永磁有刷直流電機

基本原理

有刷電機的定子上安裝有固定的主磁極和電刷，轉子上安裝有電樞繞組和換向器。直流電源的電能通過(guò)電刷和換向器進(jìn)入電樞繞組，產(chǎn)生電樞電流，電樞電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與主磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁轉矩，使電機旋轉帶動(dòng)負載。由于電刷和換向器的存在，有刷電機的結構復雜，可靠性差，故障多，維護工作量大，壽命短，換向火花易產(chǎn)生電磁干擾。

有刷直流電機的工作原理圖如圖2-1所示。在有刷直流電機的固定部分有磁鐵，這里稱(chēng)作主磁極;固定部分還有電刷。轉動(dòng)部分有環(huán)形鐵芯和繞在環(huán)形鐵芯上的繞組。

圖2-1所示的兩極有刷直流電機的固定部分(定子)上裝設了一對直流勵磁的靜止的主磁極N和S，在旋轉部分(轉子)上裝設電樞鐵芯。定子與轉子之間有一氣隙。在電樞鐵芯上放置了由A和X兩根導體連成的電樞線(xiàn)圈，線(xiàn)圈的首端和末端分別連到兩個(gè)圓弧形的銅片上，此銅片稱(chēng)為換向片。換向片之間互相絕緣，由換向片構成的整體稱(chēng)為換向器。換向器固定在轉軸上，換向片與轉軸之間亦互相絕緣。在換向片上放置著(zhù)一對固定不動(dòng)的電刷B1和B2，當電樞旋轉時(shí)，電樞線(xiàn)圈通過(guò)換向片和電刷與外電路接通。

永磁有刷直流電機

種類(lèi)

①有刷盤(pán)式繞組電機。有刷盤(pán)式繞組電機以稀土材料粘結在一缸體上，漆包銅線(xiàn)繞成的盤(pán)式繞組置于缸體之內，構成轉子。電機相位靠機械式換相器調整。機械式換相器是靠固定的炭制電刷與轉動(dòng)的銅制換相面摩擦來(lái)調整電壓相位的。這種電機在使用中電刷一直在磨損，電機的壽命很難超過(guò)2000h。同時(shí)，由于電機的轉速較高，必須采取兩級齒輪減速，這就帶來(lái)了兩個(gè)問(wèn)題，一是噪聲較大，二是效率損失大，經(jīng)減速后的電機額定效率往往只能達到68%～72%。而電動(dòng)自行車(chē)所用的蓄電池的容量是有限的，一般就是36V/12Ah的容量，如電機效率不高，將使電耗增加，影響續行里程。

②有刷印制繞組電機。有刷印制繞組電機以印制銅箔板作為繞組，電機重量減輕了。由于這種電機全部是在自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)上生產(chǎn)的，工藝有可靠保證，從而使電機的壽命提高到3000h，噪聲大幅度下降，效率提高到72%～76%。但這種電機有“嗡嗡"的高頻噪聲，靠齒輪減速后效率仍不理想，有刷換相器的使用使電機壽命無(wú)法再提高。

③有刷壓制繞組電機。這種電機通過(guò)將繞制好的銅線(xiàn)壓制成一種新型繞組，其效率可提高到74%～78%。這種電機仍然被較多電動(dòng)自行車(chē)廠(chǎng)家采用，但其存在的效率、噪聲、壽命缺陷仍然是必須改進(jìn)的問(wèn)題。

輪轂式有齒輪傳動(dòng)的有刷直流電機，由盤(pán)形電樞有刷電機和齒輪減速兼傳動(dòng)系統兩部分構成。盤(pán)形電樞是高速轉動(dòng)的轉子。輪毅式有齒輪傳動(dòng)的有刷直流電機的構造如圖2-2所示。電機的轉矩通過(guò)軸傳遞給第一級齒輪，經(jīng)齒輪減速帶動(dòng)輪轂外殼轉動(dòng)。

有刷有齒輪轂電機的盤(pán)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(shù)脂加玻璃纖維放進(jìn)模內熱壓成型，在運行中由于電刷和換向器摩擦，又有齒輪嚙合減速，所以有刷電機的運行聲音比無(wú)刷電機聲音要大。

為了適應輪轂結構，將有刷電機設計成電樞放在外邊作為轉子，磁鋼放在電機之內作為定子，多塊磁鋼配多個(gè)繞組，設計轉速為180r/min左右的低速電機。圖2-3中(a)所示為電機外轉子中尚未經(jīng)過(guò)壓力整形的電樞繞組，，在繞組以?xún)仁浅势矫姝h(huán)狀整齊排列的換向片。圖2-3中(b)所示的是放在外轉子內的間隔排列著(zhù)10塊磁鋼的定子，在中間的轂板上開(kāi)有兩個(gè)孔，電刷的刷握就設在孔的背側，電刷帶著(zhù)導線(xiàn)被彈簧從刷握中彈出。

有刷電機的定子軸端套有一個(gè)螺母，其作用是防止在加工中損傷軸上的螺紋。把電刷整理好裝入刷握中，然后將這一端送進(jìn)圖2-3中(a)所示的孔中，電刷就可以接觸換向器平面，借助彈簧的彈力對換向器壓緊，而磁鋼正好進(jìn)入外轉子繞組中，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，電機產(chǎn)生的轉矩也越大。

由于有刷電機在設計中的改進(jìn)，無(wú)須齒輪減速，可實(shí)現低噪聲、低成本。很多低價(jià)位的電動(dòng)自行車(chē)廣泛采用了這種電機。但這種電機扭矩小，載重負荷小，爬坡能力不佳，使用時(shí)耗電較多，仍然采用機械式的電刷換相器，電機壽命問(wèn)題尚未得到解決，因此中高檔電動(dòng)自行車(chē)均未采用這種電機。