| 图1为带启动绕组的单相磁阻式多功能轮毂电机结构原理图。单相结构的定、转子极数均相同，图所示为6极，极数增加有利于减小低速时转矩波动，但在相同频率下电机转速也相应降低。定、转子的凸极齿距及槽距也可相等，凸极齿距增大即使槽距减小，这有利于增大电磁制动力矩，但对驱动旋转功效有所影响。内定子绕组为环形线圈绕制在定子铁芯外圆槽内，绕组通电形成轴向和径向混合磁通，能提高同体积的电机功效。外转子分上、下两部分以构成环形闭合磁路，上、下外转子均布有专用于启动的直流电枢绕组，按直流电机工作原理，启动绕组的电流方向应与内定子励磁绕组所形成磁场的磁力线呈相切关系，所启动绕组如图示在凸极上按径向分布，通过内、外环连线引出，并上、下外转子引出线的极性正好相反，即上外转子的内、外环连线分别与下外转子的外、内环连线相连接。由于绕组在转子上，电源的输入需通过电刷，但由于只在启动时用，电刷所固有的弊端影响也就很小。
三、带启动绕组单相SR多功能电机的各种运行过程
现对该电机在启动、驱动旋转、发电回馈、电磁制动各运行状态下的工作过程具体描述如下：
1.电机启动工作过程
电机启动前通常处于平衡位置，即定、转子凸极齿处于对齐位置，这可按转子位置角检测信号判断得到。此时对电机定子绕组通入直流励磁电流，电机即产生闭合磁场。根据磁场方向及所要求的转向，对转子绕组通入相应方向的电流后，电动机根据通电导体在磁场中产生电磁力的直流电机原理按左手定则所确定方向启动，当电机转过较小平衡角度，即在转子凸极趋近于定子凸极时，即刻切断转子电流，使定子绕组按变磁阻电机的“磁阻最小原理”运转。倘若带负载启动情况下，负载力矩较大一时难以启动时，可采用多次利用转子绕组通电方式启动，即根据转子位置角检测信号，在电机转到定、转子的凸极即将对齐时，再给转子绕组通入电流，使电机又按直流电机原理运转，而转到定、转子凸极趋向接近时，再使转子断电，由定子绕组按变磁阻电机原理转动，如此周而复始，直至电机完全启动。由于转子通电运行的整个过程中电流总是单方向，其电刷不会存在如同直流电机的换相火花等弊端，所电刷寿命可相当长。
2.驱动旋转工作过程
电机启动后就按变磁阻原理运转，即每当转子凸极趋向定子凸极时，给定子绕组通电励磁，所产生的磁场力力求使磁路磁阻减少，即磁力线力图通过磁阻最小途径，转子受到磁阻转矩作用，使转子转过相应角度后，即刻使绕组断电以避免转子凸极与定子凸极相重合对齐产生制动转矩，转子靠惯性旋转到转子凸极趋向下一个定子凸极时再通电，即通过转角检测控制绕组以脉冲形式通断电，使电机连续旋转。如当负载较大时也可采用直流电动与变磁阻电动相结合的方式，即按转子角检测信号，在电机转到定、转子凸极趋向接近时使转子断电,由定子绕组按变磁阻电机原理转动，而转到定、转子的凸极即将对齐时,给转子绕组通入电流，使电机按直流电机原理运转。同样为满足电动汽车行驶时调速要求，在低速时需采用电流斩波控制方式以得到恒转矩调速特性；高速时采用角度位置控制方式以实现恒功率调速特性。
3.发电回馈工作过程
当电动汽车需降速制动或下坡运行时，即可利用其动能惯性实现发电回馈。根据转子角检测信号当外转子凹槽即将趋向于定子凸极时，即刻接通定子绕组，从而对转子产生制动力矩，并将转子动能转化为磁能储存在磁场中，而当转子凸极即将趋向定子凸极时，就切断定子绕组电路，此时通过续流二极管将储存在磁场中的磁能转化成电能回馈给蓄电池。如此反复就以脉冲形式向蓄电池充电。
4.电磁制动工作过程
当电机经上述发电回馈降速后需制动停止时，就对定子绕组持续通电，所产生磁场即可使定、转子各对凸极齿被电磁力相互吸住，并且制动力也按电机圆周各凸极齿的分布而绕圆周均匀对称。由于采用了单相电机，在电机凸极距与凹槽距相等时，即可使定、转子凸极以电磁相吸而重合的总极弧边距达到180度，若适当增大电机凸极距与凹槽距的比例，如比例定为6:5可使电磁制动时，其定、转子凸极以电磁相吸而重合的总极弧边距达到196.36(360×6/11)度。如当电机动能惯性较大时，还需根据转角位置检测信号，采用与发电回馈制动相结合方法反复进行，直至转角位置检测无变化即停止为止。该电磁制动-发电回馈反复进行的制动过程，类似现代轿车的防抱死制动系统ABS或驱动防滑转控制ASR的制动过程，可提高车辆行驶稳定性和转向操纵性。
具有启动绕组的单相磁阻式多功能电机与兼有电动、发电回馈和电磁制动多功能的电动汽车轮毂电机所介绍的二相8/12及三相12/8两种变磁阻电机相比，具有单位体积功率高、坚固可靠、结构更简单、电机制造及其驱动控制器成本更低等特点，在实现电磁制动时，其制动效果也远高于二相8/12及三相12/8两种电机，并在驱动运行时采用直流电动与变磁阻电动的组合方式，可更充分提高电机单位体积功效。这种用直流电机原理启动，按变磁阻原理运行的组合式创新电机将极大地提高电动汽车的性价比。良好的电磁制动可较大地降低原有的机械制动器使用频度。为此有望对原有机械制动器改型或外移，仅用于汽车紧急制动和驻车制动。使得车轮轮毂内能有更多的空间供电机布局用。
参考文献
1 余志生主编.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2006.5第四版
2 王贵明、王金懿.兼有电动、发电回馈和电磁制动功能的可调速旋转电机[P].中国发明专利.ZL2.5
3 孙建忠、白凤仙编著.特种电机及其控制[M].北京:中国水利水电出版社,2005.
4 王贵明、王金懿编著.电动汽车及其性能优化[M].北京:机械工业出版社,2010 2/2 首页 上一页 1 2 |
