汽車用多繞組無刷發(fā)電機實訓(xùn)裝置設(shè)計方法

　成偉華，黎綿昌

（1.順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東順德528300；2.佛山市順德區(qū)杏壇順泓制冷設(shè)備工程技術(shù)部，廣東順德528300）

汽車用多繞組無刷發(fā)電機實訓(xùn)裝置設(shè)計方法

成偉華1，黎綿昌2

（1.順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東順德528300；
2.佛山市順德區(qū)杏壇順泓制冷設(shè)備工程技術(shù)部，廣東順德528300）

在汽車電器一體化課程教學(xué)中，學(xué)習(xí)多繞組無刷發(fā)電機構(gòu)造與原理時，目前都只能到二手市場購買拆車件進行實體拆裝，而沒有規(guī)范的實訓(xùn)設(shè)備，直接影響教學(xué)質(zhì)量。為了提高學(xué)生對發(fā)電機原理的學(xué)習(xí)質(zhì)量，介紹了一種多繞組無刷發(fā)電機教學(xué)實訓(xùn)裝置的設(shè)計方法，該方法對課堂理論學(xué)習(xí)、訓(xùn)練學(xué)生動手能力、理論聯(lián)系實踐提供了科學(xué)的教學(xué)工具。

無刷發(fā)電機；繞組；教學(xué)裝置

汽車用傳統(tǒng)發(fā)電機中，采用的都是有碳刷的激磁繞組發(fā)電機。由于受電流、摩擦力、化學(xué)和機械等多方面因素，導(dǎo)致發(fā)電機經(jīng)常出現(xiàn)冒火花、顫振和磨損等故障。隨著技術(shù)的發(fā)展，無刷發(fā)電機已經(jīng)在汽車中得到部分應(yīng)用。但各類中高等職業(yè)院校在進行教學(xué)實踐時，市場上還沒有任何一款有關(guān)無刷發(fā)電機教學(xué)實訓(xùn)裝置的相關(guān)產(chǎn)品。

本文從實際出發(fā)，介紹一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、能直觀顯示無刷發(fā)動電機的工作原理的學(xué)實訓(xùn)裝置設(shè)計方法，為方便課堂教學(xué)、訓(xùn)練學(xué)生動手能力、理論聯(lián)系實踐提供科學(xué)的教學(xué)工具，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

1　總體結(jié)構(gòu)

該裝置結(jié)構(gòu)簡單，在目前已經(jīng)做好的模型中，框架是一個200 mm×400 mm×150 mm的長方體，材質(zhì)采用不銹鋼焊接即可，其他組件均安裝在框架上，組件包括線圈繞組、轉(zhuǎn)子、框架中設(shè)置支撐軸，轉(zhuǎn)子包括安裝板和磁鐵，安裝板周圍沿圓周布置偶數(shù)個磁鐵［1］。

如下圖1所示，安裝板4以支承軸3為中心轉(zhuǎn)動，兩側(cè)各設(shè)置一對柱狀鐵芯6，每個線圈繞組2的出、入端分別連接在一對接線柱7上，在機箱1上設(shè)置有指示燈8作為負載，指示燈通過導(dǎo)線與線圈繞組連接并形成電流回路。將安裝板轉(zhuǎn)動時，磁鐵隨之旋轉(zhuǎn)，此時，線圈繞組相對磁鐵而言，對磁力線進行切割，因此，在線圈繞組內(nèi)產(chǎn)生電流，當(dāng)若干線圈繞組連接，則形成指示燈的電源電路，使指示燈發(fā)光，隨安裝板的轉(zhuǎn)動速度越大，指示燈的亮度越亮。

圖1　總體結(jié)構(gòu)圖　　　　圖2磁極極性示意圖

2　設(shè)計原理

安裝板4由皮帶傳動機構(gòu)驅(qū)動，如圖1所示，皮帶傳動機構(gòu)包括主動輪9、從動輪10、和皮帶11，主動輪中心設(shè)置輪軸，輪軸的兩端安裝在機箱的側(cè)板上，輪軸的一端連接手柄搖把14，搖動手柄搖把可使主動輪轉(zhuǎn)動。從動輪與安裝板連接，因此，當(dāng)皮帶帶動從動輪旋轉(zhuǎn)時，安裝板同步轉(zhuǎn)動，磁鐵也隨之周向轉(zhuǎn)動，從而，使線圈繞組切割磁力線。如圖2所示，安裝板上均勻布置有六個磁鐵5，相鄰的磁鐵之間極性方向相反，按順時針順序，以最頂?shù)拇盆F開始，在安裝板同一側(cè)，磁鐵的極性分別是N-S-N-S-N-S.對應(yīng)六個磁鐵，在安裝板的兩側(cè)，分別等距布置每側(cè)各六個柱狀鐵芯6，編號分別為Q1～Q12，其中，Q1～Q6在同一側(cè)，在某一時刻，正好同時正對安裝板上六個磁鐵，Q7～Q12在另一側(cè)，同樣是正對安裝板上六個磁鐵。根據(jù)右手定則，當(dāng)線圈繞組切割磁力線時，在線圈繞組內(nèi)產(chǎn)生一定方向的電流，當(dāng)將機箱內(nèi)的若干個線圈繞組以電流走向一致的方式連接、并連接負載時，就能夠形成負載的電源電路，從而向負載提供電源，使其工作。

