CN101931293A

CN101931293A - 电动自行车的双磁型动力电机及其电动自行车

Info

Publication number: CN101931293A
Application number: CN 201010217932
Authority: CN
Inventors: 洪春平
Original assignee: TIANTAI XINGXING ELECTRIC VEHICLE CO Ltd
Current assignee: Yuhuan hongjinzhu electromechanical Co., Ltd
Priority date: 2010-06-27
Filing date: 2010-06-27
Publication date: 2010-12-29
Anticipated expiration: 2030-06-27
Also published as: CN101931293B

Abstract

一种电动自行车的双磁型动力电机，在电机轴上并列设置有两组电机定子，两个磁钢并列固定安装于电机转子的钢圈上，两个磁钢与两组电机定子呈对应位置设置构成内置并列式双同步电机结构；一种具有双磁型动力电机的电动自行车，电器控制系统为并联式双系统电器控制系统，两个控制器与车转把并联连接，转换开关通过电门锁与两个控制器相连接，两个控制器分别连接控制双磁型动力电机的两组电机定子；本发明解决了目前的电动车爬坡后电机容易发热及由于车速过快容易造成道路事故的问题，也解决了目前电动车在电器控制系统故障时无法行驶的问题，具有结构设计新颖，制造容易成本低，爬坡性能好，使用方便，安全可靠的特点。

Description

电动自行车的双磁型动力电机及其电动自行车

技术领域本发明涉及一种电动自行车的双磁型动力电机及其电动自行车，尤其是电动自行车的双磁型动力电机，属于电动自行车及其动力电机产品技术领域。

背景技术电动自行车人们通常称为电动车，电动车上作为动力使用的电动机简称为电机，目前在大量使用和销售的电动车，其电机功率为：350W-1500W，当电动车的电机功率为350W时，一个人骑行时无法爬上30°-40°度的上坡。因此人们为了解决电动车的爬坡能力问题，电动车电机的功率瓦数从250W一直增大到1500W，电动车电机的功率越做越大，电动车的速度也越来越快，虽然解决了电动车的爬坡能力问题，但已经不是国家规定的电动自行车了，而是成为了与摩托车一样快速的电动摩托车了，从而造成目前道路上电动车的事故率大幅度的上升，成为严重行车安全隐患，这也是当前电动车事故率据高不下的主要因素。而且现在的大功率电动车在爬坡后电机容易发烫。

同时由于在城市道路上决定了电动车的车速不可能太快，而且经常会刹车，所以功率大的电动车就会产生经常的大电流频繁起动和刹车，这样对电机元件，对控制器，对电池的损耗也非常大。

而且目前国内所有电动车由于只有一套电器控制系统，所以电动车在行驶当中，如遇到电机霍尔元件损坏或控制器损坏或其他电器线路出现问题，只能在路上推行把电动车推到修理点找车行修理，非常麻烦。

发明内容本发明提供一种新颖的电动自行车的双磁型动力电机及其电动自行车，采用双磁动力结构技术，以实现电动自行车在低功率配置下轻松爬坡和无故障、安全行驶的目的。

本发明采用的技术方案是：

一种电动自行车的双磁型动力电机，包括：电机轴、电机定子、电机转子，电机轴为双键或长键结构的圆轴，两端轴中心分别设置有电线导出孔，在电机轴上并列设置有两组电机定子，每组电机定子包括：硅钢片、线圈、霍尔位置传感器、嵌盘结构，每组电机定子与电机轴通过键连接定位，并通过隔离套、挡圈定位固定，两个磁钢并列固定安装于电机转子的钢圈上，钢圈与电机左盖和电机右盖固定连接构成电机转子结构，两个磁钢与两组电机定子呈对应位置设置构成内置并列式双同步电机结构。

电机轴中部为错位式双短键或单一长键结构的圆轴，两端轴中心的电线导出孔分别与圆轴侧壁相通。

电机转子主要由：钢圈、两个外径相同而断面大小不同的磁钢、电机左盖和电机右盖所构成，两个磁钢为16#永磁磁钢或/和20#永磁磁钢，两个永磁磁钢并列间隔固定安装于钢圈内侧，钢圈与电机左盖和电机右盖相连接，电机左盖和电机右盖通过轴承安装于电机轴上，构成电机转子及电机壳体。

一种具有双磁型动力电机的电动自行车，包括：电器控制系统、双磁型动力电机，所述的电器控制系统为并联式双系统电器控制系统，主要由：两个控制器、车转把、电门锁、转换开关所构成，两个控制器与车转把并联连接，转换开关通过电门锁与两个控制器相连接，两个控制器分别连接控制双磁型动力电机的两组电机定子；

