电动自行车电机工作原理

这部分作用是将电能转换成机械运动驱动车轮前进。常用的电动机为永磁直流电动机，为达到10 N．m以上的运行力矩，电动机的功率应在100～200w范围内，工作电压为24V或36V，该电机要求起动力矩大，效率高，重量轻，并有一定的过载能力。除常见的内转子电机通过链传动或直接摩擦带动车轮外(如图2所示14)，而外转子直流电机可安装在车轮中间，通过行星齿轮减速机构直接驱动轮毂，这种电动机也称为轮毂式电机(如图3所示9)。它具有传动链短，效率高，结构紧凑等优点。直流电机的激磁方式，除了永久磁场之外，也可以采用串激式激磁。串激直流电机工作特性软，调速性能好，起动力矩大，虽然它比永磁电机略为费电，还是取得了一些应用，其结构如图1所示。这一类电机价格很便宜，对用户自己改装制作是很合算的。这种驱动方式是公认比较好的。而究竟采用有刷电机还是无刷电机，目前是有争论的。



有刷电机的输出转速为3000转／分以上，经减速器和超越离合器及外壳一起组成电动轮毂总成，其转速为170-180转／分，适应了自行车以20km／h左右的速度行驶。该结构的可靠性高，成本较低，骑行较舒适，但也存在以下缺点：(1)传统的电刷和换向器有机械磨损和噪声、火花等，(2)系统的先进性和档次不够高。

用于电动自行车的无刷电动轮毂，实际上由两部分组成。一是直接外转子式的无刷电机系统，二是可以实现电子换向的专用控制系统，无刷电机依据于现代IC技术和功率电子器件的发展而逐渐成熟。对于有电子技术经验的制作者来说不难掌握。



图2是无刷电机结构与原理图。无刷直流电机由电机本体，位置传感器及电子换向开关电路三个基本部分组成。其中位置传感器的定子和电子换向开关电路相当于一个静止的换向器，位置传感器的转子相当于旋转着的电刷，它们组成一个没有机械接触的电子换向装置。

电机本体由几对极的永磁钢转子和一个多相的电枢绕组定子组成。电枢绕组分别与相应的电子换向开关电路连接。为了保持电枢绕组电流与磁场极性相对关系不变，设有检测转子位置的传感器，使电枢绕组能随转子位置变化依次通电。

位置传感器是一种无机械接触的检测转子位置的装置。由传感器定子和转子组成。分别装在定子机壳内和主转子轴上，它能提供信号，并按一定顺序去触发电子换向开关电路。

常用的位置传感器为磁敏转换式。其传感器定子为按一定次序配置的磁敏元件——霍尔元件，传感器的转子为永磁体。

电子换相开关电路中各功率元件分别与相应的各相定子绕组串联。各功能元件的导通与截止取决于位置传感器的信号。绕组电路的导通可以是一相一相依次导通，也可以两相两相依次导通。

霍尔位置传感器，因结构简单、安装方便、灵活，易于机电一体化，获得了广泛应用。霍尔元件特性是：在磁场中有电流流过时，其横向出现电势电压(参3)。



霍尔元件的控制极分别接入电源，输出端x1、X2、Y1及Y2分别输出信号，控制晶体管BGl-BG4的开、关。

根据霍尔元件的特性，当主转子N极在定子Yl位置时，在霍尔元件HGl中产生x1方向上的电势，此信号使BG4导通，与BG4串联的绕组WXl中有电流流过，并使定子x1极磁化为s极吸引转子旋转90度，N极到达定子xl位置，此时HGl的输出为0，在霍尔元件HG2中产生Y2方向上的电势，此信号使BG3导通，使绕组wY2中有电流流过，并使定子Y2极磁化为s极吸引转子继续旋转90度，N极到达定子Y2的位置，此时HG2输出为0，s极对准。HGl，因而在：HGl中产生x2方向的电势，同样使BG2，WX2导通，使转子继续旋转90度。因此对于不同的主转子位置，霍尔元件依次输出不同的信号，使主定子绕组按wXl→wY2→WX2→wYl的顺序轮流通电，形成旋转磁场，使转子旋转。

除以上几种电机之外，还有一种轻小简廉的电助动杆，可直接安装在前叉上，它是用户自己改装电动车的好方案。其结构如图4。



电机⑤为永磁盘式直流机，本体与左轴盖①连接，然后固定在前叉左侧上，支衬电机轴的轴承14与右支板①，右轴盖16相连接，然后固定在前叉的右侧上，右支板11与座板④及电机⑤之间有螺柱⑩连接成一体，在轮盘⑦两端，向内各装有70只滚动钢球⑧，分别与环档⑥及右支板11相配合后支衬轮盘⑦定向转动，滚动钢球的活动摩擦很小，保持了机动和骑行都很轻快。当电力驱动电机轴转动时，轴上主动轮②，从动轮③、中间轮⑨、轮盘⑦形成动配合后，再通过轮盘⑦外围上的幅条传递力矩，驱动前车轮运转。