一、电动汽车电机的类型和结构

电动自行车的电动机有两大类五个品种。两类是:有刷电机和九州无刷电机；无刷电机有五种，包括齿轮传动和无齿轮传动，无刷电机包括传感器、无传感器和盘式电枢齿轮减速无刷电机。

1。轮毂式齿轮无刷DC电机

电机一半是盘式电枢有刷电机，另一半是齿轮减速和传动系统(图4-1)。盘形电枢是高速旋转的转子，其结构如图4-1b所示。电机的扭矩通过轴传递给一级齿轮，通过齿轮减速带动轮毂向外运动。

图4-1轮毂式齿轮无刷DC电机结构图

(a)磁钢布置方法(b)电机外形

齿毂电机的盘式电枢薄，体积小，重量极轻，安装方便。缠绕完成后，将树脂和玻璃纤维放入模具中进行热成型，然后以5000转/分的高速旋转，并测试2分钟。偏转、跳动和电枢强度指示器应合格。

电机运转时，电刷与换向器摩擦，齿轮啮合减速，所以有刷电机的声音比无刷电机的声音大。

2。轮毂无齿轮无刷DC电机

为了适应轮毂结构，简化电机，有刷电机的设计是电枢放在外面作为转子，磁钢放在电机里面作为定子，多片磁钢配合多个绕组，组成转速180转/分左右的低速电机。

从图4-2a中可以看出，这种电机的外转子中的电枢绕组，没有经过压力成型，是一个平面环形换向器片，在绕组内部有序排列。图4-2b示出了具有10个间隔排列在外转子上的磁体的定子。中间的轮毂板上有两个孔，电刷的刷握位于孔的后侧。弹簧将带有金属丝的电刷从刷握中弹出。

从图中可以看出，定子的轴端套有螺母，以防止加工过程中损坏轴螺纹。将电刷放入刷握中，并将这一端送入图4-2a所示的孔中，这样电刷就可以接触到换向器平面。借助弹簧的弹力，压下换向器，磁钢刚好进入外转子绕组，只留下一个很小的环形气隙。环形气隙的直径越大，电机产生的转矩越大。

3。无刷DC电机

无齿轮无刷DC电机的定子和转子内外对换，绕组改为三相作为定子，磁钢安装在电机外壳内，取消电刷和换向器，电枢绕组中间安装三个霍尔传感器，就成了无刷DC电机。其形状与图4-4相同。电枢的内部定子如图4-5a所示。从图中可以看到嵌入定子铁芯的绕组形状。三相绕组引线经压板固定后，从轴的一端空引出，从轴的两端铣出对应的两个平面，可以装入汽车的前*口或后*口。拧紧螺母，操作时会产生反扭矩。对于带传感器的电枢，三个霍尔传感器均匀安装在120°处，绕组的前端靠近外转子磁钢。每个传感器有三根引线，其中电源线和地线共用，合并后成为五根通用引线，与绕线引线一起从轴孔中引出。

图4-3轮毂电机的形状

图4-4无刷电机的绕组定子和外磁转子及其磁钢布置

无刷DC电机外转子7~20对或更多N、S极相间的钕铁硼磁钢磁场强度高，相对价格低。钕铁硼磁钢居里点低，但外壳散热条件好。

相反，内磁转子或定子应采用居里温度高的磁钢，如钐钴合金或其他磁场强度满意的磁钢，居里温度不应低于400℃。

4。无刷齿轮减速电机

结构与刷盘式电枢、齿轮传动的电机基本相同。它还有智能盘式电枢，甚至磁钢的排列也是一致的。本质区别是它没有换向器和霍尔位置检测装置。它们更大的区别在于控制器，控制器有功率换向电路为电枢各相提供电流，霍尔信号解码编码根据检测到的磁钢N极位置确定供电相位或方向。简单来说，它具有有刷驱动齿轮马达的结构，但是它具有无刷马达的原理。

二。电机的检查和测量

(一)准备工作

电机检查和测量所需的工具取决于自身的规模和维修能力。介绍了车辆电机综合检查的要求，并不是所有的维修站都按介绍配备。至于个人，是业余修还是研究，还得由自己的长远规划和需求来决定。请不要盲目设置。和朋友交换是最经济合理的方式。

1。常用工具首先要准备一些常用的、必不可少的修理工具。拆卸电机时，要准备铝合金(或铜)扁铲。拆卸电机盖时，应使用比电机外壳软的工具，以防损坏电机外壳。

2。轴拔具是拆卸轴或轴承的工具，也称为拔具。

3。仪器设备万用表(50mf级)、50v电压表、10a电流表、开式变压器、转速表、扭矩传感器或电机检测器、可调电源箱等。

4。参考配置的仪器如绕组匝间耐压测试仪、短路测试仪、线圈数测试仪、电枢测试仪等。检查电机时，始终要掌握电机的转速。有接触式和非接触式转速表。接触式转速表不适合轮毂电机测试，应该是非接触式的。如果可能，可以购买非接触式高精度激光转速表。

