电机的故障检测与排除

1、电机性能的衰减
电机性能衰减过快与用户使用不当有很大关系。在起步、爬坡、顶风时应脚踏助力行驶，骑行时应尽量减少刹车及启动次数。车辆在使用过一段时间后，轮胎气压会下降，有时还会出现磨闸现象，车轮转动滞重，阻力大。在这种情况下，电机工作电流大，发热量高，电刷、换向器磨损加剧，电刷弹簧加速老化，从而导致电机性能下降，表现为行驶中无力。电刷磨损到距离引线4～5mm时应更换，换向器表面磨损深度大于0.5mm时应更换。
如果电动自行车经常在蓄电池电能不足的情况下骑行，因输入电压低于其额定值而负荷没有改变，电机就容易发热，引起磁钢退磁，加速电机性能衰减。如电动自行车控制器内的电子元器件老化或故障，输入电机的电流就会变大，使电机长时间超负荷工作，这将加速电机性能的衰减。在高速电机中还有齿轮、轴承等减速零件，润滑不好，齿轮磨损，轴承内外套的间隙变大，离合器弹簧性能下降或卡死，一级主动齿轮上的防震片变形等，都会影响电机性能。
2、电机的空载运行电流大
检测电动自行车电机空载电流的方法是:把直流电流表串接在控制器的电源输入端(注意电流表的极性)，打开电源，在电机不转动的情况下，记录下此时直流电流表的最大电流数值A1。然后转动转把，使电机高速空载转动10s以上，待电机转速稳定以后，开始观察并记录此时直流电流表的最大数值A2。电机的空载电流IO=A2A1。各种电机无故障时的最大空载电流见表2-2。


当电机的空载电流大于表2-2中的参考数据时，表明电机出现了故障。电机空载电流大的原因有:
①电机内部机械摩擦大，轴与轴承之间配合过紧。处理方法是对电机的机械部分进行维护。
②线圈局部短路。处理方法是更换故障的电机绕组或更换整个电机。
③定位磁钢偏移，磁钢退磁。处理方法是校正电机内部磁钢的位置，更换电机内部的整套磁钢或更换整个电机。
④直流电机换相器积炭，电刷间的间隙不均匀。处理方法是更换电刷，清理积炭，校正电刷间隙。
3、电动自行车电机的空载、负载转速比大于1.5
测试电动自行车电机的空载、负载转速比的方法是:打开电源，转动调速转把，使电机高速空载转动10s以上。等电机转速稳定以后，用手持式速度/转速测量计测量此时电机的空载最高转速N1。在标准测试条件下，行驶200m以上距离，测量电机的负载最高转速N2，则空载、负载转速比为:


当电机的空载、负载转速比大于1.5时，说明电机内部的磁钢己退磁，处理方法是更换电机内部的整套磁钢或更换整个电机。
4、电动自行车电机的温升超过20℃
采用接触式温度计或非接触式的红外线温度计进行测量，若电机端盖的温度超过环境温度25℃以上，表明电机的温升已经超出了正常使用范围(一般电机的温升应在20℃以下)。引起电机发热的直接原因是电机工作电流过大。电机工作电流I、电机的输入电动势E1、电机旋转的感生电动势(又叫反电动势)E2与电机线圈电阻R之间的关系是:


I增大，说明R变小或E2减小了。R变小一般是线圈短路或开路引起的，E2减小一般是磁钢退磁或者线圈短路、开路引起的。处理电机温升己经超出了正常使用范围的故障时，一般是检查电机线圈的直流电阻，判断其是否短路或开路。若电机线圈短路、开路故障出现在电机线圈内部，则处理方法是更换电机线圈或整个电机。若电机内部的磁钢已退磁，处理方法是:更换电机内部的整套磁钢或更换整个电机。
5、电动自行车的电机噪声大或声音异常
