[发明专利]离散切线开关式电机轮

说明书

技术领域

本发明涉及一种开关磁阻电机，具体的说是一种适合应用在电动自行车等交通工具技术领域的开放式离散切线开关式电机轮。

背景技术

目前电动自行车所用的电机，基本上全采用电动轮毂式或圆盘型电机，电机一般为永磁体励磁，多采用稀土钕铁硼一类的高磁能永磁材料，这些电机细分来有两大类五个品种：有刷电机和无刷电机，五个品种是有刷电机有齿轮传动和无齿轮传动，无刷电机有传感器、无传感器和盘形电枢齿轮减速无刷电机。

目前的电动自行厂家采用最多是有刷有齿轮电机，由于它是高速电机，必须采取减速措施，制造厂采用两级齿轮减速，这带来了两个问题，一是噪音高，二是效率损失大，经减速后的电机额定效率往往只能在68-75％。最新的无刷无齿电机，由于电机设计控制中的改进，无须再用齿轮减速，避免了齿轮传动中的效率损失，使效率可达80％以上。但是上述电机普遍存在的不足是扭矩小、载重负荷小、滑行和爬坡能力差，电机高低速变化时效率不匀称，由于永磁材料对居里温度有要求，因而还存在电机散热性差，材料制造成本较高等问题。以上采用的轮毂式或盘型电动车电机在结构设计上全部采用密闭结构设计，由于电机的功率和体积基本上成正比。即有扭矩＝垂直方向的力乘上与旋转中心的距离，由公式可知，要继续增加扭矩改善电动车的性能，由于电机受到电动车轮厚度空间的限制，电机转子定子的直径和轴长以及重量还有制造成本灯因素的影响，很难再做到更好。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种结构简单、散热效果好、发电和驱动兼用、低噪音、电能效率高的离散切线定子电机轮。

本发明的离散切线开关式电机轮，其结构是由定子、转子组成，定子是由定子壳体、定子绕组、控制电路和电池组组成，定子绕组采用E型铁心开口相对设置在定子壳体的下部，转子轮圈位于铁心开口之间，定子绕组的下方还设置有转子检测传感器，控制电路和电池组设置在定子壳体的外部，转子是由转子轮圈、转子磁极部件组和轮毂组成，转子轮圈为轮圈状，其转子磁极部件采用开放式的电机轮式结构设置在圆盘轮圈的周边。

为了实现所述目的，具体采用了下述技术方案：通过改变传统开关磁阻电机的结构，利用开关磁阻电机的技术优点和工作方式，结合电动自行车轮的结构，对传统密封闭结构开关磁阻电机的定子和转子进行开放性结构设计。具体的讲，定子部件可在车架轮圈外任何合适的位置固定如图1、2、3所示，定子部件内部左右对称安装有三组E字形状的电磁铁，中间留有转子移动的间隙。转子部件是由车轮轴套、轮毂、车辐条、铝制轮圈或内侧外加铝制圆盘上均匀分布垂直车轴固定的硅刚片叠组构成。硅刚片叠组呈离散切线形式镶嵌在轮圈的周边上。这种结构镶嵌有硅刚片叠组的轮子就是电机的转子部件，轮子是电机的一部分同时也是车辆的一部分。电机的定子对转子的驱动，是利用开关磁阻电机的工作原理使电机转子轮圈在其切线方向上高速运动。电机轮的剖面结构如图2所示，该结构在与传统的开关磁阻电机定子线圈绕组极数相同的情况下，改变了开关磁阻电机转子的力臂长度，增加了N倍多的硅钢片叠组转子部件。该结构设计电机轮的定、转子相对极数可有多种不同的搭配：在电磁绕组控制参数不变的情况下，当定子绕组相数多，而且安装密集时，转子部件也要安装密集，则车轮扭矩大，转动步距角小，有利于减少转矩脉动，车轮转速变慢。当定子绕组相数少，而且安装松散时，转子部件也要跟着安装的松散，则车轮扭矩小，车轮转动步距角大，转矩脉动大，车轮转速快。该结构如果需要继续增加电机轮的输出功率，还可以在车轮圆的切线上随意增加定子组来实现。

本发明的有益效果是：该结构根据杠杆原理，由扭矩＝垂直方向的力乘上与旋转中心的距离可知，放大电机定子的力臂半径可增加电动自行车扭矩，这种结构虽然增加了N倍多的转子部件但增大了车轮的扭矩，同时也带来了驱动速度N倍的减慢，这样一来可很好的控制了电动车的车速，满足了电动车电机，在最佳额定转速时无须再用齿轮对电动车减速。对于电动车限速20KM/H标准来说，通过计算设计电机轮的定转子部件疏密程度灵活搭配，很容易实现高效额定输出功率和对车速的控制。

本发明开关磁阻电机的优点是，是一种能量可相互转换的高速电机，即驱动和发电兼用，它可在宽广转速和功率范围内都具有高输出和高效率85％以上，而且有很好的容错能力，它结构非常简单，可控参数多，起动电流小扭矩大，它兼有异步电动机变频调速和直流电动机调速宽的优点，开关磁阻电机已在航天飞机中得到应用。由于它比其它各类电机具有更多的优点，因而应用在电动车技术领域，也应该是一种极具潜力的驱动方式。

附图说明