專利名稱：離散切線開關(guān)式電機(jī)輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種開關(guān)磁阻電機(jī)，具體的說是一種適合應(yīng)用在電動(dòng)自行車 等交通工具技術(shù)領(lǐng)域的開放式離散切線開關(guān)式電機(jī)輪。
技術(shù)背景目前電動(dòng)自行車所用的電機(jī)，基本上全采用電動(dòng)輪轂式或圓盤型電機(jī)，電機(jī)一 般為永磁體勵(lì)磁，多采用稀土釹鐵硼一類的高磁能永磁材料，這些電機(jī)細(xì)分來有 兩大類五個(gè)品種有刷電機(jī)和無刷電機(jī)，五個(gè)品種是有刷電機(jī)有齒輪傳動(dòng)和無齒 輪傳動(dòng)，無刷電機(jī)有傳感器、無傳感器和盤形電樞齒輪減速無刷電機(jī)。目前的電動(dòng)自行廠家采用最多是有刷有齒輪電機(jī)，由于它是高速電機(jī)，必須采 取減速措施，制造廠采用兩級(jí)齒輪減速，這帶來了兩個(gè)問題， 一是噪音高，二是效率損失大，經(jīng)減速后的電機(jī)額定效率往往只能在68—75%。最新的無刷無齒電機(jī)， 由于電機(jī)設(shè)計(jì)控制中的改進(jìn)，無須再用齒輪減速，避免了齒輪傳動(dòng)中的效率損失， 使效率可達(dá)80%以上。但是上述電機(jī)普遍存在的不足是扭矩小、載重負(fù)荷小、滑行 和爬坡能力差，電機(jī)高低速變化時(shí)效率不勻稱，由于永磁材料對(duì)居里溫度有要求， 因而還存在電機(jī)散熱性差，材料制造成本較高等問題。以上采用的輪轂式或盤型 電動(dòng)車電機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上全部釆用密閉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由于電機(jī)的功率和體積基本上 成正比。即有扭矩=垂直方向的力乘上與旋轉(zhuǎn)中心的距離，由公式可知，要繼續(xù)增 加扭矩改善電動(dòng)車的性能，由于電機(jī)受到電動(dòng)車輪厚度空間的限制，電機(jī)轉(zhuǎn)子定 子的直徑和軸長以及重量還有制造成本燈因素的影響，很難再做到更好。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、散熱 效果好、發(fā)電和驅(qū)動(dòng)兼用、低噪音、電能效率高的離散切線定子電機(jī)輪。本實(shí)用新型的離散切線開關(guān)式電機(jī)輪，其結(jié)構(gòu)是由定子、轉(zhuǎn)子組成，定子是 由定子殼體、定子繞組、控制電路和電池組組成，定子繞組采用E型鐵心開口相 對(duì)設(shè)置在定子殼體的下部，轉(zhuǎn)子輪圈位于鐵心開口之間，定子繞組的下方還設(shè)置 有轉(zhuǎn)子檢測傳感器，控制電路和電池組設(shè)置在定子殼體的外部，轉(zhuǎn)子是由轉(zhuǎn)子輪 圈、轉(zhuǎn)子磁極部件組和輪轂組成，轉(zhuǎn)子輪圈為輪圈狀，其轉(zhuǎn)子磁極部件采用開放 式的電機(jī)輪式結(jié)構(gòu)設(shè)置在圓盤輪圈的周邊。為了實(shí)現(xiàn)所述目的，具體采用了下述技術(shù)方案通過改變傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)
的結(jié)構(gòu)，利用開關(guān)磁阻電機(jī)的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和工作方式，結(jié)合電動(dòng)自行車輪的結(jié)構(gòu)， 對(duì)傳統(tǒng)密封閉結(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子進(jìn)行開放性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。具體的講，定子部件可在車架輪圈外任何合適的位置固定如圖1、 2、 3所示，定子部件內(nèi)部 左右對(duì)稱安裝有三組E字形狀的電磁鐵，中間留有轉(zhuǎn)子移動(dòng)的間隙。