專利名稱：一種摩托車直流無刷起動磁電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于摩托車電器類，尤其涉及摩托車直流無刷起動磁電機。
背景技術(shù)：
目前電起動摩托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(zhuǎn)速高，但需經(jīng)減速機構(gòu)和超越離合器與發(fā)動機轉(zhuǎn)軸相聯(lián)工作。磁電機的外轉(zhuǎn)子飛輪與發(fā)動機轉(zhuǎn)軸直接相聯(lián)，起到發(fā)電和給發(fā)動機點火系統(tǒng)提供點火觸發(fā)信號的作用。起動電機啟動摩托車發(fā)動機時，首先，因經(jīng)減速機構(gòu)和超越離合器與發(fā)動機轉(zhuǎn)軸相聯(lián)，結(jié)構(gòu)復雜；其次，超越離合器打滑時，會嚴重影響摩托車的起動特性；再者，起動電機因要通過電刷換向，電刷磨損嚴重，需要經(jīng)常維護。
現(xiàn)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(gòu)和超越離合器，簡化了發(fā)動機結(jié)構(gòu)，提高了運行的可靠性。但其為了降低繞組端部高度，設(shè)計中采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(qū)域。雖然電機生產(chǎn)加工工藝簡單，但繞組實際跨距為120°電角度，繞組系數(shù)較低；每相繞組基本電磁轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩脈動量較大，再疊加上磁阻轉(zhuǎn)矩，最大電磁轉(zhuǎn)矩與最小電磁轉(zhuǎn)矩相差近一倍，為使最小起動轉(zhuǎn)矩大于規(guī)定值，只好采用價格昂貴的釹鐵硼磁鋼瓦材料，因而電機成本高，但其性能并不佳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種摩托車直流無刷起動磁電機，以解決上述難題。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，一種摩托車直流無刷起動磁電機，包括電機底座、外轉(zhuǎn)子飛輪、轉(zhuǎn)軸、內(nèi)定子和起動驅(qū)動電路；外轉(zhuǎn)子飛輪內(nèi)腔置有數(shù)對N、S永磁磁鋼，內(nèi)定子上置有數(shù)個定子線圈槽。本發(fā)明在內(nèi)定子線圈槽中分別設(shè)置有三相起動跨槽整距線圈組和單相發(fā)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(shè)置為相同圈數(shù)并同槽分層布置，線圈之間設(shè)置為并聯(lián)或串聯(lián)連接。異相線圈之間設(shè)置為順序異槽分層疊合布置，每相線圈之間分別設(shè)置為并聯(lián)或串聯(lián)連接；各相繞組的每條并聯(lián)支路的串聯(lián)匝數(shù)相等。單相發(fā)電跨槽整距線圈組設(shè)置在三相起動跨槽整距線圈組的外層，單相發(fā)電線圈組之間設(shè)置為串聯(lián)連接。
本發(fā)明由于采用了以上的技術(shù)方案，其三相起動跨槽整距線圈組采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(nèi)加大內(nèi)定子長，而且提高了繞組系數(shù)和線槽空間的利用率。并采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于120°電角度時，每相繞組基本電磁轉(zhuǎn)矩梯形波的平頂部分大于120°電角度，三相繞組的合成基本電磁轉(zhuǎn)矩為一恒定值。內(nèi)定子的槽數(shù)多，鐵氧體磁瓦產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩較小，轉(zhuǎn)矩脈動量小。并由于采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(jīng)濟效益。


圖1是本發(fā)明的一種摩托車直流無刷起動磁電機結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的一種摩托車直流無刷起動磁電機內(nèi)定子繞組的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的一種摩托車直流無刷起動磁電機驅(qū)動電路的原理示意圖。
