專利名稱：電動車用無刷直流輪轂電機及其控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電機及其控制技術(shù)的領(lǐng)域，更具體的說，本發(fā)明涉及一種電動車用無刷直流輪轂電機及其控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當前隨著我國經(jīng)濟社會的發(fā)展，城市的空氣污染情況卻日趨嚴重，據(jù)最新的研究報道表明目前我國90%的城市空氣受到不同盛土的污染，空氣中的污染物如PM2.5和PMlO已經(jīng)嚴重影響到居民的身體健康，而汽車尾氣的排放是其中的首要因素；為此倡導(dǎo)綠色出行，大力發(fā)展綠色環(huán)保的電動車出行無疑是未來交通出行的主要發(fā)展趨勢。目前電動車輛的技術(shù)難點主要受限于電池性能，其一是在電池技術(shù)難以逾越的瓶頸下，如何提高電能使用效率、提高續(xù)航歷程、提高電池壽命是行業(yè)的焦點，因此驅(qū)動電機必須符合電池特性，即所選用的電機需要效率高、使用電流小、啟動電流小，避免電池瞬間大電流放電，電機能量反饋性能好；其二，電動車輛主要用于城市交通，車輛大部分時間處于啟動、加速和制動的工作狀態(tài)，因此電機的起動性能、加速性能、電機的可靠性對電動車輛尤為重要。目前電動車輛主要應(yīng)用的電機為永磁電機。傳統(tǒng)的永磁電機主要包括磁齒輪外轉(zhuǎn)子、調(diào)磁環(huán)、磁齒輪內(nèi)轉(zhuǎn)子和電機定子，磁齒輪外轉(zhuǎn)子、調(diào)磁環(huán)、磁齒輪內(nèi)轉(zhuǎn)子和電機定子之間均具有氣隙；不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且系統(tǒng)噪聲高、機械磨損等問題。而且現(xiàn)有技術(shù)中常用的永磁電機，通常是將永磁體貼裝在外殼上的外轉(zhuǎn)子型輪轂電機，其結(jié)構(gòu)特征為一組外轉(zhuǎn)子永磁體和相對應(yīng)的定子疊片鐵芯組件。但是上述電機需要很大的直徑，否則很難滿足超大轉(zhuǎn)矩和低速性能要求。此外現(xiàn)有技術(shù)中，為了滿足超大轉(zhuǎn)速和低速的要求，通常均需要采用液壓馬達和減速齒輪系的方式，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障多、成本高，而且維修不便。外轉(zhuǎn)子永磁電機是當前出現(xiàn)的一種可以實現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)速功能的新型電機，其主要包括外轉(zhuǎn)子、夕卜轉(zhuǎn)子永磁體、磁通調(diào)制極和內(nèi)定子，其通過定子上磁通調(diào)制極的引入，省去了傳統(tǒng)磁齒輪中的調(diào)磁環(huán)結(jié)構(gòu)，省去了傳統(tǒng)磁齒輪中的內(nèi)轉(zhuǎn)子以及獨立的調(diào)磁環(huán)結(jié)構(gòu)，解決了系統(tǒng)噪聲高、機械磨損等問題。但是這種結(jié)構(gòu)的永磁游標電機漏磁較大，鐵心損耗較大，功率較低。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種電動車用無刷直流輪轂電機及其控制系統(tǒng)。為了解決上述技術(shù)問題并且實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案:
