电机知识全解析：从基础概念到实际应用

电机知识全解析：从基础概念到实际应用

电机作为现代工业与日常生活中不可或缺的动力设备，其涉及的知识体系广泛而复杂。深入了解电机知识，对于电机的选型、使用、维护以及相关领域的技术创新都具有极为重要的意义。

一、电机基本概念

（一）电机的定义与功能

电机是将电能转换成机械能，驱动各种设备运转的关键部件。在电动车领域，电机承担着将电池电能转换为机械能，驱动电动车车轮旋转的重要使命，从而使电动车能够实现行驶功能。

（二）绕组的构成与作用

电枢绕组是直流电机的核心组成部分，由铜质漆包线绕制而成的线圈构成。当电枢绕组在电机的磁场中旋转时，会依据电磁感应原理产生电动势，这一电动势的产生为电机实现电能与机械能的相互转换奠定了基础。

（三）磁场相关概念

1、磁场的本质：磁场是在永磁体或电流周围所发生的力场，其范围涵盖了凡是磁力所能达到的空间或磁力作用的区域。磁场是电机工作的重要媒介，电机的运转依赖于磁场与电流之间的相互作用。

2、磁场强度的度量：在国际单位制 SI 中，定义载有 1 安培电流的无限长导线在距离导线 1/2 米远处的磁场强度为 1A/m（安培 / 米）；在 CGS 单位制（厘米 - 克 - 秒）中，为纪念奥斯特对电磁学的贡献，定义载有 1 安培电流的无限长导线在距离导线 0.2 厘米远处的磁场强度为 10e（奥斯特），且 10e = 1/4.103/m，磁场强度通常用 H 表示。准确理解和测量磁场强度对于电机的设计、性能优化以及故障诊断都具有重要意义。

（四）安培定则的应用

安培定则（也称为右手螺旋定则）是判断磁场方向与电流方向关系的重要法则。用右手握住导线，让伸直的大拇指的方向跟电流方向一致，那么弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。在电机的分析与设计中，安培定则常用于确定电机绕组中电流所产生的磁场方向，进而理解电机的工作原理和电磁转矩的产生机制。

（五）磁通的概念与计算

磁通，又称磁通量，是描述磁场分布情况的物理量。设在匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面，磁场的磁感应强度为 B，平面的面积为 S，我们定义磁感应强度 B 与面积 S 的乘积，叫做穿过这个面的磁通量。在电机中，磁通的大小和变化与电机的性能密切相关，例如电机的转矩输出与磁通和电流的相互作用有关，通过合理设计电机的磁路结构，可以优化磁通分布，提高电机的效率和性能。

二、电机结构组件

（一）定子的结构与特点

定子是有刷或无刷电机工作时不转的部分。在轮毂式有刷或无刷无齿电机中，电机轴被称为定子，这种电机也被叫做内定子电机。定子通常由铁芯和绕组组成，铁芯为绕组提供磁路，绕组则通过电流产生磁场，与转子磁场相互作用产生转矩。定子的结构设计和材料选择对电机的性能、效率和可靠性有着重要影响，例如，采用高导磁率的铁芯材料可以降低磁阻，提高电机的效率；合理设计绕组的匝数和线径，可以满足电机不同的功率和转矩需求。

（二）转子的结构与特点

转子是有刷或无刷电机工作时转动的部分。对于轮毂式有刷或无刷无齿电机，其外壳即为转子，此类电机称为外转子电机。转子上通常安装有磁钢或绕组（在交流异步电机等类型中），转子的转动是电机输出机械能的体现。在直流电机中，转子的转速与定子磁场和转子磁场的相互作用关系密切，通过改变定子磁场或转子磁场的特性，可以实现电机转速和转矩的调节。例如，在无刷直流电机中，通过控制器改变定子绕组的通电顺序和电流大小，可以精确控制转子的转速和转向。

（三）碳刷与刷握的功能

1、碳刷的作用与特性：在有刷电机里面，碳刷顶在换相器表面。电机转动时，碳刷将电能通过换相器输送给线圈。由于其主要成分是碳，故而得名碳刷。碳刷是有刷电机中的易磨损部件，在电机运行过程中，碳刷与换相器之间不断摩擦，会逐渐磨损。因此，需要定期维护更换碳刷，并清理换相器表面的积碳，以确保电机的正常运行。碳刷的材质、接触压力和形状等因素都会影响其导电性能和磨损速率，进而影响电机的性能和寿命。

