專利名稱：三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電動車的輪轂電機(jī)，更確切地說是涉及一種可以直接安裝在轎車輪轂內(nèi)驅(qū)動轎車行駛的三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)方面的發(fā)明。
背景技術(shù)：
電動車對電機(jī)的速度及扭矩的技術(shù)要求起步時需要大扭矩低速度，正常行駛時候扭矩需求低但要有很高的速度，在最低速和最高速之間要求有很寬的范圍。目前，公知的國內(nèi)外電動車的驅(qū)動方式有如下幾種一、采用繞組圈數(shù)和繞組線徑固定的內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)，通過齒輪變速箱、傳動軸及差速器，再經(jīng)過后橋內(nèi)左右傳動軸將動力傳遞給車輪。缺點是需要配備昂貴的齒輪變速箱，及一系列的機(jī)械傳遞，不僅消耗相當(dāng)大的能量，而且還會增加車的重量和占據(jù)車內(nèi)的空間。二、采用繞組線徑固定而繞組匝數(shù)根據(jù)速度需要改變的輪轂電機(jī)，直接裝在車輪上驅(qū)動車輪行駛。缺點只能改變繞組的匝數(shù)，不能改變繞組導(dǎo)線的截面積，從而使繞組的額定電流受到了限制，額定功率也就受到了限制，不能滿足汽車起步爬坡和高速行駛的要求。要想使電機(jī)功率和轉(zhuǎn)矩達(dá)到汽車的技術(shù)要求則電機(jī)體積就要比輪轂內(nèi)空間增大數(shù)倍乃至數(shù)十倍， 而這樣的體積已經(jīng)無法以輪轂的方式裝配在汽車輪轂上。三、繞組圈數(shù)和繞組線徑固定的輪轂電機(jī)，利用三項繞組“Y”接法和“ Δ ”接法轉(zhuǎn)換來改變速度。缺點但由于繞組數(shù)據(jù)沒有做相應(yīng)調(diào)整，所以不適于大電流長時間運行，況且調(diào)速范圍窄，調(diào)速梯度大，與電動汽車的要求相差甚遠(yuǎn)。四、繞組和線徑通過可控硅等電子開關(guān)元件切換，理論上可以實現(xiàn)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩的功能，但可控硅額定電流最小也要選擇200安以上的，體積很大，況且要實現(xiàn)電機(jī)繞組的切換功能，至少要20只左右的這樣的可控硅，如果把這些可控硅都放入電機(jī)內(nèi)部， 那么電機(jī)的體積已經(jīng)大到不能與車輪直接裝配了，所以此方案也不具備可實施性。由此可見，上述現(xiàn)有的電動車的輪轂電機(jī)仍存在有諸多的缺陷，而亟待加以改進(jìn)。有鑒于上述現(xiàn)有的電動車的輪轂電機(jī)存在的缺陷，本設(shè)計人基于從事此類產(chǎn)品設(shè)計制造多年，積有豐富的實務(wù)經(jīng)驗及專業(yè)知識，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種改進(jìn)成型結(jié)構(gòu)的三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)，能夠改進(jìn)一般市面上現(xiàn)有常規(guī)電動車的輪轂電機(jī)的成型結(jié)構(gòu)，使其更具有競爭性。經(jīng)過不斷的研究、設(shè)計，并經(jīng)反復(fù)試作樣品及改進(jìn)后，終于創(chuàng)設(shè)出確具實用價值的本實用新型。本
實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的主要技術(shù)問題在于，克服現(xiàn)有的電動車輪轂電機(jī)存在的缺陷，而提供一種新型結(jié)構(gòu)的三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)，不僅使其功率大，轉(zhuǎn)矩足夠強(qiáng)，而且速度快、轉(zhuǎn)速和扭矩變化范圍寬。[0015]本實用新型解決其主要技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。依據(jù)本實用新型提出的三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)，是外轉(zhuǎn)子電機(jī)，包括有固定在電機(jī)軸上的電機(jī)外殼、 定子和轉(zhuǎn)子，其特征在于電機(jī)外殼由轉(zhuǎn)子外殼和兩端的內(nèi)、外端蓋構(gòu)成，轉(zhuǎn)子由空心圓柱體的轉(zhuǎn)子外殼17和安裝在轉(zhuǎn)子外殼內(nèi)側(cè)的一組永磁體12構(gòu)成，定子由定子鐵芯和繞在鐵芯上的三相定子繞組構(gòu)成，電機(jī)定子線圈繞組裝在定子線槽內(nèi)用槽楔將線槽口封堵，電機(jī)定子安裝在電機(jī)外殼內(nèi)的電機(jī)軸上，在電機(jī)軸與定子線槽之間的定子鐵芯空間內(nèi)安裝有用于換擋的磁保持繼電器，磁保持繼電器中又分別包含有三個同時動作的觸點組，每個觸點組上各有四個觸頭，電機(jī)定子中的三相定子繞組的每相定子繞組由繞有四個總匝數(shù)相同、 繞組導(dǎo)線直徑相同、繞組導(dǎo)線總截面積相同的相繞組單元組成，各相繞組單元線圈之間設(shè)置有絕緣層，每一個相繞組單元都能獨立作為完整的相繞組使用，通過磁保持繼電器對每相繞組中的四個相繞組單元實施串聯(lián)、并聯(lián)以及串聯(lián)、并聯(lián)混合連接的操作方式構(gòu)成變擋， 整個變擋動作過程中由機(jī)外的管理系統(tǒng)預(yù)先切斷電機(jī)動力電源，待變擋完成后自動恢復(fù)供電，以免磁保持繼電器觸電燒毀，一擋起動時，每相繞組中的四個相繞組單元全部串聯(lián)，二擋加速時，每相繞組中的四個相繞組單元兩兩串聯(lián)成兩組后再將串聯(lián)好的兩組并聯(lián)，三擋高速運行時，每相繞組中的四個相繞組單元全部并聯(lián)，三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)由多個轉(zhuǎn)子和相對應(yīng)的多個定子構(gòu)成多組無刷永磁多擋輪轂電機(jī)。本實用新型解決其技術(shù)問題還可以采用以下技術(shù)措施來進(jìn)一步實現(xiàn)。所述的變擋中的磁保持繼電器與相繞組單元的組合關(guān)系為，磁保持繼電器7、8、9 中7a、7b、7c ；8a,8b,8c ；9a、9b、9c的觸頭②和③分別接通，此時各相繞組單元的連接狀態(tài)為2a的首頭接電源la，尾頭接3a的首頭，3a的尾頭接如的首頭，如的尾頭接fe的首頭； 2b的首頭接電源lb，尾頭接北的首頭，3b的尾頭接4b的首頭，4b的尾頭接恥的首頭；2c 的首頭接電源lc，尾頭接3c的首頭，3c的尾頭接如的首頭，4c的尾頭接5c的首頭；即每相的4個相繞組單元分別的串聯(lián)，同時fe、5b、5c的尾端連接在一起，即三相繞組總的連接方式為星形，此時為第一擋；磁保持繼電器7、9中7a、7b、7c ；9a、9b、9c的觸頭②和③分別接通，③和④分別斷開，磁保持繼電器8中8a、8b、8c各觸點組的觸頭①和②分別接通、③和④分別接通，此時各相繞組單元的連接狀態(tài)為2a的首頭接電源la，尾頭接3a的首頭，3a的尾頭接三相繞組的公共端，4a的首頭接電源la，尾頭接fe的首頭，5a的尾頭接三相繞組的公共端；2b的首頭接電源lb，尾頭接北的首頭，3b的尾頭接三相繞組的公共端，4b的首頭接電源lb，尾頭接 5b的首頭，5b的尾頭接三相繞組的公共端；2c的首頭接電源lc，尾頭接3c的首頭，3c的尾頭接三相繞組的公共端，4c的首頭接電源lc，尾頭接5c的首頭，5c的尾頭接三相繞組的公共端；此時相繞組單元加和3a串聯(lián)、如和fe串聯(lián)，兩組串聯(lián)后的繞組單元再并聯(lián)；2b和 3b串聯(lián)、4b和恥串聯(lián)，兩組串聯(lián)后的繞組單元再并聯(lián)；2c和3c串聯(lián)、如和5c串聯(lián)，兩組串聯(lián)后的繞組單元再并聯(lián)，此時為第二擋；磁保持繼電器7、8、9中的7a.7b.7c ；8a.8b.8c ；9a.9b.9c的觸頭①和②分別接通；③和④分別接通，此時各相繞組單元的狀態(tài)為2a、3a、4a、fe的首頭同時接電源la，尾頭同時接三相繞組公共端；2b、;3b、4bjb的首頭同時接電源Ib ；2a、3a、4a、fe的首頭同時接電源la，尾頭同時接三相繞組公共端；2c、3c、4c、5c的首頭同時接電源lc，尾頭同時接三相繞組公共端，即每相繞組中的4各繞組單元都并聯(lián)，此時為第三擋。