CN104995821B - 用于两轮车的驱动系统 - Google Patents
用于两轮车的驱动系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104995821B CN104995821B CN201480007787.2A CN201480007787A CN104995821B CN 104995821 B CN104995821 B CN 104995821B CN 201480007787 A CN201480007787 A CN 201480007787A CN 104995821 B CN104995821 B CN 104995821B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rotor
- pole
- permanent magnet
- stator
- rotor mechanism
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
- H02K21/22—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating around the armatures, e.g. flywheel magnetos
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
- H02K1/2786—Outer rotors
- H02K1/2787—Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
- H02K1/2789—Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
- H02K1/2791—Surface mounted magnets; Inset magnets
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
- H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
- H02K7/1807—Rotary generators
- H02K7/1846—Rotary generators structurally associated with wheels or associated parts
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
本发明涉及一种用于两轮车的驱动轮的驱动马达（1），它包括‑构造为外部转子的、具有转子极（22）并且具有永磁体（21）的圆柱状的转子机构（2）；和‑构造为内部定子的、具有定子齿（31）和能够被操控的定子线圈（32）的定子机构（3）；其中如此地布置所述转子机构（2）的永磁体（22），使得转子机构（2）具有凸极性。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于两轮车的驱动系统。
背景技术
电驱动的两轮车通常是用后轮中的无传动装置的轮毂马达来驱动的。电动马达在此优选地构造为无刷的、电子换向的电动马达的形式、所谓的PMSM马达。
这样的电动马达具有轴固定的、位于内部的定子机构，该定子机构具有通常多于51的较高的槽数。该电动马达的转子固定地与后轮的轮圈连接并且通常具有装配在回导环上的、带有高的极数的永磁体尤其稀土永磁体的外圈。
这样的结构形式是不利的，因为转子几乎不具有明显的凸极性（英语saliency），也就是说，虚拟电感Ld和Lq关于转子固定的坐标系统基本上相同、尤其与位置无关。由此丧失的可能性是，对磁阻力矩加以利用并且在弱场运行（Feldschwächbetrieb）中运行所述电动马达。也就是说，所述马达只能够在电枢调节范围中得以利用地运行。只要经由转子的转动而在定子相位中感应的电压达到了能够通过工作电压源和驱动线路所最大提供的相位电压，驱动力矩便减小并且因此限制了可能的活动的最大转速。
此外，转子中的凸极性的缺失使得具有无传感器的转子位置获得装置的电动马达的运行变得困难，这是因为只有在具有明显凸极性的电动马达的情况下才能够经由电动马达的连接电感而在没有额外的物理传感器的情况下获得转子位置信息。
发明内容
本发明的任务在于，提出一种对用于两轮车的驱动马达而言的替代性的转子机构，通过该转子机构可以利用额外的磁阻力矩并且/或者可以更为简单地获得转子位置。
为此本发明提出一种用于两轮车的驱动系统，包括：
- 驱动马达，包括：
- 构造为外部转子的、具有转子极并且具有永磁体的圆柱状的转子机构，其中永磁体以切向的极化方向设置在转子机构的转子极之间，并以其极面贴靠在转子极的沿着径向方向延伸的侧面上，其中设置有在转子机构的外侧的围面上布置的由顺磁的材料制成的保持元件，以便保证转子极之间的磁隔离；和
- 构造为内部定子的、具有定子齿和能够被操控的定子线圈的定子机构；
其中转子机构通过保持元件与轮圈体连接，从而驱动马达设在轮圈体的内部中，其中如此地布置所述转子机构的永磁体，使得所述转子机构具有凸极性，
其中所述转子极在其径向外侧端部上基本上与永磁体的径向外侧端部齐平地闭合，从而构成了转子机构的基本上呈圆形的围面，并且其中所述圆形的围面经过由顺磁的、也就是说不导通的材料制成的保持元件与驱动轮的轮圈体连接，以便保证转子极之间的磁隔离，转子机构由此不具有回导区域。
在后面说明了本发明的其它有利的设计方案。
根据第一方面设置了用于两轮车的驱动轮的驱动马达，它包括：
-构造为外部转子的、具有转子极并且具有永磁体的圆柱状的转子机构；和
-构造为内部定子的、具有定子极和能够被操控的定子线圈的定子机构；
