CN106549546A - 一种平衡车永磁驱动电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种平衡车永磁驱动电机，包括导磁外壳、轴、定子固定块、定子铁心、永磁体、轴承和电枢绕组。导磁外壳位于定子铁心的外围，可以绕轴旋转并驱动平衡车运行。导磁外壳内壁有11X个均布且向内凸出的转子极，X为正整数，共有6X个呈U形的定子铁心，每个定子铁心有两个沿径向延伸的定子极。同一个定子铁心的两个定子极的极距等于转子极极距。在每个定子铁心顺时针方向的定子极上都固定有永磁体，逆时针方向的定子极上都绕有电枢绕组。本发明的技术定子固定块不导磁，且定子铁心之间有空气间隙，因此各个定子铁心之间的耦合小；且本发明的电机为集中式绕组永磁电机，磁路路径短，铜损铁损损耗少，效率高。

Description

一种平衡车永磁驱动电机
技术领域
本发明涉及一种平衡车永磁驱动电机，属于特种电机技术领域。
背景技术
平衡车又称思维车，是现代人用来作为代步工具、休闲娱乐的一种新型的绿色环保的产物。平衡车作为一种新型的交通工具，它与电动自行车和摩托车车轮前后排列方式不同，而是采用并排两轮或独轮方式驱动。其驱动电机为永磁无刷电机，加上单片机控制，姿态传感器采集角速度和角度信号，共同协调控制车体的平衡，仅仅依靠人体重心的改变便可以实现车辆的启动、加速、减速、停止等动作。
目前相关的专利主要集中在平衡车主体结构和控制技术上。例如授权的发明专利：独轮平衡车，专利号： 201410515643.X，发明了一种避免了现有技术轮罩变形过大而摩擦或者卡住轮胎的平衡车。申请号为201510870514.7的发明专利：电动平衡车，提出了一种具有四个驱动轮的平衡车，可以让使用者站立在本电动平衡车上时起平衡性更容易掌控。而专利号为201410014863.4的授权发明专利：自平衡电动独轮车，具有可收合手把，该手把与辅助轮组合使得自平衡电动独轮车能够在多种状态下使用。
另外，也有一些轮毂式驱动电机的专利，例如申请人2016年申请的发明专利：一种电动车混合励磁轮毂电机，专利号：201610256109.0，提出了实现了轮毂和驱动电机的集成的混合励磁轮毂电机，该电机具有双面盘式结构，可提高电机的比功率。类似的，授权的发明专利：轮毂电机，专利号：200480021062.5，也公开了一种可实现轮毂电机的小径化、结构紧凑的轮毂电机。
本发明的创造性不在于轮毂电机技术和平衡车技术的结合。本申请的技术与现有技术的不同主要体现在电机结构方面。本申请的技术具有各相完全隔离的定子结构和超出已公开常理技术的特殊定转子匹配参数，其绕组也与传统电机有着本质的区别。
发明内容
所要解决的技术问题：提供一种各相完全隔离、故障不能传播的平衡车永磁驱动电机。
为了实现以上功能，本发明采取的技术方案是：
一种平衡车永磁驱动电机，其特征在于：
由导磁外壳(1)、轴(2)、定子固定块(3)、定子铁心(4)、永磁体(5)、轴承和电枢绕组组成；
轴承的内圈固定在轴(2)上，轴承的外圈固定在导磁外壳(1)的中心孔内，导磁外壳(1)可以绕轴(2)旋转，从而驱动平衡车运行；
导磁外壳(1)位于定子铁心(4)的外围，内壁有11X个均布且向内凸出的转子极，X为正整数；所述转子极极弧等于极距的一半；
每个定子铁心(4)有两个沿径向延伸的定子极，且定子极之间由定子铁心(4)的轭部连接；
共有6X个的定子铁心(4)呈U形，定子铁心(4)利用轭部均匀的固定在定子固定块(3)上，定子固定块(3)固定在轴(2)上；
定子固定块(3)不导磁，且定子铁心(4)之间有空气间隙，因此各个定子铁心(4)之间的耦合小；
同一个定子铁心(4)的两个定子极的极距等于转子极极距；
在每个定子铁心(4)顺时针方向的定子极上都固定有永磁体(5)，所有永磁体(5)的产生的磁场方向相同；
在每个定子铁心(4)逆时针方向的定子极上都绕有电枢绕组，相邻定子铁心(4)上的电枢绕组绕向相反；电枢绕组依据相位不同分为A相电枢绕组、B相电枢绕组和C相电枢绕组；
如上所述的一种平衡车永磁驱动电机，其特征在于：定子极极弧长度与转子极极弧长度之比为0.66。
如上所述的一种平衡车永磁驱动电机，其特征在于：所述转子极采用斜极结构，可以减小三相反电势的谐波。
如上所述的一种平衡车永磁驱动电机，其特征在于：永磁体(5)所在的极上也绕有电枢绕组，同一个定子铁心(4)上的电枢绕组相位相同但绕向相反。
本发明的有益效果是：
1电机的三相绕组互相隔离，可以把故障限制在一相内，以减小故障相对其它相造成负面影响，防止故障传播；
2具备外转子，可以直接驱动平衡车运行；
3转子无励磁绕组或永磁体，工作可靠；
4总的磁链较短，定子铁心磁阻小，铁耗少；；
5总的磁链较短，硅钢片用量少、电机重量轻；
6绕组皆为集中式绕组，内阻小，效率高；
7三相绕组可使用传统的三相六拍控制方式进行电动控制，成本低。
