一種摩託車直流無刷起動磁電機的製作方法
2023-10-11 12:45:59 1
專利名稱：一種摩託車直流無刷起動磁電機的製作方法
技術領域：
本發明屬於摩託車電器類，尤其涉及摩託車直流無刷起動磁電機。
背景技術：
目前電起動摩託車上起動電機和磁電機分別是兩臺獨立的電機。起動電機為有刷永磁直流電動機，工作轉速高，但需經減速機構和超越離合器與發動機轉軸相聯工作。磁電機的外轉子飛輪與發動機轉軸直接相聯，起到發電和給發動機點火系統提供點火觸發信號的作用。起動電機啟動摩託車發動機時，首先，因經減速機構和超越離合器與發動機轉軸相聯，結構複雜；其次，超越離合器打滑時，會嚴重影響摩託車的起動特性；再者，起動電機因要通過電刷換向，電刷磨損嚴重，需要經常維護。
現有的一種直流無刷起動磁電機，將直流無刷起動電機與磁電機合二為一。它省掉了減速機構和超越離合器，簡化了發動機結構，提高了運行的可靠性。但其為了降低繞組端部高度，設計中採用短距集中繞組方案，即每對磁極下有三個齒，三相的每相各一個齒，每個齒上嵌套一相集中繞組，三相繞組在空間上不存在重疊區域。雖然電機生產加工工藝簡單，但繞組實際跨距為120°電角度，繞組係數較低；每相繞組基本電磁轉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矩脈動量較大，再疊加上磁阻轉矩，最大電磁轉矩與最小電磁轉矩相差近一倍，為使最小起動轉矩大於規定值，只好採用價格昂貴的釹鐵硼磁鋼瓦材料，因而電機成本高，但其性能並不佳。
發明內容
本發明的目的是提供一種摩託車直流無刷起動磁電機，以解決上述難題。
本發明的目的是這樣實現的，一種摩託車直流無刷起動磁電機，包括電機底座、外轉子飛輪、轉軸、內定子和起動驅動電路；外轉子飛輪內腔置有數對N、S永磁磁鋼，內定子上置有數個定子線圈槽。本發明在內定子線圈槽中分別設置有三相起動跨槽整距線圈組和單相發電跨槽整距線圈組。所述的三相起動跨槽整距線圈組中，每極下同相的線圈設置為相同圈數並同槽分層布置，線圈之間設置為並聯或串聯連接。異相線圈之間設置為順序異槽分層疊合布置，每相線圈之間分別設置為並聯或串聯連接；各相繞組的每條並聯支路的串聯匝數相等。單相發電跨槽整距線圈組設置在三相起動跨槽整距線圈組的外層，單相發電線圈組之間設置為串聯連接。
本發明由於採用了以上的技術方案，其三相起動跨槽整距線圈組採用了多層跨距分層疊合布置，不僅降低了繞組端部高度，在有限的空間內加大內定子長，而且提高了繞組係數和線槽空間的利用率。並採用了價格低廉的鐵氧體磁鋼材料，當鐵氧體磁鋼瓦的極弧角度大於120°電角度時，每相繞組基本電磁轉矩梯形波的平頂部分大於120°電角度，三相繞組的合成基本電磁轉矩為一恆定值。內定子的槽數多，鐵氧體磁瓦產生的磁阻轉矩較小，轉矩脈動量小。並由於採用普通的鐵氧體磁鋼瓦材料，在同樣的電機起動性能下，成本大幅度下降，具有極好的實用階值和經濟效益。
圖1是本發明的一種摩託車直流無刷起動磁電機結構示意圖；圖2是本發明的一種摩託車直流無刷起動磁電機內定子繞組的結構示意圖；圖3是本發明的一種摩託車直流無刷起動磁電機驅動電路的原理示意圖。
圖中，1、外轉子飛輪2、內定子3、定子線圈3-1、三相起動線圈3-2、單相發電線圈4、電機底座5、轉軸 6、磁鋼 7、傳感器磁鋼8、霍爾傳感器9、傳感器電路板 10、觸發器11、連接線實施方式以下結合附圖對本發明的實施作如下說明在圖1中，直流無刷起動磁電機由電機底座4、外轉子飛輪1、內定子2、定子線圈3、轉軸5、磁鋼6、傳感器磁鋼7、霍爾傳感器8、傳感器電路板9、觸發器10等構成。其中，外轉子飛輪1由低碳鋼冷拉而成。外轉子飛輪1的內腔均勻粘貼有6塊N、S極相間的磁鋼6，磁鋼6可採用普通低廉的鐵氧體磁鋼製成的磁鋼瓦。內定子2上設置有18個線圈槽。由於本發明的內定子2上採用多層跨槽整距繞組，為了獲得較大電磁轉矩，減小脈動，磁鋼瓦的極弧角度選擇應遠大於120°電角度，實際中採用140°電角度為佳。
