新型電動(dòng)自行車的設(shè)計(jì)

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯摘要20世紀(jì)汽車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，資源無節(jié)制消耗，污染物的過量排放，還有受油價(jià)上漲和環(huán)保意識(shí)等因素的影響，電動(dòng)自行車已成為大部分人的選擇。但是，電動(dòng)自行車的動(dòng)力性能由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)決定且續(xù)駛里程（即能量供給）受限于蓄電池的存儲(chǔ)電量，為提高動(dòng)力性能和續(xù)航里程，須對(duì)電動(dòng)自行車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的特性及能量回收控制策略進(jìn)行分析研究。本文研究了電動(dòng)自行車在制動(dòng)過程中的能量回饋，設(shè)計(jì)了永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)自行車制動(dòng)過程中的能量再生反饋控制系統(tǒng)。從理論上分析了永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)利用位置傳感器檢測轉(zhuǎn)子位置的方法,并對(duì)換相過程做較詳細(xì)的介紹。本文首先系統(tǒng)的對(duì)電動(dòng)自行車的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了分析，分別對(duì)電動(dòng)自行車的運(yùn)行阻力、慣性力、再生制動(dòng)力以及所需要的牽引力進(jìn)行了計(jì)算。根據(jù)所需要的牽引力，在本設(shè)計(jì)中也對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)和電池進(jìn)行了選型計(jì)算。再其次，本文對(duì)電動(dòng)自行車的能量反饋控制方案進(jìn)行了研究，內(nèi)容包括輪轂電機(jī)的調(diào)速、電動(dòng)車再生制動(dòng)的控制。本文著重研究并設(shè)計(jì)了永磁無刷直流輪轂電機(jī)的能量的回收。關(guān)鍵詞：電動(dòng)自行車；動(dòng)力性能；再生制動(dòng)；電機(jī)控制；永磁無刷直流輪轂電機(jī)I

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯AbstractAutomobileindustrieshaveofhighspeedinDynamicalofelectricarebydriveofsupply)restrictsprevalencelimittoelectricitycapacityofInimproveextensionofdrivingrange,weofcontrolofenergyrecycleinelectricvehicle.Inthispaper,theelectricinbrakingintheprocessoffeedback,theofthepermanentinrenewableintheprocessofIntheoryanalysisoftheuseofpermanentmotorpositionpositionsensorfortheprocessdoingabriefing.papertheofin-wheelinItsofcarriedanalysistomovementappearanceofthedynamoelectrictheresistance,dint,brakingforceneedofleddintonAccordingtoneedofdint,alsotodoontochooseThirdly,theresearchworkEBfeedbackinvolvesin-wheelmotorPWMmodulation,Thebrakingofclose-loopcontrol.Thedualdrivingmethodforpermanentbrushlessin-wheelDCMotor(PMBLDCM)EnergyfeedbackMotorcontrolregenerativebrakingpermanentmagnetII

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯目

錄摘ABSTRACT..................................................................................................................................II1

緒1.1課題來源，目的，意義與該課題的市場前景1.2有關(guān)電動(dòng)自行車的概念1.2.1什么是電動(dòng)自行1.2.2電動(dòng)自行車的種1.2.3電1.2.4電1.2.5控制.1.3電動(dòng)自行車整車參數(shù)的設(shè)計(jì)1.4設(shè)計(jì)任務(wù)1.5研究意義2電動(dòng)自行車動(dòng)力性能分2.1電動(dòng)車運(yùn)行方程2.2電動(dòng)自行車的行駛力學(xué)2.2.1車輛模2.2.2電動(dòng)車阻力計(jì)2.2.3空氣阻2.2.4電動(dòng)車慣性力的計(jì)2.2.5電動(dòng)車的牽引力計(jì)2.3電動(dòng)自行車的動(dòng)力性能2.3.1自行車基本參數(shù)介................................................................................................112.4制動(dòng)系統(tǒng)............................................................................................................................112.4.1電動(dòng)自行車剎車分................................................................................................112.4.2制動(dòng)力的分析與求................................................................................................112.4.3手動(dòng)制動(dòng)器的設(shè)2.5蓄電池的種類和結(jié)構(gòu)2.6動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.6.1驅(qū)動(dòng)方式對(duì)兩輪電動(dòng)車性能的影.2.6.2電動(dòng)自行車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu).2.6.3無刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系3電動(dòng)自行車的運(yùn)行控I

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯3.1電動(dòng)機(jī)的選擇3.1.1直流電動(dòng)機(jī)的特3.1.2電動(dòng)機(jī)容量選擇的原3.1.3電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱與冷3.1.4選擇步驟3.1.5無刷直流電動(dòng)輪轂的選型計(jì).3.1.6電動(dòng)自行車的續(xù)行距3.2無刷電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)3.2.1直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特3.2.2脈寬調(diào)制（PWM）3.2.3傳感.3.3電動(dòng)車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.3.1控制系統(tǒng)的組3.3.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方4電動(dòng)自行車的能量回4.1制動(dòng)模式與能量的分析4.2能量回饋的控制策略4.3電動(dòng)自行車能量的消耗評(píng)價(jià)方法4.3.1能量流分配關(guān)系及能量測.4.3.2能耗影響因素分4.4制動(dòng)效能及制動(dòng)能量回收的約束條件4.4.1自行車的制動(dòng)效4.5制動(dòng)能量回收控制算法4.5.1制動(dòng)能量回收的約束條4.6永磁無刷直流電機(jī)相關(guān)性能及其能量回饋制動(dòng)原理4.6.1永磁無刷直流電機(jī)及其基本工作原.4.6.2直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方4.6.3永磁無刷直流電機(jī)能量回饋制動(dòng)原.結(jié)致參考文II

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯1

緒論1.1課題來源，目的，意義與該課題的市場前景當(dāng)今時(shí)代，電動(dòng)自行車已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚拇焦ぞ?，改變了人們的生活方式提高了人們的生活質(zhì)量。自上世紀(jì)以來，汽車工業(yè)的發(fā)展就開始面臨兩大難以回避的挑戰(zhàn)：能源短缺與環(huán)境保護(hù)。根據(jù)目前世界石油總儲(chǔ)量和年產(chǎn)量計(jì)算，石油資源最多再能支持三四十年的工業(yè)消費(fèi)，再加上政治、局部戰(zhàn)爭等不穩(wěn)定因素對(duì)能源安全的影響，汽車的燃料供應(yīng)存在著潛在的隱患此外汽車廢氣造成的大氣污染日益嚴(yán)重對(duì)上述問題，現(xiàn)在電動(dòng)汽車、電動(dòng)自行車已經(jīng)進(jìn)入中國市場。該課題的目的是通過對(duì)電動(dòng)自行車制動(dòng)能量的回收過程進(jìn)行分析和研究，為提高制動(dòng)能量回收能力提出解決方案。該課題的意義：首先本設(shè)計(jì)的課題使我們對(duì)電動(dòng)自行車有了進(jìn)一步的了解，對(duì)制動(dòng)能量再生有了新的認(rèn)識(shí)，所謂制動(dòng)能量再生，是指電動(dòng)自行車減速制動(dòng)時(shí)將其中一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量這里是電能，并且將其充進(jìn)電池。制動(dòng)能量再生方法原理是先將電動(dòng)自行車制動(dòng)或減速時(shí)的一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)在電池中，同時(shí)產(chǎn)生一定的負(fù)荷阻力使電動(dòng)自行車速度降低；當(dāng)電動(dòng)車再次起動(dòng)或加速時(shí)再生系統(tǒng)又將存儲(chǔ)的能量再次轉(zhuǎn)化為電動(dòng)自行車行駛時(shí)所需要的動(dòng)能。這樣就可以提高一次充電的續(xù)行距離，避免了不必要的能量損失。1.2有關(guān)電動(dòng)自行車的概念電動(dòng)自行車是以電池作為輔助能源，具有兩個(gè)車輪，能實(shí)現(xiàn)人力騎行、電動(dòng)或電助動(dòng)功能的特種自行車。它雖然具有普通自行車的外表特征，但更主要的是，它是在普通自行車的基礎(chǔ)上，安裝電動(dòng)機(jī)、控制器、電池、轉(zhuǎn)把、閘把等操縱部件和顯示儀表系統(tǒng)的、機(jī)電一體化的個(gè)人交通工具。電動(dòng)自行車以其驅(qū)動(dòng)力性質(zhì)、整車結(jié)構(gòu)及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分成以下三種類型：按驅(qū)動(dòng)力性質(zhì)分：有電動(dòng)型和助力型兩種。按整車結(jié)構(gòu)分：有兩輪、三輪、電動(dòng)輪椅三種。按電動(dòng)機(jī)形式及驅(qū)動(dòng)方式分：有直驅(qū)車輪的輪轂式直流電動(dòng)機(jī)、中軸鏈?zhǔn)津?qū)動(dòng)的柱式直流電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)箱式驅(qū)動(dòng)的柱式和盤式直流電動(dòng)機(jī)。1

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯由于電動(dòng)自行車要求的功率較小，所帶有的能源有限，故希望電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的體積小、功率高，而其中以直流電機(jī)最為合適。目前，電動(dòng)自行車所使用的電機(jī)大多數(shù)為有刷直流電動(dòng)機(jī)，但是隨著技術(shù)的進(jìn)步與電子元件成本的不斷下降，無刷直流電機(jī)將成為今后電動(dòng)自行車的發(fā)展主流。1、有刷直流電機(jī)電動(dòng)自行車上使用的有刷直流電機(jī)主要有兩種：一是印制繞組電機(jī)，二是繞線盤式電機(jī)。前者的應(yīng)用較后者多一點(diǎn)。有刷直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是控制系統(tǒng)簡單，成本較低，過載能力強(qiáng)，但需要換向器（整流子響電機(jī)的效率。有刷直流電機(jī)又可以分為有齒和無齒兩種。有刷有齒電機(jī)是一種高速電機(jī)，所謂“有齒”就是通過齒輪減速機(jī)構(gòu)，將電機(jī)轉(zhuǎn)速降低（國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電動(dòng)自行車的轉(zhuǎn)速不超過20/于高速電機(jī)通過齒輪減速，其特點(diǎn)是騎車者的感覺動(dòng)力較強(qiáng)，而且爬坡的能力較強(qiáng)。但是電動(dòng)輪轂是封閉的，只是在出廠前加注了潤滑脂，用戶很難進(jìn)行日常保養(yǎng)。而且齒輪本身就有機(jī)械磨損，一年左右因?yàn)闈櫥蛔銓?dǎo)致齒輪磨損加劇，噪音增大，影響電機(jī)和電池的壽命。另一種是有刷無齒電機(jī)，這是一種外轉(zhuǎn)子式電動(dòng)機(jī)，沒有齒輪減速機(jī)構(gòu)，直接采用低速輸出，消除了齒輪噪音，其電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩較有刷有齒電機(jī)要小，故動(dòng)力性能和爬坡性能相對(duì)要弱一些。但運(yùn)行安全，電刷磨損小、噪音小這是他的優(yōu)點(diǎn)。2、無刷直流電機(jī)無刷直流電機(jī)由于沒有電刷不需要齒輪減速根本上消除了電刷磨損和齒輪磨損，不存在定期更換電刷，而且噪音很小。因此，他無干擾、壽命長、效率高、運(yùn)行可靠、維護(hù)簡單，且轉(zhuǎn)速由于不受機(jī)械換向的限制，可在寬廣的范圍內(nèi)平滑調(diào)速，與有刷直流電機(jī)相比成本低，但是控制系統(tǒng)復(fù)雜成本高。無刷直流電機(jī)就起結(jié)構(gòu)而言，是由電動(dòng)機(jī)本體轉(zhuǎn)子位置傳感器以及電子電路換向組成。電動(dòng)自行車上采用的是無刷電動(dòng)輪轂電動(dòng)機(jī)一般制成多相，如采用三相，它的電樞放在定子上，永磁磁極位于轉(zhuǎn)子上。反映電動(dòng)機(jī)定轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出信號(hào)，通過定子換向電路去驅(qū)動(dòng)與電樞繞組聯(lián)接的相應(yīng)的功率器件，使電樞繞組依次饋電，從而在定子上產(chǎn)生一個(gè)跳躍式旋轉(zhuǎn)磁場，拖動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。隨著轉(zhuǎn)子位置的旋轉(zhuǎn)，位置傳感器通過電子換向線路不斷的送出信號(hào)，以改變電樞繞組的通電狀態(tài)，保證在一定的范圍內(nèi)定子磁場與轉(zhuǎn)子磁場成正交關(guān)系，保持轉(zhuǎn)矩連續(xù)不斷的產(chǎn)生，輸出機(jī)械功率，從而實(shí)現(xiàn)了無接觸式電磁換向。我國電動(dòng)自行車用無刷直流電機(jī)的研制和生產(chǎn)廠家有上海微電機(jī)研究所、浙江臥龍集團(tuán)等。今后二合一輪轂式無刷直流電機(jī)和無位置傳感器無刷直流電機(jī)是電動(dòng)自行車車用電機(jī)的發(fā)展方向。2

