CN106787308B - 一种电动平衡车永磁电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种电动平衡车永磁电机，主要包括外转子铁心、定子铁心、永磁体、电枢绕组、定子固定块和轴，属于电动车技术领域。外转子铁心上有15个凸形的转子极，定子铁心上有4个呈扇形的子铁心，每个子铁心上有两个电枢定子极和一个永磁定子极；电枢定子极的极弧长度等于转子极的极弧长度，永磁定子极的极弧长度等于转子极弧长度的1.5倍。在本发明中永磁电机具有15个均布的凸形转子极和12个不均布的定子极，以及定、转子极不同的极弧机械角匹配关系使电机能够高效、稳定的工作；相互隔离的定子子铁心又使电机具有高可靠性。

Description

一种电动平衡车永磁电机
技术领域
本发明涉及一种电动平衡车永磁电机，属于特种电机技术领域。
背景技术
随着人们环保意识的加强，电动车的数量与日俱增。与此同时，研究人员根据市场需求开发出了新型电动平衡车。电动平衡车是一种新型的交通工具，主要采用两个轮子支撑，蓄电池供电，无刷电机驱动。生活是向着智能化，便捷化的方向发展，平衡车符合这个趋势，顺应了时代的潮流，有着良好的发展前景。
电动平衡车作为一种新型的交通工具，不可避免的会存在较多问题。例如，行驶过程中因平衡车突然停止，导致身体受惯性驱使摔倒，引起摔伤。由于不能有效的制动，当平衡车快速行驶在机动车道，非常容易跟机动车发生碰擦，但在便道上行驶，又会严重威胁行人安全。驱动电机好比电动平衡车的心脏，选择一款适合电动平衡车的电机能够有效的提高平衡车的可靠性、制动性，减少电能消耗。
目前专门针对电动平衡车用电机的专利并不多见，其相关专利主要集中在电动平衡车结构技术和控制上。例发明专利申请：一种电动车驱动轮，专利号：201210061388.7，公开了一种电动车驱动轮，驱动轮上的长径轮毂电机一端外壳表层覆盖固定轮胎，另一端安装轴承，轴承外端包覆固定轮胎。专利号为：201210421265.X的发明专利申请：一种双轮自平衡车辆控制系统以及双轮自平衡车辆 ，公开了一种双轮自平衡车辆控制系统，解决了两轮自平衡车辆部分部件失效造成整车失去平衡、导致驾驶员跌倒或摔伤问题，从而提供驾驶员的安全性。
本申请的一种电动平衡车永磁电机的外转子铁心固定在电动平衡车轮毂上，在轮毂式驱动电机的相关专利中有发明专利：轮毂电机，专利号：200480021062.5，提出一种轮毂电机，可实现轮毂电机的小径化、结构紧凑化的同时，可以进行高压发电。
本发明提出了一种电动平衡车永磁电机的技术是外转子铁心上有15个凸形的转子极，定子铁心上有4个呈扇形的子铁心，每个子铁心上有两个电枢定子极和一个永磁定子极；电枢定子极的极弧长度等于转子极的极弧长度，永磁定子极的极弧长度等于转子极弧长度的1.5倍。以上技术使得本发明的一种电动平衡车永磁电机具有高效、可靠性高、易于控制的特点。
目前申请人经国内外检索，尚未检索到本发明所涉及一种电动平衡车永磁电机针对平衡车用电机的高可靠、易于控制的要求所提出一种新型结构的电机。
发明内容
所要解决的技术问题：提供一种高可靠、易控制的一种电动平衡车永磁电机。
为了实现以上功能，本发明采取的技术方案是：
一种电动平衡车永磁电机，包括外转子铁心、定子铁心、永磁体、电枢绕组、定子固定块和轴，外转子铁心固定在电动平衡车轮毂上，轴固定在电动平衡车车架上，其特征在于：
外转子铁心内侧均布有15个凸形的转子极，转子极的极弧长度占转子极极距的一半；
定子铁心由4个呈扇形的子铁心组成，子铁心均匀的固定在轴上；各个子铁心直接由定子固定块固定并隔开，定子固定块和轴皆由非导磁材料制成；
每个子铁心上有两个电枢定子极和一个永磁定子极，其中电枢定子极位于扇形的两侧，永磁定子极位于两个电枢定子极的中间；电枢定子极的极弧长度等于转子极的极弧长度，永磁定子极的极弧长度等于转子极极弧长度的1.5倍；
一个子铁心上电枢定子极与永磁定子极之间的槽口机械角为12度；
电枢定子极上绕有集中式的电枢线圈，同一个子铁心上的两个电枢线圈绕向相反；
永磁体固定在永磁定子极上，4个永磁体都沿径向充磁且充磁方向相同。
如上所述一种电动平衡车永磁电机，其特征在于：沿圆周方向上的电枢线圈依次为A相、B相、D相、A相、C相、D相、B相和C相；在各个子铁心上，永磁体顺时针方向一侧的电枢线圈绕向相同；永磁体逆时针方向一侧的四个电枢线圈绕向相同。
如上所述一种电动平衡车永磁电机，其特征在于：所述永磁定子极上也绕有励磁绕组，励磁绕组通正向电流时产生与永磁体相同的磁场，励磁绕组通负向电流时产生与永磁体相反的磁场。
本发明的有益效果是：
1电机绕组皆为集中式绕组，内阻小，效率高；
2电机能够工作在永磁双凸极模式，当永磁体退磁后可工作在开关磁阻工作模式，可靠性高；
3与传统的永磁同步电机相比，转子上没有永磁体，工作可靠；定子铁心磁密变化小，因此定子铁损少；
4 与永磁双凸极电机相比，利用一个永磁体给两个电枢绕组励磁，励磁结构紧凑、效率高，而且更易实现各相的对称；
5定子铁心相互独立，具有较高的容错性能；
6总的磁链较短，定子铁心磁阻小，铁耗少。
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是本发明一种电动平衡车永磁电机第1实施例的横向剖视结构示意图。其中，1、外转子铁心，2、永磁体，3、定子铁心，4、定子固定块，5、轴，6、电枢绕组。
图2是本发明一种电动平衡车永磁电机磁链示意图。
图3是本发明一种电动平衡车永磁电机极弧示意图。
图4是本发明一种电动平衡车永磁电机第2实施例的横向剖视结构示意图。其中，1、外转子铁心，2、永磁体，3、定子铁心，4、定子固定块，5、轴，6、电枢绕组，7、励磁绕组。
具体实施方式
本发明提供一种电动平衡车永磁电机，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。
图1是本发明一种电动平衡车永磁电机第1实施例的横向剖视结构示意图。如图所示，一种电动平衡车永磁电机是由外转子铁心(1)、定子铁心(3)、永磁体(2)、电枢绕组(6)、定子固定块(4)和轴(5)组成。外转子铁心(1)固定在电动平衡车轮毂上，轴(5)固定在电动平衡车车架上，外转子铁心(1)内侧均布有15个凸形的转子极。定子铁心(3)由4个呈扇形的子铁心组成，子铁心均匀的固定在不导磁的轴(5)上，各个子铁心直接由不导磁定子固定块(4)固定并隔开。在每个子铁心上有两个电枢定子极和一个永磁定子极，其中电枢定子极位于扇形的两侧，永磁定子极位于两个电枢定子极的中间，永磁体(2)固定在永磁定子极上，4个永磁体(2)都沿径向充磁且充磁方向相同。电枢定子极上绕有集中式的电枢线圈，同一个子铁心上的两个电枢线圈绕向相反。
图2是本发明一种电动平衡车永磁电机磁链示意图。如图所示，位于永磁定子极上的永磁体产生磁动势，经过气隙、转子极、转子轭、电枢定子极和定子轭形成闭合磁链。由于每个子铁心上有两个电枢定子极和一个永磁定子极，每个子铁心上会形成两个闭合磁链。
图3是本发明一种电动平衡车永磁电机极弧示意图。如图所示，每个子铁心上有两个电枢定子极和一个永磁定子极，电枢定子极的极弧长度和转子极的极弧长度都为12度，永磁定子极的极弧长度为18度，一个子铁心上电枢定子极与永磁定子极之间的槽口机械角为12度。
图4是本发明一种电动平衡车永磁电机第2实施例的横向剖视结构示意图。如图所示，本发明第2实施例在第1实施例的基础上在永磁定子极上也绕有励磁绕组(7)，励磁绕组(7)通正向电流时产生永磁体(2)相同的磁场，励磁绕组(7)通负向电流时产生与永磁体(2)相反的磁场。
下面对本发明提出的一种电动平衡车永磁电机进行工作原理的说明。
本发明电机通过永磁定子极极端固定的永磁体来产生磁场，经过气隙、转子极、转子轭、电枢定子极和定子轭形成闭合磁链。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，给电感上升的绕组通以正向电流，给电感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 (3)