无论是高速电机还是低速电机，在负载运行时都不应该出现机械碰撞或不连续、不规则的机械噪声。对于电动自行车的电机噪声大或声音异常故障，应根据电机的不同型式参考表2-3中所列举的方法进行维修。
  

6、电动自行车电机运行电流过大
电动自行车电机运行电流过大的原因及处理方法有:
①定位磁钢的偏离。处理方法是重新粘合磁钢，校正磁钢在电机内部的位置。
②电刷间的间隙不均匀。处理方法是校正电刷间隙。
③换向器片短路。处理方法是清理、打磨换向器片。
④轴与轴承之间配合过紧。处理方法是对轴进行研磨。
⑤电动自行车零速启动时，电机的工作电流要远大于正常行驶时的电机工作电流，在电动自行车行驶时尽量避免零速启动。
⑥电动自行车负载大或行驶阻力大时，应人力助力。
7、有刷电机转子线圈故障
有刷电机转子线圈故障的现象及检查处理方法如下:
①转子线圈断路。采用万用表检查转子线圈断路的方法是:将一只表笔固定在换向器的一个铜片上不动，另一只表笔在其相对位置的铜片上左右移动。若表指针读数有变化，可断定这个铜片所接的转子线圈断路;若无论如何移动，阻值总是较大，则可断定另一只表笔所接触的换向片断路。少数转子线圈断路(一两个线圈断开)时并不影响运行，只是速度和转矩下降，性能不稳定。随着断开的转子线圈数增多，电机便无法启动，处理方法是更换电机转子绕组或更换整个电机。
②转子线圈与换向器铜片开焊。在运行中与转子线圈断路故障的表现相同，检查方法是用竹针拨动转子线圈端头与铜片的焊接部件，开焊或虚焊处有活动迹象或立即分离，只要重新焊接即可。当转子线圈断路且发生在转子绕组内部时，若只有一两个断点，可以在换向片处予以短路连接;若断点较多，则只能更换一个转子绕组或更换整个电机。
③有刷电机线圈短路。对线圈匝数少、阻值小的绕组，可用毫伏表测量换向片间的电压。给电机接6V交变电源以产生感应电势，用表笔测相邻两个铜片间的电压，并沿一个方向逐步移动。当发现某两个相邻铜片间的电压异常变低，与所测量的其他点有不同的电压值时，则与表笔连接的线圈就是短路点。当绕组使用细线且匝数较多、电阻值较大时，可用万用表测量，也分两种情况:
●绕组为波形绕法时，可以不打开电机，将表笔接在电刷引线上，慢慢转动电枢。在正常情况下，所测电阻值应当一致;若发现某点异常，电刷接触的两个换向片就是短(断)路点。
●当为叠绕时(一般节距等于1)，用万用表的两只表笔测量相邻两换向片间的电阻值，发现异常时即确定为短(断)路点。
采用开口变压器(短路测定器)测定电枢时，应先将电枢放在变压器开口部位，使变压器形成闭合磁路，然后才能通以适当的交流电压。交变电流在铁芯中形成的磁通便在电枢中产生感应电势，在短路点感应出电流，又在电枢槽口处出现交变磁场。此时，若将一段钢锯条放在铁芯槽口处，它会微微震动。如果此处短路，则感应磁场加强，钢锯条的震动加剧;如果此处不是短路点，可转动电枢，一个槽口一个槽口地检测，直至检查出短路点。
短路点在绕组外围时容易找到，也容易修复;若在绕组内部，则视具体情况，可重绕该组线圈，更换一个转子绕组或更换整个电机。
8、有刷电机的电刷和换向器之间有火花甚至环火
有刷电机的换向器有两种型式，即布成平面的圆盘形和布在轴周围的圆柱形。换向器的质量应包括材质和加工质量两方面。换向器的材料是铜合金，如福铜、银铜等，材质不同，它的硬度、耐磨度、与电刷的接触电阻及导电性能等都会有差别，当然还要考虑价格因素。从加工质量方面，应检测换向器的尺寸、形位公差和表面粗糙度。换向片的分布应均匀，换向片间的绝缘应下凹，平面换向器表面的平面度要好，与电刷接触的表面的粗糙度应不低于0.80级。允许用玻璃砂纸研磨换向器表面(不要用金钢砂纸)。对于平面换向器，安装时要注意其与电机轴线的垂直度。
