电动机有盘式无铁心(含线绕式和印制绕组)电动机和圆柱式有铁心电动机之分,与此相关的减速器有链条减速器、普通圆柱齿轮减速器(分一级、二级)、锥齿轮减速器、谐波齿轮减速器、行星齿轮减速器和流子柔性减速器等,后两种近来才用于电动车电动机。
目前国内电动车上使用的电动机采用永磁直流电动机。所谓永磁电动机,是指电动机线圈采用永磁体,不采用线圈励磁的方式。这样就省去了励磁线圈工作时消耗的电能,提高了电动机的机电转换效率,这对使用车载有限能源的电动车来讲,可以降低行驶电流,延长续行里程。电动机的分类见表4-1。
表4-1 电动机的分类
直流永磁电动机按照是否采用电刷换向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”(电动机扭矩输出不经过任何减速)两大类。对无刷电动机而言,根据电动机是否具有位置传感器,又分为有位置传感器无刷电动机和无位置传感器无刷电动机。对于无位置传感器的无刷电动机,必须先将车用脚蹬起来,等电动机具有一定的旋转速度以后,控制器才能识别到无刷电动机的相位,然后控制器才能对电动机供电。由于无位置传感器无刷电动机不能实现零速度起动,所以有刷电动机与无刷电动机在工作原理上是有区别的: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件感应信号由控制器完成电子换向。
1.有刷直流电动机的工作原理
当两块磁铁靠近时不同极性之间相互吸引,相同极性之间相互排斥,这种作用力称为“磁力”,利用假想的磁力线可表示其强弱和方向,磁力线越密集则表示磁场强度越高,如图4-8和图4-9所示。
通电导线周围会产生磁场,其方向可由右手螺旋法则确定,四指指尖顺着电流方向围握线圈,大拇指伸直其指向为磁场的N极,则另一侧为S极,如图4-10所示。
图4-8 磁场的相互排斥
图4-9 磁场的相互吸引
图4-10 导线成线圈时磁通通在线圈中心(www.xing528.com)
将通电线圈放入磁场中,两对磁极之间产生相斥作用,从而使转子线圈产生转动,但当转至相吸位置时转子不能继续转动,如图4-11和图4-12所示。
通过换向器反复切断转子电流和切换转子电流方向实现转子的连续旋转。当定子磁场与转子磁场接近相吸位置时切断转子线圈电流使转子磁场消失,则转子线圈在惯性作用下继续旋转然后通入反向电流,转子线圈的磁场极性与前次相反,转子线圈在磁场力的作用下继续旋转,如图4-13所示。
图4-11 转子产生转动
图4-12 转子不继续转动
2.无刷直流电动机工作原理
无刷电动机通过电子开关电路切换线圈电流的通断,磁极位置与定子电流的切换配合是由霍尔元件检测控制的。无刷电动机的定子是由三组(也称“三相”)线圈组成的,其中每一相又由在空间上相对的两个线圈组成。三相线圈在定子上均匀分布,依次以不同的角度切割转子。当通入定子线圈的电流依次切换时,它的磁场就会按转子旋转方向旋转(所以称为“旋转磁场”),同时驱动永久磁铁转子旋转。
图4-13 转子实现连续旋转的过程
图4-14 转子力矩与转子角度之间的关系
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