2、刷握的功能与结构：刷握是在有刷电机里面盛装并保持碳刷位置的机械导槽。刷握的主要作用是确保碳刷在电机运行过程中能够稳定地与换相器接触，同时为碳刷提供适当的导向和约束，防止碳刷在高速旋转或振动过程中发生位移或脱落。刷握的结构设计应考虑碳刷的尺寸、形状、运动轨迹以及电机的工作环境等因素，以保证碳刷与换相器之间的良好接触和可靠导电。

（四）换相器的工作原理

在有刷电机中，换相器具有相互绝缘的条状金属表面。随电机转子转动时，条状金属交替接触电刷的正负极，实现电机线圈电流方向的正负交替变化，完成有刷电机线圈的换相。换相器的正常工作是保证有刷电机持续稳定旋转的关键环节，其结构的完整性和接触性能的可靠性直接影响电机的运行性能。如果换相器出现磨损、短路或断路等故障，会导致电机换向不良、转矩波动甚至无法正常运转。

（五）相序的定义与意义

相序是无刷电机线圈的排列顺序。无刷电机的相序对于电机的控制和运行具有重要意义，控制器通过按照特定的相序向电机绕组提供电流，来实现电机的转动、调速和换向等功能。不同相序的设置会影响电机的磁场分布和转矩输出特性，因此在电机的设计、制造和调试过程中，需要精确确定和控制相序，以满足不同的应用需求。

（六）磁钢的特性与应用

磁钢一般用于称呼高磁场强度的磁性材料，在电动车电机中，通常采用钕铁錋稀土磁钢。磁钢的性能特点，如剩磁、矫顽力和磁能积等，直接决定了电机的磁场强度和磁性能。高磁场强度的磁钢可以使电机在相同的电流输入下产生更大的转矩，提高电机的功率密度和效率。同时，磁钢的质量和稳定性也对电机的可靠性和寿命有着重要影响，例如，磁钢的退磁现象会导致电机性能下降，因此在电机的使用和维护过程中，需要关注磁钢的工作温度和环境条件，防止磁钢退磁。

三、电机类型划分

（一）有刷电机与无刷电机的区别

有刷电机的工作原理与特点：有刷电机工作时，线圈和换向器旋转，磁钢和碳刷不转。线圈电流方向的交替变化依靠随电机转动的换向器和电刷来完成。在电动车行业，有刷电机分为高速有刷电机和低速有刷电机。有刷电机的优点是结构相对简单，成本较低，技术成熟，在一些对成本敏感或对电机性能要求不高的场合仍有应用。然而，其电刷和换向器的存在也带来了一些问题，如电刷磨损需要定期维护更换，换向器在换向过程中容易产生电火花，导致电磁干扰和换向器磨损，限制了电机的转速和效率提升，并且在一些特殊环境下（如易燃易爆场所），电刷产生的电火花可能会引发安全隐患。

无刷电机的工作原理与特点：无刷电机由于控制器提供不同电流方向的直流电，来实现电机里面线圈电流方向的交替变化。无刷电机的转子和定子之间没有电刷和换向器，这使得无刷电机具有诸多优势，如运行可靠性高、寿命长、维护成本低、转速范围宽、效率高、电磁干扰小等。无刷电机在现代工业和高端应用领域得到了广泛的应用，如电动汽车、工业自动化设备、航空航天等。然而，无刷电机的控制系统相对复杂，成本较高，需要专门的控制器来实现电机的换向和调速控制。

（二）低速有刷电机的特点

在电动车行业中，低速有刷电机是指轮毂式低速大转矩无齿轮传动有刷直流电动机，其电机定转子相对转速就是车轮的转速。定子上的磁钢为 5 - 7 对，转子电枢的槽数为 39 - 57 个。由于电枢绕组固定在轮子外壳内，借助转动的外壳，热量容易散发。转动的外壳又编织着 36 根辐条，更有利于热的传导。低速有刷电机的特点是转矩较大，适合于一些对启动转矩要求较高、速度要求不高的应用场景，如电动三轮车、小型电动搬运车等。但由于其采用电刷和换向器结构，仍然存在电刷磨损和维护的问题，并且其转速相对较低，在一些需要高速运行的场合无法满足需求。