[0020]前所述的電機(jī)定子中的三相定子繞組中每一相的電參數(shù)完全相同且三相繞組在電機(jī)定子中的分布對稱。前所述的磁保持繼電器外部安裝有磁屏蔽層，磁保持繼電器與磁屏蔽層之間裝有絕緣層，全部磁保持繼電器的控制線由一根帶有屏蔽層的多芯電纜引出。前所述電機(jī)定子鐵芯邊緣的三個專用凹槽內(nèi)固定有三個霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器以保證電機(jī)運行平穩(wěn)可靠，并且電機(jī)定子繞組中裝有溫度傳感器，用來監(jiān)測繞組溫度。電機(jī)通過安裝在電機(jī)軸出線孔內(nèi)的進(jìn)氣管和出氣管進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)冷冷卻。前所述的電機(jī)軸上開有出線孔，三相電源線、磁保持繼電器的控制線和霍爾傳感器引線通過電機(jī)軸出線孔引出機(jī)外。前所述的外側(cè)端蓋上設(shè)有車輪固定螺釘，用于安裝車輪，內(nèi)側(cè)端蓋通過螺釘安裝有剎車盤，剎車盤與電機(jī)內(nèi)側(cè)端蓋之間安裝有隔熱層，兩側(cè)端蓋內(nèi)側(cè)安裝有多個導(dǎo)風(fēng)葉，電機(jī)兩個端蓋邊緣成弧形狀。前所述的多組無刷永磁多擋輪轂電機(jī)是由一、二或三個轉(zhuǎn)子和一、二或三個定子構(gòu)成一、二或三組無刷永磁多擋輪轂電機(jī)。本實用新型所要解決其技術(shù)問題的另一技術(shù)方案是采用以下方案來實現(xiàn)的。依據(jù)本實用新型提出的三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)，是外轉(zhuǎn)子電機(jī)，包括有固定在電機(jī)軸上的電機(jī)外殼、定子和轉(zhuǎn)子，其特征在于電機(jī)外殼由轉(zhuǎn)子外殼和兩端的內(nèi)、外端蓋構(gòu)成，轉(zhuǎn)子由空心圓柱體的轉(zhuǎn)子外殼17和安裝在轉(zhuǎn)子外殼內(nèi)側(cè)的一組永磁體12構(gòu)成，定子由定子鐵芯和繞在鐵芯上的三相定子繞組構(gòu)成，電機(jī)定子線圈繞組裝在定子線槽內(nèi)用槽楔將線槽口封堵，電機(jī)定子裝在電機(jī)外殼內(nèi)的電機(jī)軸上，電機(jī)外殼和電機(jī)轉(zhuǎn)子固定在電機(jī)軸上的軸承上， 電機(jī)軸的外側(cè)用軸封密封，在電機(jī)軸與定子線槽之間的定子鐵芯空間內(nèi)安裝有用于換擋的繼電器，電機(jī)定子中的三相定子繞組中的每相定子繞組均由繞有兩個總匝數(shù)相同、繞組導(dǎo)線直徑相同、繞組導(dǎo)線總截面積相同的相繞組單元組成，各相繞組單元之間及整個相繞組與定子線槽之間均設(shè)有絕緣層，每一個相繞組單元都能獨立作為完整的相繞組使用，通過繼電器對每相繞組中的兩個相繞組單元實施串聯(lián)、并聯(lián)以及對三相繞組總的接成星形或三角形的連接方式構(gòu)成變擋，整個變擋動作過程中由機(jī)外的管理系統(tǒng)預(yù)先切斷電機(jī)動力電源，待變擋完成后自動恢復(fù)供電，以免磁保持繼電器觸電燒毀，一擋起動時，每相繞組中的兩個相繞組單元分別串聯(lián)，并且三相繞組接成星形；二擋加速時，每相繞組中的兩個相繞組單元分別并聯(lián)，并且三相繞組接成星形；三擋高速運行時，每相繞組中的兩個相繞組單元分別并聯(lián)，并且三相繞組接成三角形，三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)由多個轉(zhuǎn)子和相對應(yīng)的多個定子構(gòu)成多組無刷永磁多擋輪轂電機(jī)。所述的變擋中的磁保持繼電器與相繞組單元的組合關(guān)系為磁保持繼電器9a、 9b,9c的觸頭②和③分別接通、8a、8b、8c的觸頭①和②均為斷開狀態(tài)、7a、7b、7c的觸頭② 和③分別接通時，各相繞組單元的連接狀態(tài)為2a、2b、2c的首頭分別與A、B、C三相電源連接，2a的尾頭與3a的首頭連接，2b的尾頭與北的首頭連接，2c的尾頭與3c的首頭連接，即 2a與3a串聯(lián)、2b與北串聯(lián)、2c與3c串聯(lián)，同時3a、3b、3c的尾端連接在一起，即三相繞組總的連接方式為星形，此時為電機(jī)的第一擋；當(dāng)磁保持繼電器7a、7b、7c的觸頭①和②分別接通，8a、8b、8c的觸頭①和②分別接通，9a、9b、9c的觸頭②和③分別接通時，各相繞組單元的連接狀態(tài)為2a、2b、2c的首頭分別與A、B、C三相電源連接，2a的尾頭與3a的尾頭連接，3a的首頭與加的首頭連接，2b 的尾頭與北的尾頭連接，3b的首頭與2b的首頭連接，2c的尾頭與3c的尾頭連接，3c的首頭與2c的首頭連接，即加與3a并聯(lián)、2b與北并聯(lián)、2c與3c并聯(lián)，同時h、2b、2c ；3a、3b、 3c的尾端連接在一起，即三相繞組總的連接方式為星形，此時為電機(jī)的第二擋；當(dāng)磁保持繼電器7a、7b、7c的觸頭①和②分別接通，8a、8b、8c的觸頭①和②分別接通，9a、9b、9c的觸頭①和②分別接通時，各相繞組單元的連接狀態(tài)為2a、2b、2c的首頭分別與A、B、C三相電源連接，加的尾頭與3a的尾頭連接，3a的首頭與加的首頭連接，2b 的尾頭與北的尾頭連接，3b的首頭與2b的首頭連接，2c的尾頭與3c的尾頭連接，3c的首頭與2c的首頭連接，即加與3a并聯(lián)、2b與北并聯(lián)、2c與3c并聯(lián)，同時3a的尾端與2c的首端連接、北的尾端與加的首端連接、3c的尾端與2b的首端連接，即三相繞組總的連接方式為三角形，此時為電機(jī)的第三擋。前所述的電機(jī)定子中的三相定子繞組中每一相的電參數(shù)完全相同且三相繞組在電機(jī)定子中的分布對稱。前所述的繼電器為磁保持繼電器，磁保持繼電器分別包含有三個同時動作的觸點組，每個觸點組上分別有三、三、二個有效觸頭。前所述的磁保持繼電器外部安裝有磁屏蔽層，磁保持繼電器與磁屏蔽層之間裝有絕緣層，全部磁保持繼電器的控制線由一根帶有屏蔽層的多芯電纜引出。前所述的電機(jī)定子鐵芯邊緣的三個專用凹槽內(nèi)固定有三個霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器以保證電機(jī)運行平穩(wěn)可靠，并且電機(jī)定子繞組中裝有溫度傳感器，用來監(jiān)測繞組溫度。電機(jī)通過安裝在電機(jī)軸出線孔內(nèi)的進(jìn)氣管和出氣管進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)冷冷卻。前所述的電機(jī)軸上開有出線孔，三相電源線、磁保持繼電器的控制線和霍爾傳感器引線通過電機(jī)軸出線孔引出機(jī)外。在電機(jī)外側(cè)端蓋上設(shè)有車輪固定螺釘，用于安裝車輪，內(nèi)側(cè)端蓋通過螺釘安裝有剎車盤，剎車盤與電機(jī)內(nèi)側(cè)端蓋之間安裝有隔熱層，兩側(cè)端蓋內(nèi)側(cè)安裝有多個導(dǎo)風(fēng)葉，電機(jī)兩個端蓋邊緣成弧形狀。在電機(jī)固定座上裝有剎車分泵。前所述的多組無刷永磁多擋輪轂電機(jī)是由一、二或三個轉(zhuǎn)子和一、二或三個定子構(gòu)成一、二或三組無刷永磁多擋輪轂電機(jī)。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。由以上技術(shù)方案可知， 本實用新型由于采用上述技術(shù)方案，使其在保證三相繞組對稱的條件下，通過對繞組線圈匝數(shù)的改變以及對繞組導(dǎo)線總截面積的改變，實現(xiàn)對繞組產(chǎn)生的磁通密度的控制，使電機(jī)轉(zhuǎn)矩和速度可以大范圍改變，同時在大功率、大電流的狀態(tài)下繞組線圈總截面積處于最大狀態(tài)，匝數(shù)為最少狀態(tài)，電機(jī)內(nèi)阻為最小狀態(tài)，這樣電機(jī)的銅耗損和鐵耗損就降到了最小， 提高了電機(jī)效率，絕緣導(dǎo)線的利用率100%，從而減小了電機(jī)體積、減少了耗銅量，結(jié)構(gòu)簡單、便于生產(chǎn)和使用、體積適合與現(xiàn)有汽車輪轂裝配。