CN105128649B - 一种基于磁阻开关电机的直驱轮装置以及实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于磁阻开关电机的直驱轮装置，该装置包括轮胎，以及设置在轮胎内的磁阻外转子直驱电机，所述磁阻外转子直驱电机内设置有减速装置和转向装置；一种基于磁阻开关电机的直驱轮装置的实现方法，包括以下步骤：(1)磁阻外转子直驱电机内定子动态调极；(2)磁阻外转子直驱电机外转子各极同时励磁；(3)多组电压电流动态接通绕组；(4)压缩空气控制减速或转向。本发明的轮组的主要成本为磁阻开关电机，材料成本和驱动器低廉，从而通过此装置组成搬运机器人，远程驾驶电动汽车等的成本大大低于传统的内燃汽车。

Description

一种基于磁阻开关电机的直驱轮装置以及实现方法
技术领域
本发明涉及一种多功能驱动轮以及实现方法，尤其涉及一种磁阻开关电机的直驱轮装置以及实现方法。
背景技术
现有的电动汽车多数采用电机、差速器和转向机构等来完成驱动、转向等，驱动结构复杂成本昂贵。目前汽车的操控是人工驾驶为基础,因此，要实现自动驾驶或远程驾驶需要额外增加控制装置；磁阻开关电机的特点是扭矩大，效率高，但扭矩间断性明显，噪音大。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种结构简单、成本低且能实现远程驾驶的基于磁阻开关电机的直驱轮装置以及实现方法，该驱动装置没有差速器和离合器，大大降低了汽车的成本，具有很大的推广价值。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于磁阻开关电机的直驱轮装置，该装置包括轮胎，以及设置在轮胎内的磁阻外转子直驱电机，所述磁阻外转子直驱电机内设置有减速装置和转向装置。
作为优选，所述磁阻外转子直驱电机由内定子和外转子组成；当磁阻外转子直驱电机动作时，内定子的各个磁场动态调极，可连续励磁产生不间断的扭矩峰值。
作为优选，所述内定子的每个细分定子极上都饶有独立线圈和开关器，且动态配对串联绕组，多个配对串联绕组形成磁场，对所有转子极同时励磁，输出多倍扭矩。
作为优选，所述多个配对串联绕组并联，且各个并联组可动态选择电压、电流或者断开；从而实现扭矩峰值的连续输出以及所有转子极可同时输出扭矩峰值。
作为优选，所述转向装置为气液压组合式转向装置，其包括液压马达、气动增压泵和转角反馈装置；所述转向装置动作的动力由液压马达提供，液压马达是通过气动增加泵压缩空气后的液压油来驱动，压缩空气的接通或关闭是通过电磁阀来控制，转向角是液压马达排液管内流量计来反馈及精细控制。
作为优选，所述减速装置为气液压组合式减速装置，其包括减速碟片和卡钳；所述卡钳的动力是由油缸来提供，油缸内油压由气动增压泵输出，气缸内压缩空气是靠电磁阀控制通断,减速碟片的压力是根据油缸内的油压来获得反馈及精细控制。
作为优选，还包括模拟量IO装置，其能够实现本地操作、远程操作、自动操作和远程驾驶功能。
一种基于磁阻开关电机的直驱轮装置的实现方法，包括以下步骤：
(1)磁阻外转子直驱电机定子动态调极：当接收转动指令时，查询外转子齿极所在位置，判断内定子齿极的相关位置；设定内定子各绕组间的配对串联任务，并设定各配对串联绕组的并联任务、设定各并联组通电任务；并执行任务队列，返回转动扭矩；
(2)磁阻外转子直驱电机外转子各极同时励磁：设定内定子各配对串联绕组间配对串联任务，并设定各配对组并联任务；
(3)多组电压电流动态接通绕组：设定内定子各配对串联绕组间配对串联任务，并设定各配对组并联任务；以及各并联组的通电任务；
(4)通过压缩空气的接通或关闭来控制减速和转向：当接收控制指令时，查询压缩空气罐内空气压力；设定压缩空气电磁阀的开关量和油管流量计关闭信号量，开通压缩空气电磁阀，此时，卡钳油缸或转向装置的转向杠杆油缸动作；接收油管流量计返回的关闭量；关闭压缩空气电磁阀；流量计返回转向角或液压表返回减速碟片压力值。
