最全面的电机知识

这可能是电机知识最全的文章了，包括电机各部分的名称和介绍。

什么是电动机？
电动机是将电池电能转化为机械能以驱动电动汽车车轮旋转的部件。
什么是绕组？
电枢绕组是直流电机的核心部分，由铜漆包线绕成的线圈组成。当电枢绕组在电动机的磁场中旋转时，会产生电动势。
什么是磁场？
发生在永磁体或电流周围的力场，涵盖磁力可以到达或作用的所有空间。
什么是磁场强度？
SI单位（安培每米），是指距承载1安培电流的无限长导体1/2米处的磁场强度；以 CGS 为单位（厘米-克-秒），为了纪念奥斯特对电磁学的贡献，它定义了距离承载 1 安培电流的无限长导体 0.2 厘米处，磁场强度等于 10e（奥斯特），其中 10e=1/4.103/m 。磁场强度通常用H表示。
安培定律是什么？
用右手握住一根电线，将伸出的拇指与电流流动的方向对齐，那么弯曲的手指所指的方向就代表磁力线环绕的方向。
什么是通量？
磁通，又称磁通量或磁通密度：在均匀磁场中，如果存在一个垂直于其方向、面积为S、磁感应强度为B的平面，我们将它们的乘积定义为通过该平面的磁通。
什么是定子？
有刷或无刷电机运行期间的固定部件。轮毂式有刷或无刷无齿电机的电机轴称为定子，此类电机称为内定子电机。
什么是转子？
有刷或无刷电机运行期间的旋转部件。轮毂式有刷或无刷无齿电机的外壳称为转子，此类电机称为外转子电机。

9.什么是碳刷？
它们被放置在有刷电机中换向器的表面上。当电机旋转时，它们通过换向器将电能传输到线圈。由于其主要成分是碳，因此被称为碳刷，很容易磨损。应定期维护和更换，并清除积碳。

10.什么是刷架？
有刷电机内部的机械凹槽，用于固定和保持碳刷的位置。

11.什么是换向器？
在有刷电机中，是指呈条状排列的、具有相互绝缘性能的金属表面。随着电机转子的旋转，这些条状金属交替接触正、负电刷，引起有刷电机线圈中电流方向的交替变化（换向）。

12.什么是相序？
无刷电机中线圈的排列顺序。

13.什么是磁钢？
一般指磁场强度较高的磁性材料；稀土磁铁钕铁硼磁铁用于电动汽车电机。

14.什么是电动势（EMF）？
通过电机转子切割磁力线而产生；它的方向与外部电源的方向相反，因此称为反电动势。

15.什么是有刷直流电机？
工作时，线圈和换向器旋转，磁铁和碳刷不旋转；线圈电流方向的交替变化依赖于旋转换向器和附在其上的电刷。
电动汽车行业有高速有刷直流电机和低速有刷直流电机。有刷电机和无刷电机有很多区别，顾名思义，有刷电机有碳刷，而无刷电机没有碳刷。

什么是低速有刷电机？其特点是什么？
在电动汽车行业中，低速有刷电机是指无齿轮传动的轮毂式、低速、大扭矩有刷直流电机。电机定转子的相对转速就是轮速。定子上有5-7对磁铁，转子电枢上有39-57个槽。由于电枢绕组固定在轮壳内，热量可以通过旋转壳轻松散发，旋转壳由36根辐条编织而成，有利于热传导。
有刷电机的特点？
The main drawback of brushed motors lies in "brush wear". Users should note that there are two types of brushed motors: toothed and non-toothed. Currently, many manufacturers choose brushed toothed motors, which are high-speed motors. The term "toothed" means that by using a gear reduction mechanism, the motor speed can be lowered (as per national standards for electric vehicles where maximum speed should not exceed 20 km/hour; therefore, motor speed should be around 170 rpm).

