混合动力摩托车电机机械结构设计初探

第11卷·第5期 2008年10月 宿州教育学院学报 JournalofSuzhouEducatiollInstltute V01．11。No．5 ．Oct．2008 混合动力摩托车电机机械结构设计初探 杜长强 (宿州职业技术学院 安徽·宿州 234101) 【摘要】混舍动力摩托车是利用电机和内燃机共同驱动车轮行使的。该动力系统中的电机既可用作电动机又可用作发电 机，当摩托车正常行使时电机用作电动机，由蓄电瓶供电驱动；当摩托车蓄电瓶电力不足时．通过换档来改变电机的运行模式， 摩托车改为由内燃机驱动，此时电机作为发电机对蓄电瓶充电，用来回收动能。电机的转轴转速和转矩均由内燃机决定。电机 的尺寸要足够小，电机设计主要是电磁设计和机械结构设计。电磁设计主要是依据相关参数初步估算出电机的主要尺寸。从而 确定电机的其它尺寸．还要进行磁路计算和对电机参数合理性进行校验。结构设计主要是利用机械设计理论来确定电机的结 构尺寸，在进行结构设计当中要注意零部件的化。还要注意其工艺性。 【关键词】混合动力 电机机械结构设计 【中图分类号lJ044 【文献标识码】A 【文章编号】1009—8534(2008)05-0173-02 1．1混合动力摩托车简介 混合动力车辆的发展追溯到电动车的发展历程。其实电 动车的发展要比燃油车早的多，但因为电动车受限于蓄电瓶 的容量，不久便被燃油车辆完全取代，但随着石油资源的日趋 紧张和环境保护的呼声日渐高涨，作为零污染资源的电动车 再一次引起汽车制造业的关注。混合动力车可以说是电动车 和燃油车的结合物。对于混合动力车而言既保持了电动车的 高效率低污染。又继承了燃油车的连续行使的优点。电动车正 常行驶时，将蓄电池的电能转换为机械能，以驱动电动车行 J驶。当电动车蓄电瓶电力不足，通过换档来改变电机的运行模 式，电动车改为由内燃机驱动，此时电机作为发电机对蓄电瓶 充电，用来回收动能。 1．2电机设计基本理论 电机是混合动力摩托车的核心。电机设计的任务就是根 据用户提出的产品规格(如功率、电压、转速等)、技术要求(如 效率、参数、温升限度、机械可靠性要求等)。结合技术经济方 面国家的方针政策和生产实际情况，运用有关的理论和计算 方法，正确处理设计时遇到的各种矛盾，从而设计出性能好、 体积小、结构简单、运行可靠、制造和使用维修方便的先进产 品。 电机设计是个复杂的过程．需要考虑的因素和确定的尺 寸、数据很多，这就难免会遇到错咎复杂的矛盾。因此作为一 个设计者就必须全面地、综合的看问题，并能因地制宜，针对 具体情况采取不同的解决方法。．比方说电机的各项性能之间 以及技术指标和经济指标之间，经常存在矛盾。当采取措施改 善某个性能时，常会使其他一些性能变差。因此必须全面照 顾。又如在设计电机时。不能片面追求体积小和材料省，因为 这样容易导致电机性能降低，特别是效率降低。加工工时增 加，而使运行费用和制造成本上升。并造成浪费。 结构设计的任务是确定电机的机械结构、零部件尺寸、加 工要求与材料的规格及性能要求．包括必要的机械计算及通 风和温升计算。 2．1结构设计基本原则和方法 2．1．1结构设计的基本原则 对于直流电机的设计应注意如下原则： 1)应保证电机在规定期限内能安全可靠地运行。 2)所用的结构一般符合有关国家标准的规定。 3)要尽量使零部件符合“标准化，系列化，通用化”的要 求，应尽可能采用标准件和标准规格的材料，注意零部件的通 用。 4)应具有良好的结构工艺性。 5)应考虑电机装拆和维修方便。并注意运输条件与使用 单位的技术水平。 6)应适当注意电机的外形美观。 2．1．2结构设计的方法 直流电机通常从电枢设计开始． 先利用给定参数来估 算电枢的外径．