摩托車二合一啟動(dòng)/發(fā)電機(jī)及控制系統(tǒng)研究

吳繼平

（隆鑫工業(yè)有限公司，重慶 400030）

1 概述

摩托車起動(dòng)時(shí)，通過起動(dòng)電機(jī)組件既：啟動(dòng)電機(jī)、啟動(dòng)繼電器、啟動(dòng)盤齒輪、超越離合器、飛輪、擋圈、啟動(dòng)鏈輪、鏈條等再帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)及磁電機(jī)工作進(jìn)入點(diǎn)火狀態(tài)。起動(dòng)電機(jī)和磁電機(jī)是在摩托車上聯(lián)系緊密又相對獨(dú)立的主要部件。把起動(dòng)電機(jī)和磁電機(jī)功能合為一體，只保留磁電機(jī)，減少啟動(dòng)電機(jī)及其組件，采用單片計(jì)算機(jī)的電子啟動(dòng)/發(fā)電控制器，控制啟動(dòng)和發(fā)電。通過研究和實(shí)踐，這種“二合一啟動(dòng)/發(fā)電機(jī)”，即滿足《摩托車啟動(dòng)電機(jī)技術(shù)條件》又滿足了《摩托車發(fā)電機(jī)技術(shù)條件》。硅谷排在2010年幾月呢。

2 總體方案設(shè)計(jì)

2.1 總體控制方框圖及控制電路原理圖

摩托車二合一啟動(dòng)發(fā)電機(jī)控方框圖

摩托車二合一啟動(dòng)發(fā)電機(jī)控制電路原理圖

2.2 摩托車二合一電控起動(dòng)/三相發(fā)電機(jī)工作原理

當(dāng)需要啟動(dòng)車輛按下啟動(dòng)按扭后，從電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測器送來的轉(zhuǎn)子位置檢測信號(hào)送入MC33035，經(jīng)芯片內(nèi)部譯碼電路結(jié)合起動(dòng)控制端、電流檢測端等控制邏輯信號(hào)狀態(tài)判斷，經(jīng)過運(yùn)算后，產(chǎn)生逆變器三相上、下橋臂開關(guān)器件的6路原始控制信號(hào)，其中，三相下橋開關(guān)信號(hào)還要按無刷直流電機(jī)調(diào)速機(jī)理進(jìn)行脈寬調(diào)制處理。處理后的三相下橋PWM控制信號(hào)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路整形、放大后，施加到M1、M2、M3場響應(yīng)管柵極，使場響應(yīng)管 M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9組成的逆變器輸出PWM脈寬控制電機(jī)正常運(yùn)行所需的三相方波交流電流。讓二合一電控起動(dòng)/三相發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)起來。二合一電控起動(dòng)/三相發(fā)電機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)到一定轉(zhuǎn)速時(shí)，二合一電控起動(dòng)/三相發(fā)電機(jī)觸發(fā)線圈輸出點(diǎn)火觸發(fā)信號(hào)，使點(diǎn)火系統(tǒng)工作。同時(shí)，二合一電控起動(dòng)/三相發(fā)電機(jī)控制器自動(dòng)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)是否點(diǎn)火正常。啟動(dòng)結(jié)束后，啟動(dòng)控制器停止工作。完成了一次工作循環(huán)。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入正常發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.3 主要技術(shù)指標(biāo)設(shè)定

滿足《摩托車啟動(dòng)電機(jī)技術(shù)條件》和《摩托車發(fā)電機(jī)技術(shù)條件》。同時(shí)適用于摩托車臥機(jī)系列發(fā)動(dòng)機(jī)、踏板車發(fā)動(dòng)機(jī)；起動(dòng)電流：＜30-70A；起動(dòng)時(shí)間：＜2s；起動(dòng)有效率：＞97%；工作電壓：DC12V；最大功率：≥750W；發(fā)電性能：滿足普通125磁電機(jī)性能要求；主要器件選擇摩托車二合一電控起動(dòng)/三相發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中的主要控制單片機(jī)采用MC33035，是MOTORORA公司研制的第二代無刷直流電控制專用集成電路。它包含開環(huán)三相或四相電機(jī)控制所需的全部有效功能。該器件由具有良好整流序列的轉(zhuǎn)子位置譯碼器、可提供傳感器功率的溫度補(bǔ)償參考、頻率可編程的鋸齒波振蕩器、完全可訪問的誤差放大器以及三個(gè)適用于驅(qū)動(dòng)大功率MOSFET的大電流推挽底部驅(qū)動(dòng)器組成。經(jīng)過試驗(yàn)適合作為二合一電控起動(dòng)/三相發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中主控芯片。該集成電路的典型控制功能包括PWM開環(huán)速度控制，使能控制(起動(dòng)或停止)，正反轉(zhuǎn)控制和能耗制動(dòng)控制，適當(dāng)加上一些外圍元件，可實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)?？紤]到啟動(dòng)電流較大。繼電器采用40A以上的汽車?yán)^電器,場響應(yīng)管選用160A以上的較為合適?；魻栐捎霉I(yè)等級，工作環(huán)境溫度須在120℃以上。

