CN102624122B - 三相永磁无刷多挡轮毂电机 - Google Patents

Abstract

一种永磁无刷多挡轮毂电机，属外转子式电机，包括有由空心圆柱体的转子外壳17和安装在转子外壳内侧的一组永磁体12构成，由定子铁芯和绕在铁芯上的三相定子绕组构成的定子，每相定子绕组由绕有两或四个总匝数相同、绕组导线直径相同、绕组导线总截面积相同的相绕组单元组成，通过磁保持继电器对每相绕组中的两或四个相绕组单元实施串联、并联以及串联、并联混合连接构成变挡，一挡起动时，每相的两个相绕组单元串联或每相的四个相绕组单元串联，三相绕组接成星形，二挡加速时，每相的两个相绕组单元并联或四个相绕组单元串并混联，三相绕组接成星形三挡高速运行时，每相的两个相绕组单元并联，三相绕组接成三角形或每相的四个相绕组单元全部并联，三相绕组接成三角形。实现了电动轿车启动转矩大，加速快。

Description

三相永磁无刷多挡轮毂电机

技术领域：

本发明涉及一种电动车的轮毂电机，更确切地说是涉及一种可以直接安装在轿车轮毂内驱动轿车行驶的三相永磁无刷多挡轮毂电机方面的发明。

背景技术：

电动车对电机的速度及转矩的技术要求：起步时需要大转矩低速度，正常行驶时候转矩需求低但要有很高的速度，在最低速和最高速之间要求有很宽的范围。

目前，公知的国内外电动车的驱动方式有如下几种：

一、采用绕组圈数和绕组线径固定的内转子电机，通过齿轮变速箱、传动轴及差速器，再经过后桥内左右传动轴将动力传递给车轮。

缺点是需要配备昂贵的齿轮变速箱，及一系列的机械传递，不仅消耗相当大的能量，而且还会增加车的重量和占据车内的空间。

二、采用绕组线径固定而绕组匝数根据速度需要改变的轮毂电机，直接装在车轮上驱动车轮行驶。

缺点：只能改变绕组的匝数，不能改变绕组导线的截面积，从而使绕组的额定电流受到了限制，额定功率也就受到了限制，不能满足汽车起步爬坡和高速行驶的要求。要想使电机功率和转矩达到汽车的技术要求则电机体积就要比轮毂内空间增大数倍乃至数十倍，而这样的体积已经无法以轮毂的方式装配在汽车轮毂上。

三、绕组圈数和绕组线径固定的轮毂电机，利用三项绕组“Y”接法和“△”接法转换来改变速度。

缺点：但由于绕组数据没有做相应调整，所以不适于大电流长时间运行，况且调速范围窄，调速梯度大，与电动汽车的要求相差甚远。

四、绕组和线径通过可控硅等电子开关元件切换，理论上可以实现改变电机转速和转矩的功能，但可控硅额定电流最小也要选择200安以上的，体积很大，况且要实现电机绕组的切换功能，至少要20只左右的这样的可控硅，如果把这些可控硅都放入电机内部，那么电机的体积已经大到不能与车轮直接装配了，所以此方案也不具备可实施性。

由此可见，上述现有的电动车的轮毂电机仍存在有诸多的缺陷，而亟待加以改进。

有鉴于上述现有的电动车的轮毂电机存在的缺陷，本设计人基于从事此类产品设计制造多年，积有丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种改进成型结构的三相永磁无刷多挡轮毂电机，能够改进一般市面上现有常规电动车的轮毂电机的成型结构，使其更具有竞争性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容：

本发明所要解决的主要技术问题在于，克服现有的电动车轮毂电机存在的缺陷，而提供一种新型结构的三相永磁无刷多挡轮毂电机，不仅使其功率大，转矩足够强，而且速度快、转速和转矩变化范围宽。

本发明解决其主要技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的三相永磁无刷多挡轮毂电机，是外转子电机，包括有固定在电机轴上的电机外壳、定子和转子，其特征在于：电机外壳由转子外壳和两端的内、外侧端盖构成，转子由空心圆柱体的转子外壳17和安装在转子外壳内侧的一组永磁体12构成，定子由定子铁芯和绕在铁芯上的三相定子绕组构成，电机定子线圈绕组装在定子线槽内用槽楔将线槽口封堵，电机定子安装在电机外壳内的电机轴上，在电机轴与定子线槽之间的定子铁芯空间内安装有用于换挡的磁保持继电器，磁保持继电器7、8、9中又分别包含有三个同时动作的触点组7a、7b、7c；8a、8b、8c；9a、9b、9c，每个触点组上各有四个触头①、②、③、④，电机定子中的三相定子绕组的每相定子绕组由绕有四个总匝数相同、绕组导线直径相同、绕组导线总截面积相同的相绕组单元组成，分别是2a、2b、2c；3a、3b、3c；4a、4b、4c；5a、5b、5c，各相绕组单元线圈之间设置有绝缘层，每一个相绕组单元都能独立作为完整的相绕组使用，通过磁保持继电器对每相绕组中的四个相绕组单元实施串联、并联以及串联、并联混合连接的操作方式构成变挡，整个变挡动作过程中由机外的管理系统预先切断电机动力电源，待变挡完成后自动恢复供电，以免磁保持继电器触电烧毁，一挡起动时，每相绕组中的四个相绕组单元全部串联，二挡加速时，每相绕组中的四个相绕组单元两两串联成两组后再将串联好的两组并联，三挡高速运行时，每相绕组中的四个相绕组单元全部并联，三相永磁无刷多挡轮毂电机由多个转子和相对应的多个定子构成多组永磁无刷多挡轮毂电机。

本发明解决其技术问题还可以采用以下技术措施来进一步实现。

所述的变挡中的磁保持继电器与相绕组单元的组合关系为，磁保持继电器7、8、9中7a、7b、7c；8a、8b、8c；9a、9b、9c的触头②和③分别接通，此时各相绕组单元的连接状态为：2a的首头接电源1a，尾头接3a的首头，3a的尾头接4a的首头，4a的尾头接5a的首头；2b的首头接电源1b，尾头接3b的首头，3b的尾头接4b的首头，4b的尾头接5b的首头；2c的首头接电源1c，尾头接3c的首头，3c的尾头接4c的首头，4c的尾头接5c的首头；即每相的4个相绕组单元分别的串联，同时5a、5b、5c的尾端连接在一起，即三相绕组总的连接方式为星形，此时为第一挡；

