專利名稱：雙凸極磁阻輪轂電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電機(jī)，具體涉及一種應(yīng)用于電動(dòng)車輛的雙凸極磁阻輪轂電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
一般普通的開關(guān)磁阻電機(jī)，在結(jié)構(gòu)上，它采用雙凸極形式，即定子、轉(zhuǎn)子均為凸極式構(gòu)造；定子線圈采用集中式而不是分布式繞組；加在定子繞組上的電壓為不連續(xù)的矩形波而非連續(xù)的正弦波。轉(zhuǎn)子僅由硅鋼片疊壓而成，既無(wú)繞組也無(wú)永磁體，定子各極上繞有集中繞組。這種普通的開關(guān)磁阻電機(jī)具有的優(yōu)點(diǎn)很多1).普通開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)電刷及整流子，適用于高速(如10000RPM以上)，易做成水冷防爆結(jié)構(gòu)，基本上無(wú)須維護(hù)。
2).動(dòng)力性好，調(diào)速范圍大，具有串級(jí)電機(jī)的機(jī)械特性，可減少檔數(shù)，方便操作。
3).電機(jī)的起動(dòng)電流小(為額定值的30％)，對(duì)電瓶無(wú)沖擊，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大(為額定值的150％)，適合于重載起動(dòng)。
4).制動(dòng)轉(zhuǎn)矩可調(diào)，最大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩不小于電動(dòng)額定轉(zhuǎn)矩。
5).整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)均能保持高效率。
6).具有能量回饋功能，在下坡及剎車過程中將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，對(duì)電瓶充電。
7).普通開關(guān)磁阻電機(jī)具有多種自保護(hù)功能，可靠性高。功率電路簡(jiǎn)單可靠，成本較低，適合推廣。
8).可以根據(jù)車輛總體動(dòng)力要求實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)系統(tǒng)、功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)或混合調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
但上述普通開關(guān)磁阻電機(jī)也有以下缺點(diǎn)1).電機(jī)功率密度低2).轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大3).噪聲大4).需要大量的傳動(dòng)裝置才能將能量傳遞到車輪上，因而帶來了與其相匹配之產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的龐大。
而輪轂電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是制造工藝簡(jiǎn)單，使用方便，缺點(diǎn)是控制線路復(fù)雜，控制可靠性差，電機(jī)及控制系統(tǒng)成本高，能量轉(zhuǎn)換效率低下，不適合用于做大功率的電機(jī)，且粘貼在外殼上的永磁體容易脫落，需要數(shù)倍于額定工作電流的啟動(dòng)電流才能啟動(dòng)，不適合用來做汽車驅(qū)動(dòng)或任何需要頻繁啟動(dòng)的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有電機(jī)存在的上述缺陷和問題，提出了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)矩/電流比大、噪聲低、易于控制，兼具有普通開關(guān)磁阻電機(jī)和輪轂電機(jī)雙重特點(diǎn)之雙凸極磁阻輪轂電動(dòng)機(jī)。
本發(fā)明所提出的技術(shù)方案是一種雙凸極磁阻輪轂電動(dòng)機(jī)，包括相互聯(lián)接的機(jī)殼和端蓋構(gòu)成的殼體，所述殼體中心穿越有主軸，其兩端以軸承支撐于殼體上，殼體的內(nèi)部設(shè)有定子和轉(zhuǎn)子，其特征是所述的定子和轉(zhuǎn)子均為凸極式結(jié)構(gòu)，其中轉(zhuǎn)子為外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)；所述的定子上集中有繞組并鑲嵌4塊永磁材料；所述的轉(zhuǎn)子用矽鋼片或硅鋼片沖制疊壓而成；