（三）有刷有齿电机的特点

有刷电机中因电刷的存在存在主要隐患 “电刷磨损”，且有刷电机又分为有齿和无齿两种。有刷有齿电机是一种高速电机，所谓 “有齿” 就是通过齿轮减速机构，将电机转速调低（因国标规定电动车时速不得超过 20 公里，故电机转速应在 170 转 / 每分钟左右）。由于是高速电机通过齿轮减速，其特点是启动时骑行者感觉动力强劲，而且爬坡能力较强。但是电动轮毂是封闭的，只是在出厂前加注了润滑剂，用户很难进行日常保养，而且齿轮本身也有机械磨损，一年左右因润滑不足导致齿轮磨损加剧，噪音增大，使用时电流也增大，影响电机和电池寿命。有刷有齿电机在一些对动力要求较高、但对维护便利性要求相对较低的电动车产品中仍有应用，例如一些早期的电动摩托车或高性能电动自行车。

（四）无刷电机的分类与特点

无刷电机常见的分类有有刷有齿轮毂电机、有刷无齿轮毂电机、无刷有齿轮毂电机、无刷无齿轮毂电机、侧挂电机等。从电机的种类上区分高低速电机，有刷有齿轮毂电机、无刷有齿轮毂电机属于高速电机；有刷无齿轮毂电机、无刷无齿轮毂电机属于低速电机。无刷电机的不同类型在结构、性能和应用场景上各有特点。无刷有齿轮毂电机结合了无刷电机的优势和齿轮减速机构的特点，能够在一定程度上兼顾动力和速度调节，但齿轮部分仍存在磨损和维护问题；无刷无齿轮毂电机结构相对简单，可靠性高，适用于一些对速度要求不高、注重稳定性和低维护成本的场合，如城市电动自行车、小型电动代步车等；侧挂电机则常用于一些特殊的电动车辆或设备中，其安装位置和结构设计根据具体应用需求而定，具有较大的灵活性和适应性。

四、电机关键参数

（一）电机功率的定义与意义

电机的功率是指电机所输出的机械能与电源所提供的电能之比。电机额定功率的选择是一个至关重要且复杂的问题。在负载运行时，如果电机额定功率过大，电机将经常处于轻载运行状态，电机本身的容量无法得到充分发挥，形成 “大马拉小车” 的局面，同时电机运行效率低下、性能不佳，会增加运行成本。反之，如果电机额定功率过小，即为 “小马拉大车”，电机电流会超过额定电流，导致电机内耗损加大，不仅效率降低，更重要的是会影响电机的寿命。即使过载不多，电机的寿命也会显著减少；若过载严重，甚至会破坏电机绝缘材料的绝缘性能，导致电机烧毁。当然，如果电机额定功率过小，可能根本无法拖动负载，使电机长时间处于启动状态而过热损坏。因此，必须严格按照电动车或其他应用设备的运行情况来选定电机的额定功率，以确保电机在高效、可靠的状态下运行。

（二）霍尔元件在无刷电机中的作用与特性

霍尔元件的功能：一般直流无刷电机需要三个霍尔元件。简要来说，直流无刷电机为了能够持续转动，必须使定子线圈的磁场和转子永久磁体的磁场之间始终保持一定的角度。转子转动过程中，其磁场方向不断改变，为了使二者磁场保持合适的角度关系，当达到一定程度后，定子线圈的磁场方向必须相应改变。而三个霍尔元件的作用就是肩负着告知控制器何时改变电流方向的任务。通过检测转子磁场的位置变化，霍尔元件产生相应的霍尔信号，控制器根据这些信号来控制定子绕组的通电顺序和电流方向，从而实现电机的换向和稳定转动。

