一、電動(dòng)車電機(jī)種類和構(gòu)造

電動(dòng)自行車車用電動(dòng)機(jī)有兩大類，五個(gè)品種。兩大類是：有刷電機(jī)和九州無刷電機(jī)；五個(gè)品種是有刷電機(jī)有齒輪傳動(dòng)和無齒輪傳動(dòng)，無刷電機(jī)有傳感器、無傳感器和盤形電樞齒輪減速無刷電機(jī)。

1．輪轂式有齒輪傳動(dòng)有刷直流電動(dòng)機(jī)

該電機(jī)一半是盤形電樞有刷電機(jī)，另一半是齒輪減速兼?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)（圖4-1）。盤形電樞是高速轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子，構(gòu)造圖4-1b。電機(jī)的轉(zhuǎn)矩是通過軸傳遞給第一級(jí)齒輪，經(jīng)齒輪減速帶動(dòng)輪轂外動(dòng)。

圖4-1 輪轂式有齒輪傳動(dòng)有刷直流電動(dòng)機(jī)構(gòu)造圖

（a）磁鋼排列的方法 （b）電機(jī)剖面圖

有刷有齒輪轂電機(jī)的盤形電樞，是薄片形，體積很小，重量特輕，安裝方便。繞組編制好之后，用樹脂加玻璃纖維放進(jìn)模內(nèi)熱成型，之后在5000r/min的轉(zhuǎn)速下高速旋轉(zhuǎn)，試驗(yàn)2min，偏轉(zhuǎn)、跳動(dòng)和電樞的強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)當(dāng)合格。

電機(jī)在運(yùn)行中由于電刷和換向器摩擦，又有齒輪嚙合減速，所以有刷電機(jī)的聲音比無刷電機(jī)聲音大。

2．輪轂式無齒輪傳動(dòng)有刷直流電動(dòng)機(jī)

為了適應(yīng)輪轂結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化電機(jī)，將有刷電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)成電樞放在外邊做轉(zhuǎn)子，磁鋼放在電機(jī)之內(nèi)做定子，多塊磁鋼配多個(gè)繞組，組成轉(zhuǎn)速為180r/min左右的低速電機(jī)。

由圖4-2a中看到這種電機(jī)外轉(zhuǎn)子中尚未經(jīng)過壓力整形的電樞繞組，在繞組以內(nèi)是平面環(huán)狀整齊排列的換向片。圖4-2b是放在外轉(zhuǎn)子上的間隔排列著10塊磁鋼的定子，在中間的轂板上開有兩個(gè)孔，電刷的刷握就設(shè)在孔的背側(cè)，電刷帶著導(dǎo)線被彈簧從刷握中彈出。

從圖中能看到定子的軸端套有一個(gè)螺母，防止在加工中損傷軸的螺紋，把電刷整理好裝入刷握中，將這一端送進(jìn)圖4-2a的孔中，電刷就可以接觸在換向器平面上，借助彈簧的彈力，對(duì)換向器壓緊，而磁鋼正好進(jìn)入外轉(zhuǎn)子繞組中，只留一個(gè)很小的環(huán)形氣隙。這個(gè)環(huán)形氣隙的直徑越大，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也越大。

3．無刷直流電動(dòng)機(jī)

把無齒輪傳動(dòng)的有刷直流電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子內(nèi)外對(duì)調(diào)，將繞組改成三個(gè)相做定子，磁鋼裝在電機(jī)外殼內(nèi)，取消電刷和換向器，在電樞繞組中間安裝三個(gè)霍耳傳感器，這就成為一臺(tái)無刷直流電動(dòng)機(jī)。它的外形與圖4-4相同。電樞內(nèi)定子如圖4-5a所示，從圖中可以看到繞組嵌入定子鐵心后的形狀，三相繞組引線經(jīng)壓板固定后，從軸的一端空心引出，從軸的兩端部各銑出對(duì)應(yīng)的兩個(gè)平面，可以裝入車的前*或后*的*口內(nèi)，上緊螺母，在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生反力矩。對(duì)有傳感器的電樞，3個(gè)霍耳傳感器按120°均勻安裝在繞組有引線一端貼近外轉(zhuǎn)子磁鋼的地方。每個(gè)傳感器有3根引線，其中電源線和地線是共用的，合并后變成5根總引線，與繞組引線從軸孔中引出。

