微型电机

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微型电机范文第1篇

关键词：压电效应；公交车；发电机；节能环保

The design and application of micro piezoelectric generator to bus

Yang Zhen Li Ming Ming

（1.College of Electrical Mechanical Engineering， Hainan University，Haikou，Hainan，570228，China；

2.College of Traffic，Jilin University，Changchun，Jilin，130012，China）

Abstract：Micro power consumption components used in the automobile have small power consumption， but they play an extremely important role. There are strict requirements on these micro power consumption elements， Based on the piezoelectric effect of transducing principle， the use of piezoelectric ceramics by generating characteristics of external force develop a bus using piezoelectric generator.And install the generator on the position of the bus door pedal. The passengers get on and off the trampling of piezoelectric ceramic to generate electricity， achieving the purpose of energy saving.

Key words： piezoelectric effect bus generator energy conservation and environment protection

0 引言

压电效应是由1880年皮埃尔・居里和雅克・居里兄弟发现，它包括正压电效应和逆压电效应。所谓正压电效应是指某些晶体在受到外界作用力时，其相对表面产生电极化的现象，当去掉外力后，晶体表面又重新回到不带电的状态；而逆压电效应是给晶体施加电场（电压）时，晶体形状发生改变，当外加电场去掉后，晶体形变随之消失。微型车用压电发电机就是利用正压电效应将乘客上下车的机械能转化为电能，为公交车提供能源。

1 应用背景及意义

目前，压电发电的研究在美国，日本，荷兰，西班牙等国家已经逐步深入，并取得了一系列的科研成果。如美国普林斯顿海洋动力技术公司开发一种利用海浪海流的压力和应力使压电高聚物发电装置；日本科研人员研发一种发电地板，设置在东京繁华的涉谷火车站人行道上，当行人走过地板时地板就可以发电；此外，荷兰鹿特丹市韦斯特加斯公园的舞池发电地板，人们跳舞的机械能转化为电能，从而点亮安装在地板表面的内置二极管。而国内压电发电机的研究虽屡有突破，但实际生活中并没有普遍应用。所以，以压电效应为理论基础，设计一种能应用于公交车的微型压电发电系统，实现节能减排大有必要。

2 材料选取

压电学的历史始于1880年居里兄弟通过实验发现压电效应。但是在1955年发现压电陶瓷之后压电材料才真正获得广泛应用。压电陶瓷和压电单晶相比，有电性强，介电常数高，形状可以任意加工，适宜于大功率换能等优点，所以我们采用压电材料为PZT-43。每片压电陶瓷的尺寸规格为：20×20×3mm。

3 设计原理

3.1发电结构装置

微型压电发电装置结构示意简图

在压电发电系统中，当乘客上下车踩在箱体1的上表面时，箱体下降带动传力杆7使振荡弹簧在人重力的作用下被压缩，在压电陶瓷上端面产生压力，因此压电陶瓷5产生形变，上下两端面产生电压，经导线输出。由于质量块4的惯性，会使振荡弹簧3产生周期性振荡，则在压电陶瓷上端面产生一周期性外驱力，从而产生周期性电压。箱体上端面通过复位弹簧2上升到原始位置。为安全起见，压电陶瓷周围用绝缘材料6与外部经行隔离。

3.2 电路连接简图

压电材料两端电压经导线引出后连接整流器2，使产生的交变电压转变为稳定的直流电压；经整流器2处理后的直流电压再经稳压器3调节，使其成为能满足车用主蓄电池4和副蓄电池7正常工作的充电电压，当主蓄电池4充满电时，其两端的电荷量变化趋于稳定，此时传感器5接收其两端的电量信号，通过控制装置6使稳压器3向副蓄电池7充电。

3.3 装置发电量理论值计算

查阅相关文献，我们得知：压电材料叠堆个数为四个且串联的情况下，发电量最佳。此时，电压值为：

其中： 是压力的幅值，我们假设压力为正弦量； 是压力的频率；R是负载电阻（压电材料所在电路的负载电阻）； 分别是单个压电材料的厚度和总电极面积； 、 分别是压电材料的压电应变常数和自由介电常数。