霍尔元件的耗电量：无刷电机霍尔的耗电量大致范围是 6mA - 20mA 不等。虽然单个霍尔元件的耗电量相对较小，但在电机的整体能耗中也占有一定比例，并且霍尔元件的供电稳定性和电流大小会影响其检测精度和可靠性，进而影响电机的控制性能。因此，在电机设计和控制器选型时，需要考虑霍尔元件的耗电量和供电要求，确保其能够正常工作并满足电机控制的精度需求。

（三）电机的温度特性与限制

电机正常工作温度范围：一般情况下，如果测量电机盖的温度超过环境温度 25 度以上时，表明电机的温升已经超出了正常范围，通常电机温升应该在 20 度以下。电机线圈一般由漆包线绕制而成，而漆包线在温度高于 150 度左右时其漆膜会因温度过高而脱落，导致线圈短路。当线圈温度在 150 度以上时，电机外壳所表现出的温度约在 100 度左右，所以若以电机外壳温度为依据，电机所承受的最高温度约为 100 度。了解电机的正常工作温度范围和极限温度对于电机的运行监测、散热设计和故障预防具有重要意义。在电机运行过程中，应通过合理的散热措施（如风冷、水冷、散热片等）将电机温度控制在正常范围内，以确保电机的长期稳定运行和使用寿命。

电机发热原因与过程：电机发热的直接原因是电流过大。一般可能是由线圈短路或开路、磁钢退磁或电机效率低等原因造成，正常情况下则是电机长时间大电流运转。电机负载运行时，电机内存在功率损耗，这些损耗最终都转化为热能，使电机温度升高，超过周围环境温度。电机温度比环境温度高出的值称为升温。一旦有了升温，电机就要向周围散热；温度越高，散热越快。当电机单位时间发出的热量等于散出的热量时，电机温度不再增加，而保持在一个稳定不变的温度，即处于发热与散热平衡的状态。如果电机发热原因不能及时排除，导致发热与散热失衡，电机温度将持续上升，可能会引发电机故障甚至损坏。

（四）电机的允许温升与绝缘材料

电机负载运行时，从充分发挥其作用的角度出发，希望所带负载（即输出功率）越大越好（若不考虑机械强度）。然而，输出功率越大，损耗功率也越大，温度就越高。电机内耐温最薄弱的部分是绝缘材料，如漆包线。绝缘材料有其允许温度限度，在该限度内，绝缘材料的物理、化学、机械、电气等各方面性能都较为稳定，其工作寿命一般约为 20 年。超过此限度，绝缘材料的寿命将急剧缩短，甚至可能烧毁。这个温度限度就是绝缘材料的允许温度，也就是电机的允许温度；绝缘材料的寿命通常也代表了电机的寿命。我国标准环境温度规定为 40 摄氏度，因此绝缘材料或电机的允许温度减去 40 摄氏度即为允许温升。不同绝缘材料的允许温度不同，按照允许温度的高低，电机常用的绝缘材料分为 A、E、B、F、H 五种，每种绝缘材料都有其对应的允许温度和温升范围。例如，A 类绝缘材料（经过浸渍处理的棉、丝、纸板、木材等，普通绝缘漆）的允许温度为 105 摄氏度，允许温升为 65 摄氏度；E 类绝缘材料（环氧树脂、聚脂薄膜、青壳纸，三酸纤维，高度绝缘漆）的允许温度为 120 摄氏度，允许温升为 80 摄氏度等。在电机设计和制造过程中，应根据电机的应用场景和性能要求选择合适的绝缘材料，并确保电机在运行过程中不超过绝缘材料的允许温度和温升范围，以保障电机的安全可靠运行和长期使用寿命。

五、电机的控制与测量

（一）无刷电机相角的测量方法

接通控制器电源，由控制器给霍尔元件供电，就可以检测无刷电机的相角。具体方法如下：使用万能表的 20V 直流电压档，并将红表笔接 5V 线，黑笔分别测量三个引线的高低电压，然后按 60 度及 120 度电机的换相表对照即可确定电机的相角。准确测量无刷电机的相角对于电机的正确控制和匹配控制器至关重要。如果相角测量错误或控制器与电机相角不匹配，会导致电机无法正常运行、换向不良、转矩波动等问题，影响电机的性能和可靠性。

