CN106787312A - 双动力无刷直流电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双动力无刷直流电机，包括至少两个电机驱动单元，所述电机驱动单元包括定子铁芯、永磁转子、霍尔传感器、继电器、控制器与电池，所述定子铁芯上沿周向设置有多个具有相同结构用于缠绕绕组的齿，所述齿上缠绕有至少三相互为相同相位角分布的绕组，每相绕组依次缠绕在多个定子铁芯上形成多个层结构，同相同层绕组之间依次串联，同相相邻两层绕组之间首尾相连，最后一层多相绕组引出的接线头连接形成末端，第一层的多相绕组引出的接线头与交变电连接，形成驱动至少一层多相绕组工作的输入端。本发明的双动力无刷直流电机扭矩、里程大于单动力电机40～50％，具有扭矩大、温升低、低噪音行驶里程长的优点，符合行业技术标准。

Description

双动力无刷直流电机
技术领域
本发明涉及电动车技术领域。更具体地说，本发明涉及一种电动车用双动力无刷直流电机。
背景技术
电动车是一种快速骑行、载重量大的交通工具，其由车架上所装电池提供电力，由后轮同轴所装轮毂电机驱动。电机的性能对电动车的性能起着至关重要的影响，目前市场上的单动力电机存在电机噪音大、升温高、电池续航里程短等缺点，双动力电机内部铁芯结构和普通单速电机铁芯结构没有变化，只是单纯的把绕组绕线分成两部分，等于把单速绕组漆包线分成双速绕组漆包线，在市场上非常不稳定，爬大坡或载重量大时动力仍然不足，问题得不到实质上的解决。因此，目前亟需一种扭矩大、温升低、低噪音行驶里程长的双动力电机。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种双动力无刷直流电机，其扭矩、里程大于单动力电机40～50％，具有扭矩大、温升低、低噪音行驶里程长的优点，符合行业技术标准。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种双动力无刷直流电机，包括至少两个电机驱动单元，所述电机驱动单元包括定子铁芯、永磁转子、霍尔传感器、继电器、控制器与电池，所述定子铁芯上沿周向设置有多个具有相同结构用于缠绕绕组的齿，所述齿上缠绕有至少三相互为相同相位角分布的绕组，每相绕组依次缠绕在多个定子铁芯上形成多个层结构，其中，同相同层绕组之间依次串联，同相相邻两层绕组之间首尾相连，最后一层多相绕组引出的接线头连接形成末端，第一层的多相绕组引出的接线头与交变电连接，形成驱动至少一层多相绕组工作的输入端。
优选的是，所述的双动力无刷直流电机，所述双动力无刷直流电机包括两个电机驱动单元。
优选的是，所述的双动力无刷直流电机，所述双动力无刷直流电机为三相电机，相邻的齿之间形成有槽，所述槽的数量为3的整数倍。
优选的是，所述的双动力无刷直流电机，所述定子铁芯包括多个层叠设置的定子冲片。
优选的是，所述的双动力无刷直流电机，所述永磁转子包括沿径向分布的多个永磁体，所述永磁体为四个单永磁体拼接形成的M形结构，其一侧的两个端点沿径向远离所述定子铁芯、另一侧的三个端点沿径向靠近所述定子铁芯，四个单永磁体沿切线方向交替充磁。
优选的是，所述的双动力无刷直流电机，所述永磁体的数量多于所述齿的数量，所述永磁体的数量为45个，所述齿的数量为36个。
优选的是，所述的双动力无刷直流电机，所述齿的柱状部分的两侧呈双曲线状，且相邻两个齿的柱状部分的上端部间距小于下端部间距小于中部间距。
优选的是，所述的双动力无刷直流电机，所述齿的柱状部分的两侧为轴对称的椭圆曲线，且相邻两个齿的下端通过弧线连接、形成长轴一侧有缺口的椭圆形。
本发明至少包括以下有益效果：
第一、本发明在应用过程中可以通过按压按钮或拨动开关，采用单片机原理实现单动力、双动力的高低挡智能切换，由传统单绕组改为双绕组，电机线改为双出线，增大漆包线槽满率，继电器采用单片机智能控制和保护，实现继电器无电切换，彻底解决继电器触点拉弧容易损坏的问题，延长使用寿命，爬坡能力与普通电机相比提升2倍，续航里程提升40～50％；