由于是齿轮减速的高速电机，其特点是启动时动力强劲，爬坡能力好。但电动轮毂轮是密封的，出厂前才进行润滑，用户日常维护比较困难。此外，由于大约一年后润滑不足，齿轮本身会随着时间的推移而经历机械磨损，导致使用过程中的噪音水平和电流消耗增加，从而影响电机和电池的寿命。

18.什么是无刷电机？
无刷电机的转子和定子之间没有电刷或换向器，因为控制器提供的不同方向的不同电流实现了电机内线圈电流方向的交替变化。

19. 电机如何实现换向？
在有刷或无刷电机中，电机内部线圈中的电流方向需要在旋转过程中交替，以实现连续运行。有刷电机依靠换向器和电刷进行换向，而无刷电机则依靠控制器来实现换向。

20.什么是缺相？
无刷电机或控制器的三相电路中，有一相无法正常工作。缺相可分为主缺相和霍尔传感器缺相。表现为电机晃动不工作或转动无力且噪音大。在缺相条件下操作控制器很容易导致烧毁。

常见的电机类型有哪些？
常见的电机类型包括：有刷齿轮轮毂电机、有刷无齿轮轮毂电机、无刷齿轮轮毂电机、无刷无齿轮轮毂电机、侧装电机等。

22. 如何根据类型区分高速电机和低速电机？
A、有刷轮毂电机和无刷轮毂电机均属于高速电机；
B、有刷无齿轮轮毂电机和无刷无齿轮轮毂电机属于低速电机。

23. 电机的功率是如何定义的？
电机的功率是指电机输出的机械能与动力源提供的电能之比。

24、为什么要选择电机的功率？选择电机功率的意义是什么？
电机额定功率的选择是一个非常重要且复杂的问题。带负载时，如果电机的额定功率太大，往往会在轻载情况下运行，其容量无法充分利用，导致效率低下、性能差，从而增加运行成本。

On the other hand, if the required rated power for a motor is too small, it will result in "a small horse pulling a big cart". The motor current exceeds its rated current, increasing internal losses and reducing efficiency. More importantly, it affects the lifespan of the motor. Even with only slight overload, there will be a significant reduction in lifespan; with excessive overload, it can damage insulation materials or even cause burnout. Of course, if the rated power of a motor is too small to drive loads at all, it may remain in startup mode for an extended period and overheat to failure. Therefore, it is necessary to strictly select the rated power based on actual operating conditions.

为什么一般无刷直流电机都采用三个霍尔传感器？
简而言之：为了让无刷直流电机正常旋转，定子线圈和转子永磁体之间的磁场必须始终保持一定的角度差。这种情况发生的过程对应于转子磁场方向的变化。确保两个磁场在旋转过程中保持各自的角度，定子线圈的磁场方向在到达某一点后必须改变。但是，需要知道何时应该改变这个方向。这就是这三个霍尔传感器发挥作用的地方。它们负责通知管制员何时改变当前方向。

26.无刷直流电机霍尔传感器的消耗范围大约是多少？
大约6mA-20mA。

27.通用电机在什么温度下可以正常工作？它们能承受的最高温度是多少？

如果测得的电机外壳温度比环境温度高出25摄氏度以上，则表明电机温升已超出正常范围。一般情况下，电机的温升应在20摄氏度以下。电机线圈通常采用漆包线绕制，当温度超过150摄氏度左右时，漆包层会因过热而剥落，导致线圈短路。当线圈温度在150摄氏度以上时，电机外壳表面温度在100摄氏度左右。因此，如果按照外壳温度计算，电机的最高工作温度约为100摄氏度。

28.电机的工作温度应低于20摄氏度；换句话说，其端盖与环境温度之间的差异不应超过20摄氏度。但是是什么导致电机产生的热量超过这个阈值呢？

电机发热的直接原因通常是由于大电流流过，其原因有多种，如线圈短路或断路、磁钢退磁或效率低下等。正常情况是长时间在大电流下运行。

29. 电机发热的原因是什么？这需要一个什么样的过程？

在负载下运行时，电机会经历功率损失，最终转化为热能。

This raises their internal temperatures above ambient levels.The difference between their actual temperatures and ambient ones is referred to as "temperature rise".Once there is an increase in temperate,a motor needs to dissipate heat into its surroundings;the higher its internal temperture,the faster it dissipates.When a motors' rate at which it emits heat equals that at which it dissipates,it reaches equilibrium where its temprature no longer increases but remains stable.This state represents balance between generation and dissipation of heat.