2.4 主控芯片MC33035結(jié)構(gòu)組成及主要組成功能

轉(zhuǎn)子位置傳感器譯碼電路；帶溫度補(bǔ)償?shù)膬?nèi)部基準(zhǔn)電源；頻率可設(shè)定的鋸齒波振蕩器；誤差放大器；脈寬調(diào)制(PWM)比較器；輸出驅(qū)動(dòng)電路；欠電壓封鎖保護(hù)芯片過熱保護(hù)等故障輸出；限流電路。

3 二合一電控起動(dòng)/三相發(fā)電機(jī)本體結(jié)構(gòu)

基本結(jié)構(gòu)：在普通125發(fā)動(dòng)機(jī)原形磁電機(jī)的基礎(chǔ)上，按磁電機(jī)安裝部位的最大安裝位置，加大轉(zhuǎn)子高度及鐵心長度，并適當(dāng)加大永磁鐵氧體`電極厚度，電機(jī)級數(shù)增加至18極，發(fā)電/啟動(dòng)繞組采用Φ1.2mm高強(qiáng)度漆包線。連接方式采用優(yōu)選的并聯(lián)支路及調(diào)整線圈匝數(shù)保證輸出功率。轉(zhuǎn)子位置傳感器焊接在pcb板上，用專用密封膠密封，并固定在錠子上，如圖所示。

4 裝配及試驗(yàn)

4.1 二合一電控起動(dòng)/三相發(fā)電機(jī)裝配

由于利用了原形磁電機(jī)裝配空間，二合一啟動(dòng)發(fā)電機(jī)雖然加大了高度，但不需要擴(kuò)大發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸，也不需要改變發(fā)動(dòng)機(jī)邊蓋。只需把原有啟動(dòng)電機(jī)及其附屬部件既啟動(dòng)電機(jī)、動(dòng)繼電器、啟動(dòng)盤齒輪、超越離合器、飛輪、擋圈、啟動(dòng)鏈輪、鏈條等拆除既可?？刂破鞑捎?00mm×150mm×30mm0殼體。安裝在車架上靠近發(fā)動(dòng)機(jī)的通風(fēng)處便于散熱。

4.2 試驗(yàn)

二合一電控起動(dòng)/三相發(fā)電機(jī)系統(tǒng)不但要滿足啟動(dòng)性能，而且必須要滿足了發(fā)電性能，所以，試驗(yàn)必須按QC/T 225.2-1997摩托車和輕便摩托車用磁電機(jī)技術(shù)條件、QC/T 225.1-1997摩托車和輕便摩托車用起動(dòng)電機(jī)技術(shù)條件等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行臺(tái)架性能試驗(yàn)和耐久試驗(yàn)。

摩托車二合一啟動(dòng)/發(fā)電機(jī)試驗(yàn)參數(shù)表

摩托車二合一啟動(dòng)/發(fā)電機(jī)本體

摩托車二合一啟動(dòng)/發(fā)電機(jī)控制器

5 結(jié)語

摩托車產(chǎn)業(yè)在我國已經(jīng)過了高潮時(shí)期，人們認(rèn)為摩托車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)是夕陽產(chǎn)業(yè)。所以，擺在摩托車技術(shù)工作者面前的重要任務(wù)就是怎樣提高摩托車的科技含量，達(dá)到增加車輛的買點(diǎn)的目的。通過本課題的研究和實(shí)踐，使摩托車啟動(dòng)系統(tǒng)提高了一個(gè)等級增加了科技含量。同時(shí)適用于摩托車臥機(jī)系列發(fā)動(dòng)機(jī)、踏板車發(fā)動(dòng)機(jī)。而且該摩托車二合一啟動(dòng)/發(fā)電機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)，在啟動(dòng)時(shí)達(dá)到了無啟動(dòng)無常規(guī)啟動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的起動(dòng)燥聲，具有很好的啟動(dòng)舒適性。目前試制的是針對110臥機(jī)系列發(fā)動(dòng)機(jī)一款二合一電控起動(dòng)/三相發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，只適用于125cc排量以下的發(fā)動(dòng)機(jī)。所以，盼望本課題的發(fā)表能起到拋磚引玉之效果，使摩托車技術(shù)工作者能研制出125發(fā)動(dòng)機(jī)以上的二合一電控起動(dòng)/三相發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，讓人們認(rèn)為所謂的夕陽產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮出夕日的光芒。