圖4-3 輪轂電機(jī)外形

圖4-4 無刷電機(jī)繞組定子和外磁轉(zhuǎn)子及其磁鋼排列

無刷直流電機(jī)的外轉(zhuǎn)子由7~20對(duì)或更多的n、s極互相交替的釹鐵硼磁鋼強(qiáng)度的磁場(chǎng)強(qiáng)度高，相對(duì)價(jià)格也較低。釹鐵硼磁鋼的居里點(diǎn)低，但外殼的散熱條件好。

相反，內(nèi)磁轉(zhuǎn)子或內(nèi)磁定子則采用居里溫度較高的磁鋼如釤鈷合金或其他磁場(chǎng)強(qiáng)度滿足要求的磁鋼，要求居里溫度應(yīng)不低于400℃。

4．無刷有齒輪減速電機(jī)

和有刷盤形電樞有齒輪傳動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)基本相同，它也有一個(gè)靈巧的盤形電樞，甚至磁鋼排列也是一致的，本質(zhì)區(qū)別是它沒有換向器，有霍耳位置檢測(cè)裝置。它們更大的區(qū)別在控制器，有功率換向電路為電樞的每個(gè)相提供電流，有霍耳信號(hào)譯碼和編碼，以根據(jù)檢測(cè)到磁鋼n極位置，確定供電相位或方向。簡(jiǎn)單地講，它具有有刷有齒輪傳動(dòng)電機(jī)的構(gòu)造，卻又有無刷電機(jī)的原理。

二、電機(jī)的檢查和測(cè)量

（一）準(zhǔn)備工作

電機(jī)檢查和測(cè)量需要的工具，根據(jù)自己的規(guī)模和修理能力而定。本文按全面檢測(cè)車用電機(jī)要求介紹，不一定所有的維修站都按照介紹來裝備。至于個(gè)人，無論是業(yè)余修理還是進(jìn)行研究，更得從自己長(zhǎng)遠(yuǎn)打算和需要而定，請(qǐng)不要盲目設(shè)置，與朋友交換使用是最經(jīng)濟(jì)合理的辦法。

1．常用工具?

首先應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)備一些常用的、不可缺少的修理工具，拆卸電機(jī)還要準(zhǔn)備鋁合金（或銅）扁鏟，拆解電機(jī)殼蓋，要用比電機(jī)外殼材質(zhì)軟的工具，防止沖傷電機(jī)外殼。

2．拉軸器是拆卸軸或軸承的工具，又稱拉拔器。

3．儀器設(shè)備萬用表（50mf級(jí)）、50v電壓表、10a電流表、開口變壓器、轉(zhuǎn)速表、轉(zhuǎn)矩傳感器或電機(jī)檢測(cè)儀、可調(diào)電源箱等。

4．參考配置的儀器如繞組匝間耐壓測(cè)試儀，短路測(cè)試儀，線圈圈數(shù)測(cè)量?jī)x，電樞檢測(cè)儀等。電機(jī)轉(zhuǎn)速是檢查電機(jī)時(shí)經(jīng)常要掌握的，轉(zhuǎn)速儀有接觸式和非接觸式。接觸式轉(zhuǎn)速儀不適于輪轂電機(jī)測(cè)試，應(yīng)使用非接觸式，有條件的可購置一臺(tái)非接觸式高精度激光轉(zhuǎn)速表。

