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電動(dòng)助力車因結(jié)構(gòu)簡單、噪音小,、環(huán)保,、節(jié)能等，深受廣大群眾的歡迎,。電動(dòng)機(jī)助力車結(jié)構(gòu)原理大同小異,，主要是由電瓶、控制器,、轉(zhuǎn)把,、電剎車、儀表燈光轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和直流電動(dòng)機(jī)等組成,。供電有24V,、36V、48V三種,，電動(dòng)機(jī)分為直流有刷,、無刷(現(xiàn)多為無刷直流電機(jī))。本文以無錫佳勝牌無刷直流電動(dòng)機(jī)(功率500W,，供電48V,，電流12A，相位角120°)為例,，對無刷電動(dòng)機(jī)進(jìn)行剖析,，根據(jù)實(shí)物繪制出電動(dòng)機(jī)定子平面展開圖見圖1,。同時(shí)還以北京TDR55Z-5型“風(fēng)速七代”電動(dòng)車無刷直流電機(jī)控制器進(jìn)行剖析。測繪電路圖(見圖2),，供參考,。 一,、助力車專用無刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩輸出方式和結(jié)構(gòu) 1．常見的直流電動(dòng)機(jī)的電樞是旋轉(zhuǎn)的,、而助力車上的電動(dòng)機(jī)電樞是靜止不旋轉(zhuǎn)的，而旋轉(zhuǎn)部分是與車輪連成一體的磁極組,。 2．電動(dòng)機(jī)定子(電樞)和轉(zhuǎn)子(車輪)結(jié)構(gòu)中,，定子是由0．5mm厚的硅鋼片疊合起來，它的外圍表面上均勻分布著36個(gè)槽,，鐵芯中間用鋁合金做支架,，再裝在車軸上。在槽內(nèi)嵌有三相繞組,，A—X,、B—Y、C—Z,，分別在空間位置互相間隔120°,，鑲嵌在槽內(nèi)。三相繞組的末端．X,、Y,、Z、連接在一起,，形成星形接法,。見圖1。三相繞組采用10股線徑φ0．59mm的高強(qiáng)漆包并繞而成,。同時(shí)采用三只霍爾元件做每相磁極位置傳感器,，按一定角度分別鑲嵌在定子鐵芯外圍表面上的三個(gè)凹槽內(nèi)。見圖1,。電動(dòng)機(jī)引線用8根不同顏色的絕緣導(dǎo)線從車軸的中心孔引出與外部的控制器連接,。其中黃線(A)、綠線(B),、藍(lán)線(C)三根粗線為三相電源線,。細(xì)線、紅,、黑為傳感器電源線,，另外三根黃、綠,、藍(lán)為傳感器輸出線,。 3．轉(zhuǎn)子和車輪為一體,，由鋁合金鑄造而成。在車輪的輪轂內(nèi)徑上粘貼一圈稀土永磁鋼,、共40條,，組成20對磁極，因而這臺電動(dòng)機(jī)的極數(shù)為20極,。在輪轂兩側(cè)上有端蓋和軸承,。 二、電動(dòng)機(jī)工作原理分析 電子開關(guān)換向應(yīng)用在直流低速電動(dòng)機(jī)上是一項(xiàng)新技術(shù),。因無碳刷減少了直流電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中產(chǎn)生的噪音,，碳刷接觸換向器產(chǎn)生火花造成電磁波的干擾和磨損后更換的麻煩及高故障率等。電子開關(guān)換向器(控制器)主要是由集成電路,、驅(qū)動(dòng)開關(guān),、(PWM)脈寬調(diào)制電路、功率場效應(yīng)管,、傳感器等組成,。當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，首先由安放在定子鐵芯上的三只開關(guān)型霍爾元件檢測到磁極位置,，以開關(guān)方式發(fā)出數(shù)字脈沖信號(二值信息),，提供給控制器、控制器得到信息后,，集成電路按預(yù)先設(shè)定的邏輯開關(guān)程序,，根據(jù)傳感器(霍爾元件)信號按順序分別送至三只驅(qū)動(dòng)模塊，同時(shí)也送入PWM脈寬調(diào)制信號,，使六只功率場效應(yīng)管按時(shí)序順序分別導(dǎo)通和截止,，使電樞上的每相繞組得到正負(fù)方向變化的電流，形成電子換向,，使電樞建立旋轉(zhuǎn)磁場,。功率場效應(yīng)管的導(dǎo)通和截止時(shí)間由轉(zhuǎn)把信號控制(PWK)脈寬調(diào)制電路的方波占空比來實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。 該機(jī)的轉(zhuǎn)子采用稀土永磁做磁極,，因此轉(zhuǎn)子磁通φ是固定的,。