一种新型电动自行车用印制绕组电机

    陈厚松(桂林电器科学研究所541004)

1概述

    在保护人类生存环境成为主题的今天，一种能有效减轻城市污染的新型代步工具二一电动自动车的发展已成为必然。电动自行车与燃油自行车相比，具有众多优势：无废气排放，不污染空气；噪声低，减少噪声污染；效率高，耗能少。同时电动车往往是在深夜里充电，而全国电力峰谷差每日达上千亿千瓦时，因此电动车可有效地利用这部分剩余电能。总之，电动自行车将以其无废气排放、低噪声、安全等诸多优势成为广大群众的新一代“绿色交通工具”。

2  印制绕组电机适用于电动自行车的优势

    电动自行车的驱动元件，采用的是印制绕组电机。它是一类高性能的新型伺服电机，大气隙、永磁轴，电感量极小，转矩均匀，元换向火花，从而可在o．4～4 000r’／min的宽调速范围内平滑稳定运行。下面将分析该种电机的各种特性，以说明其适用于电动自行车的优势。

2．1扁平的外形、轴向尺寸小、重量轻

印制绕组电机采用轴向气隙，薄盘型无铁心转子，其典型结构见图1。它由前端益装配、后端盖装配、电枢装配三元件组成，其中前端盖装配包括轴承室、轴承，后端盖装配包括磁钢、电刷等，电枢装配包括电枢支架、轴、电枢等零部件，电枢装配通过轴承安装在前端盖装配上，然后前端盖装配与后端盖装甄相吸合形成一个完整电机。从图1可见，这科电机具有扁平的外形，由于无铁心，因而具有体积小、重量轻、结构紧凑的特点。

助力车的传动方式主要有摩擦传动、链传动和轴传动三种。磨擦传动由于传动效率低，同时在雨雪路面，轮胎与磨擦轮之间容易打滑，道路适应性差，因而在国内几经试验，很难实用。链传动和轴传动在道路适应性上都很好，能适应各种路面，但由于链转动必须通过链条带动车轮，因而其效率比轴传动低，因此效率****，适应性****的为轴传动力式，印制绕组电机由于具有扁平的外型，正好可装在自行车车轮中，以适应轴传动方式的要求，这样既简化了电动自行车结构，又安 全可靠，同时防盗性好。

2．2机电时间常数小，可频繁起动、加速、制动

印制绕组电机的机电时间常数公式

为：

式中j——转动惯量

    k_e——反电势系数

    k_t——转矩系数

    r_a——电枢绕组电阻，包括电刷接触电阻

    印制绕组电机电枢不含铁心，仅由薄铜板与绝缘胚布粘接、焊接而成，因此其转动惯量很小，再加上采用高性能钕铁硼磁钢，增加了电机的反电势系数和转矩系数，因此电机的机电时间常数极小，以国产4．5kw印绕组电机为例，其机电时间常数仅为6．7ms，美国pmi公司的u12m4lr型印制绕组电机，其输出功率为253．9w，机电时间常数为7．24ms，由此可见，机电时间常数均在毫秒级，同时由于印制绕组电机不含铁心，所以其电感极小，在频繁的突然加速、起动、过载等情况下，也不会产生换向火花，因此，印制绕组电机能够频繁地起动、加速、制动，这对于电动自行车的快速灵敏、安全都起到了很大作用。

2．3起动转矩大、具有7～10倍的瞬时过载能力

    印制绕组电机没有铁心，同时气隙又很大，因此电机的电枢反应很小，在7～10倍的额定转矩下也不必担心磁钢退磁，而一般的直流电机，其过载能力都在2．5倍左右，印制绕组电机在克服阻力方面的能力要比普通直流电机强，这一特性正好满足了电动自行车在各种情况下的要求。

2．4调速范围、速度稳定性、换向性能

    一般，直流电机的低速性能受转矩波动限制，而高速性能则受换向火花限制，低速时的转矩波动主要由电机的齿槽效应和换向引起，而对于印制绕组电机，由于无铁心，所以不存在齿槽效应，因此其****稳速可达o．5r／min。换向火花的产生和电机的电感以及换向片数有直接的关系，电感越大，换向片数越小，则越容易产生火花，印制绕组电机电感量极小，电枢片本身也兼做换向器，换向片数有上百条，比普通电机换向片多了很多，所以印制绕组电机高速时，仍可做到无火花换向。印制绕组电机的速度范围很广，足以满足电动自行车对低速、高速的要求。

3  用于电动轮毂上的两种印制绕组电机的比较

    国内最早将印制绕组电机用于电动自行车的单位是清华大学精密仪器系。他们利用市场上现有典型的印制绕组电机(见图1)，