本发明的有益效果：本发明简化了传统汽车和电动汽车的复杂传动结构,通过控制主板的微电子来实现电机的速度和扭矩，压缩空气接通或关闭来控制转向或减速，全微电子实现了本地驾驶或远程驾驶，改善驾驶员的疲劳强度。
该装置可以组成一个驱动轮和两个从动轮来实现低速搬运机器人，或两个前置驱动轮和后组两个从动轮来组成两驱汽车，也可两个转向驱动轮和两个无装箱驱动轮组成四驱汽车。
本发明的直驱轮的主要成本为磁阻开关电机，材料成本和驱动器低廉，低速扭矩大，从而通过此装置组成的搬运机器人，远程驾驶电动汽车等的成本大大低于传统的燃油汽车和电动汽车。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为磁阻外转子直驱电机的结构示意图；
图4为图3中A的局部放大图；
图5为减速装置的结构示意图；
图6为磁阻外转子直驱电机内定子动态调极示意图；
图7为外转子所有极同时励磁；
图8为各绕组多电压电流动态配置示意图；
其中：1.轮胎，2.磁阻外转子直驱电机，3.减速装置，4.转向装置，5.内定子，6.外转子，7.减速碟片，8.卡钳，9.硅钢片，10.永磁片。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的阐述。
如图1至图5所示，一种基于磁阻开关电机的直驱轮装置，该装置包括轮胎1，以及设置在轮胎1内的磁阻外转子直驱电机2，所述磁阻外转子直驱电机2内设置有减速装置3和转向装置4。
所述磁阻外转子直驱电机2由内定子5和外转子6组成；当磁阻外转子直驱电机2动作时，内定子5的各个磁场动态调极，可连续励磁产生不间断的扭矩峰值。
所述内定子5的每个细分定子极上都饶有独立线圈和开关器，且动态配对串联绕组，多个配对串联绕组形成磁场，对所有转子极同时励磁，输出多倍扭矩。
所述多个配对串联绕组并联，且各个并联组可动态选择电压、电流或者断开；从而实现扭矩峰值的连续输出以及所有转子极可同时输出扭矩峰值。
所述转向装置4为气液压组合式转向装置，其包括液压马达、气动增压泵和转角反馈装置；所述转向装置动作的动力由液压马达提供，液压马达是通过气动增加泵压缩空气后的液压油来驱动，压缩空气的接通或关闭是通过电磁阀来控制，转向角是液压马达排液管内流量计来反馈及精细控制。
所述减速装置3为气液压组合式减速装置，其包括减速碟片7和卡钳8；所述卡钳8的动力是由油缸来提供，油缸内油压由气动增压泵输出，气缸内压缩空气是靠电磁阀控制通断,减速碟片7的压力是根据油缸内的油压来获得反馈及精细控制。
还包括模拟量IO装置，其能够实现本地操作、远程操作、自动操作和远程驾驶功能。
该装置的具体结构如下：磁阻外转子直驱电机的外转子6由硅钢片9和永磁片10组成，内定子5由磁钢片和线圈组成；轮胎1内设置有磁阻外转子直驱电机2，磁阻外转子直驱电机2的外转子由硅钢片叠层形成的励磁极，其电磁场产生后立即磁化并产生转动力矩，外转子6和内定子5通过侧轴承相连来保持外转子和内定子之间的间距，并使得转动时的摩擦力减少；外转子6与减速碟片7相连，减速碟片7内环安装有卡钳8；磁阻外转子直驱电机2的内定子5与转向装置4的转向轴承相连，转向轴承又与推送油缸相连，并实现转向控制。内置开关用于完成各个定子绕组的动态配对串联和配对后绕组的动态并联以及并联绕组的动态接通不同电压、电流，也用来完成本地控制和远程控制。
一种基于磁阻开关电机的直驱轮装置的实现方法，包括以下步骤：
(1)磁阻外转子直驱电机定子动态调极：当接收转动指令时，查询外转子齿极所在位置，判断内定子齿极的相关位置；设定内定子各绕组间的配对串联任务，并设定各配对串联绕组的并联任务、设定各并联组通电任务；并执行任务队列，返回转动扭矩；
(2)磁阻外转子直驱电机外转子各极同时励磁：设定内定子各配对串联绕组间配对串联任务，并设定各配对组并联任务；
(3)多组电压电流动态接通绕组：设定内定子各配对串联绕组间配对串联任务，并设定各配对组并联任务；以及各并联组的通电任务；
(4)通过压缩空气的接通或关闭来控制减速和转向：当接收控制指令时，查询压缩空气罐内空气压力；设定压缩空气电磁阀的开关量和油管流量计关闭信号量，开通压缩空气电磁阀，此时，卡钳油缸或转向装置的转向杠杆油缸动作；接收油管流量计返回的关闭量；关闭压缩空气电磁阀；流量计返回转向角或液压表返回减速碟片压力值。