本實用新型發(fā)明人研究輪轂電機(jī)產(chǎn)品已有十?dāng)?shù)年的經(jīng)驗，對于現(xiàn)有的電動車的輪轂電機(jī)所存在的問題及缺陷相當(dāng)了解，而本實用新型既是根據(jù)上述缺陷研究開發(fā)而創(chuàng)設(shè)的無刷永磁多擋輪轂電機(jī)，其確實能達(dá)到預(yù)期的目的及功效，不但在空間型態(tài)上確屬創(chuàng)新，而且較現(xiàn)有的電動車的輪轂電機(jī)確屬具有相當(dāng)?shù)脑鲞M(jìn)功效，且較現(xiàn)有公知產(chǎn)品更具有技術(shù)進(jìn)步性及實用性，并產(chǎn)生了好用及實用的優(yōu)良功效，而確實具有實用性。綜上所述，本實用新型在空間型態(tài)上確屬創(chuàng)新，并較現(xiàn)有產(chǎn)品具有增進(jìn)的多項功效，且結(jié)構(gòu)簡單，適于實用，具有產(chǎn)業(yè)的廣泛利用價值。其在技術(shù)發(fā)展空間有限的領(lǐng)域中，不論在結(jié)構(gòu)上或功能上皆有較大的改進(jìn)，且在技術(shù)上有較大的進(jìn)步，并產(chǎn)生了好用及實用的效果，而確實具有增進(jìn)的功效，從而更加適于實用，誠為一新穎、進(jìn)步、實用的新設(shè)計。上述說明僅為本實用新型技術(shù)方案特征部份的概述，為使專業(yè)技術(shù)人員能夠更清楚了解本實用新型的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本實用新型的較佳實施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。本實用新型的具體實施方式
由以下實施例及其附圖詳細(xì)給出。
第一技術(shù)方案圖1是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的電路原理圖。圖2是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的第一擋(低速)時的等效電路圖。圖3是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)第一擋(低速)時的磁保持繼電器 7、8、9的各觸點狀態(tài)及電路原理圖。圖4是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的第二擋(中速)時的等效電路圖。圖5是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的第二擋(中速)時的磁保持繼電器7、8、9的各觸點狀態(tài)及電路原理圖。圖6是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的第三擋(高速)時的等效電路圖。圖7是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的第三擋(高速)時的磁保持繼電器7、8、9的各觸點狀態(tài)及電路原理圖。圖8是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的一組電機(jī)橫剖面圖，圖8中只給出了三相繞組中的一相繞組分布示意，其余兩相類同。圖9是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的一組電機(jī)縱剖面圖。圖10是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的兩組電機(jī)縱剖面圖。圖11是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的三組電機(jī)縱剖面圖。圖12是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的磁保持繼電器7、8、9的示意圖。第二技術(shù)方案圖13是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的電路原理圖。圖14-1是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的第一擋(低速)時的等效電路圖。圖14-2是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的一擋(低速)時的磁保持繼電器5、6、7的各觸點狀態(tài)及電路原理圖。圖15-1是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的第二擋(中速)時的等效電路圖。[0063]圖15-2是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的第二擋(中速)時的磁保持繼電器5、6、7的觸點狀態(tài)及電路原理圖。圖16-1是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的第三擋(高速)時的等效電路圖。圖16-2是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的第三擋(高速)時的磁保持繼電器5、6、7的觸點狀態(tài)及電路原理圖。圖17是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的一組電機(jī)橫剖面圖。圖18是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的一組電機(jī)的縱剖面圖。圖19是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的兩組電機(jī)的縱剖面圖。圖20是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的三組電機(jī)的縱剖面圖。圖21是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的磁保持繼電器7、8、9的示意圖。圖中對相繞組單元的端部屬性規(guī)定為相繞組單元標(biāo)有黑點“.，，的一端為相繞組單元的頭(首端)，沒有標(biāo)記的一端為尾(尾端)。附圖主要部件標(biāo)記說明圖中l(wèi)a、lb、lc為電機(jī)的三相電源線，2a、2b、2c ；3a、3b、3c ；4a、4b、4c 力a、5b、5c 為相繞組單元，6a、6b、6c 分別是相繞組單元5aJb、5c的尾端，7、8、9為磁保持繼電器，7a、7b、7c ；8a、8b、8c ；9a、9b、9c分別是磁保持繼電器7、8、9中的三個觸點組，10、絕緣層11、槽楔12、轉(zhuǎn)子永磁體、13、定子鐵芯14、定子線槽，15、電機(jī)軸16、電機(jī)軸出線孔17、轉(zhuǎn)子外殼18、磁屏蔽層19、磁保持繼電器絕緣層20、 車輪固定螺釘21、軸承22、軸封23、電機(jī)外側(cè)端蓋24、電機(jī)內(nèi)側(cè)端蓋25、剎車盤沈、剎車盤固定螺釘27、電機(jī)固定座觀、冷卻空氣排氣管四、冷卻空氣進(jìn)氣管30、磁保持繼電器控制線 31、霍爾信號線32、剎車分泵33、端蓋固定螺釘35、溫度傳感頭36、剎車盤隔熱層37、霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本實用新型提出的其具體實施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。