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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電刷和換向器進入電樞繞組，產生電樞電流，電樞電流產生的磁場與主磁場相互作用產生電磁轉矩，使電機旋轉帶動負載。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，這里稱作主磁極;固定部分還有電刷。轉動部分有環形鐵芯和繞在環形鐵芯上的繞組。

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圈，線圈的首端和末端分別連到兩個圓弧形的銅片上，此銅片稱為換向片。換向片之間互相絕緣，由換向片構成的整體稱為換向器。換向器固定在轉軸上，換向片與轉軸之間亦互相絕緣。在換向片上放置著一對固定不動的電刷B1和B2，當電樞旋轉時，電樞線圈通過換向片和電刷與外電路接通。

永磁有刷直流電機

種類

①有刷盤式繞組電機。有刷盤式繞組電機以稀土材料粘結在一缸體上，漆包銅線繞成的盤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的銅制換相面摩擦來調整電壓相位的。這種電機在使用中電刷一直在磨損，電機的壽命很難超過2000h。同時，由于電機的轉速較高，必須采取兩級齒輪減速，這就帶來了兩個問題，一是噪聲較大，二是效率損失大，經減速后的電機額定效率往往只能達到68%～72%。而電動自行車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生產線上生產的，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法再提高。

③有刷壓制繞組電機。這種電機通過將繞制好的銅線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自行車廠家采用，但其存在的效率、噪聲、壽命缺陷仍然是必須改進的問題。

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

有刷有齒輪轂電機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過壓力整形的電樞繞組，，在繞組以內是呈平面環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10塊磁鋼的定子，在中間的轂板上開有兩個孔，電刷的刷握就設在孔的背側，電刷帶著導線被彈簧從刷握中彈出。

有刷電機的定子軸端套有一個螺母，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，而磁鋼正好進入外轉子繞組中，只留一個很小的環形氣隙。這個環形氣隙的直徑越大，電機產生的轉矩也越大。

由于有刷電機在設計中的改進，無須齒輪減速，可實現低噪聲、低成本。很多低價位的電動自行車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，使用時耗電較多，仍然采用機械式的電刷換相器，電機壽命問題尚未得到解決，因此中高檔電動自行車均未采用這種電機。