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯電池是電動(dòng)車的動(dòng)力源，電池質(zhì)量直接影響電動(dòng)自行車的行駛里程和壽命。目前電池選用的是鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池等。鎳鎘電池屬堿性電池，我國產(chǎn)量較大，主要生產(chǎn)廠家有深圳比迪亞有限公司和上海電池廠等。鎳鎘電池可以快速充電，其過充、過放電性能均好，循環(huán)壽命較長，達(dá)2000次。但它的價(jià)格是鉛酸電池的4.5倍，而且舊電池得不到很好的回收，會(huì)因重金屬鎘造成嚴(yán)重的污染。常用的是24V5Ah，重3.2，一次充電續(xù)行里程16，按標(biāo)準(zhǔn)的放電，壽命約500?？刂破魇请妱?dòng)自行車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它是電動(dòng)自行車的大腦。其主要的作用是提高電機(jī)和蓄電池的效率、節(jié)省能源、保護(hù)電機(jī)及蓄電池以及降低電動(dòng)自行車在受到破壞時(shí)的損傷程度。電動(dòng)自行車常用的無刷直流電機(jī)的控制器的目的是有兩種類型：一是采用專用集成電路制作的控制器；另一種是采用單片機(jī)為控制器件的控制器。前者針對(duì)無刷電機(jī)的控制要求，將控制邏輯集成在芯片內(nèi)，一般該類控制器稱為模擬控制器；后者采用單片機(jī)，用編程的方法來模擬無刷電機(jī)的控制邏輯，其特點(diǎn)是使用靈活，通過修改程序可以適應(yīng)不同規(guī)格的無刷電動(dòng)機(jī)，增加功能方便，如果電機(jī)缺相保護(hù)，堵轉(zhuǎn)保護(hù)，添加力矩傳感器，可以根據(jù)不同的電機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以達(dá)到良好的匹配等，通常將此類控制器稱為數(shù)字式控制器。但無論是數(shù)字式還是模擬式控制器，其工作原理大致相同；用電子控制代替電刷控制線圈電流換向，根據(jù)電機(jī)內(nèi)的位置傳感器信號(hào)，決定換向的順序和時(shí)間，從而決定電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。1.3電動(dòng)自行車整車參數(shù)的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)前先將文章中計(jì)算需要的數(shù)據(jù)假定如下：整車質(zhì)量m）2重力加速度（g）

50kg10/

滾動(dòng)阻力系數(shù)u）0.02人重）1車輪直徑（）后軸轉(zhuǎn)子直徑）1.4設(shè)計(jì)任務(wù)

70kg40010mm對(duì)電動(dòng)自行車的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了分析，分別對(duì)電動(dòng)自行車的運(yùn)行阻力、慣性力、再生制動(dòng)力以及所需要的牽引力進(jìn)行計(jì)算。利用現(xiàn)代電子技術(shù)及電動(dòng)機(jī)發(fā)電反饋制動(dòng)理論，設(shè)計(jì)一套能夠在電氣制動(dòng)的同時(shí)，發(fā)3

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯電給電瓶充電的發(fā)電反饋制動(dòng)系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)將自行車及人體的動(dòng)能通過電動(dòng)機(jī)的發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)化為電能，并經(jīng)過相應(yīng)的處理和控制電路，達(dá)到給電瓶充電和自行車減速的雙重目的。完成發(fā)電反饋制動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械連動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)電反饋制動(dòng)電控系統(tǒng)電反饋回路的設(shè)計(jì)、電動(dòng)機(jī)選型。1.5研究意義首先本設(shè)計(jì)的課題使我們對(duì)電動(dòng)自行車有了進(jìn)一步的了解，對(duì)制動(dòng)能量再生有了新的認(rèn)識(shí)，所謂制動(dòng)能量再生，是指電動(dòng)自行車減速制動(dòng)時(shí)將其中一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量這里是電能，并且將其充進(jìn)電池。制動(dòng)能量再生方法原理是先將電動(dòng)自行車制動(dòng)或減速時(shí)的一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)在電池中，同時(shí)產(chǎn)生一定的負(fù)荷阻力使電動(dòng)自行車速度降低；當(dāng)電動(dòng)車再次起動(dòng)或加速時(shí)再生系統(tǒng)又將存儲(chǔ)的能量再次轉(zhuǎn)化為電動(dòng)自行車行駛時(shí)所需要的動(dòng)能。這樣就可以提高一次充電的續(xù)行距離，避免了不必要的能量損失。4

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯2電動(dòng)自行車動(dòng)力性能分析動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)由蓄電池、控制器、電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)輪等組成。電動(dòng)自行車的動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)有最高車速、加速時(shí)間和最大爬坡度。然而，電動(dòng)機(jī)的最大功率與額定功率下觀察甚多，而最大功率工況不能長時(shí)間運(yùn)行，因此必須用電動(dòng)機(jī)的額定工況計(jì)算電動(dòng)自行車的最大爬坡度和最高車速。電動(dòng)自行車的加速過程和起步時(shí)間較短，理論上可以用電動(dòng)機(jī)的外特性進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。下面從自行車直線行駛動(dòng)理學(xué)模型來進(jìn)行分析。2.1電動(dòng)車運(yùn)行方程電動(dòng)自行車在路面上運(yùn)行，有各種不同方向和不同大小的作用力作用在電動(dòng)自行車上，電動(dòng)自行車牽引學(xué)主要研究對(duì)自行車運(yùn)行有直接影響的力，也就是與電動(dòng)自行車方向相平行的外力及外力的分力，這些力可以分為三種：電動(dòng)自行車的牽引力F它是由電力機(jī)車的牽引電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的，并通過動(dòng)輪與路面的相互作用力而引起的外力。它與電動(dòng)自行車的運(yùn)動(dòng)方向相同，其大小由開車的人決定。電動(dòng)自行車運(yùn)行阻力它是由電動(dòng)自行車運(yùn)行時(shí)由多種原因引起的阻止電動(dòng)車運(yùn)行的外力，其大小是不可以控制的。電動(dòng)自行車的制動(dòng)力B它是由機(jī)車和車輛上的制動(dòng)裝置所產(chǎn)生的，并通過輪與鋼軌的相互作用而引起的外力用來使電動(dòng)自行車減速或停車它與電動(dòng)自行車的運(yùn)行方向反。這三種力以不同的方式形成作用于電動(dòng)自行車上形成的合C：牽引運(yùn)行時(shí)：合C；慣性運(yùn)行時(shí)：合C；制動(dòng)時(shí)：合C)。電動(dòng)車運(yùn)行方程是把電動(dòng)車當(dāng)作一個(gè)平移的鋼體，表示電動(dòng)車在不同運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，作用在電動(dòng)車上諸力的關(guān)系式。在工程上用它計(jì)算電動(dòng)車運(yùn)行時(shí)所需要的制動(dòng)力、慣性力。電動(dòng)車在運(yùn)行時(shí)狀態(tài)有三種：牽引狀態(tài)，電動(dòng)車在電動(dòng)機(jī)的牽引力作用下，起動(dòng)，加速或等速運(yùn)行；慣性運(yùn)行，電動(dòng)車在運(yùn)行中牽引電動(dòng)機(jī)斷電后靠慣性運(yùn)行；制動(dòng)運(yùn)行，電動(dòng)車在運(yùn)行中切斷牽引電動(dòng)機(jī)的電源，并且施加機(jī)械或電氣的制動(dòng)力，減速運(yùn)行。電動(dòng)車在牽引等速狀態(tài)下沿運(yùn)行方向作用在電動(dòng)車上的力有牽引力F靜阻力和0慣性。根據(jù)靜法原理，可列出如下方程a0a這就是牽引等速運(yùn)行狀態(tài)下的基本方程。

式(2.1)5

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯2.2電動(dòng)自行車的行駛力學(xué)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力輸出特性與車子的動(dòng)力性能直接相關(guān)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力輸出更該滿足車子的動(dòng)力性能要求。在設(shè)計(jì)電動(dòng)自行車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，為了使電動(dòng)自行車達(dá)到要求的動(dòng)力性能指標(biāo)，首先必須建立電動(dòng)自行車的力學(xué)模型，對(duì)電動(dòng)自行車行駛過程中力與功率的平衡進(jìn)行分析，以得到電動(dòng)自行車的需求特性。電動(dòng)自行車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)主要是由能量存儲(chǔ)系統(tǒng)和動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成。能量存儲(chǔ)系統(tǒng)包括蓄電池和能量管理系統(tǒng)，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。電動(dòng)自行車在行駛過程中，由動(dòng)力蓄電池輸出電能給電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)輸出功率，用于克服電動(dòng)自行車本身機(jī)械裝置中的內(nèi)部阻力以及行駛條件決定的外部阻力消耗的功率，外部阻力即電動(dòng)自行車的行駛阻力。從分析電動(dòng)汽車行駛時(shí)的受力狀況出發(fā)，建立直線行駛方程式，是分析電動(dòng)自行車直線行駛性能的基礎(chǔ)。圖2-1電動(dòng)自行車運(yùn)行時(shí)的阻力系為式中：