第一技術(shù)方案請參閱圖1至圖11所示，本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)，屬于外轉(zhuǎn)子式電機(jī)，主要是由內(nèi)、外側(cè)端蓋對、23和端蓋兩端的轉(zhuǎn)子外殼17構(gòu)成的電機(jī)外殼，由空心圓柱體的轉(zhuǎn)子外殼17和安裝在轉(zhuǎn)子外殼內(nèi)側(cè)的一組永磁體12構(gòu)成，由定子鐵芯13和繞在鐵芯上的三相定子繞組構(gòu)成的電機(jī)定子，電機(jī)定子線圈繞組安裝在定子線槽14內(nèi)用槽楔11將線槽口封堵，電機(jī)定子裝在電機(jī)外殼內(nèi)的電機(jī)軸15上，在電機(jī)軸15與定子線槽14之間的定子鐵芯13空間內(nèi)安裝有用于換擋的磁保持繼電器7、8、9，在磁保持繼電器7、8、9中又分別包含有三個同時動作的7a、7b、7c ；8a、8b、8c ；9a、9b、9c觸點組，每個觸點組上各有四個觸頭①、②、③、④，電機(jī)定子中的三相定子繞組的每相定子繞組由繞有四個總匝數(shù)相同、繞組導(dǎo)線直徑相同、繞組導(dǎo)線總截面積相同的h、2b、2c ；3a,3b,3c ；4a、4b、4c ;fe、5b、5c相繞組單元組成，各相繞組單元線圈之間設(shè)置有絕緣層10，每一個相繞組單元都能獨立作為完整的相繞組使用，通過磁保持繼電器7、8、9對每相繞組中的四個h、2b、2c ；3a,3b,3c ；4a、4b、4c ;fe、5b、5c相繞組單元實施串聯(lián)、并聯(lián)以及串聯(lián)、并聯(lián)混合連接的操作方式構(gòu)成變擋，整個變擋動作過程中由機(jī)外的管理系統(tǒng)預(yù)先切斷電機(jī)動力電源，待變擋完成后自動恢復(fù)供電，以免磁保持繼電器觸電燒毀，在一擋起動時，每相繞組中的四個相繞組單元全部串聯(lián)，在二擋加速時，每相繞組中的四個相繞組單元兩兩串聯(lián)成兩組后再將串聯(lián)好的兩組并聯(lián)，在三擋高速運行時，每相繞組中的四個相繞組單元全部并聯(lián)，三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)由多個轉(zhuǎn)子和相對應(yīng)的多個定子構(gòu)成多組無刷永磁多擋輪轂電機(jī)。圖1所示的是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的電路原理圖，電源線Ia接入磁保持繼電器7、8、9中的7a、8a、9a的觸頭④及相繞組單元加的首端，磁保持繼電器7a、 8a、9a的觸頭①全部接在相繞組單元fe的尾端6a上，相繞組單元加的尾端接7a的觸頭②， 相繞組單元3a的首端接7a的觸頭③，繞組3a的尾端接8a的觸頭②，繞組如的首端接8a 的觸頭③，繞組如的尾端接9a的觸頭②，繞組fe的首端接9a的觸頭③；電源線Ib接入磁保持繼電器7、8、9中的7b、8b、9b的觸頭④及相繞組單元2b的首端，磁保持繼電器7b、Sb、 9b的觸頭①全部接在相繞組單元恥的尾端6b上，相繞組單元2b的尾端接7b的觸頭②，相繞組單元北的首端接7b的觸頭③，繞組北的尾端接8b的觸頭②，繞組4b的首端接8b的觸頭③，繞組4b的尾端接9b的觸頭②，繞組恥的首端接9b的觸頭③；電源線Ic接入磁保持繼電器7、8、9中的7c、8c、9c的觸頭④及相繞組單元2c的首端，磁保持繼電器7c、8c、9c 的觸頭①全部接在相繞組單元5c的尾端6c上，相繞組單元2c的尾端接7c的觸頭②，相繞組單元3c的首端接7c的觸頭③，繞組3c的尾端接8c的觸頭②，繞組如的首端接8c的觸頭③，繞組4c的尾端接9c的觸頭②，繞組5c的首端接9c的觸頭 ，繞組如、513、5(3的尾端 6a.6b.6c接在一起成為星形接法的公共端。圖2、圖3所示的是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)一擋起步時的等效電路圖和電路原理圖，磁保持繼電器7、8、9中7a、7b、7c ；8a、8b、8c ；9a、9b、9c的觸頭②和③ 分別接通，此時各相繞組單元的連接狀態(tài)為2a的首頭接電源la，尾頭接3a的首頭，3a的尾頭接如的首頭，4a的尾頭接fe的首頭；2b的首頭接電源lb，尾頭接北的首頭，3b的尾頭接4b的首頭，4b的尾頭接恥的首頭；2c的首頭接電源lc，尾頭接3c的首頭，3c的尾頭接如的首頭，4c的尾頭接5c的首頭；即每相的4個相繞組單元分別的串聯(lián)，同時fe、5b、5c 的尾端連接在一起，即三相繞組總的連接方式為星形；圖4、圖5所示的是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)起步后加速時即二檔的等效電路圖和電路原理圖，磁保持繼電器7、9中7a、7b、7c ；9a、9b、9c的觸頭②和③分別接通，③和④分別斷開，磁保持繼電器8中8a、8b、8c各觸點組的觸頭①和②分別接通、③和 ④分別接通，此時各相繞組單元的連接狀態(tài)為2a的首頭接電源la，尾頭接3a的首頭，3a 的尾頭接三相繞組的公共端，4a的首頭接電源la，尾頭接fe的首頭，5a的尾頭接三相繞組的公共端；2b的首頭接電源lb，尾頭接北的首頭，3b的尾頭接三相繞組的公共端，4b的首頭接電源lb，尾頭接恥的首頭，5b的尾頭接三相繞組的公共端；2c的首頭接電源lc，尾頭接3c的首頭，3c的尾頭接三相繞組的公共端，如的首頭接電源lc，尾頭接5c的首頭，5c的尾頭接三相繞組的公共端；此時相繞組單元加和3a串聯(lián)、如和fe串聯(lián)，兩組串聯(lián)后的繞組單元再并聯(lián)；2b和北串聯(lián)、4b和恥串聯(lián)，兩組串聯(lián)后的繞組單元再并聯(lián)；2c和3c串聯(lián)、 4c和5c串聯(lián)，兩組串聯(lián)后的繞組單元再并聯(lián)；圖6、圖7所示的是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)三擋高速運行時的等效電路圖和電路原理圖，磁保持繼電器7、8、9中的7a.7b.7c ；8a.8b.8c ；9a.9b.9c的觸頭 ①和②分別接通；③和④分別接通，此時各相繞組單元的狀態(tài)為2a、3a、4a、fe的首頭同時接電源la，尾頭同時接三相繞組公共端；2b、!3b、4bjb的首頭同時接電源Ib ；2a,3a,4a,5a 的首頭同時接電源la，尾頭同時接三相繞組公共端；2c、3c、4c、5c的首頭同時接電源lc，尾頭同時接三相繞組公共端，即每相繞組中的4個繞組單元都并聯(lián)。圖8、圖9所示的是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的單組電機(jī)橫剖和縱剖面圖，在圖中由轉(zhuǎn)子外殼17和用端蓋固定螺釘33固定在轉(zhuǎn)子外殼兩端的內(nèi)、外側(cè)端蓋 M、23構(gòu)成電機(jī)外殼，由空心圓柱體的轉(zhuǎn)子外殼17和安裝在轉(zhuǎn)子外殼內(nèi)側(cè)的一組永磁體12 構(gòu)成電機(jī)轉(zhuǎn)子，由定子鐵芯13和繞在鐵芯上的三相定子繞組構(gòu)成的電機(jī)定子，電機(jī)定子線圈繞組中每一相的電參數(shù)完全相同且三相繞組在電機(jī)定子中的分布對稱。，每相定子繞組由繞有四個總匝數(shù)相同、繞組導(dǎo)線直徑相同、繞組導(dǎo)線總截面積相同的h、2b、2c ；3a、3b、 3c ；4a、4b、4c ;fe、5b、5c相繞組單元組成，各相繞組單元線圈之間設(shè)置有絕緣層10，三相定子繞組裝在定子線槽14內(nèi)用槽楔11將線槽口封堵，電機(jī)定子裝在電機(jī)外殼內(nèi)的電機(jī)軸15 上，電機(jī)外殼和電機(jī)轉(zhuǎn)子固定在電機(jī)軸15上的軸承21上，電機(jī)軸15的外側(cè)用軸封22密封，在電機(jī)軸15與定子線槽14之間的定子鐵芯13空間內(nèi)均勻安裝有用于換擋的磁保持繼電器7、8、9，磁保持繼電器7、8、9外部安裝有磁屏蔽層18，磁保持繼電器7、8、9與磁屏蔽層 18之間裝有繼電器絕緣層19，全部磁保持繼電器的控制線30由一根帶有屏蔽層的多芯電纜引出，在電機(jī)定子鐵芯邊緣的三個專用凹槽內(nèi)固定有三個霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器37以保證電機(jī)運行平穩(wěn)可靠，并且電機(jī)定子繞組中裝有溫度傳感器35，用來監(jiān)測繞組溫度，在電機(jī)軸15上開有軸出線孔16，三相電源線la、lb、lc、磁保持繼電器控制線30和霍爾傳感器信號線31通過電機(jī)軸出線孔16引出機(jī)外，電機(jī)的冷卻是通過安裝在電機(jī)軸出線孔16內(nèi)的進(jìn)氣管四和出氣管觀進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)冷冷卻，在電機(jī)的外側(cè)端蓋23上設(shè)有車輪固定螺釘20，用于安裝車輪，內(nèi)側(cè)端蓋M通過剎車盤固定螺釘沈安裝剎車盤25，剎車盤25與電機(jī)內(nèi)側(cè)端蓋M之間安裝有剎車盤隔熱層36，兩側(cè)端蓋內(nèi)側(cè)安裝有多個導(dǎo)風(fēng)葉，電機(jī)兩個端蓋邊緣成弧形狀，在電機(jī)固定座27上裝有剎車分泵32。