再参照长度直径比来确定电枢长度：接着便是 利用主要参数确定其他参数。 因该电机不是标准电机。它所采用的不少零部件是非标 件，故先确定各个零部件的大致形状。再绘制总装图。在绘制 总装图时先画出电枢铁心，然后绘出外转子磁铁、换向器、电 刷各部件。确定轴的尺寸。最后绘出电机外壳。 在设计换向器时，因为外转子亦转动，即要求电刷架需要 和外转子一道转动，对碳刷而言无疑是雪上加霜。而且转速非 常高，普通径向布置的换向器无法承受那么大的离心力，所以 在设计换向器采用两级结构，主要是利用双向晶闸管将输入 豢【收稿日期]2008-9-11 【作者简介啦长强(1971．12一)．男，安徽宿州人，宿州职业技术学院机电工程系教师，主要从事机电工程教学与研究。 173 万方数据 2008年10月第”卷·第5期 宿州教育学院学报 电流分成两部分，大电流有集电环输入，控制电流由轴向布置 的换向器再利用两级电刷来实现。 2．2结构设计 2．2．1内转子设计 对于电机而言．需最先确定的尺寸就是转子的外径和转子 长度，即图[1】中的Da和L丑。在该转子中采用0．5mm的D23硅 钢片叠加而成，电枢冲片采用梨形槽结构。对于左转子而言，是 利用圆头平键和轴相连．因为在转子转动过程中．几乎不受轴 向力的作用，故可不考虑轴向定位。而对于右侧的而言，它固定 在右侧端盖上始终不动。所以只需考虑其与右侧端盖如何连 接。在该电机中是利用六颗长螺钉将其固定在端盖上。 r————L——叫 田1．1王抠转子‘以左健为碉) 2．2．2外转子设计 该电机相当于两个普通电机，所以需要两个励磁源，为了 简化结构，采用永磁磁体来励磁。所以外转子主要由两组磁铁 组成，这两个磁铁均采用4极瓦片式结构，如图[2]所示。外转 子动力是由右侧的长轴套传来的，为使外转子平衡，给其加上 两个隔板。 图2外转子 2．2．3换向器设计 2．2．3．1换向器设计 换向器主要是采用两 级结构来给晶闸管控制极 通电。又因为转轴转速非常 高，所以采用轴向结构以减 小离心力。具体结构参看图 [3]，其中左侧的三层绝缘 层外加两层铜环用以从外 界通电．中间的是两组碳刷 和铜弹簧，铜弹簧是将电流 从一纽碳刷传给另一组碳 刷。最终传给右侧的换向 片。 174 丛姊 f ⋯霪』琵7I砬舅爨磊刍螽募* 喝孵箩哆姆 毫．-．‘二。幺-t jj睁ij苎_j 刳3换向器 2．2．3．2晶闸管电路设计 在此选用双向晶闸管 ； KS50，额定电流为50A，而对一：．．⋯0：：．乏。：’。。t 于左侧电枢，电流约为43A． 一。 ： w乏‘二·<。 所以只选用一个晶闸管串电 =二Z--．．一．2一-耋。=．．≥{ 阻最后串接在十六条支路 -“”一‘ ■萼：●I：：：： 中。对于该电路，最后要将其 一*。一一⋯：要事‘i’：曼 集成为芯片，引出34只脚． 一．一：：三：之^—<： 然后才固定于转轴上。具体 一竺!：1；。jn茎。≤．≥ 芯片结构在此省略。电路图=：!：!!：二墨=：兰： 见图[4]。 ⋯一一：喜{=j 2．2．4端盖设计 I：·：- ：，每711黑 在进行端盖设计时。主 i 茎?喜盏窆葬篡霎霉翟鲁慧 图4晶闸管电路图置，除此之外还要考虑右侧 电枢与其的连接问题。具体图形参见图Es]。 ～螂’汹＼一U 2．2．5轴的设计 嘲5。I埔盖 设计轴时，要考虑轴的强度和刚度问题，因为扭矩只有 7N★M，而此轴直径达20ram．依据经验完全满足要求，故不再 考虑其校核问题。结构示意图参见n日[62。 {二二：蔓一一堕誓三三]l⋯⋯⋯一． ：P————一⋯～一⋯⋯’t ．．⋯⋯一．．．．一 崩6‘Ii机# ． 参考文献 [1]陈世坤．电机设计[M]．北京：机械工业出版社，2005． [2】电机工程手册编辑委员会．电机工程手册[M](第四 卷，电机)．