車輪行駛時(shí)的受力分析dKfD

式(2.2)K——車輪與地面之間的滾動(dòng)摩擦系數(shù)K取；ffD

——車輪直徑;——軸承的直徑；——軸承的摩擦系數(shù)，取0.002所以阻力系數(shù)：6

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯0.002

10400

0.0205需要說明的是車輪與地面之間的滾動(dòng)摩擦系數(shù)K是隨著路面狀況的不同，其數(shù)值也f在不斷改變。參考文獻(xiàn)[出正常行駛的不同路段的滾動(dòng)摩擦系數(shù)表。表2-1不路面的滾動(dòng)摩擦系數(shù)路面特征

f全新堅(jiān)硬的柏油、混泥土、小方石塊路面經(jīng)壓軋的坑洼波動(dòng)的碎石路，混泥土路面壓壞的柏油路面良好路面一般的土路松沙路面

0.01-0.020.02-0.030.03-0.040.0450.05-0.150.15-0.3電動(dòng)自行車的靜阻力主要是基本阻力和坡道阻力，空氣阻力因車速不高，計(jì)算時(shí)可以不予考慮。基本阻力是電動(dòng)車經(jīng)常受的阻力?；咀枇τ米枇ο禂?shù)求得，電動(dòng)車的基本阻力用下式計(jì)算：FMgm)g2式中——人的質(zhì)量m=70kg；1m——電動(dòng)自行車空載時(shí)的質(zhì)量m=kg22所以基本阻力為：F24.06

式（2.3）坡道阻力是電動(dòng)自行車載坡道上運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)車的重力沿坡道傾斜方向的分力。為坡道的傾斜角，這時(shí)坡道的阻力F為：2F)gsin2

式（2.4）式中的符號(hào)表示：上坡運(yùn)行時(shí)取“下坡運(yùn)行時(shí)取“”所以電動(dòng)自行車的靜阻力為：)gsin02

式（2.5若電動(dòng)自行車在水平地面上行駛時(shí)電動(dòng)車的靜阻力為：(500)24.06N7

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯車子向前進(jìn)，必須借助一定的力量。騎車人每踏蹬的力量叫前進(jìn)力，也叫向前推力。前進(jìn)力與用力傳動(dòng)比曲柄(即中軸到腳蹬的連桿長以Y代表前進(jìn)力Q代表踏蹬力量，I代表曲柄長度，D表傳動(dòng)比，它們之間的關(guān)系用公式表示則為：/D

式（2.6前進(jìn)力與踏蹬力量，曲柄長度成正比，與傳動(dòng)系數(shù)則成反比。人們騎著自行車前進(jìn)時(shí)，即使在無風(fēng)天也會(huì)感到有風(fēng)從耳邊飛過，速度越快人感覺到的風(fēng)力越大，阻礙前進(jìn)的效果越明顯。因?yàn)槿藗儾皇窃谡婵罩序T車，而是四周始終被空氣包圍著。從物理學(xué)觀點(diǎn)來講：人騎車行進(jìn)時(shí)，人和車給前方空氣以擠壓力，而空氣給人和車以反作用力，即空氣阻力。經(jīng)過測量，風(fēng)速在40公里每小時(shí)的情況下，垂直于風(fēng)向每平方米面積受到的壓力為公斤風(fēng)速公里每小時(shí)或是每小時(shí)40里的速度騎行時(shí)，它們垂直于風(fēng)向的每平方米面積上所受到的空氣壓力都是公斤。人們騎車前進(jìn)時(shí)，必須突破空氣阻力，這就需要力量。不同風(fēng)級(jí)所產(chǎn)生的風(fēng)速和垂直風(fēng)向每平方米所受到的壓力均不相同，只有克服這些因素，車子才能向前行駛。電動(dòng)車的慣性力除了平移之外，還有車輪、電機(jī)轉(zhuǎn)子等螺旋部件的旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)慣性矩。為了簡化計(jì)算，將這些旋轉(zhuǎn)慣性矩折算成平移移動(dòng)的慣性力。這樣電動(dòng)自行車慣性力即為：m)aa1

())1

（2.7

a

——電動(dòng)自行車的慣性力，N；—旋轉(zhuǎn)慣性系數(shù)，參照礦用機(jī)車的數(shù)據(jù)，電動(dòng)自行車取0.075；——電動(dòng)自行車的加速度，啟動(dòng)時(shí)的加速度取ms將值代入式（）得：m)a1

。

式）將式(2.5)、式(2.7入式（）整理后得到電動(dòng)自行車牽引運(yùn)行時(shí)需要機(jī)車給出的牽引力為：)g1

)

（）將數(shù)據(jù)帶入得：F(50(0.02050.05)N電動(dòng)車在慣性運(yùn)行的狀態(tài)下牽引電動(dòng)機(jī)斷電，牽引力消失。電動(dòng)自行車依靠已具有的8

FFW本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯FFW能量克服阻力繼續(xù)運(yùn)行，如果軌道坡度不大，電動(dòng)自行車是減速運(yùn)行的，在這種情況下，沿運(yùn)行方向作用在電動(dòng)自行車的力只有靜阻力和慣性力a。令式(2.1)中的等于零，可得到慣性運(yùn)行狀態(tài)下的基本方程為：a

2.10）將式（（）帶入式（以得到慣性運(yùn)行時(shí)列車的加速度的表達(dá)式：a

1

g(sin

)

2.11）由上式可以看出，電動(dòng)自行車上坡或沿水平運(yùn)行時(shí)，及下坡in

a，電動(dòng)自行車減速運(yùn)行；只有在下坡運(yùn)sin

電動(dòng)自行車是加速運(yùn)行的?，F(xiàn)在分析牽引電動(dòng)機(jī)給出的轉(zhuǎn)矩怎樣轉(zhuǎn)化成自行車的牽引力，牽引力與哪些因素有關(guān)。電動(dòng)自行車的后輪是牽引電動(dòng)機(jī)的主動(dòng)輪設(shè)電動(dòng)自行車的質(zhì)量m作用在該輪對(duì)上的力見圖2-2。M為牽引電動(dòng)機(jī)傳遞到該輪上的轉(zhuǎn)矩；F為運(yùn)行阻力，為地面的支持力。將轉(zhuǎn)用一個(gè)作用在輪軌接觸點(diǎn)和輪心的等效力偶代替，則力偶的大小11：F

2MD

）當(dāng)輪胎接觸點(diǎn)處的FF

fmax

時(shí)，摩擦F與力偶力F總是大小相等方向相反，車輪在f11C點(diǎn)處無滑移，在輪心處F的作用下，車輪以C點(diǎn)為瞬心，向前滾動(dòng)前進(jìn)。輪心力，11即為一個(gè)輪上的牽引力，F(xiàn)與阻力F平衡。11若FF

fmax

圖2-2電自行車牽引力分析時(shí)，車輪在C點(diǎn)受力不平衡，車輪將克服路面的摩擦阻力空轉(zhuǎn)而不前進(jìn)。實(shí)際上，由于車輪的圓度誤差不均與磨損以及軌面狀況等因素的影響，車輪C點(diǎn)處不可能保持理想的無滑動(dòng)滾動(dòng)、免不了有滑移。為考慮這一因素影響，將摩擦系數(shù)值取低9

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯一點(diǎn)。理論上把這個(gè)系數(shù)稱為粘著系數(shù)；車輪與路面之間的摩擦力相應(yīng)得稱為粘著力；這種牽引方式稱為粘著牽引。表2-2不路面狀況的粘著系數(shù)

路面特征全新堅(jiān)硬的柏油、混泥土（干）柏油路面（濕）混泥土路面（濕）泥土路面（干）泥土路面（濕）松沙路面冰面

粘著系數(shù)0.0150.010.0090.0401

影響粘著系數(shù)的因素很多，其中主要有：1、車輪與路面的狀態(tài)帶有花紋的輪面或干燥的路面，粘著系數(shù)較大，路面潮濕，有冰、血、霜或油垢的路面粘著系數(shù)較小。2運(yùn)行速度的高低隨著運(yùn)行速度增,加劇了車輪與路面的縱向和橫向的滑動(dòng)及機(jī)車振動(dòng)，粘著系數(shù)減小。3電動(dòng)自行車特性的差異，車輪直徑的大小不同，各車輪間的負(fù)載分布不均、電動(dòng)機(jī)的分布等都對(duì)粘著系數(shù)有影響。參考文獻(xiàn)27]

得到表2-2。2.3電動(dòng)自行車的動(dòng)力性能電動(dòng)自行車因?yàn)橐孕铍姵卮鎯?chǔ)的電能為能量來源，所以衡量電動(dòng)自行車性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)是最大續(xù)駛里程，而且，電動(dòng)自行車采用的是電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其輸出特性和一般自行車也不相同。電動(dòng)自行車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將蓄電池輸出的電能轉(zhuǎn)化為車輪的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能，從而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)自行車運(yùn)行。它決定了電動(dòng)自行車的動(dòng)力性能，它的能量轉(zhuǎn)化效率也直接影響到電動(dòng)自行車的最大行駛里程。由此可見，研究電動(dòng)自行車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)提高電動(dòng)自行車性能具有重要意義。另外，電動(dòng)自行車因?yàn)椴捎秒姍C(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可以利用電動(dòng)機(jī)的逆向工作性能，制動(dòng)時(shí)的能量進(jìn)行回饋，增強(qiáng)其制動(dòng)性能。電動(dòng)自行車的動(dòng)力性能值是自行車在良好路面上直線行駛時(shí)由自行車受到的縱向外力決定的所能達(dá)到的平均行駛速度[29]下面介紹自行車的主要?jiǎng)恿π阅苤笜?biāo)最高車速、加速時(shí)間、最大爬坡度。10

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯自行車的最高車速：在水平良好的路面上，自行車所能達(dá)到的最高行駛車速。自行車的加速時(shí)間：常用原地起步加速時(shí)間與超車加速時(shí)間來表明自行車的加速能力。原地起步加速時(shí)間是指汽車由低檔起步，并以最大的加速度逐步換至最高檔后到預(yù)定的距離或預(yù)定速度所需的時(shí)間。超車加速時(shí)間，是指用最高檔由較低車速全力加速到高速所需的時(shí)間。自行車能爬上的最大的坡度是指用滿載時(shí)自行車在良好路面上的最大爬坡度表示的。a.整車整備質(zhì)量包括動(dòng)力蓄電池不包括乘員或裝載質(zhì)量隨車工具車載充電器。b.功率：指物體在單位時(shí)間內(nèi)所做的功。功率越大轉(zhuǎn)速越高，自行車的最高速度也越高，常用最大功率來描述自行車的動(dòng)力性能。最大功率一般用馬力或千瓦來表示，1馬力等于千瓦。c.扭矩：扭矩是使物體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的力。發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩就是指從曲軸端輸出的力矩。在功率固定的條件下它與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速成反比關(guān)系，轉(zhuǎn)速越快扭矩越小，反之越大，它反映了自行車在一定范圍內(nèi)的負(fù)載能力。d.最大總質(zhì)量（kg行車滿載時(shí)的總質(zhì)量。最大裝載質(zhì)量（kg自行車在道路上行駛時(shí)的最大裝載質(zhì)量。e.軸距（過車輛兩車輪的中心，并垂直于車輛縱向?qū)ΨQ平面的二垂線之間的距離。簡單的說，就是自行車前軸到后軸的距離。輪距（mm的左右輪胎面中心線間的距離。2.4制動(dòng)系統(tǒng)傳統(tǒng)的電動(dòng)自行車只是機(jī)械式剎車,使多的能量在不知不覺中浪費(fèi),而現(xiàn)在我們做的電動(dòng)自行車帶有了能量反饋節(jié)約了能量。帶有制動(dòng)能量再生系統(tǒng)電動(dòng)自行車的制動(dòng)過程與傳統(tǒng)的電動(dòng)自行車的制動(dòng)有著不同之處。再生制動(dòng)力是利用在電磁場中旋轉(zhuǎn)的磁極將會(huì)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩，電磁轉(zhuǎn)矩的旋轉(zhuǎn)方向與車輪行駛的方向相反，從而產(chǎn)生對(duì)電動(dòng)自行車的制動(dòng)。但是這種制動(dòng)方式在遇到緊急情況時(shí)將不能應(yīng)付，因?yàn)樗荒茉诙虝r(shí)間內(nèi)使自行車停下來。因此在做電動(dòng)自行車制動(dòng)時(shí)，既用了再生制動(dòng)也使用了傳統(tǒng)的帶式制動(dòng)器，使電動(dòng)車的剎車更有效，也能盡量減少不必要的損耗，電池一次充電行駛的路程最長。因此在求制動(dòng)力時(shí)，我們分緊急情況與正常情況。緊急情況指的是在同一時(shí)間內(nèi)既有手制動(dòng)也有再生制動(dòng)。正常狀況指的是只有再生制動(dòng)一種情況。11