(二)电机测试项目

汽车DC发动机的检测项目主要集中在性能方面。如果在性能试验中发现问题，将进行进一步的测量和分析，如绕组、换向器、轴承、转子和电枢中心偏移率、气隙等。有些项目是大型电机或厂家执行的质检标准，有些是我们没有必要或不可能使用和维修的。电机修理要根据实际需要，根据自己的能力和条件。机械性能应包括转矩、转速、效率、时间常数、堵转电流等。目前检测电机的仪器设备产品种类繁多，技术也相当完善，可以完成从自动测量、计算、分析、得出结果到打印的全部工作。

1。电机速度的测量

有接触式和遥测式。接触式，如手持式转速表，可用于立柱电机轴的输出转数，检测轴的旋转中心；轮内电机可以用遥测转速表测量。遥测，即非接触式，可用于多种方式:

(1)数字转速表:这种仪表的原理是将物体的转速转变为脉冲，通过测量脉冲频率来获得转速。这种转速表有磁电式、电容式、霍尔元件式和光电式。常用的有光电转速表，如dt2234a，5 ~ 6000转/分，1000 ~ 10000转/分。缺点是需要反光纸。反光纸是消费品，需要更换。

(2)比较好的是频闪仪:这种转速表应用广泛，操作简单，体积小，测量范围宽，精度高。闪点测量可以达到150，000转/分，精度为1%。它可以无接触地测量物体的转速。

2。电机扭矩测量

(1)轮内电机检测分析仪:如图4-8所示，这是一种理想的电机检测装置，可以测量电机扭矩、转速和效率。该设备分为两部分:一是数据测量部分——扭矩传感器；第一部分是电脑分析仪，对测得的数据进行分析，得出结果。实际上，它是一台安装了特殊软件的电脑。可以通过键盘操作设置需要测量和分析的项目，也可以点击鼠标选择窗口中的项目。测试结果可以显示在屏幕上或打印出来。

图4-8电动自行车车轮电机检测分析仪

(a)扭矩传感器测试仪(b)计算机分析仪

测试DC电机时，功率、效率等。需要测量，需要供电。要想测量准确，就得用标准的可调电源箱。整个测试过程如图4-9所示。当整个测试过程完成后，各种分析数据和特性曲线可以显示在电脑屏幕上，结果也可以打印出来。

图4-9电机测试仪工作流程

根据公式T=9.55P/n，可知扭矩T与功率p成正比，与转速n成反比..而P=U×I，即功率P也与电压u和电流I成正比，而效率在某一段增加，超过某一点则降低。

(2)电涡流测功机:又称电涡流门和电涡流扭矩测量仪。它适用于测量静态扭矩。对于低功率电机，称重传感器也可用于测量动态扭矩。其结构如图4-10所示。

图4-10涡流测功机的两个视图

在图4-10a中，1是接收电机扭矩的轴。轴1带动圆钢盘5在极靴10内转动，极靴10通过连接横杆11与可偏转磁极2连接。从图4-10b可以看出，磁极是两组，并且相互垂直。每个磁极的两端都装有线圈。当线圈通电时，可以产生磁通量，该磁通量被传输到四对极靴10。由于极靴中的磁通量，圆盘旋转时产生涡流，带动极靴旋转一定角度。极靴又驱动磁极和用于固定磁极的轴9旋转。轴9的端部装备有指针8和配重4。根据磁盘的涡流，其中的指针，配重块，刻度，励磁线圈的电流都是事先通过实验确定的，并留出几个档次的备件。

这种扭矩测功机结构简单，使用方便，调节平稳，成本低廉，虽然结构陈旧，精度不是很精确，但特别适用。

(3)新型电机检测器:新型检测器——测功机背离了原有的原理，采用了更先进、更简单、更准确、更快速、更轻便的方式。先进技术有扭矩变形轴贴片、变形盘贴片、磁粉、磁滞等技术。贴片主要是通过改变贴片在变形时的电阻值来改变电流，转换成各种有用的数据来达到测量的效果。

新型电机测功机已经小型化、集成化，微小的变化信息传到测量电路，再送到计算机。通过事先编制的专用软件进行分析和综合后，得到若干结果，并由打印机绘制出图表和报告。测试设备简单准确，是过去的老设备不能比的。老式的设备不能满足现有汽车发动机的测试要求。近年来，为了适应电动自行车的发展和轮毂电机的量产，为此开发的电子仪器越来越多，技术也越来越先进。

①电机检测包括电机、电机+控制器、整车条件下的电机检测、不同条件下电机性能的测量。因此，电机检测设备不仅是电机生产、电动自行车前后装，也是修理过程中不可缺少的设备。

根据国家标准GB17761—1999《电动自行车通用技术条件》，车辆电机检测项目有三个条件:

