CN200987089Y - 电动游览车用永磁无刷直流电机 - Google Patents
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Abstract
电动游览车用永磁无刷直流电机涉及一种直流电机，尤其是永磁无刷直流电机。该电机包括前端盖(1)、机壳(2)、永磁转子总成(3)、三相定子绕组(4)、辅助转子(5)、磁环(6)、后端盖(7)、后端盖盖板(8)、霍耳组件安装板(9)、霍耳组件(10)、控制器(11)。该机结构紧凑、运行可靠、反应迅速、调速精确、智能控制、效率高、寿命长、体积小、重量轻、延长了一次充电的行驶里程。广泛适用于电动游览车及其他四轮电动车。
Description
所属技术领域
本实用新型涉及一种直流电机，尤其是电动游览车用永磁无刷直流电机。
背景技术
目前，在电动游览车上长期使用的动力源是传统的直流有刷电动机，该电动机存在三大缺陷：
1、效率低：电机转子上有励磁绕组，产生涡流损耗，使电机效率低、电能消耗大、电动游览车上的蓄电池续行里程缩短、也使电池的使用寿命缩短。
2、损耗大：有刷直流电机的电刷与换向器处于机械式接触状态，在电机处于高速运转时，不可避免地产生磨擦损耗，既产生机械损耗，又使电刷的使用寿命缩短，亦即降低了直流有刷电机的使用寿命。据统计一辆轿车在使用寿命周期内，它的有刷直流电机需更换3至4次，增加了修理费用、提高了使用成本。
3、工作可靠性降低：当电刷与换向器高速运转磨擦时，易产生火花与电气噪音，使工作可靠度降低，电刷大量磨损，也大大地增加了电机维修的几率。
为了解决现有直流有刷电机存在的技术问题，电动游览车的动力源要改为永磁无刷直流电机。目前市场上已有很多永磁无刷直流电机，但在电压48V的情况下，功率基本上在1.5KW以下，对于电动游览车的使用条件：电压48V，功率3.7KW，均无法满足要求。
根据检索，专利号01246731.6《电动车用永磁无刷直流电机》、02264846.1《电动车用直流无刷电机》、00234714《电动车辆用直流电机》都是低功率永磁无刷直流电机，仅适合电动自行车用，有专利号200420079912《低压大功率永磁无刷盘式电机》，但未提及电压及功率的数据。
发明内容
为了克服上述不足之处，本实用新型提供一种效率高、损耗小、工作可靠、无刷的满足使用电压48V、功率3.7KW的电动游览车用永磁无刷直流电机。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：如图1、如图2、图3、图4、图5所示，该电机包括前端盖(1)、机壳(2)、永磁转子总成(3)、三相定子绕组(4)、辅助转子(5)、磁环(6)、后端盖(7)、后端盖盖板(8)、霍耳组件安装板(9)、霍耳组件(10)、控制器(11)，其特征在于：永磁转子总成(3)包括电机轴(3.1)、转子体(3.2)、瓦形磁极(3.3)、绝缘槽锲(3.4)、压板(3.5)、拉杆(3.6)，转子体(3.2)与电机轴(3.1)键联接，6对永磁体瓦形磁极(3.3)按N极、S极顺序依次排列固定在转子体(3.2)的外圆周上，瓦形磁极(3.3)是稀土永磁材料钕铁硼Nd-Fe-B做成，每一个瓦形磁极(3.3)由6小块(径向2块、轴向3排)同极性的瓦形磁钢拼接而成，瓦形磁极(3.3)轴向长度与转子体(3.2)的轴向长度相同，在N极与S极之间安放绝缘槽锲(3.4)，转子体(3.2)的两端面各有一块压板(3.5)，压板(3.5)的直径与瓦形磁极(3.3)的外径相同，拉杆(3.6)穿过转子体(3.2)上的通孔把两块压板(3.5)