【正文】 件 —— 電機 的發(fā)展，電機 是電動自行車發(fā)展的主要標(biāo)志。 其轉(zhuǎn)子是由永久磁鐵組成，定子上存在著多相繞組，可見，無刷直流電動機就其基本結(jié)構(gòu)系統(tǒng)而言，主要包括永磁電動機本體、控制電路和位置傳感器三部分組成，其原理方框圖如圖 。 稀土永磁無刷電動機效率高，性能好，體積小，重量輕，安全可靠，無需維修，無刷直流電動機的設(shè)計 2 壽命長，因 而已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在數(shù)控機床、航空航天、計算機外圍設(shè)備等高科技領(lǐng)域中。隨著比霍爾元件靈敏度高千倍左右的光敏二極管的出現(xiàn)，在 20世紀 80 年代前后，又試制成功了借助光敏二極管實現(xiàn)換流的直流無刷電機。 1955 年，美國 D 哈利森等人首次申請用晶體管換 向電路代替電動機電刷接觸的專利，即無刷直流電機的雛形。 在本文中我們主要討論比較先進的后一種電動自行車的驅(qū)動方案：不帶減速齒輪的直接驅(qū)動的無刷直流電動機。電動自行車的電機經(jīng)過十多年的發(fā)展 ，曾經(jīng)有變頻電機、開關(guān)磁阻電機、有刷直流電機、無刷電機等 多種驅(qū)動方案。 電動自行車并不是簡單地在自行車上加上電池和電動機，而是包括電池、控制系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、電機四大塊，并 已 采用了很多的新技術(shù)和新材料。 1998 年我國電動自行車的年產(chǎn)量約 6萬輛 1999 年產(chǎn)量翻番 達到 13萬輛，主要生產(chǎn)集中在華北地 區(qū)。在上海、蘇州等大中城市，于 1996 年便開始禁 止燃油助動車上牌照。 PWM controller 1 第一章 緒 論 無刷直流電機在電動自行車上的應(yīng)用概況 隨著我國改革 開放的深入和社會生產(chǎn)力的發(fā)展，人們生活節(jié)奏的加快，活動范圍的不斷 擴大，人們希望獲得一種輕便快捷、簡單安全的交通工具。 關(guān)鍵詞 ： 無刷電機 ； 位置傳感器； PWM 控制器 無刷直流電動機的設(shè)計 II The design of without coal brushless ABSTRACT: Brushless DC motor is rapidly development new motor in the recently, and it widely used in industry、 agriculture and in the army. The better governing speed characteristic is kept and the mechanical touch between brushes and mutator is removed as well in brushless DC Motors. This paper intends to make a better design on the , the key part of the new style electric bicycle, after the detailed analysis. The without coal brushless is in a new style, with higher work rate, less wear and tear and lower noise. This kind of motor discussed in this paper, is operated with electronic system pletely, in the speed of 25km per hour, covering the distance of 64km each time it is charged. The motor is 6kg in weight, with the power of 350w and voltage is over the normal levels in the rate close to 85 00 . This kind of motor discussed in this paper also a brushless DC square wave motor. So the design method of controller is also introduced, The prehensive index of the functions of this kind of motor is much better than of all the traditional ones with coal brushes. Keywords： Brushless Motor。