電動汽車拆解感應(yīng)馬達(dá)構(gòu)造及控制十分簡單

電動汽車拆解感應(yīng)馬達(dá)構(gòu)造及控制十分簡單構(gòu)造及控制十分簡單

由于現(xiàn)有的大多數(shù)EV、HEV都采用永久磁鐵式馬達(dá)構(gòu)造，因此，是利用轉(zhuǎn)子與定子之間磁力線吸引及排斥的作用力使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的。為了使轉(zhuǎn)子順暢地旋轉(zhuǎn)，必須采用角度傳感器，根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角對流入每個定子的電流量及方向進(jìn)行精細(xì)控制。如果通入定子的電流的方向及電流量不恰當(dāng)，有時轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)便會停止。

而如果是感應(yīng)馬達(dá)，則與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)無關(guān)，僅依靠定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場（將定子產(chǎn)生的磁力線位置改為旋轉(zhuǎn)方向）即可。即使沒有角度傳感器也能使馬達(dá)工作，與永久磁鐵式馬達(dá)相比，驅(qū)動更加容易。

感應(yīng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子方面，在疊層鋼板的內(nèi)部有非磁性體的導(dǎo)體。這種導(dǎo)體采用鋁及銅等材料。永久磁鐵式馬達(dá)的轉(zhuǎn)子中有永久磁鐵，而在感應(yīng)馬達(dá)中，則替代為了非磁性體的導(dǎo)體。

非磁性體即使被施加了磁力線，自身也不會發(fā)生磁化。就是說，即使非磁性體靠近磁鐵，吸引力也不產(chǎn)生作用，但會產(chǎn)生渦電流。此次東海大學(xué)開發(fā)的馬達(dá)在導(dǎo)體中采用了鋁及銅之類的非磁性體，如果從沿直角方向從定子向轉(zhuǎn)子通入磁力線，則根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在轉(zhuǎn)子中會產(chǎn)生渦電流及作用力，轉(zhuǎn)子由此便會旋轉(zhuǎn)（圖4）。

圖4：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的原理

根據(jù)弗萊明左手定理，轉(zhuǎn)子發(fā)生旋轉(zhuǎn)。接到來自定子的磁力線后，轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生渦電流。如果磁力線及電流發(fā)生在導(dǎo)體中，則會在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向上產(chǎn)生作用力。

感應(yīng)馬達(dá)的構(gòu)造方面，雖然定子與驅(qū)動用馬達(dá)系統(tǒng)相同，但轉(zhuǎn)子是自主開發(fā)的。轉(zhuǎn)子主要由多根線棒（bar）以及2個圓環(huán)構(gòu)成，這種結(jié)構(gòu)稱為籠型（圖5）。如果從定子向轉(zhuǎn)子通入磁力線，則在相鄰的2根線棒以及2個圓環(huán)所圍成的閉合電路中會產(chǎn)生渦電流。此時，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，會在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生作用力，于是轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)。

圖5：籠型結(jié)構(gòu)的導(dǎo)體（轉(zhuǎn)子內(nèi)部）

感應(yīng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子的基本結(jié)構(gòu)為籠型。軸向的兩端為圓周狀，在軸向上配置了多根線棒。如果從①定子向轉(zhuǎn)子（籠型結(jié)構(gòu)）通入磁力線，則會產(chǎn)生②渦電流，③轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生作用力，從而發(fā)生旋轉(zhuǎn)。

由于籠型結(jié)構(gòu)中棒的兩端被圓環(huán)的部件固定住了，因此，在較高轉(zhuǎn)速下也很容易確保線棒的強度。以往的永久磁鐵式馬達(dá)沒有將嵌入轉(zhuǎn)子中的磁鐵在軸向的兩端進(jìn)行固定。因此，必須能在高轉(zhuǎn)速下降低磁鐵向外周方向飛出的離心力，但如果是感應(yīng)馬達(dá)，旋轉(zhuǎn)時的應(yīng)力則可降低。

利用SMC提高線圈的容積率為了提高感應(yīng)馬達(dá)的性能，東海大學(xué)的試制機在定子的磁芯中沒有采用以往的疊層鋼板（圖6），而采用了SMC（軟磁性復(fù)合材料）。采用SMC磁芯，能擴大與轉(zhuǎn)子相對的磁極的面積。即使在通入相同的磁力線時，采用面積較大磁極的馬達(dá)具有可減少磁芯中損耗的優(yōu)點。SMC磁芯由纏繞線圈的楔齒（Teeth）、及其外徑一側(cè)的軛鐵構(gòu)成（圖7）。這些部件分別用模具成型，用粘接劑組裝在一起。

圖6：市售的感應(yīng)馬達(dá)

定子的磁芯為疊層鋼板。由于是將疊層鋼板成型后再嵌入線圈，因而每個插槽的磁芯面積的擴大存在著限制。圖7：此次開發(fā)的定子的磁芯

（a）以往的感應(yīng)馬達(dá)磁芯采用的是疊層鋼板，而此次東海大學(xué)則采用了SMC（軟磁性復(fù)合材料）。如果用SMC來成型，則可將定子的磁芯分成中心軸一側(cè)的楔齒以及外側(cè)的軛鐵進(jìn)行成型。（b）如果將楔齒組裝成圓狀并配置線圈，最后組裝上軛鐵，則可提高定子上配置的線圈的容積率，從而提高馬達(dá)的性能。

在采用以往的疊層鋼板時，由于要考慮插入線圈的工序，因而必須擴大楔齒間隔。如果是SMC磁芯，由于是在楔齒間插入線圈，最后組裝軛鐵，因此可以將定子的楔齒間隔設(shè)計得比較窄。

為了提高效率，感應(yīng)馬達(dá)的定子不采用集中卷繞，而采用分布卷繞（圖8）方式。這是因為，線圈產(chǎn)生的磁力線的強度雖然呈脈沖波形，但脈沖波與正弦波曲線之間的差分會變成損耗。

在分布卷繞方式下，由于中央的轉(zhuǎn)子線棒所產(chǎn)生的磁力線為多個脈沖波累積后的值，因而可縮小與正弦波曲線之間的差分。最后，給大家看一下感應(yīng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子磁芯，其中，籠型結(jié)構(gòu)的導(dǎo)體由鋁及銅質(zhì)材料制成（圖9）。（特約撰稿人：森本雅之，東海大學(xué)工程學(xué)系電氣電子工程學(xué)專業(yè)教授）

圖8：感應(yīng)馬達(dá)采用分布卷繞的理由

（a）集中卷繞（磁力線為4極時）及（b）分布卷繞（磁力線為4極時）。雖然所產(chǎn)生的磁力線為脈沖狀，但如果與正弦波的差分面積小，則損