微型电机范文第2篇

1）车辆在整体传动系统方面只做了部分改动，并且对驱动电机的要求比较低，可选择功率较小的电动机。2）对于图1中（b）则使用固定速比的单级减速器型纯电动汽车，此系统所具备最显著的特点便是将离合器消除，车辆在运行中无需换挡，在对驱动电机进行有效控制的基础上，便能够使变速功能得到有效实现。此类系统主要的优点是机械传动装置结构较简单、体重较轻，并且还使驱动系统的控制得到很大程度的简化。3）图1中（c）是电子差速型纯电动汽车，此结构使用了2个驱动电机，在把动力向2个车轮传输过程中，利用了固定速比减速器，2个驱动电机的转速可以相关需求为依据，进一步进行独立调节控制，从而使机械差速器装置得到有效节省。汽车在转向的情况下，因电子控制系统具备电子差速功能，便让整体驱动系统显得更加小型，然而电子差速型纯电动汽车造电动机控制系统方面显得较为复杂。4）如图1中（d）是电动轮型纯电动汽车，此类结构电动汽车使用直接电机与驱动电机作为驱动轮，进一步完成外轮子连接。在这样的状况下，车速控制与驱动电机的转速控制便具有趋同性质。此类结构模式的纯电动汽车，使机械传动损失大大降低，同时增加了空间利用率。与此同时，此结构模式的纯电动汽车也存在一些较为明显的问题，比如对电电机性能要求极高，特别是当车辆处于加速运行状态的情况下，所需后备功率很大，所需转矩性能很高。

2微型车纯电驱动系统设计探究

2.1设计原则分析

对于微型车纯电驱动系统设计来说，在设计前提首先需要认清纯电动汽车的动力系统参数，涵盖了变速器、电机主减速器及蓄电池组等。在匹配各方面参数过程中，需对各个传动部件间的联系性进行充分考虑，需要使纯电动汽车动力性能指标得到充分满足，同时使整车的经济效益得到有效提升，除此之外，还需要充分满足一些设计原则：1）静止停放车辆起步加速能力，指的是纯电动汽车处于静止状态，进一步开始加速行驶，直至某一规定的车速，例如每小时40千米所需花费的时间、每小时80千米所需花费的时间等。2）车辆额定工况下的运行能力，指的是基于电机额定工况条件下，纯电动汽车在稳定运行方面的可靠性。3）能量消耗。对于能量消耗来说，一般是通过实验测试计算出来的，指的是每单位里程当中，纯电动汽车需要花费电能的量。

2.2EMT系统转速传感器设计

对于微型车纯电驱动系统设计来说，是一个系统化的工作，关系到方方面面，下面笔者以EMTEMT系统转速传感器设计为例，对其具体设计进行探究：要想使EMT系统变速器换挡得到有效实现，便需要对电机主动调速功能进行优化，以对输入轴与输出轴的转速信号监测为例，对转速比值进行计算，进而确定出最优化的换挡时间。对于传统车来说，通常采用霍尔式传感器，但是其精度无法得到有效保证。因此，本次在对两轴转速进行测量过程中采取了光电式编码器。对于EMT两档变速器，其输入轴与中间轴是通过两个常啮合齿轮完成动力的传输的，两者之间所形成的转速比值是均衡不变的。电动机输出轴与变速器输入轴的设计模式是一体化集成的，通过对变速器中间轴转速的测量，结合常啮合齿轮速比的换算，便能够将变速器输入轴转速求解出来，即为电动机输出转速。

3结语

微型电机范文第3篇

关键词：轴流式血泵  磁场  双向电流  功率放大器

在人工心脏研究过程中，血泵驱动能源的提供方式是人工心脏研究的关键问题之一[1][2]。目前的外磁驱动方式采用体外旋转磁场作为驱动能源，并通过体外旋转永磁体的旋转来带动体内永磁体的转动，从而实现非接触式磁场驱动。相比常规的能量传递方式，非接触式磁场驱动技术没有任何经皮导线，因而可避免内外贯通，从而大大降低了感染机会，提高了病人的生活质量。本文对这种驱动方式中的外磁驱动电路进行了设计研究。

