專(zhuān)利名稱(chēng)：永磁無(wú)刷電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種高效率低成本的永磁無(wú)刷電機(jī)，包括單相電機(jī)，二相電機(jī)，三相電機(jī)三種形式，用于驅(qū)動(dòng)各種電動(dòng)車(chē)輛，以及以?xún)?nèi)轉(zhuǎn)子形式工作及其他領(lǐng)域。
現(xiàn)有的電動(dòng)自選車(chē)分別采用有刷電機(jī)和無(wú)刷電機(jī)二種，電機(jī)和控制系統(tǒng)的系統(tǒng)效率在72～74％之間。本實(shí)用新型的前有技術(shù)，專(zhuān)利號(hào)為97229314.0公開(kāi)的電動(dòng)摩托車(chē)，其電機(jī)機(jī)控制系統(tǒng)于1998年經(jīng)國(guó)家中小型電機(jī)質(zhì)量監(jiān)督中心檢測(cè)，系統(tǒng)效率為83％，堵轉(zhuǎn)力矩為76Nm，裝上車(chē)后已行駛1.5萬(wàn)公里，至今仍在正常運(yùn)行。該車(chē)一次充電行程68公里，車(chē)速32公里/小時(shí)，爬坡能力9°。其電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子和控制部份組成，電機(jī)的外殼通過(guò)輻條或螺栓與車(chē)輪同步運(yùn)轉(zhuǎn)，控制部分包括由N溝道場(chǎng)管構(gòu)成的橋式驅(qū)動(dòng)電路以及霍爾位置傳感器等組成的模擬控制電路。其存在的不足之處在于，一是系統(tǒng)效率還可進(jìn)一步提高，以及降低生產(chǎn)成本和重量，二是功能簡(jiǎn)單，三是控制系統(tǒng)為模擬控制電路。
本實(shí)用新型其目的就在于提供一種永磁無(wú)刷電機(jī)，具有高效率、低成本，并減輕重量，增加功能，使電動(dòng)車(chē)更趨實(shí)用化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。
實(shí)現(xiàn)上述目的而采取的技術(shù)方案包括，由定、轉(zhuǎn)子和控制部分組成，電機(jī)外殼的內(nèi)徑面聯(lián)接弧形釹鐵硼磁鋼，構(gòu)成轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子的內(nèi)徑面和由矽鋼片組成的定子之間是氣隙，定子通過(guò)固定軸套直接和主軸聯(lián)接，其間由平鍵定位，繞組引出線(xiàn)經(jīng)過(guò)主軸引出電機(jī)外殼之外。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述，

圖1為本裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本裝置控制系統(tǒng)原理框圖3為二相永磁無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)原理框圖；圖4為三相永磁無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)原理框圖。
本實(shí)用新型是在前有技術(shù)(專(zhuān)利號(hào)為97229314.0)的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步提高系統(tǒng)效率和降低生產(chǎn)成本及重量，并增加功能，使電動(dòng)車(chē)更趨實(shí)用化，并使其同時(shí)能適用于其它領(lǐng)域而設(shè)計(jì)的。
