微型電機

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微型電機范文第1篇

關鍵詞：壓電效應；公交車；發電機；節能環保

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

壓電效應是由1880年皮埃爾?居里和雅克?居里兄弟發現，它包括正壓電效應和逆壓電效應。所謂正壓電效應是指某些晶體在受到外界作用力時，其相對表面產生電極化的現象，當去掉外力后，晶體表面又重新回到不帶電的狀態；而逆壓電效應是給晶體施加電場（電壓）時，晶體形狀發生改變，當外加電場去掉后，晶體形變隨之消失。微型車用壓電發電機就是利用正壓電效應將乘客上下車的機械能轉化為電能，為公交車提供能源。

1 應用背景及意義

目前，壓電發電的研究在美國，日本，荷蘭，西班牙等國家已經逐步深入，并取得了一系列的科研成果。如美國普林斯頓海洋動力技術公司開發一種利用海浪海流的壓力和應力使壓電高聚物發電裝置；日本科研人員研發一種發電地板，設置在東京繁華的涉谷火車站人行道上，當行人走過地板時地板就可以發電；此外，荷蘭鹿特丹市韋斯特加斯公園的舞池發電地板，人們跳舞的機械能轉化為電能，從而點亮安裝在地板表面的內置二極管。而國內壓電發電機的研究雖屢有突破，但實際生活中并沒有普遍應用。所以，以壓電效應為理論基礎，設計一種能應用于公交車的微型壓電發電系統，實現節能減排大有必要。

2 材料選取

壓電學的歷史始于1880年居里兄弟通過實驗發現壓電效應。但是在1955年發現壓電陶瓷之后壓電材料才真正獲得廣泛應用。壓電陶瓷和壓電單晶相比，有電性強，介電常數高，形狀可以任意加工，適宜于大功率換能等優點，所以我們采用壓電材料為PZT-43。每片壓電陶瓷的尺寸規格為：20×20×3mm。

3 設計原理

3.1發電結構裝置

微型壓電發電裝置結構示意簡圖

在壓電發電系統中，當乘客上下車踩在箱體1的上表面時，箱體下降帶動傳力桿7使振蕩彈簧在人重力的作用下被壓縮，在壓電陶瓷上端面產生壓力，因此壓電陶瓷5產生形變，上下兩端面產生電壓，經導線輸出。由于質量塊4的慣性，會使振蕩彈簧3產生周期性振蕩，則在壓電陶瓷上端面產生一周期性外驅力，從而產生周期性電壓。箱體上端面通過復位彈簧2上升到原始位置。為安全起見，壓電陶瓷周圍用絕緣材料6與外部經行隔離。

3.2 電路連接簡圖

壓電材料兩端電壓經導線引出后連接整流器2，使產生的交變電壓轉變為穩定的直流電壓；經整流器2處理后的直流電壓再經穩壓器3調節，使其成為能滿足車用主蓄電池4和副蓄電池7正常工作的充電電壓，當主蓄電池4充滿電時，其兩端的電荷量變化趨于穩定，此時傳感器5接收其兩端的電量信號，通過控制裝置6使穩壓器3向副蓄電池7充電。

3.3 裝置發電量理論值計算

查閱相關文獻，我們得知：壓電材料疊堆個數為四個且串聯的情況下，發電量最佳。此時，電壓值為：

其中： 是壓力的幅值，我們假設壓力為正弦量； 是壓力的頻率；R是負載電阻（壓電材料所在電路的負載電阻）； 分別是單個壓電材料的厚度和總電極面積； 、 分別是壓電材料的壓電應變常數和自由介電常數。