点击时一般允许温升是多少？温升对电机哪一部分影响最大？它是如何定义的？
电机负载运行时，应最大限度地发挥其作用，负载的输出功率越大越好（如果不考虑机械强度）。然而，随着输出功率的增加，功率损耗和温度也会增加。我们知道，电机内部的耐温性能最差的是漆包线等绝缘材料。绝缘材料的耐温性能有限。在此限度内，绝缘材料的物理、化学、机械、电气等各方面性能保持稳定，其使用寿命一般在20年左右。

超过这个限度，绝缘材料的使用寿命会急剧缩短，甚至导致烧毁。这个温度限制称为绝缘材料的允许温度。绝缘材料的允许温度也称为电机的允许温度；而绝缘材料的使用寿命一般代表着电机的寿命。

环境温度随时间和地点的不同而变化。我国在设计电机时，设定40摄氏度为标准环境温度。因此，从绝缘材料或电机的允许温度中减去 40 摄氏度即可得到允许的温升（允许的热量增加）。不同的绝缘材料有不同的允许温度；电机常用的绝缘材料有A、E、B、F、H。

基于40摄氏度的环境温度计算，下图显示了这五种绝缘材料及其各自的允许温度和允许温升：对应等级/绝缘材料/允许温度/允许温升。
A——浸渍棉、丝、纸板、木材等，普通绝缘漆——105°C -65°C
E - 环氧树脂、聚酯薄膜、云母纸、三酸纤维、高绝缘漆 - 120°C -80°C
B——云母、石棉、玻璃纤维复合材料与有机涂料粘合，提高了耐热性能——130°C -90°C
F——云母、石棉、玻璃纤维复合材料粘合或浸渍优良耐热环氧树脂——155°C-115°C
H——云母、石棉或玻璃纤维复合材料粘合或浸渍硅树脂，硅橡胶-180℃-140℃

如何测量无刷电机的相位角？
连接控制器的电源，由控制器向霍尔元件供电，检测无刷电机的相位角。方法如下：用万用表+20V直流电压档，将红色表笔接到+5V线上。用黑表笔分别测量三根引线的高电压和低电压。然后与60度和120度的换向表进行比较。

32. 为什么无刷直流控制器和无刷直流电机任意组合都不能使其正常旋转？为什么无刷直流电机要讲反相序？
一般来说，无刷直流电机实际运动过程中：电机转动 —— 转子磁场方向变化 —— 定子磁场方向与转子磁场方向夹角达到 60 电角度时 —— 霍尔信号变化 —— 相电流方向变化—— 定子磁场向前交叉 60 电角度—— 定子磁场方向与转子磁场方向之间的夹角变为 120 电角度—— 电机继续旋转。

这样我们就知道霍尔传感器有六种正确的状态。当特定的霍尔传感器相应地通知控制器时，控制器将生成每相的特定输出状态。因此，反相序就是为了完成这样一项任务，即使定子的电角始终向一个方向前进60电度。

如果60度无刷控制器用在120度无刷电机上会怎样？反之亦然？
两者反转都会出现缺相现象，无法正常旋转；但捷能采用的控制器是智能无刷控制器，可以自动识别60度电机或120度电机，从而可以兼容两种电机，更方便维护和更换。

34. 直流无刷控制器和直流无刷电机的正确相序如何颠倒？
第一步确保霍尔线与控制器上对应线的电源线和地线都插好，三个电机的霍尔线与三个电机线的连接方式有36种对于控制器来说，最简单、最愚蠢的方法就是将每种状态一一测试。不通电也可以进行切换，但一定要小心，而且要按一定的顺序。注意每次不要转太大，如果电机转动不顺畅，那么这个状态就不对，螺丝转太大就损坏控制器，如果出现反转的情况，在知道控制器的相序是控制器霍尔线a、c可互换，点击线A相和B相即可改变，可反转为正转。最终验证连接方法正确，大电流运行时正常。

35. 如何用120度无刷控制器控制60度电机？
无刷电机霍尔信号线与控制器采样信号线之间添加方向线。

36.有刷高速电机和有刷低速电机直观的区别是什么？
A、高速电机有超越离合器，一个方向转动容易，另一个方向转动费力；低速电机可以轻松地在两个方向上转动铲斗。
B、高速电机转动时噪音较大，低速电机转动时噪音较小。有经验的人可以通过耳朵轻松识别它们。