電電機的功率為 220kw，得 6kg,效率可達到85 00 ,有更小的損耗和雜音 .本文提 到的電機是方波無刷直流電機，所以也涉及到了其PWM 控制器的設(shè)計。 無刷直流電動機既保持了直流電動機良好的調(diào)速控制特性，又消除了電刷和換向器的機械接觸 對新型電動自行車的關(guān)鍵動力部件 直 I 流無刷電機作了深入的剖析與設(shè)計。 54 參考文獻 52 控制系統(tǒng)電路抗干擾問題 52 一個先進的控制算法 51 更佳的無位置傳感無刷電機簡述 50 轉(zhuǎn)矩的脈動的分析 35 第 四 章 自行車用無刷直流電動機的電子線路設(shè)計 35 電磁設(shè)計程序清單 33 交 軸電樞反應(yīng) 30 磁鋼的最佳工作點與穩(wěn)定方法 30 磁路結(jié)構(gòu)與等效磁路圖 26 第 三 章 無刷直流電動機的電磁設(shè)計 24 運行特性分析 23 無刷直流電動機系統(tǒng)的組成 22 無刷直流電動機的運行特性 20 位置傳感器的設(shè)計 16 無刷直流電動機的工作原理 16 無刷直流電動機的原理與基本設(shè)計 10 位置傳感器 9 無刷直流電動機的基本結(jié)構(gòu) 6 設(shè)計方法初探 Ⅱ 第 一 章 緒論 根據(jù)查閱的各種相關(guān)資料，對電動自行車的最新發(fā)展動向進行了簡述，并在此基礎(chǔ)上對電動自行車用電機的發(fā)展進行了展望和對研究中要注意的問題作了簡要總結(jié)。 因此，本課題主要任務(wù)是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)來解決 無刷直流 電機換向問題，從而解決電動自行車控制、驅(qū)動中不完善的地方。使用有刷直流電動機容易解決電壓的換向問題，但是噪音大，而且碳刷容易磨損、損壞，增大維護、維修難度、增加使用成本 。車型有普通型和豪華型，車重約 35Kg，載重量約 75Kg， 一 百公里耗電量 在 1kwh. 由于電動自行車的諸多優(yōu)點，市場需求量大，因此電動自行車在未來的發(fā)展?jié)摿Ρ葻o刷直流電動機的設(shè)計 2 較大 。蓄電池一般用的是免維護鉛酸蓄電池，容量為 12Ah，充電時間在 38小時左右，充電一次行駛里程約 50Km左右 。隨著我國城市化進程加快，用電動自行車替代摩托車、燃油助動車和自行車，一方面可以緩解城市中大氣污染問題，另一方面也可以 提高人們的生活節(jié)奏，因此電動自行車的社會需求市場巨大，據(jù)專家預(yù)測，本世紀初，我國電動自行車年需求量將達到 100 萬輛以上。相繼開發(fā)了以天然氣、甲醇為燃料的交通工具，相比之下，電動車以零污染、高效率、低噪音的特點被認為是真正的“綠色”交通工具，而電動汽車受到機電、電池的限制，批量進入市場還有一定的難度，電動自行車卻得到迅速的發(fā)展。電動自行車正是在 這樣的呼喚下，逐步走進人們的生活中。一些城市如上海、廣州、合肥、濟南等，己相繼出臺政策法規(guī)，停止有 限量核發(fā)摩托車和燃油助動車的牌照。環(huán)境問題已經(jīng)引起黨和國家以 及 人民群眾重視。溫室效應(yīng)給工農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)和人民生活造成的損失，無法估量。 1 前 言 人類在進入工業(yè)化社會之后，大量使用地球上石油、煤等化石能源， 空氣 中的二氧化碳和二氧化硫急劇增加，造成了酸雨蔓延和溫室效應(yīng)，特別在 二十世紀后期，酸雨大面積擴展，幾乎蔓延至所有國家，“厄爾尼諾現(xiàn)象”、“主尼拉現(xiàn)象”頻繁出現(xiàn)。酸雨造成農(nóng)作物減產(chǎn)，大片森林死亡 。目前，發(fā)展中國家的空氣還在進 一步惡化，我國作為世界上最大的發(fā)展中國家。 隨著我國改革 開放的深入，人民的生活水平日益提高，在家用轎 車還沒有 普及 的情況下，摩托車和燃油助動車得以廣泛使用，這給我國城市的環(huán)境問題 帶來很大壓力，例如在上海市， 1995 年中心城區(qū)內(nèi)機動車的一氧化碳、非甲 烷有機物和氧化氮排污負荷分別占該區(qū)域內(nèi)相應(yīng)的排放總量的 76%、 93%和 44%。