微型電機范文第2篇

1）車輛在整體傳動系統方面只做了部分改動，并且對驅動電機的要求比較低，可選擇功率較小的電動機。2）對于圖1中（b）則使用固定速比的單級減速器型純電動汽車，此系統所具備最顯著的特點便是將離合器消除，車輛在運行中無需換擋，在對驅動電機進行有效控制的基礎上，便能夠使變速功能得到有效實現。此類系統主要的優點是機械傳動裝置結構較簡單、體重較輕，并且還使驅動系統的控制得到很大程度的簡化。3）圖1中（c）是電子差速型純電動汽車，此結構使用了2個驅動電機，在把動力向2個車輪傳輸過程中，利用了固定速比減速器，2個驅動電機的轉速可以相關需求為依據，進一步進行獨立調節控制，從而使機械差速器裝置得到有效節省。汽車在轉向的情況下，因電子控制系統具備電子差速功能，便讓整體驅動系統顯得更加小型，然而電子差速型純電動汽車造電動機控制系統方面顯得較為復雜。4）如圖1中（d）是電動輪型純電動汽車，此類結構電動汽車使用直接電機與驅動電機作為驅動輪，進一步完成外輪子連接。在這樣的狀況下，車速控制與驅動電機的轉速控制便具有趨同性質。此類結構模式的純電動汽車，使機械傳動損失大大降低，同時增加了空間利用率。與此同時，此結構模式的純電動汽車也存在一些較為明顯的問題，比如對電電機性能要求極高，特別是當車輛處于加速運行狀態的情況下，所需后備功率很大，所需轉矩性能很高。

2微型車純電驅動系統設計探究

2.1設計原則分析

對于微型車純電驅動系統設計來說，在設計前提首先需要認清純電動汽車的動力系統參數，涵蓋了變速器、電機主減速器及蓄電池組等。在匹配各方面參數過程中，需對各個傳動部件間的聯系性進行充分考慮，需要使純電動汽車動力性能指標得到充分滿足，同時使整車的經濟效益得到有效提升，除此之外，還需要充分滿足一些設計原則：1）靜止停放車輛起步加速能力，指的是純電動汽車處于靜止狀態，進一步開始加速行駛，直至某一規定的車速，例如每小時40千米所需花費的時間、每小時80千米所需花費的時間等。2）車輛額定工況下的運行能力，指的是基于電機額定工況條件下，純電動汽車在穩定運行方面的可靠性。3）能量消耗。對于能量消耗來說，一般是通過實驗測試計算出來的，指的是每單位里程當中，純電動汽車需要花費電能的量。

2.2EMT系統轉速傳感器設計

對于微型車純電驅動系統設計來說，是一個系統化的工作，關系到方方面面，下面筆者以EMTEMT系統轉速傳感器設計為例，對其具體設計進行探究：要想使EMT系統變速器換擋得到有效實現，便需要對電機主動調速功能進行優化，以對輸入軸與輸出軸的轉速信號監測為例，對轉速比值進行計算，進而確定出最優化的換擋時間。對于傳統車來說，通常采用霍爾式傳感器，但是其精度無法得到有效保證。因此，本次在對兩軸轉速進行測量過程中采取了光電式編碼器。對于EMT兩檔變速器，其輸入軸與中間軸是通過兩個常嚙合齒輪完成動力的傳輸的，兩者之間所形成的轉速比值是均衡不變的。電動機輸出軸與變速器輸入軸的設計模式是一體化集成的，通過對變速器中間軸轉速的測量，結合常嚙合齒輪速比的換算，便能夠將變速器輸入軸轉速求解出來，即為電動機輸出轉速。

3結語

微型電機范文第3篇

在人工心臟研究過程中，血泵驅動能源的提供方式是人工心臟研究的關鍵問題之一[1][2]。目前的外磁驅動方式采用體外旋轉磁場作為驅動能源，并通過體外旋轉永磁體的旋轉來帶動體內永磁體的轉動，從而實現非接觸式磁場驅動。相比常規的能量傳遞方式，非接觸式磁場驅動技術沒有任何經皮導線，因而可避免內外貫通，從而大大降低了感染機會，提高了病人的生活質量。本文對這種驅動方式中的外磁驅動電路進行了設計研究。