圖10、11所示的是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的兩、三組電機(jī)縱剖面圖。由圖所示，無刷永磁多擋輪轂電機(jī)可由一、二或三個轉(zhuǎn)子和一、二或三個定子構(gòu)成一、二或三組無刷永磁多擋輪轂電機(jī)。圖12所示的是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)磁保持繼電器7、8、9的三個同時動作的7a、7b、7c ；8a、8b、8c ；9a、9b、9c觸點組和每個觸點組上各有四個①、②、③、 ④觸頭的示意圖。第二技術(shù)方案請參閱圖13至圖20所示，本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)，屬于外轉(zhuǎn)子式電機(jī)，主要包括有由內(nèi)側(cè)端蓋對、外側(cè)端蓋23和端蓋兩端的轉(zhuǎn)子外殼17構(gòu)成的電機(jī)外殼， 由空心圓柱體的轉(zhuǎn)子外殼17和安裝在轉(zhuǎn)子外殼內(nèi)側(cè)的一組永磁體12構(gòu)成電機(jī)轉(zhuǎn)子，由定子鐵芯13和繞在鐵芯上的三相定子繞組構(gòu)成的電機(jī)定子，電機(jī)定子線圈繞組裝在定子線槽14內(nèi)用槽楔11將線槽口封堵，電機(jī)定子裝在電機(jī)外殼內(nèi)的電機(jī)軸15上，電機(jī)轉(zhuǎn)子通過內(nèi)、外側(cè)端蓋對、23及軸承21固定在電機(jī)軸15上，電機(jī)軸15的外側(cè)用軸封22密封，在電機(jī)軸15與定子線槽14之間的定子鐵芯13空間內(nèi)安裝有用于換擋的繼電器，電機(jī)定子中的三相定子繞組的每相定子繞組由繞有兩個總匝數(shù)相同、繞組導(dǎo)線直徑相同、繞組導(dǎo)線總截面積相同的相繞組單元加、33 ；2b,3b ；2c、3c組成，各相繞組單元h、3a ；2b,3b ；2c、3c之間及整個相繞組與定子線槽14之間均設(shè)有絕緣層10，每一個相繞組單元都能獨立作為完整的相繞組使用，通過繼電器對每相繞組中的兩個相繞組單元實施串聯(lián)、并聯(lián)以及對三相繞組總的接成星形或三角形的連接方式構(gòu)成變擋，在整個變擋動作過程中由機(jī)外的管理系統(tǒng)預(yù)先切斷電機(jī)動力電源，待變擋完成后自動恢復(fù)供電，以免磁保持繼電器觸電燒毀，在一擋起動時，每相繞組中的兩個相繞組單元h、3a ；2b,3b ；2c,3c分別串聯(lián)，并且三相繞組接成星形；二擋加速時，每相繞組中的兩個相繞組單元h、3a ；2b,3b ；2c、3c分別并聯(lián)，并且三相繞組接成星形；三擋高速運行時，每相繞組中的兩個相繞組單元h、3a ；2b,3b ；2c,3c分別并聯(lián)，并且三相繞組接成三角形，三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)由多個轉(zhuǎn)子和相對應(yīng)的多個定子構(gòu)成多組無刷永磁多擋輪轂電機(jī)。上面所示的繼電器用的是磁保持繼電器7、8、9，磁保持繼電器7、8、9分別包含有三個同時動作的觸點組7a、7b、7c ；8a、8b、8c ；9a、9b、9c，每個觸點組上分別有①、②、③；
①、②、③；①、②個觸頭。圖13所示的是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的電路原理圖，由三相電源線la、lb、lc分別接在磁保持繼電器8a、8b、8c的觸點②上，同時分別接在磁保持繼電器 9b、9c、9a的觸頭①上；磁保持繼電器9a、9b、9c的觸頭③端用導(dǎo)線連接在一起，相繞組單元 2a.2b.2c的首端分別連接在三相電源la、lb、lc上，尾端分別接在磁保持繼電器7a、7b、7c 的觸頭②上；相繞組單元3a、3b、3c的首端分別連接在磁保持繼電器8a、8b、8c的觸頭①上，尾端分別接在磁保持繼電器9a、9b、9c的觸頭②上；磁保持繼電器7a、7b、7c的觸頭③端和磁保持繼電器8a、8b、8c的觸頭①分別用導(dǎo)線連接在一起；磁保持繼電器7a、7b、7c的觸頭① 和9a、9b、9c的觸頭②分別用導(dǎo)線連接。電機(jī)啟動時為第一擋，此時磁保持繼電器7、8、9使每一相的2個相繞組單元分別串聯(lián)，且三相繞組接成星形，等效電路如圖14-1所示；電機(jī)啟動后在加速時為第二擋，此時磁保持繼電器7、8、9使每一相的2個相繞組單元分別并聯(lián)，且三相繞組接成星形，等效電路如圖15-1所示，電機(jī)高速運行時為第三擋，此時磁保持繼電器7、8、9使每一相的2個相繞組單元分別并聯(lián)，且三相繞組接成三角形，等效電路如圖16-1所示。圖14-1和圖14-2所示的分別是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的第一擋 (低速)時的等效電路和電路原理圖，當(dāng)電機(jī)一擋啟動時，每相的2個相繞組單元相互串聯(lián)， 即磁保持繼電器9a、9b、9c的觸頭②和③分別接通其余觸頭斷開、8a、8b、8c的觸頭①和② 均為斷開狀態(tài)、7a、7b、7c的觸頭②和③分別接通其余觸頭斷開，各相繞組單元的連接狀態(tài)為2a、2b、2c的首頭分別與A、B、C三相電源連接，2a的尾頭與3a的首頭連接，2b的尾頭與 3b的首頭連接，2c的尾頭與3c的首頭連接，即加與3a串聯(lián)、2b與北串聯(lián)、2c與3c串聯(lián)， 同時3a、3b、3c的尾端連接在一起，即三相繞組總的連接方式為星形；圖15-1和圖15-2所示的分別是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的第二擋 (中速)時的等效電路圖和電路原理圖，當(dāng)電機(jī)二擋時，磁保持繼電器7a、7b、7c的觸頭①和
②分別接通，8a、8b、8c的觸頭①和②分別接通，9a、9b、9c的觸頭②和③分別接通時，各相繞組單元的連接狀態(tài)為2a、2b、2c的首頭分別與A、B、C三相電源連接，2a的尾頭與3a的尾頭連接，3a的首頭與加的首頭連接，2b的尾頭與北的尾頭連接，3b的首頭與2b的首頭連接，2c的尾頭與3c的尾頭連接，3c的首頭與2c的首頭連接，即加與3a并聯(lián)、2b與北并聯(lián)、2c與3c并聯(lián)，同時h、2b、2C、3a、;3b、3C的尾端連接在一起，即三相繞組總的連接方式為
星形；圖16-1和圖16-2所示的分別是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的第三擋 (高速)時的等效電路圖和電路原理圖，當(dāng)電機(jī)三擋時，磁保持繼電器7a、7b、7c的觸頭①和 ②分別接通，8a、8b、8c的觸頭①和②分別接通，9a、9b、9c的觸頭①和②分別接通時，各相繞組單元的連接狀態(tài)為2a、2b、2c的首頭分別與A、B、C三相電源連接，2a的尾頭與3a的尾頭連接，3a的首頭與加的首頭連接，2b的尾頭與北的尾頭連接，3b的首頭與2b的首頭連接，2c的尾頭與3c的尾頭連接，3c的首頭與2c的首頭連接，即加與3a并聯(lián)、2b與北并聯(lián)、2c與3c并聯(lián)，同時3a的尾端與2c的首端連接、3b的尾端與加的首端連接、3c的尾端與2b的首端連接，即三相繞組總的連接方式為三角形。