為了確保每個時刻運行時三相半橋中總有一個橋臂通電，避免起動死區，外轉子飛輪端面設置的弧形位置傳感器磁鋼7的空間電角度應大於120°，實際設計為140°電角度為好。
外轉子飛輪1與發動機轉軸5固定在一起。外轉子飛輪1端面均勻粘貼有3塊用作位置傳感器磁鋼7，從端面看其極性一致均為N極，此磁鋼窄、薄、長，採用釹鐵硼易加工，綜合費用不高。外轉子飛輪1外周設置有一小凸臺，外轉子飛輪每旋轉一周小凸臺與觸發器10上的鐵製凸臺相對掃過一次，引起觸發器10內部永磁磁路磁通變化，在觸發器10內部的線圈內感應出一個交變電勢，此電勢用作發動機點火系統的觸發信號。
電機內的內定子2由0.35mm冷軋矽鋼片疊壓鉚接而成，再經電泳塑料絕緣處理後，繞制Y形接法的直流無刷起動電機三相起動繞組3-1及單相發電繞組3-2，並經浸漆烘乾後用螺杆固定在電機底座4上。電機底座4上還用焊接法置有三個用作位置傳感器的開關型霍爾傳感器8的弧形印刷傳感器電路板9。電機底座4固定在摩託車發動機的機座上。
在圖2中，直流無刷起動磁電機在內定子2上設置有18個線圈齒槽，齒槽數比短距集中繞組方案多一倍，即每一個磁極下有1個齒槽，每相1個槽。在線圈齒槽中布置三相起動線圈3-1時，首先在槽底部繞全部屬於A相槽的A相第一層部分繞組，然後再順序移槽繞全部屬於B相槽的B相第一層部分繞組，而後再次移槽繞全部屬於C相槽的C相第一層部分繞組。隨後再按上述規律分別重複繞屬於A、B、C相的第二、第三層的分層繞組。最後分別將每相各層的繞組並聯或串聯起來，構成各自分立的A、B、C三相起動線圈3-1。A、B、C三相Y接，包括星形中點共引出四根起動繞組引出線，並連接到驅動器電路中。在各自分立的A、B、C三相起動線圈3-1中，每相、各層、並聯或串聯的每條並聯支路的線圈匝數應相同。最後，再在三相起動線圈3-1的外層繞制交流單相發電繞組3-2，交流單相發電繞組3-2串聯後引出兩根交流繞組引出線。本發明繞組的繞制工藝雖然複雜了一點，但它卻能有效地降低繞組端部高度，增加鐵芯有效長度，且繞組係數為1，繞組利用率高。尤其，當採用普通鐵氧體磁鋼6的極弧角度大於120°電角度時，每相繞組基本電磁轉矩梯形波的平頂部分大於120°電角度，三相繞組的合成基本電磁轉矩為一恆定值。同時，鐵氧體磁瓦產生的磁阻轉矩及合成轉矩脈動都較小，因而本發明的摩託車直流無刷起動磁電機，雖然使用普通、價廉的鐵氧體磁鋼卻能達到摩託車起動性能的要求。
在圖3中，由於直流無刷起動磁電機的起動電流較大，為了簡化驅動電路，節省功率MOS管，選擇三相半橋方案。每相繞組輪流各導通120°電角度，與三相全橋相比，功率器件費用減少一半，也防止了全橋有可能出現的功率管同臂導通現象，因而功率管的工作安全性大大提高。不但降低了成本，而且提高了可靠性。由於功率MOS管導通電阻具有正溫度係數，並聯運行時有自動均流特性，三相都採用三隻2SK1506功率MOS管並聯工作。
通常，當摩託車起動時，若起動電流太大，對電池不利，因此直流無刷起動磁電機中任意兩相繞組不能同時通電。外轉子飛輪1端面弧形位置傳感器磁鋼7的空間電角度大於120°，為140°電角度，位置霍爾傳感器8的三個元件空間相距120°電角度，會出現兩個霍爾元件同時有位置信號輸出，在控制電路中必需對位置信號進行處理。當下一個霍爾元件剛有位置信號輸出時，立即驅動相應功率管導通，同時封鎖前一相功率管驅動信號，確保每一時刻有且僅有一相繞組通電，確保正常起動。