磁保持继电器7、9中7a、7b、7c；9a、9b、9c的触头②和③分别接通，③和④分别断开，磁保持继电器8中8a、8b、8c各触点组的触头①和②分别接通、③和④分别接通，此时各相绕组单元的连接状态为：2a的首头接电源1a，尾头接3a的首头，3a的尾头接三相绕组的公共端，4a的首头接电源1a，尾头接5a的首头，5a的尾头接三相绕组的公共端；2b的首头接电源1b，尾头接3b的首头，3b的尾头接三相绕组的公共端，4b的首头接电源1b，尾头接5b的首头，5b的尾头接三相绕组的公共端；2c的首头接电源1c，尾头接3c的首头，3c的尾头接三相绕组的公共端，4c的首头接电源1c，尾头接5c的首头，5c的尾头接三相绕组的公共端；此时相绕组单元2a和3a串联、4a和5a串联，两组串联后的绕组单元再并联；2b和3b串联、4b和5b串联，两组串联后的绕组单元再并联；2c和3c串联、4c和5c串联，两组串联后的绕组单元再并联，此时为第二挡；

磁保持继电器7、8、9中的7a、7b、7c；8a、8b、8c；9a、9b、9c的触头①和②分别接通；③和④分别接通，此时各相绕组单元的状态为：2a、3a、4a、5a的首头同时接电源1a，尾头同时接三相绕组公共端；2b、3b、4b、5b的首头同时接电源1b；尾头同时接三相绕组公共端；2c、3c、4c、5c的首头同时接电源1c，尾头同时接三相绕组公共端，即每相绕组中的4个绕组单元都并联，此时为第三挡。

前所述的电机定子中的三相定子绕组中每一相的电参数完全相同且三相绕组在电机定子中的分布对称。

前所述的磁保持继电器外部安装有磁屏蔽层，磁保持继电器与磁屏蔽层之间装有绝缘层，全部磁保持继电器的控制线由一根带有屏蔽层的多芯电缆引出。

前所述电机定子铁芯边缘的三个专用凹槽内固定有三个霍尔转子位置传感器以保证电机运行平稳可靠，并且电机定子绕组中装有温度传感器，用来监测绕组温度。

电机通过安装在电机轴出线孔内的进气管和出气管进行强制风冷冷却。

前所述的电机轴上开有出线孔，三相电源线、磁保持继电器的控制线和霍尔传感器引线通过电机轴出线孔引出机外。

前所述的外侧端盖上设有车轮固定螺钉，用于安装车轮，内侧端盖通过螺钉安装有刹车盘，刹车盘与电机内侧端盖之间安装有隔热层，两侧端盖内侧安装有多个导风叶，电机两个端盖边缘成弧形状。

前所述的多组永磁无刷多挡轮毂电机是由一、二或三个转子和一、二或三个定子构成一、二或三组永磁无刷多挡轮毂电机。

本发明所要解决其技术问题的另一技术方案是采用以下方案来实现的。依据本发明提出的三相永磁无刷多挡轮毂电机，是外转子电机，包括有固定在电机轴上的电机外壳、定子和转子，其特征在于：电机外壳由转子外壳和两端的内、外侧端盖构成，转子由空心圆柱体的转子外壳17和安装在转子外壳内侧的一组永磁体12构成，定子由定子铁芯和绕在铁芯上的三相定子绕组构成，电机定子线圈绕组装在定子线槽内用槽楔将线槽口封堵，电机定子装在电机外壳内的电机轴上，电机外壳和电机转子固定在电机轴上的轴承上，电机轴的外侧用轴封密封，在电机轴与定子线槽之间的定子铁芯空间内安装有用于换挡的继电器，电机定子中的三相定子绕组中的每相定子绕组均由绕有两个总匝数相同、绕组导线直径相同、绕组导线总截面积相同的相绕组单元组成，各相绕组单元之间及整个相绕组与定子线槽之间均设有绝缘层，每一个相绕组单元都能独立作为完整的相绕组使用，通过继电器对每相绕组中的两个相绕组单元实施串联、并联以及对三相绕组总的接成星形或三角形的连接方式构成变挡，整个变挡动作过程中由机外的管理系统预先切断电机动力电源，待变挡完成后自动恢复供电，以免磁保持继电器触电烧毁，一挡起动时，每相绕组中的两个相绕组单元分别串联，并且三相绕组接成星形；二挡加速时，每相绕组中的两个相绕组单元分别并联，并且三相绕组接成星形；三挡高速运行时，每相绕组中的两个相绕组单元分别并联，并且三相绕组接成三角形，三相永磁无刷多挡轮毂电机由多个转子和相对应的多个定子构成多组永磁无刷多挡轮毂电机。

所述的变挡中的磁保持继电器与相绕组单元的组合关系为：磁保持继电器9a、9b、9c的触头②和③分别接通、8a、8b、8c的触头①和②均为断开状态、7a、7b、7c的触头②和③分别接通时，各相绕组单元的连接状态为：2a、2b、2c的首头分别与A、B、C三相电源连接，2a的尾头与3a的首头连接，2b的尾头与3b的首头连接，2c的尾头与3c的首头连接，即2a与3a串联、2b与3b串联、2c与3c串联，同时3a、3b、3c的尾端连接在一起，即三相绕组总的连接方式为星形，此时为电机的第一挡；

当磁保持继电器7a、7b、7c的触头①和②分别接通，8a、8b、8c的触头①和②分别接通，9a、9b、9c的触头②和③分别接通时，各相绕组单元的连接状态为：2a、2b、2c的首头分别与A、B、C三相电源连接，2a的尾头与3a的尾头连接，3a的首头与2a的首头连接，2b的尾头与3b的尾头连接，3b的首头与2b的首头连接，2c的尾头与3c的尾头连接，3c的首头与2c的首头连接，即2a与3a并联、2b与3b并联、2c与3c并联，同时2a、2b、2c；3a、3b、3c的尾端连接在一起，即三相绕组总的连接方式为星形，此时为电机的第二挡；

当磁保持继电器7a、7b、7c的触头①和②分别接通，8a、8b、8c的触头①和②分别接通，9a、9b、9c的触头①和②分别接通时，各相绕组单元的连接状态为：2a、2b、2c的首头分别与A、B、C三相电源连接，2a的尾头与3a的尾头连接，3a的首头与2a的首头连接，2b的尾头与3b的尾头连接，3b的首头与2b的首头连接，2c的尾头与3c的尾头连接，3c的首头与2c的首头连接，即2a与3a并联、2b与3b并联、2c与3c并联，同时3a的尾端与2c的首端连接、3b的尾端与2a的首端连接、3c的尾端与2b的首端连接，即三相绕组总的连接方式为三角形，此时为电机的第三挡。