其中如此地布置所述转子机构的永磁体，使得转子机构具有凸极性（Salienz）。
通过设置具有凸极性的转子机构，能够在构造有这样的转子机构的电动马达的运行的情况下，在同步运行中借助于电动马达的合适的预换向来利用额外的磁阻力矩。
此外通过明显的凸极性实现了更加能量高效的弱场运行（Feldschwächbetrieb），该弱场运行将能够利用的转速范围朝向更高的转速扩展。
还能够设置的是，永磁体以切向的极化方向设置在转子机构的转子极之间。通过这样的转子机构，对转子而言能够失去明显的凸极性。上述的转子机构的想法在于，轮辐状地布置所述永磁体。在此，相应两个相邻的永磁体包围一个转子极。
通过上述的转子机构还可能的是，省去了稀土磁性材料并且取而代之使用了用于永磁体的传统的并且在花费上有利的铁素体材料。
还能够设置在转子机构的外侧的围面上布置的由顺磁的材料制成的保持元件，以便保证转子极之间的磁隔离。转子机构由此不具有回导区域。
能够设置的是，转子极利用其沿径向在内的端部与永磁体的沿径向在内的端部齐平地闭合或者向内越过永磁体的沿径向在内的端部而突起。
根据一种实施方式，永磁体的极面能够贴靠在转子极的沿着切向定向的侧面上。
根据另一方面，设置了用于两轮车的驱动系统。所述驱动系统包括上述的驱动马达，该驱动马达设置在轮圈体的内部中。
根据另一方面设置了用于运行上述的驱动马达的方法，其中根据预先设定的换向模式来操控所述定子线圈，以便产生定子磁场，该定子磁场与由永磁体产生的励磁场交互作用，以便产生驱动力矩，其中如此地产生所述定子磁场，从而在励磁场和定子磁场之间的角度对应大于 90°的电气转子位置。
还能够设置恒定的、与转子机构的凸极性有关的预换向角，借助于该预换向角来进行操控，以用于产生所述定子磁场。
附图说明
在下文借助于附图详细阐释本发明的优选的实施方式。其中：
图1是具有转子机构的电动马达的截取部分的横截面示意图，该转子机构具有凸极性；并且
图2是用于示出没有凸极性的电动马达的负载/转速特性曲线以及具有凸极性的、具有操控的不同的预换向角的电动马达的负载/转速特性曲线的图表。
具体实施方式
图1示出了电动马达1的截取部分的横截面示意图，将电动马达作为用于两轮车的后轮的无传动装置的驱动装置的驱动马达。该横截面横向于轴向方向。
所述电动马达1指的是电子换向的外部转子马达，该外部转子马达具有转子机构2作为外部转子和定子机构3作为内部定子。
所述转子机构2构造为环状或者说圆柱的形式并且能够转动地围绕两轮车的后轮轴而得到支承。转子机构2构造有永磁体21，在永磁体之间布置了转子极22。永磁体21具有沿着切向的极化方向，从而磁极贴靠在转子极22的沿径向走向的侧面上。所述转子极22在其径向外侧端部上基本上与永磁体21的径向外侧端部齐平地闭合，从而构成了转子机构2的基本上呈圆形的围面。圆形的围面经过由顺磁的、也就是说不导通的材料制成的保持元件4与驱动轮的（未示出的）轮圈体5连接。
转子极22能够在其沿径向在内的的、朝向电动马达1的空气间隙6的端部上基本上与永磁体21的沿径向在内的端部齐平地闭合，从而构成了转子机构2的基本上呈圆形的内侧围面。在替代性的实施方式中，转子极22能够用其沿径向在内的端部越过永磁体21的沿径向在内的端部突起并且永磁体21在其边缘处部分地重叠。以这种方式能够构成极头24，该极头实现了在空气间隙6中的改进的流分布。
在转子机构2的内部设置了定子机构3，该定子机构轴固定地、也就是说不能转动地与两轮车连接。所述定子机构3配有定子齿31。所述定子齿31由定子线圈32包围，能够根据换向模式给该定子线圈通电以用于提供定子磁场。可能的换向模式是正弦换向或者矩形换向，其中也能够设想其它的换向类型。定子齿31经由靠近轴的磁的回导区域33而互相连接。
所述定子机构3如此地布置在转子机构2的内部中，从而这两个机构通过空气间隙6而彼此隔离。所述转子机构2围绕（未示出的）转轴而得到支承，从而空气间隙6的宽度在整个周向上基本上恒定。
所述永磁体21优选地构造为铁素体磁体（Ferritmagnet），但是也能够设置为稀土永磁体或诸如此类的。转子极22由软磁性的材料例如电金属板（Elektroblech）以叠片结构方式构造。
在永磁激励的同步电机的转子固定的坐标系统中，q轴描述了通过流经定子线圈32的电流的、垂直于由永磁体21产生的励磁场的磁流的方向，并且d轴描述了励磁场的磁流的方向。对没有预换向的马达操控而言，定子3不产生向着d方向的磁流份额，而仅仅产生向着q方向磁流份额，从而定子磁场基本上以90°的电气转子位置提前于励磁场。由电动马达1提供的马达力矩如下得出：
其中
其中Ld、Lq分别对应沿着d或者说q方向的瞬时的虚拟定子电感，ZP对应外部转子2的极对数，Ψpm对应励磁场的磁流并且Iq对应通过定子线圈32的电流。虚拟电感Ld和Lq根据沿着所观测的磁流的环积分的逆向计算而得出。
铁磁材料的磁渗透性几乎等于空气的磁渗透性，从而虚拟定子电感Ld和Lq对具有永磁体21的电动马达而言在表面布置中几乎相同。在此不重要的是，是否表面磁体互相间隔或者正如那时对轮毂驱动而言普遍的那样平整地互相安装。
但是，上述的转子机构2具有凸极性，因为虚拟电感Ld和Lq也尤其依据电动马达1的运行状态、尤其其转速和转子位置而提供了不同的值。
如果就明显凸极的电动马达1而言对出于转子固定的坐标系统的视角的时间不变的相位提前角进行选择，该相位提前角使得马达电流的组分Id不等于0，则就如下得出工作参量电流、相位电压、马达力矩、电转速以及相位电流的和：
其中ld、lq分别对应有效的定子相位电流，Ud、Uq对应感应的相位电压，ΩL对应电旋转速度并且MMi对应内部的马达力矩。
上述的式子适用于电动马达2的正弦换向。对矩形换向而言，虽然为上述的等式添加了更高的适配项，但是基础的关系并不改变。
