專利名稱：離散切線開關式電機輪的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種開關磁阻電機，具體的說是一種適合應用在電動自行車等交通工具技術領域的開放式離散切線開關式電機輪。
背景技術：
目前電動自行車所用的電機，基本上全采用電動輪轂式或圓盤型電機，電機一般為永磁體勵磁，多采用稀土釹鐵硼一類的高磁能永磁材料，這些電機細分來有兩大類五個品種有刷電機和無刷電機，五個品種是有刷電機有齒輪傳動和無齒輪傳動，無刷電機有傳感器、無傳感器和盤形電樞齒輪減速無刷電機。
目前的電動自行廠家采用最多是有刷有齒輪電機，由于它是高速電機，必須采取減速措施，制造廠采用兩級齒輪減速，這帶來了兩個問題，一是噪音高，二是效率損失大，經減速后的電機額定效率往往只能在68-75％。最新的無刷無齒電機，由于電機設計控制中的改進，無須再用齒輪減速，避免了齒輪傳動中的效率損失，使效率可達80％以上。但是上述電機普遍存在的不足是扭矩小、載重負荷小、滑行和爬坡能力差，電機高低速變化時效率不勻稱，由于永磁材料對居里溫度有要求，因而還存在電機散熱性差，材料制造成本較高等問題。以上采用的輪轂式或盤型電動車電機在結構設計上全部采用密閉結構設計，由于電機的功率和體積基本上成正比。即有扭矩＝垂直方向的力乘上與旋轉中心的距離，由公式可知，要繼續增加扭矩改善電動車的性能，由于電機受到電動車輪厚度空間的限制，電機轉子定子的直徑和軸長以及重量還有制造成本燈因素的影響，很難再做到更好。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種結構簡單、散熱效果好、發電和驅動兼用、低噪音、電能效率高的離散切線定子電機輪。
本發明的離散切線開關式電機輪，其結構是由定子、轉子組成，定子是由定子殼體、定子繞組、控制電路和電池組組成，定子繞組采用E型鐵心開口相對設置在定子殼體的下部，轉子輪圈位于鐵心開口之間，定子繞組的下方還設置有轉子檢測傳感器，控制電路和電池組設置在定子殼體的外部，轉子是由轉子輪圈、轉子磁極部件組和輪轂組成，轉子輪圈為輪圈狀，其轉子磁極部件采用開放式的電機輪式結構設置在圓盤輪圈的周邊。
為了實現所述目的，具體采用了下述技術方案通過改變傳統開關磁阻電機的結構，利用開關磁阻電機的技術優點和工作方式，結合電動自行車輪的結構，對傳統密封閉結構開關磁阻電機的定子和轉子進行開放性結構設計。具體的講，定子部件可在車架輪圈外任何合適的位置固定如圖1、2、3所示，定子部件內部左右對稱安裝有三組E字形狀的電磁鐵，中間留有轉子移動的間隙。轉子部件是由車輪軸套、輪轂、車輻條、鋁制輪圈或內側外加鋁制圓盤上均勻分布垂直車軸固定的硅剛片疊組構成。硅剛片疊組呈離散切線形式鑲嵌在輪圈的周邊上。這種結構鑲嵌有硅剛片疊組的輪子就是電機的轉子部件，輪子是電機的一部分同時也是車輛的一部分。電機的定子對轉子的驅動，是利用開關磁阻電機的工作原理使電機轉子輪圈在其切線方向上高速運動。電機輪的剖面結構如圖2所示，該結構在與傳統的開關磁阻電機定子線圈繞組極數相同的情況下，改變了開關磁阻電機轉子的力臂長度，增加了N倍多的硅鋼片疊組轉子部件。該結構設計電機輪的定、轉子相對極數可有多種不同的搭配在電磁繞組控制參數不變的情況下，當定子繞組相數多，而且安裝密集時，轉子部件也要安裝密集，則車輪扭矩大，轉動步距角小，有利于減少轉矩脈動，車輪轉速變慢。當定子繞組相數少，而且安裝松散時，轉子部件也要跟著安裝的松散，則車輪扭矩小，車輪轉動步距角大，轉矩脈動大，車輪轉速快。該結構如果需要繼續增加電機輪的輸出功率，還可以在車輪圓的切線上隨意增加定子組來實現。