因此，研制生產(chǎn)出一種無污染、低噪 聲 的交 通工具來替代摩托車和燃油助動車，已是時代的需要。 電動自行車與摩托車、燃油助動車相比較，它具有 突出的優(yōu)點 : 為了解決燃油車對環(huán)境造成的嚴重污染和緩解日益突出的能源危機，許多國家都在尋找替代燃油機車的交通工具。 中國是一個自行車王國，據(jù)報道全國自行車擁有量為 億。 目前，我國市場上國產(chǎn)電動自行車的品種規(guī)格較多，驅(qū)動多數(shù)用有刷或無刷的輪式直流電機，工作電壓為 24V、 36V 或 48V，功率在 150W400W 之間 。車速低于 20Km/h，爬坡能力在 4 度上下 。但是目前市場上的電動自行車還或多或少存在一 `些不夠完善的地方。使用位置傳感器，容易解決直流無刷電機換向時，轉(zhuǎn)子的位置檢測，但是增大了電機的設(shè)計、制造、安裝的難度和電機的體積，也增加成本。 本論文主要內(nèi)容包括 : l、 介紹了無刷直流電動機的主體結(jié)構(gòu)和具體工作原理，在給定的技術(shù)要求的基礎(chǔ)上設(shè)計作了電機電磁設(shè)計，位置傳感器選擇，驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計用到了較先進的 PWM控制等工作。 3 目 錄 摘 要 Ⅰ Abstract 5 無刷直流電機在電動自行車上的應(yīng)用概況 5 簡易發(fā)展史和原理方框 5 電動自行車用永磁電機的性價比因素 7 第 二 章 自行車用無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)和原理 基本設(shè)計 9 電動機的本體 10 電子換向線路 16 電樞繞組的連接方式 19 換流線路基本設(shè)計 20 繞組連接方式、相數(shù)、槽數(shù)的選擇 23 系統(tǒng)方程式 26 電動自行車用電動機簡易 數(shù)學(xué)模型 29 磁路系統(tǒng)的設(shè)計 31 電樞反應(yīng) 33 直軸電樞反應(yīng) 34 電樞反應(yīng) 總結(jié) 44 設(shè)計概述 44 線路基本工作原理 45 線路設(shè)計實施方案 45 無刷直流電動機的設(shè)計 4 第 五 章 有待深入解的幾個問題 51 最佳換向問題 52 致 謝 56 附錄 A 無刷直流電動機總裝圖 B 定子沖片圖 I 無刷直流電動機的設(shè)計 摘 要： 無 刷直流電動機是近年迅速興起的一種新型電機，它廣泛應(yīng)用與工業(yè) ， 無刷直流電動機是近年迅速興起的一種新型電機，它廣 泛應(yīng)用與工業(yè)，農(nóng)業(yè)，以及軍事等領(lǐng)域。本文所介紹的電動自行車使用的直流無刷電機，采用電子操縱系統(tǒng)，電動自行車的最高時速可達 25km/h，一次充電行程為 64km。性能綜合指標(biāo)優(yōu)于傳統(tǒng)的以有刷電機為動力的電動自行車。 positional sensor。前幾年，人們選擇了燃油助動車，但由于燃油助動車采用小容量二沖程汽油發(fā)動機為動力，其廢氣排放濃度是一般轎車的 3－ 5 倍，其 污染問題引起了社會各界和主管部門的高度重視。而電動自行車因為輕便、快捷，適應(yīng)了現(xiàn)代人追求環(huán)保、效率、安全的需要，所以受到了廣大消費者的普遍歡迎，得以再度興起。進入 2020 年以來，不少地區(qū)的銷售情況也十分喜人，市場前景廣闊。單從其驅(qū)動裝置 —— 電機來 看就有很高的技術(shù)含量。經(jīng)過市驗證目 前較為成熟的有兩大類：一類是帶減速齒輪的有刷電機， 別外一種是不帶減速齒輪的直接驅(qū)動的無刷直流電動機。 1． 2 簡易發(fā)展史和原理方框 直流無刷電機是在有刷直流電機的基礎(chǔ)上發(fā)展起未的，它是以法拉第的電磁感應(yīng)定律為基礎(chǔ)，而又以新興的電于技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和各種機械原理為后 盾，因此具有很強的生命力。經(jīng)過多年的努力，人們終于在 1962 年試制成功了借助霍元件來 實現(xiàn)換流的直流無刷電動機。在德國 N米斯格林提出采用電容移相換流的方法基礎(chǔ)之上， R哈尼特司等人試制成 功借助數(shù)字式環(huán)分配器和過零鑒別器組合來 實現(xiàn)換流的 無附加位置傳感器的直流無刷電動機。現(xiàn)代的無刷直流電動機，其構(gòu)造實際上是 1臺永磁式步進電動機 (一種水磁式同