轉(zhuǎn)子部件是由車輪軸套、輪轂、車輻條、鋁制輪圈或內(nèi)側(cè)外加鋁制圓盤上均勻分布垂直車軸固 定的硅剛片疊組構(gòu)成。硅剛片疊組呈離散切線形式鑲嵌在輪圈的周邊上。這種結(jié) 構(gòu)鑲嵌有硅剛片疊組的輪子就是電機(jī)的轉(zhuǎn)子部件，輪子是電機(jī)的一部分同時(shí)也是 車輛的一部分。電機(jī)的定子對(duì)轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)，是利用開關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理使電 機(jī)轉(zhuǎn)子輪圈在其切線方向上高速運(yùn)動(dòng)。電機(jī)輪的剖面結(jié)構(gòu)如圖2所示，該結(jié)構(gòu)在 與傳統(tǒng)的開關(guān)磁阻電機(jī)定子線圈繞組極數(shù)相同的情況下，改變了開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn) 子的力臂長度，增加了 N倍多的硅鋼片疊組轉(zhuǎn)子部件。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)電機(jī)輪的定、 轉(zhuǎn)子相對(duì)極數(shù)可有多種不同的搭配在電磁繞組控制參數(shù)不變的情況下，當(dāng)定子 繞組相數(shù)多，而且安裝密集時(shí)，轉(zhuǎn)子部件也要安裝密集，則車輪扭矩大，轉(zhuǎn)動(dòng)步 距角小，有利于減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，車輪轉(zhuǎn)速變慢。當(dāng)定子繞組相數(shù)少，而且安裝松 散時(shí)，轉(zhuǎn)子部件也要跟著安裝的松散，則車輪扭矩小，車輪轉(zhuǎn)動(dòng)步距角大，轉(zhuǎn)矩 脈動(dòng)大，車輪轉(zhuǎn)速快。該結(jié)構(gòu)如果需要繼續(xù)增加電機(jī)輪的輸出功率，還可以在車 輪圓的切線上隨意增加定子組來實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型的有益效果是該結(jié)構(gòu)根據(jù)杠桿原理，由扭矩=垂直方向的力乘上與旋轉(zhuǎn)中心的距離可知，放大電機(jī)定子的力臂半徑可增加電動(dòng)自行車扭矩，這種結(jié)構(gòu)雖然增加了 N倍多的轉(zhuǎn)子部件但增大了車輪的扭矩，同時(shí)也帶來了驅(qū)動(dòng)速度N 倍的減慢，這樣一來可很好的控制了電動(dòng)車的車速，滿足了電動(dòng)車電機(jī)，在最佳 額定轉(zhuǎn)速時(shí)無須再用齒輪對(duì)電動(dòng)車減速。對(duì)于電動(dòng)車限速20KM/H標(biāo)準(zhǔn)來說，通過 計(jì)算設(shè)計(jì)電機(jī)輪的定轉(zhuǎn)子部件疏密程度靈活搭配，很容易實(shí)現(xiàn)高效額定輸出功率 和對(duì)車速的控制。本實(shí)用新型開關(guān)磁阻電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是，是一種能量可相互轉(zhuǎn)換的高速電機(jī)，即 驅(qū)動(dòng)和發(fā)電兼用，它可在寬廣轉(zhuǎn)速和功率范圍內(nèi)都具有高輸出和高效率85%以上， 而且有很好的容錯(cuò)能力，它結(jié)構(gòu)非常簡單，可控參數(shù)多，起動(dòng)電流小扭矩大，它 兼有異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速和直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速寬的優(yōu)點(diǎn)，開關(guān)磁阻電機(jī)己在航天飛 機(jī)中得到應(yīng)用。由于它比其它各類電機(jī)具有更多的優(yōu)點(diǎn)，因而應(yīng)用在電動(dòng)車技術(shù) 領(lǐng)域，也應(yīng)該是一種極具潛力的驅(qū)動(dòng)方式。

