CN106849582B - 一种体感车永磁轮毂电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种体感车永磁轮毂电机，包括外转子铁心、定子铁心、永磁体、电枢绕组、极靴和轴，属于电动车技术领域。其外转子铁心内侧均布有8X个凸形的转子极，X为自然数，转子极的极弧长度占转子极极距的一半；定子铁心均由3X个呈扇形的子铁心组成，每个子铁心上有两个电枢定子极和一个永磁定子极，电枢永磁体固定在永磁定子极上，且永磁体外侧固定有极靴，3X个永磁体都沿径向充磁且充磁方向相同。本发明的各个定子子铁心之间相互隔离，使得定子相绕组在物理和电磁上都是彼此隔离的，这大大降低了相间故障的可能性，而且本发明的定转子极弧匹配关系使得同一相的两个绕组总的磁链变化率基本不变，实现两个绕组在特性上是互补的。

Description

一种体感车永磁轮毂电机
技术领域
本发明涉及一种体感车永磁轮毂电机，属于电动车技术领域。
背景技术
体感车是一种结合了机电一体化工程及新能源的直立式“电动车”。该电动车的研究极大的促进了机器人学以及与其有关的科学技术的发展。而它自身的特点也大大的拓宽了其使用范围，例如其小巧便捷以及灵活等特点，这些特点让两轮自平衡电动车在运输工具以及残障人士安全保障方面都发挥着巨大的作用，其使用范围也在不断的向新的领域拓展。
体感车作为一款新型的“电动车”，其动力的输出自然离不开驱动电机。目前大多数体感车使用永磁无刷电机作为驱动电机，配合电子控制系统，可以仅仅依靠人体重心的改变来实现车辆的启动、加速、减速、停止等动作。
目前与体感车相关的专利并不是很多，而且其中绝大多数的相关专利申请主要集中在体感车主体结构布置和控制技术上。例如发明专利申请：一种安全可靠的智能型体感车，专利号：201611047751.4，公开了一种安全可靠的智能型体感车，该发明能够保护体感车上的人们在下坡时安全驾驶，防止安全事故发生，不仅如此，通过升降单元使驱动轮旋转，通过喷头的水流冲击驱动轮，使防滑纹内的杂物松动后，驱动轮高速转动利用离心力使泥土、石块脱落，使体感车正常行驶，从而提高了装置的实用性。
轮毂式驱动电机因其具有高效传递能量的特点受到研究者的广泛关注，例如发明专利申请：一种轮毂电机，申请号201610821995.7提出了一种轮毂电机，包括电机主体、冷却系统和轮毂，能够减少大气污染，使用太阳能、电能的电力能源，而且零排放、低噪音、能耗少，节能环保。 发明专利申请：轻型电动自行车轮毂电机，申请号201610732383.0，提出了一种轮毂电机不仅具有无刷有齿外转子轮毂电机体积小、重量轻，性能指标高，可靠性好的优点，而且减速器的齿轮磨损小、寿命长，液态润滑油使各个齿轮及超越离合器润滑充足、阻力很小，非接触油封不存在磨擦阻力。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。
本发明一种体感车永磁轮毂电机的技术在于其外转子铁心内侧均布有8X个凸形的转子极，定子铁心均由3X个呈扇形的子铁心组成。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为转子极极弧长度的0.66倍，永磁定子极与转子极等宽。本发明的各个定子子铁心之间相互隔离，使得定子相绕组在物理和电磁上都是相互隔离的，这大大降低了相间故障的可能性，而且本发明的定转子极弧匹配关系使得同一相的两个绕组总的磁链变化率基本不变，也就是两个绕组在特性上是互补的。
目前申请人经国内外检索，尚未检索到本发明所涉及一种体感车永磁轮毂电机的高容错、高效率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：提供一种电枢绕组反串、各相绕组相互隔离、可靠性高的体感车永磁轮毂电机。
为了实现以上功能，本发明采取的技术方案是：
一种体感车永磁轮毂电机，包括外转子铁心(1)、定子铁心(4)、永磁体(3)、电枢绕组(6)、极靴(2)和轴(5)，外转子铁心(1)固定在体感车轮毂上，轴(5)固定在体感车车架上，其特征在于：
外转子铁心内侧均布有8X个凸形的转子极，X为自然数，转子极的极弧长度占转子极极距的一半；
定子铁心(4)由3X个呈扇形的子铁心组成，子铁心均匀的固定在轴(5)上；
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，永磁定子极位于扇形的中间；电枢定子极的极弧长度为转子极极弧长度的0.66倍，永磁定子极与转子极等宽；
每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24/X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(3)固定在永磁定子极上，且永磁体(3)外侧固定有极靴(2)，3X个永磁体(3)都沿径向充磁且充磁方向相同。
如上所述一种体感车永磁轮毂电机，其特征在于：沿圆周方向上的电枢线圈依次为A相、B相、C相、A相、B相、C相、……，如此循环；其中第偶数个A相绕组与第1个A相绕组绕向相反，第奇数个A相绕组与第1个A相绕组绕向相同；第偶数个B相绕组与第1个B相绕组绕向相反，第奇数个B相绕组与第1个B相绕组绕向相同；第偶数个C相绕组与第1个C相绕组绕向相反，第奇数个C相绕组与第1个C相绕组绕向相同；第1个A相绕组、第偶数个B相绕组和第1个C相绕组绕向也相同。
如上所述一种体感车永磁轮毂电机，其特征在于：所述轴(5)由非导磁材料制成，相邻的子铁心不直接接触，各相的磁链各自独立。
本发明的有益效果是：
1电机绕组互相隔离，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电机同一相绕组之间在特性上能够实现互补；
3转子无永磁体，工作可靠；
4总的磁链较短，硅钢片磁阻小，铁耗少；
5绕组皆为集中式绕组，内阻小，效率高。
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是本发明一种体感车永磁轮毂电机的结构示意图。其中，1、外转子铁心，2、极靴，3、永磁体，4、定子铁心，5、轴， 6、电枢绕组。
图2是本发明一种体感车永磁轮毂电机的绕组嵌线图。其中，1-9为定子极序号。
图3是本发明一种体感车永磁轮毂电机的互补原理的示意图。
图4是本发明一种体感车永磁轮毂电机纵剖图。
具体实施方式
本发明提供一种体感车永磁轮毂电机，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所示的一种体感车永磁轮毂电机的结构示意图，本实施例X=1，电机是由外转子铁心(1)、定子铁心(4)、永磁体(3)、电枢绕组(6)、极靴(2)和轴(5)组成。外转子铁心(1)固定在体感车轮毂上，轴(5)固定在体感车车架上。
外转子铁心(1)内侧均布有8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(4)均由3个呈扇形的子铁心组成，子铁心均匀的固定在轴(5)上。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，永磁定子极位于扇形的中间。电枢定子极的极弧长度为转子极极弧长度的0.66倍，永磁定子极与转子极等宽；每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24度。永磁体(3)固定在永磁定子极上，且永磁体(3)外侧固定有极靴(2)，3个永磁体(3)都沿径向充磁且充磁方向相同。
图2是本发明一种体感车永磁轮毂电机的绕组嵌线图。沿圆周方向上的电枢线圈依次为A相、B相、C相、A相、B相、C相，由于实施例X=1，因此循环1次；其中第偶数个A相绕组与第1个A相绕组绕向相反，第奇数个A相绕组与第1个A相绕组绕向相同；第偶数个B相绕组与第1个B相绕组绕向相反，第奇数个B相绕组与第1个B相绕组绕向相同；第偶数个C相绕组与第1个C相绕组绕向相反，第奇数个C相绕组与第1个C相绕组绕向相同。也就是第2个A相绕组和第1个A相绕组绕向相反，也就是第2个B相绕组和第1个B相绕组绕向相反，也就是第2个C相绕组和第1个C相绕组绕向相反。第1个A相绕组、第2个B相绕组和第1个C相绕组绕向也相同。
图3是本发明一种体感车永磁轮毂电机的互补原理的示意图。其互补的原理可以解释为：传统磁阻电机的转子极刚靠近定子极时，其磁链变化率大；而转子极与定子极几乎完全啮合时，其磁链变化率小。而本申请的技术两个A相定子极对应的转子位置错开了一定的角度，因此当转子极刚刚靠近A相定子极时，其磁链变化率大；而此时另一个转子极与A相下一个定子极几乎完全啮合，磁链变化率小。由于两个A相定子极上的绕组为同一相绕组，因此该相绕组总的磁链变化率基本不变。也就是两个A相绕组在特性上是互补的。
图4是本发明一种体感车永磁轮毂电机纵剖图。外转子铁心(1)固定在体感车轮毂上，轴(5)固定在体感车车架上。
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。
电机磁场由永磁体产生，以图2为例，转子极滑入第1定子极，第1定子极上的互感开始上升，此时给第1定子极上的A相绕组通以正向电流，第1定子极上的A相绕组可产生正的输出转矩。与此同时，转子极也会同时滑出第6定子极，第6定子极上的A相绕组互感开始下降，由于第1定子极上的A相绕组与第6定子极上的A相绕组绕向相反，此时第6定子极上的A相绕组也可产生正的输出转矩。
本发明的轮毂电机工作原理与双凸极电机类似，但却在结构上首次实现了一个永磁体给两相电枢绕组励磁，从而实现了各相电感的完全对称。
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)