换向器的型式不同，处理电刷和换向器之间有火花或环火的方法也有区别。换向片磨损与电刷磨损的后果相同，但换向片修复比电刷磨合难度大，磨损不严重的仍用细砂纸磨平砂光。不管是圆柱形换向器还是平面形换向器，磨合要正规合格，达到平、光、圆的要求。
换向片磨损后，换向片与换向片之间的云母绝缘会突出来并高于换向片，运行起来会造成电刷跳动，加速电刷和换向片的磨损，产生大量火花。换相器的换相片之间的绝缘层以比换向片低0.5～1.Omm为宜。
电刷和换向器接触不良产生火花的原因是:换向器或电刷磨损，或是弹簧压力不足，接触面似接未接，造成电刷跳动。线圈或换向片短路严重、断路，电刷跳动严重，电流过大，都能产生接连不断的火花，过多则成为连续，最终变成环火。
根据产生火花的电磁原因，为了减小换向元件中的电势，应将电刷位置调节到物理中心线处。因物理中心线是随着负载大小而移动的，所以，一般要求将电刷位置调节到几何中心线处。确定几何中心线的方法是:对绕组端部连接到换向器对称的电机，电刷位置应对准磁极中心线;而对绕组端部不对称的电机，应视不对称程度而定。总的原则是:被电刷短路的绕组元件的两条边应位于几何中心线处或很接近几何中心线的位置。理论和生产实践都证明，电刷位置调节的好坏，对电机的空载电流和性能影响很大，应引起足够的重视。对于电刷和换向器接触不良产生火花的处理方法是:
①改善电刷与换向器的接触状况，磨平电刷接触面。
②更换电刷或更换弹簧。
③找到短路点或断路点并消除其故障。
9、有刷电机换向片接地
有刷电机的换向片与轴之间是绝缘的，若电机有换向片接地故障，将使电机不能正常运转。换向片接地故障的检查方法是:将万用表(欧姆挡)的一只表笔固定在轴(轮毂电机则固定在外壳上)上，用另一只表笔轮流测试每个换向片，电阻最小的一个就是短路点。
10、有刷电机电刷磨损
电刷是换向器的滑动接触件，电刷的成分和接触特性的好坏直接影响到电机运行时换向性能的好坏和它的磨损程度。电刷的接触特性主要指一对电刷接触压降(因正、负极电刷的接触压降不相等，故用一对电刷接触压降来评价)和摩擦系数，这些因素会影响到电机运转时电刷与换向器之间的接触损耗(包括电损耗和摩擦损耗)和磨损度。影响电刷接触特性的主要因素有圆周速度、电流密度和施于电刷的单位压力等。对电动自行车用直流电机电刷的一般要求如下:
①因为电动自行车采用低压电源，所以一对电刷接触压降不能大，一般应在1V以下，这样功率损耗较小。
②若按照用户使用两年不用更换电刷，每天骑行2h计算，电刷寿命应在1500h左右。电刷寿命是由它允许磨损的高度决定的，而允许磨损高度则由允许弹簧的最小压力和电刷磨短后在刷盒中运行的稳定性决定。
③电刷截面积的大小应符合电刷允许电流密度。电流密度过大，将引起发热过高，摩擦系数增大，极易引起火花，电机甚至不能正常运行。
④换向器的磨损程度应在允许范围内，运行噪声要小。
电刷分石墨电刷、电化石墨电刷和金属石墨电刷三大类。对低压直流电机宜采用金属石墨电刷，因为它的一对电刷接触压降小(一般在1.5V以下)，耐磨性较好，使用寿命长，并适合于圆周速度低的电机。