与转子体(3.2)、瓦形磁极(3.3)紧固连接；磁环(6)先安装在外置的辅助转子(5)上，再整体安装到朝向后端盖一端的电机轴(3.1)上；霍耳组件(10)安装在后端盖(7)外侧的霍耳组件安装板(9)上，其位置为霍耳组件的3个霍耳元件与丫型三相绕组线圈相对应，并与外置的辅助转子(5)上的磁环(6)相对应；控制器(11)包括功率器件(11.1)和用紧固件(11.2)联接在一起的散热块(11.3)、导热绝缘材料(11.4)、汇流条(11.5)，功率器件(11.1)是一个MOSFET单管或IGBT单管，也可以是由多个MOSFET单管并联而成或多个IGBT单管并联而成，功率器件(11.1)与散热块(11.3)联接中间没有导热绝缘材料(11.4)，是直接电气联接，也是热直接传导联接。
本实用新型的有益效果是：
1、效率高：采用永磁体的转子，没有励磁损耗，没有碳刷与滑环之间的摩擦而增加的机械损耗，极大地提高了电机的效率，延长了蓄电池一次充电的行驶里程。
2、采用MOSFET无刷电机控制器，使整个系统效率高、反应迅速、调速精确、智能控制。
3、采用外置式霍耳组件，霍耳元件不会受到定子绕组产生的磁场的干扰，也便于维修。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构示意图。
图2是本实用新型永磁转子总成结构示意图。
图3是本实用新型永磁转子总成的A-A剖面图。
图4是本实用新型控制器功率电路原理图。
图5是本实用新型控制器功率电路结构示意图。
具体实施方式
根据附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
受限于稀土永磁体的材质与体积，制作大功率永磁电机时，大形的瓦形磁极在制作上困难度相对增加，如果电机功率做大，电机铁心外径自然加大，转子的外径也增大，造成瓦形磁极垂直误差增大而无法充磁。为此，我们将6块同极性的较小的瓦形磁钢(径向2块，轴向3排)拼接起来，成为一个大的瓦形磁极(3.3)。由于同性相斥的原因，6块同极性的小瓦形磁钢拼接极为困难，我们经过多次的实践，设计了一个专用的2块3排的同极性瓦形磁钢拼接的工装夹具，顺利拼接成功。通过拼接后的瓦形磁极(3.3)与转子体(3.2)粘结成一体，在极与极之间，安放绝缘槽楔(3.4)，按照N极、S极顺序依次把6个磁极(3.3)与转子体(3.2)外圆周粘结，在电机转子体(3.2)的表面，形成了6极无励磁损耗的永磁体磁极。
用4根拉杆(3.6)穿过转子体(3.2)上所作的通孔，把2块压板(3.5)与转子体(3.2)、瓦形磁极(3.3)紧固联接。
磁环(6)先安装在外置的辅助转子(5)上，再整体安装到朝向后端盖(7)一端的电机轴(3.1)上，霍耳组件(10)安装在后端盖(7)外侧的霍耳组件安装板(9)上，其位置与Y型三相绕组线圈相对应，并与外置的辅助转子(5)上的磁环(6)相对应，为控制器提供精确的转子位置信号。
电压48V、功率3.7KW的电机，其额定工作电流达84A，再计算电机效率和考虑电机启动和过载的情况下，电机电流为额定电流的3倍以上，亦即电流可达250A以上，这就需要解决大电流和器件发热的问题，以保证功率输出和电源供给电路能安全地流过如此大的电流。在控制器(11)的功率器件(11.1)的(C)极和(E)极分别与电源及功率输出联接。图5所示为控制器(11)的功率电路部分结构，本功率拓朴结构为三相半桥输出电路，每相半桥分上半桥和下半桥，三相电路共三个上半桥和三个下半桥。