圖1是離散切線定子電機(jī)輪的主視結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖2的A-A向斷面結(jié)構(gòu)圖； 圖3是離散切線定子電機(jī)輪電動(dòng)車的整車結(jié)構(gòu)'示意圖； 圖4電機(jī)輪定子E字形電磁繞組原理結(jié)構(gòu)圖； 圖5離散切線定子電機(jī)輪工作原理示意圖。 主要部件附圖標(biāo)記說明電池組l;控制電路2;定子固定件3;定子殼體4;定子繞組5;轉(zhuǎn)子檢測傳感器6;轉(zhuǎn)子磁極部件7;轉(zhuǎn)子輪圈8。實(shí)施方式參照說明書附圖對(duì)本實(shí)用新型的離散切線定子電機(jī)輪做以下詳細(xì)的說明。如附圖1—5所示，本實(shí)用新型的離散切線定子電機(jī)輪，其定子是由定子殼體 4、定子繞組5、控制電路2和電池組1組成，定子繞組5采用E型鐵心開口相對(duì) 設(shè)置在定子殼體4的下部，轉(zhuǎn)子輪圈8位于鐵心開口之間，定子繞組5的下方還 設(shè)置有轉(zhuǎn)子檢測傳感器6，控制電路2和電池組1設(shè)置在定子殼體4的外部，轉(zhuǎn)子 是由轉(zhuǎn)子輪圈8、轉(zhuǎn)子磁極部件7組成，轉(zhuǎn)子輪圈8為輪圈狀，其轉(zhuǎn)子磁極部件7 采用開放式結(jié)構(gòu)設(shè)置在轉(zhuǎn)子輪圈8周邊。定子繞組5呈切線形式離散分布在轉(zhuǎn)子輪圈8磁極部件7的兩側(cè)或單側(cè)。每個(gè)殼體中的定子繞組5至少有三組。轉(zhuǎn)子輪圈在離散的定子磁場內(nèi)呈切線方向轉(zhuǎn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)子與定子的作用磁場與 輪圈平面垂直。轉(zhuǎn)子磁極部件7與定子的磁極形狀相對(duì)應(yīng)。 轉(zhuǎn)子磁極部件7是由硅鋼片疊組或軟磁鋼合金制成。定子殼體4上設(shè)置有定子固定件3，定子殼體4通過定子固定件3與車體固定連接。本實(shí)用新型的電機(jī)輪，其工作原理如圖5所示，控制器根據(jù)位置檢測器檢測 到的電機(jī)輪定轉(zhuǎn)子間相對(duì)位置信息，結(jié)合控制器給定的運(yùn)行命令(電動(dòng)或發(fā)電、正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn))，導(dǎo)通分別串聯(lián)的離散切線開關(guān)式電機(jī)輪、B、 C三相繞組對(duì)應(yīng)的定子 主開關(guān)元件。對(duì)應(yīng)相繞組中有電流流過，產(chǎn)生磁場；由于磁場總是趨于"磁阻最 小"而產(chǎn)生的磁阻性電磁扭矩使轉(zhuǎn)子移向"極對(duì)極"位置。當(dāng)轉(zhuǎn)子移到被吸引的 轉(zhuǎn)子磁極與定子激磁相相重合(平衡位置)時(shí)，電磁扭矩消失。此時(shí)控制器根據(jù)新 的位置信息，在定轉(zhuǎn)子即將達(dá)到平衡位置時(shí)，控制器向功率變換器發(fā)出命令，關(guān) 斷當(dāng)前相的主開關(guān)元件，而導(dǎo)通下一相，則轉(zhuǎn)子又會(huì)向下一個(gè)平衡位置移動(dòng)；這 樣，控制器根據(jù)相應(yīng)的位置信息按一定的控制邏輯連續(xù)地導(dǎo)通和關(guān)斷相應(yīng)的相繞 組的主開關(guān)，就可產(chǎn)生連續(xù)的同轉(zhuǎn)向的電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子在一定的轉(zhuǎn)速下連續(xù)運(yùn) 行；再根據(jù)一定的控制策略控制各相繞組的通、斷時(shí)刻以及繞組電流的大小，就可使系統(tǒng)在最佳狀態(tài)下運(yùn)行。電機(jī)輪的發(fā)電工作原理詳見有關(guān)開關(guān)磁阻電機(jī)原理，