刷盒的作用是将电刷固定在应有位置，但又要保证电刷在刷盒中能自由活动，配合间隙既不能太大又不能太小。太大了，电机运转时电刷可能在换向器表面产生倾斜和跳动，从而影响换向。太小了，当电刷在负载下发热膨胀时可能卡死。而弹簧的作用是给电刷施加一定的压力，以保证电刷与换向器在电机运转时始终有良好的接触。施于电刷的单位压力增大，电刷与换向器的接触电阻就减小，则电损耗减小，但摩擦系数增加，使摩擦损耗增大。总损耗呈马鞍形变化，而在总损耗最小时的单位压力下，电刷的磨损率也最小。所以，选择施于电刷的压力时，应考虑电机运行中总损耗和电刷磨损最小时相应的单位压力。对于金属石墨电刷，这个压力一般在1.5～2.5N/c㎡之间。在确定初始压力时，应考虑在电刷磨损过程中缩短时弹簧因伸长其压力会减小的因素。施于电刷的单位压力减小到低于某一极限时，电刷与换向器之间的接触就开始不稳定，容易出现机械性火花，这时就应该更换电刷了。
电刷与换向器表面接触的好坏、接触面积的大小，直接影响直流电机换向的好坏、火花的大小和电刷磨损的速度。所以，电机装配完成后应对其进行空载磨合。磨合的目的是增大电刷与换向器的接触面积，一般应使接触面积达到80%以上，这样在负载时才能保证良好换向。为了缩短磨合时间，可以用提高电压的方法使电机转速提高，但要考虑电机的机械强度，不能高出额定转速过多。未经磨合的电刷与换向器的接触面不够，即为局部接触，接触处电流密度增大，会造成换向不良。
有刷电机电刷磨损较严重时，电动自行车在骑行时没有力量，跑不快。将电机的两根线连接起来，用手旋转电机时，若电机能灵活转动，就说明电刷己严重磨损或掉落。电刷磨损是有刷电机经常遇到的问题，电刷过软，进入硬杂物都会造成两者磨损。磨损后会产生火花，消耗电能，功率降低，有时甚至会造成运行不稳。电刷磨损严重的应当更换。
电刷磨损后长度变短，弹簧的压力不足，影响电刷的接触力。电机运转速度快的，电刷会跳动，时而接触，时而分离，形成拉弧火花和再接触火花。造成的危害是增加了接触电阻，降低了工作电流，影响电机功率发挥，加速电刷和换向片的磨损和烧蚀。当电刷磨损达到原设计长度的一半、接触面积小于总面积的75%时，就应当修理或更换。更换时不仅要注意电刷尺寸，还要选好硬度，否则换向片会很快被磨损。电刷在更换前应当预磨，使电刷与换向片接触比较吻合，减少电耗和换向片磨损。磨合的方法是把一块尺寸相当的细砂纸的砂面朝外，围裹在换向器周围，让电刷进入刷握并放开弹簧，把电刷压在换向片外裹住的砂纸上面，用手慢慢转动电枢，使砂纸将电刷面磨成与换向器相同的圆弧形，磨合时不应让炭粉落入绕组内。
11、有刷电机换向片短路
有刷电机换向片之间短路故障，主要是由于换向片之间绝缘槽内积存了磨损下来的炭粉、铜屑，经反复运转轧实，形成了密实的导电体，使相邻换向片短路。有刷电机换向片短路故障的处理方法是:先用毛刷将换向器表面周围的炭粉清理干净，再用一片与换向片间隔宽度相同的刮刀或钢锯条，仔细将槽内积存的炭粉积块刮除。一边刮一边用毛刷清理，对短路部分刮除后，再进行测试，直至所有短路部分解除为止。应当注意的是换向片与绕组的线圈是相连的，不焊开该点线圈，无法用万用表测量出准确结果。用万用表测量时应在与线圈断开状态下进行。处理完之后，还要将断开点的换向片重新焊接起来，恢复原状。
12、无刷电机绕组故障
判断无刷电机绕组是否有故障，最简单的办法是将无刷电机的3根电源线并在一起短路，然后用手转动电机。若很费劲或转不动，说明电机完好;若3根线短路后能够转动或轻松自如，通常是电机绕组接触不良、断线或短路。电机绕组接触不良、断线或短路会造成电机不转;电机在某些位置能够启动，而在某些位置不能启动;电机运行不平衡。对电机绕组接触不良、断线或短路故障的处理方法是:若绕组接触不良、断线或短路故障发生在绕组内部，只有更换故障的绕组或更换整个电机。