可见的是，对马达力矩而言通过设置凸极性而得到的份额是所谓的磁阻力矩3/2Zp x (Ld - Lq) x ld x lq。通过优化操控，现在可能的是，对电动马达2的每个静态或者动态的运行状态而言选择优化的操控参数组。该优化能够例如通过电流或者电压调节而进行，分别设计该电流或者电压调节以达到最大的转矩。
具有预换向的操控被附加到电动马达2的永磁激励，然后是分量Ld x ld。对预换向而言，沿着d方向的定子电流Id近似零（kleiner Null）并且由此减小了由永磁体21产生的、沿着d方向的磁场的励磁流，并且因此减小了感应的电动马达的反向电压，从而对电动马达2而言实现了更高的转速。
因此设置的是，如此地操控上述的电动马达2，从而定子磁场额外于对90°的电气转子位置而言提前的角度还提前了另一个预换向角。所述预换向角能够依据工作点选择或者固定地预先设定。
在图2中示出了各种负载/转速特性曲线：用于没有凸极性的转子机构的电动马达（曲线K1）以及用于具有凸极性的转子机构和用于操控所述定子线圈的0°、20° 和40°（曲线K2、K3、K4）的预换向角的电动马达。可见的是，甚至对固定的与工作点无关的预换向角而言也能够结合凸极的转子机构获得效率的改善。
Claims (2)
1.用于两轮车的驱动系统，包括：
- 驱动马达（1），包括：
- 构造为外部转子的、具有转子极（22）并且具有永磁体（21）的圆柱状的转子机构（2），其中永磁体（21）以切向的极化方向设置在转子机构（2）的转子极（22）之间，并以其极面贴靠在转子极（22）的沿着径向方向延伸的侧面上，其中设置有在转子机构（2）的外侧的围面上布置的由顺磁的材料制成的保持元件（4），以便保证转子极（22）之间的磁隔离；和
- 构造为内部定子的、具有定子齿（31）和能够被操控的定子线圈（32）的定子机构（3）；
其中转子机构（2）通过保持元件（4）与轮圈体（5）连接，从而驱动马达（1）设在轮圈体的内部中，其中如此地布置所述转子机构（2）的永磁体（22），使得所述转子机构（2）具有凸极性，
其中所述转子极（22）在其径向外侧端部上基本上与永磁体（21）的径向外侧端部齐平地闭合，从而构成了转子机构（2）的基本上呈圆形的围面，并且其中所述圆形的围面经过由顺磁的、也就是说不导通的材料制成的保持元件（4）与驱动轮的轮圈体（5）连接，以便保证转子极之间的磁隔离，转子机构由此不具有回导区域。
2.按照权利要求1所述的驱动系统，其中转子极（22）利用其沿径向在内的端部与永磁体（21）的沿径向在内的端部齐平地闭合或者向内越过永磁体（21）的沿径向在内的端部突起。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102013202011.2A DE102013202011A1 (de) | 2013-02-07 | 2013-02-07 | Antriebsmotor zum getriebelosen Antrieb eines Zweirads |
| DE102013202011.2 | 2013-02-07 | ||
| PCT/EP2014/050434 WO2014121976A2 (de) | 2013-02-07 | 2014-01-13 | Antriebsmotor zum getriebelosen antrieb eines zweirads |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104995821A CN104995821A (zh) | 2015-10-21 |
| CN104995821B true CN104995821B (zh) | 2018-11-20 |
Family
ID=49989695
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201480007787.2A Active CN104995821B (zh) | 2013-02-07 | 2014-01-13 | 用于两轮车的驱动系统 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP2954609A2 (zh) |
| CN (1) | CN104995821B (zh) |
| DE (1) | DE102013202011A1 (zh) |
| WO (1) | WO2014121976A2 (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1965470A (zh) * | 2004-06-05 | 2007-05-16 | 罗伯特·博世有限公司 | 带有驱动单元的手持式或固定式电动工具 |
| CN102754309A (zh) * | 2009-12-21 | 2012-10-24 | 霍加纳斯股份有限公司 | 调极电机的转子 |
| CN102792560A (zh) * | 2010-03-15 | 2012-11-21 | 株式会社安川电机 | 永久磁铁式旋转电机 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6093985A (en) * | 1999-04-07 | 2000-07-25 | Chen; Tun-I | Non-brush type direct current motor for electric bicycle |
| JP4662220B2 (ja) * | 2001-05-31 | 2011-03-30 | 本田技研工業株式会社 | 電動補助自転車 |
| RU2396675C1 (ru) * | 2008-12-29 | 2010-08-10 | Андрей Михайлович Максимов | Электрическая машина |