（二）直流无刷电机与控制器的相序匹配

相序匹配的重要性：一般来说，直流无刷电机在实际运行中有特定的过程：电机转动 ---- 转子磁场方向改变 ---- 当定子磁场方向和转子磁场方向的夹角到 60 度电角度时 ---- 霍尔信号改变 ---- 相线电流方向改变 ---- 定子磁场向前跨越 60 度电角度 ---- 定子磁场方向和转子磁场方向夹角为 120 度电角度 ---- 电机继续转动。这样我们就明白了，霍尔有六种正确的状态。当特定的霍尔告诉控制器时，控制器就有特定的相线输出状态。所以倒相序就是要完成这样的一个任务，就是使定子的电角度始终按一个方向以 60 度电角度步进。

（三）不同相序电机与控制器的适配问题

错误适配的后果：如果 60 度的无刷控制器用在 120 度的无刷电机上，或者反之，都会导致缺相现象，电机不能正常转动。这是因为控制器与电机的相序不匹配，无法按照电机的运行要求正确地切换定子绕组的电流方向，导致电机的磁场分布不均匀，产生的转矩无法平衡，从而使电机无法稳定运行。

智能控制器的优势：但部分先进的控制器，如捷能所采用的智能型无刷控制器能够自动识别 60 度电机或 120 度电机，从而可以兼容适配二种电机，使得维修更换更加方便。这种智能控制器通过对电机霍尔信号的分析和处理，能够快速判断电机的相序类型，并自动调整控制策略，确保电机与控制器之间的良好匹配，提高了电机系统的通用性和可维护性。

（四）直流无刷控制器与电机相序调整方法

初步连接与试验：第一步要保证霍尔线的电源线和地线与控制器上相对应的线插好，而三个电机霍尔线与三个电机线对控制器的接法共有 36 种。最简单而笨的方法是每种状态逐一试验。换接时可以不断电进行，但一定要仔细，也要有一定的次序。在试验过程中，要注意每次拧转不要太大，如果电机转动不顺利，则这种状态就是不对的。因为如果电机在错误的相序下强行转动，可能会导致电机绕组电流过大，损坏电机或控制器。

反转情况的处理：如果出现反转的情况，在知道控制器的相序的情况下，就是把控制器霍尔线 a、c 互换，电机线 A 相与 B 相互换，即可倒为正转。这是基于电机的磁场和电流相互作用原理，通过改变霍尔信号的输入顺序和电机绕组的通电相序，调整电机的转矩方向，实现电机的正反转控制。

最终验证方法：最后验证接得正确方法是大电流运转时正常。当电机在大电流负载下能够稳定、高效地运行，并且没有异常的振动、噪声和过热现象时，说明控制器与电机的相序匹配正确，电机系统能够满足实际应用的要求。在大电流运转测试过程中，需要密切关注电机的各项性能指标，如转速、转矩、温度、电流等，确保电机在额定工况下能够可靠运行。

（五）特殊控制方式：120 度无刷控制器控制 60 度电机

在无刷电机霍尔信号线 b 相与控制器采样信号线之间加方向线路即可实现 120 度无刷控制器对 60 度电机的控制。这种特殊的控制方式是通过对霍尔信号的处理和线路的调整，改变控制器对电机的驱动逻辑，使原本不匹配的控制器和电机能够协同工作。但这种方法可能会对电机的性能产生一定的影响，如转矩输出的平滑性、效率等，因此在实际应用中需要根据具体需求进行评估和优化。

（六）有刷高速电机与低速电机的直观区别

转动阻力差异：高速电机有超越离合器，往一个方向转轻松，往另一个方向转费尽；低速电机双向转都一样轻松。这是由于超越离合器的结构特点决定的，超越离合器在高速电机中起到单向传动的作用，允许电机在一个方向上自由转动，而在另一个方向上产生阻力，防止电机反转。这种设计使得高速电机在某些应用场景中（如电动自行车的电动助力模式）能够更好地适应不同的行驶条件。

噪音表现不同：高速电机的车转动时噪音较大，低速电机转动噪音较小。有经验的人很容易凭耳朵识别。高速电机由于转速较高，其内部的机械部件（如电刷与换向器的摩擦、轴承的转动等）在高速运转时产生的振动和噪声相对较大。而低速电机转速较低，机械部件的运动相对缓慢，产生的噪声也较小。在一些对噪音要求较高的应用场合（如室内电动设备、静音电动车等），低速电机的这一特点使其更具优势。