（二）電機(jī)的測(cè)試項(xiàng)目

車用直流電動(dòng)機(jī)的測(cè)試項(xiàng)目主要著重于性能方面，性能檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)問題，再進(jìn)一步測(cè)量和分析，如繞組、換向器、軸承，以及轉(zhuǎn)子和電樞中心偏斜率、氣隙等。有些項(xiàng)目是大型電機(jī)或是制造廠執(zhí)行的質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)，我們?cè)谑褂煤托蘩碇杏械牟槐匾械淖霾坏健＼囉秒姍C(jī)修理應(yīng)當(dāng)按實(shí)際需要，根據(jù)自己的能力和條件而定。力學(xué)和特性方面的檢測(cè)項(xiàng)目應(yīng)當(dāng)包括轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、效率、時(shí)間常數(shù)、堵轉(zhuǎn)電流等。目前已經(jīng)有許多種檢測(cè)電機(jī)的儀器設(shè)備產(chǎn)品，而且技術(shù)相當(dāng)完善，可以完成從自動(dòng)測(cè)量、計(jì)算、分析、得出結(jié)果，到打印等全部工作。

1．電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量

有接觸式和遙測(cè)式。接觸式的，如手持轉(zhuǎn)速表可以用于柱式電機(jī)軸的輸出轉(zhuǎn)數(shù)，對(duì)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)中心進(jìn)行檢測(cè)；車用輪轂電機(jī)則可用遙測(cè)式轉(zhuǎn)速表測(cè)量。遙測(cè)的也就是非接觸式的，有幾種可以使用：

（1）數(shù)字式轉(zhuǎn)速表：這種表的原理是將物體的轉(zhuǎn)速變成脈沖，測(cè)量脈沖頻率，即得到轉(zhuǎn)速。這類轉(zhuǎn)速表有磁電式、電容式、霍耳元件式和光電式。常用的是光電轉(zhuǎn)速表，如dt2234a型，有5~6000r/min和1000~10000r/min兩種。缺點(diǎn)是需要反光紙。反光紙是消費(fèi)品，需要更換。

（2）較好的是頻閃式儀器：這種轉(zhuǎn)速儀用途廣泛，操作簡(jiǎn)單，體積小，量程寬，精度高，用閃點(diǎn)測(cè)量可達(dá)150000r/min，精度為1%，不用接觸即可測(cè)量物體轉(zhuǎn)速。

2．電機(jī)轉(zhuǎn)矩測(cè)量

（1）輪轂電機(jī)檢測(cè)分析儀：如圖4-8所示，這是一臺(tái)功能相當(dāng)理想的電機(jī)檢測(cè)設(shè)備，它可測(cè)定電機(jī)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速何效率等項(xiàng)目。設(shè)備分兩部分：一是數(shù)據(jù)測(cè)取部分——轉(zhuǎn)矩傳感器；一是根據(jù)測(cè)得數(shù)據(jù)分析并得出結(jié)果的部分——電腦分析儀，實(shí)際是安裝了專用軟件的電腦，它可用鍵盤操作設(shè)定要進(jìn)行測(cè)定和分析的項(xiàng)目，也可用鼠標(biāo)點(diǎn)擊選擇窗口中的項(xiàng)目，檢測(cè)結(jié)果顯示在屏幕上，也可打印出來。

圖4-8 電動(dòng)自行車輪轂電機(jī)檢測(cè)分析儀

（a）轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)試儀 （b）電腦分析儀

直流電動(dòng)機(jī)檢測(cè)時(shí)還需測(cè)定功率、效率等，需要電源，想精確地測(cè)量就得用標(biāo)準(zhǔn)的可調(diào)電源箱。整個(gè)測(cè)試過程如圖4-9所示。當(dāng)測(cè)試全過程完成后，電腦屏幕上可顯示各種分析數(shù)據(jù)和特性曲線，還可將結(jié)果打印出來。

圖4-9 電機(jī)檢測(cè)儀工作流程

根據(jù)公式T=9.55P/n，可知轉(zhuǎn)矩T與功率P成正比，與轉(zhuǎn)速n成反比。而P=U×I，即功率P也與電壓U和電流I成正比，效率則是在某區(qū)段是上升的，超過某點(diǎn)則效率下降。