前所述的电机定子中的三相定子绕组中每一相的电参数完全相同且三相绕组在电机定子中的分布对称。

前所述的继电器为磁保持继电器，磁保持继电器分别包含有三个同时动作的触点组，每个触点组上分别有三、三、二个有效触头。

前所述的磁保持继电器外部安装有磁屏蔽层，磁保持继电器与磁屏蔽层之间装有绝缘层，全部磁保持继电器的控制线由一根带有屏蔽层的多芯电缆引出。

前所述的电机定子铁芯边缘的三个专用凹槽内固定有三个霍尔转子位置传感器以保证电机运行平稳可靠，并且电机定子绕组中装有温度传感器，用来监测绕组温度。

电机通过安装在电机轴出线孔内的进气管和出气管进行强制风冷冷却。

前所述的电机轴上开有出线孔，三相电源线、磁保持继电器的控制线和霍尔传感器引线通过电机轴出线孔引出机外。

在电机外侧端盖上设有车轮固定螺钉，用于安装车轮，内侧端盖通过螺钉安装有刹车盘，刹车盘与电机内侧端盖之间安装有隔热层，两侧端盖内侧安装有多个导风叶，电机两个端盖边缘成弧形状。

在电机固定座上装有刹车分泵。

前所述的多组永磁无刷多挡轮毂电机是由一、二或三个转子和一、二或三个定子构成一、二或三组永磁无刷多挡轮毂电机。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明由于采用上述技术方案，使其在保证三相绕组对称的条件下，通过对绕组线圈匝数的改变以及对绕组导线总截面积的改变，实现对绕组产生的磁通密度的控制，使电机转矩和速度可以大范围改变，同时在大功率、大电流的状态下绕组线圈总截面积处于最大状态，匝数为最少状态，电机内阻为最小状态，这样电机的铜耗损和铁耗损就降到了最小，提高了电机效率，绝缘导线的利用率100％，从而减小了电机体积、减少了耗铜量，结构简单、便于生产和使用、体积适合与现有汽车轮毂装配。

本案发明人研究轮毂电机产品已有数十年的经验，对于现有的电动车的轮毂电机所存在的问题及缺陷相当了解，而本发明既是根据上述缺陷研究开发而创设的永磁无刷多挡轮毂电机，其确实能达到预期的目的及功效，不但在空间型态上确属创新，而且较现有的电动车的轮毂电机确属具有相当的增进功效，且较现有已知产品更具有技术进步性及实用性，并产生了好用及实用的优良功效，而确实具有实用性。

综上所述，本发明在空间型态上确属创新，并较现有产品又增进了多项功效，且结构简单，适于实用，具有产业的广泛利用价值。其在技术发展空间有限的领域中，不论在结构上或功能上皆有较大的改进，且在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，而确实具有增进的功效，从而更加适于实用，成为一种新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅为本发明技术方案特征部份的概述，为使专业技术人员能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如下。

本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明：

第一技术方案

图1是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的电路原理图。

图2是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的第一挡(低速)时的等效电路图。

图3是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机第一挡(低速)时的磁保持继电器7、8、9的各触点状态及电路原理图。

图4是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的第二挡(中速)时的等效电路图。

图5是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的第二挡(中速)时的磁保持继电器7、8、9的各触点状态及电路原理图。

图6是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的第三挡(高速)时的等效电路图。

图7是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的第三挡(高速)时的磁保持继电器7、8、9的各触点状态及电路原理图。

图8是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的一组电机横剖面图，图8中只给出了三相绕组中的一相绕组分布示意，其余两相类同。

图9是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的一组电机纵剖面图。

图10是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的两组电机纵剖面图。

图11是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的三组电机纵剖面图。

图12是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的磁保持继电器7、8、9的示意图。

第二技术方案

图13是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的电路原理图。

图14-1是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的第一挡(低速)时的等效电路图。

图14-2是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的一挡(低速)时的磁保持继电器5、6、7的各触点状态及电路原理图。

图15-1是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的第二挡(中速)时的等效电路图。

图15-2是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的第二挡(中速)时的磁保持继电器5、6、7的触点状态及电路原理图。

图16-1是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的第三挡(高速)时的等效电路图。

图16-2是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的第三挡(高速)时的磁保持继电器5、6、7的触点状态及电路原理图。

图17是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的一组电机横剖面图。

图18是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的一组电机的纵剖面图。图19是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的两组电机的纵剖面图。

图20是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的三组电机的纵剖面图。

图21是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的磁保持继电器7、8、9的示意图。

图中对相绕组单元的端部属性规定为：相绕组单元标有黑点“.”的一端为相绕组单元的头(首端)，没有标记的一端为尾(尾端)。

附图主要部件标记说明

图中1a、1b、1c为电机的三相电源线，2a、2b、2c；3a、3b、3c；4a、4b、4c；5a、5b、5c为相绕组单元，6a、6b、6c分别是相绕组单元5a、5b、5c的尾端，7、8、9为磁保持继电器，7a、7b、7c；8a、8b、8c；9a、9b、9c分别是磁保持继电器7、8、9中的三个触点组，10、绝缘层11、槽楔12、转子永磁体、13、定子铁芯14、定子线槽，15、电机轴16、电机轴出线孔17、转子外壳18、磁屏蔽层19、磁保持继电器绝缘层20、车轮固定螺钉21、轴承22、轴封23、电机外侧端盖24、电机内侧端盖25、刹车盘26、刹车盘固定螺钉27、电机固定座28、冷却空气排气管29、冷却空气进气管30、磁保持继电器控制线31、霍尔信号线32、刹车分泵33、端盖固定螺钉35、温度传感头36、刹车盘隔热层37、霍尔转子位置传感器。

具体实施方式：

以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

第一技术方案

请参阅图1至图11所示，本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机，属于外转子式电机，主要是由内、外侧端盖24、23和端盖两端的转子外壳17构成的电机外壳，由空心圆柱体的转子外壳17和安装在转子外壳内侧的一组永磁体12构成，由定子铁芯13和绕在铁芯上的三相定子绕组构成的电机定子，电机定子线圈绕组安装在定子线槽14内用槽楔11将线槽口封堵，电机定子装在电机外壳内的电机轴15上，在电机轴15与定子线槽14之间的定子铁芯13空间内安装有用于换挡的磁保持继电器7、8、9，在磁保持继电器7、8、9中又分别包含有三个同时动作的7a、7b、7c；8a、8b、8c；9a、9b、9c触点组，每个触点组上各有四个触头①、②、③、④，电机定子中的三相定子绕组的每相定子绕组由绕有四个总匝数相同、绕组导线直径相同、绕组导线总截面积相同的2a、2b、2c；3a、3b、3c；4a、4b、4c；5a、5b、5c相绕组单元组成，各相绕组单元线圈之间设置有绝缘层10，每一个相绕组单元都能独立作为完整的相绕组使用，通过磁保持继电器7、8、9对每相绕组中的四个2a、2b、2c；3a、3b、3c；4a、4b、4c；5a、5b、5c相绕组单元实施串联、并联以及串联、并联混合连接的操作方式构成变挡，整个变挡动作过程中由机外的管理系统预先切断电机动力电源，待变挡完成后自动恢复供电，以免磁保持继电器触电烧毁，在一挡起动时，每相绕组中的四个相绕组单元全部串联，在二挡加速时，每相绕组中的四个相绕组单元两两串联成两组后再将串联好的两组并联，在三挡高速运行时，每相绕组中的四个相绕组单元全部并联，三相永磁无刷多挡轮毂电机由多个转子和相对应的多个定子构成多组永磁无刷多挡轮毂电机。