1 血泵工作原理及交變磁場的產生

1.1 磁場驅動軸流式血泵工作原理

植入式血泵的驅動一般都采用外磁場驅動，主要原理是：利用體外的旋轉磁場來驅動血泵內永磁體（血泵葉輪部分）的轉動，從而達到無接觸驅動。

外磁場驅動軸流式血泵系統吸取并融合了機械心臟瓣膜和“軸流式”血泵的結構特點，確定了動脈腔 內的“葉輪-永磁轉子體”結構設計及植入方法，從而大大簡化了植入部分的結構。血泵系統腔內部分的工作原理采用了與軸流泵葉輪相同的機制，而驅動力的產生則通過體外可控交變磁場穿透人體和主動脈壁來驅動動脈腔內的“葉輪-永磁轉子體”，以實現非接觸式動力傳遞，從而避免了密封，滲漏以有人體排異性等一系列傳統泵結構難以克服的工程和醫學上的困難。該方案將產生交變驅動磁場 的“定子”置于體外，故應通過傳感器采集相應的人體自身信號和周圍環境信號，并在驅動控制裝置的控制下，通過適當的交變磁場向體內傳遞給渦輪的葉輪。在驅動力的持續帶動下，血泵可不斷將血液由左心室腔提升到主動脈腔，以達到心臟輔助的目的。其工作原理示意圖如圖1所示。

1.2 交變磁場的產生方法

交變磁場的產生采用勵磁線圈驅動法，它利用電機的工作原理將徑向充磁的永磁轉子作為電機的轉子，在永磁體外按90o方向纏繞兩組線圈，通過可變頻脈沖電路分時驅動不同的線圈組，以達到驅動永磁轉子轉動的目的。其系統工作原理示意圖如圖.

2 驅動電路設計

2.1驅動電路結構原理

血泵驅動電路包括占空比為50%的方波形成電路、雙向勵磁電流驅動電路以及雙向勵磁電流功放輸出電路等，其電路結構如圖3所示。

    2.2 方波形成電路[3]

方波形成電路由555振蕩器構成。圖4是由555構成多諧振蕩器來產生方波脈沖的電路圖。圖中當R1=R2，C=10μF時，其占空比為50%。

2.3 雙向勵磁電流電路

該血泵驅動電路采用單電源供電方式，從而避免了實際應用中采用多電源所帶來的方便，并大大簡化了驅動電路的設計。占空比為50%的方波經過4013觸發器分頻可實現兩組線圈作用時間的均勻分配，雙向勵磁電流驅動電路是血泵驅動系統的關鍵部分，它將一路方波電壓變成具有差分功能的控制電壓，這兩路控制電壓就是產生雙向勵磁電流的驅動電壓。圖5給出了雙向勵磁電流驅動部分的電路原理圖以及電路中各點的電壓波形。

通過圖5中電阻和電容組成的延時積分電路可防止b、c點輸出電壓波形中出現毛刺。將b、c兩點的電壓波形同時加到兩個具有倒相功能的電流功放中進行V/I變換，就可以在繞阻線圈中得到圖2所示的雙向勵磁電流。

2.4 功率放大電路[4]

功率放大器電路原理圖如圖6所示。該放大器由LF347和OPA552及一些電阻組成。其中LF347與R1、R2、R3、R4、R5構成差動輸入減法運算放大器，放大倍數K1=R2/R1Uo= - 2（U1-U2）。OPA552與R6、R7、R8、RW1構成了功率放大電路，其放大倍數K2可調，K2=（R7+RW1）/R6。該功率放大電路的總放大倍數為K=K1K2，放大器輸出電壓為：

Uout=K(U1-U2)

其中：K為增益，Uout是加在電動機兩端的電樞電壓。實際上，當U。為正值時，電機正轉，當U。為負值時，電機反轉。LF347和OPA552分別由±12V和±24V電源供電。

3 實驗

為檢驗交變磁場產生方法和驅動電路的可行性，筆者制作了驅動磁場發生裝置，并對其進行了實驗測試。其實驗系統框圖如圖7所示。其中，轉子由高強度磁能極稀土永磁材料制成，它有一對磁極，磁場方向為徑向，直徑25mm,高度45mm，支架采用非導磁材料做成，電源為直流30V可調。

