電動(dòng)自行車(chē)用高性能無(wú)刷電機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

　　最近，一項(xiàng)美國(guó)專利介紹了一種電動(dòng)車(chē)輛用高性能無(wú)刷電機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。該發(fā)明的概要內(nèi)容是：關(guān)于一種低成本的電路系統(tǒng)，其組成為一種新的直流無(wú)刷永磁電機(jī)及其電子驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可為電動(dòng)車(chē)輛提供轉(zhuǎn)矩變化平滑的高效率動(dòng)作，適用于電動(dòng)的自行車(chē)、輪椅、踏板車(chē)、三輪車(chē)、高爾夫(Golf)車(chē)以及各種小型經(jīng)濟(jì)車(chē)輛。

　　在電動(dòng)車(chē)輛的多種應(yīng)用中，不論在電動(dòng)機(jī)（驅(qū)動(dòng)）模式或是發(fā)電機(jī)（充電）模式工作狀態(tài)下都需要提供高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩以確保在可變的速度(Tempo)下運(yùn)行。在此類(lèi)應(yīng)用中特別適宜采用無(wú)刷直流電機(jī)。為了降低電子電路系統(tǒng)及各種傳感器的數(shù)量等的成本，較好的方式是對(duì)電機(jī)繞組的相位以方波電流供電。而電機(jī)的轉(zhuǎn)矩則以簡(jiǎn)單的電流調(diào)節(jié)方式而相位電壓則用斬波式脈寬調(diào)制技術(shù)（PWM）加以控制。

　　這種無(wú)刷直流電機(jī)控制方式的組成應(yīng)包括：永磁直流電機(jī)、電源電子供電部件、電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器、電流測(cè)量系統(tǒng)、電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)、由電流測(cè)量系統(tǒng)饋電的電流控制電路、一個(gè)轉(zhuǎn)矩參數(shù)電路或電流參數(shù)電路等。電流控制電路與電源電路聯(lián)接以控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。該系統(tǒng)可工作于電動(dòng)機(jī)工作模式或發(fā)電機(jī)工作模式。當(dāng)電動(dòng)車(chē)輛運(yùn)行在剎車(chē)狀態(tài)時(shí)，能量被回收轉(zhuǎn)而對(duì)電池充電。

　　電動(dòng)機(jī)及其電子電路系統(tǒng)可由一個(gè)或多個(gè)電池供電。車(chē)輛的車(chē)輪驅(qū)動(dòng)可以用直接驅(qū)動(dòng)以提高效率或者配置減速器以減小電機(jī)尺寸。其解決方案是采用一個(gè)永磁三相電機(jī)，它可以達(dá)到標(biāo)稱轉(zhuǎn)矩的4倍。此種電機(jī)結(jié)構(gòu)其外圈為轉(zhuǎn)子，易于安裝在車(chē)輪上。它可作為電動(dòng)機(jī)或者發(fā)電機(jī)工作。在剎車(chē)時(shí)可以回收能量，使轉(zhuǎn)為電能而對(duì)電池充電或?qū)ζ渌�部件供電。此種結(jié)構(gòu)的電機(jī)由脈寬調(diào)制的電流轉(zhuǎn)換器控制供電。操作人員可對(duì)電動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)通過(guò)設(shè)置某個(gè)參數(shù)電流基準(zhǔn)從而控制電機(jī)部件的轉(zhuǎn)矩大小。交變相位的電流波形為矩形，相位差120°。此種類(lèi)型是最簡(jiǎn)單的、可實(shí)行的電機(jī)供電方式，可以降低控制系統(tǒng)的成本及傳感器的數(shù)量。

　　電機(jī)的每一個(gè)槽中只有一個(gè)繞組線圈，從而可以簡(jiǎn)化轉(zhuǎn)子位置傳感器（霍爾檢測(cè)元件）的安裝。此傳感器安裝于氣隙邊上，可通過(guò)永磁鐵漏磁通量，檢測(cè)出轉(zhuǎn)子的位置。

　　電機(jī)所采用的結(jié)構(gòu)可使單位體積繞組的電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和能量效率趨于最大，減小繞組的銅體積，從而使其焦?fàn)枺�熱）損耗減為最小。

　　從電動(dòng)機(jī)的磁極數(shù)與繞組的槽數(shù)的最小公倍數(shù)可知，電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈將出現(xiàn)的齒槽效應(yīng)為22，槽數(shù)為24，每旋轉(zhuǎn)一圈將出現(xiàn)264個(gè)轉(zhuǎn)矩脈沖，因此，齒槽效應(yīng)轉(zhuǎn)矩幅度極低，小于標(biāo)稱轉(zhuǎn)矩的3%。

　　該驅(qū)動(dòng)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(yīng)用中的換向損耗、二極管導(dǎo)通損耗、電流紋波、輸入電容器的尺寸以及電磁干擾等問(wèn)題。該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用了一種特定的單個(gè)開(kāi)關(guān)調(diào)制技術(shù)。調(diào)制信號(hào)僅加至由轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器檢測(cè)到的各個(gè)工作序列時(shí)的單個(gè)三極管，而另一個(gè)三極管則在此導(dǎo)通序列期內(nèi)始終處于導(dǎo)通狀態(tài)。這種單個(gè)開(kāi)關(guān)調(diào)制方法最大程度地提高了電子供電系統(tǒng)的效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了電流調(diào)節(jié)而不需增加任何外部的電流傳感器。