CN101795031A - 一种用于电动车的永磁无刷变速电机及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电动车驱动电机，具体的说是一种能够自动无级变速的电动自行车和电动摩托车用电机，其特征在于永磁无刷变速电机由电机、离心式转速感应调磁机构和减速器组成，电机轴的一端连接磁通分流器2，与转子同步旋转，之间有弹簧3；电机轴另一端连接推力盘10，推力盘为一锥面圆盘，圆盘内表面同支架8之间形成若干个径向分布的锲型空间，中间放置离心滚子9，电机轴1、转子支架8、离心滚子9和推力盘10构成离心机构。本发明与现有技术相比，同机械式变档调节比较，本发明是连续无极的调速，同机械式CVT无极调速(效率60～70％)比效率更高20％以上，同电控弱磁比，更适合普通隐极式转子。基本方法是在电机内部增加一个磁通分流机构，来达到弱磁扩速的目的，实现理想的驱动特性。由于机构简单，工作可靠，应用前景十分广阔。
Description
技术领域
本发明涉及电动车驱动电机，具体的说是一种能够自动无级变速的电动自行车和电动摩托车用电机。
背景技术
由于永磁无刷电机结构紧凑，体积小功率大效率高，技术成熟，因此小型电动车，特别是电动助力车几乎都采用了永磁无刷电机。但这种电机由于使用稀土永磁励磁，电机磁通几乎不可调，等功率可调速比低，对于实际的使用、工况变化范围需要更多的功率储备，这是很不经济的。
为了改进电动车的性能，业内先后研发过多种机械式变速电机，以及绕组可变的双速电机或三速电机，均因技术方案不够完善而未能广泛运用。
除了增加传统的机械变速系统外，现有一种电控弱磁技术，参见《永磁电机的弱磁控制设计》《微特电机》2009-6期，中图分类号：TM341文献标识码：A，WENZ文章编号：1004-7018(2009)06-0041-05，但主要用于凸极式永磁同步电机。对于普通永磁无刷电机弱磁效果不理想。
发明内容
本发明的目地在于克服现有技术的不足，提供一种机构简单，工作可靠的电动车用永磁无刷变速电机。
为实现上述目的，设计一种用于电动车的永磁无刷变速电机，包括永磁体与转子，多极绕组定子，其特征在于永磁无刷变速电机设有离心机构和磁通分流机构和减速器，电机的定子，由绕组4、定子铁芯5组成，铁芯5连接到机壳26上，机壳两端设有轴承12和13，电机轴1通过轴承12、13与机壳相连，电机轴中间设置电机的转子和限速器28，转子由永磁体6、转子铁芯7、和转子支架8组成，永磁体位于转子的表面，电机轴的一端连接磁通分流器2，与转子同步旋转，磁通分流器与转子之间设有弹簧3；转子的右端为离心调节机构，电机轴另一端连接推力盘10，推力盘为一锥面圆盘，圆盘内表面同支架8之间形成若干个径向分布的锲型空间，圆盘中间设有离心滚子9，电机轴1、转子支架8、离心滚子9和推力盘10构成离心机构。
所述的磁通分流器采用导磁材料制成的圆筒型物体，磁通分流器对移动过来的转子磁通进行旁路，分流削弱气隙中原有穿过绕组的磁通。
所述的离心机构从转子获得的速度和离心力转化为轴向移动转子磁场的力，转子位移量同转速变化为函数关系。
所述的转子支架同电机轴以花键方式连接，同电机轴同步旋转，作轴向移动。
所述的限速器28决定转子最大位移，限制最高转速，防止意外飞车。
所述的离心机构是一个斜面滚子推力机构，离心机构工作原理是：当滚子随转子绕轴运动时，产生离心力：Fω＝Rmω2，同时通过斜面将力Fω转移到轴向形成分力Fz，利用力Fz推动转子轴向移动，使位置上错开定子绕组一定距离，使得一部分磁通量不再通过定子磁路，同定子电流交联，而是通过磁通分流器回到原处。转速越高，离心力愈大，转子位移愈大，进入磁通分流器部分愈多，磁通分流愈多，进入定子磁通越少。这样，“弱磁”就实现了，其结果是功率基本不变，但转速升高，扭矩下降，直到扭矩同车辆行驶阻力达成平衡。在整个过程中功率，效率降低缓慢，处于等功率调速特性。
为了使电机的转速适应需要。本发明在电机后增设了2级齿轮减速，对电机的输出特性进行变换。
本发明与现有技术相比，同机械式变档调节比较，本发明是连续无极的调速，同机械式CVT无极调速(效率60～70％)比效率更高20％以上，同电控弱磁比，更适合普通隐极式转子。基本方法是在电机内部增加一个磁通分流机构，来达到弱磁扩速的目的，实现理想的驱动特性。由于机构简单，工作可靠，应用前景十分广阔。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明与现有技术对比图。