直流無刷起動磁電機的驅動電路中，T1～T10為9014，T11～T13為8050，T14～T16為8550，M1～M3為功率MOS管，A、B、C為電機三相繞組。R15～R17與C2～C4構成阻容吸收電路。功率MOS管為電壓跟隨推輓輸出驅動，管耗低。系統通電時，C1上電壓緩慢上升，T10截止，T4、T5、T6導通，確保各功率MOS管都處於截止狀態，避免誤動作損壞功率MOS管。經過幾十毫秒延時，T10導通，T4、T5、T6截止，允許電機起動。HA、HB、HC為三個霍爾元件傳感器8，傳感器為集電極開路輸出，需上拉電阻，有磁場時輸出0，無磁場時輸出1。假定通電後HA上先有磁場而輸出0，T1截止，M1導通，A相繞組通電，電機起動；同時經R10使T9導通，M3不能導通，僅A相繞組通電。電機旋轉，當HB上有磁場而輸出0時，T2截止，M2導通，B相通電；同時T7導通，封鎖A相。同樣，當HC上有磁場而輸出0時，C相通電，由R12封鎖B相。這樣周而復始，電機迅速起動起來。此電路簡單、可靠、成本低。
在圖中，直流無刷起動磁電機的Y與三相繞組及三相半橋驅動電路聯接，位置霍爾傳感器8上的三個開關型元件發來的位置信號，經過處理後控制三相半橋驅動電路導通或關斷，實現直流無刷起動磁電機電子換向。摩託車起動時，直流無刷起動電機部分由電池供電。摩託車起動後，直流無刷起動電機部分斷電，單相發電繞組輸出的大小及頻率隨外轉子飛輪1轉速變化的電勢經調壓器給電池充電，同時給摩託車其它電器供電。
權利要求
1.一種摩託車直流無刷起動磁電機，包括電機底座、外轉子飛輪、轉軸、內定子和起動驅動電路，外轉子飛輪內腔置有數對磁鋼，內定子上置有數個定子線圈槽，其特徵在於，內定子線圈槽中分別設置有三相起動跨槽整距線圈組和單相發電跨槽整距線圈組；所述的三相起動跨槽整距線圈組中，每極下同相的線圈設置為相同圈數並同槽分層布置，線圈之間設置為並聯或串聯連接；異相線圈之間設置為順序異槽分層疊合布置，每相線圈之間分別設置為並聯或串聯連接，各相繞組的每條並聯支路的串聯匝數相等；單相發電跨槽整距線圈組設置在三相起動跨槽整距線圈組的外層，單相發電線圈組之間設置為串聯連接。
2.根據權利要求1所述的一種摩託車直流無刷起動磁電機，其特徵在於，三相起動跨槽整距線圈組設置為跨三槽的三相起動線圈組。
3.根據權利要求1所述的一種摩託車直流無刷起動磁電機，其特徵在於，內定子設置為鐵氧體磁性材料。
全文摘要
本發明公開了一種摩託車直流無刷起動磁電機,包括電機底座、外轉子飛輪、轉軸、內定子和起動驅動電路。本發明採用了價格低廉的鐵氧體磁鋼材料,並在內定子線圈槽中分別設置有三相起動跨槽整距線圈組和單相發電跨槽整距線圈組。所述的三相起動跨槽整距線圈組中,每極下同相的線圈設置為相同圈數並同槽分層布置,線圈之間設置為並聯或串聯連接。異相線圈之間設置為順序異槽分層疊合布置,每相線圈之間分別設置為並聯或串聯連接;各相繞組的每條並聯支路的串聯匝數相等。單相發電跨槽整距線圈組設置在三相起動跨槽整距線圈組的外層,單相發電線圈組之間設置為串聯連接。本發明在同樣的電機起動性能下,成本大幅度下降,具有極好的實用階值和經濟效益。
文檔編號H02K29/08GK1360390SQ0210027
公開日2002年7月24日 申請日期2002年1月15日 優先權日2002年1月15日
發明者陳益廣, 王曉遠, 沈勇環 申請人:天津大學