图1所示的是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的电路原理图，电源线1a接入磁保持继电器7、8、9中的7a、8a、9a的触头④及相绕组单元2a的首端，磁保持继电器7a、8a、9a的触头①全部接在相绕组单元5a的尾端6a上，相绕组单元2a的尾端接7a的触头②，相绕组单元3a的首端接7a的触头③，绕组3a的尾端接8a的触头②，绕组4a的首端接8a的触头③，绕组4a的尾端接9a的触头②，绕组5a的首端接9a的触头③；电源线1b接入磁保持继电器7、8、9中的7b、8b、9b的触头④及相绕组单元2b的首端，磁保持继电器7b、8b、9b的触头①全部接在相绕组单元5b的尾端6b上，相绕组单元2b的尾端接7b的触头②，相绕组单元3b的首端接7b的触头③，绕组3b的尾端接8b的触头②，绕组4b的首端接8b的触头③，绕组4b的尾端接9b的触头②，绕组5b的首端接9b的触头③；电源线1c接入磁保持继电器7、8、9中的7c、8c、9c的触头④及相绕组单元2c的首端，磁保持继电器7c、8c、9c的触头①全部接在相绕组单元5c的尾端6c上，相绕组单元2c的尾端接7c的触头②，相绕组单元3c的首端接7c的触头③，绕组3c的尾端接8c的触头②，绕组4c的首端接8c的触头③，绕组4c的尾端接9c的触头②，绕组5c的首端接9c的触头③，绕组5a、5b、5c的尾端6a、6b、6c接在一起成为星形接法的公共端。

图2、图3所示的是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机一挡起步时的等效电路图和电路原理图，磁保持继电器7、8、9中7a、7b、7c；8a、8b、8c；9a、9b、9c的触头②和③分别接通，此时各相绕组单元的连接状态为：2a的首头接电源1a，尾头接3a的首头，3a的尾头接4a的首头，4a的尾头接5a的首头；2b的首头接电源1b，尾头接3b的首头，3b的尾头接4b的首头，4b的尾头接5b的首头；2c的首头接电源1c，尾头接3c的首头，3c的尾头接4c的首头，4c的尾头接5c的首头；即每相的4个相绕组单元分别的串联，同时5a、5b、5c的尾端连接在一起，即三相绕组总的连接方式为星形；

图4、图5所示的是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机起步后加速时即二挡的等效电路图和电路原理图，磁保持继电器7、9中7a、7b、7c；9a、9b、9c的触头②和③分别接通，③和④分别断开，磁保持继电器8中8a、8b、8c各触点组的触头①和②分别接通、③和④分别接通，此时各相绕组单元的连接状态为：2a的首头接电源1a，尾头接3a的首头，3a的尾头接三相绕组的公共端，4a的首头接电源1a，尾头接5a的首头，5a的尾头接三相绕组的公共端；2b的首头接电源1b，尾头接3b的首头，3b的尾头接三相绕组的公共端，4b的首头接电源1b，尾头接5b的首头，5b的尾头接三相绕组的公共端；2c的首头接电源1c，尾头接3c的首头，3c的尾头接三相绕组的公共端，4c的首头接电源1c，尾头接5c的首头，5c的尾头接三相绕组的公共端；此时相绕组单元2a和3a串联、4a和5a串联，两组串联后的绕组单元再并联；2b和3b串联、4b和5b串联，两组串联后的绕组单元再并联；2c和3c串联、4c和5c串联，两组串联后的绕组单元再并联；

图6、图7所示的是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机三挡高速运行时的等效电路图和电路原理图，磁保持继电器7、8、9中的7a、7b、7c；8a、8b、8c；9a、9b、9c的触头①和②分别接通；③和④分别接通，此时各相绕组单元的状态为：2a、3a、4a、5a的首头同时接电源1a，尾头同时接三相绕组公共端；2b、3b、4b、5b的首头同时接电源1b，尾头同时接三相绕组公共端；2c、3c、4c、5c的首头同时接电源1c，尾头同时接三相绕组公共端，即每相绕组中的4个绕组单元都并联。[0081]图8、图9所示的是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的单组电机横剖和纵剖面图，在图中由转子外壳17和用端盖固定螺钉33固定在转子外壳两端的内、外侧端盖24、23构成电机外壳，由空心圆柱体的转子外壳17和安装在转子外壳内侧的一组永磁体12构成电机转子，由定子铁芯13和绕在铁芯上的三相定子绕组构成的电机定子，电机定子线圈绕组中每一相的电参数完全相同且三相绕组在电机定子中的分布对称。，每相定子绕组由绕有四个总匝数相同、绕组导线直径相同、绕组导线总截面积相同的2a、2b、2c；3a、3b、3c；4a、4b、4c；5a、5b、5c相绕组单元组成，各相绕组单元线圈之间设置有绝缘层10，三相定子绕组装在定子线槽14内用槽楔11将线槽口封堵，电机定子装在电机外壳内的电机轴15上，电机外壳和电机转子固定在电机轴15上的轴承21上，电机轴15的外侧用轴封22密封，在电机轴15与定子线槽14之间的定子铁芯13空间内均匀安装有用于换挡的磁保持继电器7、8、9，磁保持继电器7、8、9外部安装有磁屏蔽层18，磁保持继电器7、8、9与磁屏蔽层18之间装有继电器绝缘层19，全部磁保持继电器的控制线30由一根带有屏蔽层的多芯电缆引出，在电机定子铁芯边缘的三个专用凹槽内固定有三个霍尔转子位置传感器37以保证电机运行平稳可靠，并且电机定子绕组中装有温度传感器35，用来监测绕组温度，在电机轴15上开有轴出线孔16，三相电源线1a、1b、1c、磁保持继电器控制线30和霍尔传感器信号线31通过电机轴出线孔16引出机外，电机的冷却是通过安装在电机轴出线孔16内的进气管29和出气管28进行强制风冷冷却，在电机的外侧端盖23上设有车轮固定螺钉20，用于安装车轮，内侧端盖24通过刹车盘固定螺钉26安装刹车盘25，刹车盘25与电机内侧端盖24之间安装有刹车盘隔热层36，两侧端盖内侧安装有多个导风叶，电机两个端盖边缘成弧形状，在电机固定座27上装有刹车分泵32。

图10、11所示的是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的两、三组电机纵剖面图。由图所示，永磁无刷多挡轮毂电机可由一、二或三个转子和一、二或三个定子构成一、二或三组永磁无刷多挡轮毂电机。