1 血泵工作原理及交变磁场的产生

1.1 磁场驱动轴流式血泵工作原理

植入式血泵的驱动一般都采用外磁场驱动，主要原理是：利用体外的旋转磁场来驱动血泵内永磁体（血泵叶轮部分）的转动，从而达到无接触驱动。

外磁场驱动轴流式血泵系统吸取并融合了机械心脏瓣膜和“轴流式”血泵的结构特点，确定了动脉腔 内的“叶轮-永磁转子体”结构设计及植入方法，从而大大简化了植入部分的结构。血泵系统腔内部分的工作原理采用了与轴流泵叶轮相同的机制，而驱动力的产生则通过体外可控交变磁场穿透人体和主动脉壁来驱动动脉腔内的“叶轮-永磁转子体”，以实现非接触式动力传递，从而避免了密封，渗漏以有人体排异性等一系列传统泵结构难以克服的工程和医学上的困难。该方案将产生交变驱动磁场 的“定子”置于体外，故应通过传感器采集相应的人体自身信号和周围环境信号，并在驱动控制装置的控制下，通过适当的交变磁场向体内传递给涡轮的叶轮。在驱动力的持续带动下，血泵可不断将血液由左心室腔提升到主动脉腔，以达到心脏辅助的目的。其工作原理示意图如图1所示。

1.2 交变磁场的产生方法

交变磁场的产生采用励磁线圈驱动法，它利用电机的工作原理将径向充磁的永磁转子作为电机的转子，在永磁体外按90o方向缠绕两组线圈，通过可变频脉冲电路分时驱动不同的线圈组，以达到驱动永磁转子转动的目的。其系统工作原理示意图如图.

2 驱动电路设计

2.1驱动电路结构原理

血泵驱动电路包括占空比为50%的方波形成电路、双向励磁电流驱动电路以及双向励磁电流功放输出电路等，其电路结构如图3所示。

2.2 方波形成电路[3]

方波形成电路由555振荡器构成。图4是由555构成多谐振荡器来产生方波脉冲的电路图。图中当R1=R2，C=10μF时，其占空比为50%。

2.3 双向励磁电流电路

该血泵驱动电路采用单电源供电方式，从而避免了实际应用中采用多电源所带来的方便，并大大简化了驱动电路的设计。占空比为50%的方波经过4013触发器分频可实现两组线圈作用时间的均匀分配，双向励磁电流驱动电路是血泵驱动系统的关键部分，它将一路方波电压变成具有差分功能的控制电压，这两路控制电压就是产生双向励磁电流的驱动电压。图5给出了双向励磁电流驱动部分的电路原理图以及电路中各点的电压波形。

通过图5中电阻和电容组成的延时积分电路可防止b、c点输出电压波形中出现毛刺。将b、c两点的电压波形同时加到两个具有倒相功能的电流功放中进行V/I变换，就可以在绕阻线圈中得到图2所示的双向励磁电流。

2.4 功率放大电路[4]

功率放大器电路原理图如图6所示。该放大器由LF347和OPA552及一些电阻组成。其中LF347与R1、R2、R3、R4、R5构成差动输入减法运算放大器，放大倍数K1=R2/R1Uo= - 2（U1-U2）。OPA552与R6、R7、R8、RW1构成了功率放大电路，其放大倍数K2可调，K2=（R7+RW1）/R6。该功率放大电路的总放大倍数为K=K1K2，放大器输出电压为：

Uout=K(U1-U2)

其中：K为增益，Uout是加在电动机两端的电枢电压。实际上，当U。为正值时，电机正转，当U。为负值时，电机反转。LF347和OPA552分别由±12V和±24V电源供电。