圖中，1、外轉(zhuǎn)子飛輪2、內(nèi)定子3、定子線圈3-1、三相起動線圈3-2、單相發(fā)電線圈4、電機底座5、轉(zhuǎn)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(fā)器11、連接線實施方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)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(zhuǎn)子飛輪1、內(nèi)定子2、定子線圈3、轉(zhuǎn)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(fā)器10等構(gòu)成。其中，外轉(zhuǎn)子飛輪1由低碳鋼冷拉而成。外轉(zhuǎn)子飛輪1的內(nèi)腔均勻粘貼有6塊N、S極相間的磁鋼6，磁鋼6可采用普通低廉的鐵氧體磁鋼制成的磁鋼瓦。內(nèi)定子2上設(shè)置有18個線圈槽。由于本發(fā)明的內(nèi)定子2上采用多層跨槽整距繞組，為了獲得較大電磁轉(zhuǎn)矩，減小脈動，磁鋼瓦的極弧角度選擇應(yīng)遠大于120°電角度，實際中采用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(qū)，外轉(zhuǎn)子飛輪端面設(shè)置的弧形位置傳感器磁鋼7的空間電角度應(yīng)大于120°，實際設(shè)計為140°電角度為好。
外轉(zhuǎn)子飛輪1與發(fā)動機轉(zhuǎn)軸5固定在一起。外轉(zhuǎn)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，采用釹鐵硼易加工，綜合費用不高。外轉(zhuǎn)子飛輪1外周設(shè)置有一小凸臺，外轉(zhuǎn)子飛輪每旋轉(zhuǎn)一周小凸臺與觸發(fā)器10上的鐵制凸臺相對掃過一次，引起觸發(fā)器10內(nèi)部永磁磁路磁通變化，在觸發(fā)器10內(nèi)部的線圈內(nèi)感應(yīng)出一個交變電勢，此電勢用作發(fā)動機點火系統(tǒng)的觸發(fā)信號。
電機內(nèi)的內(nèi)定子2由0.35mm冷軋硅鋼片疊壓鉚接而成，再經(jīng)電泳塑料絕緣處理后，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(fā)電繞組3-2，并經(jīng)浸漆烘干后用螺桿固定在電機底座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(guān)型霍爾傳感器8的弧形印刷傳感器電路板9。電機底座4固定在摩托車發(fā)動機的機座上。
在圖2中，直流無刷起動磁電機在內(nèi)定子2上設(shè)置有18個線圈齒槽，齒槽數(shù)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于A相槽的A相第一層部分繞組，然后再順序移槽繞全部屬于B相槽的B相第一層部分繞組，而后再次移槽繞全部屬于C相槽的C相第一層部分繞組。隨后再按上述規(guī)律分別重復繞屬于A、B、C相的第二、第三層的分層繞組。最后分別將每相各層的繞組并聯(lián)或串聯(lián)起來，構(gòu)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，并連接到驅(qū)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、并聯(lián)或串聯(lián)的每條并聯(lián)支路的線圈匝數(shù)應(yīng)相同。最后，再在三相起動線圈3-1的外層繞制交流單相發(fā)電繞組3-2，交流單相發(fā)電繞組3-2串聯(lián)后引出兩根交流繞組引出線。本發(fā)明繞組的繞制工藝雖然復雜了一點，但它卻能有效地降低繞組端部高度，增加鐵芯有效長度，且繞組系數(shù)為1，繞組利用率高。尤其，當采用普通鐵氧體磁鋼6的極弧角度大于120°電角度時，每相繞組基本電磁轉(zhuǎn)矩梯形波的平頂部分大于120°電角度，三相繞組的合成基本電磁轉(zhuǎn)矩為一恒定值。同時，鐵氧體磁瓦產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩及合成轉(zhuǎn)矩脈動都較小，因而本發(fā)明的摩托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托車起動性能的要求。
在圖3中，由于直流無刷起動磁電機的起動電流較大，為了簡化驅(qū)動電路，節(jié)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(xiàn)的功率管同臂導通現(xiàn)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。由于功率MOS管導通電阻具有正溫度系數(shù)，并聯(lián)運行時有自動均流特性，三相都采用三只2SK1506功率MOS管并聯(lián)工作。
