摩托車用直流無(wú)刷起動(dòng)磁電機(jī)的設(shè)計(jì)
陳益廣，王曉遠(yuǎn)，沈勇環(huán)
(天津大學(xué)，天津 300072)
摘要：針對(duì)將直流無(wú)刷電機(jī)與摩托車磁電機(jī)集合在一起的直流無(wú)刷起動(dòng)磁電機(jī)，分析了電機(jī)定、轉(zhuǎn)子及驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，提出了設(shè)計(jì)方法。
關(guān)鍵詞：直流無(wú)刷起動(dòng)磁電機(jī)；直流無(wú)刷電機(jī)；磁電機(jī)；起動(dòng)電機(jī)
中圖分類號(hào)：tm302 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)；1001-6848(2000)06-0006-02
l 引 言
摩托車正在朝著豪華、高速和大排量車型發(fā)展，電起動(dòng)取代腳踏起動(dòng)已成為發(fā)展趨勢(shì)。目前電起動(dòng)摩托車上的起動(dòng)電機(jī)和磁電機(jī)是2臺(tái)各自獨(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(6 000～14 000r／min),需經(jīng)減速機(jī)構(gòu)和超越離合器與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸相聯(lián)；磁電機(jī)飛輪永磁轉(zhuǎn)子與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸直接相聯(lián)，起到了發(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。使用2臺(tái)電機(jī)，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(guò)電刷換向，電刷磨損嚴(yán)重，需要經(jīng)常維護(hù)。
直流無(wú)刷起動(dòng)磁電機(jī)是將直流無(wú)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，有效地簡(jiǎn)化了發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，提高了運(yùn)行可靠性。
2總體結(jié)構(gòu)
直流無(wú)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)示惠圖如圖1所示。
飛輪永磁外轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)曲軸固定在一起，飛輪內(nèi)腔均勻地粘貼有6塊n、s極相間的能在較高溫度條件下工作的高磁性能的釹鐵硼磁瓦。飛輪端面均勻粘貼有3塊用作位置傳感器的弧形釹鐵硼磁鋼，從端面看去極性一致均為n極。飛輪外周設(shè)計(jì)有一小凸臺(tái)，飛輪每旋轉(zhuǎn)1周小凸臺(tái)與觸發(fā)器上的鐵制凸臺(tái)相對(duì)掃過(guò)1次，引起觸發(fā)器內(nèi)部永磁磁路磁通變化，在觸發(fā)器內(nèi)部線圈內(nèi)感應(yīng)出一個(gè)交變電勢(shì)，此電勢(shì)用作發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的觸發(fā)信號(hào)。
電機(jī)內(nèi)定子鐵心由0. 35mm冷軋硅鋼片疊壓鉚接在一起，再經(jīng)電泳塑料絕緣處理后，繞制y接的直流無(wú)刷起動(dòng)電機(jī)三相繞組及單相發(fā)電繞組，浸漆烘干后用螺桿固定在電機(jī)法蘭底座上。底座上還安放著焊接有3個(gè)開(kāi)關(guān)型霍爾元件的用作位置傳感器的弧形印刷電路板。電機(jī)法蘭底座將固定在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)座上。
直流無(wú)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(kāi)關(guān)型霍爾元件發(fā)來(lái)的位置信號(hào)經(jīng)過(guò)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(wú)刷起動(dòng)磁電機(jī)電子換向。摩托車起動(dòng)時(shí)，直流無(wú)刷起動(dòng)電機(jī)部分由電池供電。摩托車起動(dòng)后，直流無(wú)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(wú)刷起動(dòng)磁電機(jī)為內(nèi)定子結(jié)構(gòu)，且要求結(jié)構(gòu)非常緊湊，電機(jī)軸向尺寸有限，若三相繞組采用雙層整距繞組，繞組端部會(huì)較高，在有限空間內(nèi)將不得不減小鐵心有效長(zhǎng)度，繞組端部的周向長(zhǎng)度比繞組軸向長(zhǎng)度長(zhǎng)很多，繞組利用率低。因此，設(shè)計(jì)中采用了圖2所示方案，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。繞組實(shí)際跨距在電磁上不超過(guò)120度電角度，繞組系數(shù)較低，電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)量較大；但電機(jī)生產(chǎn)加工工藝簡(jiǎn)單，在有限空間內(nèi)，能有效降低繞組端部高度，增加鐵心有效長(zhǎng)度。
4轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)
飛輪轉(zhuǎn)子內(nèi)腔均勻粘貼的6塊磁瓦的極弧角度對(duì)起動(dòng)電機(jī)的最小堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩有決定性影響。一般的直流無(wú)刷電機(jī)，定子繞組大都采用雙層繞組，繞組跨距接近于一個(gè)極距，繞組系數(shù)高，為獲得較大的電磁轉(zhuǎn)矩旦脈動(dòng)較小，磁瓦的極弧角度選擇得遠(yuǎn)大于120度電角度。而本設(shè)計(jì)中，定子采用每對(duì)磁極下三相各分得一個(gè)齒的集中繞組，若再選擇磁瓦極弧角度大于120度電角度，則最小堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩會(huì)很小。設(shè)計(jì)中，磁瓦極弧角度等于120度電角度，獲得了****的最小堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。不同磁瓦極弧 |
