汽車(chē)用多繞組無(wú)刷發(fā)電機(jī)實(shí)訓(xùn)裝置設(shè)計(jì)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(chē)用多繞組無(wú)刷發(fā)電機(jī)實(shí)訓(xùn)裝置設(shè)計(jì)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(chē)電器一體化課程教學(xué)中，學(xué)習(xí)多繞組無(wú)刷發(fā)電機(jī)構(gòu)造與原理時(shí)，目前都只能到二手市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)拆車(chē)件進(jìn)行實(shí)體拆裝，而沒(méi)有規(guī)范的實(shí)訓(xùn)設(shè)備，直接影響教學(xué)質(zhì)量。為了提高學(xué)生對(duì)發(fā)電機(jī)原理的學(xué)習(xí)質(zhì)量，介紹了一種多繞組無(wú)刷發(fā)電機(jī)教學(xué)實(shí)訓(xùn)裝置的設(shè)計(jì)方法，該方法對(duì)課堂理論學(xué)習(xí)、訓(xùn)練學(xué)生動(dòng)手能力、理論聯(lián)系實(shí)踐提供了科學(xué)的教學(xué)工具。

無(wú)刷發(fā)電機(jī)；繞組；教學(xué)裝置

汽車(chē)用傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)中，采用的都是有碳刷的激磁繞組發(fā)電機(jī)。由于受電流、摩擦力、化學(xué)和機(jī)械等多方面因素，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)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(wú)刷發(fā)電機(jī)已經(jīng)在汽車(chē)中得到部分應(yīng)用。但各類(lèi)中高等職業(yè)院校在進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐時(shí)，市場(chǎng)上還沒(méi)有任何一款有關(guān)無(wú)刷發(fā)電機(jī)教學(xué)實(shí)訓(xùn)裝置的相關(guān)產(chǎn)品。

本文從實(shí)際出發(fā)，介紹一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、能直觀顯示無(wú)刷發(fā)動(dòng)電機(jī)的工作原理的學(xué)實(shí)訓(xùn)裝置設(shè)計(jì)方法，為方便課堂教學(xué)、訓(xùn)練學(xué)生動(dòng)手能力、理論聯(lián)系實(shí)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(jiǎn)單，在目前已經(jīng)做好的模型中，框架是一個(gè)200 mm×400 mm×150 mm的長(zhǎng)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(xiàn)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?chē)貓A周布置偶數(shù)個(gè)磁鐵［1］。

如下圖1所示，安裝板4以支承軸3為中心轉(zhuǎn)動(dòng)，兩側(cè)各設(shè)置一對(duì)柱狀鐵芯6，每個(gè)線(xiàn)圈繞組2的出、入端分別連接在一對(duì)接線(xiàn)柱7上，在機(jī)箱1上設(shè)置有指示燈8作為負(fù)載，指示燈通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與線(xiàn)圈繞組連接并形成電流回路。將安裝板轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磁鐵隨之旋轉(zhuǎn)，此時(shí)，線(xiàn)圈繞組相對(duì)磁鐵而言，對(duì)磁力線(xiàn)進(jìn)行切割，因此，在線(xiàn)圈繞組內(nèi)產(chǎn)生電流，當(dāng)若干線(xiàn)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(dòng)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(jì)原理

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

當(dāng)安裝板轉(zhuǎn)動(dòng)，使磁鐵5從正對(duì)逐漸偏離柱狀鐵芯時(shí)，磁力線(xiàn)逐漸遠(yuǎn)離線(xiàn)圈繞組，電流幅度減弱，轉(zhuǎn)動(dòng)30°時(shí)，其電流值是最弱的，當(dāng)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)至60°時(shí)，第二塊磁鐵的S極正對(duì)上方右側(cè)的柱狀鐵芯，此時(shí)，電流方向與剛才的相反，其峰幅也達(dá)到最大值。通過(guò)磁鐵的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在線(xiàn)圈繞組內(nèi)產(chǎn)生正弦變化的交流電流，通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)將若干線(xiàn)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(dòng)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(zhǎng)60 mm，每個(gè)線(xiàn)圈繞組的銅線(xiàn)直徑0.65mm，長(zhǎng)3 m，當(dāng)安裝板以0.8 m/s的線(xiàn)速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每個(gè)線(xiàn)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(xiàn)圈繞組可以實(shí)現(xiàn)多組不同形式的組合，選擇以Q2、Q3、Q7、Q9、Q10、Q12的線(xiàn)圈繞組并聯(lián)，各個(gè)線(xiàn)圈繞組的繞線(xiàn)方式是相同的，線(xiàn)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(duì)應(yīng)的接線(xiàn)柱上，在第二面板上，分別對(duì)各接線(xiàn)柱所連接的線(xiàn)圈繞組及AB端作出標(biāo)識(shí)，根據(jù)右手定則，可確定各線(xiàn)圈繞組的電流方向，從而在第二面板上，通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)將Q2、Q3、Q7、Q9、Q10、Q12的線(xiàn)圈繞組并聯(lián)連接，其接線(xiàn)方式如圖4所示。

圖3　并聯(lián)電流示意圖

圖4　線(xiàn)圈繞組鏈接

若需要直流輸出，則在負(fù)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(xiàn)方式的發(fā)電狀態(tài)，可在負(fù)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(cè)設(shè)備。

4　結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)以上原理設(shè)計(jì)的汽車(chē)用無(wú)刷發(fā)電機(jī)教學(xué)實(shí)訓(xùn)裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，能直觀顯示無(wú)刷發(fā)電機(jī)的工作原理。該機(jī)構(gòu)還可以通過(guò)手柄轉(zhuǎn)動(dòng)主動(dòng)輪，能夠在沒(méi)有外在動(dòng)力（電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)）的條件下實(shí)現(xiàn)切割磁力線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)和感生電流，徹底顛覆了現(xiàn)有發(fā)電機(jī)教學(xué)裝置都需要外力驅(qū)動(dòng)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(wú)刷發(fā)電機(jī)教學(xué)實(shí)訓(xùn)裝置［P］.中國(guó)發(fā)明專(zhuān)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(chē)電子電控積木板成套模擬設(shè)備工作站”項(xiàng)目（2013B090900004）

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