圖17、圖18所示的是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的單組電機(jī)橫、縱剖面圖，在圖中由轉(zhuǎn)子外殼17和用端蓋固定螺釘33固定在轉(zhuǎn)子外殼兩端的內(nèi)、外側(cè)端蓋M、 23構(gòu)成電機(jī)外殼，由空心圓柱體的轉(zhuǎn)子外殼17和安裝在轉(zhuǎn)子外殼內(nèi)側(cè)的一組永磁體12構(gòu)成電機(jī)轉(zhuǎn)子，由定子鐵芯13和繞在鐵芯上的三相定子繞組構(gòu)成電機(jī)定子，電機(jī)定子線圈繞組中每一相的電參數(shù)完全相同且三相繞組在電機(jī)定子中的分布對稱，每相定子繞組由繞有兩個總匝數(shù)相同、繞組導(dǎo)線直徑相同、繞組導(dǎo)線總截面積相同的h、3a;2b、:3b ；2c、3c相繞組單元組成，各相繞組單元h、3a ；2b,3b ；2c,3c之間及整個相繞組與定子線槽14之間均設(shè)有絕緣層10，三相定子繞組裝在定子線槽14內(nèi)用槽楔11將線槽口封堵，在定子鐵芯13 的三個專用凹槽內(nèi)固定有三個霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器37，電機(jī)定子裝在電機(jī)外殼內(nèi)的電機(jī)軸 15上，電機(jī)轉(zhuǎn)子通過內(nèi)、外側(cè)端蓋M、23及軸承21固定在電機(jī)軸15上，電機(jī)軸15的外側(cè)用軸封22密封，在電機(jī)軸15與定子線槽14之間的定子鐵芯13空間內(nèi)均勻安裝有用于換擋的磁保持繼電器7、8、9，磁保持繼電器7、8、9外部安裝有磁屏蔽層18，磁保持繼電器7、8、9 與磁屏蔽層18之間裝有繼電器絕緣層19，全部磁保持繼電器的控制線30由一根帶有屏蔽層的多芯電纜引出，在電機(jī)定子鐵芯邊緣的三個專用凹槽內(nèi)固定有三個霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器37以保證電機(jī)運行平穩(wěn)可靠，并且電機(jī)定子繞組中裝有溫度傳感器35，用來監(jiān)測繞組溫度，在電機(jī)軸15上開有軸出線孔16，三相電源線la、lb、lc、磁保持繼電器控制線30和霍爾傳感器信號線31通過電機(jī)軸出線孔16引出機(jī)外，電機(jī)的冷卻是通過安裝在電機(jī)軸出線孔 16內(nèi)的進(jìn)氣管四和出氣管觀進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)冷冷卻，在電機(jī)的外側(cè)端蓋23上設(shè)有車輪固定螺釘20，用于安裝車輪，內(nèi)側(cè)端蓋M通過剎車盤固定螺釘沈安裝剎車盤25，剎車盤25與電機(jī)內(nèi)側(cè)端蓋M之間安裝有剎車盤隔熱層36，兩側(cè)端蓋內(nèi)側(cè)安裝有多個導(dǎo)風(fēng)葉，電機(jī)兩個端蓋邊緣成弧形狀，在電機(jī)固定座27上裝有剎車分泵32。圖19、圖20所示的是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的兩、三組電機(jī)的縱剖面圖。由圖所示，無刷永磁多擋輪轂電機(jī)可由一、二或三個轉(zhuǎn)子和一、二或三個定子構(gòu)成一、二或三組無刷永磁多擋輪轂電機(jī)。圖21所示的是本實用新型三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)的磁保持繼電器7、8、9的示意圖，磁保持繼電器共有三個，磁保持繼電器7、8、9中又分別包含有三個同時動作的觸點組7&、713、7(；、83、813、8(；，93、％、9(；，其中有兩組觸點組73、713、70 ；9a、9b、9c 的觸點有三個觸頭①、②、③，另一組觸點組8a、8b、8c的觸點有兩個觸頭①、②。工作原理永磁無刷多檔輪轂電機(jī)由電機(jī)轉(zhuǎn)子、電機(jī)定子、電機(jī)軸與軸承、電機(jī)端蓋組成永磁無刷外轉(zhuǎn)子三相繞組電機(jī)，轉(zhuǎn)子上安裝永磁體，繞組安裝在定子上，三相繞組的每一相繞組均由多個相同的相繞組單元組成，每個相繞組單元的線圈匝數(shù)及絕緣導(dǎo)線的直徑與總截面都相同，且每個相繞組單元都可獨立的作為相繞組，相繞組單元之間用磁保持繼電器進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)，當(dāng)相繞組單元全部串聯(lián)時用于電機(jī)起動。技術(shù)方案一電機(jī)啟動開始的瞬間，因電機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)，其反電動勢為0，根據(jù)電機(jī)的基本公式I = (V-E)/R，其中I為電機(jī)電流，V為電源電壓，E為電機(jī)反電動勢，R為電機(jī)內(nèi)阻，此時電流I很大，電機(jī)效率很低，而恰恰此時汽車需要很大的扭矩來克服汽車的慣性，使其有靜止到運動，每相的四個相繞組單元串聯(lián)起來，降低了每個繞組單元承擔(dān)的電壓，增加了電機(jī)內(nèi)阻，從而對總電流進(jìn)行抑制，更重要的是此時每相的繞組匝數(shù)為最大，故而繞組的磁通密度最大，由公式T = KI Φ (式中T為轉(zhuǎn)矩，K為常數(shù)，I為電流，Φ為繞組產(chǎn)生的磁通)可知，此時電機(jī)的轉(zhuǎn)矩最大，根據(jù)公式η = kU/Φ (η為轉(zhuǎn)速，k為常數(shù)，Φ為繞組產(chǎn)生的磁通) 可知，此時電機(jī)低速大扭矩運行當(dāng)相繞組單元串、并聯(lián)混合時用于電機(jī)的加速，這樣連接后，每相繞組的總匝數(shù)比一檔啟動的時候減少了一倍，相應(yīng)的磁通密度Φ也就減小了，每個相繞組單元上得到的電壓是一檔啟動時的二倍，電機(jī)內(nèi)阻降低到一檔時的1/4，由公式I = (V-E)/R，可以看出，V的增加和R的減小使電流I增大，由公式P = V 3IV可知，此時電機(jī)功率增加了，由公式T = KI Φ和公式η = kU/Φ可知，僅僅考慮每個繞組單元電壓的變化一項，此時電機(jī)速度就比一檔時候又高了一倍，再加上磁通量變化及內(nèi)阻變化的的因素，理論上此時的速度大約是一檔時候的三倍左右。當(dāng)相繞組單元全部并聯(lián)時用于電機(jī)的高速運行，此時每個相繞組單元上獲得的電壓是二檔時的二倍，并聯(lián)后的電機(jī)繞組總內(nèi)阻R也減少到二檔時的1/4，由公式I = (V-E)/ R，可知，相繞組單元上的電壓V增加和總電阻R減小，會導(dǎo)致總電流I的增加。并聯(lián)后繞組總匝數(shù)的減少又使得其產(chǎn)生的磁通減小，導(dǎo)致扭矩減小，根據(jù)公式η = kU/Φ (η為轉(zhuǎn)速， k為常數(shù)，Φ為繞組產(chǎn)生的磁通)，此時的功率集中體現(xiàn)在速度上，所以速度會很高，相繞組單元之間的串、并聯(lián)及串聯(lián)、并聯(lián)混合連接通過若干個磁保持繼電器實現(xiàn)并把電機(jī)由啟動、 加速到全速的過程分成幾個檔位，由機(jī)外的電機(jī)運行管理系統(tǒng)根據(jù)實際需要和電機(jī)實時參數(shù)對磁保持繼電器實施控制即換擋，從而實現(xiàn)自動變檔。磁保持繼電器動作時，管理系統(tǒng)會自動提前終止終止電機(jī)電源供給，待變檔動作完成后再自動恢復(fù)供電，磁保持繼電器動作過程無火花，保證了運行的安全可靠。磁保持繼電器安裝在電機(jī)定子鐵芯空余空間內(nèi)，電機(jī)電源線只有三根引出，電機(jī)生產(chǎn)便捷。技術(shù)方案二電機(jī)啟動開始的瞬間，因電機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)，其反電動勢為0，根據(jù)電機(jī)的基本公式I = (V-E)/R，其中I為電機(jī)電流，V為電源電壓，E為電機(jī)反電動勢，R為電機(jī)內(nèi)阻，此時電流I很大，電機(jī)效率很低，而恰恰此時汽車需要很大的扭矩來克服汽車的慣性，使其有靜止到運動，本實用新型技術(shù)方案此時將每相的2個相繞組單元串聯(lián)起來，降低了每個繞組單元承擔(dān)的電壓，增加了電機(jī)內(nèi)阻，從而對總電流進(jìn)行抑制，更重要的是此時每相的繞組匝數(shù)為最大，故而繞組的磁通密度最大，由公式T = KI Φ (式中T為轉(zhuǎn)矩，K為常數(shù)，I為電流， Φ為繞組產(chǎn)生的磁通)可知，此時電機(jī)的轉(zhuǎn)矩最大，根據(jù)公式n = kU/>(n為轉(zhuǎn)速，k為常數(shù)，Φ為繞組產(chǎn)生的磁通)可知，此時電機(jī)低速大扭矩運行即一檔。電機(jī)加速即二檔時，本技術(shù)方案將每相繞組中的2個繞組單元分別并聯(lián)，這樣連接后，每相繞組的總匝數(shù)比一檔啟動的時候減少了一倍，相應(yīng)的磁通密度Φ也就減小了， 每個相繞組單元上得到的電壓是一檔啟動時的2倍，電機(jī)內(nèi)阻也降低了一倍，由公式I = (V-E)/R，可以看出，V的增加和R的減小使電流I增大，由公式P = V 3IV可知，此時電機(jī)功率增加了，由公式T = KI Φ和公式η = kU/Φ可知，僅僅考慮每個繞組單元電壓的變化一項，此時電機(jī)速度就比一檔時候又高了一倍，再加上磁通量變化及內(nèi)阻變化的的因素，理論上此時的速度大約是一檔時候的三倍左右。