1.一种体感车永磁轮毂电机，包括外转子铁心、定子铁心、永磁体、电枢绕组、极靴和轴，外转子铁心固定在体感车轮毂上，轴固定在体感车车架上，其特征在于：
外转子铁心内侧均布有8X个凸形的转子极，X为自然数，转子极的极弧长度占转子极极距的一半；
定子铁心由3X个呈扇形的子铁心组成，子铁心均匀的固定在轴上；
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，永磁定子极位于扇形的中间；电枢定子极的极弧长度为转子极极弧长度的0.66倍，永磁定子极与转子极等宽；
每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24/X度；
电枢定子极上绕有集中式的电枢绕组，同一个子铁心上的两个电枢绕组绕向相反；
永磁体固定在永磁定子极上，且永磁体外侧固定有极靴，3X个永磁体都沿径向充磁且充磁方向相同。
2.如权利要求1所述一种体感车永磁轮毂电机，其特征在于：沿圆周方向上的电枢绕组依次为A相、B相、C相、A相、B相、C相、……，如此循环；其中第偶数个A相绕组与第1个A相绕组绕向相反，第奇数个A相绕组与第1个A相绕组绕向相同；第偶数个B相绕组与第1个B相绕组绕向相反，第奇数个B相绕组与第1个B相绕组绕向相同；第偶数个C相绕组与第1个C相绕组绕向相反，第奇数个C相绕组与第1个C相绕组绕向相同；第1个A相绕组、第偶数个B相绕组和第1个C相绕组绕向也相同。
3.如权利要求1所述一种体感车永磁轮毂电机，其特征在于：所述轴由非导磁材料制成，相邻的子铁心不直接接触，各相的磁链各自独立。
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