13、无刷电机发出有节奏的“咯啦咯啦”声音而且电机震动大
电动自行车在打开电源锁后，人力骑行时电机发出有节奏的“咯啦咯啦”声音而且电机震动大，而在关闭电源锁后，人力骑行时电机无异常，这种情况是控制器出故障或有的控制器输入信号极性相反(低有效和高有效的传感器安装极性引起信号角度为60°，一般为120°)，对此应对控制器及控制器输入信号极性进行检查。
电动自行车在电动行驶时，电机出现“哒哒”的异常声音的原因是霍尔器件故障，造成电机缺相。可以通过测量霍尔器件输出引线与霍尔地线和霍尔电源线的电阻，用比较法判断出是哪只霍尔器件出现故障，并更换有故障的霍尔器件。
14、无刷电机空转时，有轻微的异常响声，负载后异常响声更大
电动自行车采用的无刷电机是一种低速、大力矩、轮毂式外转子直流无刷三相电机，所以电机在低速换相时会产生一点轻微震动。振动频率与车架、塑料壳频率接近时产生共振，形成一种“嗡嗡”的声音，这是一种正常现象。若无刷电机在空转时有轻微的异常响声，负载后异常响声更大，则可能是信号线接触不好，信号线缺相，或电机内霍尔器件故障。电机转动不灵活时，可将电机线从控制器连接处拨开，再用手转动电机，若电机转动灵活，说明控制器有故障，应对控制器进行检测。
15、无刷电机主磁极退磁或磁钢脱落
电机主磁极退磁会使电机转矩明显减小，使电机空载转速高、电流大。电机主磁极退磁故障的处理方法一般是更换整个电机。磁钢脱落是有刷、无刷电机都可能发生的。磁钢脱落后，不影响运行，只是速度减慢，耗电增大。若电机磁钢脱落，用手转动电机时，转动不灵活。电机磁钢脱落的处理方法是，在校正电机磁钢位置后，重新粘牢磁钢。
16、无刷电机位置传感器故障
无刷电机位置传感器的常见故障是:霍尔器件损坏、接触不良、位置变化。这些故障都将导致电机输出转矩变小，严重时会使得电机不动或在某一点来回振动。对此应检测霍尔器件及其安装位置。更换霍尔器件时，应更换相同型号规格的，并校正其安装位置。
17、电机转动，但驱动无力
电动自行车蓄电池正常，但骑行时驱动力不足，其原因是电机转子磁钢退磁。电机磁钢退磁的故障现象是驱动无力和电机空转的速度过快。电机转子磁钢退磁的检查方法是，把电动自行车驱动轮悬空，打开电源锁，转动调速转把对电机加速，电机的转速若明显比正常转速高很多(正常驱动时的转速为180～210r/min，正常的空转转速为驱动转速的1.25倍，即225～263r/min)，可判定为电机转子磁钢退磁。引发电机转子磁钢退磁的原因是:电动自行车经常超载骑行，使电机在过电流状态下运行，大电流状态下的电枢磁场使转子磁钢退磁。若电动自行车控制器不具备过电流保护功能，在过电流运行时不能及时切断电源，就会出现这种故障。电机转子磁钢退磁故障的处理方法是，更换已退磁的电机转子磁钢(更换时要整套更换)或更换整个电机。
18、更换电动自行车电机的操作程序及应注意的事项
更换电动自行车电机的操作程序如下:
①打开控制器盒盖板，拔去电机插件，然后用专用工具取出电
机线铜片，去掉线夹，抽出电机线。
②摘除链扣，取下链条。
③松开后泥板支撑紧固螺母及后轮紧固螺母，取出后轮总成。
④摘掉后轮紧固螺母，取出后双撑。
⑤取出调链螺钉，用专用工具沿飞轮正面凹点卸下飞轮及抱闸。