所述的双磁型动力电机，电机轴为双键或长键结构的圆轴，两端轴中心分别设置有电线导出孔，在电机轴上并列设置有两组电机定子，每组电机定子包括：硅钢片、线圈、霍尔位置传感器、嵌盘结构，每组电机定子与电机轴通过键连接定位，并通过隔离套、挡圈定位固定，两个磁钢并列固定安装于电机转子的钢圈上，钢圈与电机左盖和电机右盖固定连接构成电机转子结构，两个磁钢与两组电机定子呈对应位置设置构成内置并列式双同步电机结构。

两个控制器为控制器A、控制器B，控制器A为350W系统控制器，控制器B为250W系统控制器，控制器A、控制器B以并联形式连接控制双磁型动力电机的两组电机定子，形成并联式双系统电器控制系统结构。

转换开关为三档位转换开关，控制并联式双系统电器控制系统之间的互相转换。

本发明有益效果是：

由于采用了本发明的电动自行车的双磁型动力电机及其电动自行车，从而解决了现有的电动车为了爬坡而设置较大功率超出国家标准的问题，也解决了目前的电动车爬坡后电机容易发热及由于车速过快容易造成道路事故的问题，也解决了目前电动车在电器控制系统故障时无法行驶的问题，本发明的电动自行车的双磁型动力电机及其电动自行车，具有：结构设计新颖，制造容易成本低，爬坡性能好，使用方便，安全可靠的特点。适用于目前国内所有电动车使用，并能解决目前电动车存在的主要技术问题。使用本发明的电动车完全可满足人们日常生活的实际需要和基本克服现有电动车所存在的缺陷。

附图说明

图1：是本发明电动自行车的双磁型动力电机的剖视图；

图2：是本发明电动自行车的双磁型动力电机的展开结构示意图；

图3：是本发明电动自行车的双磁型动力电机轴的结构图；

图4：是本发明电动自行车的双磁型动力电机轴的剖视图；

图5：是本发明电动自行车的双磁型动力电机及其电动自行车的控制器电器线路示意图。

图1中：1、轮毂 2、钢圈 3、磁钢A 4、霍尔位置传感器A 5、线圈A

6、硅钢片A 7、嵌盘A 8、电机轴 9、挡圈 10、键A

11、隔离套 12、电机左盖 13、控制电线 14、磁钢B

15、霍尔位置传感器B 16、线圈B 17、硅钢片B 18、嵌盘B

19、电机右盖 20、键B 21、油封 22、轴承

23、铆钉 24、六角螺栓 25、衬套

图3中：8、电机轴

图4中：8、电机轴 81、键槽A 82、键槽B

83、电线导出孔A 84、电线导出孔B

图5中：26、电池组 27、控制器A 28、控制器B

29、电门锁 30、转换开关 31、车转把

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4、图5所示。

本发明的电动自行车中，包括：双磁型动力电机、控制器、车转把、电门锁、转换开关结构。

具体包括：双磁型动力电机一台、控制器两组、车转把一套、电门锁一个、转换开关一个。

电动自行车的双磁型动力电机，为无刷双同步电动机，主要由：钢圈2、磁钢A3、霍尔位置传感器A4、线圈A5、硅钢片A6、嵌盘A7、电机轴8、挡圈9、键A10、隔离套11、电机左盖12、控制电线13、磁钢B14、霍尔位置传感器B15、线圈B16、硅钢片B17、嵌盘B18、电机右盖19、键B20、油封21、轴承22、铆钉23、六角螺栓24、衬套25所构成。

电机轴8，包括：键槽A81、键槽B82、电线导出孔A83、电线导出孔B84结构。

磁钢A3、磁钢B14为：16#永磁磁钢或/和20#永磁磁钢，16#永磁磁钢或/和20#永磁磁钢为35H稀土永磁钕铁硼材料的永磁磁钢。

电动自行车的双磁型动力电机的部件分类主要包括：电机转子一组、电机定子两组、电机轴一根、电机端盖一副。

电机转子一组，主要包括：钢圈2、磁钢A3、磁钢B14、六角螺栓24结构。

电机定子两组，主要包括：霍尔位置传感器A4、线圈A5、硅钢片A6、嵌盘A7、霍尔位置传感器B15、线圈B16、硅钢片B17、嵌盘B18、控制电线13、铆钉23、衬套25结构。