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是本发明X=1的平衡车永磁驱动电机结构示意图。其中，1、导磁外壳，2、轴，3、定子固定块，4、定子铁心，5、永磁体， 6、A相电枢绕组，7、B相电枢绕组，8、C相电枢绕组。
图2是本发明X=1的一种平衡车永磁驱动电机绕组嵌线图。其中上部的序号1-12表示极数序号。
图3是本发明X=1的一种平衡车永磁驱动电机A相磁链图。其中Φ2表示2号极绕组的磁链，Φ8表示8号极绕组的磁链。
图4是本发明X=1的一种平衡车永磁驱动电机A相反电势图。其中U2表示2号极绕组的反电势图，U8表示8号极绕组的反电势图。
具体实施方式
本发明提供一种平衡车永磁驱动电机，为使本发明的技术方案及效果更加清楚、明确，以及参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示X=1的平衡车永磁驱动电机结构示意图，该电机由导磁外壳(1)、轴(2)、定子固定块(3)、定子铁心(4)、永磁体(5)、轴承和电枢绕组组成。轴承的内圈固定在轴(2)上，轴承的外圈固定在导磁外壳(1)的中心孔内，导磁外壳(1)可以绕轴(2)旋转，从而驱动平衡车运行。
导磁外壳(1)位于定子铁心(4)的外围，内壁有11X个均布且向内凸出的转子极，X为正整数；所述转子极极弧等于极距的一半。每个定子铁心(4)有两个沿径向延伸的定子极，且定子极之间由定子铁心(4)的轭部连接。共有6X个的定子铁心(4)呈U形，定子铁心(4)利用轭部均匀的固定在定子固定块(3)上，定子固定块(3)固定在轴(2)上。
在每个定子铁心(4)顺时针方向的定子极上都固定有永磁体(5)，所有永磁体(5)的产生的磁场方向相同。同一个定子铁心(4)的两个定子极的极距等于转子极极距。
定子极极弧长度与转子极极弧长度之比为0.66。
所述转子极采用斜极结构，可以减小三相反电势的谐波。
定子固定块(3)不导磁，且定子铁心(4)之间有空气间隙，因此各个定子铁心(4)之间的耦合小。
图2是本发明X=1的一种平衡车永磁驱动电机绕组嵌线图。其中图中的N表示所有永磁体的产生的磁场方向相同。在每个定子铁心逆时针方向的定子极上都绕有电枢绕组，相邻定子铁心上的电枢绕组绕向相反；电枢绕组依据相位不同分为A相电枢绕组、B相电枢绕组和C相电枢绕组。
本发明的技术方案可以改变，例如永磁体所在的极上也绕有电枢绕组，同一个定子铁心上的电枢绕组相位相同但绕向相反。
图3是本发明X=1的一种平衡车永磁驱动电机A相磁链图。由于8号极上的绕组与2号极上的绕组绕向相反，因此其磁链为负值。同时当转子极对齐2号极时，2号极上的绕组磁链幅值最大，而此时转子极与8号极完全错开，8号极上的绕组磁链幅值最小。
图4是本发明X=1的一种平衡车永磁驱动电机A相反电势图。可以看出仿真得到A相绕组的反电势是2号极绕组反电势与8号极绕组反电势的叠加。
下面对本发明提出的体感车电励磁轮毂电机进行工作原理的说明。
通过位置传感器检测电机转子位置，将位置信号输送给控制器后，控制器控制功率变换器的相应开关管，给磁链上升的绕组通以正向电流，给磁链下降的绕组通以负向电流，电机即可实现对外输出转矩。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种平衡车永磁驱动电机，其特征在于：
由导磁外壳(1)、轴(2)、定子固定块(3)、定子铁心(4)、永磁体(5)、轴承和电枢绕组组成；
轴承的内圈固定在轴(2)上，轴承的外圈固定在导磁外壳(1)的中心孔内，导磁外壳(1)可以绕轴(2)旋转，从而驱动平衡车运行；
导磁外壳(1)位于定子铁心(4)的外围，内壁有11X个均布且向内凸出的转子极，X为正整数；所述转子极极弧等于极距的一半；
每个定子铁心(4)有两个沿径向延伸的定子极，且定子极之间由定子铁心(4)的轭部连接；
共有6X个呈U形的定子铁心(4)，定子铁心(4)利用轭部均匀的固定在定子固定块(3)上，定子固定块(3)固定在轴(2)上；
定子固定块(3)不导磁，且定子铁心(4)之间有空气间隙，因此各个定子铁心(4)之间的耦合小；
同一个定子铁心(4)的两个定子极的极距等于转子极极距；
在每个定子铁心(4)顺时针方向的定子极上都固定有永磁体(5)，所有永磁体(5)的产生的磁场方向相同；
在每个定子铁心(4)逆时针方向的定子极上都绕有电枢绕组，相邻定子铁心(4)上的电枢绕组绕向相反；电枢绕组依据相位不同分为A相电枢绕组、B相电枢绕组和C相电枢绕组。
2.如权利要求1所述的一种平衡车永磁驱动电机，其特征在于：定子极极弧长度与转子极极弧长度之比为0.66。
3.如权利要求1所述的一种平衡车永磁驱动电机，其特征在于：所述转子极采用斜极结构，可以减小三相反电势的谐波。
4.如权利要求1所述的一种平衡车永磁驱动电机，其特征在于：永磁体(5)所在的极上也绕有电枢绕组，同一个定子铁心(4)上的电枢绕组相位相同但绕向相反。
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