電機(jī)高速運行即三檔時，本技術(shù)方案為各相繞組單元保持二檔時的連接狀態(tài)，將三相繞組總的連接方式改為三角形，此時每個相繞組單元上施加的電壓比二檔時候又增大了一倍，根據(jù)公式η = kU/Φ (η為轉(zhuǎn)速，k為常數(shù)，Φ為繞組產(chǎn)生的磁通)可知，僅僅考慮每個繞組單元電壓的變化一項，此時電機(jī)速度就比2檔時候又高了 1倍，再加上磁通量變化及內(nèi)阻變化的的因素，理論上此時的速度大約是2檔時候的3倍左右。相繞組單元之間的串、并聯(lián)及三相繞組的星形、三角形變化通過若干個磁保持繼電器實現(xiàn)并把電機(jī)由啟動、加速到全速的過程分成幾個檔位，由機(jī)外的電機(jī)運行管理系統(tǒng)根據(jù)實際需要和電機(jī)實時參數(shù)對磁保持繼電器實施控制即換擋，從而實現(xiàn)自動變檔。磁保持繼電器動作時，管理系統(tǒng)會自動提前終止終止電機(jī)電源供給，待變檔動作完成后再自動恢復(fù)供電，磁保持繼電器動作過程無火花，保證了運行的安全可靠。磁保持繼電器安裝在電機(jī)定子鐵芯空余空間內(nèi)，電機(jī)電源線只有三根引出，電機(jī)生產(chǎn)便捷。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)，是外轉(zhuǎn)子電機(jī)，包括有固定在電機(jī)軸上的電機(jī)外殼、定子和轉(zhuǎn)子，其特征在于電機(jī)外殼由轉(zhuǎn)子外殼和兩端的內(nèi)、外端蓋構(gòu)成，轉(zhuǎn)子由空心圓柱體的轉(zhuǎn)子外殼17和安裝在轉(zhuǎn)子外殼內(nèi)側(cè)的一組永磁體12構(gòu)成，定子由定子鐵芯和繞在鐵芯上的三相定子繞組構(gòu)成，電機(jī)定子線圈繞組裝在定子線槽內(nèi)用槽楔將線槽口封堵， 電機(jī)定子安裝在電機(jī)外殼內(nèi)的電機(jī)軸上，在電機(jī)軸與定子線槽之間的定子鐵芯空間內(nèi)安裝有用于換擋的磁保持繼電器，磁保持繼電器中又分別包含有三個同時動作的觸點組，每個觸點組上各有四個觸頭，電機(jī)三相定子繞組中的每相定子繞組均由繞有四個總匝數(shù)相同、 繞組導(dǎo)線直徑相同、繞組導(dǎo)線總截面積相同的相繞組單元組成，各相繞組單元線圈之間設(shè)置有絕緣層，每一個相繞組單元都能獨立作為完整的相繞組使用，通過磁保持繼電器對每相繞組中的四個相繞組單元實施串聯(lián)、并聯(lián)以及串聯(lián)、并聯(lián)混合連接的操作方式構(gòu)成變擋， 整個變擋動作過程中由機(jī)外的管理系統(tǒng)預(yù)先切斷電機(jī)動力電源，待變擋完成后自動恢復(fù)供電，以免磁保持繼電器觸電燒毀，一擋起動時，每相繞組中的四個相繞組單元全部串聯(lián)，二擋加速時，每相繞組中的四個相繞組單元兩兩串聯(lián)成兩組后再將串聯(lián)好的兩組并聯(lián)，三擋高速運行時，每相繞組中的四個相繞組單元全部并聯(lián)，三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)由多個轉(zhuǎn)子和相對應(yīng)的多個定子構(gòu)成多組無刷永磁多擋輪轂電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)，其特征在于所述的變擋磁保持繼電器與相繞組單元的組合關(guān)系是磁保持繼電器7、8、9中7a、7b、7c ；8a、8b、8c ；9a、9b、 9c的觸頭②和③分別接通，此時各相繞組單元的連接狀態(tài)為2a的首頭接電源la，尾頭接 3a的首頭，3a的尾頭接如的首頭，4a的尾頭接fe的首頭；2b的首頭接電源lb，尾頭接北的首頭，3b的尾頭接4b的首頭，4b的尾頭接恥的首頭；2c的首頭接電源lc，尾頭接3c的首頭，3c的尾頭接如的首頭，4c的尾頭接5c的首頭；即每相的4各相繞組單元分別的串聯(lián)，同時fe、5b、5c的尾端連接在一起，即三相繞組總的連接方式為星形，此時為第一擋；磁保持繼電器7、9中7a、7b、7c ；9a、9b、9c的觸頭②和③分別接通，③和④分別斷開， 磁保持繼電器8中8a、8b、8c各觸點組的觸頭①和②分別接通、③和④分別接通，此時各相繞組單元的連接狀態(tài)為2a的首頭接電源la，尾頭接3a的首頭，3a的尾頭接三相繞組的公共端，4a的首頭接電源la，尾頭接fe的首頭，5a的尾頭接三相繞組的公共端；2b的首頭接電源lb，尾頭接北的首頭，3b的尾頭接三相繞組的公共端，4b的首頭接電源lb，尾頭接恥的首頭，5b的尾頭接三相繞組的公共端；2c的首頭接電源lc，尾頭接3c的首頭，3c的尾頭接三相繞組的公共端，4c的首頭接電源lc，尾頭接5c的首頭，5c的尾頭接三相繞組的公共端；此時相繞組單元加和3a串聯(lián)、如和fe串聯(lián)，兩組串聯(lián)后的繞組單元再并聯(lián)；2b和北串聯(lián)、4b和恥串聯(lián)，兩組串聯(lián)后的繞組單元再并聯(lián)；2c和3c串聯(lián)、如和5c串聯(lián)，兩組串聯(lián)后的繞組單元再并聯(lián)，此時為第二擋；磁保持繼電器7,8,9中的7a.7b.7c ；8a.8b.8c ；9a.9b.9c的觸頭①和②分別接通；③ 和④分別接通，此時各相繞組單元的狀態(tài)為2a、3a、4a、fe的首頭同時接電源la，尾頭同時接三相繞組公共端；2b、!3b、4bjb的首頭同時接電源lb，尾頭同時接三相繞組公共端；2c、 3c、4c、5c的首頭同時接電源lc，尾頭同時接三相繞組公共端，即每相繞組中的4各繞組單元都并聯(lián)，此時為第三擋。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)，其特征在于所述的電機(jī)定子中的三相定子繞組中每一相的電參數(shù)完全相同且三相繞組在電機(jī)定子中的分布對稱。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)，其特征在于所述的磁保持繼電器外部安裝有磁屏蔽層，磁保持繼電器與磁屏蔽層之間裝有絕緣層，全部磁保持繼電器的控制線由一根帶有屏蔽層的多芯電纜引出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)，其特征在于所述電機(jī)定子鐵芯邊緣的三個專用凹槽內(nèi)固定有三個霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器以保證電機(jī)運行平穩(wěn)可靠，并且電機(jī)定子繞組中裝有溫度傳感器，用來監(jiān)測繞組溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)，其特征在于電機(jī)通過安裝在電機(jī)軸出線孔內(nèi)的進(jìn)氣管和出氣管進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)冷冷卻。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無刷永磁多擋輪轂電機(jī)，其特征在于所述的電機(jī)軸上開有出線孔，三相電源線、磁保持繼電器的控制線和霍爾傳感器引線通過電機(jī)軸出線孔引出機(jī)外。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)，其特征在于所述的外側(cè)端蓋上設(shè)有車輪固定螺釘，用于安裝車輪，內(nèi)側(cè)端蓋通過螺釘安裝有剎車盤，剎車盤與電機(jī)內(nèi)側(cè)端蓋之間安裝有隔熱層，兩側(cè)端蓋內(nèi)側(cè)安裝有多個導(dǎo)風(fēng)葉，電機(jī)兩個端蓋邊緣成弧形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4或8所述的三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)，其特征在于所述的多組無刷永磁多擋輪轂電機(jī)是由一、二或三個轉(zhuǎn)子和一、二或三個定子構(gòu)成一、二或三組無刷永磁多擋輪轂電機(jī)。