A.电动自行车电机空负载性能:测量电压、电流、转速；

B.记忆电动自行车负载性能:测量电压、电流、转速、扭矩；

C.电动自行车过载性能:测量电压、电流、扭矩。

②电机测试仪又称电机测功机，新型测功机分为磁粉式和磁滞式。这两种类型的特征如下:

A .磁粉类型:适用于低速大扭矩电机的检测。缺点是内部磁粉摩擦，初始扭矩大。

b、滞环类型:适用于高转速低转矩的电机检测，甚至高达10000 r/min，低至nm(mN·m)。缺点是体积大，价格高，大扭矩下容易烧毁，冷却措施不够，连续检测有限。

3。电机测试项目的重要性

测试项目与电机性能和经济性能密切相关，如:

⑴扭矩:这是电机输出数据中很重要的一项。电机做功主要靠扭矩。因此，扭矩被列为电机测试数据中的重要项目。通过测量电机扭矩，可以计算出电机功率和其他机械参数。

扭矩是电动自行车在加速、上坡、逆风行驶时最重要的动力和保障。

⑵时间常数:是衡量电机通电后快速动作的重要指标。通电后空负载下转速从0变为空负载下额定转速的0.632倍需要时间。启动时间:在设定条件下，电机从静止转到空负载速度所需的时间。

⑶转速:电机的转速必须工作在设计要求的点附近。对于电动自行车，也要求有很快的速度响应。

(4)效率和综合效率:低效率电机只消耗能量不输出，非常不经济。是由于设计不合理或者故障发生时的异常现象。电动自行车电机的效率应与控制器一起测量。衡量综合效率，可以将电机连接到扭矩传感器上的控制器上，测量电机在不同调速阶段的输出功率。同时在控制器和电源之间安装检测系统，测量同时消耗的电能，进而计算出综合效率。有刷电机系统的综合效率应不低于75%，无刷电机系统的综合效率应不低于85%。

⑸堵转:电机因过载停止转动，此时绕组无反电动势抵抗电流增大，使线圈温度在合适的时间内迅速上升，有可能烧坏。在这种情况下，电机的电流极限和温升速度关系到电机的命运。

[6]其他:磁场、电感、噪声、绕组损耗(包括铜损、铁损、机械损耗、杂散损耗等)的测量。)，动平衡和静平衡等。，都是电机的重要指标。

磁钢的场强是在设计中确定的，一般不允许磁钢退磁。否则会影响电机的性能和寿命。钢材退磁会导致电机飞转。绕组电感影响线圈电流的增减，这对于工作在高频的无刷电机非常重要。噪音是电动自行车的指标之一。与其他机动车相比，电动自行车的噪音要小得多。所有这些都应符合国家标准和规范。

绕组是电机产生电磁转矩的重要部分，是电机设计的三大要素之一。绕组的设计和运行状态影响电机的性能。绕组容易出现的问题有:不绝缘、线圈间短路、绕组间短路、开路等。

三。电机故障检测和排除

(一)有刷电机故障

有刷电机故障，如不启动、运转异常、过快、过慢、异响、冒火花等。

1。未启动的原因

主要是开路。绕组断路、绕组与换向器断开、电刷线丢失、弹簧失效、电刷或换向器磨损等。

⑴绕组开路:用万用表或毫安表测量换向器相对的两个铜片时，电阻与其他部位不同。找到故障换向片后，一个探头固定，另一个探头左右移动。如果指针读数发生变化，则可以断定与此铜片相连的线圈断开；不管怎么动，电阻值总是大的，可以确定对方探头接触的换向路径。使用毫安表时，电源电压不得超过3V，开路时毫安表读数为最小值或无值。

⑵线圈与换向器铜片开焊:运行中性能与线圈开路相同，但容易检查。用竹针搅动线圈端与铜片的焊点，开焊或虚焊处有活动或立即分离的迹象，重新焊接即可。如果线圈开路，在绕组内部，很难解决。如果只有一两个断点，可以在换向片处短路连接；断点多，只修复一个绕组，要衡量其经济性和合理性。

⑶少数线圈断线:有时一两个线圈断线不影响运行，但转速和转矩下降，性能不稳定。随着断开线圈数量的增加，电机无法启动。

2。换向器问题

奇怪的声音与硬弹簧、磨损的电刷、换向器片之间凸出的绝缘片、电枢凸出部分等有关。从这几个方面检查排除后，异响就会消除。

3、火花和环火

火花是电刷与换向器接触不良引起的，因为换向器或电刷磨损或弹簧压力不足，接触面似乎断开，导致电刷跳动。如果线圈或换向片短路、开路，电刷跳动严重，有时电流过大，可引起火花持续，过大的电流会变成连续的，最终成为环火。

解决方案是:

(1)改善碳刷与换向器的接触，并磨平碳刷的接触面。

⑵更换碳刷或弹簧。

⑵查找短路或断路点，排除故障。