芯耀
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导读
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- 轮毂电机的结构参数
- 轮毂电机的电器参数怎么来的
- 测功曲线解读，电机功率公式推导
- 为什么效率曲线先爬升到高点，再跌落为0
前面学习了无刷电机的工作原理，现在来看一下两轮车轮毂电机都有哪些具体的参数。
搜到一个雅迪电动车的电机，参数截图如下：
先来了解一下物理上可见的参数，比如磁钢数量规格，漆包线规格，硅钢片规格。这几个规格是一些结构参数，我们从图中来看。
从图中可以看到，把漆包线绕制在硅钢片上，形成了一个电磁铁。把磁钢贴在外圈转子上作为转动的永磁铁。于是，电磁铁和永磁铁之间就形成了电机中的力输出部件。输出力的大小也就是两个磁铁互作用力的大小。把这个最小单元拿出来分析下：
如果要想产生更大的力，我们需要增大磁铁的面积，磁通量，也可以减小两个磁铁之间的间距。因为电机的扭力就和上面的三个参数相关，我们看看这三个参数在电机本体上，是哪几个参数呢
首先，增大磁铁面积，在轮毂电机中，由于磁铁排列在一个圆环形，硅钢片对应磁铁的表面也是一个圆环形。那么，要增大这个面积就只能增加这个圆环的高度，也就是电机的叠高，铁心的高度。
其次，增加磁通量，对于定子来说，就是增加铜线绕线的密度来使得铜线中可以通过更大的电流。而对于定子中的磁钢，可以选择不同牌号和厚度，以便于提高永磁体的充磁量。
最后，还可以减小硅钢片和磁钢之间的间距，这在电机中被称为气隙，这个也不能无限制的减小，会影响到齿槽转矩产生振动，加工工艺精度也是问题，太小有可能导致硅钢片和磁钢片摩擦。
以上可以知道，要想提高电机的转矩输出，最简单的就是增加叠高，然后选择更好的磁钢，增加槽满率，也就是让齿槽中绕满线，不浪费。
接下来看电器参数：
首先看看转速，为什么在给定电机一个电压驱动后，电机会有一个最高转速呢？从物理角度理解，那就是没有加速度了，也就是电机输出的扭矩和电机本身转动惯量，机械摩擦平衡了，这里从空载的工况来看。
电机在旋转时，由于电磁相互作用，磁钢的磁场会在绕组上感应出一个电压，转速的低的时候，电压很小，因此输入电压减去这个感应电压后，剩余的电压还可以在线圈上产生足够的电流使得电机继续输出扭矩加速。
但是，当转速足够高，这个感应的电压足够高的时候，输入电压减去感应电压后，剩余的电压很小，在绕组上已经无法产生足够的电流来驱动电磁铁产生磁力，那么，电机自然就失去了加速度。
所以，上面的感应电压可以称为电机的反电动势，也就是旋转对应的电压，对应的也就电机的KV值这个参数，单位是RPM/V，转每伏特。
一个电机的最高转速是多少通常需要给定电压，其实本质上对于电机本体来说是KV值，有了KV值，我们就可以计算出不同电压下电机的最高转速了。
通过上面的描述，也可以看出，电机输出多少力，取决于线圈中流过多大的电流，也就是这里的相线电流决定了电机的力矩输出，即相电流和力矩成正比。这个比值就是电机参数中的扭矩常数。
效率和测功曲线
电机是一个复杂的系统，相对于阻容感来说复杂的很多，所以描绘他的特性不能简单的按照伏安特性曲线之类的方式来描述，一般电机都会有一个测功机测出来的曲线，如上图。
它是指在特定的电压驱动下，让电机最高速旋转起来，然后给电机不断地增加负载，此时电机转速就会慢慢的下降，直到为0，此时正好是电机的堵转状态，整个过程中，我们监测转速，输出功率，电流等参数。
因为有了转速和扭矩，我们可以计算出输出功率，有了电压和电流信息，我们可以计算出输入功率，于是效率便可以计算出来了。
电机的输出功率公式：
电机扭矩计算公式 T=9550P/n 是如何计算的呢？
首先，功率=力*速度
P=F*V ---———— 公式【3】
其次，转矩(T)=扭力(F)*作用半径(R)
F=T/R ---—-----— 公式【4】
线速度(V) = 2πR每秒转速(转/秒) = 2πR每分转速(n/分)/60=（πRn/30）/分 --- 公式【5】
将公式【4】、【5】代入公式【3】得：
P=FV=（T/R）（πRn/30）=Tπn/30
P=功率单位W，
T=转矩单位N.m，
n=每分钟转速单位转/分钟；
如果将P的单位换成KW，那么就是如下公式：
P*1000=Tπn/30 ；
P100030/π=Tn；
（30000/3.1415926）P=Tn；
9549.297P=Tn。
这就是为什么会有功率和转矩*转速之间有个9550的系数关系。
而输入功率为电压乘以电流自不必说。
为什么效率是一个曲线，先爬上到最高点后，再直线下降呢？
要谈效率，就得将物理上的一些损耗，哪些电流变成无异议的热被消耗掉了。电机系统中包含三个损耗，铜损，铁损和机械损。
空载的时候，电机运行，由于输出的扭矩很小，因此输出功率就很小，铜线中的电流很小，因此铜损就可以忽略掉，主要损耗就是铁损和机械损耗，这两个损耗是电机运行过程中是固定的。铁损（磁滞/涡流）与转速和磁通密度相关，轻载时虽电流小，但铁芯仍需维持磁场，损耗不可忽略。
最佳效率点时，其实是铜损和铁损相等的时候，系统的效率点会达到极值，这里是通过数学方法可以求得的，数学功底不好，这里留个尾巴。
过载时，效率非常低主要是两点，一方面是相电流非常大，因此导致铜损上升速度非常快，速度远超输出功率。另一方面是足够大的磁通电流导致了磁路饱和，磁路饱和也就没有更大的力矩输出了。其实也就是对应的扭矩系数不再是一个常数，在磁路饱和后，更多的电流只会产生热量。
最后来到堵转阶段，转速为0，根据输出功率的公式，输出功率为0了，电机中的线圈上流过直流，直流全部在电机内阻上产生热量了。
