内。
定子绕组的主要绝缘项目有以下三种:(保证绕组的各导电部分与铁心间的可靠绝缘以及绕组本身间的可靠绝缘)。
(1)对地绝缘:定子绕组整体与定子铁心间的绝缘。
(2)相间绝缘:各相定子绕组间的绝缘。
(3)匝间绝缘:每相定子绕组各线匝间的绝缘。
电动机接线盒内的接线:
电动机接线盒内都有一块接线板,三相绕组的六个线头排成上下两排,并规定上排三个接线桩自左至右排列的编号为1(U1)、2(V1)、3(W1),下排三个接线桩自左至右排列的编号为6(W2)、4(U2)、5(V2),.将三相绕组接成星形接法或三角形接法。凡制造和维修时均应按这个序号排列。
3、机座
作用:固定定子铁心与前后端盖以支撑转子,并起防护、散热等作用。
构造:机座通常为铸铁件,大型异步电动机机座一般用钢板焊成,微型电动机的机座采用铸铝件。封闭式电机的机座外面有散热筋以增加散热面积,防护式电机的机座两端端盖开有通风孔,使电动机内外的空气可直接对流,以利于散热。
(二)转子(旋转部分)
1、三相异步电动机的转子铁心:
作用:作为电机磁路的一部分以及在铁心槽内放置转子绕组。
构造:所用材料与定子一样,由0.5毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成,硅钢片外圆冲有均匀分布的孔,用来安置转子绕组。通常用定子铁心冲落后的硅钢片内圆来冲制转子铁心。一般小型异步电动机的转子铁心直接压装在转轴上,大、中型异步电动机(转子直径在300~400毫米以上)的转子铁心则借助与转子支架压在转轴上。
一、电机的拆卸
拆卸电机之前应首先拔开电机与控制器的引线,此时一定要记录下电机引线颜色与控制器引线颜色的一一对应关系。打开电机端盖之前应先清洁操作场地,以防止杂物被吸在电机内的磁钢上。做好端盖与轮毂相对位置的标记。注意:一定要按对角顺序松动螺钉,以免电机外壳变形。电机转子与定子的径向间隙叫气隙(空气间隙),一般电机的气隙在0.25-0.8mm之间。当拆卸完电机排除了电机故障之后,一定要按原来的端盖记号进行装配,这样可以防止二次装配后的扫膛现象。
二、电机内齿轮的润滑
如果有刷有齿轮毂电机与无刷有齿轮毂电机运行的噪音开始变大,或者更换了电机内的齿轮,应将齿轮所有齿面涂满润滑脂,一般使用3号润滑脂或厂家指定的润滑油。
电动车电机
三、电机的组装
在组装有刷电机之前,请检查刷握里面弹簧的弹性,检查碳刷与刷握是否有碰擦,检查碳刷在刷握里是否能达到最大行程,注意碳刷与换相器的正确定位,以免卡坏碳刷或刷握。
安装电机的时候,首先应清理电机部件表面的杂质,以免影响电机的正常运转,并且一定要将轮毂体固定结实,以免安装时由于受磁钢的强力吸引,造成部件相互撞击、损坏。检测36V正常,控制器输出5V、12V正常,电动机电阻正常。把电动机直接连接到36V电池上,电动机运转正常。
四、接线方法
由于换向方式不一样,有刷电机和无刷电机不但内部结构不一样,而且在接线方式上的区别也非常大。
1、有刷电机的接线方法。有刷电机一般有正负两根引线。一般红线是电机正极,黑线是电机负极。如果将正负极交换接线,只是会使电机反转,一般不会损坏电机。
2、无刷电机相角的判断。无刷电机的相角是无刷电机的相位代数角的简称,指无刷电机各线圈在一个通电周期里面线圈内部电流方向改变的角度。电动车用无刷电机常见的相位代数角有120°与60°两种。
观察霍耳元件安装空间位置判断无刷电机的相角,120°和60°两种相角电机的霍耳元件安装空间位置不一样。
测量霍耳真值信号判断无刷电机的相角
需要先说明一下的是什么叫无刷电机的磁拉力角。无刷电机的磁钢数量一般是12片、16片或18片,其对应的定子槽数是36槽、48槽或54槽。电机在静止状态时,转子磁钢的磁力线有沿磁阻最小方向行走的特性,因此转子磁钢所停顿的位置恰好为定子槽凸极的位置。磁钢不会停在定子槽心的位置,这样转子与定子的相对位置只有36种、48种或54种这有限的几个位置。因此无刷电机的最小磁拉力角就是360/36°、360/48°或360/54°。