第二、本发明在应用过程中，其处于工作的绕组的个数发生变化，所有定子铁芯都处于工作状态，铁芯利用率高，并且在功率不变的情况下实现了电机的多转速输出，使得使用设备在要求电机高转速的同时，也能保证对电机输出功率的要求；在交变电与输入端连接，第一层的控制器通电时，电机扭矩最小、转速最低、动力最小，随着层数的增加，逐层的控制器通电，电机扭矩增大、转速增大、动力增大，最后一层的控制器通电时，电机扭矩最大、转速最大、动力最大；
第三、两个电机驱动单元使得电动机具有单动力和双动力，便于用户切换；三相电机易于设计、制造；定子铁芯可采用冲压设备将定子冲片冲压成型，生产效率高；四个单永磁体拼接形成的M形结构具有聚磁效应，可提高转矩密度，还可以提高永磁体利用率，减少永磁材料，降低成本；永磁体的数量为45个、齿的数量为36个，既加大了绕组的用铜量，有效地调高了电机的效率，使转矩大幅度减小，主磁极磁密下降到1.5T以下；齿的柱状部分的双曲线状槽口更宽、槽深更深，利于下线，提高了槽满率，进而提高了电机的效率；齿的柱状部分呈椭圆曲线状各部分的尺寸比例设计更为合理。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明所述的双动力无刷直流电机的正视图；
图2为本发明所述的双动力无刷直流电机的侧视图；
图3为本发明所述的齿和槽的结构示意图；
图4为本发明所述的双动力无刷直流电机的测试性能图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1～2所示，本发明提供一种双动力无刷直流电机，包括至少两个电机驱动单元，所述电机驱动单元包括定子铁芯11(12)、永磁转子21(22)、霍尔传感器(图中未示出)、控制器31(32)与继电器41(42)，所述定子铁芯11(12)上沿周向设置有多个具有相同结构用于缠绕绕组51(52或53)的齿111，所述齿111上缠绕有至少三相互为相同相位角分布的绕组，每相绕组依次缠绕在多个定子铁芯11(12)上形成多个层结构，图2示出了两个层结构，其中，同相同层绕组51(52或53)之间依次串联，同相相邻两层绕组51(52或53)之间首尾相连，图1中用内部为×的圆圈示意该线圈与下一层的同相绕组相连，最后一层多相绕组51(52或53)引出的接线头连接形成末端，第一层的多相绕组51(52或53)引出的接线头与交变电6连接，形成驱动至少一层多相绕组51(52或53)工作的输入端。
在上述技术方案中，定子上的绕组51(52或53)与交变电6连接，当输入端接入交变电6后，绕组51(52或53)上的电流产生磁场并与永磁转子21(22)上的磁场相互吸引以及相互排斥，从而产生电磁转矩驱动转子相对于定子旋转。在交变电6与输入端连接，第一层的控制器31(32)通电时，第一层的绕组产生通电，电机扭矩最小、转速最低、动力最小，随着层数的依次增加，逐层的控制器31(32)通电，逐层的绕组产生通电，电机扭矩增大、转速增大、动力增大，最后一层的控制器31(32)通电时，所有的绕组产生通电，电机扭矩最大、转速最大、动力最大。本发明处于工作的绕组产生的个数发生变化，所有定子铁芯11(12)都处于工作状态，铁芯利用率高，并且在功率不变的情况下实现了电机的多转速输出，使得使用设备在要求电机高转速的同时，也能保证对电机输出功率的要求；用户在骑行中可以通过按压按钮或拨动开关，采用单片机原理实现单动力、双动力的高低挡智能切换，由传统单绕组改为双绕组，电机线改为双出线，增大漆包线槽满率，继电器41(42)采用单片机智能控制和保护，实现继电器41(42)无电切换，彻底解决继电器41(42)触点拉弧容易损坏的问题，延长使用寿命，爬坡能力与普通电机相比提升2倍，续航里程提升40～50％。
在另一种技术方案中，所述的双动力无刷直流电机，所述双动力无刷直流电机包括两个电机驱动单元，使得电动机具有单动力和双动力，便于用户切换。
在另一种技术方案中，所述的双动力无刷直流电机，所述双动力无刷直流电机为三相电机，易于设计、制造，相邻的齿111之间形成有槽112，所述槽112的数量为3的整数倍。
在另一种技术方案中，所述的双动力无刷直流电机，所述定子铁芯11(12)包括多个层叠设置的定子冲片，可采用冲压设备将定子冲片冲压成型，生产效率高。