在這里不做詳細(xì)介紹。本實(shí)用新型的離散切線定子電機(jī)輪，根據(jù)開關(guān)磁阻電機(jī)原理，可通過電路控 制實(shí)現(xiàn)能量回收在電動(dòng)車行駛過程中下坡滑行、減速剎車時(shí)、對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī) 定子離散切線開關(guān)式電機(jī)輪、B、 C線圈進(jìn)行小電流激磁，可利用開關(guān)磁電機(jī)的阻 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)來吸收慣行能量進(jìn)行發(fā)電。另外，電動(dòng)車在雨雪天行使時(shí)，利用對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)定子離散切線開關(guān)式電機(jī)輪A、 B、 C線圈進(jìn)行間歇大電流激磁，可利 用開關(guān)磁電機(jī)的阻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)大電流發(fā)電吸收機(jī)械能，間歇阻止車前行可起到一 定程度的離散切線開關(guān)式電機(jī)輪ABS防滑軟剎車作用。本實(shí)用新型離散切線定子電機(jī)輪，對(duì)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電機(jī)進(jìn)行開放式結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車，它完全繼承傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，并在電動(dòng)扭矩 這一項(xiàng)比通常結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電機(jī)具有更進(jìn)一部的改進(jìn)，極大的增強(qiáng)了電動(dòng)車的 起步和爬坡能力。在電動(dòng)車常速行進(jìn)中，可使開關(guān)磁阻電機(jī)輪工作在恒轉(zhuǎn)速區(qū)和 恒功率區(qū)，提高了效率，同時(shí)該電機(jī)輪是無永久磁鐵勵(lì)磁工作，在電動(dòng)車滑行時(shí) 定子轉(zhuǎn)子之間沒有久磁吸力干擾，電動(dòng)車滑行能力比傳統(tǒng)的輪轂式電機(jī)強(qiáng)，節(jié)省 了慣性勢能損耗，在電動(dòng)車行駛過程中下坡滑行、減速軟剎車時(shí)，可通過電路控 制實(shí)現(xiàn)能量回收，增強(qiáng)了電動(dòng)車的續(xù)行能力。由于電機(jī)輪設(shè)計(jì)的是無刷工作壽命 長，它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比傳統(tǒng)電機(jī)更簡單，便于維護(hù)。該電動(dòng)輪的輪轂處沒有空間結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)限制，可保持原有的人力騎行變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。制造成本低，在制造上可 充分利用現(xiàn)有制造工藝技術(shù)與材料。由于電機(jī)采用了開放性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少漏磁通、縮小定子與轉(zhuǎn)子間隙、對(duì)提 升整體性能很重要，加工電機(jī)輪圈時(shí)對(duì)電動(dòng)車輪的輪圈、輪轂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造比一 般的自行車設(shè)計(jì)要求要高，輪轂和車圈之間最好不采用輻條結(jié)構(gòu)，而采用輕質(zhì)鋁 材輪轂和車圈整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為好。以上所述電機(jī)輪的定子和轉(zhuǎn)子部件形狀結(jié)構(gòu)，可根據(jù)實(shí)際車輪直徑的大小， 轉(zhuǎn)子的內(nèi)側(cè)和外側(cè)步距轉(zhuǎn)角會(huì)不同，可根據(jù)實(shí)際情況靈活的設(shè)計(jì)為矩形、扇形、 梯形或者圓形等。另外，電機(jī)輪的定子和轉(zhuǎn)子部件材料的選用及加工，定子部件電磁鐵芯可采 用普通的變壓器E字形硅鋼片疊組。轉(zhuǎn)子部件除可用普通硅鋼疊片組嵌入鋁圈槽 內(nèi)而成外，還可以采用軟磁合金板在機(jī)床上按照該電機(jī)輪的定子結(jié)構(gòu)一次沖壓或 者車削而成?？刂齐娐窞橥ㄓ么抛桦姍C(jī)控制電路，電池組選用通用電動(dòng)車電池組。定子和 轉(zhuǎn)子按說明書附圖所示加工制作。