无刷电机的霍耳元件有5根引线,分别是霍耳元件的公共电源正极、公共电源负极、A相霍耳输出、B相霍耳输出和C相霍耳输出。我们可以利用无刷控制器(60°或120°)的5根霍耳引线,将无刷电机霍耳元件引线的正负电源接好,将其余A、B、C三个相位传感器的引线,任意接在控制器霍耳信号引线的引线上。接通控制器电源,由控制器给霍耳元件供电,就可以检测到无刷电机的相角了。方法如下:用万用表的+20V直流电压挡,
并将黑表笔接地线,红表笔分别测量三个引线的电压情况,记录下3根引线的高低电压。轻微转动电机,让电机转过一个最小磁拉力角度,再次测量并记录下3根引线的高低电压,如此测量记录6次。我们用1表示高电位,用0表示低电位,那么——
如果是60°无刷电机,连续转动6个最小磁拉力角度,则测量出的霍耳真值信号应该是:100、110、111、011、001、000。调整三个霍耳元件引线的引脚顺序,让真值的信号严格按照上面的真值顺序变化,这样对于60°无刷电机的A、B、C三个相位就判断出来了。
如果是120°无刷电机,连续转动6个最小磁拉力角度,测量出的霍耳真值信号应该是按照100、110、010、011、001、101的规律变化,这样霍耳元件引线的通电相序就判断出来了。
如果想快速测出无刷电机是60°还是120°,用万用表的+20V直流电压挡,并将黑表笔接地线,红表笔分别测量三个引线的电压,出现三根线都有电压或都无电压时就确定是60°电机,否则就是120°
3、无刷电机的接线方法。无刷电机的线圈引线有3根,霍耳引线有5根,这8根引线必须和控制器相应引线一一对应,否则电机不能正常转动。
一般讲来,60°和120°相角的无刷电机,需要由与之相对应的60°和120°相角的无刷电机控制器来驱动,两种相角的控制器不能直接互换。60°相角的无刷电机与60°相角控制器相连的8根线的正确接线有两种,一种正转,一种反转。
因为对于120°相角的无刷电机,通过调整线圈引线的相序和霍耳引线的相序,电机与控制器相连的8根线的正确接线可以有6种,其中3种接法电机正转,另外3种接法电机反转。
如果无刷电机反转,表明无刷控制器与无刷电机的相角是匹配的,我们可以这样来调整电机的转向:将无刷电机与无刷控制器的霍耳引线的A、C交换接线;同时将无刷电机与无刷控制器的主相线A、B交换接线。
电动自行车大体可分三种。1,直流轮毂电机,即有刷电机,两根引出线,外接PWM控制器。2,交流轮毂电机,有带霍尔和不带霍尔传感的,三根引线以上,外接变频控制器。3,直流无刷轮毂电机,内含电子换向器,两根引出线。外接PWM控制器。一定要分清,不要被混淆。
电动车电机是指用于电动汽车的驱动电机。根据其使用环境与使用频率的不同,形式也不同。不同形式的电机其特点也不一样。目前电动车电机普遍采用永磁直流电机。
电动车电机按照电机的通电形式来分,可分为有刷电机和无刷电机两大类;按照电机总成的机械结构来分,一般分为“有齿”(电机转速高,需要经过齿轮减速)和“无齿”(电机扭矩输出不经过任何减速)两大类。
常见故障
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无刷直流电动机的常见故障通常从其三个组成部分来检查。在不清楚故障部位时,首先应该检查电动机本体,其次是位置传感器,最后检查驱动控制电路。在电动机本体中,可能出现的
问题是:A、电动机绕组接触不良,断线或短路。会造成电动机不转;电动机在某些位置能够起动,而在某些位置不能起动;电动机运行不平衡。B、电动机主磁极退磁,会使电动机转矩明显小,而空载转速高、电流大。在位置传感器上常见问题是霍尔元件损坏、接触不良、位置变化,都会使电动机输出转矩变小,严重时会使得电动机不动或在某一点来回振动。在驱动控制电路中最容易出现故障的是功率晶体管,即由于长期过载、过电压或短路使功率晶体管损坏。以上是对无刷电动机的常见故障进行的简单分析,在电动机实际运行时问题会是多种多样的,检查者应注意在没有确切把握情况时,不能随意通电,以免造成电动机的其他器件损坏。
检修方法
