一種新型電動(dòng)自行車用印制繞組電機(jī)
陳厚松(桂林電器科學(xué)研究所541004)
1概述
在保護(hù)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(dòng)自動(dòng)車的發(fā)展已成為必然。電動(dòng)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(shí)電動(dòng)車往往是在深夜里充電，而全國電力峰谷差每日達(dá)上千億千瓦時(shí)，因此電動(dòng)車可有效地利用這部分剩余電能�？傊�，電動(dòng)自行車將以其無廢氣排放、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(jī)適用于電動(dòng)自行車的優(yōu)勢
電動(dòng)自行車的驅(qū)動(dòng)元件，采用的是印制繞組電機(jī)。它是一類高性能的新型伺服電機(jī)，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(yùn)行。下面將分析該種電機(jī)的各種特性，以說明其適用于電動(dòng)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(jī)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(gè)完整電機(jī)。從圖1可見，這科電機(jī)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(diǎn)。
助力車的傳動(dòng)方式主要有摩擦傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和軸傳動(dòng)三種。磨擦傳動(dòng)由于傳動(dòng)效率低，同時(shí)在雨雪路面，輪胎與磨擦輪之間容易打滑，道路適應(yīng)性差，因而在國內(nèi)幾經(jīng)試驗(yàn)，很難實(shí)用。鏈傳動(dòng)和軸傳動(dòng)在道路適應(yīng)性上都很好，能適應(yīng)各種路面，但由于鏈轉(zhuǎn)動(dòng)必須通過鏈條帶動(dòng)車輪，因而其效率比軸傳動(dòng)低，因此效率****，適應(yīng)性****的為軸傳動(dòng)力式，印制繞組電機(jī)由于具有扁平的外型，正好可裝在自行車車輪中，以適應(yīng)軸傳動(dòng)方式的要求，這樣既簡化了電動(dòng)自行車結(jié)構(gòu)，又安 全可靠，同時(shí)防盜性好。
2．2機(jī)電時(shí)間常數(shù)小，可頻繁起動(dòng)、加速、制動(dòng)
印制繞組電機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)公式
為：
式中j——轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)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(dòng)慣量很小，再加上采用高性能釹鐵硼磁鋼，增加了電機(jī)的反電勢系數(shù)和轉(zhuǎn)矩系數(shù)，因此電機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)極小，以國產(chǎn)4．5kw印繞組電機(jī)為例，其機(jī)電時(shí)間常數(shù)僅為6．7ms，美國pmi公司的u12m4lr型印制繞組電機(jī)，其輸出功率為253．9w，機(jī)電時(shí)間常數(shù)為7．24ms，由此可見，機(jī)電時(shí)間常數(shù)均在毫秒級，同時(shí)由于印制繞組電機(jī)不含鐵心，所以其電感極小，在頻繁的突然加速、起動(dòng)、過載等情況下，也不會(huì)產(chǎn)生換向火花，因此，印制繞組電機(jī)能夠頻繁地起動(dòng)、加速、制動(dòng)，這對于電動(dòng)自行車的快速靈敏、安全都起到了很大作用。
2．3起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、具有7～10倍的瞬時(shí)過載能力
印制繞組電機(jī)沒有鐵心，同時(shí)氣隙又很大，因此電機(jī)的電樞反應(yīng)很小，在7～10倍的額定轉(zhuǎn)矩下也不必?fù)?dān)心磁鋼退磁，而一般的直流電機(jī)，其過載能力都在2．5倍左右，印制繞組電機(jī)在克服阻力方面的能力要比普通直流電機(jī)強(qiáng)，這一特性正好滿足了電動(dòng)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(jī)的低速性能受轉(zhuǎn)矩波動(dòng)限制，而高速性能則受換向火花限制，低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)主要由電機(jī)的齒槽效應(yīng)和換向引起，而對于印制繞組電機(jī)，由于無鐵心，所以不存在齒槽效應(yīng)，因此其****穩(wěn)速可達(dá)o．5r／min。換向火花的產(chǎn)生和電機(jī)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(jī)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(jī)換向片多了很多，所以印制繞組電機(jī)高速時(shí)，仍可做到無火花換向。印制繞組電機(jī)的速度范圍很廣，足以滿足電動(dòng)自行車對低速、高速的要求。
3 用于電動(dòng)輪轂上的兩種印制繞組電機(jī)的比較
國內(nèi)最早將印制繞組電機(jī)用于電動(dòng)自行車的單位是清華大學(xué)精密儀器系。他們利用市場上現(xiàn)有典型的印制繞組電機(jī)(見圖1)，
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