图12所示的是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机磁保持继电器7、8、9的三个同时动作的7a、7b、7c；8a、8b、8c；9a、9b、9c触点组和每个触点组上各有四个①、②、③、④触头的示意图。

第二技术方案

请参阅图13至图20所示，本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机，属于外转子式电机，主要包括有由内侧端盖24、外侧端盖23和端盖两端的转子外壳17构成的电机外壳，由空心圆柱体的转子外壳17和安装在转子外壳内侧的一组永磁体12构成电机转子，由定子铁芯13和绕在铁芯上的三相定子绕组构成的电机定子，电机定子线圈绕组装在定子线槽14内用槽楔11将线槽口封堵，电机定子装在电机外壳内的电机轴15上，电机转子通过内、外侧端盖24、23及轴承21固定在电机轴15上，电机轴15的外侧用轴封22密封，在电机轴15与定子线槽14之间的定子铁芯13空间内安装有用于换挡的继电器，电机定子中的三相定子绕组的每相定子绕组由绕有两个总匝数相同、绕组导线直径相同、绕组导线总截面积相同的相绕组单元2a、3a；2b、3b；2c、3c组成，各相绕组单元2a、3a；2b、3b；2c、3c之间及整个相绕组与定子线槽14之间均设有绝缘层10，每一个相绕组单元都能独立作为完整的相绕组使用，通过继电器对每相绕组中的两个相绕组单元实施串联、并联以及对三相绕组总的接成星形或三角形的连接方式构成变挡，在整个变挡动作过程中由机外的管理系统预先切断电机动力电源，待变挡完成后自动恢复供电，以免磁保持继电器触电烧毁，在一挡起动时，每相绕组中的两个相绕组单元2a、3a；2b、3b；2c、3c分别串联，并且三相绕组接成星形；

二挡加速时，每相绕组中的两个相绕组单元2a、3a；2b、3b；2c、3c分别并联，并且三相绕组接成星形；三挡高速运行时，每相绕组中的两个相绕组单元2a、3a；2b、3b；2c、3c分别并联，并且三相绕组接成三角形，三相永磁无刷多挡轮毂电机由多个转子和相对应的多个定子构成多组永磁无刷多挡轮毂电机。上面所示的继电器用的是磁保持继电器7、8、9，磁保持继电器7、8、9分别包含有三个同时动作的触点组7a、7b、7c；8a、8b、8c；9a、9b、9c，每个触点组上分别有①、②、③；①、②、③；①、②个触头。

图13所示的是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的电路原理图，由三相电源线1a、1b、1c分别接在磁保持继电器8a、8b、8c的触点②上，同时分别接在磁保持继电器9b、9c、9a的触头①上；磁保持继电器9a、9b、9c的触头③端用导线连接在一起，相绕组单元2a、2b、2c的首端分别连接在三相电源1a、1b、1c上，尾端分别接在磁保持继电器7a、7b、7c的触头②上；相绕组单元3a、3b、3c的首端分别连接在磁保持继电器8a、8b、8c的触头①上，尾端分别接在磁保持继电器9a、9b、9c的触头②上；磁保持继电器7a、7b、7c的触头③端和磁保持继电器8a、8b、8c的触头①分别用导线连接在一起；磁保持继电器7a、7b、7c的触头①和9a、9b、9c的触头②分别用导线连接。

电机启动时为第一挡，此时磁保持继电器7、8、9使每一相的2个相绕组单元分别串联，且三相绕组接成星形，等效电路如图14-1所示；

电机启动后在加速时为第二挡，此时磁保持继电器7、8、9使每一相的2个相绕组单元分别并联，且三相绕组接成星形，等效电路如图15-1所示；

电机高速运行时为第三挡，此时磁保持继电器7、8、9使每一相的2个相绕组单元分别并联，且三相绕组接成三角形，等效电路如图16-1所示。

图14-1和图14-2所示的分别是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的第一挡(低速)时的等效电路和电路原理图，当电机一挡启动时，每相的2个相绕组单元相互串联，即磁保持继电器9a、9b、9c的触头②和③分别接通其余触头断开、8a、8b、8c的触头①和②均为断开状态、7a、7b、7c的触头②和③分别接通其余触头断开，各相绕组单元的连接状态为：2a、2b、2c的首头分别与A、B、C三相电源连接，2a的尾头与3a的首头连接，2b的尾头与3b的首头连接，2c的尾头与3c的首头连接，即2a与3a串联、2b与3b串联、2c与3c串联，同时3a、3b、3c的尾端连接在一起，即三相绕组总的连接方式为星形；

图15-1和图15-2所示的分别是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的第二挡(中速)时的等效电路图和电路原理图，当电机二挡时，磁保持继电器7a、7b、7c的触头①和②分别接通，8a、8b、8c的触头①和②分别接通，9a、9b、9c的触头②和③分别接通时，各相绕组单元的连接状态为：2a、2b、2c的首头分别与A、B、C三相电源连接，2a的尾头与3a的尾头连接，3a的首头与2a的首头连接，2b的尾头与3b的尾头连接，3b的首头与2b的首头连接，2c的尾头与3c的尾头连接，3c的首头与2c的首头连接，即2a与3a并联、2b与3b并联、2c与3c并联，同时2a、2b、2c、3a、3b、3c的尾端连接在一起，即三相绕组总的连接方式为星形；[0094]图16-1和图16-2所示的分别是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的第三挡(高速)时的等效电路图和电路原理图，当电机三挡时，磁保持继电器7a、7b、7c的触头①和②分别接通，8a、8b、8c的触头①和②分别接通，9a、9b、9c的触头①和②分别接通时，各相绕组单元的连接状态为：2a、2b、2c的首头分别与A、B、C三相电源连接，2a的尾头与3a的尾头连接，3a的首头与2a的首头连接，2b的尾头与3b的尾头连接，3b的首头与2b的首头连接，2c的尾头与3c的尾头连接，3c的首头与2c的首头连接，即2a与3a并联、2b与3b并联、2c与3c并联，同时3a的尾端与2c的首端连接、3b的尾端与2a的首端连接、3c的尾端与2b的首端连接，即三相绕组总的连接方式为三角形。

