導(dǎo)讀

• • 輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)
  • 輪轂電機(jī)的電器參數(shù)怎么來的
  • 測功曲線解讀，電機(jī)功率公式推導(dǎo)
  • 為什么效率曲線先爬升到高點(diǎn)，再跌落為0

前面學(xué)習(xí)了無刷電機(jī)的工作原理，現(xiàn)在來看一下兩輪車輪轂電機(jī)都有哪些具體的參數(shù)。

搜到一個雅迪電動車的電機(jī)，參數(shù)截圖如下：

先來了解一下物理上可見的參數(shù)，比如磁鋼數(shù)量規(guī)格，漆包線規(guī)格，硅鋼片規(guī)格。這幾個規(guī)格是一些結(jié)構(gòu)參數(shù)，我們從圖中來看。

從圖中可以看到，把漆包線繞制在硅鋼片上，形成了一個電磁鐵。把磁鋼貼在外圈轉(zhuǎn)子上作為轉(zhuǎn)動的永磁鐵。于是，電磁鐵和永磁鐵之間就形成了電機(jī)中的力輸出部件。輸出力的大小也就是兩個磁鐵互作用力的大小。把這個最小單元拿出來分析下：

如果要想產(chǎn)生更大的力，我們需要增大磁鐵的面積，磁通量，也可以減小兩個磁鐵之間的間距。因為電機(jī)的扭力就和上面的三個參數(shù)相關(guān)，我們看看這三個參數(shù)在電機(jī)本體上，是哪幾個參數(shù)呢

首先，增大磁鐵面積，在輪轂電機(jī)中，由于磁鐵排列在一個圓環(huán)形，硅鋼片對應(yīng)磁鐵的表面也是一個圓環(huán)形。那么，要增大這個面積就只能增加這個圓環(huán)的高度，也就是電機(jī)的疊高，鐵心的高度。

其次，增加磁通量，對于定子來說，就是增加銅線繞線的密度來使得銅線中可以通過更大的電流。而對于定子中的磁鋼，可以選擇不同牌號和厚度，以便于提高永磁體的充磁量。

最后，還可以減小硅鋼片和磁鋼之間的間距，這在電機(jī)中被稱為氣隙，這個也不能無限制的減小，會影響到齒槽轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生振動，加工工藝精度也是問題，太小有可能導(dǎo)致硅鋼片和磁鋼片摩擦。

以上可以知道，要想提高電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出，最簡單的就是增加疊高，然后選擇更好的磁鋼，增加槽滿率，也就是讓齒槽中繞滿線，不浪費(fèi)。

接下來看電器參數(shù)：

首先看看轉(zhuǎn)速，為什么在給定電機(jī)一個電壓驅(qū)動后，電機(jī)會有一個最高轉(zhuǎn)速呢？從物理角度理解，那就是沒有加速度了，也就是電機(jī)輸出的扭矩和電機(jī)本身轉(zhuǎn)動慣量，機(jī)械摩擦平衡了，這里從空載的工況來看。

電機(jī)在旋轉(zhuǎn)時，由于電磁相互作用，磁鋼的磁場會在繞組上感應(yīng)出一個電壓，轉(zhuǎn)速的低的時候，電壓很小，因此輸入電壓減去這個感應(yīng)電壓后，剩余的電壓還可以在線圈上產(chǎn)生足夠的電流使得電機(jī)繼續(xù)輸出扭矩加速。

但是，當(dāng)轉(zhuǎn)速足夠高，這個感應(yīng)的電壓足夠高的時候，輸入電壓減去感應(yīng)電壓后，剩余的電壓很小，在繞組上已經(jīng)無法產(chǎn)生足夠的電流來驅(qū)動電磁鐵產(chǎn)生磁力，那么，電機(jī)自然就失去了加速度。

所以，上面的感應(yīng)電壓可以稱為電機(jī)的反電動勢，也就是旋轉(zhuǎn)對應(yīng)的電壓，對應(yīng)的也就電機(jī)的KV值這個參數(shù)，單位是RPM/V，轉(zhuǎn)每伏特。

一個電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速是多少通常需要給定電壓，其實本質(zhì)上對于電機(jī)本體來說是KV值，有了KV值，我們就可以計算出不同電壓下電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速了。

