CN2514544Y - 永磁无刷电机 - Google Patents

Abstract

一种永磁无刷电机,由定子、转子和控制部分组成,电机外壳的内径面联接磁钢构成转子,在转子的内径面和定子之间是气体,定子通过固定轴套直接和主轴联接,其间由平键定位,控制部分采用电脑芯片和数字电路。因而解决了系统效率低和成本高的问题。可广泛应用于各种电动车上,以及以内转子形式工作的电机领域。具有效率高、成本低、性能稳定等特点。

Description

永磁无刷电机

本实用新型涉及一种高效率低成本的永磁无刷电机，包括单相电机，二相电机，三相电机三种形式，用于驱动各种电动车辆，以及以内转子形式工作及其他领域。

现有的电动自选车分别采用有刷电机和无刷电机二种，电机和控制系统的系统效率在72～74％之间。本实用新型的前有技术，专利号为97229314.0公开的电动摩托车，其电机机控制系统于1998年经国家中小型电机质量监督中心检测，系统效率为83％，堵转力矩为76Nm，装上车后已行驶1.5万公里，至今仍在正常运行。该车一次充电行程68公里，车速32公里/小时，爬坡能力9°。其电机由定子、转子和控制部份组成，电机的外壳通过辐条或螺栓与车轮同步运转，控制部分包括由N沟道场管构成的桥式驱动电路以及霍尔位置传感器等组成的模拟控制电路。其存在的不足之处在于，一是系统效率还可进一步提高，以及降低生产成本和重量，二是功能简单，三是控制系统为模拟控制电路。

本实用新型其目的就在于提供一种永磁无刷电机，具有高效率、低成本，并减轻重量，增加功能，使电动车更趋实用化，同时实现数字控制。

实现上述目的而采取的技术方案包括，由定、转子和控制部分组成，电机外壳的内径面联接弧形钕铁硼磁钢，构成转子，在转子的内径面和由矽钢片组成的定子之间是气隙，定子通过固定轴套直接和主轴联接，其间由平键定位，绕组引出线经过主轴引出电机外壳之外。

下面结合附图对本实用新型作进一步详述，

图1为本装置结构示意图；

图2为本装置控制系统原理框图；

图3为二相永磁无刷电机控制系统原理框图；

图4为三相永磁无刷电机控制系统原理框图。

本实用新型是在前有技术(专利号为97229314.0)的基础上，为进一步提高系统效率和降低生产成本及重量，并增加功能，使电动车更趋实用化，并使其同时能适用于其它领域而设计的。

实施例一：

如图1所示，由定子5、转子3和控制部份组成，电机外壳的内径面联接弧形钕铁硼磁钢6，构成转子3，在转子3的内径面和由矽钢片组成的定子5之间是气隙7，定子5通过固定轴套8直接和主轴2联接，其间由平键定位，绕组4引出线1经过主轴2引出电机外壳之外。定子5和固定轴套8之间的平键槽与主轴2的夹角≤3°。定子5每个齿的中部均有形状相同的减轻孔，并在定子5的外径端面安装有≤4个霍尔位置传感器，用于输出磁钢6位置信号。定子绕组4均为整距绕组，绕组节距等于定子5铁芯齿距。电机外壳内径面的弧形磁钢6是N块或1/2N块，其厚度为3～5毫米。磁钢6的块数和定子5的齿数比例是1/2N∶N，电机绕组4的相位差为180°。控制系统包括与译码电路联接的推动电路，推动电路和桥式驱动电路相联，桥式驱动电路和永磁无刷电机相联接，CPU电脑芯片采用AT89C2051，全桥驱动电路的上下臂均为N沟道场管。

定子5是由主轴2通过固定轴套8和矽钢片连成一个整体，主轴2和固定轴套8之间及固定轴套8和矽钢片之间均由平键来定位。在由矽钢片组成的定子铁芯的圆周上均匀地分布有极齿，每个极齿的弧长及形状均相等，并且极齿的总数成偶数。在极齿的中心位置，可以有形状相同的减轻孔，目的是在不影响过载能力的情况下，尽量减少电机重量。图1中电机主轴二端和车架联接处是平面，电机定子5和转子3的径向之间是气隙7，在电机通电运行时定子5不动，是转子3也就是电机外壳作为轮毂本身在旋转，在它的外径端面串以幅条或用螺栓和车轮联接并同步运行，在转子3的内径面是用环氧树脂粘贴上的钕铁硼弧形磁钢6，其厚度为3～5毫米。

定子铁芯由定子极齿组成，极齿的总数为偶数，各极齿沿定子铁芯圆周均匀分布，转子内径面均匀分布的磁钢片数和定子极齿的比例是N∶N或N/2∶N。

图2为控制系统框图，该电机工作时电机绕组的相位差是180°，它有三个工作状态：正向通电、反向通电、停止。为此，只要在定子极齿的径向端面安装二个霍尔位置传感器，并和图2的译码电路联接，通过CPU电脑芯的综合处理后推动电路推动全桥驱动电机运行。

该电机整体设计上最为简洁，但有力距脉动和死点的缺点，该类电机只能用在电动自行车上，并通过CPU电脑芯片设置车速在≥3公里/小时时，全桥驱动电路才能正常工作，既避免了电动自行车启动时十几安培的启动电流对蓄电池的冲击，又能相对延长电动自行车的行程和延长蓄电池的使用寿命，缺点转化成了优点。该电机在2000年3月一次电动车整车试验中曾以108W的输入功率，即电压36V电流3A，在普通二级公路上以27km/h的速度行驶。