（七）电机额定运行状态的定义与意义

在电机运行时，若各个物理量都与它的额定值一样，就称为额定运行状态。在额定运行状态下工作，电机能可靠地运行，并具有最好的综合性能。电机的额定运行状态是电机设计和制造的重要依据，也是衡量电机性能的标准参考点。在额定运行状态下，电机的效率最高，转矩输出稳定，发热和损耗在合理范围内，能够保证电机的长期稳定运行和预期的使用寿命。因此，在电机的选型和应用过程中，应尽量使电机工作在额定运行状态附近，以充分发挥电机的性能优势，避免因过载或欠载运行导致的效率低下、寿命缩短等问题。

（八）电机额定转矩的计算方法

电机轴上输出的额定转矩可以用 T2n 表示，其大小是输出的机械功率额定值除以转速的额定值，即 T2n = Pn / Nn（其中 Pn 的单位为 W、Nn 的单位为 r/min、T2n 单位是 N.M）。如果 Pn 的单位用 KN，系数 9.55 改为 9550。由此可以得出，如果在电机额定功率相等的条件下，电机的转速低其转矩越大。电机的额定转矩是电机的一个重要性能参数，它反映了电机在额定运行状态下输出转矩的能力，对于需要驱动不同负载的应用场景，如工业机械、交通运输工具等，准确计算和选择合适额定转矩的电机至关重要。例如，在需要较大启动转矩的设备（如起重机、电梯等）中，应选择额定转矩较大的电机；而在一些对转速要求较高、转矩需求相对较小的设备（如风扇、离心泵等）中，则可以选择额定转矩较小、转速较高的电机。

（九）电机启动电流的定义与限制

一般要求电机的启动电流不能超过其额定电流的 2 - 5 倍，这也是为什么在对控制器上作限流保护的一个重要原因。电机在启动瞬间，由于转子处于静止状态，需要克服较大的惯性和静摩擦力，所以启动电流通常会比额定电流大很多。如果启动电流过大且不受控制，会对电机的绕组、电刷（如有刷电机）、控制器以及电源等部件造成冲击，可能导致绕组过热烧毁、电刷磨损加剧、控制器损坏以及电源电压波动等问题。因此，通过在控制器中设置限流保护功能，可以限制电机的启动电流在合理范围内，保护电机系统的各个部件，延长其使用寿命，同时也确保了电机启动过程的平稳性和可靠性。

（十）电机转速变化的影响因素与趋势

供应商角度的考量：市场上销售的电机转速越来越高，从供应商方面来看，提速可以降低成本。同样是低速电机，速度提高后，线圈匝数可以减少，硅钢片用量也可减少，磁钢数目同样能够减少。这是因为在一定的功率要求下，提高电机转速可以通过改变电机的电磁设计参数来实现成本的优化。例如，减少线圈匝数可以降低铜材的消耗，减少硅钢片和磁钢数量可以降低原材料成本和电机的重量。

对电机性能的影响：然而，对于购买者而言，虽然认为高速电机可能具有某些优势，但实际上在额定速度工作时，其功率不变，但在低速区时效率明显降低，也就是启动无力。因为电机在低速运行时，由于转速较低，其反电动势较小，导致电流较大，而此时电机的输出功率并没有相应提高，从而使得效率降低。并且，效率低意味着需要用大电流启动，骑行时电流也大，这对控制器的限流要求增大，对电池也会产生不良影响，如电池的放电深度增加、寿命缩短等。在一些实际应用场景中，如城市交通中的电动车，经常需要在低速状态下行驶（如起步、爬坡、拥堵路段等），过高的电机转速可能并不一定能带来更好的使用体验和性能表现，反而会增加能耗和设备损耗。

（十一）电机异常发热的维修处理方法

常见故障原因排查：电机异常发热的原因可能有多种，如电机内部机械摩擦大，可能是由于轴承磨损、转子与定子之间的间隙不均匀等原因导致；线圈局部短路，会使电流增大，从而引起发热加剧；磁钢退磁，会导致电机的磁场强度减弱，电机需要更大的电流来维持输出转矩，进而发热；直流电机换相器积碳，会增加电刷与换相器之间的接触电阻，导致电刷发热并传递给电机整体。