權(quán)利要求1 、離散切線開關(guān)式電機(jī)輪，其特征在于，定子是由定子殼體、定子繞組、控制電路和電池組組成，定子繞組采用E型鐵心開口相對(duì)設(shè)置在定子殼體的下部， 轉(zhuǎn)子輪圈位于鐵心開口之間，定子繞組的下方還設(shè)置有轉(zhuǎn)子檢測傳感器，控制電 路和電池組設(shè)置在定子殼體的外部，轉(zhuǎn)子是由轉(zhuǎn)子輪圈、轉(zhuǎn)子磁極部件組和輪轂 組成，轉(zhuǎn)子輪圈為輪圈狀，其轉(zhuǎn)子磁極部件開放式設(shè)置在轉(zhuǎn)子輪圈周邊的開孔之 中。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的離散切線開關(guān)式電機(jī)輪，其特征在于定子繞組呈切 線形式離散分布在轉(zhuǎn)子輪圈磁極部件的兩側(cè)或單側(cè)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的離散切線開關(guān)式電機(jī)輪，其特征在于定子繞組至少 有三組。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的離散切線開關(guān)式電機(jī)輪,其特征在于轉(zhuǎn)子輪圈在離散 的定子內(nèi)呈切線方向轉(zhuǎn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)子與定子的作用磁場與輪圈平面垂直。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的離散切線幵關(guān)式電機(jī)輪，其特征在于轉(zhuǎn)子磁極部件 與定子的磁極形狀相對(duì)應(yīng)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的離散切線開關(guān)式電機(jī)輪，其特征在于轉(zhuǎn)子磁極部件 是由硅鋼片疊組或軟磁鋼合金制成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的離散切線開關(guān)式電機(jī)輪，其特征在于定子殼體的上 設(shè)置有定子固定件，定子殼體通過定子固定件與車體固定連接。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種離散切線開關(guān)式電機(jī)輪。其結(jié)構(gòu)是定子是由定子殼體、定子繞組、控制電路和電池組組成，定子繞組采用E型鐵心開口相對(duì)設(shè)置在定子殼體的下部，轉(zhuǎn)子輪圈位于鐵心開口之間，定子繞組的下方還設(shè)置有轉(zhuǎn)子檢測傳感器，控制電路和電池組設(shè)置在定子殼體的外部，轉(zhuǎn)子是由輪圈、轉(zhuǎn)子磁極部件組和輪轂組成，轉(zhuǎn)子為圓盤輪圈狀，其轉(zhuǎn)子磁極部件采用開放式的電機(jī)輪式結(jié)構(gòu)設(shè)置在圓盤輪圈周邊的開孔之中。該離散切線開關(guān)式電機(jī)輪采用開放式的開關(guān)磁阻電機(jī)輪式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其定子呈切線離散分布在輪圈轉(zhuǎn)子磁場的兩側(cè)，和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡單、扭矩大、易起動(dòng)、易散熱、易維護(hù)、節(jié)省電能、使用方便等特點(diǎn)，因而，具有很好的推廣使用價(jià)值。
文檔編號(hào)H02K29/06GK201038972SQ20072001920
公開日2008年3月19日 申請(qǐng)日期2007年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月7日
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