在另一种技术方案中，所述的双动力无刷直流电机，所述永磁转子21(22)包括沿径向分布的多个永磁体，所述永磁体为四个单永磁体拼接形成的M形结构，其一侧的两个端点沿径向远离所述定子铁芯11(12)、另一侧的三个端点沿径向靠近所述定子铁芯11(12)，四个单永磁体沿切线方向交替充磁，具有聚磁效应，可提高转矩密度，还可以提高永磁体利用率，减少永磁材料，降低成本。
在另一种技术方案中，所述的双动力无刷直流电机，所述永磁体的数量多于所述齿111的数量，所述永磁体的数量为45个，所述齿111的数量为36个，既加大了绕组的用铜量，有效地调高了电机的效率，使转矩大幅度减小，主磁极磁密下降到1.5T以下。
在另一种技术方案中，所述的双动力无刷直流电机，如图3所示，所述齿111的柱状部分的两侧呈双曲线状，且相邻两个齿111的柱状部分的上端部间距小于下端部间距小于中部间距，齿111的柱状部分的双曲线状槽口更宽、槽深更深，利于下线，提高了槽满率，进而提高了电机的效率。
在另一种技术方案中，所述的双动力无刷直流电机，如图3所示，所述齿111的柱状部分的两侧为轴对称的椭圆曲线，且相邻两个齿111的下端通过弧线连接、形成长轴一侧有缺口的椭圆形，齿111的柱状部分呈椭圆曲线状各部分的尺寸比例设计更为合理。
<电机测试>
采用本发明的双动力无刷直流电机，在额定电压72V、额定功率800W下测试电机测试，测试数据如图4所示，数据如下表所示。
本发明的双动力无刷直流电机应用于动车的路试数据，以60V为样本，传统单动力电动车、某品牌双动力电动车、本发明双动力电动车的测试正常载重数均为150公斤，传统单动力电动车的一次充电续航里程为70公里，某品牌双动力电动车的一次充电续航里程为70公里(单人载重)，本发明双动力电动车的一次充电续航里程为70公里(双人载重)，传统单动力电动车的载重150公斤爬坡最大爬坡15°，并且非常吃力，某品牌双动力电动车零启动持续爬坡角度30°，顺畅自如，本发明双动力电动车零启动持续爬坡角度40°，顺畅自如。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种双动力无刷直流电机，其特征在于，包括至少两个电机驱动单元，所述电机驱动单元包括定子铁芯、永磁转子、霍尔传感器、继电器、控制器与电池，所述定子铁芯上沿周向设置有多个具有相同结构用于缠绕绕组的齿，所述齿上缠绕有至少三相互为相同相位角分布的绕组，每相绕组依次缠绕在多个定子铁芯上形成多个层结构，其中，同相同层绕组之间依次串联，同相相邻两层绕组之间首尾相连，最后一层多相绕组引出的接线头连接形成末端，第一层的多相绕组引出的接线头与交变电连接，形成驱动至少一层多相绕组工作的输入端。
2.如权利要求1所述的双动力无刷直流电机，其特征在于，所述双动力无刷直流电机包括两个电机驱动单元。
3.如权利要求1所述的双动力无刷直流电机，其特征在于，所述双动力无刷直流电机为三相电机，相邻的齿之间形成有槽，所述槽的数量为3的整数倍。
4.如权利要求1所述的双动力无刷直流电机，其特征在于，所述定子铁芯包括多个层叠设置的定子冲片。
5.如权利要求1所述的双动力无刷直流电机，其特征在于，所述永磁转子包括沿径向分布的多个永磁体，所述永磁体为四个单永磁体拼接形成的M形结构，其一侧的两个端点沿径向远离所述定子铁芯、另一侧的三个端点沿径向靠近所述定子铁芯，四个单永磁体沿切线方向交替充磁。
6.如权利要求5所述的双动力无刷直流电机，其特征在于，所述永磁体的数量多于所述齿的数量，所述永磁体的数量为45个，所述齿的数量为36个。
7.如权利要求1所述的双动力无刷直流电机，其特征在于，所述齿的柱状部分的两侧呈双曲线状，且相邻两个齿的柱状部分的上端部间距小于下端部间距小于中部间距。
8.如权利要求7所述的双动力无刷直流电机，其特征在于，所述齿的柱状部分的两侧为轴对称的椭圆曲线，且相邻两个齿的下端通过弧线连接、形成长轴一侧有缺口的椭圆形。
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CN106992620A (zh) * 2017-06-09 2017-07-28 罗寿元 电动车用多绕组多速永磁电机

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