電動(dòng)自行車用電動(dòng)機(jī)的作用就是將蓄電池的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，以便驅(qū)動(dòng)電動(dòng)自行車車輪旋轉(zhuǎn)。電動(dòng)自行車采用的電動(dòng)機(jī)分為有刷直流電動(dòng)機(jī)和無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)兩大類。常見(jiàn)的電動(dòng)自行車用電動(dòng)機(jī)的實(shí)物外形如下圖所示。

提示：有刷直流電動(dòng)機(jī)對(duì)外只有兩條引線，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)對(duì)外有8條引線。

1．有刷直流電動(dòng)機(jī)

（1）有刷直流電動(dòng)機(jī)的識(shí)別

有刷直流電動(dòng)機(jī)就是采用了電刷（俗稱碳刷）的直流電動(dòng)機(jī)。有刷直流電動(dòng)機(jī)靠換向器（俗稱整流子）和電刷配合來(lái)改變電流極性，自動(dòng)完成換向（相），換向器和電刷裝在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部。有刷直流電動(dòng)機(jī)又分為高速型和低速型兩種。

有刷直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、過(guò)載能力強(qiáng)、容易控制，而它的主要缺點(diǎn)是成本較高、故障率高、維修難度大。

有刷直流電動(dòng)機(jī)故障率高的主要原因：

一是電刷因磨損容易發(fā)生打火等故障；

二是磁鋼散熱條件差，容易退磁。

電刷磨損不僅與時(shí)間有關(guān)，而且與電流大小以及電刷含銀量有關(guān)，大部分電刷的使用壽命為2000h 左右。

注意：電刷的含銀量實(shí)際是指含銀量或含銅量高低。由于銀的價(jià)格較高，所以目前的含銀量多是指含銅量。若顏色發(fā)紅則含銅量高，若顏色發(fā)黑則含銅量低。含銅量高的電刷損耗小、發(fā)熱量低、抗磨性好，但對(duì)換向器損害大；含銅量低的電刷電流大時(shí)發(fā)熱嚴(yán)重，自身抗磨能力差，但是對(duì)換向器損害小。

方法與技巧：將不同電刷對(duì)頭串聯(lián)，接到放電電路，摸溫度、測(cè)壓降就可以知道含銅量的高低。若溫度低、壓降小則說(shuō)明含銅量高，否則含銅量低。

（2）有刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理

下圖所示為有刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理示意圖。

有刷直流電動(dòng)機(jī)的定子上安裝了永久磁鐵（磁鋼），由它構(gòu)成主磁極N和S，在轉(zhuǎn)子上安裝了定子鐵芯和繞組，繞組的兩端接換向器的銅片，再通過(guò)銅片與電刷相接。由于控制器輸出的驅(qū)動(dòng)電壓加到電刷正、負(fù)極上，所以當(dāng)換向器的條狀銅片交替與電刷的正、負(fù)極接觸時(shí)，繞組就能通過(guò)換向器得到交替變化的導(dǎo)通電流，使繞組產(chǎn)生不同方向的電動(dòng)勢(shì)，從而產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，吸引轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)繞組兩端的電壓越高，磁場(chǎng)強(qiáng)度越大，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩也越大，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也就越快。因此，通過(guò)調(diào)整繞組兩端所加電壓大小就可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整，而改變繞組的供電方向可改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。

2．無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)

（1）無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)

無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)就是未采用電刷的電動(dòng)機(jī)。為了實(shí)現(xiàn)換向，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)采用了三極管和位置傳感器（霍爾元件）代替電刷和換向器。由于此類電動(dòng)機(jī)取消了電刷和換向器，所以不僅消除了電磁干擾、降低了機(jī)械噪聲，而且延長(zhǎng)了使用壽命。但此類電動(dòng)機(jī)的控制器（電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制電路）比較復(fù)雜，成本增加，并且低速啟動(dòng)時(shí)輕微抖動(dòng)。

（2）無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理

無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理與專用電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理相似，都是通過(guò)給兩相繞組通電使它產(chǎn)生一定的磁場(chǎng)。磁通具有走最短路徑的特點(diǎn)，從而使轉(zhuǎn)子和定子的相對(duì)位置發(fā)生了變化。當(dāng)按照一定的順序?yàn)椴煌膬上嗬@組供電時(shí)，可使電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)起來(lái)，從而使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)通電順序不同，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向也就不同。如下圖所示，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)主體、位置傳感器及電子換向開(kāi)關(guān)電路3 個(gè)基本部分組成。其中位置傳感器的定子和電子換向開(kāi)關(guān)電路相當(dāng)于一個(gè)靜止的換向器，與位置傳感器旋轉(zhuǎn)著的“電刷”一起組成一個(gè)沒(méi)有機(jī)械接觸的電子換向裝置。

定子繞組分別與相應(yīng)的電子換向開(kāi)關(guān)電路連接。為了保持定子繞組電流與磁場(chǎng)極性相對(duì)關(guān)系不變，設(shè)有檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置的傳感器，使定子繞組能隨轉(zhuǎn)子位置變化依次通電。位置傳感器是一種無(wú)機(jī)械接觸的檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置的裝置，由傳感器定子和傳感器轉(zhuǎn)子構(gòu)成，它們分別裝在定子機(jī)殼內(nèi)和轉(zhuǎn)子軸上。由位置傳感器提供的信號(hào)通過(guò)控制器內(nèi)的解碼器處理，再通過(guò)放大器放大后就可按一定順序觸發(fā)電子換向開(kāi)關(guān)電路。

目前，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)常用的傳感器定子為霍爾傳感器，傳感器的轉(zhuǎn)子為永磁體。電子換向開(kāi)關(guān)電路中各功率器件分別與相應(yīng)的各相定子繞組串聯(lián)，各功率器件的導(dǎo)通與截止取決于位置傳感器的檢測(cè)信號(hào)。繞組電路可以是一相一相依次導(dǎo)通，也可以是兩相兩相依次導(dǎo)通。電動(dòng)機(jī)繞組兩端電壓越高，磁場(chǎng)強(qiáng)度越大，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩也越大，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也就越快，反之轉(zhuǎn)速越慢。因此，通過(guò)調(diào)整繞組兩端所加電壓的大小就可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整。

當(dāng)主轉(zhuǎn)子N極在定子Y位置時(shí)，垂直換向傳感器將產(chǎn)生X方向上的電動(dòng)勢(shì)，此信號(hào)使電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，與此串聯(lián)的定子X(jué)繞組中將有電流流過(guò)，并使定子X(jué)極磁化為S極，以吸引轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)90°，N極到達(dá)定子X(jué)位置，此時(shí)垂直換向傳感器輸出為0，水平換向傳感器將產(chǎn)生Y方向電動(dòng)勢(shì)，并使定子Y極磁化為S極，以吸引轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)90°。因此，對(duì)于不同的主轉(zhuǎn)子位置，換向傳感器依次輸出不同的信號(hào)，使主定子繞組按 X→Y→Z→X→Y 的循環(huán)順序輪流通電，形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，吸引轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。