电动机是将蓄电池电能转换成机械能,驱动电动车车轮旋转的部件,属于电动车核心部件之一。
电动车用电动机按照电动机的通电形式来分,可分为有刷电动机和无刷电动机两大类;按照电动机总成的机械结构来分,一般分为“有齿”(电动机转速高,需要经过齿轮减速)和“无齿”(电动机转矩输出不经过任何减速)两大类。常见电动车电动机实物外形如图2-77所示。
其中,有刷有齿电动机和无刷有齿电动机又称高速电动机,有刷无齿电动机和无刷无齿电动机又称低速电动机;轮毂电动机又分有刷轮毂电动机和无刷轮毂电动机。低速无刷电动机是现阶段电动车使用的主流电动机,而高速无刷电动机是电动车电动机的发展方向。
高速电动机具有动力性强、转速高、起步爬坡有力、省电、续行里程长、蓄电池寿命长、转矩大、无电状态骑行阻力小等优点;缺点是有轻微电动机齿轮啮合声,维修拆卸比较复杂。
低速电动机具有转速低、噪声小、无磨损、故障率低、维修方便等优点;缺点是动力性差、起步上坡无力、耗电量大、蓄电池寿命短、电动机内部受磁场影响、无电骑行阻力大等。
1.常见电动机结构及特点
电动车常用的电动机多为轮毂电动机,不同的轮毂电动机内部结构组成稍有区别。常见的几种轮毂电动机的结构组成及特点如下。
(1)高速有刷电动机
高速有刷轮毂电动机属于内转子电动机。其结构如图2-78所示,是由内置高速有刷电动机机芯、减速齿轮组、超越离合器、轮毂端盖等部件组成。
图2-77 常见电动车电动机实物外形
图2-78 高速有刷电动机结构组成
高速有刷电动机通过变速齿轮装置进行减速后输出动力,效率高,过载爬坡能力强,起动转矩大,缺点是有噪声。
(2)高速无刷电动机
高速无刷有齿轮毂电动机属于内转子电动机。其结构如图2-79所示,是由内置高速无刷电动机机芯、行星摩擦滚子、超越离合器、输出法兰、端盖、轮毂外壳等部件组成。
图2-79 高速无刷电动机结构组成
高速无刷电动机通过变速齿轮装置进行减速后输出动力,电动机效率高,过载爬坡能力强,启动力矩大,但控制器复杂。
(3)低速有刷电动机
低速有刷无齿轮毂电动机属于外转子电动机。其结构如图2-80所示,是由电刷、换向器、电动机转子、电动机定子、电动机轴、电动机端盖、轴承等部件组成。
图2-80 低速有刷电动机结构(www.xing528.com)
低速有刷电动机无减速齿轮装置,结构简单,成本低,具有免维护、无噪声的优点,缺点是起步上坡过载爬坡能力差,起动电流大,耗电量大。
(4)低速无刷电动机
低速无刷无齿轮毂电动机属于外转子电动机。其结构如图2-81所示,是由电动机转子、电动机定子、电动机轴、电动机端盖、轴承等部件组成。
低速无刷电动机由霍尔元器件进行电子换向,无噪声,较省电。
2.有刷电动机与无刷电动机区别
有刷电动机与无刷电动机的区别,从名字上可以看出有刷电动机有电刷,无刷电动机没有电刷。除此之外,主要还具有以下区别:
1)有刷电动机是由电刷与换向器进行机械换向,无刷电动机是靠霍尔元器件感应信号由控制器完成电子换向。有刷电动机工作时,线圈和换向器旋转,磁钢和电刷不转,线圈电流方向的交替变化是随电动机转动的换向器和电刷来完成的。
2)无刷直流电动机由电动机主体和驱动器组成,是一种典型的机电一体化产品。无刷电动机比有刷电动机寿命长、起步有劲省电,但是控制器却比有刷控制器成本高。
3)有刷电动机为直流电输入,控制它的控制器只给它提供大小电流就可以调速了。而无刷电动机其实就是个三相交流电动机,靠控制器把直流电转换成三相交流电,并根据电动机里的传感器霍尔元器件进行换相使电动机正常运转。
图2-81 低速无刷电动机结构组成
图2-82 电动机的命名标准
4)有刷电动机一般有正、负两根引线,其中红线接电源正极黑线接电源负极。若电动机的正、负极接线连接错误,电动机会反转,但不会损坏电动机,只需将两根引线交换一下即可。无刷电动机一般有3根主相线和5根霍尔线(包括一根霍尔电源线、一根霍尔接地线和3根霍尔相线),这些导线与控制器的连接是一一对应的。
5)有刷电动机效率低,噪声大,制造成本低,电刷和换向器的故障率大,维护周期相应缩短。无刷电动机效率高,运转平稳,噪声小,寿命长,维护周期长。
3.电动机的命名方式及常用型号
电动车根据其使用环境与使用频率的不同,所装配的电动机形式也不同。不同形式的电动机一般采用不同的字母表示。其命名标准如图2-82所示。
其中,稀土永磁式无刷直流伺服电动机用“SWX”表示;铁氧体永磁式无刷直流伺服电动机用“SWT”表示;开关磁阻电动机用“SR”表示;铁氧体永磁式直流伺服电动机用“SYT”表示;铁氧体永磁式绕线盘式直流电动机用“SXPT”表示;稀土永磁式直流伺服电动机用“SYX”表示;稀土永磁式绕线盘式直流电动机用“SXPX”表示;印制绕组直流伺服电动机用“SN”表示;三相异步电动机用“YX”表示。
例如,型号为180SWX01A电动机中,“180”表示它的外径为180mm,“SWX”表示为稀土永磁式无刷直流伺服电动机,“01”表示性能参数代号。
电动车电动机型号很多,常用的主要型号如表2-4所示。
表2-4 电动车电动机常用型号
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