當系統為電機提供的輸出電壓為12V，電流為500mA時，電機開始轉動。此時用光電測速儀測得的電機轉速可達1000轉/分。通過調節可調電阻可對電機轉速進行調節。經過2小時的運轉，驅動電路未發生發熱、燒損現象。

4 結論

微型電機范文第4篇

關鍵詞：自供能，微型電動汽車，輪轂電機

0 引言

隨著社會和汽車工業的發展，人們對汽車的舒適性和操縱性有了更高的要求，而減振器智能化是汽車發展智能化的內涵之一。目前大部分汽車使用的仍是被動懸架， 減振器阻尼系數不能隨行駛工況調節， 難以適應不同的道路狀況，因而減振性能有限。采用可控的主動懸架可實現在不同的行駛條件下懸架性能最優， 顯著改善車輛的行駛平順性和操縱穩定性。LOTUS公司開發的液壓主動懸架，通過伺服系統控制液壓缸內的壓力差，推動活塞抑制車身振動。Stribrsky等以三相同步直線電機為力發生器設計了用于車輛主動懸架的作動器及魯棒控制算法。隨著能源危機加劇，節能是汽車設計必須考慮的問題之一，因為目前電池技術的局限，更需要考慮能源消耗。解決可控懸架能耗問題是汽車發展面臨的需求， 而振動能量回收是降低能耗和減少使用成本的一個有效方法。Suda等提出將結構振動能量回收與振動控制結合的思想，設計了一種自供電主動懸架系統，由同一直流直線電機實現能量回收和主動控制。Kim等提出了將結構振動能量回收與智能阻尼器相結合，設計了一種車輛由交流電機與電流變阻尼器組成的懸架系統，交流電機回收振動能量，經過變壓器升壓及直流整流后，供給電流變阻尼器。

盡管如此，但是很少有學者結合未來汽車的發展考慮自供能智能減振器設計，比如基于未來汽車發展熱點的四輪獨立輪轂電機驅動的電動汽車需求考慮。而且許多研究著重于某個方面，較少從系統化全面的考慮減振器的設計。部分研究探討了減振器的結構設計，但結構占用空間比較大，功能設計也需進一步完善，離實際應用還有一定距離。

1 四輪獨立輪轂電機驅動電動汽車車身受力特點

采用集成模塊化設計的四輪獨立輪轂電機驅動的電動汽車應用線控技術，省略傳統汽車所需的機械裝置，驅動系統和整車結構簡潔，可利用空間大，有利于減振器的非標準設計。較傳統汽車而言，四輪獨立驅動電動汽由于輪轂電機轉速的控制差異，車身不僅承受縱向力，還承受比較復雜的橫向力，所以要求減振器具有抗橫向力影響的能力。傳統的液力減振器或基于電流變液、磁流變液的減振器，對于液體的密封有相當高的要求，受到復雜的橫向力可能會造成密封元件的損壞，從而影響減振器的壽命。而采用集成減振、驅動和剎車的模塊化設計增加了汽車的簧下質量，減輕了簧上質量，對懸架系統的動態響應和乘坐的舒適性有影響。所以設計減振器也要考慮減小簧下質量。而采用電流變彈性體作為智能減振器的介質沒有液體密封問題，且質量較輕。

2 基于電流變彈性體的減振器結構設計

基于四輪獨立輪轂電機驅動電動汽車的減振需求，參考現有研究基礎，設計一種基于電流變彈性體的智能減振器。智能阻尼器結構設計，包括外殼、絕緣筒、彈性底座、電極螺桿、電流變彈性體、電極連桿、彈性電極、端蓋、薄螺母、螺釘、螺栓、防塵套以及吊環，電流變彈性體以淀粉微粒和鈦酸鋇微粒為分散相，硅油為添加劑，硅橡膠為基體。