3 实验

为检验交变磁场产生方法和驱动电路的可行性，笔者制作了驱动磁场发生装置，并对其进行了实验测试。其实验系统框图如图7所示。其中，转子由高强度磁能极稀土永磁材料制成，它有一对磁极，磁场方向为径向，直径25mm,高度45mm，支架采用非导磁材料做成，电源为直流30V可调。

当系统为电机提供的输出电压为12V，电流为500mA时，电机开始转动。此时用光电测速仪测得的电机转速可达1000转/分。通过调节可调电阻可对电机转速进行调节。经过2小时的运转，驱动电路未发生发热、烧损现象。

4 结论

微型电机范文第4篇

关键词：自供能，微型电动汽车，轮毂电机

0 引言

随着社会和汽车工业的发展，人们对汽车的舒适性和操纵性有了更高的要求，而减振器智能化是汽车发展智能化的内涵之一。目前大部分汽车使用的仍是被动悬架， 减振器阻尼系数不能随行驶工况调节， 难以适应不同的道路状况，因而减振性能有限。采用可控的主动悬架可实现在不同的行驶条件下悬架性能最优， 显著改善车辆的行驶平顺性和操纵稳定性。LOTUS公司开发的液压主动悬架，通过伺服系统控制液压缸内的压力差，推动活塞抑制车身振动。Stribrsky等以三相同步直线电机为力发生器设计了用于车辆主动悬架的作动器及鲁棒控制算法。随着能源危机加剧，节能是汽车设计必须考虑的问题之一，因为目前电池技术的局限，更需要考虑能源消耗。解决可控悬架能耗问题是汽车发展面临的需求， 而振动能量回收是降低能耗和减少使用成本的一个有效方法。Suda等提出将结构振动能量回收与振动控制结合的思想，设计了一种自供电主动悬架系统，由同一直流直线电机实现能量回收和主动控制。Kim等提出了将结构振动能量回收与智能阻尼器相结合，设计了一种车辆由交流电机与电流变阻尼器组成的悬架系统，交流电机回收振动能量，经过变压器升压及直流整流后，供给电流变阻尼器。

尽管如此，但是很少有学者结合未来汽车的发展考虑自供能智能减振器设计，比如基于未来汽车发展热点的四轮独立轮毂电机驱动的电动汽车需求考虑。而且许多研究着重于某个方面，较少从系统化全面的考虑减振器的设计。部分研究探讨了减振器的结构设计，但结构占用空间比较大，功能设计也需进一步完善，离实际应用还有一定距离。

1 四轮独立轮毂电机驱动电动汽车车身受力特点

采用集成模块化设计的四轮独立轮毂电机驱动的电动汽车应用线控技术，省略传统汽车所需的机械装置，驱动系统和整车结构简洁，可利用空间大，有利于减振器的非标准设计。较传统汽车而言，四轮独立驱动电动汽由于轮毂电机转速的控制差异，车身不仅承受纵向力，还承受比较复杂的横向力，所以要求减振器具有抗横向力影响的能力。传统的液力减振器或基于电流变液、磁流变液的减振器，对于液体的密封有相当高的要求，受到复杂的横向力可能会造成密封元件的损坏，从而影响减振器的寿命。而采用集成减振、驱动和刹车的模块化设计增加了汽车的簧下质量，减轻了簧上质量，对悬架系统的动态响应和乘坐的舒适性有影响。所以设计减振器也要考虑减小簧下质量。而采用电流变弹性体作为智能减振器的介质没有液体密封问题，且质量较轻。

2 基于电流变弹性体的减振器结构设计

基于四轮独立轮毂电机驱动电动汽车的减振需求，参考现有研究基础，设计一种基于电流变弹性体的智能减振器。智能阻尼器结构设计，包括外壳、绝缘筒、弹性底座、电极螺杆、电流变弹性体、电极连杆、弹性电极、端盖、薄螺母、螺钉、螺栓、防尘套以及吊环，电流变弹性体以淀粉微粒和钛酸钡微粒为分散相，硅油为添加剂，硅橡胶为基体。