在该方法中：(1)磁阻外转子直驱电机内定子动态调极：如图6所示，内定子分为细极，每个细极上都设置有独立线圈和独立开关器，电机运作时多个相连的细极组合形成磁场,作用于外转子的励磁，通过内定子极线圈的电流和电压的调整带来磁力中心的移位,不间断输出高扭矩。在该图中X为线路断开，S+为正向高电压电流，S-正向低电压低电流，S为正向中间电压电流，N+为反向高电压电流，N-反向低电压电流，N反向中间电压电流。
(2)磁阻外转子直驱电机外转子各极同时励磁：如图7所示，通过并联所有串联配对的绕组，获得各个转子极同时输出的扭矩，从而达到不使用差速器就可以获得直驱扭矩。
(3)多组电压电流动态接通绕组：如图8所示，通过绕组配对的切换，多电压、电流的选择等来实现磁场的移动和多转子极的同时励磁。
(4)压缩空气控制减速或转向：该驱动装置外置压缩空气存放罐，通过单独的空气压缩机预先压缩空气，主板接收到控制指令后，通过空气导管内的电磁阀开通或关闭，从而来实现减速或转向。压缩空气通入气缸后，通过气动增压泵输出高油压，高油压控制卡钳、液压转向马达,液压油流量计和油缸内液压表，通过液压和流量的反馈来获得减速系数和转向角。

Claims (3)

1.一种基于磁阻开关电机的直驱轮装置，该装置包括轮胎(1)，以及设置在轮胎(1)内的磁阻外转子直驱电机(2)，所述磁阻外转子直驱电机(2)内设置有减速装置(3)和转向装置(4)，所述转向装置(4)为气液压组合式转向装置，其包括液压马达、气动增压泵和转角反馈装置；所述转向装置动作的动力由液压马达提供，液压马达是通过气动增加泵压缩空气后的液压油来驱动，压缩空气的接通或关闭是通过电磁阀来控制，转向角是液压马达排液管内流量计来反馈及精细控制，其特征在于，
所述磁阻外转子直驱电机(2)由内定子(5)和外转子(6)组成；当磁阻外转子直驱电机(2)动作时，内定子(5)的各个磁场动态调极，可连续励磁产生不间断的扭矩峰值；所述内定子(5)的每个细分定子极上都饶有独立线圈和开关器，且动态配对串联绕组，多个配对串联绕组形成磁场，对所有转子极同时励磁，输出多倍扭矩；所述多个配对串联绕组并联，且各个并联组可动态选择电压、电流或者断开；从而实现扭矩峰值的连续输出以及所有转子极可同时输出扭矩峰值；
所述减速装置(3)为气液压组合式减速装置，其包括减速碟片(7)和卡钳(8)；所述卡钳(8)的动力是由油缸来提供，油缸内油压由气动增压泵输出，气缸内压缩空气是靠电磁阀控制通断,减速碟片(7)的压力是根据油缸内的油压来获得反馈及精细控制。
2.根据权利要求1所述的基于磁阻开关电机的直驱轮装置，其特征在于，还包括模拟量IO装置，其能够实现本地操作、远程操作、自动操作和远程驾驶功能。
3.一种根据权利要求1或2所述的基于磁阻开关电机的直驱轮装置的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)磁阻外转子直驱电机内定子动态调极：当接收转动指令时，查询外转子齿极所在位置，判断内定子齿极的相关位置；设定内定子各绕组间的配对串联任务，并设定各配对串联绕组的并联任务、设定各并联组通电任务；并执行任务队列，返回转动扭矩；
(2)磁阻外转子直驱电机外转子各极同时励磁：设定内定子各配对串联绕组间配对串联任务，并设定各配对组并联任务；
(3)多组电压电流动态接通绕组：设定内定子各配对串联绕组间配对串联任务，并设定各配对组并联任务；以及各并联组的通电任务；
(4)通过压缩空气的接通或关闭来控制减速和转向：当接收控制指令时，查询压缩空气罐内空气压力；设定压缩空气电磁阀的开关量和油管流量计关闭信号量，开通压缩空气电磁阀，此时，卡钳油缸或转向装置的转向杠杆油缸动作；接收油管流量计返回的关闭量；关闭压缩空气电磁阀；流量计返回转向角或液压表返回减速碟片压力值。
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