汽車用多繞組無刷發電機實訓裝置設計方法

　成偉華，黎綿昌

（1.順德職業技術學院，廣東順德528300；2.佛山市順德區杏壇順泓制冷設備工程技術部，廣東順德528300）

汽車用多繞組無刷發電機實訓裝置設計方法

成偉華1，黎綿昌2

（1.順德職業技術學院，廣東順德528300；
2.佛山市順德區杏壇順泓制冷設備工程技術部，廣東順德528300）

在汽車電器一體化課程教學中，學習多繞組無刷發電機構造與原理時，目前都只能到二手市場購買拆車件進行實體拆裝，而沒有規范的實訓設備，直接影響教學質量。為了提高學生對發電機原理的學習質量，介紹了一種多繞組無刷發電機教學實訓裝置的設計方法，該方法對課堂理論學習、訓練學生動手能力、理論聯系實踐提供了科學的教學工具。

無刷發電機；繞組；教學裝置

汽車用傳統發電機中，采用的都是有碳刷的激磁繞組發電機。由于受電流、摩擦力、化學和機械等多方面因素，導致發電機經常出現冒火花、顫振和磨損等故障。隨著技術的發展，無刷發電機已經在汽車中得到部分應用。但各類中高等職業院校在進行教學實踐時，市場上還沒有任何一款有關無刷發電機教學實訓裝置的相關產品。

本文從實際出發，介紹一種結構簡單、成本低廉、能直觀顯示無刷發動電機的工作原理的學實訓裝置設計方法，為方便課堂教學、訓練學生動手能力、理論聯系實踐提供科學的教學工具，以克服現有技術的不足。

1　總體結構

該裝置結構簡單，在目前已經做好的模型中，框架是一個200 mm×400 mm×150 mm的長方體，材質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、轉子、框架中設置支撐軸，轉子包括安裝板和磁鐵，安裝板周圍沿圓周布置偶數個磁鐵［1］。

如下圖1所示，安裝板4以支承軸3為中心轉動，兩側各設置一對柱狀鐵芯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上設置有指示燈8作為負載，指示燈通過導線與線圈繞組連接并形成電流回路。將安裝板轉動時，磁鐵隨之旋轉，此時，線圈繞組相對磁鐵而言，對磁力線進行切割，因此，在線圈繞組內產生電流，當若干線圈繞組連接，則形成指示燈的電源電路，使指示燈發光，隨安裝板的轉動速度越大，指示燈的亮度越亮。

圖1　總體結構圖　　　　圖2磁極極性示意圖

2　設計原理

安裝板4由皮帶傳動機構驅動，如圖1所示，皮帶傳動機構包括主動輪9、從動輪10、和皮帶11，主動輪中心設置輪軸，輪軸的兩端安裝在機箱的側板上，輪軸的一端連接手柄搖把14，搖動手柄搖把可使主動輪轉動。從動輪與安裝板連接，因此，當皮帶帶動從動輪旋轉時，安裝板同步轉動，磁鐵也隨之周向轉動，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，以最頂的磁鐵開始，在安裝板同一側，磁鐵的極性分別是N-S-N-S-N-S.對應六個磁鐵，在安裝板的兩側，分別等距布置每側各六個柱狀鐵芯6，編號分別為Q1～Q12，其中，Q1～Q6在同一側，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，同樣是正對安裝板上六個磁鐵。根據右手定則，當線圈繞組切割磁力線時，在線圈繞組內產生一定方向的電流，當將機箱內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。

當安裝板轉動，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，轉動30°時，其電流值是最弱的，當繼續轉動至60°時，第二塊磁鐵的S極正對上方右側的柱狀鐵芯，此時，電流方向與剛才的相反，其峰幅也達到最大值。通過磁鐵的旋轉運動，在線圈繞組內產生正弦變化的交流電流，通過導線將若干線圈繞組按串聯方式連接，且在電路上串聯一指示燈，以一定速率轉動安裝板，指示燈即可發光。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，當安裝板以0.8 m/s的線速度轉動時，每個線圈繞組可產生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，各個線圈繞組的繞線方式是相同的，線圈繞組的左端標志均為A、右端標示均為B，A端、B端連接在第二面板的對應的接線柱上，在第二面板上，分別對各接線柱所連接的線圈繞組及AB端作出標識，根據右手定則，可確定各線圈繞組的電流方向，從而在第二面板上，通過導線將Q2、Q3、Q7、Q9、Q10、Q12的線圈繞組并聯連接，其接線方式如圖4所示。

圖3　并聯電流示意圖

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整流電路。為了可精確地比較各種接線方式的發電狀態，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備。

4　結束語

根據以上原理設計的汽車用無刷發電機教學實訓裝置，結構簡單、成本低廉，能直觀顯示無刷發電機的工作原理。該機構還可以通過手柄轉動主動輪，能夠在沒有外在動力（電動機帶動）的條件下實現切割磁力線運動，從而產生感生電動勢和感生電流，徹底顛覆了現有發電機教學裝置都需要外力驅動才能正常工作的歷史。

［1］成偉華，黎綿昌，羅建中.一種多繞組無刷發電機教學實訓裝置［P］.中國發明專利：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年產學研合作“多功能智能化汽車電子電控積木板成套模擬設備工作站”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備教學與研究工作。