1本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯1圖2-3為良好的硬路面上制動(dòng)時(shí)車輪受力情況：圖中，T是車輪制動(dòng)器中的摩擦力矩；是再生制動(dòng)力矩即制動(dòng)時(shí)再生制動(dòng)系統(tǒng)作u用于自行車車輪的阻力矩，F(xiàn)為車子的阻力，F(xiàn)為車軸對(duì)車輪的推力。有力矩平衡得：1pTF）D/由于制動(dòng)力不可以大于粘著力,即：1z式中，粘著力粘著系數(shù)；為地面對(duì)車輪的法向反作用力。將式（）代入（2.13得：TuD/2整理得：TD/z在制動(dòng)器中，有：

）Fu——為機(jī)械剎車時(shí)制動(dòng)器的制動(dòng)力。u

TuD/圖2-3制動(dòng)時(shí)車輪受力這里以正常狀態(tài)下計(jì)算為例，在正常情況下，只有再生能量制動(dòng)。車輪制動(dòng)器中的摩擦力T那么uTz

/2NM本設(shè)計(jì)的電動(dòng)車使用了制動(dòng)能量回收技術(shù)，制動(dòng)系統(tǒng)在原有的制動(dòng)基礎(chǔ)上增加了能量回收，制動(dòng)力矩再生制動(dòng)過程與傳統(tǒng)的制動(dòng)過程的不同。12

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯電動(dòng)自行車的制動(dòng)器正常多數(shù)采用帶式制動(dòng)，帶式制動(dòng)器已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)電動(dòng)輪上的剎車輪的直徑為所以選擇的帶式制動(dòng)器的型號(hào)為額定制動(dòng)力矩N。制動(dòng)帶總成：內(nèi)徑為，帶寬為mm；制動(dòng)帶板：帶長為142.3，帶寬為mm；制動(dòng)襯片：內(nèi)徑，展開長度為mm。參考文獻(xiàn)[基本尺寸見表3-1表3-1簡制動(dòng)器的各基本尺寸d

e1

e2

B

a145

0.6

0.9

15

0

0選好制動(dòng)器以后，應(yīng)該按照配套主機(jī)的要求對(duì)制動(dòng)力矩、發(fā)熱情況進(jìn)行驗(yàn)算。由于電動(dòng)自行車的工作環(huán)境比較好，散熱條件也比較優(yōu)越，因此在校核時(shí)不考慮發(fā)熱對(duì)制動(dòng)器的影響只驗(yàn)算制動(dòng)力矩。根據(jù)制動(dòng)器的運(yùn)轉(zhuǎn)情況計(jì)算制動(dòng)軸上的負(fù)載力矩。并考慮一定的安全設(shè)備（安全系數(shù)，可查表獲得）求出制動(dòng)力T。再參照制動(dòng)器的額定制動(dòng)力T使T。根據(jù)制動(dòng)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)情況可以分為平移動(dòng)制動(dòng)和垂直移動(dòng)制動(dòng)兩種類型。平移制動(dòng)指的是被制動(dòng)的是慣性質(zhì)量；而垂直制動(dòng)被制動(dòng)的是有慣性質(zhì)量和垂直負(fù)載，且垂直負(fù)載是主要的，如提升設(shè)備制動(dòng)。計(jì)算制動(dòng)力矩時(shí)，平移制動(dòng)按照：u

f

式(2.15)——負(fù)載力矩此處為換算到制動(dòng)軸上的傳動(dòng)系統(tǒng)的摩擦力矩，NuT

f

——換算到制動(dòng)軸上的總摩擦力矩垂直制動(dòng)按照：u

式(2.16)——換算到制動(dòng)軸上的負(fù)載力矩，uTu

T1T——換算到制動(dòng)軸上的總摩擦力矩，——轉(zhuǎn)化效率。

電動(dòng)自行車制動(dòng)的是慣性質(zhì)量屬于平移制動(dòng)根據(jù)2.14計(jì)算。這里需要說明的是電13

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論動(dòng)自行車除了摩擦力矩還有直流電動(dòng)機(jī)的再生制動(dòng)。所以需將公式改為：ufre——再生制動(dòng)力矩。上章節(jié)已經(jīng)計(jì)算出T的取值范圍。remgwD/2f20.02050.4/4.92N)/270)240

式(2.17)由是一個(gè)范圍,那么就可以求出制動(dòng)力矩的一個(gè)最大與最小的范圍.小是re再生制動(dòng)力T達(dá)到最N此時(shí)re2404.92uf最大是再生制動(dòng)力T達(dá)到最小為0,此時(shí)re2404.92235.08Nufre所以剎車的制動(dòng)力235.08N滿T即選擇的帶式制動(dòng)器滿足e要求可以使用。2.5蓄電池的種類和結(jié)構(gòu)蓄電池是電動(dòng)自行車的能源載體，是電動(dòng)自行車的核心部件之一，主要分為閥控密封鉛酸蓄電池、膠體電池、鋰離子電池、鎳氫電池和燃料電池等。電動(dòng)車對(duì)蓄電池的要求是容量大，壽命長，重量輕，價(jià)格廉。鉛酸蓄電池的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格最低，內(nèi)電阻小、電壓穩(wěn)定，具有良好的防振性能和密封性能；鋰離子電池和鎳氫電池雖然重量輕，壽命長，但是價(jià)格昂貴在電動(dòng)自行車的電源廣泛采用鉛酸蓄電池但鉛酸蓄電池的比能量和比功率都很低，隨著科技的發(fā)展近年來又使用了新型的蓄電池如鎘鎳電池。-電池放電時(shí)，正極NiOOH還原為Ni)，充電時(shí)Ni()，又被氧化成2，電極反應(yīng)表示為：2

充

(OH)OH2

負(fù)極海綿狀鎘放電時(shí)氧化生成氫氧化鎘，充電時(shí)氫氧化鎘還原為鎘，電極反應(yīng)表示為：OH

充

Cd(OH)e2

電池的總反應(yīng)的表示式為：NiOOHCd

充

()(OH)

14

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯鎘鎳電池體系以氫氧化鉀或氫氧化鈉水溶液為液，加入適當(dāng)?shù)臍溲趸嚳梢匝娱L電池的壽命。氫氧化鉀（或鈉）不參加反應(yīng)，但是放電時(shí)消耗水，充電時(shí)生成水。氫氧化物只起導(dǎo)電的作用，在充電過程中密度和組成沒有明顯的變化。參考文獻(xiàn)[選擇的型號(hào)為：GNY-12其中G—鎘為負(fù)極N——鎳為正極Y——圓柱形——額定容量為參考文獻(xiàn)鎘-鎳電池理論比能量為214.3W實(shí)際比能量為：W說明：電池的容量是指電池工作，即電池放電時(shí)能提供的電量，有理論容量，實(shí)際容量，額定容量（或公稱容量）之分，常以A單位。為了比較不同系列的電池，常用比容量的概念即單位質(zhì)量或單位體積的電池所能給出的電量來衡量，公別以Akg或AL表示。在表中列出了各種電池體系的理論比容量。2.6動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)現(xiàn)有電動(dòng)自行車車大致可以分為以下幾個(gè)主要部分電池、電池管理、充電系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)整車管理系統(tǒng)及車體等。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為電動(dòng)車提供所需的動(dòng)力,負(fù)責(zé)將電能轉(zhuǎn)成機(jī)械能。無論何種電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),均具有基本相同的結(jié)構(gòu),可以分成能源供給子系統(tǒng)、電氣驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)子系統(tǒng)三部分其中電氣驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)是電動(dòng)車的心臟主要包括電動(dòng)機(jī)、功率電子元器件及控制部分。目前兩輪電動(dòng)車主要有三種：一是全電動(dòng)型自行車，二是電動(dòng)助力自行車三是電動(dòng)摩托車。全電動(dòng)自行車完全依靠電力就可以行駛，電動(dòng)助力自行車電機(jī)的出力是需要人力的驅(qū)動(dòng)為前提的,人力和電力的比通常為11,即所謂的1+1系統(tǒng)這種系統(tǒng)在日本較為通常采用。無論它們兩者有這樣那樣的區(qū),至少有一點(diǎn)是共同,這是要求人力能夠正常騎行,電動(dòng)摩托車無需考慮人力騎行問題于受當(dāng)前電池技術(shù)的限制以及電動(dòng)自行車對(duì)蓄電池容量要求不高,當(dāng)前發(fā)展電動(dòng)自行車以及電動(dòng)助力車是較為適宜的據(jù)國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局1999年10月1頒布實(shí)施《電動(dòng)自行車通用技術(shù)條例規(guī)定,動(dòng)自行車的最高時(shí)速不得超過20km。由于這個(gè)速度較低永磁直流電機(jī)、永磁無刷直流電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)及交流異步電機(jī)這四種電機(jī)都能夠勝任但考慮到成本械加工以及技術(shù)復(fù)雜程度等因素,前兩輪電動(dòng)車主要采用永磁直流電機(jī)以及永磁無刷直流電機(jī)開關(guān)磁阻電機(jī)以及交流異步電機(jī)主要用在電動(dòng)汽車。永磁直流電機(jī)以及永磁無刷直流電機(jī)當(dāng)前都有質(zhì)量較好的產(chǎn)品,如上海新聯(lián)的永磁直流有刷電,采用輪轂電機(jī)直接驅(qū)動(dòng),由于磁阻造成的力矩,以及人力騎行時(shí)的電機(jī)發(fā)電問,實(shí)際使人力騎行時(shí)感到十分費(fèi)力。中軸式對(duì)機(jī)械的設(shè)計(jì)和制造水平較高。通過采用雙飛結(jié)構(gòu),解決了人力騎行困難問題。旁掛式相對(duì)要求較低只是在后輪上增加了一條鏈條來驅(qū)動(dòng),而且騎時(shí)電機(jī)不轉(zhuǎn)因此不在磁阻轉(zhuǎn)矩以及發(fā)電問題,可減輕人力負(fù)擔(dān)問如果在造型上下點(diǎn)功夫。無疑旁掛式將是電動(dòng)自行車非常好15