第一版．北京：机械工业出版社．1982． [3】电机工程手册编褥委员会．电机工程手册[M](电机 卷，第四篇，直流电机)．第二版．北京：机械工业出版社．1996． [4]电机工程手册编辑委员会．电机工程手册[M](电机 卷。第五篇，小功率电动机)．第二版．北京：机械工业出版社． 1996． [5]陈峻蜂．永磁电机交流电机和直流电机[M]．北京：机 械工业出版社．1983． [6]何利民，尹全英．简明电工手册[M]．北京：中国建筑工 业出版社．2002． [7]Theodorewndi．ElectricalMachines。Driv卷，and PowerSystems[M](5thedition)(英文影印版)．北京：科学出 版社．2002． ] 万方数据 混合动力摩托车电机机械结构设计初探 作者： 杜长强 作者单位： 宿州职业技术学院,安徽·宿州,234101 刊名： 宿州教育学院学报 英文刊名： JOURNAL OF SUZHOU EDUCATION INSTITUTE 年，卷(期)： 2008,11(5) 参考文献(7条) 1.Theodore Wildi Electrical Machines,Drives,and Power Systems 2002 2.何利民;尹全英 简明电工手册 2002 3.陈峻蜂 永磁电机交流电机和直流电机 1983 4.《电机工程手册》编辑委员会 电机工程手册(电机卷,第五篇,小功率电动机) 1996 5.《电机工程手册》编辑委员会 电机工程手册(电机卷,第四篇,直流电机) 1996 6.《电机工程手册》编辑委员会 电机工程手册(第四卷,电机) 1982 7.陈世坤 电机设计 2005 本文读者也读过(10条) 1. 游震洲.YOU Zhen-zhou 高精度微纳压印机液压系统设计与控制[期刊论文]-液压与气动2007(6) 2. 田野仓.保雄 本田开发成功混合动力踏板摩托车[期刊论文]-稀土信息2004(11) 3. 崔巍.江建中.邵定国.杨斌.CUI Wei.JIANG Jian-Zhong.SHAO Ding-guo.YANG Bin 一种实用的混合动力摩托车 永磁电机驱动系统[期刊论文]-上海大学学报(英文版)2003,7(4) 4. 王培玲.臧少武.Wang Peiling.Zang Shaowu 混合动力摩托车管理电路的设计[期刊论文]-摩托车技术2005(12) 5. 吴正权.汪生梅 智慧与美丽同行--本田2005年Hybrid混合动力踏板车[期刊论文]-摩托车信息2005(13) 6. 陈辉.闫建勇.臧少武.王恒.包铁成.刘锦池.王光明.陈绍洪 混合动力摩托车技术问题探讨[期刊论文]-小型内燃 机与摩托车2004,33(2) 7. 王凤丽.李威.王延风.徐抒岩.董吉洪.WANG Feng-li.LI Wei.WANG Yan-feng.XU Shu-yan.DONG ji-hong 空间光 学遥感器电控箱结构设计与分析[期刊论文]-机械设计与制造2008(3) 8. 邵定国.李永斌.汪信尧.江建中.SHAO Ding-guo.LI Yong-Bin.WANG Xin-Yao.JIANG Jian-Zhong 基于Matlab的 混合动力摩托车仿真研究[期刊论文]-上海大学学报(英文版)2003,7(2) 9. 赵勇峰.李波军.沈瑜铭.俞小莉 混合动力摩托车及其控制电路[期刊论文]-小型内燃机与摩托车2004,33(1) 10. 混合动力摩托车能源管理[期刊论文]-小型内燃机与摩托车2005,34(5) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_szjyxyxb200805083.aspx