一種電動車用無刷直流輪轂電機，其包括電機本體、電機控制系統(tǒng)和散熱殼；所述電機本體后端電性固定連接有機電隔離板，所述電機控制系統(tǒng)通過導(dǎo)線與所述機電隔離板連接，并且所述散熱殼與所述機電隔離板可拆卸的連接，并將所述電機控制系統(tǒng)容納在所述散熱殼中；其中所述電機本體包括外轉(zhuǎn)子組件、定子鐵芯組件和電機軸；所述外轉(zhuǎn)子組件包括外轉(zhuǎn)子殼體，所述外轉(zhuǎn)子 殼體設(shè)置在定子鐵芯組件的外側(cè)，所述外轉(zhuǎn)子殼體前后兩端設(shè)置有與之緊固連接的前端蓋和后端蓋；所述外轉(zhuǎn)子殼體的內(nèi)壁上沿著電機軸方向開設(shè)有至少4組凹槽，并且每組凹槽內(nèi)設(shè)置有一組永磁體單元；所述外轉(zhuǎn)子通過軸承與所述電機軸可轉(zhuǎn)動的連接；所述外轉(zhuǎn)子殼體通過軸承與電機軸可轉(zhuǎn)動地連接；所述定子鐵芯組件包括定子疊片，所述定子疊片至少為4組并且與所述永磁體單元一一對應(yīng)設(shè)置，所述定子疊片的端部設(shè)置有定子繞組。其中，所述永磁體單元包括第一永磁體、可變磁體和第二永磁體。作為優(yōu)選地，所述第一永磁體與可變磁體，可變磁體與第二永磁體之間設(shè)置有娃鋼隔片。其中，所述電機控制系統(tǒng)設(shè)置在所述散熱殼后壁的內(nèi)表面上。其中，所述散熱殼的后壁上分布有陣列式散熱片。其中，所述永磁體為釹鐵硼永磁體，所述可變磁體為Fe-Cr-Co類磁體。其中，所述電機控制系統(tǒng)包括自抗擾控制器、2/3變換器、PWM變換器和轉(zhuǎn)子位置檢測裝置；所述電機本體產(chǎn)生的反饋信號，與輸入信號耦合，經(jīng)過自抗擾控制器后產(chǎn)生驅(qū)動電機本體的交流和直流信號；由轉(zhuǎn)子位置檢測裝置所確定的位置信號與所述交流和直流信號一起經(jīng)過2/3變換器，轉(zhuǎn)換為控制電機主體的三相電流，之后經(jīng)過PWM變換器，轉(zhuǎn)換為直接驅(qū)動電機主體的三相電流。本發(fā)明的第二方面，還涉及一種電機控制系統(tǒng)，所述電機控制系統(tǒng)包括自抗擾控制器、2/3變換器、PWM變換器和轉(zhuǎn)子位置檢測裝置；所述電機本體產(chǎn)生的反饋信號，與輸入信號耦合，經(jīng)過自抗擾控制器后產(chǎn)生驅(qū)動電機本體的交流和直流信號；由轉(zhuǎn)子位置檢測裝置所確定的位置信號與所述交流和直流信號一起經(jīng)過2/3變換器，轉(zhuǎn)換為控制電機主體的三相電流，之后經(jīng)過PWM變換器，轉(zhuǎn)換為直接驅(qū)動電機主體的三相電流。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
(I)本發(fā)明的無刷直流輪轂電機采 用了內(nèi)置式的全密封結(jié)構(gòu)，摒棄了傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過在電機本體和控制板之間設(shè)置機電隔離板，顯著降低了電機旋轉(zhuǎn)對機電控制板結(jié)構(gòu)的電磁干擾和振動干擾；并且還具有優(yōu)異的防塵防水防油污效果。(2)本發(fā)明的電機結(jié)構(gòu)中容易損壞的部件是電機控制系統(tǒng)；而本發(fā)明中所述電機控制系統(tǒng)直接安裝在散熱殼上，而散熱殼與機電隔離板又采用的是可拆卸的連接方式，因此，當需要對電機控制系統(tǒng)進行維修的時候，僅需將散熱殼拆下，送修即可；具有安裝簡便，維修方便的特點。(3)本發(fā)明的電機外特性好，非常符合電動車輛的負載特性，尤其是電機具有可貴的低速大轉(zhuǎn)矩特性，能夠提供大的啟動轉(zhuǎn)矩，滿足車輛的加速要求。此外在本發(fā)明的電機中使用了可變磁體，從而可以顯著降低各永磁體中渦流電流的擾動，降低了外轉(zhuǎn)子永磁體中的潤流損耗，進一步提聞了電機的穩(wěn)定性。(4)本發(fā)明采用ADRC的最大轉(zhuǎn)矩/電流控制策略，不但能夠保證車輛在啟動時提供大轉(zhuǎn)矩，獲得較大的動力，而且在制動時可得到能量的反饋。