所述定子設(shè)12N極、轉(zhuǎn)子設(shè)8N極，其中N＝1，2，......，且轉(zhuǎn)子極弧等于定子極弧，定子極弧是定子極距的II/12機(jī)械角；所述的殼體內(nèi)嵌有霍爾或光電兩種不同的位置傳感器；所述的永磁材料為稀土磁鋼。
本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，免維護(hù)，高效率，功率密度高，控制靈活、錯(cuò)容性好，調(diào)速性能好，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小，噪聲低，轉(zhuǎn)矩/電流比大的優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速特性。因它既有普通雙凸極磁阻電機(jī)的特征如定子、轉(zhuǎn)子均為凸極式結(jié)構(gòu)，又有普通輪轂電機(jī)的特征如定子和轉(zhuǎn)子為外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)即中間為定子外圈為轉(zhuǎn)子，所以它不但具有普通磁阻電機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)，而且力矩/電流比小啟動(dòng)時(shí)，只需要額定電流的15-30％即可獲得100-150％的額定力矩；效率高在很寬的速度范圍，其效率≥85％，最高效率高于90％；無(wú)啟動(dòng)死角定子和轉(zhuǎn)子為12/8極，即定子12極、轉(zhuǎn)子8極，且轉(zhuǎn)子極弧等于定子極弧，任意位置均可啟動(dòng)；噪聲低，力矩波紋小；定子極弧是定子極距的II/12機(jī)械角，保證了定轉(zhuǎn)子重疊角之和恒等于轉(zhuǎn)子極弧，與轉(zhuǎn)子位置無(wú)關(guān)，使得氣隙合成磁導(dǎo)為常數(shù)，故而無(wú)定位力矩；電流很方便地實(shí)現(xiàn)快速換向，由于引入了稀土永磁磁鋼(稱第二氣隙)，使得繞組電感減小，電流快速換向變得很容易；而外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)沒有減速機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)，車輛輪轂固定在電機(jī)外殼上，可以很方便地拆卸輪轂；易于控制電機(jī)內(nèi)的位置傳感器使得電機(jī)的控制更加靈活；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固外轉(zhuǎn)子無(wú)繞組，只是矽鋼片或硅鋼片沖制疊壓而成，內(nèi)定子上集中繞組和稀土磁鋼。


圖1是現(xiàn)有開關(guān)磁阻電機(jī)圖；圖2是現(xiàn)有輪轂電機(jī)圖；
圖3是本發(fā)明結(jié)構(gòu)剖視圖；圖4是本發(fā)明中的定子圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合本發(fā)明的附圖來具體說明。
圖1、圖2均為現(xiàn)有技術(shù)的范疇，其中圖1是現(xiàn)有開關(guān)磁阻電機(jī)圖，圖2是現(xiàn)有輪轂電機(jī)圖。在圖1中，外圈為定子2，定子2上有集中的繞組4，中間為轉(zhuǎn)子3，轉(zhuǎn)子3無(wú)繞組，定子2和轉(zhuǎn)子3均無(wú)永磁材料。圖1為為8/6極(定子八極、轉(zhuǎn)子六極)四相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)圖，在結(jié)構(gòu)上，它采用雙凸極形式，即定子、轉(zhuǎn)子均為凸極式構(gòu)造；定子線圈采用集中式而不是分布式繞組；加在定子繞組上的電壓為不連續(xù)的矩形波而非連續(xù)的正弦波。轉(zhuǎn)子僅由硅鋼片疊壓而成，既無(wú)繞組也無(wú)永磁體，定子各極上繞有集中繞組。而圖2中，中間部分作為定子2，定子2上有繞組4，無(wú)永磁體；外圈為轉(zhuǎn)子3，轉(zhuǎn)子3上貼有永磁體11，優(yōu)點(diǎn)是制造工藝簡(jiǎn)單，使用方便，缺點(diǎn)是控制線路復(fù)雜，控制可靠性差，電機(jī)及控制系統(tǒng)成本高，能量轉(zhuǎn)換效率低下，不適合用于做大功率的電機(jī)，且粘貼在外殼上的永磁體容易脫落，需要數(shù)倍于額定工作電流的啟動(dòng)電流才能啟動(dòng)，其特點(diǎn)不適合用來做汽車驅(qū)動(dòng)或任何需要頻繁啟動(dòng)的裝置。