實(shí)施例一如圖1所示，由定子5、轉(zhuǎn)子3和控制部份組成，電機(jī)外殼的內(nèi)徑面聯(lián)接弧形釹鐵硼磁鋼6，構(gòu)成轉(zhuǎn)子3，在轉(zhuǎn)子3的內(nèi)徑面和由矽鋼片組成的定子5之間是氣隙7，定子5通過(guò)固定軸套8直接和主軸2聯(lián)接，其間由平鍵定位，繞組4引出線(xiàn)1經(jīng)過(guò)主軸2引出電機(jī)外殼之外。定子5和固定軸套8之間的平鍵槽與主軸2的夾角≤3°。定子5每個(gè)齒的中部均有形狀相同的減輕孔，并在定子5的外徑端面安裝有≤4個(gè)霍爾位置傳感器，用于輸出磁鋼6位置信號(hào)。定子繞組4均為整距繞組，繞組節(jié)距等于定子5鐵芯齒距。電機(jī)外殼內(nèi)徑面的弧形磁鋼6是N塊或1/2N塊，其厚度為3～5毫米。磁鋼6的塊數(shù)和定子5的齒數(shù)比例是1/2N∶N，電機(jī)繞組4的相位差為180°?？刂葡到y(tǒng)包括與譯碼電路聯(lián)接的推動(dòng)電路，推動(dòng)電路和橋式驅(qū)動(dòng)電路相聯(lián)，橋式驅(qū)動(dòng)電路和永磁無(wú)刷電機(jī)相聯(lián)接，CPU電腦芯片采用AT89C2051，全橋驅(qū)動(dòng)電路的上下臂均為N溝道場(chǎng)管。
定子5是由主軸2通過(guò)固定軸套8和矽鋼片連成一個(gè)整體，主軸2和固定軸套8之間及固定軸套8和矽鋼片之間均由平鍵來(lái)定位。在由矽鋼片組成的定子鐵芯的圓周上均勻地分布有極齒，每個(gè)極齒的弧長(zhǎng)及形狀均相等，并且極齒的總數(shù)成偶數(shù)。在極齒的中心位置，可以有形狀相同的減輕孔，目的是在不影響過(guò)載能力的情況下，盡量減少電機(jī)重量。圖1中電機(jī)主軸二端和車(chē)架聯(lián)接處是平面，電機(jī)定子5和轉(zhuǎn)子3的徑向之間是氣隙7，在電機(jī)通電運(yùn)行時(shí)定子5不動(dòng)，是轉(zhuǎn)子3也就是電機(jī)外殼作為輪轂本身在旋轉(zhuǎn)，在它的外徑端面串以幅條或用螺栓和車(chē)輪聯(lián)接并同步運(yùn)行，在轉(zhuǎn)子3的內(nèi)徑面是用環(huán)氧樹(shù)脂粘貼上的釹鐵硼弧形磁鋼6，其厚度為3～5毫米。
定子鐵芯由定子極齒組成，極齒的總數(shù)為偶數(shù)，各極齒沿定子鐵芯圓周均勻分布，轉(zhuǎn)子內(nèi)徑面均勻分布的磁鋼片數(shù)和定子極齒的比例是N∶N或N/2∶N。
圖2為控制系統(tǒng)框圖，該電機(jī)工作時(shí)電機(jī)繞組的相位差是180°，它有三個(gè)工作狀態(tài)正向通電、反向通電、停止。為此，只要在定子極齒的徑向端面安裝二個(gè)霍爾位置傳感器，并和圖2的譯碼電路聯(lián)接，通過(guò)CPU電腦芯的綜合處理后推動(dòng)電路推動(dòng)全橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。
該電機(jī)整體設(shè)計(jì)上最為簡(jiǎn)潔，但有力距脈動(dòng)和死點(diǎn)的缺點(diǎn)，該類(lèi)電機(jī)只能用在電動(dòng)自行車(chē)上，并通過(guò)CPU電腦芯片設(shè)置車(chē)速在≥3公里/小時(shí)時(shí)，全橋驅(qū)動(dòng)電路才能正常工作，既避免了電動(dòng)自行車(chē)啟動(dòng)時(shí)十幾安培的啟動(dòng)電流對(duì)蓄電池的沖擊，又能相對(duì)延長(zhǎng)電動(dòng)自行車(chē)的行程和延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，缺點(diǎn)轉(zhuǎn)化成了優(yōu)點(diǎn)。該電機(jī)在2000年3月一次電動(dòng)車(chē)整車(chē)試驗(yàn)中曾以108W的輸入功率，即電壓36V電流3A，在普通二級(jí)公路上以27km/h的速度行駛。
實(shí)施例二由定子、轉(zhuǎn)子和控制部份組成，二相永磁無(wú)刷電機(jī)的磁鋼塊數(shù)和電機(jī)定子的齒數(shù)比例為N∶N-2，電機(jī)繞組的相位差為90°。
二相電機(jī)的定子鐵芯由AB二相定子極齒組成，每相極齒的總數(shù)為偶數(shù)，每相的極齒分為二相并處在和鐵芯中心同一連線(xiàn)的二端，每組極齒的數(shù)量也相等，并且二連線(xiàn)相交90°，每組極齒之間間隔1/2極齒弧長(zhǎng)。本實(shí)施例二相電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)徑面均勻分布的弧形磁鋼的塊數(shù)和由矽鋼片組成的定子極齒的比例為N∶N-2或N/2∶N-2。