圖1為本發(fā)明所述電動車用無刷直流輪轂電機的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明所述電機主體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明所述電機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式如圖1所示,本實施例涉及一種電動車用無刷直流輪轂電機,其包括電機本體10、電機控制系統(tǒng)30和散熱殼40 ;所述電機本體10后端電性固定連接有機電隔離板20，所述電機控制系統(tǒng)30通過導(dǎo)線與所述機電隔離板20連接，并且所述散熱殼40與所述機電隔離板20可拆卸的連接，并將所述電機控制系統(tǒng)30容納在所述散熱殼40中，并且所述散熱殼40的后壁上分布有陣列式散熱片(圖中未示出)；所述電機本體10包括外轉(zhuǎn)子組件、定子鐵芯組件和電機軸100 ;所述外轉(zhuǎn)子組件包括外轉(zhuǎn)子殼體110，所述外轉(zhuǎn)子殼體110設(shè)置在定子鐵芯組件的外側(cè)，所述外轉(zhuǎn)子殼體110前后兩端設(shè)置有與之緊固連接的前端蓋111和后端蓋112 ;所述外轉(zhuǎn)子殼體110的內(nèi)壁上沿著電機軸方向開設(shè)有4組凹槽，并且每組凹槽內(nèi)設(shè)置有一組永磁體單元113 ;所述外轉(zhuǎn)子通過軸承120與所述電機軸100可轉(zhuǎn)動的連接；所述永磁體單元113包括第一永磁體、可變磁體和第二永磁體(圖中未示出)，所述第一永磁體與可變磁體，可變磁體與第二永磁體之間設(shè)置有硅鋼隔片；所述定子鐵芯組件包括定子疊片130，所述定子疊片為4組并且與所述永磁體單元一一對應(yīng)設(shè)置，所述定子疊片的端部設(shè)置有定子繞組132。在本實施例中所述4組定子疊片統(tǒng)一繞制定子繞組；相對于相同直徑的永磁電機而言，在電流值相等時電機的線圈匝數(shù)卻增加了 4倍，從而可以使得該電機的轉(zhuǎn)速成倍下降，而其轉(zhuǎn)矩成倍提高，實現(xiàn)了低速和超大轉(zhuǎn)矩的目的。所述永磁體可以選擇釹鐵硼永磁體，作為優(yōu)選地，本發(fā)明所述的釹鐵硼永磁體的組份包含:釹22wt%、禮1.5wt%、欽1.2wt%、硼1.5wt%、銅0.05wt%、鈷0.68wt%和余量的鐵。所述的釹鐵硼永磁體可以采用常規(guī)的方法制備得 到。所述可變磁體為現(xiàn)有技術(shù)中已知的Fe-Cr-Co類磁體；作為優(yōu)選地，本發(fā)明中使用的可變磁體，具有用以下組成表示的組成=(Sma8Nda2)(Ala3Tiaci8Coa52Cuai)7^所述的可變磁體的矯頑力在250-280KA/h之間，并且具有較高的磁通密度。在電機中使用上述可變磁體后，可以顯著降低各永磁體中渦流電流的擾動，降低了外轉(zhuǎn)子永磁體中的渦流損耗，提高了電機的穩(wěn)定性。在本發(fā)明中所述電機控制系統(tǒng)包括自抗擾控制器、2/3變換器、PWM變換器和轉(zhuǎn)子位置檢測裝置；所述電機本體產(chǎn)生的反饋信號，與輸入信號耦合，經(jīng)過自抗擾控制器后產(chǎn)生驅(qū)動電機本體的交流和直流信號；由轉(zhuǎn)子位置檢測裝置所確定的位置信號與所述交流和直流信號一起經(jīng)過2/3變換器，轉(zhuǎn)換為控制電機主體的三相電流，之后經(jīng)過PWM變換器，轉(zhuǎn)換為直接驅(qū)動電機主體的三相電流。本發(fā)明的控制系統(tǒng)采用ADRC的最大轉(zhuǎn)矩/電流控制策略，不但能夠保證車輛在啟動時提供大轉(zhuǎn)矩，獲得較大的動力，而且在制動時可得到能量的反饋。
權(quán)利要求
1.一種電動車用無刷直流輪轂電機,其包括電機本體、電機控制系統(tǒng)和散熱殼；所述電機本體后端電性固定連接有機電隔離板，所述電機控制系統(tǒng)通過導(dǎo)線與所述機電隔離板連接，并且所述散熱殼與所述機電隔離板可拆卸的連接，并將所述電機控制系統(tǒng)容納在所述散熱殼中；其特征在于:所述電機本體包括外轉(zhuǎn)子組件、定子鐵芯組件和電機軸；所述外轉(zhuǎn)子組件包括外轉(zhuǎn)子殼體，所述外轉(zhuǎn)子殼體設(shè)置在定子鐵芯組件的外側(cè)，所述外轉(zhuǎn)子殼體前后兩端設(shè)置有與之緊固連接的前端蓋和后端蓋；所述外