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无刷直流电动机在电动自行车上的应用

随着我国改革开放的深进和社会生产力的发展,人们生活节奏的加快,活动范围的不断扩大,人们希看获得一种轻便快捷、简单安全的交通工具。前几年,人们选择了燃油助动车,但由于燃油助动车采用小容量二冲程汽油发动机为动力,其废气排放浓度是一般轿车的3-5倍,其污染题目引起了社会各界和主管部分的高度重视。在上海、苏州等大中城市,于1996年便开始禁止燃油助动车上牌照。而电动自行车由于轻便、快捷,适应了现代人追求环保、效率、安全的需要,所以受到了广大消费者的普遍欢迎,得以再度兴起。

1998年我国电动自行车的年产量约6万辆,1999年产量翻番,达13万辆,主要生产集中在华东地区。进进2000年以来,不少地区的销售情况也十分喜人,市场远景广阔。电动自行车并不是简单地在自行车上加上电池和电动机,而是包括电池、控制系统、传动系统、电机四大块,并且采用了很多的新技术和新材料。单从其霍尔元件驱动装置———电机来看就有很高的技术含量。

电动自行车的电机经过十多年的发展,曾经有变频电机、开关磁阻电机、有刷直流电机、无刷电机等多种驱动方案。经过市场验证,目前较为成熟的有两大类:一类是带减速齿轮的有刷电机,有盘式结构和圆柱结构两种;另一类是不带减速齿轮的直接驱动的无刷直流电机。
1 工作原理与结构
1.1 工作原理一般所说的直流电动机是指具有换向器和电刷的直流电动机。在这种电动机中定子侧安装固定主磁极和电刷,转子侧安放电枢绕组和换向器。霍尔元件直流电源的电能通过电刷和换向器进进电枢绕组,产生电枢电流,电枢电流与主磁场相互作用产生转矩,带动负载。

然而由于电刷和换向器的存在,结果产生了一系列致命的弱点:a、结构复杂,可靠性差,故障多,需要维护,维护又困难,寿命短。b、换向火花形成电磁干扰。霍尔元件无刷直流电动机就是在保存有刷直流电动机的优良性能的基础上,为往除电刷和换向器而研究开发的。

由于无刷直流电动机没有电刷和换向器,它的绕组里电流的通、断是通过电子换向电路及功率放大器实现的。要在电动机中产生恒定方向的电磁转矩,就应使电枢电流随磁场位置的变化而变化。为实现这一点,就需要确认磁极与绕组之间的相对位置信息。

一般采用霍尔元件位置传感器来完成,由位置传感器将转子磁极的位置信号转换成电信号,然后往驱动功率器件,控制相应绕组电流的通、断。与有刷直流电动机不同,无刷直流电动机的永久磁钢磁极安放在转子上,而电枢绕组安装在定子上。位置传感器也有相应的两部分,转动部分和电动机本体中转子同轴连接(转动部分通常由电机转子代替),固定部分与定子相连。



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