电机轴一根，主要包括：电机轴8、挡圈9、键A10、键A10、隔离套11、键B20结构。

电机端盖一副，包括：电机左盖12、电机右盖19、油封21、轴承22结构。

控制器，主要包括：控制器A27、控制器B28结构。

控制器A27为350W系统控制器；控制器B28为250W系统控制器。

车转把，主要包括：电流调节器。

本发明的双磁型动力电机，为无刷电机，也称为：双磁永磁超强动力电机；或称为：低速无刷无齿双磁永磁超强动力电机。采用内置350W与250W双电机组合配置结构，实际工作时其使用效率超过单一1200W电机的工作效率。

无刷电机基本工作原理：

1、电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等。

主电路是一个典型的电压型交-直-交电路，逆变器提供等幅等频5-26KHZ调制波的对称交变矩形波。

永磁体N-S交替交换，使位置传感器产生相位差120°的U、V、W方波，结合正/反转信号产生有效的六状态编码信号：101、100、110、010、011、001，通过逻辑组件处理产生T1-T4导通、T1-T6导通、T3-T6导通、T3-T2导通、T5-T2导通、T5-T4导通，也就是说将直流母线电压依次加在A+B-、A+C-、B+C-、B+A-、C+A-、C+B-上，这样转子每转过一对N-S极，T1-T6功率管即按固定组合成六种状态的依次导通。每种状态下，仅有两相绕组通电，依次改变一种状态，定子绕组产生的磁场轴线在空间转动60°电角度，转子跟随定子磁场转动相当于60°电角度空间位置，转子在新位置上，使位置传感器U、V、W按约定产生一组新编码，新的编码又改变了功率管的导通组合，使定子绕组产生的磁场轴再前进60°电角度，如此循环，无刷直流电动机将产生连续转矩，拖动负载作连续旋转。正因为无刷直流电动机的换向是自身产生的，而不是由逆变器强制换向的，所以也称作自控式同步电动机。

2、无刷直流电动机的位置传感器编码使通电的两相绕组合成磁场轴线位置超前转子磁场轴线位置，所以不论转子的起始位置处在何处，电动机在启动瞬间就会产生足够大的启动转矩，因此转子上不需另设启动绕组。

由于定子磁场轴线可视作同转子轴线垂直，在铁芯不饱和的情况下，产生的平均电磁转矩与绕组电流成正比，这正是他励直流电动机的电流-转矩特性。

电动机的转矩正比于绕组平均电流：

Tm＝KtIav(N·m)

电动机两相绕组反电势的差正比于电动机的角速度：

ELL＝Keω(V)

所以电动机绕组中的平均电流为：

Iav＝(Vm-ELL)/2Ra(A)

其中，Vm＝δ·VDC是加在电动机线间电压平均值，VDC是直流母线电压，δ是调制波的占空比，Ra为每相绕组电阻。

由此可以得到直流电动机的电磁转矩：

Tm＝δ·(VDC·Kt/2Ra)-Kt·(Keω/2Ra)

Kt、Ke是电动机的结构常数，ω为电动机的角速度(rad/s)，所以，在一定的ω时，改变占空比δ，就可以线性地改变电动机的电磁转矩，得到与他励直流电动机电枢电压控制相同的控制特性和机械特性。

无刷直流电动机的转速设定，取决于速度指令Vc的高低，如果速度指令最大值为+5V对应的最高转速：Vc(max)ón max，那么，+5V以下任何电平即对应相当的转速n，这就实现了变速设定。

当Vc设定以后，无论是负载变化、电源电压变化，还是环境温度变化，当转速低于指令转速时，反馈电压Vfb变小，调制波的占空比δ就会变大，电枢电流变大，使电动机产生的电磁转矩增大而产生加速度，直到电动机的实际转速与指令转速相等为止；反之，如果电动机实际转速比指令转速高时，δ减小，Tm减小，发生减速度，直至实际转速与指令转速相等为止。可以说，无刷直流电动机在允许的电网波动范围内，在允许的过载能力以下，其稳态转速与指令转速相差在1％左右，并可以实现在调速范围内恒转矩运行。

由于无刷直流电动机的励磁来源于永磁体，所以不象异步机那样需要从电网吸取励磁电流；由于转子中无交变磁通，其转子上既无铜耗又无铁耗，所以效率比同容量异步电动机高10％左右，一般来说，无刷直流电动机的力能指针(ηcosθ)比同容量三相异步电动机高12％-20％。

