電動自行車用電動機的作用就是將蓄電池的電能轉(zhuǎn)換為機械能，以便驅(qū)動電動自行車車輪旋轉(zhuǎn)。電動自行車采用的電動機分為有刷直流電動機和無刷直流電動機兩大類。常見的電動自行車用電動機的實物外形如下圖所示。

提示：有刷直流電動機對外只有兩條引線，無刷直流電動機對外有8條引線。

1．有刷直流電動機

（1）有刷直流電動機的識別

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

有刷直流電動機的優(yōu)點是驅(qū)動電路簡單、過載能力強、容易控制，而它的主要缺點是成本較高、故障率高、維修難度大。

有刷直流電動機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。

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

注意：電刷的含銀量實際是指含銀量或含銅量高低。由于銀的價格較高，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，但對換向器損害大；含銅量低的電刷電流大時發(fā)熱嚴重，自身抗磨能力差，但是對換向器損害小。

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

（2）有刷直流電動機的工作原理

下圖所示為有刷直流電動機的工作原理示意圖。

有刷直流電動機的定子上安裝了永久磁鐵（磁鋼），由它構成主磁極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，再通過銅片與電刷相接。由于控制器輸出的驅(qū)動電壓加到電刷正、負極上，所以當換向器的條狀銅片交替與電刷的正、負極接觸時，繞組就能通過換向器得到交替變化的導通電流，使繞組產(chǎn)生不同方向的電動勢，從而產(chǎn)生交變磁場，吸引轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。電動機繞組兩端的電壓越高，磁場強度越大，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)矩也越大，電動機的轉(zhuǎn)速也就越快。因此，通過調(diào)整繞組兩端所加電壓大小就可實現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)速的調(diào)整，而改變繞組的供電方向可改變電動機的旋轉(zhuǎn)方向。

2．無刷直流電動機

（1）無刷直流電動機的特點

無刷直流電動機就是未采用電刷的電動機。為了實現(xiàn)換向，無刷直流電動機采用了三極管和位置傳感器（霍爾元件）代替電刷和換向器。由于此類電動機取消了電刷和換向器，所以不僅消除了電磁干擾、降低了機械噪聲，而且延長了使用壽命。但此類電動機的控制器（電動機驅(qū)動、控制電路）比較復雜，成本增加，并且低速啟動時輕微抖動。

（2）無刷直流電動機的工作原理

無刷直流電動機的運行原理與專用電動機的運行原理相似，都是通過給兩相繞組通電使它產(chǎn)生一定的磁場。磁通具有走最短路徑的特點，從而使轉(zhuǎn)子和定子的相對位置發(fā)生了變化。當按照一定的順序為不同的兩相繞組供電時，可使電動機內(nèi)部的磁場旋轉(zhuǎn)起來，從而使電動機轉(zhuǎn)動。電動機通電順序不同，電動機轉(zhuǎn)動的方向也就不同。如下圖所示，無刷直流電動機由電動機主體、位置傳感器及電子換向開關電路3 個基本部分組成。其中位置傳感器的定子和電子換向開關電路相當于一個靜止的換向器，與位置傳感器旋轉(zhuǎn)著的“電刷”一起組成一個沒有機械接觸的電子換向裝置。

定子繞組分別與相應的電子換向開關電路連接。為了保持定子繞組電流與磁場極性相對關系不變，設有檢測轉(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機械接觸的檢測轉(zhuǎn)子位置的裝置，由傳感器定子和傳感器轉(zhuǎn)子構成，它們分別裝在定子機殼內(nèi)和轉(zhuǎn)子軸上。由位置傳感器提供的信號通過控制器內(nèi)的解碼器處理，再通過放大器放大后就可按一定順序觸發(fā)電子換向開關電路。

目前，無刷直流電動機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。電子換向開關電路中各功率器件分別與相應的各相定子繞組串聯(lián)，各功率器件的導通與截止取決于位置傳感器的檢測信號。繞組電路可以是一相一相依次導通，也可以是兩相兩相依次導通。電動機繞組兩端電壓越高，磁場強度越大，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)矩也越大，電動機的轉(zhuǎn)速也就越快，反之轉(zhuǎn)速越慢。因此，通過調(diào)整繞組兩端所加電壓的大小就可實現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)速的調(diào)整。

當主轉(zhuǎn)子N極在定子Y位置時，垂直換向傳感器將產(chǎn)生X方向上的電動勢，此信號使電子開關導通，與此串聯(lián)的定子X繞組中將有電流流過，并使定子X極磁化為S極，以吸引轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)90°，N極到達定子X位置，此時垂直換向傳感器輸出為0，水平換向傳感器將產(chǎn)生Y方向電動勢，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，對于不同的主轉(zhuǎn)子位置，換向傳感器依次輸出不同的信號，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，吸引轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。