圖3是本實(shí)施例二相電機(jī)的控制系統(tǒng)原理框圖，該電機(jī)運(yùn)行時(shí)，A、B二相繞組電壓的相位差是90°，A、B二相繞組各自獨(dú)立工作，為此，在定子鐵芯的A相和B相的矽鋼片極齒的徑向端面位置各放置2個(gè)霍爾位置傳感器，通過(guò)圖3的譯碼電路在其它條件滿(mǎn)足CPU允許其工作時(shí)通過(guò)推動(dòng)電路，控制二個(gè)全橋，并且上下二臂均為N溝道場(chǎng)管，所以這種形式的電機(jī)的過(guò)載能力相當(dāng)大，能長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載5倍額定負(fù)載電流。所以特別適用于電動(dòng)國(guó)自行車(chē)、電動(dòng)摩托車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)，它有相當(dāng)大的爬坡能力和加速度，可滿(mǎn)足一般用戶(hù)的使用要求。同時(shí)二個(gè)全橋上下二臂均為N溝道場(chǎng)管能顯著減少控制系統(tǒng)的功耗。
實(shí)施例三由定子、轉(zhuǎn)子和控制部份組成，三相永磁場(chǎng)無(wú)刷電機(jī)的磁鋼塊數(shù)和電機(jī)定子的齒數(shù)比例為N∶N-2，并且定子齒數(shù)的1/3等于三相永磁無(wú)刷電機(jī)每相的總齒數(shù)。
三相電機(jī)的定子鐵芯由ABC三相定子鐵芯極齒組成，三相極齒沿定子圓周獨(dú)立分布，每相極齒的總數(shù)為偶數(shù)，每相的極齒分為二組，并處于和鐵芯中心同一連線(xiàn)的二端，每組的極齒也相等，并且三連線(xiàn)相交60°。每組極齒之間間隔1/3極齒弧長(zhǎng)。本實(shí)施例轉(zhuǎn)子內(nèi)徑面均勻分布的弧形磁鋼的塊數(shù)和矽鋼片組成的定子極齒的比例為N∶N-2或N/2∶N-2。
圖4是本實(shí)施例三相電機(jī)的控制系統(tǒng)原理框圖，該電機(jī)運(yùn)行時(shí)，ABC三相之間的電壓相位差是120°，ABC三個(gè)繞組按Y形聯(lián)接，三個(gè)繞組的其中一端共接，另一端接在圖4三個(gè)半橋的中點(diǎn)，該三相電機(jī)只要在矽鋼片極齒的徑向端面設(shè)置三個(gè)霍爾位置傳感器，就能通過(guò)圖4的譯碼器區(qū)分出6個(gè)工作狀態(tài)的信號(hào)來(lái)，當(dāng)其它條件滿(mǎn)足，CPU允許工作時(shí)，通過(guò)圖4的推動(dòng)電路，分別控制三個(gè)半橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。
與前二例不同的是，由于該三相片機(jī)繞組信號(hào)總是由二相信號(hào)迭加的，所以在電機(jī)運(yùn)行的任何時(shí)候均有二相同時(shí)通電，另一相停止。該電機(jī)有效材料的利用率只有70％，但是依靠?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)的磁路和總體結(jié)構(gòu)，包括控制系統(tǒng)上下臂部份采用N溝道場(chǎng)管，使電機(jī)的系統(tǒng)效率，要比現(xiàn)有技術(shù)的三相電機(jī)高8％，成本低20％，過(guò)載能力也比現(xiàn)有技術(shù)優(yōu)越。2000年曾以該三相電理做過(guò)輸出功率20KW的汽車(chē)車(chē)用電機(jī)的實(shí)驗(yàn)，和輸出功率180W電動(dòng)自行車(chē)電機(jī)的實(shí)驗(yàn)，均取得了較為滿(mǎn)意的結(jié)果。
與同有技術(shù)相比本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)，1、由于采用了本實(shí)用新型所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因而使得系統(tǒng)效率提高，并降低了成本。