本發明的有益效果是該結構根據杠桿原理，由扭矩＝垂直方向的力乘上與旋轉中心的距離可知，放大電機定子的力臂半徑可增加電動自行車扭矩，這種結構雖然增加了N倍多的轉子部件但增大了車輪的扭矩，同時也帶來了驅動速度N倍的減慢，這樣一來可很好的控制了電動車的車速，滿足了電動車電機，在最佳額定轉速時無須再用齒輪對電動車減速。對于電動車限速20KM/H標準來說，通過計算設計電機輪的定轉子部件疏密程度靈活搭配，很容易實現高效額定輸出功率和對車速的控制。
本發明開關磁阻電機的優點是，是一種能量可相互轉換的高速電機，即驅動和發電兼用，它可在寬廣轉速和功率范圍內都具有高輸出和高效率85％以上，而且有很好的容錯能力，它結構非常簡單，可控參數多，起動電流小扭矩大，它兼有異步電動機變頻調速和直流電動機調速寬的優點，開關磁阻電機已在航天飛機中得到應用。由于它比其它各類電機具有更多的優點，因而應用在電動車技術領域，也應該是一種極具潛力的驅動方式。


圖1是離散切線定子電機輪的主視結構示意圖；圖2是圖2的A-A向斷面結構圖；
圖3是離散切線定子電機輪電動車的整車結構示意圖；圖4電機輪定子E字形電磁繞組原理結構圖；圖5離散切線定子電機輪工作原理示意圖。
主要部件附圖標記說明電池組1；控制電路2；定子固定件3；定子殼體4；定子繞組5；轉子檢測傳感器6；轉子磁極部件7；轉子輪圈8。
實施方式參照說明書附圖對本發明的離散切線定子電機輪做以下詳細的說明。
如附圖1-5所示，本發明的離散切線定子電機輪，其定子是由定子殼體4、定子繞組5、控制電路2和電池組1組成，定子繞組5采用E型鐵心開口相對設置在定子殼體4的下部，轉子輪圈8位于鐵心開口之間，定子繞組5的下方還設置有轉子檢測傳感器6，控制電路2和電池組1設置在定子殼體4的外部，轉子是由轉子輪圈8、轉子磁極部件7組成，轉子輪圈8為輪圈狀，其轉子磁極部件7采用開放式結構設置在轉子輪圈8周邊。
定子繞組5呈切線形式離散分布在轉子輪圈8磁極部件7的兩側或單側。
每個殼體中的定子繞組5至少有三組。
轉子輪圈在離散的定子磁場內呈切線方向轉動，且轉子與定子的作用磁場與輪圈平面垂直。
轉子磁極部件7與定子的磁極形狀相對應。
轉子磁極部件7是由硅鋼片疊組或軟磁鋼合金制成。
定子殼體4上設置有定子固定件3，定子殼體4通過定子固定件3與車體固定連接。
本發明的電機輪，其工作原理如圖5所示，控制器根據位置檢測器檢測到的電機輪定轉子間相對位置信息，結合控制器給定的運行命令(電動或發電、正轉或反轉)，導通分別串聯的離散切線開關式電機輪、B、C三相繞組對應的定子主開關元件。對應相繞組中有電流流過，產生磁場；由于磁場總是趨于“磁阻最小”而產生的磁阻性電磁扭矩使轉子移向“極對極”位置。當轉子移到被吸引的轉子磁極與定子激磁相相重合(平衡位置)時，電磁扭矩消失。此時控制器根據新的位置信息，在定轉子即將達到平衡位置時，控制器向功率變換器發出命令，關斷當前相的主開關元件，而導通下一相，則轉子又會向下一個平衡位置移動；這樣，控制器根據相應的位置信息按一定的控制邏輯連續地導通和關斷相應的相繞組的主開關，就可產生連續的同轉向的電磁轉矩，使轉子在一定的轉速下連續運行；再根據一定的控制策略控制各相繞組的通、斷時刻以及繞組電流的大小，就可使系統在最佳狀態下運行。電機輪的發電工作原理詳見有關開關磁阻電機原理，在這里不做詳細介紹。
本發明的離散切線定子電機輪，根據開關磁阻電機原理，可通過電路控制實現能量回收在電動車行駛過程中下坡滑行、減速剎車時、對開關磁阻電機定子離散切線開關式電機輪、B、C線圈進行小電流激磁，可利用開關磁電機的阻轉轉矩性質來吸收慣行能量進行發電。另外，電動車在雨雪天行使時，利用對開關磁阻電機定子離散切線開關式電機輪A、B、C線圈進行間歇大電流激磁，可利用開關磁電機的阻轉轉矩性質大電流發電吸收機械能，間歇阻止車前行可起到一定程度的離散切線開關式電機輪ABS防滑軟剎車作用。