（2）渦流測(cè)功機(jī)：又叫渦流閘、渦流測(cè)矩器。適用于測(cè)定靜態(tài)轉(zhuǎn)矩，對(duì)小功率電機(jī)，加配一臺(tái)測(cè)力傳感器后也能測(cè)定動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。其構(gòu)造如圖4-10所示。

圖4-10 渦流測(cè)功儀兩視圖

視圖4-10a中，1是接受電機(jī)轉(zhuǎn)矩的軸，1軸帶動(dòng)圓鋼盤5在極靴10內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，10通過連接橫桿11與可偏轉(zhuǎn)的磁極2相連。從圖4-10b中又看到，磁極是兩組并互相垂直，每個(gè)磁極兩端各配有線圈，對(duì)線圈通電可產(chǎn)生磁通，通過四個(gè)橫桿11傳遞給四對(duì)極靴10，由于極靴存在磁通，圓盤在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生渦流，并帶動(dòng)極靴轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，極靴則又帶動(dòng)磁極和固定磁極的軸9轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸9的端部安裝有指針8和平衡錘4，根據(jù)圓盤渦流的大小，指針和平衡錘從靜止位置隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，指示刻度盤3上的讀數(shù)值，這就是測(cè)定的轉(zhuǎn)矩。其中的平衡錘、刻度和勵(lì)磁線圈的電流都是預(yù)先經(jīng)過試驗(yàn)確定的，并分幾個(gè)檔次的備件待用。

這種轉(zhuǎn)矩測(cè)功機(jī)雖然結(jié)構(gòu)形式老些，精度不十分精確，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，調(diào)節(jié)平滑，造價(jià)不高，特別適用。

（3）新型電機(jī)檢測(cè)儀：新型檢測(cè)儀器——測(cè)功儀，已經(jīng)脫離了原來的原理，進(jìn)而采用更先進(jìn)、更簡(jiǎn)單、更精確、更快捷、更輕便的模式。先進(jìn)技術(shù)包括轉(zhuǎn)矩變形軸貼片、變形圓盤貼片、磁粉、磁滯等技術(shù)。貼片主要通過變形時(shí)貼片電阻值發(fā)生變化導(dǎo)致電流變化，換算成各種有用數(shù)據(jù)達(dá)到測(cè)量效果。

新型電機(jī)測(cè)功儀已經(jīng)微型化、集成電路化，利用微小的變化信息，傳送到測(cè)量電路，再送到電腦，經(jīng)預(yù)先編制的專用軟件分析綜合得出多項(xiàng)結(jié)果，通過打印機(jī)繪制曲線圖和報(bào)告。測(cè)試設(shè)備簡(jiǎn)單而精確，是過去老式設(shè)備所不能比的。老式設(shè)備也不能適應(yīng)現(xiàn)有車用電機(jī)的檢測(cè)要求。近年來，為適應(yīng)電動(dòng)自行車的發(fā)展和輪轂電機(jī)大量生產(chǎn)，而為此開發(fā)的電子儀器越來越多，技術(shù)也越來越先進(jìn)。

①電機(jī)檢測(cè)包括電機(jī)、電機(jī)+控制器、整車條件下電機(jī)的檢測(cè)、測(cè)定不同條件電機(jī)工作性能等。因此，電機(jī)檢測(cè)設(shè)備不僅是電機(jī)生產(chǎn)、電動(dòng)自行車裝車前、裝車后對(duì)電機(jī)檢測(cè)，也是修理過程不可或缺的設(shè)備。