2、由于繞組的節(jié)距等于齒距，減少了通電導(dǎo)線(xiàn)的無(wú)效部分，減少數(shù)派用銅量和銅損，因而減輕了重量，降低了成本。
3、由于控制系統(tǒng)有CPU電腦芯片AT89C2051，PIC16C72A和數(shù)字電路組成，既簡(jiǎn)化了線(xiàn)路，降低了成本，還可方便地設(shè)置各種實(shí)用功能。
權(quán)利要求1.一種永磁無(wú)刷電機(jī)，由定子(5)、轉(zhuǎn)子(3)和控制部份組成，其特征在于，電機(jī)外殼的內(nèi)徑面聯(lián)接弧形釹鐵硼磁鋼(6)，構(gòu)成轉(zhuǎn)子(3)，在轉(zhuǎn)子(3)的內(nèi)徑面和由矽鋼片組成的定子(5)之間是氣隙(7)，定子(5)通過(guò)固定軸套(8)直接和主軸(2)聯(lián)接，其間由平鍵定位，繞組(4)引出線(xiàn)(1)經(jīng)過(guò)主軸(2)引出電機(jī)外殼之外。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁無(wú)刷電機(jī)，其特征在于，定子(5)和固定軸套(8)之間的平鍵槽與主軸(2)的夾角≤3°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種永磁無(wú)刷電機(jī)，其特征在于定子(5)每個(gè)齒的中部均有形狀相同的減輕孔，并在定子(5)的外徑端面安裝有≤4個(gè)霍爾位置傳感器，用于輸出磁鋼(6)位置信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁無(wú)刷電機(jī)，其特征在于，定子繞組(4)均為整距繞組，繞組節(jié)距等于定子(5)鐵芯齒距。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁無(wú)刷電機(jī)其特征在于，電機(jī)外殼內(nèi)徑面的弧形磁鋼(6)是N塊或1/2N塊，其厚度為3～5毫米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁無(wú)刷電機(jī)，其特征在于磁鋼(6)的塊數(shù)和定子(5)的齒數(shù)比例是1/2 N∶N，電機(jī)繞組(4)的相位差為180°。
7.一種永磁無(wú)刷電機(jī)，由定子、轉(zhuǎn)子和控制部份組成，其特征在于，二相永磁無(wú)刷電機(jī)的磁鋼塊數(shù)和電機(jī)定子的齒數(shù)比例為N∶N-2，電機(jī)繞組的相位差為90°。
8.一種永磁無(wú)刷電機(jī)，由定子、轉(zhuǎn)子和控制部份組成，其特征在于，三相永磁場(chǎng)無(wú)刷電機(jī)的磁鋼塊數(shù)和電機(jī)定子的齒數(shù)比例為N∶N-2，并且定子齒數(shù)的1/3等于三相永磁無(wú)刷電機(jī)每相的總齒數(shù)。
專(zhuān)利摘要一種永磁無(wú)刷電機(jī),由定子、轉(zhuǎn)子和控制部分組成,電機(jī)外殼的內(nèi)徑面聯(lián)接磁鋼構(gòu)成轉(zhuǎn)子,在轉(zhuǎn)子的內(nèi)徑面和定子之間是氣體,定子通過(guò)固定軸套直接和主軸聯(lián)接,其間由平鍵定位,控制部分采用電腦芯片和數(shù)字電路。因而解決了系統(tǒng)效率低和成本高的問(wèn)題?？蓮V泛應(yīng)用于各種電動(dòng)車(chē)上,以及以?xún)?nèi)轉(zhuǎn)子形式工作的電機(jī)領(lǐng)域。具有效率高、成本低、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02K29/08GK2514544SQ0125242
公開(kāi)日2002年10月2日 申請(qǐng)日期2001年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月8日
發(fā)明者林統(tǒng)強(qiáng) 申請(qǐng)人:林統(tǒng)強(qiáng)