由于三个上半桥MOSFET功率器件(11.1)的漏极(C)均与电源正极相连，故三个上半桥的MOSFET功率器件(11.1)可用紧固件(11.2)直接安装在一个散热块(11.3)上，中间不要使用导热绝缘材料(11.4)作电绝缘；另外三个下半桥的三个MOSFET功率器件(11.1)则分别用紧固件(11.2)直接安装在三块散热块(11.3)上，中间也不要使用导热绝缘材料(11.4)作绝缘。这样，散热块(11.3)既是功率器件(11.1)的散热器，又是MOSFET漏极(C)的导电通路。功率器件(11.1)的(E)极通过汇流条(11.5)与输出电路联接。四块散热块(11.3)及汇流条(11.5)再安装在控制器的壳体(11)上，散热块(11.3)与控制器壳体(11)间垫导热绝缘材料(11.4)作电绝缘。
由于MOSFET功率器件(11.1)直接与散热块(11.3)联接，等于增加了MOSFET功率器件(11.1)的散热面积，热阻远远小于一般在MOSFET功率器件(11.1)与散热块(11.3)间垫有导热绝缘材料(11.4)的散热方式，有利于功率器件(11.1)散热。此外，由于散热块(11.3)是铝质或铜质材料，导电性能优越，其截面积也足够大，可胜任大电流导通的通路，并散热良好。
本实用新型使用在电动游览车上效率高、寿命长、体积小、重量轻、运行平稳、工作可靠，可承载12人。也可广泛适用于其他四轮电动车。
Claims (5)
1、电动游览车用永磁无刷直流电机，该电机包括前端盖(1)、机壳(2)、永磁转子总成(3)、三相定子绕组(4)、辅助转子(5)、磁环(6)、后端盖(7)、后端盖盖板(8)、霍耳组件安装板(9)、霍耳组件(10)、控制器(11)，其特征在于：永磁转子总成(3)包括电机轴(3.1)、转子体(3.2)、瓦形磁极(3.3)、绝缘槽锲(3.4)、压板(3.5)、拉杆(3.6)，转子体(3.2)与电机轴(3.1)键联接，6对永磁体瓦形磁极(3.3)按N极、S极顺序依次排列固定在转子体(3.2)的外圆周上，每一个瓦形磁极(3.3)由6小块(径向2块、轴向3排)同极性的瓦形磁钢拼接而成，在N极与S极之间安放绝缘槽锲(3.4)，转子体(3.2)的两端面各有一块压板(3.5)，拉杆(3.6)穿过转子体(3.2)上的通孔把两块压板(3.5)与转子体(3.2)、瓦形磁极(3.3)紧固连接；磁环(6)先安装在外置的辅助转子(5)上，再整体安装到朝向后端盖一端的电机轴(3.1)上；霍耳组件(10)安装在后端盖(7)外侧的霍耳组件安装板(9)上，其位置为霍耳组件的3个霍耳元件与丫型三相绕组线圈相对应，并与外置的辅助转子(5)上的磁环(6)相对应；控制器(11)包括功率器件(11.1)和用紧固件(11.2)联接在一起的散热块(11.3)、导热绝缘材料(11.4)、汇流条(11.5)。
2、根据权利要求1所述的永磁无刷直流电机，其特征在于：所述瓦形磁极(3.3)的轴向长度与转子体(3.2)的轴向长度相同，压板(3.5)的直径与瓦形磁极(3.3)的外径相同。
3、根据权利要求1所述的永磁无刷直流电机，其特征在于：所述的瓦形磁极(3.3)是稀土永磁材料钕铁硼Nd-Fe-B做成。
4、根据权利要求1所述的永磁无刷直流电机，其特征在于：所述的功率器件(11.1)是一个MOSFET单管或IGBT单管，也可以是由多个MOSFET单管并联而成或多个IGBT单管并联而成。
5、根据权利要求1所述的永磁无刷直流电机，其特征在于：所述的功率器件(11.1)与散热块(11.3)联接中间没有导热绝缘材料(11.4)，是直接电气联接，也是热直接传导联接。
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