维修处理措施：维修处理的方法一般为更换电机，或进行维修保养。对于一些简单的故障，如换相器积碳，可以通过清理积碳、更换电刷等方式进行修复；如果是轴承磨损，可以更换新的轴承；对于线圈局部短路或磁钢退磁等较为严重的问题，可能需要更换电机或进行专业的维修处理。在维修过程中，需要使用专业的工具和设备，如万用表、绝缘电阻表等，对电机的各项参数进行检测和评估，确保维修后的电机能够恢复正常运行状态。

（十二）电机空载电流异常的原因与维修

空载电流过大的原因：电机空载电流大于参考表极限数据时表明电机出现了故障。产生的原因可能包括电机内部机械摩擦大，如前面所述的轴承问题、转子不平衡等；线圈局部短路，导致电阻减小，电流增大；磁钢退磁，使电机的磁场特性发生变化，影响电流分布；直流电机换相器积碳，影响电流传导和换向过程。

维修处理方式：维修处理的方法一般为更换电机，或更换碳刷，清理积碳等。具体的维修措施应根据故障原因进行选择。如果是机械摩擦问题，可以通过调整转子平衡、更换轴承等方式解决；对于线圈短路问题，可能需要修复或更换线圈；磁钢退磁问题可能需要更换磁钢；而换相器积碳则可以通过清理积碳来改善电机的运行状况。在维修后，需要重新测量电机的空载电流，确保其恢复到正常范围内，以保证电机的正常运行和性能稳定。

（十三）电机空转电流的测量方法

将万用表置于 20A 档位，将红黑表笔串联连接在控制器的电源输入端。打开电源，在电机不转的情况下，记录下此时万用表的最大电流 A1。转动转把，使电机高速空载转动 10s 以上，等待电机转速稳定后，开始观察并记录此时万用表的最大数值 A2。电机空载电流 = A2 - A1。准确测量电机的空载电流对于评估电机的性能和健康状况具有重要意义。通过与电机的额定空载电流进行对比，可以判断电机是否存在绕组短路、轴承磨损、磁钢退磁等问题。如果空载电流过大，可能表示电机存在故障，需要进一步检查和维修；如果空载电流过小，可能是电机的供电线路存在接触不良或控制器输出异常等问题。

（十四）电机好坏的识别方法与关键参数

主要评估参数：主要是空载电流和骑行电流的大小，与正常值对比，及电机效率和扭矩的高低，以及电机的噪声、振动和发热量。空载电流和骑行电流反映了电机在不同负载状态下的电流消耗情况，正常的电机应该具有合理的电流值范围。电机效率是衡量电机能源转换效率的重要指标，高效率的电机能够在相同的输入功率下输出更多的机械能，减少能源浪费和发热。扭矩的高低决定了电机驱动负载的能力，不同应用场景对电机的扭矩要求不同。此外，电机的噪声、振动和发热量也是评估电机质量的重要依据，较小的噪声、振动和发热量通常表示电机的制造工艺和运行状态良好。

专业测试方法：最好的方法是用测功机测试效率曲线。测功机可以精确地测量电机在不同转速和负载下的输出功率、扭矩、效率等参数，并绘制出效率曲线。通过分析效率曲线，可以全面了解电机的性能特点，如电机的最佳工作点、效率变化范围、过载能力等，从而更准确地评估电机的好坏和适用性。在电机的研发、生产质量控制以及产品选型过程中，测功机测试是一种非常重要的手段。

（十五）不同功率电机的区别与控制器要求

功率差异的影响：180W 和 250W 电机在功率上存在差异，250W 的骑行电流大，对控制器的功率余量及可靠性要求较高。功率较大的电机在运行过程中需要消耗更多的电能，因此其骑行电流也相应较大。这就要求与之匹配的控制器能够提供足够的电流输出能力和稳定的控制性能，以保证电机在各种工况下能够正常运行。如果控制器的功率余量不足，可能会导致在电机大电流运行时出现过热、过载保护甚至损坏等问题；而控制器的可靠性不高，则可能会影响电机的控制精度和稳定性，导致电机运行不平稳、效率低下等情况。