在這種情況下電樞電壓U與電流Is及反電動(dòng)勢Es之間有如下關(guān)系：U=Es+IsRs，而反電動(dòng)勢Es=Ceφn,，則n=U-IsRs／Ceφ,，從這個(gè)關(guān)系式可以看出，當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載一定時(shí),，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電壓及磁通φ有關(guān),，因此電樞上的電磁轉(zhuǎn)矩是和電壓的平方成正比，因而只要改變電樞的端電壓就能實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速,。調(diào)速的方法很多,，但采用PWM脈寬調(diào)制方式可增強(qiáng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩輸出硬度,，因而不同于其他改變導(dǎo)通角度降壓的調(diào)速方式。 由上可知直流電動(dòng)機(jī)無論是電子換向還是有刷換向,。只要磁極的對數(shù)和磁通φ固定,，電機(jī)端電壓變化，必然使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化,，轉(zhuǎn)速的變化又使換向的次數(shù)發(fā)生變化,，電機(jī)端電壓、轉(zhuǎn)速,、換向頻率,、它們之間是一種邏輯循環(huán)關(guān)系,。 該機(jī)是模擬三相交流供電,，可按交流電求出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。見公式n=f60／P,，已知無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場是由20磁極組成,，也就是說每當(dāng)車輪旋轉(zhuǎn)一周時(shí)(轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周)，每相霍爾元件就分別給出20次脈沖信號,，控制器得到信息后,，輸出模擬三相交流電使電樞上的每相繞組的電流方向相應(yīng)也是正負(fù)換向20次，即20周／秒,。所以周期為T=0．05秒,，因頻率與周期是互為倒數(shù)關(guān)系，這臺電動(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速為n=60r／min,。這時(shí)的電動(dòng)機(jī)端電壓為8．2V,。當(dāng)電動(dòng)機(jī)端電壓提高到36．9V時(shí)，也就是說脈寬調(diào)制有效值在76％左右(是該車的最高電機(jī)端電壓),，其電壓約提高了4．5倍,，同時(shí)轉(zhuǎn)速和換向頻率也增加了4．5倍，這時(shí)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為4．5x60r／min=270r／min,，所以說這臺電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為270r／min,。這時(shí)的換向頻率是f=Pn／60=90Hz。 通過上面數(shù)據(jù)可求出這臺助力車的最高行駛車速,，已知車輪直徑：D=0．41m,，即Dxπ=L，0．41m×3．14=1．287m(周長),，1．287m×270r／min×h=1．287m×270r／min×60=20．8km／n,。因電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速差S的存在，這臺車最高行駛車速約20km／小時(shí)左右,。轉(zhuǎn)載請注明轉(zhuǎn)自“維修吧-  http://www.”  三,、故障車檢修實(shí)例 1．佳勝牌助力車無刷電機(jī),，起步困難，噪音大,，需加外力才能啟動(dòng),，行駛無力，車速下降,。 檢修：用萬用表測試傳感器上的紅線(+)和黑線(-)時(shí)有4．5V的直流電壓,，傳感器供電正常，再用正表筆和紅線(+)接觸,，用負(fù)表筆分別測試傳感器上的三根輸出線(黃,、綠、藍(lán)線),，同時(shí)用手轉(zhuǎn)動(dòng)車輪(轉(zhuǎn)子)都應(yīng)有0～3．7V的脈沖電壓,。但當(dāng)測到綠線時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)車輪無任何反映，說明傳感器綠線斷或霍爾元件損壞,，造成該相沒有輸出位置信號,，導(dǎo)致主電源綠線缺相。拆開電機(jī)將電樞從轉(zhuǎn)子中抽出,，只接通控制器傳感器電路,、接通鑰匙開關(guān)，用正表筆接觸紅線(+)負(fù)表筆接觸綠線,、用一塊磁鐵去接近該相霍爾元件(視磁鐵為N極),，這時(shí)表上應(yīng)有3．7V左右的直流電壓，再用磁鐵的另一面(視為S極)去接近霍爾元件表面,，這時(shí)表上的電壓讀數(shù)應(yīng)變?yōu)?V,。