专利名称：一种摩托车直流无刷起动磁电机的制作方法
技术领域：
本发明属于摩托车电器类，尤其涉及摩托车直流无刷起动磁电机。
背景技术：
目前电起动摩托车上起动电机和磁电机分别是两台独立的电机。起动电机为有刷永磁直流电动机，工作转速高，但需经减速机构和超越离合器与发动机转轴相联工作。磁电机的外转子飞轮与发动机转轴直接相联，起到发电和给发动机点火系统提供点火触发信号的作用。起动电机启动摩托车发动机时，首先，因经减速机构和超越离合器与发动机转轴相联，结构复杂；其次，超越离合器打滑时，会严重影响摩托车的起动特性；再者，起动电机因要通过电刷换向，电刷磨损严重，需要经常维护。
现有的一种直流无刷起动磁电机，将直流无刷起动电机与磁电机合二为一。它省掉了减速机构和超越离合器，简化了发动机结构，提高了运行的可靠性。但其为了降低绕组端部高度，设计中采用短距集中绕组方案，即每对磁极下有三个齿，三相的每相各一个齿，每个齿上嵌套一相集中绕组，三相绕组在空间上不存在重叠区域。虽然电机生产加工工艺简单，但绕组实际跨距为120°电角度，绕组系数较低；每相绕组基本电磁转矩梯形波的平顶部分最宽为60°电角度，三相绕组的合成基本电磁转矩脉动量较大，再叠加上磁阻转矩，最大电磁转矩与最小电磁转矩相差近一倍，为使最小起动转矩大于规定值，只好采用价格昂贵的钕铁硼磁钢瓦材料，因而电机成本高，但其性能并不佳。
发明内容
本发明的目的是提供一种摩托车直流无刷起动磁电机，以解决上述难题。
本发明的目的是这样实现的，一种摩托车直流无刷起动磁电机，包括电机底座、外转子飞轮、转轴、内定子和起动驱动电路；外转子飞轮内腔置有数对N、S永磁磁钢，内定子上置有数个定子线圈槽。本发明在内定子线圈槽中分别设置有三相起动跨槽整距线圈组和单相发电跨槽整距线圈组。所述的三相起动跨槽整距线圈组中，每极下同相的线圈设置为相同圈数并同槽分层布置，线圈之间设置为并联或串联连接。异相线圈之间设置为顺序异槽分层叠合布置，每相线圈之间分别设置为并联或串联连接；各相绕组的每条并联支路的串联匝数相等。单相发电跨槽整距线圈组设置在三相起动跨槽整距线圈组的外层，单相发电线圈组之间设置为串联连接。
本发明由于采用了以上的技术方案，其三相起动跨槽整距线圈组采用了多层跨距分层叠合布置，不仅降低了绕组端部高度，在有限的空间内加大内定子长，而且提高了绕组系数和线槽空间的利用率。并采用了价格低廉的铁氧体磁钢材料，当铁氧体磁钢瓦的极弧角度大于120°电角度时，每相绕组基本电磁转矩梯形波的平顶部分大于120°电角度，三相绕组的合成基本电磁转矩为一恒定值。内定子的槽数多，铁氧体磁瓦产生的磁阻转矩较小，转矩脉动量小。并由于采用普通的铁氧体磁钢瓦材料，在同样的电机起动性能下，成本大幅度下降，具有极好的实用阶值和经济效益。
图1是本发明的一种摩托车直流无刷起动磁电机结构示意图；图2是本发明的一种摩托车直流无刷起动磁电机内定子绕组的结构示意图；图3是本发明的一种摩托车直流无刷起动磁电机驱动电路的原理示意图。
图中，1、外转子飞轮2、内定子3、定子线圈3-1、三相起动线圈3-2、单相发电线圈4、电机底座5、转轴 6、磁钢 7、传感器磁钢8、霍尔传感器9、传感器电路板 10、触发器11、连接线实施方式以下结合附图对本发明的实施作如下说明在图1中，直流无刷起动磁电机由电机底座4、外转子飞轮1、内定子2、定子线圈3、转轴5、磁钢6、传感器磁钢7、霍尔传感器8、传感器电路板9、触发器10等构成。其中，外转子飞轮1由低碳钢冷拉而成。外转子飞轮1的内腔均匀粘贴有6块N、S极相间的磁钢6，磁钢6可采用普通低廉的铁氧体磁钢制成的磁钢瓦。内定子2上设置有18个线圈槽。由于本发明的内定子2上采用多层跨槽整距绕组，为了获得较大电磁转矩，减小脉动，磁钢瓦的极弧角度选择应远大于120°电角度，实际中采用140°电角度为佳。
