電動機

科目：

介紹：
我們在汽車中越來越多的地方發現了電動馬達。在電動機中，電流轉化為運動和熱。我們在後視鏡和座椅調整中發現了電動馬達，但也可作為擋風玻璃刮水器機構上的擋風玻璃刮水器馬達或作為啟動馬達。這些電動機的工作電壓為 12 至 14 伏特。在本頁中，我們僅限於內部和外部的電動馬達。

電動馬達也為混合動力和全電動汽車提供（部分）電力推進。頁面上討論了這種類型的電動馬達：高壓電動機。

我們可以將直流電動機分為：

電動機的工作原理：
在電動機中，電流被轉換成旋轉運動。運動是由兩個磁極相互吸引或排斥引起的：

磁鐵具有帶相反電荷的北極和南極。當該磁鐵斷成兩半時，您不會突然擁有兩個獨立的磁極，而是兩個新的磁鐵，都有北極和南極。

多個磁極（北磁極和南磁極）固定在外殼上。北極和南極之間存在磁場。輸出軸（電樞）由於磁場的變化而旋轉。

在電動機中，兩個同名的磁極經常使用（通常）永久磁鐵或電磁體彼此相對放置。由於同名的兩極相互排斥，因此產生了運動。

帶碳刷的直流電動機：
汽車技術中幾乎所有電動馬達都設計為具有永久磁鐵和碳刷的直流電動馬達。在這種類型的電動馬達中，我們發現以下磁鐵：

永久磁鐵位於轉子的左側和右側，由一個北極和一個南極組成。在北極和南極之間有一個固定磁場，當電動馬達運作或靜止時，磁場不會改變。

當電流流過線圈時，線圈中就會產生旋轉電磁場。碳刷透過換向器提供和移除電流。

反轉電流方向是透過換向來完成的：兩個碳刷在換向器上拖曳，換向器由正側和負側組成。正極側的碳刷將電流傳送至導體（圖中綠色箭頭）。電流經由負極側的碳刷離開導體。流過導體的電流會產生電磁場。

電樞（導體）中產生的磁性和磁場（永久磁鐵）之間會產生力量（影像中的紅色箭頭）。此力導致電樞和換向器繞其軸線旋轉。然後碳刷撞擊換向器的另一部分，反轉電樞中的電流方向。磁場和力沿相同方向建立，使電樞再次繞軸旋轉。

我們可以透過反轉碳刷的正負來改變電動機（即電樞）的旋轉方向。

正負的交換可以透過H橋來實現。

查看頁面 H橋了解 H 橋的可能設計和開關方法。

無碳刷直流馬達：
無刷直流（DC）馬達是同步馬達。電氣控制取代了碳刷。這種類型的電動馬達與帶有永久磁鐵的同步交流電動機非常相似，如在電動車動力總成。兩種馬達的主要差異在於控制方式：交流馬達採用調變正弦交流電壓控制，直流馬達採用方波電壓控制。

定子通常包含三個或六個線圈（U、V 和 W），轉子是永久磁鐵。下圖顯示了直流馬達的示意結構，其中三個線圈的電壓級數。實際上，磁極之間安裝了多個霍爾感測器來確定轉子位置。
控制單元根據轉子位置決定應控制哪些線圈。

在下圖中，U+ 線圈已通電。線圈繞磁極的方式決定了它是北極還是南極。在此範例中，U+ 是北極，U- 是南極。

轉子設計為永久磁鐵。如前面段落所述，轉子由於穿過線圈的磁場變化而定位或轉動。

要從上圖所示的位置逆時針旋轉轉子，V 線圈就會通電。

V+ 成為北極，V- 成為南極。永磁轉子旋轉；
北極和南極相互吸引，磁鐵另一側的南極和北極也相互吸引。

現在，W 線圈通電，使轉子再旋轉 60 度。

W+線圈成為北極，W-線圈成為南極。轉子轉動並到達新位置。

下一張圖片中的轉子自第一種情況以來已經旋轉了 180 度；在第一張圖片中，南極指向上方；現在那是北極。

U+線圈和U-線圈的極性相反，導致線圈中的電流反向流動。這使得 U+ 成為南極，U- 成為北極。

帶有永久磁鐵的轉子會透過磁場的變化進一步旋轉。

要將轉子再次旋轉 60 度，V- 為北極，V+ 為南極。轉子佔據新位置。

由於線圈中磁場的變化，轉子再次轉動 60 度：

W-線圈為北極，W+為南極。

在上述六種情況下，兩個線圈同時持續通電。我們也經常發現具有三個線圈而不是六個線圈的無刷直流馬達。三個線圈時，U、V、W線圈也依序通電，但極性沒有變化。

無刷直流電機是一款功能強大的電機，適用於啟動、中速和高速都需要高扭矩的應用。無刷直流馬達和步進馬達經常被混淆。這並不奇怪，因為馬達的操作和控制有很多相似之處：兩個馬達都是透過在線圈和帶有永久磁鐵的轉子之間產生磁場來驅動的。然而，除了術語之外，兩種引擎也存在顯著差異，主要體現在應用以及材料的選擇上。

步進電機基本上是無刷直流電機，但它的應用領域不同。雖然直流馬達主要用於長期高速運行，但我們看到步進馬達用於精確位置調整最為重要的應用。

所示的直流馬達轉子每旋轉 60° 進行一次控制。如果我們在每個控制之間同時為四個線圈通電，從而獲得中間位置，則該角度可能會減少到 30°。然而，步進馬達能夠調整 1,8° 至 0,9° 的增量。這進一步表明步進馬達適合非常精確的位置。

不同版本、ECU的控制方法和應用程式可以在頁面上找到步進馬達.

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