當(dāng)安裝板轉(zhuǎn)動，使磁鐵5從正對逐漸偏離柱狀鐵芯時，磁力線逐漸遠離線圈繞組，電流幅度減弱，轉(zhuǎn)動30°時，其電流值是最弱的，當(dāng)繼續(xù)轉(zhuǎn)動至60°時，第二塊磁鐵的S極正對上方右側(cè)的柱狀鐵芯，此時，電流方向與剛才的相反，其峰幅也達到最大值。通過磁鐵的旋轉(zhuǎn)運動，在線圈繞組內(nèi)產(chǎn)生正弦變化的交流電流，通過導(dǎo)線將若干線圈繞組按串聯(lián)方式連接，且在電路上串聯(lián)一指示燈，以一定速率轉(zhuǎn)動安裝板，指示燈即可發(fā)光。在裝置中，磁鐵的大小是直徑22 mm，厚10 mm；柱狀鐵芯直徑12 mm，長60 mm，每個線圈繞組的銅線直徑0.65mm，長3 m，當(dāng)安裝板以0.8 m/s的線速度轉(zhuǎn)動時，每個線圈繞組可產(chǎn)生0～0.8 V的空載電壓。

3　繞組連接方式

如圖3所示，線圈繞組可以實現(xiàn)多組不同形式的組合，選擇以Q2、Q3、Q7、Q9、Q10、Q12的線圈繞組并聯(lián)，各個線圈繞組的繞線方式是相同的，線圈繞組的左端標(biāo)志均為A、右端標(biāo)示均為B，A端、B端連接在第二面板的對應(yīng)的接線柱上，在第二面板上，分別對各接線柱所連接的線圈繞組及AB端作出標(biāo)識，根據(jù)右手定則，可確定各線圈繞組的電流方向，從而在第二面板上，通過導(dǎo)線將Q2、Q3、Q7、Q9、Q10、Q12的線圈繞組并聯(lián)連接，其接線方式如圖4所示。

圖3　并聯(lián)電流示意圖

圖4　線圈繞組鏈接

若需要直流輸出，則在負載的電源回路上串聯(lián)整流電路。為了可精確地比較各種接線方式的發(fā)電狀態(tài)，可在負載的電源回路上連接電流表、電壓表，或者是示波器等電氣檢測設(shè)備。

4　結(jié)束語

根據(jù)以上原理設(shè)計的汽車用無刷發(fā)電機教學(xué)實訓(xùn)裝置，結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，能直觀顯示無刷發(fā)電機的工作原理。該機構(gòu)還可以通過手柄轉(zhuǎn)動主動輪，能夠在沒有外在動力（電動機帶動）的條件下實現(xiàn)切割磁力線運動，從而產(chǎn)生感生電動勢和感生電流，徹底顛覆了現(xiàn)有發(fā)電機教學(xué)裝置都需要外力驅(qū)動才能正常工作的歷史。

［1］成偉華，黎綿昌，羅建中.一種多繞組無刷發(fā)電機教學(xué)實訓(xùn)裝置［P］.中國發(fā)明專利：ZL201410255835.6，2016-03-02.

Design Method ofMultiWinding Brushless Generator Training Device for Automobile

CHENG Wei-hua1，LIMian-chang2
（1.Shunde Polytechnic，Shunde Guangdong 528300，China；2.Foshan city Shunde District Xingtan Shun Hong Refrigeration Equipment Engineering Department，Guangdong Shunde 528300，China）

In the vehicle electrical integration curriculum teaching and learning multiwinding brushless generator structure and principle，are currently only to the secondarymarket to buy scrap pieces to assemble and disassemble the entity，and there is no standard training equipment，a direct impact on the quality of teaching.In order to improve the students’learning quality，this paper introduces a design method ofmultiwinding brushless generator teaching and training device.Thismethod help improving theoretical studies in class，training student practical skill and combing theorieswith practices.

brushless generator；winding；teaching device

TM 303

A

1672-545X（2016）06-0222-03

2016-03-25

廣東省2013年產(chǎn)學(xué)研合作“多功能智能化汽車電子電控積木板成套模擬設(shè)備工作站”項目（2013B090900004）

成偉華（1977-），男，湖北通山縣人，碩士，高級工程師，主要從事汽車機械設(shè)備教學(xué)與研究工作。