3、当双组同时使用通电时，产生更大的反作用力，使电机扭矩更强劲。

目前市场上电动车的电机在功率为350W时，一个人骑行时无法爬上30°-40°度的坡，。目前市场上电动车为了解决爬坡问题，电机瓦数从250W一直增大到1500W，功率做的越来越大，电动车的速度也越来越快，已经不是国家规定的电动自行车了，而是成为了与摩托车一样快速的电动摩托车了，从而造成目前道路上电动车的事故率大幅度的上升，成为严重行车安全隐患。由于在城市道路上决定了电动车的车速不可能太快，而且经常会刹车，所以就会产生经常的大电流频繁起动和刹车，这样对电机，对控制器，对电池的损耗也非常大。

而且目前国内所有电动车由于只有一套电器控制系统，所以在在行驶当中，如遇到电机霍尔元件或控制器损坏或其它电器线路出现问题，只能在路上推行把电动车推到修理点找车行修理。

使用本发明电动自行车时，可解决了目前其它电动车不能爬坡的问题，比如爬40°度上坡，只需一组350W转子和一组250W转子相组合，可比单一1200W电机效率还要高。本发明电动自行车无须冲力即可轻松爬上40°度坡，而且长时间爬坡对电机、控制器都无太大影响，电机、控制器都不会有过高的升温。

使用本发明电动自行车，还可解决电动车使用中电器控制系统故障的问题，消除消费者苦恼，不必担心电动车在路上抛锚，当使用中电动车电器控制系统出现故障时则可启用另一组电路系统行驶，安全到家或到修理店修理。

并且电动车在实际使用时，当350W电机欠压电量不足时，可启动250W电机继续行驶三至五公里到达就近的可充电的地方。

电动车在实际使用时，在平路上人稀少时，可用350W电机行驶，在繁华上下班高峰时可改用250W低速行驶，这样即可实现安全，又可以增加电池续行里程，又可减轻电机发热升温现象。

充电效果：此电机用在山区、高山地段效果会更佳，因电机是无刷电机，空转也能产生磁场，而且阻力较小，因此本发明电动自行车的双磁型动力电机既可当电机使用又可当发电机使用。当爬坡时，启用双磁工作，轻松爬坡上坡，当遇到下坡时，关掉电源两组电机同时发电充入电池，采用一边一组进行充电，如果下坡时间十分钟可充入电压2V-3V，二十分钟可充入3V-5V。

本发明电动自行车的双磁型动力电机主要用于电动车动力驱动，适用于目前国内所有电动车使用，并能解决目前电动车存在的主要技术问题。使用本发明的电动车完全可满足人们日常生活的实际需要和基本克服现有电动车所存在的缺陷。

Claims

1.一种电动自行车的双磁型动力电机，包括：电机轴、电机定子、电机转子，其特征在于：电机轴为双键或长键结构的圆轴，两端轴中心分别设置有电线导出孔，在电机轴上并列设置有两组电机定子，每组电机定子包括：硅钢片、线圈、霍尔位置传感器、嵌盘结构，每组电机定子与电机轴通过键连接定位，并通过隔离套、挡圈定位固定，两个磁钢并列固定安装于电机转子的钢圈上，钢圈与电机左盖和电机右盖固定连接构成电机转子结构，两个磁钢与两组电机定子呈对应位置设置构成内置并列式双同步电机结构。

2.根据权利要求1所述的电动自行车的双磁型动力电机，其特征在于：电机轴中部为错位式双短键或单一长键结构的圆轴，两端轴中心的电线导出孔分别与圆轴侧壁相通。

3.根据权利要求1所述的电动自行车的双磁型动力电机，其特征在于：电机转子主要由：钢圈、两个外径相同而断面大小不同的磁钢、电机左盖和电机右盖所构成，两个磁钢为16#永磁磁钢或/和20#永磁磁钢，两个永磁磁钢并列间隔固定安装于钢圈内侧，钢圈与电机左盖和电机右盖相连接，电机左盖和电机右盖通过轴承安装于电机轴上，构成电机转子及电机壳体。

4.一种具有双磁型动力电机的电动自行车，包括：电器控制系统、双磁型动力电机，其特征在于：所述的电器控制系统为并联式双系统电器控制系统，主要由：两个控制器、车转把、电门锁、转换开关所构成，两个控制器与车转把并联连接，转换开关通过电门锁与两个控制器相连接，两个控制器分别连接控制双磁型动力电机的两组电机定子；

5.根据权利要求4所述的双磁型动力电机的电动自行车，其特征在于：两个控制器为控制器A、控制器B，控制器A为350W系统控制器，控制器B为250W系统控制器，控制器A、控制器B以并联形式连接控制双磁型动力电机的两组电机定子，形成并联式双系统电器控制系统结构。

6.根据权利要求4所述的双磁型动力电机的电动自行车，其特征在于：转换开关为三档位转换开关，控制并联式双系统电器控制系统之间的互相转换。