摩托車用直流無刷起動(dòng)磁電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
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目前電起動(dòng)摩托車上起動(dòng)電機(jī)和磁電機(jī)是2臺(tái)獨(dú)立的電機(jī)。起動(dòng)電機(jī)為有刷永磁直流電動(dòng)機(jī)，工作轉(zhuǎn)速高，需經(jīng)減速機(jī)構(gòu)和超越離合器與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸相連。磁電機(jī)飛輪永磁轉(zhuǎn)子與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸直接相連，起到發(fā)電和給發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)提供點(diǎn)火觸發(fā)信號(hào)的作用。發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，超越離合器打滑時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響摩托車的起動(dòng)特性；起動(dòng)電機(jī)通過電刷換向，電刷磨損嚴(yán)重，需要經(jīng)常維護(hù)。
直流無刷起動(dòng)磁電機(jī)是將直流無刷起動(dòng)電機(jī)與磁電機(jī)合二為一。它省掉了減速機(jī)構(gòu)和超越離合器，簡(jiǎn)化了發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，提高了運(yùn)行可靠性。使用它可輕易地將腳踏摩托車改裝成電起動(dòng)摩托車。但摩托車的價(jià)格越來越低，這就要降低直流無刷起動(dòng)磁電機(jī)成本，電機(jī)磁瓦應(yīng)選用鐵氧體磁鋼，而不采用釹鐵硼材料。
2 總體結(jié)構(gòu)
直流無刷起動(dòng)磁電機(jī)為內(nèi)定子及飛輪永磁外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
直流無刷起動(dòng)磁電機(jī)的Y接三相繞組與三相半橋驅(qū)動(dòng)電路聯(lián)接，位置傳感器上的3個(gè)開關(guān)型霍爾元件發(fā)來的位置信號(hào)經(jīng)過處理后控制三相半橋驅(qū)動(dòng)電路導(dǎo)通與關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)直流無刷起動(dòng)磁電機(jī)電子換向。摩托車起動(dòng)時(shí)，直流無刷起動(dòng)電機(jī)部分由電池供電。摩托車起動(dòng)后，直流無刷起動(dòng)電機(jī)部分?jǐn)嚯姡瑔蜗喟l(fā)電繞組輸出的大小及頻率隨飛輪轉(zhuǎn)速變化的電勢(shì)需經(jīng)調(diào)壓器給電池充電，同時(shí)給摩托車其它電器供電。
3 定子結(jié)構(gòu)
直流無刷起動(dòng)磁電機(jī)為內(nèi)定子結(jié)構(gòu)，電機(jī)軸向尺寸有限，結(jié)構(gòu)非常緊湊。
以前，為了降低繞組端部高度，設(shè)計(jì)中采用了圖2所示短距集中繞組方案［1］，即每對(duì)磁極下有3個(gè)齒，每相1個(gè)齒，每個(gè)齒上套一相集中繞組，三相繞組在空間上不存在重疊區(qū)域。圖中A、B、C和F分別代表A、B、C三相起動(dòng)繞組和交流發(fā)電繞組。雖然電機(jī)生產(chǎn)加工工藝簡(jiǎn)單，但繞組實(shí)際跨距為120°電角度，繞組系數(shù)較低，每相繞組基本電磁轉(zhuǎn)矩梯形波的平頂部分最寬為60°電角度，三相繞組的合成基本電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)量較大，再疊加上磁阻轉(zhuǎn)矩，最大電磁轉(zhuǎn)矩與最小電磁轉(zhuǎn)矩相差近1倍，為使最小起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于規(guī)定值，只好采用釹鐵硼磁瓦，電機(jī)成本高，且性能不佳。
現(xiàn)在采用圖3所示多層整距分部繞組方案。齒槽比短距集中繞組方案多1倍，即每對(duì)磁極下有6個(gè)齒槽，每相2個(gè)槽。先在底部繞屬于A相槽的A相這一層部分繞組，然后再繞屬于B相槽的B相那一層部分繞組，再繞屬于C相槽的C相那一層部分繞組；隨后再按上述規(guī)律繞屬于A、B、C相另外一層部分繞組。每相部分繞組即可串聯(lián)也可并聯(lián)，但每條并聯(lián)支路串聯(lián)匝數(shù)要相同。最后，再在屬于A相槽中繞交流發(fā)電繞組。雖然繞組繞制工藝復(fù)雜了，但它卻能有效地降低繞組端部高度，增加鐵心有效長(zhǎng)度，且繞組系數(shù)為1，繞組利用率高。當(dāng)鐵氧體磁瓦的極弧角度大于120°電角度時(shí)，每相繞組基本電磁轉(zhuǎn)矩梯形波的平頂部分大于120°電角度，三相繞組的合成基本電磁轉(zhuǎn)矩為一恒定值。鐵氧體磁瓦產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩也較小，再適當(dāng)增加軸向鐵心長(zhǎng)，也能保障最小起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于規(guī)定值，滿足設(shè)計(jì)要求，成本低。
評(píng)論