与控制器的适配原则：在选择电机和控制器时，需要根据电机的功率、额定电流、工作电压等参数以及实际应用需求，综合考虑控制器的功率等级、电流输出能力、控制算法、散热性能等因素，确保电机与控制器之间的良好适配。例如，对于 250W 的电机，应选择能够承受其最大电流并具有一定功率余量的控制器，同时控制器的控制精度和响应速度应满足电机的运行要求，以实现电机的高效、稳定运行。

（十六）电机额定功率选择的方法与步骤

计算负载功率：对于电动助力车厂家来说，电机额定功率选择一般分为三个步骤。第一步是计算负载功率 P，这需要综合考虑电动车的行驶工况、负载重量、行驶速度、爬坡能力等因素。例如，根据车辆的设计最高速度和总质量，可以估算出车辆在平路上行驶时所需的功率；再考虑到爬坡时的额外功率需求，可以通过计算坡度阻力、滚动阻力等得出爬坡所需的功率增量，从而确定总的负载功率需求。

预选电机额定功率：第二步，根据负载功率，预选电机的额定功率及其他参数。在预选电机时，需要参考电机的性能参数手册，选择额定功率略大于负载功率的电机，同时考虑电机的转速范围、扭矩特性、效率曲线等其他参数是否满足电动车的设计要求。例如，如果电动车需要在低速时有较大的扭矩输出，就应选择扭矩特性较好的电机；如果需要较高的行驶速度，则应选择转速较高的电机。

校核预选电机：第三步是校核预选电机。一般先校核发热温升，根据电机的散热条件和工作环境，计算电机在预计运行工况下的温升是否在允许范围内；再校核过载能力，检查电机在短时间内承受过载负载的能力是否满足要求，例如在电动车启动或爬坡时可能会出现过载情况；必要时校核启动能力，确保电机能够顺利启动并带动负载。如果在校核过程中发现问题，如温升过高、过载能力不足或启动困难等，则需要从第二步重新进行，调整预选电机的型号或参数，直到通过所有校核为止。同时，需要注意在满足负载要求的情况下，电机的额定功率并非越大越好，而是应选择合适的功率，以实现经济、高效的运行。此外，还应根据环境温度的不同进行温度校正，因为额定功率是在国家标准环境温度为 40 摄氏度前提下进行的。若环境温度常年都较低或都比较高，为充分利用电机的容量，应对电机的额定功率进行修正。例如常年温度偏低，电机实际额定功率应比标准规定 Pn 高；相反，常年温度偏高的，则应降低额定功率使用。

（十七）关于无刷电机度数与转矩的误解澄清

从市场发现和很多客户沟通的时候，普遍存在着这样一个谬误！认为 60 度电机比 120 度有劲。我们认为这大概是生产 60 度无刷电机厂家的一种宣传。从无刷电机的原理上以及事实证明，其实 60 度电机也好，120 度电机也罢！所谓度数只是用来告诉无刷控制器什么时候该让电机的哪两根相线导通而已。根本没有谁比谁更有劲之说！240 度和 300 度也是一样，没有谁比谁更有劲之说。无刷电机的转矩输出主要取决于电机的设计参数，如磁钢性能、绕组匝数、电机结构等，而不是电机的相角度数。不同相角的电机在控制方式上有所不同，但在相同的设计和运行条件下，其转矩输出能力是相近的。因此，在选择无刷电机时，不应仅仅基于相角度数来判断电机的转矩性能，而应综合考虑电机的各项性能参数和实际应用需求。

综上所述，电机知识涵盖了从基本概念、结构组件、类型划分到关键参数、控制测量以及选型应用等多个方面。深入理解和掌握这些知识，无论是对于电机的研发、生产、维护人员，还是对于电机相关设备的使用者和决策者，都具有极为重要的意义。在实际应用中，只有根据具体需求，合理选择电机类型和参数，并正确进行控制、维护和管理，才能充分发挥电机的性能优势，提高设备的运行效率和可靠性，推动相关行业的技术进步和发展。