一文教你看懂電機(jī)

時間：2020-02-10作者：河北電機(jī)股份有限公司瀏覽：382

組成結(jié)構(gòu)
1.永磁式直流電機(jī)：
由定子磁較、轉(zhuǎn)子、電刷、外殼等組成。
定子磁較采用永磁體(*磁鋼)，有鐵氧體、鋁鎳鈷、釹鐵硼等材料。按其結(jié)構(gòu)形式可分為圓筒型和瓦塊型等幾種。
轉(zhuǎn)子一般采用硅鋼片疊壓而成，漆包線繞在轉(zhuǎn)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。
電刷是連接電源與轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)電部件，具備導(dǎo)電與耐磨兩種性能。永磁電機(jī)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(jī)：
由永磁體轉(zhuǎn)子、多較繞組定子、位置傳感器等組成。無刷直流電機(jī)的特點是無刷，采用半導(dǎo)體開關(guān)器件(如霍爾元件)來實現(xiàn)電子換向的，即用電子開關(guān)器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的接觸式換向器和電刷。它具有可靠性高、無換向火花、機(jī)械噪聲低等優(yōu)點。
位置傳感器按轉(zhuǎn)子位置的變化，沿著一定次序?qū)Χㄗ永@組的電流進(jìn)行換流(即檢測轉(zhuǎn)子磁較相對定子繞組的位置，并在確定的位置處產(chǎn)生位置傳感信號，經(jīng)信號轉(zhuǎn)換電路處理后去控制功率開關(guān)電路，按一定的邏輯關(guān)系進(jìn)行繞組電流切換)
3.高速永磁無刷電機(jī)：
由定子鐵心、磁鋼轉(zhuǎn)子、太陽輪、減速離合器、輪轂外殼等組成。
電機(jī)蓋子上面可以裝上霍爾傳感器，用以測速。
位置傳感器有磁敏式、光電式和電磁式三種類型。
采用磁敏式位置傳感器的無刷直流電動機(jī)，其磁敏傳感器件(例如霍爾元件、磁敏二極管、磁敏詁極管、磁敏電阻器或**集成電路等)裝在定子組件上，用來檢測永磁體、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的磁場變化。電動汽車多用的是霍爾元件。
采用光電式位置傳感器的無刷直流電動機(jī)，在定子組件上按一定位置配置了光電傳感器件，轉(zhuǎn)子上裝有遮光板，光源為發(fā)光二極管或小燈泡。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)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。
采用電磁式位置傳感器的無刷直流電動機(jī)，是在定子組件上安裝有電磁傳感器部件(例如耦合變壓器、接近開關(guān)、LC諧振電路等)，當(dāng)永磁體轉(zhuǎn)子位置發(fā)生變化時，電磁效應(yīng)將使電磁傳感器產(chǎn)生高頻調(diào)制信號(其幅值隨轉(zhuǎn)子位置而變化)。
定子繞組的工作電壓由位置傳感器輸出控制的電子開關(guān)電路提供。
設(shè)備分類
用于電動汽車的驅(qū)動電機(jī)與常規(guī)的工業(yè)電機(jī)不同。電動汽車的驅(qū)動電機(jī)通常要求頻繁的啟動/停車、加速/減速，低速或爬坡時要求高轉(zhuǎn)矩，高速行駛時要求低轉(zhuǎn)矩，并要求變速范圍大。而工業(yè)電機(jī)通常優(yōu)化在額定的工作點。因此，電動汽車驅(qū)動電機(jī)比較*特，應(yīng)單獨(dú)歸為一類。
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。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)時就較平穩(wěn)，效率較高。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
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)是由碳刷與換向器進(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。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、追趕離合器、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)由碳刷、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、**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)。
主要特性
無刷直流電動機(jī)之所以被廣泛應(yīng)用于電動車，是因為它與傳統(tǒng)的有刷直流電動機(jī)相比具有以下二方面的優(yōu)勢。
(1)壽命長、免維護(hù)、可靠性高。在有刷直流電動機(jī)中，由于電機(jī)轉(zhuǎn)速較高，電刷和換向器磨損較快，一般工作1000小時左右就需更換電刷。另外其減速齒輪箱的技術(shù)難度較大，特別是傳動齒輪的潤滑問題，是目前有刷方案中比較大的難題。所以有刷電機(jī)就存在噪聲大、效率低、易產(chǎn)生故障等問題。因此無刷直流電動機(jī)的優(yōu)勢很明顯。
(2)效率高、節(jié)能。一般而言，因無刷直流電動機(jī)沒**械換向的磨擦損耗及齒輪箱的消耗，以及調(diào)速電路損耗，效率通?？?*85%，但考慮到實際設(shè)計中的較高性價比，為減少材料消耗，一般設(shè)計為76%。而有刷直流電動機(jī)的效率由于齒輪箱和追趕離合器的消耗，通常在70%左右。
工作原理
電動機(jī)(Motors)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種設(shè)備。它是利用通電線圈(也就是定子繞組)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場并作用于轉(zhuǎn)子鼠籠式式閉合鋁框形成磁電動力旋轉(zhuǎn)扭矩。電動機(jī)按使用電源不同分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)，電力系統(tǒng)中的電動機(jī)大部分是交流電機(jī)，可以是同步電機(jī)或者是異步電機(jī)(電機(jī)定子磁場轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不保持同步速)。電動機(jī)主要由定子與轉(zhuǎn)子組成，通電導(dǎo)線在磁場中受力運(yùn)動的方向跟電流方向和磁感線(磁場方向)方向有關(guān)。電動機(jī)工作原理是磁場對電流受力的作用，使電動機(jī)轉(zhuǎn)動。
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