通過上面的描述，也可以看出，電機(jī)輸出多少力，取決于線圈中流過多大的電流，也就是這里的相線電流決定了電機(jī)的力矩輸出，即相電流和力矩成正比。這個比值就是電機(jī)參數(shù)中的扭矩常數(shù)。

效率和測功曲線

電機(jī)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，相對于阻容感來說復(fù)雜的很多，所以描繪他的特性不能簡單的按照伏安特性曲線之類的方式來描述，一般電機(jī)都會有一個測功機(jī)測出來的曲線，如上圖。

它是指在特定的電壓驅(qū)動下，讓電機(jī)最高速旋轉(zhuǎn)起來，然后給電機(jī)不斷地增加負(fù)載，此時電機(jī)轉(zhuǎn)速就會慢慢的下降，直到為0，此時正好是電機(jī)的堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，整個過程中，我們監(jiān)測轉(zhuǎn)速，輸出功率，電流等參數(shù)。

因為有了轉(zhuǎn)速和扭矩，我們可以計算出輸出功率，有了電壓和電流信息，我們可以計算出輸入功率，于是效率便可以計算出來了。

電機(jī)的輸出功率公式：

電機(jī)扭矩計算公式 T=9550P/n 是如何計算的呢？

首先，功率=力*速度

P=F*V ?---———— ? 公式【3】

其次，轉(zhuǎn)矩(T)=扭力(F)*作用半徑(R)

F=T/R ?---—-----— ? 公式【4】

線速度(V) =?2πR每秒轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/秒) = 2πR每分轉(zhuǎn)速(n/分)/60=（πRn/30）/分 --- 公式【5】

將公式【4】、【5】代入公式【3】得：

P=FV=（T/R）（πRn/30）=Tπn/30

P=功率單位W，

T=轉(zhuǎn)矩單位N.m，

n=每分鐘轉(zhuǎn)速單位轉(zhuǎn)/分鐘；

如果將P的單位換成KW，那么就是如下公式：

P*1000=Tπn/30 ；

P100030/π=Tn；

（30000/3.1415926）P=Tn；

9549.297P=Tn。

這就是為什么會有功率和轉(zhuǎn)矩*轉(zhuǎn)速之間有個9550的系數(shù)關(guān)系。

而輸入功率為電壓乘以電流自不必說。

為什么效率是一個曲線，先爬上到最高點(diǎn)后，再直線下降呢？

要談效率，就得將物理上的一些損耗，哪些電流變成無異議的熱被消耗掉了。電機(jī)系統(tǒng)中包含三個損耗，銅損，鐵損和機(jī)械損。

空載的時候，電機(jī)運(yùn)行，由于輸出的扭矩很小，因此輸出功率就很小，銅線中的電流很小，因此銅損就可以忽略掉，主要損耗就是鐵損和機(jī)械損耗，這兩個損耗是電機(jī)運(yùn)行過程中是固定的。鐵損（磁滯/渦流）與轉(zhuǎn)速和磁通密度相關(guān)，輕載時雖電流小，但鐵芯仍需維持磁場，損耗不可忽略。

最佳效率點(diǎn)時，其實是銅損和鐵損相等的時候，系統(tǒng)的效率點(diǎn)會達(dá)到極值，這里是通過數(shù)學(xué)方法可以求得的，數(shù)學(xué)功底不好，這里留個尾巴。

過載時，效率非常低主要是兩點(diǎn)，一方面是相電流非常大，因此導(dǎo)致銅損上升速度非常快，速度遠(yuǎn)超輸出功率。另一方面是足夠大的磁通電流導(dǎo)致了磁路飽和，磁路飽和也就沒有更大的力矩輸出了。其實也就是對應(yīng)的扭矩系數(shù)不再是一個常數(shù)，在磁路飽和后，更多的電流只會產(chǎn)生熱量。

最后來到堵轉(zhuǎn)階段，轉(zhuǎn)速為0，根據(jù)輸出功率的公式，輸出功率為0了，電機(jī)中的線圈上流過直流，直流全部在電機(jī)內(nèi)阻上產(chǎn)生熱量了。