10.一種三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)，是外轉(zhuǎn)子電機(jī)，包括有固定在電機(jī)軸上的電機(jī)外殼、定子和轉(zhuǎn)子，其特征在于電機(jī)外殼由轉(zhuǎn)子外殼和兩端的內(nèi)、外端蓋構(gòu)成，轉(zhuǎn)子空心圓柱體的轉(zhuǎn)子外殼17和安裝在轉(zhuǎn)子外殼內(nèi)側(cè)的一組永磁體12構(gòu)成，定子由定子鐵芯和繞在鐵芯上的三相定子繞組構(gòu)成，電機(jī)定子線圈繞組裝在定子線槽內(nèi)用槽楔將線槽口封堵，電機(jī)定子裝在電機(jī)外殼內(nèi)的電機(jī)軸上，電機(jī)外殼和電機(jī)轉(zhuǎn)子固定在電機(jī)軸上的軸承上，電機(jī)軸的外側(cè)用軸封密封，在電機(jī)軸與定子線槽之間的定子鐵芯空間內(nèi)安裝有用于換擋的繼電器，電機(jī)定子中的三相定子繞組中的每相定子繞組均由繞有兩個總匝數(shù)相同、繞組導(dǎo)線直徑相同、繞組導(dǎo)線總截面積相同的相繞組單元組成，各相繞組單元之間及整個相繞組與定子線槽之間均設(shè)有絕緣層，每一個相繞組單元都能獨立作為完整的相繞組使用，通過繼電器對每相繞組中的兩個相繞組單元實施串聯(lián)、并聯(lián)以及對三相繞組總的接成星形或三角形的連接方式構(gòu)成變擋，整個變擋動作過程中由機(jī)外的管理系統(tǒng)預(yù)先切斷電機(jī)動力電源，待變擋完成后自動恢復(fù)供電，以免磁保持繼電器觸電燒毀，一擋起動時，每相繞組中的兩個相繞組單元分別串聯(lián)，并且三相繞組接成星形；二擋加速時，每相繞組中的兩個相繞組單元分別并聯(lián)，并且三相繞組接成星形；三擋高速運行時，每相繞組中的兩個相繞組單元分別并聯(lián)，并且三相繞組接成三角形，三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)由多個轉(zhuǎn)子和相對應(yīng)的多個定子構(gòu)成多組無刷永磁多擋輪轂電機(jī)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)，其特征在于所述的變擋磁保持繼電器與相繞組單元的組合關(guān)系是磁保持繼電器9a、9b、9c的觸頭②和③分別接通、 8a.8b.8c的觸頭①和②均為斷開狀態(tài)、7a、7b、7c的觸頭②和③分別接通時，各相繞組單元的連接狀態(tài)為2a、2b、2c的首頭分別與A、B、C三相電源連接，2a的尾頭與3a的首頭連接， 2b的尾頭與北的首頭連接，2c的尾頭與3c的首頭連接，即加與3a串聯(lián)、2b與北串聯(lián)、2c 與3c串聯(lián)，同時3a、3b、3c的尾端連接在一起，即三相繞組總的連接方式為星形，此時為電機(jī)的第一擋；當(dāng)磁保持繼電器7a、7b、7c的觸頭①和②分別接通，8a、8b、8c的觸頭①和②分別接通， 9a.9b.9c的觸頭②和③分別接通時，各相繞組單元的連接狀態(tài)為2a、2b、2c的首頭分別與 A、B、C三相電源連接，2a的尾頭與3a的尾頭連接，3a的首頭與加的首頭連接，2b的尾頭與北的尾頭連接，3b的首頭與2b的首頭連接，2c的尾頭與3c的尾頭連接，3c的首頭與2c 的首頭連接，即加與3a并聯(lián)、2b與北并聯(lián)、2c與3c并聯(lián)，同時3a、3b、3c的尾端連接在一起，即三相繞組總的連接方式為星形，此時為電機(jī)的第二擋；當(dāng)磁保持繼電器7a、7b、7c的觸頭①和②分別接通，8a、8b、8c的觸頭①和②分別接通， 9a.9b.9c的觸頭①和②分別接通時，各相繞組單元的連接狀態(tài)為2a、2b、2c的首頭分別與 A、B、C三相電源連接，2a的尾頭與3a的尾頭連接，3a的首頭與加的首頭連接，2b的尾頭與 3b的尾頭連接，3b的首頭與2b的首頭連接，2c的尾頭與3c的尾頭連接，3c的首頭與2c的首頭連接，即加與3a并聯(lián)、2b與北并聯(lián)、2c與3c并聯(lián)，同時3a的尾端與2c的首端連接、 3b的尾端與加的首端連接、3c的尾端與2b的首端連接，即三相繞組總的連接方式為三角形，此時為電機(jī)的第三擋。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)，其特征在于所述的電機(jī)定子中的三相定子繞組中每一相的電參數(shù)完全相同且三相繞組在電機(jī)定子中的分布對稱。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)，其特征在于所述的繼電器為磁保持繼電器，磁保持繼電器分別包含有三個同時動作的觸點組，每個觸點組上分別有三、三、二個有效觸頭。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)，其特征在于所述的磁保持繼電器外部安裝有磁屏蔽層，磁保持繼電器與磁屏蔽層之間裝有絕緣層，全部磁保持繼電器的控制線由一根帶有屏蔽層的多芯電纜引出。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)，其特征在于所述的電機(jī)定子鐵芯邊緣的三個專用凹槽內(nèi)固定有三個霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器以保證電機(jī)運行平穩(wěn)可靠， 并且電機(jī)定子繞組中裝有溫度傳感器，用來監(jiān)測繞組溫度。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)，其特征在于電機(jī)通過安裝在電機(jī)軸出線孔內(nèi)的進(jìn)氣管和出氣管進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)冷冷卻。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)，其特征在于所述的電機(jī)軸上開有出線孔，三相電源線、磁保持繼電器的控制線和霍爾傳感器引線通過電機(jī)軸出線孔引出機(jī)外。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)，其特征在于在電機(jī)外側(cè)端蓋上設(shè)有車輪固定螺釘，用于安裝車輪，內(nèi)側(cè)端蓋通過螺釘安裝有剎車盤，剎車盤與電機(jī)內(nèi)側(cè)端蓋之間安裝有隔熱層，兩側(cè)端蓋內(nèi)側(cè)安裝有多個導(dǎo)風(fēng)葉，電機(jī)兩個端蓋邊緣成弧形狀。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)，其特征在于在電機(jī)固定座上裝有剎車分泵。
20.根據(jù)權(quán)利要求10、11、14、18或19所述的三相永磁無刷多擋輪轂電機(jī)，其特征在于 所述的多組無刷永磁多擋輪轂電機(jī)是由一、二或三個轉(zhuǎn)子和一、二或三個定子構(gòu)成一、二或三組無刷永磁多擋輪轂電機(jī)。
專利摘要一種無刷永磁多擋輪轂電機(jī)，屬外轉(zhuǎn)子式電機(jī)，包括有由空心圓柱體的轉(zhuǎn)子外殼17和安裝在轉(zhuǎn)子外殼內(nèi)側(cè)的一組永磁體12構(gòu)成，由定子鐵芯和繞在鐵芯上的三相定子繞組構(gòu)成的定子，每相定子繞組由繞有兩或四個總匝數(shù)相同、繞組導(dǎo)線直徑相同、繞組導(dǎo)線總截面積相同的相繞組單元組成，通過磁保持繼電器對每相繞組中的兩或四個相繞組單元實施串聯(lián)、并聯(lián)以及串聯(lián)、并聯(lián)混合連接構(gòu)成變擋，一擋起動時，每相的兩個相繞組單元串聯(lián)或每相的四個相繞組單元串聯(lián)，三相繞組接成星形，二擋加速時，每相的兩個相繞組單元并聯(lián)或四個相繞組單元串并混聯(lián)，三相繞組接成星形三擋高速運行時，每相的兩個相繞組單元并聯(lián)，三相繞組接成三角形或每相的四個相繞組單元全部并聯(lián)，三相繞組接成三角形。實現(xiàn)了電動轎車啟動扭矩大，加速快。
文檔編號H02K16/00GK202142929SQ20112028512
公開日2012年2月8日 申請日期2011年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月28日
發(fā)明者尹永河 申請人:廊坊市永泰電動車電機(jī)有限公司