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展已成為必然。電動自行車與燃油自行車相比，具有眾多優勢：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。總之，電動自行車將以其無廢氣排放、低噪聲、安全等諸多優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勢
電動自行車的驅動元件，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，轉矩均勻，元換向火花，從而可在o．4～4 000r’／min的寬調速范圍內平滑穩定運行。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，薄盤型無鐵心轉子，其典型結構見圖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、結構緊湊的特點。
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，因而在國內幾經試驗，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構，又安 全可靠，同時防盜性好。
2．2機電時間常數小，可頻繁起動、加速、制動
印制繞組電機的機電時間常數公式
為：
式中j——轉動慣量
ke——反電勢系數
kt——轉矩系數
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和轉矩系數，因此電機的機電時間常數極小，以國產4．5kw印繞組電機為例，其機電時間常數僅為6．7ms，美國pmi公司的u12m4lr型印制繞組電機，其輸出功率為253．9w，機電時間常數為7．24ms，由此可見，機電時間常數均在毫秒級，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調速范圍、速度穩定性、換向性能
一般，直流電機的低速性能受轉矩波動限制，而高速性能則受換向火花限制，低速時的轉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****穩速可達o．5r／min。換向火花的產生和電機的電感以及換向片數有直接的關系，電感越大，換向片數越小，則越容易產生火花，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。他們利用市場上現有典型的印制繞組電機(見圖1)，
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