電動自行車用高性能無刷電機和驅動系統(tǒng)

hzjheng.cn 來源：電動車商情網　　　電動車商情網作者：俠名類別：電動車維修時間：2007-3-23

　　最近，一項美國專利介紹了一種電動車輛用高性能無刷電機和驅動系統(tǒng)。該發(fā)明的概要內容是：關于一種低成本的電路系統(tǒng)，其組成為一種新的直流無刷永磁電機及其電子驅動系統(tǒng)，可為電動車輛提供轉矩變化平滑的高效率動作，適用于電動的自行車、輪椅、踏板車、三輪車、高爾夫(Golf)車以及各種小型經濟車輛。

　　在電動車輛的多種應用中，不論在電動機（驅動）模式或是發(fā)電機（充電）模式工作狀態(tài)下都需要提供高起動轉矩以確保在可變的速度(Tempo)下運行。在此類應用中特別適宜采用無刷直流電機。為了降低電子電路系統(tǒng)及各種傳感器的數量等的成本，較好的方式是對電機繞組的相位以方波電流供電。而電機的轉矩則以簡單的電流調節(jié)方式而相位電壓則用斬波式脈寬調制技術（PWM）加以控制。

　　這種無刷直流電機控制方式的組成應包括：永磁直流電機、電源電子供電部件、電機轉子位置檢測器、電流測量系統(tǒng)、電流調節(jié)系統(tǒng)、由電流測量系統(tǒng)饋電的電流控制電路、一個轉矩參數電路或電流參數電路等。電流控制電路與電源電路聯接以控制電動機的轉矩。該系統(tǒng)可工作于電動機工作模式或發(fā)電機工作模式。當電動車輛運行在剎車狀態(tài)時，能量被回收轉而對電池充電。

　　電動機及其電子電路系統(tǒng)可由一個或多個電池供電。車輛的車輪驅動可以用直接驅動以提高效率或者配置減速器以減小電機尺寸。其解決方案是采用一個永磁三相電機，它可以達到標稱轉矩的4倍。此種電機結構其外圈為轉子，易于安裝在車輪上。它可作為電動機或者發(fā)電機工作。在剎車時可以回收能量，使轉為電能而對電池充電或對其他部件供電。此種結構的電機由脈寬調制的電流轉換器控制供電。操作人員可對電動機或發(fā)動機工作狀態(tài)通過設置某個參數電流基準從而控制電機部件的轉矩大小。交變相位的電流波形為矩形，相位差120°。此種類型是最簡單的、可實行的電機供電方式，可以降低控制系統(tǒng)的成本及傳感器的數量。

　　電機的每一個槽中只有一個繞組線圈，從而可以簡化轉子位置傳感器（霍爾檢測元件）的安裝。此傳感器安裝于氣隙邊上，可通過永磁鐵漏磁通量，檢測出轉子的位置。

　　電機所采用的結構可使單位體積繞組的電機啟動轉矩和能量效率趨于最大，減小繞組的銅體積，從而使其焦爾（熱）損耗減為最小。

　　從電動機的磁極數與繞組的槽數的最小公倍數可知，電機每轉一圈將出現的齒槽效應為22，槽數為24，每旋轉一圈將出現264個轉矩脈沖，因此，齒槽效應轉矩幅度極低，小于標稱轉矩的3%。

　　該驅動系統(tǒng)提供了一種特定的變換器控制系統(tǒng)，可以降低電壓應用中的換向損耗、二極管導通損耗、電流紋波、輸入電容器的尺寸以及電磁干擾等問題。該驅動系統(tǒng)采用了一種特定的單個開關調制技術。調制信號僅加至由轉子位置檢測器檢測到的各個工作序列時的單個三極管，而另一個三極管則在此導通序列期內始終處于導通狀態(tài)。這種單個開關調制方法最大程度地提高了電子供電系統(tǒng)的效率，同時實現了電流調節(jié)而不需增加任何外部的電流傳感器。