圖3是本發(fā)明結(jié)構(gòu)實(shí)施例剖視圖，本實(shí)施例之電機(jī)主要用于電動(dòng)車上。如圖所示，相互固連的機(jī)殼1和端蓋7構(gòu)成了一個(gè)殼體，殼體內(nèi)定子3和轉(zhuǎn)子2，其中定子3和轉(zhuǎn)子2為外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)即中間為定子3外圈為轉(zhuǎn)子2，且定子3和轉(zhuǎn)子2均為凸極式結(jié)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)的中心軸孔內(nèi)設(shè)有兩端以軸承8支撐的主軸9，該主軸9穿越于殼體中心，支架6支撐著壓圈5，定子3上有集中繞組4并鑲嵌四塊稀土永磁，本實(shí)施例中稀土永磁材料為Na-Fe-B，轉(zhuǎn)子2則用矽鋼片或硅鋼片沖制疊壓而成，轉(zhuǎn)子無(wú)繞組，殼體內(nèi)嵌有霍爾傳感器10，霍爾傳感器10使得電機(jī)的控制更加靈活，霍爾傳感器10還可以為光電傳感器。圖4是本發(fā)明實(shí)施例之的定子3結(jié)構(gòu)示意圖，從圖中可以看到，四塊以Na-Fe-B為材料的永磁均勻鑲嵌分布在定子3內(nèi)部。
本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，免維護(hù)，高效率，功率密度高，控制靈活、錯(cuò)容性好，調(diào)速性能好，噪聲低，轉(zhuǎn)矩/電流比大的優(yōu)點(diǎn)?？蓪?shí)現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速特性。
本發(fā)明針對(duì)電動(dòng)車運(yùn)行特點(diǎn)，設(shè)計(jì)成外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，為了在任何位置啟動(dòng)，降低力矩波動(dòng)和電磁噪聲，提高功率密度，設(shè)計(jì)成12N/8N極，其中N＝1，2，....。本發(fā)明實(shí)施例附圖之N＝1，且令定子3極弧是定子3極距的π/12機(jī)械角，保證定、轉(zhuǎn)子重疊角之和恒等于轉(zhuǎn)子2極弧，而與轉(zhuǎn)子2位置無(wú)關(guān)。因此，沒有定位力矩。
為了車輛在高速行駛時(shí)穩(wěn)定安全，故電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮足夠機(jī)械強(qiáng)度和自重，提高抓地能力。
本電機(jī)可在基速以下，采用電流斬波控制(CCC) 實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行，基速以上采用多角度位置控制(APC)實(shí)現(xiàn)恒功率運(yùn)行。
通過改變控制電流波形，得到靈活的控制策略。
低速時(shí)，因反電勢(shì)和電抗很小，電流上升很快，常對(duì)電流進(jìn)行斬波限幅，以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行，此時(shí)，可以固定控制角，通過改變電流限值來控制轉(zhuǎn)矩，高速時(shí)，由于繞組電抗和永磁感應(yīng)電勢(shì)均較大，可將電流參數(shù)值設(shè)定在一個(gè)恒定值，而通過改變導(dǎo)通角來控制轉(zhuǎn)矩。
當(dāng)給電機(jī)通以電流，隨著轉(zhuǎn)子位置的不同，定子繞組電感發(fā)生變化而產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩分量，電感上升區(qū)產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩為正，下降區(qū)為負(fù)，所以各項(xiàng)磁阻轉(zhuǎn)矩在一個(gè)電感周期的平均值為零；由于本電機(jī)的磁阻轉(zhuǎn)矩在一個(gè)通電周期的平均值為零，因此電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩主要由永磁轉(zhuǎn)矩提供，轉(zhuǎn)矩的大小可以通過控制相電流的大小或?qū)▍^(qū)間寬度來實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，免維護(hù)，高效率，功率密度高，控制靈活、錯(cuò)容性好，調(diào)速性能好，轉(zhuǎn)矩/電流比大的優(yōu)點(diǎn)。可實(shí)現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速特性。因它既有普通雙凸極磁阻電機(jī)的特征如定子、轉(zhuǎn)子均為凸極式結(jié)構(gòu)，又有普通輪轂電機(jī)的特征如定子和轉(zhuǎn)子為外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)即中間為定子外圈為轉(zhuǎn)子，所以它不但具有普通磁阻電機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)，而且還具有以下特有優(yōu)點(diǎn)1、力矩/電流比小啟動(dòng)時(shí)，只需要額定電流的15-30％即可獲得100-150％的額定力矩；2、效率高在很寬的速度范圍，其效率≥85％，最高效率高于90％；3、無(wú)啟動(dòng)死角定子和轉(zhuǎn)子為12/8極，即定子12極、轉(zhuǎn)子8極，且轉(zhuǎn)子極弧等于定極弧，任意位置均可啟動(dòng)；4、噪聲低，力矩波紋??