一種新型電動自行車用印制繞組電機
陳厚松(桂林電器科學研究所541004)
1概述
在保護人類生存環(huán)境成為主題的今天，一種能有效減輕城市污染的新型代步工具二一電動自動車的發(fā)展已成為必然。電動自行車與燃油自行車相比，具有眾多優(yōu)勢：無廢氣排放，不污染空氣；噪聲低，減少噪聲污染；效率高，耗能少。同時電動車往往是在深夜里充電，而全國電力峰谷差每日達上千億千瓦時，因此電動車可有效地利用這部分剩余電能�？傊妱幼孕熊噷⒁云錈o廢氣排放、低噪聲、安全等諸多優(yōu)勢成為廣大群眾的新一代“綠色交通工具”。
2 印制繞組電機適用于電動自行車的優(yōu)勢
電動自行車的驅(qū)動元件，采用的是印制繞組電機。它是一類高性能的新型伺服電機，大氣隙、永磁軸，電感量極小，轉(zhuǎn)矩均勻，元換向火花，從而可在o．4～4 000r’／min的寬調(diào)速范圍內(nèi)平滑穩(wěn)定運行。下面將分析該種電機的各種特性，以說明其適用于電動自行車的優(yōu)勢。
2．1扁平的外形、軸向尺寸小、重量輕
印制繞組電機采用軸向氣隙，薄盤型無鐵心轉(zhuǎn)子，其典型結(jié)構(gòu)見圖1。它由前端益裝配、后端蓋裝配、電樞裝配三元件組成，其中前端蓋裝配包括軸承室、軸承，后端蓋裝配包括磁鋼、電刷等，電樞裝配包括電樞支架、軸、電樞等零部件，電樞裝配通過軸承安裝在前端蓋裝配上，然后前端蓋裝配與后端蓋裝甄相吸合形成一個完整電機。從圖1可見，這科電機具有扁平的外形，由于無鐵心，因而具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊的特點。
助力車的傳動方式主要有摩擦傳動、鏈傳動和軸傳動三種。磨擦傳動由于傳動效率低，同時在雨雪路面，輪胎與磨擦輪之間容易打滑，道路適應性差，因而在國內(nèi)幾經(jīng)試驗，很難實用。鏈傳動和軸傳動在道路適應性上都很好，能適應各種路面，但由于鏈轉(zhuǎn)動必須通過鏈條帶動車輪，因而其效率比軸傳動低，因此效率****，適應性****的為軸傳動力式，印制繞組電機由于具有扁平的外型，正好可裝在自行車車輪中，以適應軸傳動方式的要求，這樣既簡化了電動自行車結(jié)構(gòu)，又安 全可靠，同時防盜性好。
2．2機電時間常數(shù)小，可頻繁起動、加速、制動
印制繞組電機的機電時間常數(shù)公式
為：
式中j——轉(zhuǎn)動慣量
ke——反電勢系數(shù)
kt——轉(zhuǎn)矩系數(shù)
ra——電樞繞組電阻，包括電刷接觸電阻
印制繞組電機電樞不含鐵心，僅由薄銅板與絕緣胚布粘接、焊接而成，因此其轉(zhuǎn)動慣量很小，再加上采用高性能釹鐵硼磁鋼，增加了電機的反電勢系數(shù)和轉(zhuǎn)矩系數(shù)，因此電機的機電時間常數(shù)極小，以國產(chǎn)4．5kw印繞組電機為例，其機電時間常數(shù)僅為6．7ms，美國pmi公司的u12m4lr型印制繞組電機，其輸出功率為253．9w，機電時間常數(shù)為7．24ms，由此可見，機電時間常數(shù)均在毫秒級，同時由于印制繞組電機不含鐵心，所以其電感極小，在頻繁的突然加速、起動、過載等情況下，也不會產(chǎn)生換向火花，因此，印制繞組電機能夠頻繁地起動、加速、制動，這對于電動自行車的快速靈敏、安全都起到了很大作用。
2．3起動轉(zhuǎn)矩大、具有7～10倍的瞬時過載能力
印制繞組電機沒有鐵心，同時氣隙又很大，因此電機的電樞反應很小，在7～10倍的額定轉(zhuǎn)矩下也不必擔心磁鋼退磁，而一般的直流電機，其過載能力都在2．5倍左右，印制繞組電機在克服阻力方面的能力要比普通直流電機強，這一特性正好滿足了電動自行車在各種情況下的要求。
2．4調(diào)速范圍、速度穩(wěn)定性、換向性能
一般，直流電機的低速性能受轉(zhuǎn)矩波動限制，而高速性能則受換向火花限制，低速時的轉(zhuǎn)矩波動主要由電機的齒槽效應和換向引起，而對于印制繞組電機，由于無鐵心，所以不存在齒槽效應，因此其****穩(wěn)速可達o．5r／min。換向火花的產(chǎn)生和電機的電感以及換向片數(shù)有直接的關(guān)系，電感越大，換向片數(shù)越小，則越容易產(chǎn)生火花，印制繞組電機電感量極小，電樞片本身也兼做換向器，換向片數(shù)有上百條，比普通電機換向片多了很多，所以印制繞組電機高速時，仍可做到無火花換向。印制繞組電機的速度范圍很廣，足以滿足電動自行車對低速、高速的要求。
3 用于電動輪轂上的兩種印制繞組電機的比較
國內(nèi)最早將印制繞組電機用于電動自行車的單位是清華大學精密儀器系。他們利用市場上現(xiàn)有典型的印制繞組電機(見圖1)，
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