实施例二：

由定子、转子和控制部份组成，二相永磁无刷电机的磁钢块数和电机定子的齿数比例为N∶N-2，电机绕组的相位差为90°。

二相电机的定子铁芯由AB二相定子极齿组成，每相极齿的总数为偶数，每相的极齿分为二相并处在和铁芯中心同一连线的二端，每组极齿的数量也相等，并且二连线相交90°，每组极齿之间间隔1/2极齿弧长。本实施例二相电机转子内径面均匀分布的弧形磁钢的块数和由矽钢片组成的定子极齿的比例为N∶N-2或N/2∶N-2。

图3是本实施例二相电机的控制系统原理框图，该电机运行时，A、B二相绕组电压的相位差是90°，A、B二相绕组各自独立工作，为此，在定子铁芯的A相和B相的矽钢片极齿的径向端面位置各放置2个霍尔位置传感器，通过图3的译码电路在其它条件满足CPU允许其工作时通过推动电路，控制二个全桥，并且上下二臂均为N沟道场管，所以这种形式的电机的过载能力相当大，能长时间过载5倍额定负载电流。所以特别适用于电动国自行车、电动摩托车和电动汽车，它有相当大的爬坡能力和加速度，可满足一般用户的使用要求。同时二个全桥上下二臂均为N沟道场管能显著减少控制系统的功耗。

实施例三：

由定子、转子和控制部份组成，三相永磁场无刷电机的磁钢块数和电机定子的齿数比例为N∶N-2，并且定子齿数的1/3等于三相永磁无刷电机每相的总齿数。

三相电机的定子铁芯由ABC三相定子铁芯极齿组成，三相极齿沿定子圆周独立分布，每相极齿的总数为偶数，每相的极齿分为二组，并处于和铁芯中心同一连线的二端，每组的极齿也相等，并且三连线相交60°。每组极齿之间间隔1/3极齿弧长。本实施例转子内径面均匀分布的弧形磁钢的块数和矽钢片组成的定子极齿的比例为N∶N-2或N/2∶N-2。

图4是本实施例三相电机的控制系统原理框图，该电机运行时，ABC三相之间的电压相位差是120°，ABC三个绕组按Y形联接，三个绕组的其中一端共接，另一端接在图4三个半桥的中点，该三相电机只要在矽钢片极齿的径向端面设置三个霍尔位置传感器，就能通过图4的译码器区分出6个工作状态的信号来，当其它条件满足，CPU允许工作时，通过图4的推动电路，分别控制三个半桥驱动电机运行。

与前二例不同的是，由于该三相片机绕组信号总是由二相信号迭加的，所以在电机运行的任何时候均有二相同时通电，另一相停止。该电机有效材料的利用率只有70％，但是依靠优化设计的磁路和总体结构，包括控制系统上下臂部份采用N沟道场管，使电机的系统效率，要比现有技术的三相电机高8％，成本低20％，过载能力也比现有技术优越。2000年曾以该三相电理做过输出功率20KW的汽车车用电机的实验，和输出功率180W电动自行车电机的实验，均取得了较为满意的结果。

与同有技术相比本实用新型具有以下优点，

1、由于采用了本实用新型所述的结构设计，因而使得系统效率提高，并降低了成本。

2、由于绕组的节距等于齿距，减少了通电导线的无效部分，减少数派用铜量和铜损，因而减轻了重量，降低了成本。

3、由于控制系统有CPU电脑芯片AT89C2051，PIC16C72A和数字电路组成，既简化了线路，降低了成本，还可方便地设置各种实用功能。

Claims (8)

1、一种永磁无刷电机，由定子(5)、转子(3)和控制部份组成，其特征在于，电机外壳的内径面联接弧形钕铁硼磁钢(6)，构成转子(3)，在转子(3)的内径面和由矽钢片组成的定子(5)之间是气隙(7)，定子(5)通过固定轴套(8)直接和主轴(2)联接，其间由平键定位，绕组(4)引出线(1)经过主轴(2)引出电机外壳之外。

2、根据权利要求1所述的一种永磁无刷电机，其特征在于，定子(5)和固定轴套(8)之间的平键槽与主轴(2)的夹角≤3°。

3、根据权利要求1或2所述的一种永磁无刷电机，其特征在于定子(5)每个齿的中部均有形状相同的减轻孔，并在定子(5)的外径端面安装有≤4个霍尔位置传感器，用于输出磁钢(6)位置信号。

4、根据权利要求1所述的一种永磁无刷电机，其特征在于，定子绕组(4)均为整距绕组，绕组节距等于定子(5)铁芯齿距。

5、根据权利要求1所述的一种永磁无刷电机其特征在于，电机外壳内径面的弧形磁钢(6)是N块或1/2N块，其厚度为3～5毫米。

6、根据权利要求1所述的一种永磁无刷电机，其特征在于磁钢(6)的块数和定子(5)的齿数比例是1/2 N∶N，电机绕组(4)的相位差为180°。

7、一种永磁无刷电机，由定子、转子和控制部份组成，其特征在于，二相永磁无刷电机的磁钢块数和电机定子的齿数比例为N∶N-2，电机绕组的相位差为90°。

8、一种永磁无刷电机，由定子、转子和控制部份组成，其特征在于，三相永磁场无刷电机的磁钢块数和电机定子的齿数比例为N∶N-2，并且定子齿数的1/3等于三相永磁无刷电机每相的总齿数。

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