通常，當摩托車起動時，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(zhuǎn)子飛輪1端面弧形位置傳感器磁鋼7的空間電角度大于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(xiàn)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(qū)動相應(yīng)功率管導通，同時封鎖前一相功率管驅(qū)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(qū)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(gòu)成阻容吸收電路。功率MOS管為電壓跟隨推挽輸出驅(qū)動，管耗低。系統(tǒng)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管都處于截止狀態(tài)，避免誤動作損壞功率MOS管。經(jīng)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。假定通電后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(jīng)R10使T9導通，M3不能導通，僅A相繞組通電。電機旋轉(zhuǎn)，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(qū)動電路聯(lián)接，位置霍爾傳感器8上的三個開關(guān)型元件發(fā)來的位置信號，經(jīng)過處理后控制三相半橋驅(qū)動電路導通或關(guān)斷，實現(xiàn)直流無刷起動磁電機電子換向。摩托車起動時，直流無刷起動電機部分由電池供電。摩托車起動后，直流無刷起動電機部分斷電，單相發(fā)電繞組輸出的大小及頻率隨外轉(zhuǎn)子飛輪1轉(zhuǎn)速變化的電勢經(jīng)調(diào)壓器給電池充電，同時給摩托車其它電器供電。
權(quán)利要求
1.一種摩托車直流無刷起動磁電機，包括電機底座、外轉(zhuǎn)子飛輪、轉(zhuǎn)軸、內(nèi)定子和起動驅(qū)動電路，外轉(zhuǎn)子飛輪內(nèi)腔置有數(shù)對磁鋼，內(nèi)定子上置有數(shù)個定子線圈槽，其特征在于，內(nèi)定子線圈槽中分別設(shè)置有三相起動跨槽整距線圈組和單相發(fā)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(shè)置為相同圈數(shù)并同槽分層布置，線圈之間設(shè)置為并聯(lián)或串聯(lián)連接；異相線圈之間設(shè)置為順序異槽分層疊合布置，每相線圈之間分別設(shè)置為并聯(lián)或串聯(lián)連接，各相繞組的每條并聯(lián)支路的串聯(lián)匝數(shù)相等；單相發(fā)電跨槽整距線圈組設(shè)置在三相起動跨槽整距線圈組的外層，單相發(fā)電線圈組之間設(shè)置為串聯(lián)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摩托車直流無刷起動磁電機，其特征在于，三相起動跨槽整距線圈組設(shè)置為跨三槽的三相起動線圈組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摩托車直流無刷起動磁電機，其特征在于，內(nèi)定子設(shè)置為鐵氧體磁性材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種摩托車直流無刷起動磁電機,包括電機底座、外轉(zhuǎn)子飛輪、轉(zhuǎn)軸、內(nèi)定子和起動驅(qū)動電路。本發(fā)明采用了價格低廉的鐵氧體磁鋼材料,并在內(nèi)定子線圈槽中分別設(shè)置有三相起動跨槽整距線圈組和單相發(fā)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(shè)置為相同圈數(shù)并同槽分層布置,線圈之間設(shè)置為并聯(lián)或串聯(lián)連接。異相線圈之間設(shè)置為順序異槽分層疊合布置,每相線圈之間分別設(shè)置為并聯(lián)或串聯(lián)連接;各相繞組的每條并聯(lián)支路的串聯(lián)匝數(shù)相等。單相發(fā)電跨槽整距線圈組設(shè)置在三相起動跨槽整距線圈組的外層,單相發(fā)電線圈組之間設(shè)置為串聯(lián)連接。本發(fā)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(jīng)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(yōu)先權(quán)日2002年1月15日
發(fā)明者陳益廣, 王曉遠, 沈勇環(huán) 申請人:天津大學