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯的驅(qū)動(dòng)方式值得一提的是上述的驅(qū)動(dòng)方式還可以進(jìn)一步劃分,如除了輪轂直接驅(qū)動(dòng)方式外,輪轂電機(jī)還有帶減速齒輪(減速比為1和：22種)以及同步帶減速齒輪(減速比為125)；中軸式可以繼續(xù)劃為同軸式(減速比為150)以及非同軸式減速比為135)。用于電動(dòng)自行車的電機(jī)功率主要為。按照轉(zhuǎn)速可以歸為三類：一是低速電機(jī),要用于輪轂直接驅(qū)動(dòng)方式,電機(jī)轉(zhuǎn)速為二是中速電機(jī),輪轂式齒輪減速以及1減速的旁掛式(減速比為1；三是高速電機(jī)2400~4500rpm,主要用于輪轂式同步帶減速或齒輪減速,中軸驅(qū)動(dòng)級(jí)減速的旁掛式(減速比為以及摩擦式減速比為1：。電動(dòng)自行車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)兩個(gè)部分[,機(jī)械傳動(dòng)部分因電動(dòng)自行車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置方式不同而不同。電動(dòng)自行車對(duì)其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有特殊要求能夠頻繁地起動(dòng)、停車加、減速,對(duì)轉(zhuǎn)矩控制的動(dòng)態(tài)性能要求高，電動(dòng)自行車驅(qū)動(dòng)的速度、轉(zhuǎn)矩變化范圍大,既要工作在恒轉(zhuǎn)矩,要運(yùn)行在恒功率,同時(shí)還要求保持較高的運(yùn)行效率能在惡劣工作環(huán)境下可靠地工作。正因?yàn)殡妱?dòng)自行車對(duì)其電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有這些特殊要求所以在電動(dòng)自行車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,動(dòng)電機(jī)的選擇及整流器、控制器的設(shè)計(jì),都必須慮到這些特殊的要求。直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為電動(dòng)自行車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之一它結(jié)構(gòu)簡單,具有優(yōu)良的電磁轉(zhuǎn)矩控制特性。與直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)相匹配的變流器是斬波器,它將固定的直電壓變成可調(diào)的直流電,速方法主要是調(diào)壓調(diào)速和調(diào)磁調(diào)速。采用直接轉(zhuǎn)矩控制的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系,轉(zhuǎn)矩給定值的確非常重要是直接轉(zhuǎn)矩控制的轉(zhuǎn)矩目標(biāo)值,理想情況,動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩就等于該時(shí)刻的轉(zhuǎn)矩給定值。所以轉(zhuǎn)矩給定值應(yīng)該能夠滿足負(fù)載的動(dòng)力需求。因此在電動(dòng)自行車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中首先要按照電動(dòng)自行車的性能要求對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的載荷進(jìn)行分析也就是對(duì)電動(dòng)自行車行駛所需的的牽引力進(jìn)行分析,得合理的電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的轉(zhuǎn)矩給定值。永磁無刷電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可以分為兩類一類是方波驅(qū)動(dòng)的無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(BDCM另一類是永磁同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(PMSM也稱之為正弦波驅(qū)動(dòng)的無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。BDCM系統(tǒng)不需要絕對(duì)位置傳感器,一般采用霍爾元件或增量式碼盤,也可以通過檢測反電動(dòng)勢波形換相PMSM系統(tǒng)一般需要絕對(duì)式碼盤或旋轉(zhuǎn)變壓器等轉(zhuǎn)子位置傳感器。從磁鐵所處不同位置的結(jié)構(gòu)上,磁無刷電動(dòng)機(jī)可以分成表面型、鑲嵌型、深埋式等結(jié)構(gòu)型式,在電動(dòng)自行車中也有采用盤式結(jié)構(gòu)或外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的。深埋式永磁同步電動(dòng)機(jī)因其有高的功率密度、有效的弱控制及方便的最大效率控制而在電動(dòng)車應(yīng)用領(lǐng)域倍受青睞,是當(dāng)前電動(dòng)車電動(dòng)機(jī)研發(fā)的熱點(diǎn)。用在電動(dòng)車上的永磁同步電動(dòng)機(jī)是將磁鐵插入轉(zhuǎn)子內(nèi)部,到可同步旋轉(zhuǎn)的磁極。深埋式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如下圖所示,種電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面主要有兩個(gè)16

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯特征:轉(zhuǎn)子磁鐵使用埋入式、采用多極化設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)(1)將永磁體貼在轉(zhuǎn)子表面的情況相比,永磁體植入轉(zhuǎn)子內(nèi)部,則即使高速旋,永磁體也不會(huì)飛散,為此就使設(shè)計(jì)上的超高速電動(dòng)機(jī)成為可能。(2)對(duì)于要求的最大轉(zhuǎn)矩而言,采用下圖所示的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)永磁電動(dòng)機(jī)能做得更小。圖2－4正弦波驅(qū)動(dòng)的無刷直電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡圖17

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯3電動(dòng)自行車的運(yùn)行控制在實(shí)際中發(fā)電機(jī)的構(gòu)造與電動(dòng)機(jī)是相同的，都是通過定子與轉(zhuǎn)子的磁場作用力產(chǎn)生電力的。導(dǎo)體線圈在磁場中運(yùn)動(dòng)就能產(chǎn)生電流，導(dǎo)體線圈通電在磁場中就能旋轉(zhuǎn)。兩者的不同點(diǎn)就是通電與不通電，由于電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)有著相同的構(gòu)造，如果把電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來，就像發(fā)電機(jī)一樣發(fā)電。但是，這時(shí)的發(fā)電電流方向與電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)的電流方向相反的。電動(dòng)自行車在正常行駛時(shí)，車輪是旋轉(zhuǎn)的，只要停止向電動(dòng)機(jī)供電此時(shí)的電動(dòng)機(jī)變成了發(fā)電機(jī)為蓄電池充電。一段時(shí)間后給電機(jī)供電就又變?yōu)榱穗妱?dòng)機(jī)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能使電動(dòng)自行車能夠行駛。3.1電動(dòng)機(jī)的選擇在所有已有的電動(dòng)機(jī),合性能最好的是直流電動(dòng)機(jī)。過去開發(fā)的電動(dòng)車主要采用有刷直流電動(dòng)機(jī),有刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)調(diào)速方便,改變其輸入電壓或勵(lì)磁電流就可對(duì)其轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的控制,進(jìn)行平滑的調(diào),以有刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)特性和調(diào)速品質(zhì)。但是有刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)由于電刷和換向器的存在而導(dǎo)致以下兩方面的缺:第一,必須進(jìn)行經(jīng)常性的維修和保;第二無法實(shí)現(xiàn)高速大容量。這兩方面的缺點(diǎn)使其在電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用受到了限制。而無刷直流電動(dòng)機(jī)則克服了有刷直流電動(dòng)機(jī)的缺,它既有有刷直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)越的性能,依靠電子換向,免去了機(jī)械式電刷和換向器。本系統(tǒng)選用無刷直流電動(dòng)機(jī)。無刷直流電動(dòng),就其基本結(jié)構(gòu)而言可以認(rèn)為是一臺(tái)有電子開關(guān)線路，永磁式同步電動(dòng)機(jī)以及位置傳感器三者組成的。電動(dòng)機(jī)系統(tǒng),它借助反映轉(zhuǎn)子位置的位置信號(hào),通過驅(qū)動(dòng)控制電,驅(qū)動(dòng)逆變電路的功率開關(guān)元,使電樞繞組依一定次序饋電從而在氣隙中產(chǎn)生步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)磁場,動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)依一定規(guī)律變化,從而改變電樞繞組的通電狀態(tài)實(shí)現(xiàn)無刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械能量轉(zhuǎn)換。有刷直流電動(dòng)機(jī)帶有整流子與電刷，而整流子與電刷根據(jù)轉(zhuǎn)子位置不同而自動(dòng)切換連接位置，從而改變轉(zhuǎn)子電流方向，這是一個(gè)很巧妙的組合。有了它，電動(dòng)機(jī)一接通電源就能旋轉(zhuǎn)。但是實(shí)際應(yīng)用中，這種結(jié)構(gòu)還存在著一些由整流自與電刷之間的機(jī)械連接所產(chǎn)生的缺點(diǎn)。1磨損問題。整流子的材料大多采用硬質(zhì)合金。電刷則使用光滑而又易接觸的金屬與炭化物，這種金屬與碳的化合物具有相類似的潤滑性。但是，無論采用多么耐磨損的整流子材料，他們接觸面之間的磨損總是會(huì)隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生，所以必須定期更換損壞的電刷。2噪聲問題。無論怎么精工制作，整流自娛電刷間的接觸面都不會(huì)天衣無縫，噪聲是必然會(huì)產(chǎn)生的。18

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯3旋轉(zhuǎn)中整流子與電刷磨擦是將由電器噪聲產(chǎn)生。這種電器噪聲會(huì)使電動(dòng)機(jī)周圍的電器設(shè)備產(chǎn)生無動(dòng)作，對(duì)電動(dòng)自行車的電器設(shè)備產(chǎn)生不良影響。正對(duì)以上缺點(diǎn)，在電動(dòng)機(jī)選用時(shí)選用了一種以電子線路進(jìn)行電流切換，而無需整流子與電刷的無刷直流電動(dòng)機(jī)，避免了以上的缺點(diǎn)提高了電動(dòng)車的耐用度。但是無刷直流電動(dòng)機(jī)必須與一定的電子換向電路配套使用從而總的成本增加，但從控制的角度看更具有了靈活性.利用低電平信號(hào)可方便的控制電路的切換，電動(dòng)機(jī)的起停，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)自行車在傳動(dòng)系統(tǒng)中選擇一臺(tái)合適的電動(dòng)機(jī)是極為重要的。電動(dòng)機(jī)的選擇主要是容量的選擇，電動(dòng)機(jī)的容量選小了，一方面不能充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的能力，使生產(chǎn)效率降低，另一方面電動(dòng)機(jī)經(jīng)常在過載下運(yùn)行，會(huì)使它過早損壞，同時(shí)還可能出現(xiàn)啟動(dòng)困難、經(jīng)受不起沖擊負(fù)載等故障。如果電動(dòng)機(jī)的容量選大了，則會(huì)使設(shè)備投資費(fèi)用增加。選擇電動(dòng)機(jī)容量應(yīng)根據(jù)以下兩項(xiàng)基本原則進(jìn)行。。(1)發(fā)熱：電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，必須保證電動(dòng)機(jī)的實(shí)際最高工作溫度電動(dòng)機(jī)絕緣的允許最高工作溫

max

等于或略小于(2)載能:動(dòng)機(jī)在運(yùn)行,須具有一定的過載能.別是在短期工作,于電動(dòng)機(jī)的熱慣性很大,電動(dòng)機(jī)在短期內(nèi)承受高于額定功率的負(fù)載功率時(shí)仍可保證