| US7911104B2 (en) * | 2009-03-10 | 2011-03-22 | Drs Power Technology, Inc. | Pole retention configuration for electric machine rotors |
-
2013
- 2013-02-07 DE DE102013202011.2A patent/DE102013202011A1/de active Pending
-
2014
- 2014-01-13 CN CN201480007787.2A patent/CN104995821B/zh active Active
- 2014-01-13 WO PCT/EP2014/050434 patent/WO2014121976A2/de active Application Filing
- 2014-01-13 EP EP14700588.8A patent/EP2954609A2/de not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1965470A (zh) * | 2004-06-05 | 2007-05-16 | 罗伯特·博世有限公司 | 带有驱动单元的手持式或固定式电动工具 |
| CN102754309A (zh) * | 2009-12-21 | 2012-10-24 | 霍加纳斯股份有限公司 | 调极电机的转子 |
| CN102792560A (zh) * | 2010-03-15 | 2012-11-21 | 株式会社安川电机 | 永久磁铁式旋转电机 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2014121976A3 (de) | 2014-11-20 |
| DE102013202011A1 (de) | 2014-08-07 |
| EP2954609A2 (de) | 2015-12-16 |
| WO2014121976A2 (de) | 2014-08-14 |
| CN104995821A (zh) | 2015-10-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104185938B (zh) | 电机 | |
| KR102118152B1 (ko) | 전동기 | |
| CN101552497B (zh) | 混合励磁双凸极电机 | |
| JP5659031B2 (ja) | 永久磁石式回転電機 | |
| US6995494B2 (en) | Axial gap brushless DC motor | |
| US9543876B2 (en) | Three phase flux switching generator in a three stage wound field synchronous machine | |
| CN104201808B (zh) | 一种基于位置自检测的混合励磁容错电机系统 | |
| CN1393982A (zh) | 三相环形线圈式永磁型旋转电动机 | |
| GB2484098A (en) | Dynamo-electric machine with rotor magnet adjustable shunt | |
| EP1414140A1 (en) | Electric machine, in particular an axial gap brushless DC motor | |
| US20130062985A1 (en) | Brushless dc motor | |
| CN105634234B (zh) | 一种无刷式直流测速发电机 | |
| JP2010504726A5 (zh) | ||
| CN104185939B (zh) | 电驱动的双轮车 | |
| US9000649B2 (en) | Cross-interlocked multi-set switch type DC brushless electric machine system having auxiliary excitation winding set | |
| JP2016536952A (ja) | ハイブリッド車のための改良されたスイッチトリラクタンスモータ及びスイッチトリラクタンス装置 | |
| AU2013206270B9 (en) | Switch type DC electric machine having auxiliary excitation winding and conduction ring and brush | |
| JP2010183648A (ja) | 永久磁石回転電機及びそれを用いた電動車両 | |
| CN101552494B (zh) | 混合励磁开关磁链电机 | |
| JP6408766B2 (ja) | アキシャル立体ギャップ式回転電機 | |
| CN104995821B (zh) | 用于两轮车的驱动系统 | |
| JP4696642B2 (ja) | モータ、送風機、圧縮機及び空気調和機 | |
| CN105790462A (zh) | 转子的磁性元件结构及风扇马达装置 | |
| KR20170024744A (ko) | 고효율 직류 전동기 및 그 제어방법 | |
| US9035524B2 (en) | Switch type DC brushless electric machine having auxiliary excitation winding set |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |