6/8极开关磁阻电单车中置电机论文和设计-樊尘

全文摘要

本实用新型公开了一种6\/8极开关磁阻电单车中置电机，包括依次相连的电机、变速齿轮组和链轮，电机包括电机本体及位置检测系统，电机本体包括初级齿轮轴、转子、定子、以及电机壳体，定子包括定子铁芯及定子线圈，定子铁芯包括定子本体及六个定子磁极，转子包括转子本体及八个转子磁极，每个定子线圈均包括励磁线圈及线圈骨架，励磁线圈包括第一励磁线圈、第二励磁线圈、第三励磁线圈、第四励磁线圈、第五励磁线圈和第六励磁线圈。本实用新型结构简单、无电刷磨损、电机使用寿命长；转子无永磁体无高温退磁现象、成本低，允许较高的工作温度；利用开关磁阻电机特有的能量回收功能，大大提高电单车使用距离和能量的利用率。

主设计要求

1.一种6\/8极开关磁阻电单车中置电机，其特征在于，包括依次相连的电机(10)、变速齿轮组(20)和链轮(30)，所述电机(10)包括电机本体(11)及与所述电机本体(11)相连的位置检测系统(12)，所述电机本体(11)包括初级齿轮轴(111)、套设于所述初级齿轮轴(111)上的转子(112)、设于所述转子(112)外周上且可相对转子(112)旋转的定子(113)、以及电机壳体(114)，所述定子(113)包括定子铁芯(1131)及固定连接于所述定子铁芯(1131)上的定子线圈(1132)，所述定子铁芯(1131)包括定子本体(11311)及周向设于所述定子本体(11311)内的六个定子磁极(11312)，所述转子(112)包括转子本体(1121)及周向设于所述转子本体(1121)外的八个转子磁极(1122)，各个所述定子磁极(11312)和各个所述转子磁极(1122)的端部均设有用于使所述定子(113)和所述转子(112)进行气隙优化的极弧末端结构，所述定子线圈(1132)的数量为六个，每个所述定子线圈(1132)均包括励磁线圈(11321)及用于固定所述励磁线圈(11321)的线圈骨架(11322)，所述励磁线圈(11321)包括相对设置的第一励磁线圈(113211)和第二励磁线圈(113212)、相对设置的第三励磁线圈和第四励磁线圈、以及相对设置的第五励磁线圈和第六励磁线圈，所述第一励磁线圈(113211)和第二励磁线圈(113212)首尾相连以形成第一定子绕组；所述第三励磁线圈和第四励磁线圈首尾相连以形成第二定子绕组；所述第五励磁线圈和所述第六励磁线圈首尾相连以形成第三定子绕组。

设计方案

2.根据权利要求1所述的6\/8极开关磁阻电单车中置电机，其特征在于，

所述位置检测系统(12)包括固定在所述初级齿轮轴(111)的轴端的位检磁珠(121)、以及固设于所述电机壳体(114)上的位置检测板(122)。

3.根据权利要求2所述的6\/8极开关磁阻电单车中置电机，其特征在于，

所述位置检测板(122)上安装有磁旋转编码器。

4.根据权利要求3所述的6\/8极开关磁阻电单车中置电机，其特征在于，

所述磁旋转编码器采用360°可编程磁旋转编码器AS5040。

5.根据权利要求1所述的6\/8极开关磁阻电单车中置电机，其特征在于，

所述变速齿轮组(20)采用二级变速齿轮组，所述变速齿轮组(20)包括套设于所述初级齿轮轴(111)上的初级齿轮(21)、套设于所述初级齿轮轴(111)上的次级齿轮(22)、用于与所述初级齿轮(21)或所述次级齿轮(22)相啮合的次级输出齿轮(23)、套设于所述次级输出齿轮(23)内的中轴(24)、以及套设于所述中轴(24)上的棘轮组(25)；所述链轮(30)固设于所述中轴(24)上。

6.根据权利要求5所述的6\/8极开关磁阻电单车中置电机，其特征在于，

所述变速齿轮组(20)还包括用于密封所述初级齿轮(21)、所述初级齿轮(21)和所述次级输出齿轮(23)和所述棘轮组(25)的齿轮箱体(40)、以及盖合于所述齿轮箱体(40)上的齿轮箱盖(50)，所述中轴(24)伸出所述齿轮箱盖(50)外并套设于所述中轴(24)上；所述电机壳体(114)的一端与所述齿轮箱体(40)相扣合，所述电机壳体(114)的另一端通过位检盖(60)相盖合。

7.据权利要求6所述的6\/8极开关磁阻电单车中置电机，其特征在于，

所述中轴(24)的两端通过第一油封(71)和第二油封(72)进行密封，所述齿轮箱体(40)与所述齿轮箱盖(50)通过第一密封圈(81)进行密封，所述齿轮箱盖(50)与所述电机壳体(114)通过第二密封圈(82)进行密封，所述电机壳体(114)与所述位检盖(60)通过第三密封圈(83)进行密封。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及电机领域，尤其涉及6\/8极开关磁阻电单车中置电机。

背景技术

现有开关磁阻电单车中置电机是一种安装在前后轮的中间，通过链条和链轮减速把动力传递给后轮的电机，现有开关磁阻电单车中置电机结构简单坚固，调速范围宽，调速性能优异，且在整个调速范围内都具有较高效率，系统可靠性高。然而，由于现有开关磁阻电单车中置电机采用双凸极结构，电机转子上的转矩由一系列脉冲转矩叠加而成，合成转矩非恒定，这导致开关磁阻电机存在固有转矩脉动，尤其电机低速运行时转矩脉动较大，而高速运行时，因转子凸极结构导致受到的空气阻力随转速增加而变大，降低工作效率和提高工作噪音。且现有开关磁阻电单车中置电机在在骑行中不具备能量回收功能，传统电单车中置电机刹车过程中能量全都浪费，电池能量的浪费，大大影响了电单车的行驶距离和效率。

因此，现有开关磁阻电单车中置电机在工作过程中效率低，是一个亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型提出的6\/8极开关磁阻电单车中置电机，旨在解决现有电单车中置电机现有开关磁阻电单车中置电机在工作过程中效率低的技术问题。

本实用新型提出的6\/8极开关磁阻电单车中置电机，包括依次相连的电机、变速齿轮组和链轮，电机包括电机本体及与电机本体相连的位置检测系统，电机本体包括初级齿轮轴、套设于初级齿轮轴上的转子、设于转子外周上且可相对转子旋转的定子、以及电机壳体，定子包括定子铁芯及固定连接于定子铁芯上的定子线圈，定子铁芯包括定子本体及周向设于定子本体内的六个定子磁极，转子包括转子本体及周向设于转子本体外的八个转子磁极，各个定子磁极和各个转子磁极的端部均设有用于使定子和转子进行气隙优化的极弧末端结构，定子线圈的数量为六个，每个定子线圈均包括励磁线圈及用于固定励磁线圈的线圈骨架，励磁线圈包括相对设置的第一励磁线圈和第二励磁线圈、相对设置的第三励磁线圈和第四励磁线圈、以及相对设置的第五励磁线圈和第六励磁线圈，第一励磁线圈和第二励磁线圈首尾相连以形成第一定子绕组；第三励磁线圈和第四励磁线圈首尾相连以形成第二定子绕组；第五励磁线圈和第六励磁线圈首尾相连以形成第三定子绕组。

进一步地，位置检测系统包括固定在初级齿轮轴的轴端的位检磁珠、以及固设于电机壳体上的位置检测板。

进一步地，位置检测板上安装有磁旋转编码器。

进一步地，磁旋转编码器采用360°可编程磁旋转编码器AS5040。

进一步地，变速齿轮组采用二级变速齿轮组，变速齿轮组包括套设于初级齿轮轴上的初级齿轮、套设于初级齿轮轴上的次级齿轮、用于与初级齿轮或次级齿轮相啮合的次级输出齿轮、套设于次级输出齿轮内的中轴、以及套设于中轴上的棘轮组；链轮固定在次级输出齿轮上。

进一步地，变速齿轮组还包括用于密封初级齿轮、初级齿轮和次级输出齿轮和棘轮组的齿轮箱体、以及盖合于齿轮箱体上的齿轮箱盖，中轴伸出齿轮箱盖外并套设于中轴上；电机壳体的一端与齿轮箱体相扣合，电机壳体的另一端通过位检盖相盖合。