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB17761—1999《電動(dòng)自行車通用技術(shù)條件》，對(duì)車用電機(jī)檢測(cè)項(xiàng)目分三種條件：

a、電動(dòng)自行車電機(jī)空載性能：測(cè)定電壓、電流、轉(zhuǎn)速；

b、電動(dòng)自行車惦記負(fù)載性能：測(cè)定電壓、電流、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩；

c、電動(dòng)自行車惦記過載性能：測(cè)定電壓、電流、轉(zhuǎn)矩。

②電機(jī)檢測(cè)儀又稱電機(jī)測(cè)功機(jī)，新型測(cè)功儀分磁粉型和磁滯型兩種。兩種類型的特點(diǎn)如下：

a、磁粉型：適合于低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩電機(jī)的檢測(cè)。缺點(diǎn)是內(nèi)部磁粉有摩擦、起始轉(zhuǎn)矩較大。

b、磁滯型：適合于高轉(zhuǎn)速、小轉(zhuǎn)矩，甚至高達(dá)10000r/min以上和低至毫牛米（mN·m）電機(jī)的檢測(cè)。缺點(diǎn)是體積大、價(jià)格高、大轉(zhuǎn)矩下容易燒毀，必須有足夠完善的冷卻措施，連續(xù)檢測(cè)受到限制。

3、電機(jī)檢測(cè)項(xiàng)目的意義

檢測(cè)項(xiàng)目與電機(jī)性能和經(jīng)濟(jì)性能有著密切的關(guān)系，比如：

⑴轉(zhuǎn)矩：這是電機(jī)輸出數(shù)據(jù)中重要的項(xiàng)目電機(jī)工作主要是靠轉(zhuǎn)矩。因此，電機(jī)檢測(cè)數(shù)據(jù)中，轉(zhuǎn)矩列為重要項(xiàng)目。通過電機(jī)轉(zhuǎn)矩測(cè)量，可推算電機(jī)功率和其他力學(xué)參數(shù)。

轉(zhuǎn)矩是電動(dòng)自行車在加速、上坡和頂風(fēng)運(yùn)行時(shí)最重要的動(dòng)力和保證。

⑵時(shí)間常數(shù)：是衡量電機(jī)通電后快速動(dòng)作的重要指標(biāo)。通電后，在空載下轉(zhuǎn)速由0至空載額定轉(zhuǎn)速的0.632倍所需時(shí)間。起動(dòng)時(shí)間：在設(shè)定條件下，電機(jī)由靜止到空載轉(zhuǎn)速所需時(shí)間。

⑶轉(zhuǎn)速：電機(jī)轉(zhuǎn)速必須工作在設(shè)計(jì)的要求點(diǎn)附近，對(duì)電動(dòng)自行車來講，還要求它的速度響應(yīng)快。

⑷效率和綜合效率：效率低的電機(jī)只消耗能量而不出力，非常不經(jīng)濟(jì)，是由于設(shè)計(jì)不合理或發(fā)生故障時(shí)出現(xiàn)的不正常現(xiàn)象。電動(dòng)自行車電機(jī)效率應(yīng)當(dāng)和控制器一同測(cè)定綜合效率。測(cè)定綜合效率可以在轉(zhuǎn)矩傳感器上，將電機(jī)接入控制器，在不同調(diào)速階段測(cè)定電機(jī)輸出功率，同時(shí)在控制器與電源間加檢測(cè)系統(tǒng)，測(cè)定同一時(shí)間內(nèi)消耗的電能，然后計(jì)算出綜合效率。有刷電機(jī)系統(tǒng)的綜合效率應(yīng)不低于75%，無刷電機(jī)系統(tǒng)不低于85%。

⑸堵轉(zhuǎn)：電機(jī)因超負(fù)荷而停轉(zhuǎn)，這時(shí)繞組沒有反電勢(shì)抵抗電流的增長(zhǎng)，使線圈溫度在適時(shí)間內(nèi)迅速升高并可能燒毀。這種情況下，電機(jī)的電流極限和溫升速度關(guān)系到電機(jī)的命運(yùn)。