電流變彈性體粘合在活塞以及電極兩端，電極螺桿與彈簧電極通過絕緣筒進行固定，考慮到要減少軸向上的空間結構，增加實際可利用的活塞運動路線，電極連桿與絕緣筒之間采用薄螺母連接，而彈性電極與絕緣筒之間是不可穿透、不常拆裝的連接形式，因此采用的是螺釘連接，彈性電極的大端、外殼端蓋之間的連接考慮到連桿所受到的徑向力較大，同時有中間部件，因而采用螺栓進行連接，彈性電極的大端與小端中間開有大小不同的孔供連桿穿過，連桿與彈性電極間有絕緣材料隔開，彈簧底座的小端與外殼底部進行焊接，大端通過螺紋孔連接在電極螺桿上連桿穿過電流變彈性體與活塞連接在一起，最后防塵套里端通過軸肩進行軸向固定，外端通過吊環上的螺紋孔進行固定。

3 結論

結合四輪獨立輪轂電機驅動電動汽車的結構和發展需求，提出一種自供能智能減振器的設計思路，給出了該智能減震器詳細的設計方案及結構圖。

參考文獻：

[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.

微型電機范文第5篇

【關鍵詞】水電站；發電機組；運行故障；排除

我國經濟的快速發展加快了我國對于電力的需求，近年來大規模開發水力發電站，因此，水力發電機組常見故障及其排除成為了電站維修人員目前較多接觸的工作。為了使水力發電站維修人員能更好的對水輪發電機組常見故障進行排除，首先要對水力發電機組中常見故障類型進行詳細的論述。

1.發電機機組的正常維護

新安裝或者長期來運行的發電機，運行前，必須進行絕緣測量。對400V的低壓機組，用500V搖表測量絕緣電阻，要求定子繞組相與相、對外殼、對轉子繞組的絕緣電阻值必須在0．5MΩ以上；轉子繞組對外殼的絕緣電阻必須達到0．1MΩ上，否則必須進行絕緣處理。

長時間不運行、受水淹過的發電機，必須干燥處理。干燥處理的方法較多，如短路干燥法、銅損干燥法等。筆者介紹一種蕊易干燥法供參考。對予幾百kW的小型發電機，有電源的地方，可以在進風口處用1500w一2000w-的電爐，沒有電源的，可以在發電機的一個進風口處放上一盆炭火，用報紙蒙上其余幾個進風口，打開水輪機導葉，不加勵磁，使機子在額定轉速下運轉，電爐(火盆) 的熱氣就會從進風口吸入發電機，并從排風口排出，隨著熱空氣在發電機內的不斷循環，定子和轉子內部的潮氣被不斷排出，機子得到干燥，絕緣不斷升高。值得注意的是，給電機加熱的電爐功率不宜太大(炭火溫度不宜太高)，發電機膛內的空氣溫度，控制在80℃以下。加熱中每隔幾個小時測試一次絕緣電阻，做好記錄，直到達到要求為止。一般受潮的發電機。一天時間就能干燥達標；被水淹沒過的電機，一至兩天即可以達標。筆者曾用以上方法對多個被水淹過的發電機進行干燥處理，效果不錯。對于定、轉子繞組由于老化或者短路引起的絕緣故障，必須請專業電工進行修理。

2.發電機運行中的維護

運行中的發電機必須做好以下幾方面的維護工作：

(1)保持發電機的清潔。要求發電機周圍不能堆放雜物，要經常清除發電機表面的油污和灰塵，定期清除發電機的碳刷灰，可用高壓氣筒打氣吹清潔或用毛刷進行清掃，然后再用干凈布沾上酒精清除污垢，特別是發電機的電刷滑環部位要定期認真進行清潔。