电机的故障有机械故障与电气故障两大类,机械故障比较容易发现,而电气故障就要通过测量其电压或电流进行分析判断了,以下介绍电机常见故障的检测与排除方法。
1、电机的空载电流大
当电机的空载电流大于极限数据时,表明电机出现了故障。电机空载电流大的原因有,电机内部机械摩擦大,线圈局部短路,磁钢退磁。我们继续往下做有关的测试与检查项目,可以进一步判断出故障原因或故障部位。
电机的空载/负载转速比大于1.5,打开电源,转动转把,使电机高速空载转动10s以上。等电机转速稳定以后,测量此时电机的空载最高转速N1。在标准测试条件下,行驶200m距离以上,开始测量电机的负载最高转速N2。空载/负载转比=N2÷N1。
当电机的空载/负载转速比大于1.5时,说明电机的磁钢退磁已经相当厉害了,应该更换电机里面整套的磁钢,在电动车的实际维修过程中一般是更换整个电机。
2、电机发热
电机发热的直接原因是由于电流大引起的,电机电流I,电机的输入电动势E1,电机旋转的感生电动势(又叫反电动势)E2,与电机线圈电阻R之间的关系是:I=(E1-E2)÷R,I增大,说明R变小或E2减少了。R变小一般是线圈短路或开路引起的,E2减少一般是磁钢退磁引起的或者是线圈短路,开路引起的。在电动车
的整车的维修实践中,处理电机发热放障的方法,一般是更换电机。
3、电机在运行时内部有机械碰撞或机械噪音
无论高速电机还是低速电机,在负载运行时都不应该出现机械碰撞或不连续不规则的机械噪音。不同形式的电机可运用不同的方法进行维修。
4、整车行驶里程缩短、电机乏力
车续行里程短与电机乏力(俗称电机没劲)的原因比较复杂。但是当我们排除了以上4种电机故障之后,一般说来,整车续行里程短的故障就不是电机引起的了,这和电池容量的衰减,充电器充不满电,控制器参数漂移(PWM信号没有达到100%)等有关。
5、无刷电机缺相
无刷电机缺相一般是由于无刷电机的霍耳元件损坏引起的。我们可以通过测量霍耳元件输出引线相对霍耳地线和相对霍耳电源的引线的电阻,用比较法判断是哪只霍耳元件出现故障。
为保证电机换相位置的精确,一般建议同时更换所有的三个霍耳元件。更换霍耳元件之前,必须弄清楚电机的相位代数角是120°还是60°,一般120°相角电机的三个霍耳元件的摆放位置是平行的。而60°相角电机,三个霍耳元件中间的一个霍耳元件是呈翻转180°位置摆放的。[2]
电机的维修经验与技巧:
1、检测电机霍尔!用万用表20v档位,把红笔插入霍尔正极,黑笔插入霍尔黄,绿,蓝,打开电源锁,用手轻转电机轮如果电压有变化说明对应的霍尔是正常的,一般变换电压为0-5v,相反,如果电压无变换则对应霍尔已坏,进行更换。
2、拆卸电机!将准备要拆卸的螺丝用除锈剂进行喷洒一下,给拆卸带来一定方便且不费力!螺丝不要随手乱扔,以免安装时找不到!
3、电机螺丝多为六棱丝!最好用“尖锥子”将螺丝内的异物进行清理,以免六棱扳手将六棱螺丝拧滑带来麻烦!
4、墩击电机时不要用蛮力,电机端盖材质是铝,易击烂!小技巧:将两边的电机端盖密封圈用“尖锥子””撬开,往里面喷除锈剂,待十多分钟在来进行拆!拆卸时由于磁钢是强磁,避免有铁的东西让强磁吸上,振伤磁钢片!
5、查找原来检测损坏的那只霍尔!用“尖锥子”轻轻敲下!看准霍尔正反方向,安装新霍尔时请按原样安装!在焊接霍尔时烙铁不要在霍尔上停留超过三秒,以防“热量”将霍尔击穿!然后把安装的新霍尔用101胶将其沾住,以防安装时撞击而脱离!造成运转不正常!
6、检查电机两边端盖轴承!如果有“哐当”和“卡顿”现象请将轴承一并更换!安装电机轴承时请适当加入润滑油,因为本身自带很少,添加些更耐用!
7、安装电机端盖时用像皮锤适度敲打端盖周圈让轴承慢慢归位,电机端盖螺丝请对角“上丝”,不然一边偏移造成安装困难容易“伤丝毁盖”!
8、将电机线用线束子固定在车架,以免轮胎或减震把线磨断,造成损坏!
向左转|向右转
电机养护应注意以下几点:
1、注意骑行带不带刹车,带刹车骑行电机受力起热引起磁钢退磁,造成车无力而缩短续航里程。
2、电机发生噪音及时修理,检查轴承,以免轴承里钢粒滚出把线圈割断,造成电机报废,