电流变弹性体粘合在活塞以及电极两端，电极螺杆与弹簧电极通过绝缘筒进行固定，考虑到要减少轴向上的空间结构，增加实际可利用的活塞运动路线，电极连杆与绝缘筒之间采用薄螺母连接，而弹性电极与绝缘筒之间是不可穿透、不常拆装的连接形式，因此采用的是螺钉连接，弹性电极的大端、外壳端盖之间的连接考虑到连杆所受到的径向力较大，同时有中间部件，因而采用螺栓进行连接，弹性电极的大端与小端中间开有大小不同的孔供连杆穿过，连杆与弹性电极间有绝缘材料隔开，弹簧底座的小端与外壳底部进行焊接，大端通过螺纹孔连接在电极螺杆上连杆穿过电流变弹性体与活塞连接在一起，最后防尘套里端通过轴肩进行轴向固定，外端通过吊环上的螺纹孔进行固定。

3 结论

结合四轮独立轮毂电机驱动电动汽车的结构和发展需求，提出一种自供能智能减振器的设计思路，给出了该智能减震器详细的设计方案及结构图。

参考文献：

[1] Hyniova K， Stribrsky A， Honcu J， et al. Active Suspension System with Linear Electric Motor[J]. Wseas Transactions on Systems， 2009， 8（2）：278-287.

[2] Beno J H， Bresie D A， Ingram S K. Electromechanical Suspension System[R]. Final Report to U.S. Army， 1995.

微型电机范文第5篇

【关键词】水电站；发电机组；运行故障；排除

我国经济的快速发展加快了我国对于电力的需求，近年来大规模开发水力发电站，因此，水力发电机组常见故障及其排除成为了电站维修人员目前较多接触的工作。为了使水力发电站维修人员能更好的对水轮发电机组常见故障进行排除，首先要对水力发电机组中常见故障类型进行详细的论述。

1.发电机机组的正常维护

新安装或者长期来运行的发电机，运行前，必须进行绝缘测量。对400V的低压机组，用500V摇表测量绝缘电阻，要求定子绕组相与相、对外壳、对转子绕组的绝缘电阻值必须在0．5MΩ以上；转子绕组对外壳的绝缘电阻必须达到0．1MΩ上，否则必须进行绝缘处理。

长时间不运行、受水淹过的发电机，必须干燥处理。干燥处理的方法较多，如短路干燥法、铜损干燥法等。笔者介绍一种蕊易干燥法供参考。对予几百kW的小型发电机，有电源的地方，可以在进风口处用1500w一2000w-的电炉，没有电源的，可以在发电机的一个进风口处放上一盆炭火，用报纸蒙上其余几个进风口，打开水轮机导叶，不加励磁，使机子在额定转速下运转，电炉(火盆) 的热气就会从进风口吸入发电机，并从排风口排出，随着热空气在发电机内的不断循环，定子和转子内部的潮气被不断排出，机子得到干燥，绝缘不断升高。值得注意的是，给电机加热的电炉功率不宜太大(炭火温度不宜太高)，发电机膛内的空气温度，控制在80℃以下。加热中每隔几个小时测试一次绝缘电阻，做好记录，直到达到要求为止。一般受潮的发电机。一天时间就能干燥达标；被水淹没过的电机，一至两天即可以达标。笔者曾用以上方法对多个被水淹过的发电机进行干燥处理，效果不错。对于定、转子绕组由于老化或者短路引起的绝缘故障，必须请专业电工进行修理。

2.发电机运行中的维护

运行中的发电机必须做好以下几方面的维护工作：

(1)保持发电机的清洁。要求发电机周围不能堆放杂物，要经常清除发电机表面的油污和灰尘，定期清除发电机的碳刷灰，可用高压气筒打气吹清洁或用毛刷进行清扫，然后再用干净布沾上酒精清除污垢，特别是发电机的电刷滑环部位要定期认真进行清洁。

