CN201038972Y - 离散切线开关式电机轮 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种离散切线开关式电机轮。其结构是定子是由定子壳体、定子绕组、控制电路和电池组组成，定子绕组采用E型铁心开口相对设置在定子壳体的下部，转子轮圈位于铁心开口之间，定子绕组的下方还设置有转子检测传感器，控制电路和电池组设置在定子壳体的外部，转子是由轮圈、转子磁极部件组和轮毂组成，转子为圆盘轮圈状，其转子磁极部件采用开放式的电机轮式结构设置在圆盘轮圈周边的开孔之中。该离散切线开关式电机轮采用开放式的开关磁阻电机轮式结构设计，其定子呈切线离散分布在轮圈转子磁场的两侧，和现有技术相比，具有设计合理、结构简单、扭矩大、易起动、易散热、易维护、节省电能、使用方便等特点，因而，具有很好的推广使用价值。

Description

离散切线开关式电机轮

技术领域

本实用新型涉及一种开关磁阻电机，具体的说是一种适合应用在电动自行车等交通工具技术领域的开放式离散切线开关式电机轮。

背景技术

目前电动自行车所用的电机，基本上全采用电动轮毂式或圆盘型电机，电机一般为永磁体励磁，多采用稀土钕铁硼一类的高磁能永磁材料，这些电机细分来有两大类五个品种：有刷电机和无刷电机，五个品种是有刷电机有齿轮传动和无齿轮传动，无刷电机有传感器、无传感器和盘形电枢齿轮减速无刷电机。

目前的电动自行厂家采用最多是有刷有齿轮电机，由于它是高速电机，必须采取减速措施，制造厂采用两级齿轮减速，这带来了两个问题，一是噪音高，二是效率损失大，经减速后的电机额定效率往往只能在68-75％。最新的无刷无齿电机，由于电机设计控制中的改进，无须再用齿轮减速，避免了齿轮传动中的效率损失，使效率可达80％以上。但是上述电机普遍存在的不足是扭矩小、载重负荷小、滑行和爬坡能力差，电机高低速变化时效率不匀称，由于永磁材料对居里温度有要求，因而还存在电机散热性差，材料制造成本较高等问题。以上采用的轮毂式或盘型电动车电机在结构设计上全部采用密闭结构设计，由于电机的功率和体积基本上成正比。即有扭矩＝垂直方向的力乘上与旋转中心的距离，由公式可知，要继续增加扭矩改善电动车的性能，由于电机受到电动车轮厚度空间的限制，电机转子定子的直径和轴长以及重量还有制造成本灯因素的影响，很难再做到更好。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种结构简单、散热效果好、发电和驱动兼用、低噪音、电能效率高的离散切线定子电机轮。

本实用新型的离散切线开关式电机轮，其结构是由定子、转子组成，定子是由定子壳体、定子绕组、控制电路和电池组组成，定子绕组采用E型铁心开口相对设置在定子壳体的下部，转子轮圈位于铁心开口之间，定子绕组的下方还设置有转子检测传感器，控制电路和电池组设置在定子壳体的外部，转子是由转子轮圈、转子磁极部件组和轮毂组成，转子轮圈为轮圈状，其转子磁极部件采用开放式的电机轮式结构设置在圆盘轮圈的周边。

为了实现所述目的，具体采用了下述技术方案：通过改变传统开关磁阻电机的结构，利用开关磁阻电机的技术优点和工作方式，结合电动自行车轮的结构，对传统密封闭结构开关磁阻电机的定子和转子进行开放性结构设计。具体的讲，定子部件可在车架轮圈外任何合适的位置固定如图1、2、3所示，定子部件内部左右对称安装有三组E字形状的电磁铁，中间留有转子移动的间隙。转子部件是由车轮轴套、轮毂、车辐条、铝制轮圈或内侧外加铝制圆盘上均匀分布垂直车轴固定的硅刚片叠组构成。硅刚片叠组呈离散切线形式镶嵌在轮圈的周边上。这种结构镶嵌有硅刚片叠组的轮子就是电机的转子部件，轮子是电机的一部分同时也是车辆的一部分。电机的定子对转子的驱动，是利用开关磁阻电机的工作原理使电机转子轮圈在其切线方向上高速运动。电机轮的剖面结构如图2所示，该结构在与传统的开关磁阻电机定子线圈绕组极数相同的情况下，改变了开关磁阻电机转子的力臂长度，增加了N倍多的硅钢片叠组转子部件。该结构设计电机轮的定、转子相对极数可有多种不同的搭配：在电磁绕组控制参数不变的情况下，当定子绕组相数多，而且安装密集时，转子部件也要安装密集，则车轮扭矩大，转动步距角小，有利于减少转矩脉动，车轮转速变慢。当定子绕组相数少，而且安装松散时，转子部件也要跟着安装的松散，则车轮扭矩小，车轮转动步距角大，转矩脉动大，车轮转速快。该结构如果需要继续增加电机轮的输出功率，还可以在车轮圆的切线上随意增加定子组来实现。