图17、图18所示的是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的单组电机横、纵剖面图，在图中由转子外壳17和用端盖固定螺钉33固定在转子外壳两端的内、外侧端盖24、23构成电机外壳，由空心圆柱体的转子外壳17和安装在转子外壳内侧的一组永磁体12构成电机转子，由定子铁芯13和绕在铁芯上的三相定子绕组构成电机定子，电机定子线圈绕组中每一相的电参数完全相同且三相绕组在电机定子中的分布对称，每相定子绕组由绕有两个总匝数相同、绕组导线直径相同、绕组导线总截面积相同的2a、3a；2b、3b；2c、3c相绕组单元组成，各相绕组单元2a、3a；2b、3b；2c、3c之间及整个相绕组与定子线槽14之间均设有绝缘层10，三相定子绕组装在定子线槽14内用槽楔11将线槽口封堵，在定子铁芯13的三个专用凹槽内固定有三个霍尔转子位置传感器37，电机定子装在电机外壳内的电机轴15上，电机转子通过内、外侧端盖24、23及轴承21固定在电机轴15上，电机轴15的外侧用轴封22密封，在电机轴15与定子线槽14之间的定子铁芯13空间内均匀安装有用于换挡的磁保持继电器7、8、9，磁保持继电器7、8、9外部安装有磁屏蔽层18，磁保持继电器7、8、9与磁屏蔽层18之间装有继电器绝缘层19，全部磁保持继电器的控制线30由一根带有屏蔽层的多芯电缆引出，在电机定子铁芯边缘的三个专用凹槽内固定有三个霍尔转子位置传感器37以保证电机运行平稳可靠，并且电机定子绕组中装有温度传感器35，用来监测绕组温度，在电机轴15上开有轴出线孔16，三相电源线1a、1b、1c、磁保持继电器控制线30和霍尔传感器信号线31通过电机轴出线孔16引出机外，电机的冷却是通过安装在电机轴出线孔16内的进气管29和出气管28进行强制风冷冷却，在电机的外侧端盖23上设有车轮固定螺钉20，用于安装车轮，内侧端盖24通过刹车盘固定螺钉26安装刹车盘25，刹车盘25与电机内侧端盖24之间安装有刹车盘隔热层36，两侧端盖内侧安装有多个导风叶，电机两个端盖边缘成弧形状，在电机固定座27上装有刹车分泵32。

图19、图20所示的是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的两、三组电机的纵剖面图。由图所示，永磁无刷多挡轮毂电机可由一、二或三个转子和一、二或三个定子构成一、二或三组永磁无刷多挡轮毂电机。

图21所示的是本发明三相永磁无刷多挡轮毂电机的磁保持继电器7、8、9的示意图，磁保持继电器共有三个，磁保持继电器7、8、9中又分别包含有三个同时动作的触点组7a、7b、7c、8a、8b、8c，9a、9b、9c，其中有两组触点组7a、7b、7c；9a、9b、9c的触点有三个触头①、②、③，另一组触点组8a、8b、8c的触点有两个触头①、②。

工作原理：

永磁无刷多挡轮毂电机由电机转子、电机定子、电机轴与轴承、电机端盖组成永磁无刷外转子三相绕组电机，转子上安装永磁体，绕组安装在定子上，三相绕组的每一相绕组均由多个相同的相绕组单元组成，每个相绕组单元的线圈匝数及绝缘导线的直径与总截面积都相同，且每个相绕组单元都可独立的作为相绕组，相绕组单元之间用磁保持继电器进行串联或并联，当相绕组单元全部串联时用于电机起动。

技术方案一

电机启动开始的瞬间，因电机处于静止状态，其反电动势为0，根据电机的基本公式：I=(V-E)/R，其中I为电机电流，V为电源电压，E为电机反电动势，R为电机内阻，此时电流I很大，电机效率很低，而恰恰此时汽车需要很大的转矩来克服汽车的惯性，使其有静止到运动，每相的四个相绕组单元串联起来，降低了每个绕组单元承担的电压，增加了电机内阻，从而对总电流进行抑制，更重要的是此时每相的绕组匝数为最大，故而绕组的磁通密度最大，由公式T=KIφ(式中T为转矩，K为常数，I为电流，φ为绕组产生的磁通)可知，此时电机的转矩最大，根据公式n=kU／φ(n为转速，k为常数，φ为绕组产生的磁通)可知，此时电机低速大转矩运行。

当相绕组单元串、并联混合时用于电机的加速，这样连接后，每相绕组的总匝数比一挡启动的时候减少了一倍，相应的磁通密度φ也就减小了，每个相绕组单元上得到的电压是一挡启动时的二倍，电机内阻降低到一挡时的1／4，由公式I=(V-E)/R，可以看出，V的增加和R的减小使电流I增大，由公式P=√3IV可知，此时电机功率增加了，由公式T=KIφ和公式n=kU／φ可知，仅仅考虑每个绕组单元电压的变化一项，此时电机速度就比一挡时候又高了一倍，再加上磁通量变化及内阻变化的因素，理论上此时的速度大约是一挡时候的三倍左右。

当相绕组单元全部并联时用于电机的高速运行，此时每个相绕组单元上获得的电压是二挡时的二倍，并联后的电机绕组总内阻R也减少到二挡时的1／4，由公式I=(V-E)/R，可知，相绕组单元上的电压V增加和总电阻R减小，会导致总电流I的增加。并联后绕组总匝数的减少又使得其产生的磁通减小，导致转矩减小，根据公式n=kU／φ(n为转速，k为常数，φ为绕组产生的磁通)，此时的功率集中体现在速度上，所以速度会很高，相绕组单元之间的串、并联及串联、并联混合连接通过若干个磁保持继电器实现并把电机由启动、加速到全速的过程分成几个挡位，由机外的电机运行管理系统根据实际需要和电机实时参数对磁保持继电器实施控制即换挡，从而实现自动变挡。磁保持继电器动作时，管理系统会自动提前终止电机电源供给，待变挡动作完成后再自动恢复供电，磁保持继电器动作过程无火花，保证了运行的安全可靠。磁保持继电器安装在电机定子铁芯空余空间内，电机电源线只有三根引出，电机生产便捷。

技术方案二

电机启动开始的瞬间，因电机处于静止状态，其反电动势为0，根据电机的基本公式：I=(V-E)/R，其中I为电机电流，V为电源电压，E为电机反电动势，R为电机内阻，此时电流I很大，电机效率很低，而恰恰此时汽车需要很大的转矩来克服汽车的惯性，使其有静止到运动，本发明技术方案此时将每相的2个相绕组单元串联起来，降低了每个绕组单元承担的电压，增加了电机内阻，从而对总电流进行抑制，更重要的是此时每相的绕组匝数为最大，故而绕组的磁通密度最大，由公式T=KIφ(式中T为转矩，K为常数，I为电流，φ为绕组产生的磁通)可知，此时电机的转矩最大，根据公式n=kU／φ(n为转速，k为常数，φ为绕组产生的磁通)可知，此时电机低速大转矩运行即一挡。

电机加速即二挡时，本技术方案将每相绕组中的2个绕组单元分别并联，这样连接后，每相绕组的总匝数比一挡启动的时候减少了一倍，相应的磁通密度φ也就减小了，每个相绕组单元上得到的电压是一挡启动时的2倍，电机内阻也降低了一倍，由公式I=(V-E)/R，可以看出，V的增加和R的减小使电流I增大，由公式P=√3IV可知，此时电机功率增加了，由公式T=KIφ和公式n=kU／φ可知，仅仅考虑每个绕组单元电压的变化一项，此时电机速度就比一挡时候又高了一倍，再加上磁通量变化及内阻变化的因素，理论上此时的速度大约是一挡时候的三倍左右。