为了确保每个时刻运行时三相半桥中总有一个桥臂通电，避免起动死区，外转子飞轮端面设置的弧形位置传感器磁钢7的空间电角度应大于120°，实际设计为140°电角度为好。
外转子飞轮1与发动机转轴5固定在一起。外转子飞轮1端面均匀粘贴有3块用作位置传感器磁钢7，从端面看其极性一致均为N极，此磁钢窄、薄、长，采用钕铁硼易加工，综合费用不高。外转子飞轮1外周设置有一小凸台，外转子飞轮每旋转一周小凸台与触发器10上的铁制凸台相对扫过一次，引起触发器10内部永磁磁路磁通变化，在触发器10内部的线圈内感应出一个交变电势，此电势用作发动机点火系统的触发信号。
电机内的内定子2由0.35mm冷轧硅钢片叠压铆接而成，再经电泳塑料绝缘处理后，绕制Y形接法的直流无刷起动电机三相起动绕组3-1及单相发电绕组3-2，并经浸漆烘干后用螺杆固定在电机底座4上。电机底座4上还用焊接法置有三个用作位置传感器的开关型霍尔传感器8的弧形印刷传感器电路板9。电机底座4固定在摩托车发动机的机座上。
在图2中，直流无刷起动磁电机在内定子2上设置有18个线圈齿槽，齿槽数比短距集中绕组方案多一倍，即每一个磁极下有1个齿槽，每相1个槽。在线圈齿槽中布置三相起动线圈3-1时，首先在槽底部绕全部属于A相槽的A相第一层部分绕组，然后再顺序移槽绕全部属于B相槽的B相第一层部分绕组，而后再次移槽绕全部属于C相槽的C相第一层部分绕组。随后再按上述规律分别重复绕属于A、B、C相的第二、第三层的分层绕组。最后分别将每相各层的绕组并联或串联起来，构成各自分立的A、B、C三相起动线圈3-1。A、B、C三相Y接，包括星形中点共引出四根起动绕组引出线，并连接到驱动器电路中。在各自分立的A、B、C三相起动线圈3-1中，每相、各层、并联或串联的每条并联支路的线圈匝数应相同。最后，再在三相起动线圈3-1的外层绕制交流单相发电绕组3-2，交流单相发电绕组3-2串联后引出两根交流绕组引出线。本发明绕组的绕制工艺虽然复杂了一点，但它却能有效地降低绕组端部高度，增加铁芯有效长度，且绕组系数为1，绕组利用率高。尤其，当采用普通铁氧体磁钢6的极弧角度大于120°电角度时，每相绕组基本电磁转矩梯形波的平顶部分大于120°电角度，三相绕组的合成基本电磁转矩为一恒定值。同时，铁氧体磁瓦产生的磁阻转矩及合成转矩脉动都较小，因而本发明的摩托车直流无刷起动磁电机，虽然使用普通、价廉的铁氧体磁钢却能达到摩托车起动性能的要求。
在图3中，由于直流无刷起动磁电机的起动电流较大，为了简化驱动电路，节省功率MOS管，选择三相半桥方案。每相绕组轮流各导通120°电角度，与三相全桥相比，功率器件费用减少一半，也防止了全桥有可能出现的功率管同臂导通现象，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管导通电阻具有正温度系数，并联运行时有自动均流特性，三相都采用三只2SK1506功率MOS管并联工作。
通常，当摩托车起动时，若起动电流太大，对电池不利，因此直流无刷起动磁电机中任意两相绕组不能同时通电。外转子飞轮1端面弧形位置传感器磁钢7的空间电角度大于120°，为140°电角度，位置霍尔传感器8的三个元件空间相距120°电角度，会出现两个霍尔元件同时有位置信号输出，在控制电路中必需对位置信号进行处理。当下一个霍尔元件刚有位置信号输出时，立即驱动相应功率管导通，同时封锁前一相功率管驱动信号，确保每一时刻有且仅有一相绕组通电，确保正常起动。