本实用新型的有益效果是：该结构根据杠杆原理，由扭矩＝垂直方向的力乘上与旋转中心的距离可知，放大电机定子的力臂半径可增加电动自行车扭矩，这种结构虽然增加了N倍多的转子部件但增大了车轮的扭矩，同时也带来了驱动速度N倍的减慢，这样一来可很好的控制了电动车的车速，满足了电动车电机，在最佳额定转速时无须再用齿轮对电动车减速。对于电动车限速20KM/H标准来说，通过计算设计电机轮的定转子部件疏密程度灵活搭配，很容易实现高效额定输出功率和对车速的控制。

本实用新型开关磁阻电机的优点是，是一种能量可相互转换的高速电机，即驱动和发电兼用，它可在宽广转速和功率范围内都具有高输出和高效率85％以上，而且有很好的容错能力，它结构非常简单，可控参数多，起动电流小扭矩大，它兼有异步电动机变频调速和直流电动机调速宽的优点，开关磁阻电机已在航天飞机中得到应用。由于它比其它各类电机具有更多的优点，因而应用在电动车技术领域，也应该是一种极具潜力的驱动方式。

附图说明

图1是离散切线定子电机轮的主视结构示意图；

图2是图2的A-A向断面结构图；

图3是离散切线定子电机轮电动车的整车结构示意图；

图4电机轮定子E字形电磁绕组原理结构图；

图5离散切线定子电机轮工作原理示意图。

主要部件附图标记说明：电池组1；控制电路2；定子固定件3；定子壳体4；定子绕组5；转子检测传感器6；转子磁极部件7；转子轮圈8。

实施方式

参照说明书附图对本实用新型的离散切线定子电机轮做以下详细的说明。

如附图1-5所示，本实用新型的离散切线定子电机轮，其定子是由定子壳体4、定子绕组5、控制电路2和电池组1组成，定子绕组5采用E型铁心开口相对设置在定子壳体4的下部，转子轮圈8位于铁心开口之间，定子绕组5的下方还设置有转子检测传感器6，控制电路2和电池组1设置在定子壳体4的外部，转子是由转子轮圈8、转子磁极部件7组成，转子轮圈8为轮圈状，其转子磁极部件7采用开放式结构设置在转子轮圈8周边。

定子绕组5呈切线形式离散分布在转子轮圈8磁极部件7的两侧或单侧。

每个壳体中的定子绕组5至少有三组。

转子轮圈在离散的定子磁场内呈切线方向转动，且转子与定子的作用磁场与轮圈平面垂直。

转子磁极部件7与定子的磁极形状相对应。

转子磁极部件7是由硅钢片叠组或软磁钢合金制成。

定子壳体4上设置有定子固定件3，定子壳体4通过定子固定件3与车体固定连接。

本实用新型的电机轮，其工作原理如图5所示，控制器根据位置检测器检测到的电机轮定转子间相对位置信息，结合控制器给定的运行命令(电动或发电、正转或反转)，导通分别串联的离散切线开关式电机轮、B、C三相绕组对应的定子主开关元件。对应相绕组中有电流流过，产生磁场；由于磁场总是趋于“磁阻最小”而产生的磁阻性电磁扭矩使转子移向“极对极”位置。当转子移到被吸引的转子磁极与定子激磁相相重合(平衡位置)时，电磁扭矩消失。此时控制器根据新的位置信息，在定转子即将达到平衡位置时，控制器向功率变换器发出命令，关断当前相的主开关元件，而导通下一相，则转子又会向下一个平衡位置移动；这样，控制器根据相应的位置信息按一定的控制逻辑连续地导通和关断相应的相绕组的主开关，就可产生连续的同转向的电磁转矩，使转子在一定的转速下连续运行；再根据一定的控制策略控制各相绕组的通、断时刻以及绕组电流的大小，就可使系统在最佳状态下运行。电机轮的发电工作原理详见有关开关磁阻电机原理，在这里不做详细介绍。