⑹其他：磁場(chǎng)的測(cè)量，繞組的電感、噪聲、損耗（包括銅損、鐵損、機(jī)械損耗、雜散損耗等）、動(dòng)平衡和靜平衡等，對(duì)電機(jī)來講都是重要的指標(biāo)。

磁鋼的場(chǎng)強(qiáng)是設(shè)計(jì)時(shí)確定的，一般不允許磁鋼退磁。否則，影響電機(jī)性能和壽命。磁鋼退磁會(huì)造成電機(jī)飛轉(zhuǎn)。繞組電感影響線圈電流的增長(zhǎng)和消退，這對(duì)在高頻率下工作的無刷電機(jī)非常重要。噪聲是電動(dòng)自行車整車指標(biāo)之一與其他機(jī)動(dòng)車相比，電動(dòng)自行車的噪聲小得多。這些都應(yīng)當(dāng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

繞組是電機(jī)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的重要部件，是電機(jī)設(shè)計(jì)三大要素之一。繞組的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中繞組狀態(tài)，影響著電機(jī)的性能。繞組容易發(fā)生的問題是：不絕緣、線圈間短路、繞組之間短路、斷路等。

三、電動(dòng)機(jī)的故障檢測(cè)與排除

有刷電機(jī)故障

有刷電機(jī)故障主要有不起動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)失常、過快、過慢、怪聲、火花等。

1、不起動(dòng)原因

主要是斷路。分繞組斷路，繞組與換向器間斷路，電刷導(dǎo)線脫落，彈簧失效，以及電刷或換向器磨損等。

⑴繞組斷路：用萬用表或mA表測(cè)量換向器相對(duì)的兩個(gè)銅片時(shí)，與其他部位電阻不同。找到有故障的換向片后，一個(gè)表筆先固定不動(dòng)，另一個(gè)表筆左右移動(dòng)。若指針讀數(shù)有變化，可斷定這個(gè)銅片所接的線圈斷開；若無論如何移動(dòng)，阻值總是較大，則可斷定另一只表筆所接觸的換向片斷路。用mA表時(shí)，電源電壓不應(yīng)超過3V，遇到斷路時(shí)，mA表讀數(shù)最小或沒有數(shù)值。

⑵線圈與換向器銅片開焊：運(yùn)行中與線圈斷路表現(xiàn)相同，但容易檢查，用竹針撥動(dòng)線圈端頭與銅片的焊點(diǎn)部件，開焊或虛焊處有活動(dòng)跡象或立即分離，只要重新焊接即可。若是線圈斷路，而且在繞組內(nèi)部，不好解決。若只有一兩個(gè)斷點(diǎn)，可以在換向片處給以短路連接；斷點(diǎn)較多，只有修換一個(gè)繞組，應(yīng)當(dāng)衡量其經(jīng)濟(jì)性和合理性。

⑶少數(shù)線圈斷開：有時(shí)一兩個(gè)線圈斷開并不影響運(yùn)行，只是速度和轉(zhuǎn)矩下降，性能不穩(wěn)。隨著斷開的線圈增多，電機(jī)便無法起動(dòng)。

2、換向器問題

怪聲與彈簧過硬、電刷磨損、換向器片間絕緣片鼓出及電樞有突出物等有關(guān)，從這幾方面檢查并解除，怪聲即被消除。

3、火花和環(huán)火

火花是由于電刷和換向器接觸不良，原因是換向器或電刷磨損或是彈簧壓力不足，接觸面似接未接，造成電刷跳動(dòng)而產(chǎn)生的。如果線圈或換向片短路嚴(yán)重、斷路，以及電刷跳動(dòng)嚴(yán)重，有時(shí)電流過大，都能造火花接連不斷，過多則成為連續(xù)，最終變成環(huán)火。

解決方法是：

⑴改善炭刷與換向器的接觸，磨平炭刷接觸面。

⑵更換炭刷或更換彈簧。

⑶找到短路或斷路點(diǎn)并消除其故障。

來源：?汽車工程師之家