电机高速运行即三挡时，本技术方案为：各相绕组单元保持二挡时的连接状态，将三相绕组总的连接方式改为三角形，此时每个相绕组单元上施加的电压比二挡时候又增大了一倍，根据公式n=kU／φ(n为转速，k为常数，φ为绕组产生的磁通)可知，仅仅考虑每个绕组单元电压的变化一项，此时电机速度就比2挡时候又高了1倍，再加上磁通量变化及内阻变化的因素，理论上此时的速度大约是2挡时候的3倍左右。

相绕组单元之间的串、并联及三相绕组的星形、三角形变化通过若干个磁保持继电器实现并把电机由启动、加速到全速的过程分成几个挡位，由机外的电机运行管理系统根据实际需要和电机实时参数对磁保持继电器实施控制即换挡，从而实现自动变挡。磁保持继电器动作时，管理系统会自动提前终止电机电源供给，待变挡动作完成后再自动恢复供电，磁保持继电器动作过程无火花，保证了运行的安全可靠。磁保持继电器安装在电机定子铁芯空余空间内，电机电源线只有三根引出，电机生产便捷。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (18)

1.一种三相永磁无刷多挡轮毂电机，是外转子电机，包括有固定在电机轴上的电机外壳、定子和转子，其特征在于：电机外壳由转子外壳和两端的内、外侧端盖构成，转子由空心圆柱体的转子外壳17和安装在转子外壳内侧的一组永磁体12构成，定子由定子铁芯和绕在铁芯上的三相定子绕组构成，电机定子线圈绕组装在定子线槽内用槽楔将线槽口封堵，电机定子安装在电机外壳内的电机轴上，在电机轴与定子线槽之间的定子铁芯空间内安装有用于换挡的磁保持继电器，磁保持继电器7、8、9中又分别包含有三个同时动作的触点组7a、7b、7c；8a、8b、8c；9a、9b、9c，每个触点组上各有四个触头①、②、③、④，电机三相定子绕组中的每相定子绕组均由绕有四个总匝数相同、绕组导线直径相同、绕组导线总截面积相同的相绕组单元组成，分别是2a、2b、2c；3a、3b、3c；4a、4b、4c；5a、5b、5c，各相绕组单元线圈之间设置有绝缘层，每一个相绕组单元都能独立作为完整的相绕组使用，通过磁保持继电器对每相绕组中的四个相绕组单元实施串联、并联以及串联、并联混合连接的操作方式构成变挡，整个变挡动作过程中由机外的管理系统预先切断电机动力电源，待变挡完成后自动恢复供电，以免磁保持继电器触电烧毁，一挡起动时，每相绕组中的四个相绕组单元全部串联，二挡加速时，每相绕组中的四个相绕组单元两两串联成两组后再将串联好的两组并联，三挡高速运行时，每相绕组中的四个相绕组单元全部并联，三相永磁无刷多挡轮毂电机由多个转子和相对应的多个定子构成多组永磁无刷多挡轮毂电机，

所述的磁保持继电器与相绕组单元的组合关系是磁保持继电器7、8、9中7a、7b、7c；8a、8b、8c；9a、9b、9c的触头②和③分别接通，此时各相绕组单元的连接状态为：2a的首头接电源1a，尾头接3a的首头，3a的尾头接4a的首头，4a的尾头接5a的首头；2b的首头接电源1b，尾头接3b的首头，3b的尾头接4b的首头，4b的尾头接5b的首头；2c的首头接电源1c，尾头接3c的首头，3c的尾头接4c的首头，4c的尾头接5c的首头；即每相的4个相绕组单元分别的串联，同时5a、5b、5c的尾端连接在一起，即三相绕组总的连接方式为星形，此时为第一挡；

磁保持继电器7、9中7a、7b、7c；9a、9b、9c的触头②和③分别接通，③和④分别断开，磁保持继电器8中8a、8b、8c各触点组的触头①和②分别接通、③和④分别接通，此时各相绕组单元的连接状态为：2a的首头接电源1a，尾头接3a的首头，3a的尾头接三相绕组的公共端，4a的首头接电源1a，尾头接5a的首头，5a的尾头接三相绕组的公共端；2b的首头接电源1b，尾头接3b的首头，3b的尾头接三相绕组的公共端，4b的首头接电源1b，尾头接5b的首头，5b的尾头接三相绕组的公共端；2c的首头接电源1c，尾头接3c的首头，3c的尾头接三相绕组的公共端，4c的首头接电源1c，尾头接5c的首头，5c的尾头接三相绕组的公共端；此时相绕组单元2a和3a串联、4a和5a串联，两组串联后的绕组单元再并联；2b和3b串联、4b和5b串联，两组串联后的绕组单元再并联；2c和3c串联、4c和5c串联，两组串联后的绕组单元再并联，此时为第二挡；

磁保持继电器7、8、9中的7a、7b、7c；8a、8b、8c；9a、9b、9c的触头①和②分别接通；③和④分别接通，此时各相绕组单元的状态为：2a、3a、4a、5a的首头同时接电源1a，尾头同时接三相绕组公共端；2b、3b、4b、5b的首头同时接电源1b，尾头同时接三相绕组公共端；2c、3c、4c、5c的首头同时接电源1c，尾头同时接三相绕组公共端，即每相绕组中的4个绕组单元都并联，此时为第三挡。

2.根据权利要求1所述的三相永磁无刷多挡轮毂电机，其特征在于：所述的电机定子中的三相定子绕组中每一相的电参数完全相同且三相绕组在电机定子中的分布对称。

3.根据权利要求2所述的三相永磁无刷多挡轮毂电机，其特征在于：所述的磁保持继电器外部安装有磁屏蔽层，磁保持继电器与磁屏蔽层之间装有绝缘层，全部磁保持继电器的控制线由一根带有屏蔽层的多芯电缆引出。

4.根据权利要求1所述的三相永磁无刷多挡轮毂电机，其特征在于：所述电机定子铁芯边缘的三个专用凹槽内固定有三个霍尔转子位置传感器以保证电机运行平稳可靠，并且电机定子绕组中装有温度传感器，用来监测绕组温度。

5.根据权利要求4所述的三相永磁无刷多挡轮毂电机，其特征在于：电机通过安装在电机轴出线孔内的进气管和出气管进行强制风冷冷却。

6.根据权利要求5所述的永磁无刷多挡轮毂电机，其特征在于：所述的电机轴上开有出线孔，三相电源线、磁保持继电器的控制线和霍尔传感器引线通过电机轴出线孔引出机外。

7.根据权利要求6所述的三相永磁无刷多挡轮毂电机，其特征在于：所述的外侧端盖上设有车轮固定螺钉，用于安装车轮，内侧端盖通过螺钉安装有刹车盘，刹车盘与电机内侧端盖之间安装有隔热层，两侧端盖内侧安装有多个导风叶，电机两个端盖边缘成弧形状。