(2)經常對電刷、滑環進行檢查和維護。電刷和滑環在發電機中承擔著電流傳輸的任務、發電機的運行狀況與電刷的選擇、滑環的維護有著極其重要的關系。因此，在實際運行中必須對電刷和滑環常檢查發現問題及時處理，把故障消滅在萌牙狀態。運行中的電刷必須調整在滑環的中心線上，電刷與刷握配合不能太緊，要保證電刷在刷握內之間有0．1～02mm的間隙，允許電刷在刷握內有少量的縱向跳動，允許電刷有少量火花。但是，如果電刷跳動過大則必須調整刷桿或者刷握位置，緊固螺栓且要將電刷彈簧壓力調整到大小適中均勻。如果電刷產生火花過大則需清除滑環表面的污垢，用干凈布沾上酒精或四氯化碳溶液清洗滑環，必要時可用銼刀對滑環表面進行打磨，使其表面光潔。如仍不能消除火花則應及時更換同型號的電刷，但每次更換電刷的數量不能超過電刷總數的1／3，而且要研磨成弧形使其與滑環接觸良好。

3.發電機運行中的檢查與監視

運行值班人員在值班過程中必須做到“一看”、“二聽”、“三聞”、“四查”，即眼鼻耳一起配合使用把故障消滅在萌芽狀態，以確保發電機的安全運行。發電機運行中必須做到以下幾點：

(1)“一看”：主要看發電機的勵磁電壓、勵磁電流和發電機的定子電流是否正常(通過各儀表可以反映出來)，防止發電機出現過負荷、缺相、發電機定子、勵磁系統及發電機外部電路發生故障而損壞發電機；同時，還要看發電機的出線接頭顏色是否有變化。如呈灰黑色說明接頭已發熱；如呈紅色說明接頭已嚴重發熱，必須緊固發電機出線的接頭。

(2)“二聽”：發電機運行中必須注意其發出的聲音是否正常。如發電機地腳螺栓松動或損壞發電機就會發出振動聲，出現這種情況必須緊固發電機的地腳螺栓；如軸承部位出現異常振動和響聲，可判斷可能是發電機的軸承缺少黃油或軸承損壞，此時就必須及時加油或更換。正常運行的發電機發出的聲音是均勻的，如果有其它異常響聲，說明發電機內部可能出現故障應立即停機檢查和檢修運行中的發電機每班巡回檢查一次。

(3)“三聞”：在運行中要注意發電機是否有異味產生。如果聞到異常氣味，說明發電機可能內部發生了故障或者外部電路有問題，必須立即停機檢查或檢修，防止事故進一步擴大。

(4)“四查”：在運行中必須對發電機經常檢查。按規定要求每小時檢查一次。(1)查發電機溫度和發電機軸承溫度是否正常。可用手背去接觸發電機外殼，看發電機溫度是否正常，與過去相比是否有大的變化，是否有過熱或局部過熱，一般手感到不燙是正常的。(2)查發電機機殼內是否有雜物，尤其是老鼠喜歡將食物、塑料袋、破物等拖入發電機內甚至還會把發電機線圈咬壞掉。如地處偏僻山區的大山水電站由于機組停機時間比較長，就發生過老鼠鉆入發電機內筑窩并咬壞發電機線圈，造成發電機內部短路而燒壞繞組的事故。因此，運行值班人員必須定期對發電機兩端及氣隙槽進行清理，防止鼠害的發生，確保發電機機組的安全運行。

發電機的巡回檢查項目：

(1)查發電機是否有異音、異味和異常振動；(2)發電機滑環表面、電刷有無過熱變色、電刷和刷握有無卡澀現象，引線有無斷線、電刷過短應聯系更換，如發現電刷架總線搭接處個別電刷有過熱發展，應適當降低轉子電流，聯系檢修人員處理；(3)檢查各機組保護是否投入正常，各保護壓板在相應位置。發電機不允許無主保護運行，如工作需要，短時退出應請示總工程師并得到省調度許可；(4)各控制回路和勵磁裝置應正常投入；(5)每日早班值班人員應在測量運行機組轉子正負極對地電壓情況(Uf)，以檢查轉子絕緣情況，轉子絕緣良好時，正(負)對地電壓接近于零；當正(負)對地電壓變化大時，說明轉子絕緣下降，應及時檢查確認并通知處理。