⑥扒掉轮胎，卸掉辐条铜头螺母，取下辐条。
更换电机时应注意的事项有:
①链条链扣开口方向与链条运动方向相反。
②务必使飞轮与链轮处于一条直线上，链条调整要适当。
③在拆装电机时一定不要使电机上的红、黑线碰在一起。
④接线时线头一定不要接错，否则容易损坏控制器。
⑤轮圈校正时轮惘端面圆澎励量及径向剐励量控制在1mm以内。
19、电动自行车无刷电机的拆卸
按更换电动自行车电机的操作程序取下电机后，应按以下操作程序拆卸电机:
①在打开电机端盖之前应清洁工作场地，以防止杂物被吸在电机内的磁钢上。
②拆卸前第一步是做好端盖与轮毅相对位置的标记，防止回装时搞错，主要是电枢轴的方位不要错，以免车轮倒转。
③先用十字旋具轮流拧松壳盖的螺钉。因按机械维修操作规定，凡是多个螺钉固定的部件，不允许拧一个卸一个，必须一个个逐步均匀地拧松，要沿对角松动螺钉，以免电机外壳变形。在安装时也必须一个个装好，才能逐个均匀地拧紧，以防止部件变形甚至破裂和结合面密封不严。
④螺钉全部卸掉后，再仔细检查有无其他影响开盖的地方，盖子和机壳间是否用了密封胶等，以便采取措施应对。可以用软质扁铲和手锤，对准接缝均匀地轻轻楔开接缝。开缝和拆卸螺钉一样，在电机周边接缝均匀用力，不准固定在一处楔开盖子。
⑤打开并不等于能立即拿掉盖子，因轴承和轴之间是间隙很小的“过渡配合”，要慢慢地从轴上退出带轴承的盖子，配合过紧时可使用拔轴器，拿掉盖子。
⑥翻转电机，以便拆卸电机另一侧壳盖。翻转后应用木板在下面托住电枢，电机有引线的一面朝上。先把绑扎的引线解开，拧下轴端的螺母(这个螺母是固定车架叉口用的)，然后顺引线将螺母慢慢退出，按先前的步骤和操作方法卸下壳盖。
⑦两侧壳盖都拿掉后，电枢仍然可以悬在磁场内，这时要压住电机定子外壳，用力取出电枢。操作时要注意防止引线受损，同时也要拿牢电枢，不然电枢会自动缩回去。另一种方法是，壳盖螺钉卸开后，不单独拿掉壳盖，而是将壳盖与电枢一起从外壳中拉出来。因为电枢的轴上套有轴承，而轴承又与壳盖连在一起，比单独取出电枢更方便些。
⑧电枢拿出后，首先检查壳内的锈蚀情况，电枢上是否有脏物、杂物，用毛刷扫一遍，里外清理干净，再用抹布擦拭浮锈，必要时用细砂纸砂出光面。
⑨磁钢不可随意摔打和磕碰，以防止意外退磁;也不应长时间使磁钢处于开放状态，应尽快处理并将电枢送回外壳内，使磁钢形成闭合回路，否则也会造成磁钢退磁。外磁转子内磁钢的N、S极是交替分布的，并且它们一个个是弧形薄片，不用辨别正反，只需辨别方向，按照原来做好的标记，只要求粘贴后与其他磁钢平齐一致，不突出或错位，以保证电机的气隙和机械尺寸不受影响。
⑩组装是拆卸的反序。在组装前应仔细检查电机和传感器的引线，看是否有松动或磨损现象，绕组两个端部外露部分有没有被磕碰损伤。这些都要整理并处理，还要将引线压板和螺钉重新压紧。另外，还应将用手摸过的内部部位用抹布擦拭一遍，防止湿气和腐蚀性物质黏附。外壳结合面以及电枢各部位都应刷抹干净。然后用手牢牢拿住电枢送向壳中，注意尽量按原来的位置装回外壳内。
组装中注意不要受磁场引力影响磕碰绕组，上盖穿过引线后均匀用力将轴承压入轴的底部，对准螺孔并用螺钉暂时固定。轴端螺母穿过引线拧在轴端。翻转车轮，装另一面电机盖子，也用螺钉暂时固定后，电机大体初装完毕。用手转动电枢轴看是否灵活自如，有没有卡滞、阻力较大等现象。如果电枢外周的气隙不均，形成一边大一边小，那是不允许的，必须调整均匀。