max

,故此時(shí),決定電動(dòng)機(jī)容量的主要因素不是發(fā)熱而是電動(dòng)機(jī)的過載能力.即所選電動(dòng)機(jī)的最大允許電流I必須大于運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的最大負(fù)載電流I。max電動(dòng)機(jī)是由多種金屬（銅、鋁、鐵、硅鋼片）和絕緣材料等組成，它在運(yùn)行時(shí)，不斷地把電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，在能量的變換過程中必然有能量損耗，這些損耗包括銅損、鐵耗和機(jī)械損耗，其中銅耗與電流的平方成正比地變化，而鐵耗與機(jī)械損耗則幾乎是不變的。這些損耗都變成了熱能而使電動(dòng)機(jī)發(fā)熱、溫度升高。其發(fā)熱的過程如下：剛開始工作的時(shí)候，電動(dòng)機(jī)的溫與周圍介質(zhì)的溫（規(guī)定＋C之M00差(-很小，而熱量的發(fā)散是隨溫度差遞增的，所以，這時(shí)只有少量的熱量被散發(fā)出M0去，大部分熱量都被電動(dòng)機(jī)吸收，因而溫度升高較快，隨著電動(dòng)機(jī)溫度的逐漸升高，它和周圍介質(zhì)的溫差也相應(yīng)地加大，發(fā)散出去的熱量逐漸增加，而被電動(dòng)機(jī)吸收的熱量則逐漸減少，溫度的升高逐漸緩慢。溫是按指數(shù)規(guī)律上升的。當(dāng)溫度升高到一定數(shù)M0值時(shí)，電動(dòng)機(jī)在一秒內(nèi)發(fā)散出去的熱量正好等于電動(dòng)機(jī)在他一秒內(nèi)由于損耗所產(chǎn)生的熱量，這時(shí)電動(dòng)機(jī)不再吸收熱量，因此溫度不再升高溫度趨于穩(wěn)定，達(dá)到最高溫升。值得指出的是熱慣性比電動(dòng)機(jī)本身的電磁慣性、機(jī)械慣性要大得多，一個(gè)小容量的電動(dòng)機(jī)也要運(yùn)行（2～3）小時(shí)，溫升才趨于穩(wěn)定，但溫升上升的快慢還與散熱條件有關(guān)。在切斷電源或負(fù)載減少時(shí)，電動(dòng)機(jī)溫度要下降而逐漸冷卻，在冷卻過程中，其溫度降19

L本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯L低也是按指數(shù)規(guī)律變化的，而冷卻過程是進(jìn)行的很慢的。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，溫度若超過一定的數(shù)值，首先損壞的是繞組的絕緣，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)中的絕緣材料是耐熱最弱的部分，目前，常用的絕緣、B、F、H四級(jí)。如果電動(dòng)機(jī)的工作溫度超過了絕緣材料允許的最高工作溫度，輕則加速絕緣老化過程，縮短電動(dòng)機(jī)壽命，重則絕緣材料碳化變質(zhì)，也就損壞了電動(dòng)機(jī)。據(jù)此規(guī)定了電動(dòng)機(jī)的額定容量，電動(dòng)機(jī)長期在此容量下運(yùn)行時(shí)，應(yīng)不超過絕緣材料所允許的最高溫度。所以，

M

是保證電動(dòng)機(jī)長a期安全運(yùn)行的必要條件，也就是按發(fā)熱條件選擇電動(dòng)機(jī)功率的最基本的依據(jù)。由于電動(dòng)機(jī)的溫升和冷卻都有一個(gè)過程，其溫升不僅取決于負(fù)載的大小，而且也和負(fù)載的持續(xù)時(shí)間有關(guān)，也就是與電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方式有關(guān)?；蛘哒f，電動(dòng)機(jī)額定功率的大小與電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方式有關(guān)。第一步，計(jì)算負(fù)載功率P。第二步，根據(jù)負(fù)載功率，預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定功率和其它。第三步，校核預(yù)選電動(dòng)機(jī)。一般先校核發(fā)熱溫升，再校核過載能力，必要時(shí)校核啟動(dòng)能力。在滿足生產(chǎn)機(jī)械要求的前提下，電動(dòng)機(jī)額定功率越小越經(jīng)濟(jì)。電動(dòng)自行車正常行駛時(shí)所需要電機(jī)的功率為：式中：

FvPm——電動(dòng)車的功率kw；——電動(dòng)自行車的車速/；——電動(dòng)機(jī)的效率，取0.9；m——電動(dòng)機(jī)的臺(tái)數(shù)m。

式(3.1)將數(shù)據(jù)帶入：

31.0536000.98

kw電機(jī)的工作電流：I

U

式(3.2)由于電池的電壓為，所以電動(dòng)自行車的工作電壓為。將的數(shù)據(jù)帶入求得工作電流I4.8A。轉(zhuǎn)速為：20

r12a本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯r12an

60D式中——表示轉(zhuǎn)速ms；D——表示車輪直徑m；帶入數(shù)據(jù)得：

r/min選擇的無刷直流電動(dòng)輪轂的型號(hào)為。額定電壓V額定電流5額定功率1W空載轉(zhuǎn)速r/min在電池選擇時(shí)也應(yīng)該根據(jù)公式()計(jì)算的結(jié)果選擇電池的容量。電動(dòng)車一次充電后在某一速度下續(xù)行的距離等于電池能量與該車在該速度下耗能率kwkm比。能耗率正比于行駛阻力，故設(shè)計(jì)電動(dòng)自行車時(shí)可以由下式估算續(xù)行距離：參考文獻(xiàn)[9]

。

b1K()21

2

式(3.3)式中：K——決定于所用電池能量密度及電動(dòng)自行車的傳動(dòng)效率系數(shù)，對(duì)鎳鎘電池K;G——蓄電池的質(zhì)量,10；bbr—旋轉(zhuǎn)阻力系數(shù),取0.1～0.2N/；k——空氣阻力系數(shù)；a—電動(dòng)自行車受空氣阻力的面積取0.12；

——車速，/。對(duì)k參考文獻(xiàn)[6]a

，前面較陡的非線型車取，小客車取，完全流線型車取。電動(dòng)自行車沒有給出，但是由于電動(dòng)自行車的空氣阻力的受力面主要為人的身體比較不規(guī)則，因此1.0a將數(shù)據(jù)帶入：21

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯

10010.221

37由公式()可見，提高續(xù)行距S的有效途徑是減輕車的質(zhì)量，同時(shí)盡量增加電池的容量(主要提高K)。當(dāng)今電動(dòng)車選用的高能量密度的電池，直接將電動(dòng)機(jī)與車輪合為一體(電動(dòng)輪)以提高傳動(dòng)效率，即提高了電動(dòng)自行車的續(xù)行距離。在行駛中剎車把電動(dòng)車的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，使實(shí)際續(xù)行距離減少。用電機(jī)再生制動(dòng)取代機(jī)械式制動(dòng)可以減少這種損失，而且簡化了結(jié)構(gòu)，減輕了質(zhì)量。這也就是本設(shè)計(jì)的研究意義所在.節(jié)省能量，一次充電行使距離最遠(yuǎn)。3.2無刷電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)的定子通常有勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組通以直流電時(shí)產(chǎn)生磁場。轉(zhuǎn)子又稱電樞，它的作用就是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和電勢，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量變化。當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組中將產(chǎn)生交變感應(yīng)電勢。忽略電機(jī)電感時(shí)，電樞電流I為I

UR式中：U為電樞電壓；為電樞反電動(dòng)勢；R為電樞電阻。直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式為n式中：R——電樞電阻；a——?jiǎng)?lì)磁回路電阻t——工作電壓；U

I(R)atCe

（3.4）C

——電機(jī)構(gòu)成常數(shù)；——磁通量。由式（）可以看出，改變電機(jī)的電壓、磁通和電樞電阻均可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。1改變電樞兩端的電壓調(diào)速：給勵(lì)磁繞組加上額定電壓，使主磁通不變；調(diào)節(jié)施加在電樞上的電源電壓在額定以下變動(dòng)，直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就會(huì)降低。這種調(diào)速方法穩(wěn)定、平滑，但是轉(zhuǎn)速只能降低。于恒功率調(diào)速。電樞串電阻調(diào)速時(shí)電機(jī)的運(yùn)行效率較低，只在小功率或特殊場合使用。2、改變電樞回路串聯(lián)電阻調(diào)速：改變電樞回路串聯(lián)的調(diào)速電阻R,實(shí)際上就是改變電22

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯樞端電壓。增大電樞串聯(lián)電阻，等于降低電樞端電壓，電樞轉(zhuǎn)速必定下降。這種調(diào)速方法轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速只能降低，消耗能量。3改變勵(lì)磁回路電阻調(diào)速：當(dāng)勵(lì)磁電壓為恒值時(shí)，調(diào)節(jié)勵(lì)磁回路串聯(lián)電阻，即改變了勵(lì)磁電流，也就改變主磁通，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速改變。這種調(diào)速方法調(diào)速范圍大，調(diào)速平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。當(dāng)改變電機(jī)的電壓進(jìn)行調(diào)速時(shí)，電機(jī)的機(jī)械特性為一組平行直線。當(dāng)增加電機(jī)電壓達(dá)到電機(jī)的額定電壓時(shí)，因?yàn)殡姍C(jī)的絕緣強(qiáng)度的限制不能繼續(xù)增加電壓提高電機(jī)的轉(zhuǎn)速，改變可以減小電機(jī)的磁通以提高電機(jī)的轉(zhuǎn)速。改變電樞電壓調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；弱磁調(diào)速屬于恒功率調(diào)速。電樞串電阻調(diào)速時(shí)電機(jī)的運(yùn)行效率較低，只在小功率或特殊場合使用。（PWM）目前，直流電動(dòng)機(jī)控制中應(yīng)用最多的方法就是PWM（modulation）控制。這是用“開關(guān)方式”控制電壓的一種方法。從開關(guān)導(dǎo)通到下一次導(dǎo)通的時(shí)間間隔稱為“開關(guān)周期”。當(dāng)開關(guān)周期一定時(shí)，在開關(guān)周期的寬度內(nèi)改變導(dǎo)通的時(shí)間就控制了電壓。導(dǎo)通時(shí)間相對(duì)于開關(guān)周期的比例稱為“占空比”。當(dāng)占空比較小時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間短，加到電動(dòng)機(jī)上的電壓低，電動(dòng)機(jī)低速旋轉(zhuǎn)。如果加大占空比，加到電動(dòng)機(jī)上的電壓高，電動(dòng)機(jī)就會(huì)高速旋轉(zhuǎn)。一秒時(shí)間內(nèi)開關(guān)動(dòng)作的次數(shù)稱為“PWM頻率”。一般工業(yè)用直流伺服電動(dòng)機(jī)的PWM頻率大約是即一秒種內(nèi)開關(guān)導(dǎo)通/斷2次兩次開關(guān)導(dǎo)通之間的開關(guān)周期僅短短的50。在這段時(shí)間內(nèi)調(diào)節(jié)導(dǎo)通的時(shí)間，就可以控制電壓。PWM控制巧妙地利用了電動(dòng)機(jī)線圈的電感控制使用電力控制的三極管作為開關(guān)。當(dāng)三極管導(dǎo)通時(shí)，電感阻礙突然產(chǎn)生的大電流瞬間涌入三極管，避免出現(xiàn)超過允許值的電流而損壞三極管。另外，電動(dòng)機(jī)兩端還裝有只能單方向?qū)щ姷陌雽?dǎo)體二極管。當(dāng)開關(guān)關(guān)斷時(shí)，電感會(huì)使電流持續(xù)地流動(dòng)，讓這個(gè)電流通過二極管反方向流過，就可以有效地利用電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的能量。(1)傳感器的定義及組成傳感器是指感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)輸出的器件或裝置。它是有敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、電子線路組成。傳感器輸出的信號(hào)在機(jī)電一體化中一般為電信號(hào)。在日常生活中傳感器的別名有變換器、探測器、換能器、一次儀表等。磁敏式位置傳感器是指它的某電參數(shù)按一定的規(guī)律隨周圍磁場變化的半導(dǎo)體敏感元件。其基本原理為霍爾效應(yīng)和磁阻效應(yīng)。目前常見的磁敏傳感器有霍爾元件或霍爾集成電路磁敏電阻器及磁敏傳感有霍二元件或霍爾集成電路磁敏電阻器及磁敏二極管等種。傳感器的種類很多，在做電動(dòng)自行車發(fā)電反饋系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用的是位移與位置傳感器23