直流无刷起动磁电机的驱动电路中，T1～T10为9014，T11～T13为8050，T14～T16为8550，M1～M3为功率MOS管，A、B、C为电机三相绕组。R15～R17与C2～C4构成阻容吸收电路。功率MOS管为电压跟随推挽输出驱动，管耗低。系统通电时，C1上电压缓慢上升，T10截止，T4、T5、T6导通，确保各功率MOS管都处于截止状态，避免误动作损坏功率MOS管。经过几十毫秒延时，T10导通，T4、T5、T6截止，允许电机起动。HA、HB、HC为三个霍尔元件传感器8，传感器为集电极开路输出，需上拉电阻，有磁场时输出0，无磁场时输出1。假定通电后HA上先有磁场而输出0，T1截止，M1导通，A相绕组通电，电机起动；同时经R10使T9导通，M3不能导通，仅A相绕组通电。电机旋转，当HB上有磁场而输出0时，T2截止，M2导通，B相通电；同时T7导通，封锁A相。同样，当HC上有磁场而输出0时，C相通电，由R12封锁B相。这样周而复始，电机迅速起动起来。此电路简单、可靠、成本低。
在图中，直流无刷起动磁电机的Y与三相绕组及三相半桥驱动电路联接，位置霍尔传感器8上的三个开关型元件发来的位置信号，经过处理后控制三相半桥驱动电路导通或关断，实现直流无刷起动磁电机电子换向。摩托车起动时，直流无刷起动电机部分由电池供电。摩托车起动后，直流无刷起动电机部分断电，单相发电绕组输出的大小及频率随外转子飞轮1转速变化的电势经调压器给电池充电，同时给摩托车其它电器供电。
权利要求
1.一种摩托车直流无刷起动磁电机，包括电机底座、外转子飞轮、转轴、内定子和起动驱动电路，外转子飞轮内腔置有数对磁钢，内定子上置有数个定子线圈槽，其特征在于，内定子线圈槽中分别设置有三相起动跨槽整距线圈组和单相发电跨槽整距线圈组；所述的三相起动跨槽整距线圈组中，每极下同相的线圈设置为相同圈数并同槽分层布置，线圈之间设置为并联或串联连接；异相线圈之间设置为顺序异槽分层叠合布置，每相线圈之间分别设置为并联或串联连接，各相绕组的每条并联支路的串联匝数相等；单相发电跨槽整距线圈组设置在三相起动跨槽整距线圈组的外层，单相发电线圈组之间设置为串联连接。
2.根据权利要求1所述的一种摩托车直流无刷起动磁电机，其特征在于，三相起动跨槽整距线圈组设置为跨三槽的三相起动线圈组。
3.根据权利要求1所述的一种摩托车直流无刷起动磁电机，其特征在于，内定子设置为铁氧体磁性材料。
全文摘要
本发明公开了一种摩托车直流无刷起动磁电机,包括电机底座、外转子飞轮、转轴、内定子和起动驱动电路。本发明采用了价格低廉的铁氧体磁钢材料,并在内定子线圈槽中分别设置有三相起动跨槽整距线圈组和单相发电跨槽整距线圈组。所述的三相起动跨槽整距线圈组中,每极下同相的线圈设置为相同圈数并同槽分层布置,线圈之间设置为并联或串联连接。异相线圈之间设置为顺序异槽分层叠合布置,每相线圈之间分别设置为并联或串联连接;各相绕组的每条并联支路的串联匝数相等。单相发电跨槽整距线圈组设置在三相起动跨槽整距线圈组的外层,单相发电线圈组之间设置为串联连接。本发明在同样的电机起动性能下,成本大幅度下降,具有极好的实用阶值和经济效益。
文档编号H02K29/08GK1360390SQ0210027
公开日2002年7月24日 申请日期2002年1月15日 优先权日2002年1月15日
发明者陈益广, 王晓远, 沈勇环 申请人:天津大学