；5、定子極弧是定子極距的II/12機(jī)械角，保證了定轉(zhuǎn)子重疊角之和恒等于轉(zhuǎn)子極弧，與轉(zhuǎn)子位置無(wú)關(guān)，使得氣隙合成磁導(dǎo)為常數(shù)，故爾無(wú)定位力矩；6、電流很方便地實(shí)現(xiàn)快速換向，由于引入了稀土永磁磁鋼(稱第二氣隙)，使得繞組電感減小，電流快速換向變得很容易；7、而外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)沒有減速機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)，轎車輪轂固定在電機(jī)外殼上，可以很方便地拆卸輪轂；8、易于控制電機(jī)內(nèi)的位置傳感器使得電機(jī)的控制更加靈活；9、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固外轉(zhuǎn)子無(wú)繞組，只是矽鋼片或硅鋼片沖制疊壓而成，內(nèi)定子上集中繞組和稀土磁鋼。
權(quán)利要求
1.一種雙凸極磁阻輪轂電動(dòng)機(jī)，包括相互固連的機(jī)殼和端蓋構(gòu)成的殼體，殼體內(nèi)部有定子和轉(zhuǎn)子，電動(dòng)機(jī)的中心軸孔內(nèi)設(shè)有兩端以軸承支撐的主軸，其特征是所述的定子和轉(zhuǎn)子均為凸極式結(jié)構(gòu)，其中轉(zhuǎn)子為外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙凸極磁阻輪轂電動(dòng)機(jī)，其特征是所述的定子有集中繞組并鑲嵌4塊永磁材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙凸極磁阻輪轂電動(dòng)機(jī)，其特征是所述的轉(zhuǎn)子用矽鋼片或硅鋼片疊壓而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙凸極磁阻輪轂電動(dòng)機(jī)，其特征是所述定子設(shè)12N極、轉(zhuǎn)子設(shè)8N極，其中N＝1，2，......，且轉(zhuǎn)子極弧等于定子極弧，定子極弧是定子極距的∏/12機(jī)械角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙凸極磁阻輪轂電動(dòng)機(jī)，其特征是所述的殼體內(nèi)嵌有位置傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙凸極磁阻輪轂電動(dòng)機(jī)，其特征是所述的永磁材料為稀土磁鋼。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種雙凸極磁阻輪轂電動(dòng)機(jī)，其特征是所述的位置傳感器為霍爾傳感器或光電傳感器。
全文摘要
本發(fā)明為一種雙凸極磁阻輪轂電動(dòng)機(jī)，包括相互聯(lián)接的機(jī)殼和端蓋構(gòu)成的殼體，所述殼體中心穿越有主軸，其兩端以軸承支撐于殼體上，殼體的內(nèi)部設(shè)有定子和轉(zhuǎn)子，其特征是所述的定子和轉(zhuǎn)子均為凸極式結(jié)構(gòu)，其中轉(zhuǎn)子為外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)；定子上集中有繞組并鑲嵌4塊永磁材料；轉(zhuǎn)子用矽鋼片或硅鋼片沖制疊壓而成；定子設(shè)12N極、轉(zhuǎn)子設(shè)8N極，且轉(zhuǎn)子極弧等于定子極弧，定子極弧是定子極距的∏/12機(jī)械角；殼體內(nèi)嵌有位置傳感器；永磁材料為稀土磁鋼。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，免維護(hù)，高效率，功率密度高，控制靈活、錯(cuò)容性好，調(diào)速性能好，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小，噪聲低，轉(zhuǎn)矩/電流比大的優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速特性。
文檔編號(hào)H02K1/24GK1753289SQ20051010082
公開日2006年3月29日 申請(qǐng)日期2005年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月2日
發(fā)明者張大鵬 申請(qǐng)人:張大鵬