1.一种电动平衡车永磁电机，包括外转子铁心、定子铁心、永磁体、电枢绕组、定子固定块和轴，外转子铁心固定在电动平衡车轮毂上，轴固定在电动平衡车车架上，其特征在于：外转子铁心内侧均布有15个凸形的转子极，转子极的极弧长度占转子极极距的一半；
定子铁心由4个呈扇形的子铁心组成，子铁心均匀的固定在轴上；各个子铁心直接由定子固定块固定并隔开，定子固定块和轴皆由非导磁材料制成；
每个子铁心上有两个电枢定子极和一个永磁定子极，其中电枢定子极位于扇形的两侧，永磁定子极位于两个电枢定子极的中间；电枢定子极的极弧长度等于转子极的极弧长度，永磁定子极的极弧长度等于转子极的极弧长度的1.5倍；
一个子铁心上电枢定子极与永磁定子极之间的槽口机械角为12度；
电枢定子极上绕有集中式的电枢线圈，同一个子铁心上的两个电枢线圈绕向相反；
永磁体固定在永磁定子极上，4个永磁体都沿径向充磁且充磁方向相同。
2.如权利要求1所述的一种电动平衡车永磁电机，其特征在于：沿圆周方向上的电枢线圈依次为A相、B相、D相、A相、C相、D相、B相和C相；在各个子铁心上，永磁体顺时针方向一侧的第一个电枢线圈绕向相同；永磁体逆时针方向一侧的第一个电枢线圈绕向相同。
3.如权利要求1所述的一种电动平衡车永磁电机，其特征在于：所述永磁定子极上也绕有励磁绕组，励磁绕组通正向电流时产生与永磁体相同的磁场，励磁绕组通负向电流时产生与永磁体相反的磁场。
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