指定图1为摘要附图
1电机轴，2磁通分流器，3弹簧，4绕组，5定子铁芯，6永磁体，7转子铁芯，8转子支架，9离心滚子，10推力盘，11油封，12、13轴承，14轴连齿，15从动齿，16轴承，17中间轴，18油封，19轴承，20驱动轴，21传动箱体，22轴承，23大齿轮，24小齿轮，25轴承，26左箱体，27电机盖，28限速器。
具体实施例
结合附图对本发明做进一步说明，这种装置的制造技术对本专业的人来说是非常清楚的。
参见图1，电机的定子由绕组4，定子铁芯5组成，定子铁芯与机壳过盈连接。机壳包括左箱体26，电机盖27。电机轴1通过轴承12、13与机壳相连，轴上连接电机转子支架8、磁通分流器2、推力盘10；电机转子由永磁体6，转子铁芯7，转子支架8组成；转子支架与电机轴为花键连接，可带动轴旋转，并可轴向滑动；转子左端轴上设有磁通分流器2，之间有弹簧3；转子的右端为离心调节机构，包括离心滚子9、推力盘10、轴1和转子支架8构成；其余零件包括油封11，轴连齿14，从动齿15，轴承16，25，中间轴17，轴承19、22，油封18，驱动轴20，大齿轮23，小齿轮24，传动箱体21组成减速器。
电机通电后，转子带动磁通分流器2和离心机构9+10转动，转速由0迅速提高，到设定转速时，在推力盘10的作用下，克服弹簧2的压力，开始移动转子，使转子离开定子，部分进入磁通分流器2，转子移动进入磁通分流器的值与转速为函数关系，该函数特性依据永磁无刷电机理论确定，使其输出特性近似于理想特性。这是用机械方式实现的弱磁扩速，与先进的正弦波矢量控制弱磁扩速技术有异曲同工之妙，却极其简单易行。
减速器对变速后的转速按固定速比减速，使驱动轴输出的动力特性同车辆相匹配。
限速器28限制转子最大位移，限制最高转速，防止意外飞车。
参见图2，曲线a-b-c为普通永磁电机机械特性曲线，a-b-d为弱磁变速永磁电机机械特性曲线，额定功率都是500W。例如：b点功率Pb＝50×10＝500，d点功率Pd＝12.5×40＝500，c点功率约为4×20＝80W，曲线同阻力曲线的交点ω1和ω2分别为两种电机的最高车速。ω2处的功率和车速为500W 35km/h，ω1处功率为80W20km/h。性能提高80％左右。
Claims (6)
1.一种用于电动车的永磁无刷变速电机，包括永磁体与转子，多极绕组定子，其特征在于永磁无刷变速电机设有离心机构和磁通分流机构和减速器，电机的定子，由绕组4、定子铁芯5组成，铁芯5连接到机壳26上，机壳两端设有轴承12和13，电机轴1通过轴承12、13与机壳相连，电机轴中间设置电机的转子和限速器28，转子由永磁体6、转子铁芯7、和转子支架8组成，永磁体位于转子的表面，电机轴的一端连接磁通分流器2，与转子同步旋转，磁通分流器与转子之间设有弹簧3；转子的右端为离心调节机构，电机轴另一端连接推力盘10，推力盘为一锥面圆盘，圆盘内表面同支架8之间形成若干个径向分布的锲型空间，圆盘中间设有离心滚子9。电机轴1、转子支架8、离心滚子9和推力盘10共同构成离心机构。
2.根据权利要求1所述的一种用于电动车的永磁无刷变速电机，其特征在于所述的磁通分流器采用导磁材料制成的圆筒型物体，磁通分流器对移动过来的转子磁通进行旁路，分流削弱气隙中原有穿过绕组的磁通。
3.根据权利要求1所述的一种用于电动车的永磁无刷变速电机，其特征在于转子支架同电机轴以花键方式连接，同电机轴同步旋转，并且作轴向移动。
4.根据权利要求1所述的一种用于电动车的永磁无刷变速电机，其特征在于所述的限速器28决定转子最大位移。
5.一种用于电动车的永磁无刷变速电机的方法，其特征在于所述的离心机构是一个斜面滚子推力机构，当滚子随转子绕轴运动时，产生离心力：Fω＝Rmω2，同时通过斜面将力Fω转移到轴向形成分力Fz，利用力Fz推动转子轴向移动，使位置上错开定子绕组一定距离，使得一部分磁通量不再通过定子磁路，同定子电流交联，而是通过磁通分流器回到原处。
6.根据权利要求5所述的一种用于电动车的永磁无刷变速电机的方法，其特征在于所述的离心机构从转子获得的速度和离心力转化为轴向移动转子磁场的力，这种位移使转子陷入定子的环形面积减小，有效磁通面积减小，并且转子位移量同转速变化为函数关系。
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