UU本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯UU中的位置開關(guān)霍爾式。它的特點(diǎn)是非接觸測量，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好；但是對(duì)臨近物體的材料特性和表面的性質(zhì)有一定的要求。(2)霍爾式傳感器的各種原理霍爾式傳感器是基于金屬或半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)制成的傳感器。如圖3-1所示的金屬或半導(dǎo)體薄片。若在它的兩端通以控制電流，并在薄片的垂直方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為

的磁場，那么，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢H，這中現(xiàn)象叫霍爾效應(yīng)?；魻栃?yīng)的產(chǎn)生是薄片內(nèi)運(yùn)動(dòng)電荷受磁場中洛倫磁力作用的結(jié)果。在此力的作用下，電子向一側(cè)偏移并形成積累，另一側(cè)則積累正電荷，于是又產(chǎn)生的電場。該電場阻止運(yùn)動(dòng)電荷的繼續(xù)偏移當(dāng)該電場中的作用在電子上力與洛倫磁力相等時(shí)電子積累達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)霍爾電勢為：U

H

KIBH式中：

K

H

——霍爾元件的靈敏度；I

——控制電流；——磁感應(yīng)強(qiáng)度?；据斎肟刂齐娏?/p>

I

或磁感應(yīng)強(qiáng)度

，霍爾電勢將正比變化，霍爾傳感器就`是基于這一原理制成的?；镜臏y量電路如圖所示。圖3-1霍式傳感器3.3電動(dòng)車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖3-2測電路控制器是由周邊器件和集成塊組成周邊器件是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)輸入輸出功能的器件，它們是放大器、傳感器、橋式開關(guān)電,及輔助單片機(jī)或?qū)Ｓ眉呻娐吠瓿煽刂七^程的器件；在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),用脈寬調(diào)制原理控制直流無刷電機(jī)的速度。同時(shí)，應(yīng)用了回饋制動(dòng)的技術(shù)，將制動(dòng)能量回饋到電網(wǎng)對(duì)蓄電池進(jìn)行充電從而大大節(jié)省了能源，提高了用效率。24

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯1、控制芯片是腳的雙列直插窄式集成電路塊,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。其主要功能有:(1)轉(zhuǎn)子位置譯碼器接受轉(zhuǎn)子位置檢測器的信號(hào),處理后生成6路輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制逆變橋的正確換流;(2)故障與處理包括欠壓、過熱、誤碼、過流等(3)正反轉(zhuǎn)控制改變路輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的順,改變定子繞組的電流方,而改變電機(jī)轉(zhuǎn);(4)制動(dòng)封鎖所有上橋臂的驅(qū)動(dòng)信,使電機(jī)與電源隔,時(shí)打開所有下橋臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào),接電機(jī)的電動(dòng)勢,使電機(jī)迅速減速;(5)內(nèi)部振蕩器決PWM調(diào)制頻率(6)轉(zhuǎn)速給定包1個(gè)誤差放大器和比較器,給定的轉(zhuǎn)速信號(hào)與振蕩器的輸出鋸齒波相比較產(chǎn)生PWM控制信;(7)內(nèi)部基準(zhǔn)電壓不僅用于內(nèi)部比較器和振蕩器的電源,還輸出作為轉(zhuǎn)子位置檢測器的電源。圖3－3MC33035電路示意圖2控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)以MC33035為核心構(gòu)成的電動(dòng)車控制系統(tǒng)采用PWM方式控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速采用電機(jī)內(nèi)置的霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)子位置。由MC33035接收霍爾傳感器的位置信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行譯碼以決定由哪個(gè)電極換相。采用三相全橋驅(qū)動(dòng)，由人根據(jù)車速的快慢來調(diào)節(jié)控制車速電位器,使車加速或減速。（1）轉(zhuǎn)子位置檢測電路無刷直流電動(dòng)機(jī)定子繞組采用三Y型接法,三個(gè)霍爾位置傳感器的空間間距°,25

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯即120°電角度。3霍爾感應(yīng)器的輸出、、分別接到的45、6腳設(shè)置芯片的這3個(gè)引腳響應(yīng)方式為電平跳變觸發(fā)當(dāng)霍爾脈沖發(fā)生由高而低或者由低而高的電平跳變時(shí),均會(huì)觸發(fā)中斷,六種組合分別對(duì)應(yīng)一個(gè)周期中6個(gè)狀態(tài)以查表方式確定換相。圖—轉(zhuǎn)子置檢測電路（2）欠壓保護(hù)的第17的輸入電壓低9.1V由于第17腳的輸入連接內(nèi)部一比較器的同相輸入端。該比較器的反相輸入為內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)電壓,此時(shí)MC33035通過與門將驅(qū)動(dòng)下橋的三路輸出全部封鎖下橋的3功率三極管全部關(guān)斷,電機(jī)停止運(yùn)行,起欠壓保護(hù)作用。（3）系統(tǒng)電路圖下圖是運(yùn)用MC33035IR2103設(shè)計(jì)的36V直流無刷電機(jī)控制線路圖控制的無刷直流電機(jī)為一輪轂電機(jī)，額定電壓3，額定功率，最大允許電流5A，要求電動(dòng)車的額定轉(zhuǎn)速為20km/h系統(tǒng)采用塊額定電壓為12V的個(gè)鎘－鎳免維護(hù)蓄電池供電考慮到需的電壓范圍為10，用穩(wěn)壓7815給其供電。系統(tǒng)PWM信號(hào)頻率可以由外部電路調(diào)節(jié)，只需要在M外圍加一個(gè)電容、一個(gè)電阻和一個(gè)可調(diào)電位器即可產(chǎn)生所需要的脈寬調(diào)制信號(hào)。IR2103芯片是為了驅(qū)MC33035，MC33035將產(chǎn)生P信號(hào)輸送給IR2103，而I是將其控制信號(hào)進(jìn)行處理，進(jìn)而將其放大。的第7為使能端，高電平有效，只要將其輸入電平設(shè)置為低，即可實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)剎車另外也可經(jīng)通過調(diào)節(jié)控制車速的電位器從而改變WM信號(hào)的占空比實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速；當(dāng)占空比為零時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速為零，實(shí)現(xiàn)剎車。26

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯圖MC33035片控制線路圖27

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯4電動(dòng)自行車的能量回收在提高電動(dòng)自行車性能中，改善能量的利用率十分重要。車輛在減速或制動(dòng)時(shí)，將其中一部分能量轉(zhuǎn)化為電能的過程稱為制動(dòng)反饋。電動(dòng)自行車采用電制動(dòng)時(shí)，通過將驅(qū)動(dòng)電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，使車輛產(chǎn)生制動(dòng)力矩，同時(shí)利用所產(chǎn)生電能反充到蓄電池，從而有效地回收制動(dòng)能量，延長行駛里程。4.1制動(dòng)模式與能量的分析電動(dòng)自行車制動(dòng)的方法可分為機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)兩大類

[制動(dòng)方式應(yīng)考慮機(jī)械制動(dòng)與電氣制動(dòng)的結(jié)合，盡可能多的用回饋發(fā)電方式取代機(jī)械式制動(dòng)。當(dāng)電動(dòng)自行車高速行駛時(shí)，其驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般是在恒功率狀態(tài)下運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)力矩與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速或車輛速度成反比。因此，恒功率下電機(jī)的轉(zhuǎn)速越高，能量回收能力越低。當(dāng)電動(dòng)自行車中低速時(shí)，由于制動(dòng)能量回收力矩通常保持在負(fù)荷狀態(tài)，所以能量的回收能力隨著車速降低而減小。通過能量回饋，既可減少機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的損耗，又能提高整車能量的使用效率，達(dá)到節(jié)約能源和改善續(xù)駛里程的目的。如下圖所示：圖4-1電自行車能量應(yīng)用模式電動(dòng)自行車制動(dòng)可分為三種，對(duì)不同情況應(yīng)用不同控制策略。（1）緊急制動(dòng):應(yīng)用于自行車制動(dòng)加速度大的過程。（）中輕度制動(dòng)：應(yīng)用于自行車在正常工況下的制動(dòng)過程，可分為減速過程與停止過程。電制動(dòng)完成減速過程，機(jī)械制動(dòng)完成停止過程。兩種制動(dòng)的過渡點(diǎn)由電機(jī)發(fā)電特性確定。應(yīng)避免充電電流過大，或充電時(shí)間過長。（）下長坡時(shí)制動(dòng)：應(yīng)用于制動(dòng)力壓球不大時(shí)，可完全由電制動(dòng)提供，充電特點(diǎn)為回饋電流小，充電時(shí)間長。在電動(dòng)自行車上，并非所有機(jī)械能或制動(dòng)能量都可再生，制動(dòng)力從地面與輪胎表面?zhèn)魉偷杰囕喤c半軸，然后由再生制動(dòng)控制進(jìn)行制動(dòng)力的分配，決定前后輪摩擦制動(dòng)和再生制動(dòng)的多少。只有驅(qū)動(dòng)輪上的制動(dòng)能量可沿著與之相連接的驅(qū)動(dòng)軸傳送到能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，另一部分的制動(dòng)能量將由車輪上的摩擦制動(dòng)而以熱的形式散失與大氣中。同時(shí)，在制動(dòng)能量28