本实用新型的离散切线定子电机轮，根据开关磁阻电机原理，可通过电路控制实现能量回收：在电动车行驶过程中下坡滑行、减速刹车时、对开关磁阻电机定子离散切线开关式电机轮、B、C线圈进行小电流激磁，可利用开关磁电机的阻转转矩性质来吸收惯行能量进行发电。另外，电动车在雨雪天行使时，利用对开关磁阻电机定子离散切线开关式电机轮A、B、C线圈进行间歇大电流激磁，可利用开关磁电机的阻转转矩性质大电流发电吸收机械能，间歇阻止车前行可起到一定程度的离散切线开关式电机轮ABS防滑软刹车作用。

本实用新型离散切线定子电机轮，对传统结构的开关磁阻电机进行开放式结构设计来驱动电动车，它完全继承传统开关磁阻电机的技术优点，并在电动扭矩这一项比通常结构的开关磁阻电机具有更进一部的改进，极大的增强了电动车的起步和爬坡能力。在电动车常速行进中，可使开关磁阻电机轮工作在恒转速区和恒功率区，提高了效率，同时该电机轮是无永久磁铁励磁工作，在电动车滑行时定子转子之间没有久磁吸力干扰，电动车滑行能力比传统的轮毂式电机强，节省了惯性势能损耗，在电动车行驶过程中下坡滑行、减速软刹车时，可通过电路控制实现能量回收，增强了电动车的续行能力。由于电机轮设计的是无刷工作寿命长，它的结构设计比传统电机更简单，便于维护。该电动轮的轮毂处没有空间结构设计限制，可保持原有的人力骑行变速器结构设计。制造成本低，在制造上可充分利用现有制造工艺技术与材料。

由于电机采用了开放性结构设计，减少漏磁通、缩小定子与转子间隙、对提升整体性能很重要，加工电机轮圈时对电动车轮的轮圈、轮毂结构设计制造比一般的自行车设计要求要高，轮毂和车圈之间最好不采用辐条结构，而采用轻质铝材轮毂和车圈整体结构设计为好。

以上所述电机轮的定子和转子部件形状结构，可根据实际车轮直径的大小，转子的内侧和外侧步距转角会不同，可根据实际情况灵活的设计为矩形、扇形、梯形或者圆形等。

另外，电机轮的定子和转子部件材料的选用及加工，定子部件电磁铁芯可采用普通的变压器E字形硅钢片叠组。转子部件除可用普通硅钢叠片组嵌入铝圈槽内而成外，还可以采用软磁合金板在机床上按照该电机轮的定子结构一次冲压或者车削而成。

控制电路为通用磁阻电机控制电路，电池组选用通用电动车电池组。定子和转子按说明书附图所示加工制作。

Claims (7)

1.离散切线开关式电机轮，其特征在于，定子是由定子壳体、定子绕组、控制电路和电池组组成，定子绕组采用E型铁心开口相对设置在定子壳体的下部，转子轮圈位于铁心开口之间，定子绕组的下方还设置有转子检测传感器，控制电路和电池组设置在定子壳体的外部，转子是由转子轮圈、转子磁极部件组和轮毂组成，转子轮圈为轮圈状，其转子磁极部件开放式设置在转子轮圈周边的开孔之中。

2.根据权利要求1所述的离散切线开关式电机轮，其特征在于定子绕组呈切线形式离散分布在转子轮圈磁极部件的两侧或单侧。

3.根据权利要求2所述的离散切线开关式电机轮，其特征在于定子绕组至少有三组。

4.根据权利要求1所述的离散切线开关式电机轮，其特征在于转子轮圈在离散的定子内呈切线方向转动，且转子与定子的作用磁场与轮圈平面垂直。

5.根据权利要求1所述的离散切线开关式电机轮，其特征在于转子磁极部件与定子的磁极形状相对应。

6.根据权利要求1所述的离散切线开关式电机轮，其特征在于转子磁极部件是由硅钢片叠组或软磁钢合金制成。

7.根据权利要求1所述的离散切线开关式电机轮，其特征在于定子壳体的上设置有定子固定件，定子壳体通过定子固定件与车体固定连接。

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