本發明離散切線定子電機輪，對傳統結構的開關磁阻電機進行開放式結構設計來驅動電動車，它完全繼承傳統開關磁阻電機的技術優點，并在電動扭矩這一項比通常結構的開關磁阻電機具有更進一部的改進，極大的增強了電動車的起步和爬坡能力。在電動車常速行進中，可使開關磁阻電機輪工作在恒轉速區和恒功率區，提高了效率，同時該電機輪是無永久磁鐵勵磁工作，在電動車滑行時定子轉子之間沒有久磁吸力干擾，電動車滑行能力比傳統的輪轂式電機強，節省了慣性勢能損耗，在電動車行駛過程中下坡滑行、減速軟剎車時，可通過電路控制實現能量回收，增強了電動車的續行能力。由于電機輪設計的是無刷工作壽命長，它的結構設計比傳統電機更簡單，便于維護。該電動輪的輪轂處沒有空間結構設計限制，可保持原有的人力騎行變速器結構設計。制造成本低，在制造上可充分利用現有制造工藝技術與材料。
由于電機采用了開放性結構設計，減少漏磁通、縮小定子與轉子間隙、對提升整體性能很重要，加工電機輪圈時對電動車輪的輪圈、輪轂結構設計制造比一般的自行車設計要求要高，輪轂和車圈之間最好不采用輻條結構，而采用輕質鋁材輪轂和車圈整體結構設計為好。
以上所述電機輪的定子和轉子部件形狀結構，可根據實際車輪直徑的大小，轉子的內側和外側步距轉角會不同，可根據實際情況靈活的設計為矩形、扇形、梯形或者圓形等。
另外，電機輪的定子和轉子部件材料的選用及加工，定子部件電磁鐵芯可采用普通的變壓器E字形硅鋼片疊組。轉子部件除可用普通硅鋼疊片組嵌入鋁圈槽內而成外，還可以采用軟磁合金板在機床上按照該電機輪的定子結構一次沖壓或者車削而成。
控制電路為通用磁阻電機控制電路，電池組選用通用電動車電池組。定子和轉子按說明書附圖所示加工制作。
權利要求
1.離散切線開關式電機輪，其特征在于，定子是由定子殼體、定子繞組、控制電路和電池組組成，定子繞組采用E型鐵心開口相對設置在定子殼體的下部，轉子輪圈位于鐵心開口之間，定子繞組的下方還設置有轉子檢測傳感器，控制電路和電池組設置在定子殼體的外部，轉子是由轉子輪圈、轉子磁極部件組和輪轂組成，轉子輪圈為輪圈狀，其轉子磁極部件開放式設置在轉子輪圈周邊的開孔之中。
2.根據權利要求1所述的離散切線開關式電機輪，其特征在于定子繞組呈切線形式離散分布在轉子輪圈磁極部件的兩側或單側。
3.根據權利要求2所述的離散切線開關式電機輪，其特征在于定子繞組至少有三組。
4.根據權利要求1所述的離散切線開關式電機輪，其特征在于轉子輪圈在離散的定子內呈切線方向轉動，且轉子與定子的作用磁場與輪圈平面垂直。
5.根據權利要求1所述的離散切線開關式電機輪，其特征在于轉子磁極部件與定子的磁極形狀相對應。
6.根據權利要求1所述的離散切線開關式電機輪，其特征在于轉子磁極部件是由硅鋼片疊組或軟磁鋼合金制成。
7.根據權利要求1所述的離散切線開關式電機輪，其特征在于定子殼體的上設置有定子固定件，定子殼體通過定子固定件與車體固定連接。
全文摘要
本發明提供一種離散切線開關式電機輪。其結構是定子是由定子殼體、定子繞組、控制電路和電池組組成，定子繞組采用E型鐵心開口相對設置在定子殼體的下部，轉子輪圈位于鐵心開口之間，定子繞組的下方還設置有轉子檢測傳感器，控制電路和電池組設置在定子殼體的外部，轉子是由輪圈、轉子磁極部件組和輪轂組成，轉子為圓盤輪圈狀，其轉子磁極部件采用開放式的電機輪式結構設置在圓盤輪圈周邊的開孔之中。該離散切線開關式電機輪采用開放式的開關磁阻電機輪式結構設計，其定子呈切線離散分布在輪圈轉子磁場的兩側，和現有技術相比，具有設計合理、結構簡單、扭矩大、易起動、易散熱、易維護、節省電能、使用方便等特點，因而，具有很好的推廣使用價值。
文檔編號H02P6/00GK101056033SQ200710013760
公開日2007年10月17日 申請日期2007年3月7日 優先權日2007年3月7日
發明者何述寶, 何圓圓, 孫冬青, 何有為, 何錚, 鄧雪軍 申請人:何述寶