(2)经常对电刷、滑环进行检查和维护。电刷和滑环在发电机中承担着电流传输的任务、发电机的运行状况与电刷的选择、滑环的维护有着极其重要的关系。因此，在实际运行中必须对电刷和滑环常检查发现问题及时处理，把故障消灭在萌牙状态。运行中的电刷必须调整在滑环的中心线上，电刷与刷握配合不能太紧，要保证电刷在刷握内之间有0．1～02mm的间隙，允许电刷在刷握内有少量的纵向跳动，允许电刷有少量火花。但是，如果电刷跳动过大则必须调整刷杆或者刷握位置，紧固螺栓且要将电刷弹簧压力调整到大小适中均匀。如果电刷产生火花过大则需清除滑环表面的污垢，用干净布沾上酒精或四氯化碳溶液清洗滑环，必要时可用锉刀对滑环表面进行打磨，使其表面光洁。如仍不能消除火花则应及时更换同型号的电刷，但每次更换电刷的数量不能超过电刷总数的1／3，而且要研磨成弧形使其与滑环接触良好。

3.发电机运行中的检查与监视

运行值班人员在值班过程中必须做到“一看”、“二听”、“三闻”、“四查”，即眼鼻耳一起配合使用把故障消灭在萌芽状态，以确保发电机的安全运行。发电机运行中必须做到以下几点：

(1)“一看”：主要看发电机的励磁电压、励磁电流和发电机的定子电流是否正常(通过各仪表可以反映出来)，防止发电机出现过负荷、缺相、发电机定子、励磁系统及发电机外部电路发生故障而损坏发电机；同时，还要看发电机的出线接头颜色是否有变化。如呈灰黑色说明接头已发热；如呈红色说明接头已严重发热，必须紧固发电机出线的接头。

(2)“二听”：发电机运行中必须注意其发出的声音是否正常。如发电机地脚螺栓松动或损坏发电机就会发出振动声，出现这种情况必须紧固发电机的地脚螺栓；如轴承部位出现异常振动和响声，可判断可能是发电机的轴承缺少黄油或轴承损坏，此时就必须及时加油或更换。正常运行的发电机发出的声音是均匀的，如果有其它异常响声，说明发电机内部可能出现故障应立即停机检查和检修运行中的发电机每班巡回检查一次。

(3)“三闻”：在运行中要注意发电机是否有异味产生。如果闻到异常气味，说明发电机可能内部发生了故障或者外部电路有问题，必须立即停机检查或检修，防止事故进一步扩大。

(4)“四查”：在运行中必须对发电机经常检查。按规定要求每小时检查一次。(1)查发电机温度和发电机轴承温度是否正常。可用手背去接触发电机外壳，看发电机温度是否正常，与过去相比是否有大的变化，是否有过热或局部过热，一般手感到不烫是正常的。(2)查发电机机壳内是否有杂物，尤其是老鼠喜欢将食物、塑料袋、破物等拖入发电机内甚至还会把发电机线圈咬坏掉。如地处偏僻山区的大山水电站由于机组停机时间比较长，就发生过老鼠钻入发电机内筑窝并咬坏发电机线圈，造成发电机内部短路而烧坏绕组的事故。因此，运行值班人员必须定期对发电机两端及气隙槽进行清理，防止鼠害的发生，确保发电机机组的安全运行。

发电机的巡回检查项目：

(1)查发电机是否有异音、异味和异常振动；(2)发电机滑环表面、电刷有无过热变色、电刷和刷握有无卡涩现象，引线有无断线、电刷过短应联系更换，如发现电刷架总线搭接处个别电刷有过热发展，应适当降低转子电流，联系检修人员处理；(3)检查各机组保护是否投入正常，各保护压板在相应位置。发电机不允许无主保护运行，如工作需要，短时退出应请示总工程师并得到省调度许可；(4)各控制回路和励磁装置应正常投入；(5)每日早班值班人员应在测量运行机组转子正负极对地电压情况(Uf)，以检查转子绝缘情况，转子绝缘良好时，正(负)对地电压接近于零；当正(负)对地电压变化大时，说明转子绝缘下降，应及时检查确认并通知处理。