而測綠線B相無任何反映，說明該相霍爾元件已損壞(型號為S41型,，開關(guān)型霍爾元件),。因該電機(jī)相位角是120°，所以安裝霍爾元件時(shí)一定耍將B相的霍爾元件有型號面朝下安放(相位角60°的電機(jī)三個(gè)霍爾元件型號面均朝上),。這一點(diǎn)一定要注意,，否則電機(jī)不能正常工作。將損壞的霍爾元件拆除,，用同型號的新霍爾元件換上并用二合一膠粘牢,，待干后將電機(jī)重新裝好，通電試車正常,，故障排除,。 2．北京新日TDR55Z-5型“風(fēng)速七代”無刷電動(dòng)助力車，有時(shí)接通鑰匙開關(guān)時(shí)，電動(dòng)機(jī)即高速旋轉(zhuǎn),，轉(zhuǎn)把失靈,，時(shí)而正常，時(shí)而不正常,。 檢修：出現(xiàn)故障時(shí)將轉(zhuǎn)把插頭拔掉,，電動(dòng)機(jī)仍快轉(zhuǎn)不停。打開控制器,，用表測試脈寬調(diào)制塊SG3524N 12腳(見圖2),，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)把時(shí)，有0．75～0．35V的可變電壓,，用示波器可見到可變的脈寬波形,，說明脈寬調(diào)制電路正常。這時(shí)發(fā)現(xiàn)和12腳連接的三極管V1 2N5551的c極開焊,，補(bǔ)焊后試車正常,。從圖2可看出當(dāng)V12N5551 c極開焊后，使三只驅(qū)動(dòng)開關(guān)塊IR201的②腳由原低電位變?yōu)楦唠娢?，因而電?dòng)機(jī)出現(xiàn)高速狀態(tài),，轉(zhuǎn)把失靈。 3．新日無刷電動(dòng)車,，轉(zhuǎn)把歸回原位后電動(dòng)機(jī)(車輪)慢轉(zhuǎn)不停，其他正常,。 檢修：說明故障在轉(zhuǎn)把上,，用一新轉(zhuǎn)把換后故障排除?？捎靡韵路椒z測轉(zhuǎn)把好壞,，將轉(zhuǎn)把上的紅線(+)和黑線(-)接5V直流電壓，綠線和黑線接電壓表,，這時(shí)電壓應(yīng)為0．8V左右,，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)把時(shí)表上的電壓應(yīng)隨轉(zhuǎn)把的轉(zhuǎn)動(dòng)角度在0．8～4．2V之間變化，否則說明轉(zhuǎn)把已 損壞,。轉(zhuǎn)把上使用的霍爾元件屬線性磁感元件,。如換后電動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，說明轉(zhuǎn)把線接反,，這時(shí)將紅線和綠線對掉即可,。如轉(zhuǎn)把黑線斷，車輪也會(huì)出現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象,。 4．新日無刷電動(dòng)助力車,，接通鑰匙開關(guān)后電動(dòng)機(jī)噪音大且不轉(zhuǎn)。 檢修：檢查發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)后軸引線扭轉(zhuǎn)處破皮,，換新線后試車電動(dòng)機(jī)仍噪音大且不轉(zhuǎn),，說明控制器已損壞,。用一新控制器換上后，試車正常,。故障原因是用戶更換后輪胎時(shí)沒有把車軸螺母擰緊,，行駛時(shí)因螺母松動(dòng)造成引線扭動(dòng)磨破皮而短路，導(dǎo)致控制器里的功率場效應(yīng)管損壞,。 5．錢江牌無刷36V直流電機(jī)助力車,，車行駛正常，輕按剎車閘把時(shí)電動(dòng)機(jī)反而加速,，電動(dòng)機(jī)不斷電,。 檢修：測試剎車閘把上的兩個(gè)霍爾元件的輸出電壓，不剎車時(shí)為0V,，剎車時(shí)為3．9V,，說明正常。測試電動(dòng)機(jī)的端電壓同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)把有0～30V的變化電壓,，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也變化可調(diào),，說明電動(dòng)機(jī)及供電系統(tǒng)正常。 當(dāng)輕按剎車閘把時(shí)電動(dòng)機(jī)加速(前后剎車閘把一樣),，這時(shí)電動(dòng)機(jī)端電壓已升為38．5V,，說明剎車信號電壓已直接加到了功率場效應(yīng)管的控制極，使功率場效應(yīng)管完全導(dǎo)通,，使電機(jī)的端電壓增加了五分之一左右,，造成電機(jī)加速(極易發(fā)生交通事故)。原因是控制器里的脈寬調(diào)制集成塊TL494損壞,，換上新集成塊后故障排除,。 |
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