8.根据权利要求1、3或7所述的三相永磁无刷多挡轮毂电机，其特征在于：所述的多组永磁无刷多挡轮毂电机是由一、二或三个转子和一、二或三个定子构成一、二或三组永磁无刷多挡轮毂电机。

9.一种三相永磁无刷多挡轮毂电机，是外转子电机，包括有固定在电机轴上的电机外壳、定子和转子，其特征在于：电机外壳由转子外壳和两端的内、外侧端盖构成，转子空心圆柱体的转子外壳17和安装在转子外壳内侧的一组永磁体12构成，定子由定子铁芯和绕在铁芯上的三相定子绕组构成，电机定子线圈绕组装在定子线槽内用槽楔将线槽口封堵，电机定子装在电机外壳内的电机轴上，电机外壳和电机转子固定在电机轴上的轴承上，电机轴的外侧用轴封密封，在电机轴与定子线槽之间的定子铁芯空间内安装有用于换挡的磁保持继电器7、8、9，每个磁保持继电器又分别包含有三个同时动作的触点组7a、7b、7c；8a、8b、8c；9a、9b、9c，每个触点组上各有四个触头①、②、③、④，电机定子中的三相定子绕组中的每相定子绕组均由绕有两个总匝数相同、绕组导线直径相同、绕组导线总截面积相同的相绕组单元组成，分别是2a、2b、2c；3a、3b、3c；4a、4b、4c；5a、5b、5c，各相绕组单元之间及整个相绕组与定子线槽之间均设有绝缘层，每一个相绕组单元都能独立作为完整的相绕组使用，通过磁保持继电器对每相绕组中的两个相绕组单元实施串联、并联以及对三相绕组总的接成星形或三角形的连接方式构成变挡，整个变挡动作过程中由机外的管理系统预先切断电机动力电源，待变挡完成后自动恢复供电，以免磁保持继电器触电烧毁，一挡起动时，每相绕组中的两个相绕组单元分别串联，并且三相绕组接成星形；二挡加速时，每相绕组中的两个相绕组单元分别并联，并且三相绕组接成星形；三挡高速运行时，每相绕组中的两个相绕组单元分别并联，并且三相绕组接成三角形，三相永磁无刷多挡轮毂电机由多个转子和相对应的多个定子构成多组永磁无刷多挡轮毂电机，

所述的磁保持继电器与相绕组单元的组合关系是磁保持继电器9a、9b、9c的触头②和③分别接通、8a、8b、8c的触头①和②均为断开状态、7a、7b、7c的触头②和③分别接通时，各相绕组单元的连接状态为：2a、2b、2c的首头分别与A、B、C三相电源连接，2a的尾头与3a的首头连接，2b的尾头与3b的首头连接，2c的尾头与3c的首头连接，即2a与3a串联、2b与3b串联、2c与3c串联，同时3a、3b、3c的尾端连接在一起，即三相绕组总的连接方式为星形，此时为电机的第一挡；

当磁保持继电器7a、7b、7c的触头①和②分别接通，8a、8b、8c的触头①和②分别接通，9a、9b、9c的触头②和③分别接通时，各相绕组单元的连接状态为：2a、2b、2c的首头分别与A、B、C三相电源连接，2a的尾头与3a的尾头连接，3a的首头与2a的首头连接，2b的尾头与3b的尾头连接，3b的首头与2b的首头连接，2c的尾头与3c的尾头连接，3c的首头与2c的首头连接，即2a与3a并联、2b与3b并联、2c与3c并联，同时3a、3b、3c的尾端连接在一起，即三相绕组总的连接方式为星形，此时为电机的第二挡；

当磁保持继电器7a、7b、7c的触头①和②分别接通，8a、8b、8c的触头①和②分别接通，9a、9b、9c的触头①和②分别接通时，各相绕组单元的连接状态为：2a、2b、2c的首头分别与A、B、C三相电源连接，2a的尾头与3a的尾头连接，3a的首头与2a的首头连接，2b的尾头与3b的尾头连接，3b的首头与2b的首头连接，2c的尾头与3c的尾头连接，3c的首头与2c的首头连接，即2a与3a并联、2b与3b并联、2c与3c并联，同时3a的尾端与2c的首端连接、3b的尾端与2a的首端连接、3c的尾端与2b的首端连接，即三相绕组总的连接方式为三角形，此时为电机的第三挡。

10.根据权利要求9所述的三相永磁无刷多挡轮毂电机，其特征在于：所述的电机定子中的三相定子绕组中每一相的电参数完全相同且三相绕组在电机定子中的分布对称。

11.根据权利要求10所述的三相永磁无刷多挡轮毂电机，其特征在于：所述的继电器为磁保持继电器，磁保持继电器分别包含有三个同时动作的触点组，每个触点组上分别有三、三、二个有效触头。

12.根据权利要求11所述的三相永磁无刷多挡轮毂电机，其特征在于：所述的磁保持继电器外部安装有磁屏蔽层，磁保持继电器与磁屏蔽层之间装有绝缘层，全部磁保持继电器的控制线由一根带有屏蔽层的多芯电缆引出。

13.根据权利要求9所述的三相永磁无刷多挡轮毂电机，其特征在于：所述的电机定子铁芯边缘的三个专用凹槽内固定有三个霍尔转子位置传感器以保证电机运行平稳可靠，并且电机定子绕组中装有温度传感器，用来监测绕组温度。

14.根据权利要求13所述的三相永磁无刷多挡轮毂电机，其特征在于：电机通过安装在电机轴出线孔内的进气管和出气管进行强制风冷冷却。

15.根据权利要求14所述的三相永磁无刷多挡轮毂电机，其特征在于：所述的电机轴上开有出线孔，三相电源线、磁保持继电器的控制线和霍尔传感器引线通过电机轴出线孔引出机外。

16.根据权利要求15所述的三相永磁无刷多挡轮毂电机，其特征在于：在电机外侧端盖上设有车轮固定螺钉，用于安装车轮，内侧端盖通过螺钉安装有刹车盘，刹车盘与电机内侧端盖之间安装有隔热层，两侧端盖内侧安装有多个导风叶，电机两个端盖边缘成弧形状。

17.根据权利要求16所述的三相永磁无刷多挡轮毂电机，其特征在于：在电机固定座上装有刹车分泵。

18.根据权利要求10、12、16或17所述的三相永磁无刷多挡轮毂电机，其特征在于：所述的多组永磁无刷多挡轮毂电机是由一、二或三个转子和一、二或三个定子构成一、二或三组永磁无刷多挡轮毂电机。

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