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯回收的過程中能量傳送環(huán)節(jié)和能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的各部件也會(huì)造成能量損失在再生制時(shí)，制動(dòng)能量通過電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，而電動(dòng)機(jī)吸收制動(dòng)能量的能力依賴于電機(jī)速度，在其速度范圍內(nèi)制動(dòng)時(shí)，可再生的能量與速度成正比，當(dāng)所需的制動(dòng)能量超出能量回收系統(tǒng)的范圍時(shí)，電機(jī)可吸收的能量將保持不變。超出的這部分能量就被摩擦制動(dòng)系統(tǒng)吸收。故傳統(tǒng)的摩擦制動(dòng)也是必須的，只有將再生制動(dòng)與摩擦制動(dòng)有效結(jié)合，才有可能產(chǎn)生一個(gè)高效的制動(dòng)系統(tǒng)。4.2能量回饋的控制策略能量回饋控制策略直接影響了能量回饋效率、制動(dòng)安全性、騎車感覺等，是基于常規(guī)自行車制動(dòng)系統(tǒng)的能量回饋控制方式的核心技術(shù)，需要綜合考慮各種因素。在回饋控制方式中，制動(dòng)力矩實(shí)際包括機(jī)械制動(dòng)力矩與能量回饋輔助制動(dòng)力矩。由于機(jī)械制動(dòng)力矩閘瓦決定，能量回饋控制系統(tǒng)無法干預(yù)。因此，如何在這樣的系統(tǒng)約束條件下獲得最高能量回饋效率，同時(shí)確保制動(dòng)安全性以及過渡的柔順性，是能量回饋控制策略的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。在控制邏輯中將能量回饋輔助制動(dòng)力矩設(shè)計(jì)為車速的函數(shù)，車輛當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)經(jīng)過判斷是否進(jìn)入能量回饋控制過程以及是制動(dòng)能量回饋模式還是滑行能量回饋模式。1）柔順性控制在車輛制動(dòng)工況，能量回饋對(duì)車輛產(chǎn)生的輔助制動(dòng)力矩將影響駕駛?cè)嵝裕鑼?duì)制動(dòng)能量回饋力矩的大小進(jìn)行優(yōu)化控制。通過動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)制動(dòng)能量回饋力矩的大小，確保實(shí)施能量回饋?zhàn)饔煤蟮闹苿?dòng)加速度、加速度變化率趨勢與原車制動(dòng)的效果相近，從而使在能量回饋?zhàn)饔脮r(shí)制動(dòng)感覺與常規(guī)自行車相近。在實(shí)際系統(tǒng)中，還涉及許多其它控制參數(shù)，各控制參數(shù)可通過標(biāo)定工具隨車在線標(biāo)定與優(yōu)化。2）能量回饋效率尋優(yōu)在車輛的制動(dòng)能量回饋工況中，保持駕駛?cè)犴樞允鞘滓紤]的，而對(duì)于滑行工況能量回饋，能量回饋效率與駕駛?cè)犴樞皂毻瑫r(shí)兼顧。能量回饋效率的優(yōu)化是個(gè)動(dòng)態(tài)尋優(yōu)過程，不僅需要使電機(jī)發(fā)電效率、逆變器工作效率、動(dòng)力蓄電池充電效率均處于高效區(qū)，而且還與車輛動(dòng)力學(xué)有關(guān)，同時(shí)還必須滿足車輛控制實(shí)時(shí)性的要求。4.3電動(dòng)自行車能量的消耗評(píng)價(jià)方法1能量消耗率：有兩種計(jì)算方法：一種是以每公里電動(dòng)自行車消耗的電網(wǎng)交流電量評(píng)價(jià)。這種方法由于充電設(shè)備效率不同，可以導(dǎo)致相同的行駛工況不同的能耗效率；另一種是以平均每公里消耗的電池組直流電量評(píng)價(jià)，不把充電設(shè)備和電動(dòng)自行車作為整體考慮，能較直接和客觀地反映電動(dòng)自行車的實(shí)際性能。2比能耗：是在能量消耗率的基礎(chǔ)上除以車輛的總質(zhì)量，以得到單位車質(zhì)量的能量消耗情況，該數(shù)值便于不同車型之間進(jìn)行能耗水平比較。29

22本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯22電動(dòng)自行車作為一個(gè)能量系統(tǒng)，主要包括能量存儲(chǔ)系統(tǒng)、主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是主要能耗系統(tǒng)，也是電動(dòng)自行車行駛的動(dòng)力傳遞途徑。有電池內(nèi)阻損耗、機(jī)械摩擦損耗、電器部件損耗以及制動(dòng)損耗等。在能耗中，主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)占大部分，這種關(guān)系是在電動(dòng)自行車的行駛過程中，隨著使用時(shí)間的增加，逐步增加到基本穩(wěn)定的過程。電動(dòng)自行車的驅(qū)動(dòng)效率在車輛行駛初期，需要完成電池預(yù)熱，即車輛進(jìn)入良好工作狀態(tài)需要消耗一部分能量。1車身構(gòu)造對(duì)能耗的影響：電動(dòng)自行車的車身的要求與普通自行車基本一致，在滿足剛度和強(qiáng)度要求的情況下，應(yīng)力求車身的輕量化。一般空氣阻力是車輛高速行駛時(shí)能耗的重要因素，空氣阻力與空氣阻力系數(shù)和迎風(fēng)面積成正比，所以降低風(fēng)阻系數(shù)是降低空氣阻力的重要手段。2工況對(duì)能耗的影響：在同一時(shí)間段，不同路段的車流量和人流量有很大的不同，因此電動(dòng)自行車能量消耗也隨之有相應(yīng)的變化。車輛大致平均車速（接近車輛經(jīng)濟(jì)車速。3環(huán)境溫度對(duì)能耗的影響：電動(dòng)自行車的能耗也與環(huán)境因素有關(guān)。首先，各種電池都有最佳工作溫度，而且在不同溫度時(shí)，電池放出的能量及內(nèi)阻等有很大的差別。其次，溫度對(duì)車輛個(gè)部分都有影響。4）能量損耗對(duì)能耗影響：主要包括3個(gè)方面即電池內(nèi)阻損耗、機(jī)械摩擦損耗、制動(dòng)損耗。4.4制動(dòng)效能及制動(dòng)能量回收的約束條件可以用制動(dòng)減速度和制動(dòng)距離來評(píng)價(jià)。1.制動(dòng)減速度制動(dòng)減速度是指制動(dòng)時(shí)速度減少的快慢程度。減速度越大，制動(dòng)所需要的時(shí)間和制動(dòng)距離越短，制動(dòng)性能就越好。自行車在干燥平坦路面上緊急制動(dòng)時(shí)，最大減速度可達(dá)2。在實(shí)際應(yīng)用中，考慮到騎車人的安全性和舒適性以及負(fù)荷轉(zhuǎn)移等因素，最大制動(dòng)減速度一般遠(yuǎn)較上述數(shù)值為低。制動(dòng)減速度如果超過2m/s將使騎車人不舒服。只有在緊急情況下才允許使用。2.制動(dòng)距離自行車制動(dòng)距離是騎車人開始剎車到自行車完全停止的距離。制動(dòng)距離比制動(dòng)減速度更能表明制動(dòng)系統(tǒng)的工作效率，所以被廣泛采用。但制動(dòng)距離的長短不僅卻決于自行車制30

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯動(dòng)系的構(gòu)造和路面質(zhì)量，而且決定于制動(dòng)初速與騎車人反映快慢，所以制動(dòng)距離是較為客觀的參數(shù)。在制動(dòng)過程中車速隨時(shí)間的變化曲線，如下圖所示：圖4-2車隨時(shí)間的變化曲線由于車速與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系，故電動(dòng)機(jī)在各種不同制動(dòng)方式的機(jī)械特性下可得出在制動(dòng)過程中電動(dòng)機(jī)制動(dòng)力隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線。隨著車速的下降電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也隨之下降，由于電動(dòng)機(jī)制動(dòng)是靠電子控制實(shí)現(xiàn)的，因此電磁制動(dòng)的作用時(shí)間與剎車同步，不存在滯后時(shí)間，加快了制動(dòng)力的響應(yīng)速度。由于電動(dòng)自行車在制動(dòng)時(shí)部分動(dòng)能被電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，從而提高了制動(dòng)器的制動(dòng)效能。4.5制動(dòng)能量回收控制算法制動(dòng)能量回收的約束條件實(shí)用的能量回收系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：1滿足剎車的安全要求，符合駕駛員的剎車習(xí)慣。剎車過程中，對(duì)安全的要求是第一位的。需要找到電剎車和機(jī)械剎車的最佳覆蓋區(qū)間，在確保安全的前提下，盡可能多地回收能量。具有能量回收系統(tǒng)的電動(dòng)自行車的剎車過程應(yīng)盡可能地與傳統(tǒng)的剎車過程近似，這將保證在實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)有吸引力，可以為大眾所接受。2考慮驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)電工作特性和輸出能力。電動(dòng)自行車中常用的是永磁直流電機(jī)或無刷永磁直流電動(dòng)機(jī)，應(yīng)針對(duì)不同的電機(jī)的發(fā)電效率特性，采取相應(yīng)的控制手段。3確保電池組在充電過程中的安全，防止過充。電動(dòng)自行車中常用的電池為鎳氫電池、鋰電池和鉛酸電池。充電時(shí)，避免因充電電流過大或充電時(shí)間過長而損害電池。由以上分析可得能量回收的約束條件：1)根據(jù)電池放電深度的不同，電池可接受的最大充電電流。2)電池可接受的最大充電時(shí)間。31

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯3)充電的電壓必須大于電池的額定電EU。4.6永磁無刷直流電機(jī)相關(guān)性能及其能量回饋制動(dòng)原理永磁無刷直流電機(jī)是近年來隨著電力電子器件及新型永磁材料而迅速發(fā)展成熟的一種新型電機(jī)。永磁無刷直流電機(jī)與永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)相似。定子結(jié)構(gòu)與普通的同步電機(jī)及異步電機(jī)相同，鐵中心嵌放對(duì)稱多相繞組，繞組可結(jié)成星型或三角形；轉(zhuǎn)子采用永磁結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的電機(jī)根據(jù)磁路結(jié)構(gòu)和永磁體的形狀不同，其氣隙磁場波形可以是方波、梯形波或者正弦波，電機(jī)運(yùn)行時(shí)對(duì)應(yīng)的反電動(dòng)勢波形也為方波、梯形波以及正弦波。通常，反電動(dòng)勢為正弦波的電機(jī)叫做永磁同步電機(jī)，反電動(dòng)勢為方波或梯形波的電機(jī)稱為永磁無刷直流電機(jī)。如果把電機(jī)、逆變器以及轉(zhuǎn)子位置傳感器作為一個(gè)整體，則逆變器相當(dāng)于直流電機(jī)的換向器，轉(zhuǎn)子位置傳感器相當(dāng)于直流電機(jī)的電刷，永磁體代替了原來直流電機(jī)的定子勵(lì)磁繞組以及鐵心，兩者的區(qū)別在于定轉(zhuǎn)子位置互換了。從逆變器直流側(cè)看，電流為直流，因此稱為無刷直流電機(jī)。無刷直流電機(jī)既具有交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便，又具有直流電機(jī)那樣良好的調(diào)速性能而沒有機(jī)械式換向的優(yōu)點(diǎn)。由于采用了永磁結(jié)構(gòu)，無刷直流電機(jī)沒有勵(lì)磁損耗，比傳統(tǒng)的交流電機(jī)體積小、效率高。并且永磁無刷直流電機(jī)能夠很好地滿足電動(dòng)自行車頻繁地啟動(dòng)加速制動(dòng)故是理想的電動(dòng)自行車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)之一。圖4-3控系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)圖永磁無刷直流