轉(zhuǎn)子殼體的內(nèi)壁上沿著電機軸方向開設(shè)有至少4組凹槽，并且每組凹槽內(nèi)設(shè)置有一組永磁體單元；所述外轉(zhuǎn)子通過軸承與所述電機軸可轉(zhuǎn)動的連接；所述外轉(zhuǎn)子殼體通過軸承與電機軸可轉(zhuǎn)動地連接；所述定子鐵芯組件包括定子疊片，所述定子疊片至少為4組并且與所述永磁體單元一一對應(yīng)設(shè)置，所述定子疊片的端部設(shè)置有定子繞組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動車用無刷直流輪轂電機，其特征在于:所述永磁體單元包括第一永磁體、可變磁體和第二永磁體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動車用無刷直流輪轂電機，其特征在于:所述第一永磁體與可變磁體，可變磁體與第二永磁體之間設(shè)置有硅鋼隔片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的電動車用無刷直流輪轂電機，其特征在于:所述永磁體為釹鐵硼永磁體,所述可變磁體為Fe-Cr-Co類磁體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的電動車用無刷直流輪轂電機，其特征在于:所述電機控制系統(tǒng)設(shè)置在所述散熱殼后壁的內(nèi)表面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電動車用無刷直流輪轂電機，其特征在于:所述散熱殼的后壁上分布有陣列式散熱片。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的電動車用無刷直流輪轂電機，其特征在于:所述電機控制系統(tǒng)包括自抗擾控制器、2/3變換器、PWM變換器和轉(zhuǎn)子位置檢測裝置；所述電機本體產(chǎn)生的反饋信號，與輸入信號耦合，經(jīng)過自抗擾控制器后產(chǎn)生驅(qū)動電機本體的交流和直流信號；由轉(zhuǎn)子位置檢測裝置所確定的位置信號與所述交流和直流信號一起經(jīng)過2/3變換器，轉(zhuǎn)換為控制電機主體的三相電流，之后經(jīng)過PWM變換器，轉(zhuǎn)換為直接驅(qū)動電機主體的三相電流。
8.一種電機控制系統(tǒng)，包括自抗擾控制器、2/3變換器、PWM變換器和轉(zhuǎn)子位置檢測裝置；其應(yīng)用于權(quán)利要求1所述的電動車用無刷直流輪轂電機，其特征在于:所述電機本體產(chǎn)生的反饋信號，與輸入信號耦合，經(jīng)過自抗擾控制器后產(chǎn)生驅(qū)動電機本體的交流和直流信號；由轉(zhuǎn)子位置檢測裝置所確定的位置信號與所述交流和直流信號一起經(jīng)過2/3變換器，轉(zhuǎn)換為控制電機主體的三相電流，之后經(jīng)過PWM變換器，轉(zhuǎn)換為直接驅(qū)動電機主體的三相電流。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電動車用無刷直流輪轂電機，其包括電機本體、電機控制系統(tǒng)和散熱殼；所述電機本體后端電性固定連接有機電隔離板，所述電機控制系統(tǒng)通過導(dǎo)線與所述機電隔離板連接，并且所述散熱殼與所述機電隔離板可拆卸的連接，并將所述電機控制系統(tǒng)容納在所述散熱殼中；其中所述電機本體包括外轉(zhuǎn)子組件、定子鐵芯組件和電機軸；所述電機控制系統(tǒng)包括自抗擾控制器、2/3變換器、PWM變換器和轉(zhuǎn)子位置檢測裝置。本發(fā)明的電機外特性好，非常符合電動車輛的負載特性，尤其是電機具有可貴的低速大轉(zhuǎn)矩特性，能夠提供大的啟動轉(zhuǎn)矩，滿足車輛的加速要求。
文檔編號H02K1/27GK103236762SQ20131013487
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月18日
發(fā)明者王加許 申請人:臺州市金宇機電有限公司