进一步地，中轴的两端通过第一油封和第二油封进行密封，齿轮箱体与齿轮箱盖通过第一密封圈进行密封，齿轮箱盖与电机壳体通过第二密封圈进行密封，电机壳体与位检盖通过第三密封圈进行密封。

本实用新型所取得的有益效果为：

本实用新型提供的6\/8极开关磁阻电单车中置电机，采用电机、变速齿轮组和链轮，与现有的6\/4极和8\/6极电单车中置电机相比，颠覆性地使用外定子6极、内封装转子8极结构，从而保证在电机低速运行的情况下也能实现扭矩最大输出并转矩脉动最小；通过转子磁极和定子磁极的端部进行优化，采用极弧末端结构对定子、转子进行气隙优化，有效地降低了定子、转子接触和脱离时的转矩脉动，从而有效降低短节距和整节距的转矩脉动，并且提高了平均转矩，同时还消除部分转矩的低频谐波和高频谐波，减少振动；采用位置检测系统对励磁线圈进行励磁，力图产生使转子磁极与定子绕组的轴线相重合的磁阻转矩，减小转矩脉动；利用开关磁阻电机自身具备的能量功能，将电单车刹车过程中的机械能转化为电能回收再利用，大大提高电单车使用距离和能量的利用率。本实用新型提供的6\/8极开关磁阻电单车中置电机，结构简单、无电刷磨损、电机使用寿命长；转子无永磁体无高温退磁现象、成本低，允许较高的工作温度；启动转矩大，低速性能好，在宽调速范围内可实现高效率；将电单车刹车过程中的机械能转化为电能回收再利用，大大提高电单车使用距离和能量的利用率。

附图说明

图1为本实用新型6\/8极开关磁阻电单车中置电机一优选实施例的结构示意图；

图2为本实用新型6\/8极开关磁阻电单车中置电机第一优选实施例的爆炸示意图；

图3为本实用新型6\/8极开关磁阻电单车中置电机第一优选实施例的径向工作截面图；

图4为本实用新型6\/8极开关磁阻电单车中置电机中的转子旋转到开通角时电单车中置电机本体的工作原理示意图；

图5为本实用新型6\/8极开关磁阻电单车中置电机中的转子旋转到关断角时位置检测系统的工作原理示意图；

图6为本实用新型6\/8极开关磁阻电单车中置电机中的转子旋转到θ1时的工作原理示意图；

图7为本实用新型6\/8极开关磁阻电单车中置电机中的转子旋转到θ1时的工作原理示意图；

图8为本实用新型6\/8极开关磁阻电单车中置电机中的转子旋转到θ1时的工作原理示意图；

图9为本实用新型6\/8极开关磁阻电单车中置电机中的转子旋转到θ1时的工作原理示意图；

图10为本实用新型6\/8极开关磁阻电单车中置电机中相电感随转子位置的变化曲线示意图。

附图标号说明：

10、电机；20、变速齿轮组；30、链轮；11、电机本体；12、位置检测系统；111、初级齿轮轴；112、转子；113、定子；114、电机壳体；1131、定子铁芯；1132、定子线圈；11311、定子本体；11312、定子磁极；1121、转子本体；1122、转子磁极；11321、励磁线圈；11322、线圈骨架；113211、第一励磁线圈；113212、第二励磁线圈；121、位检磁珠；122、位置检测板；21、初级齿轮；22、次级齿轮；23、次级输出齿轮；24、中轴；25、棘轮组；40、齿轮箱体；50、齿轮箱盖；60、位检盖；71、第一油封；72、第二油封；81、第一密封圈；82、第二密封圈；83、第三密封圈。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1至图10所示，本实用新型第一实施例提出一种6\/8极开关磁阻电单车中置电机，本实用新型提出的6\/8极开关磁阻电单车中置电机，包括依次相连的电机10、变速齿轮组20和链轮30，电机10包括电机本体11及与电机本体11相连的位置检测系统12，电机本体11包括初级齿轮轴111、套设于初级齿轮轴111上的转子112、设于转子112外周上且可相对转子112旋转的定子113、以及电机壳体114，定子113包括定子铁芯1131及固定连接于定子铁芯1131上的定子线圈1132，定子铁芯1131包括定子本体11311及周向设于定子本体11311内的六个定子磁极11312，转子112包括转子本体1121及周向设于转子本体1121外的八个转子磁极1122，各个定子磁极11312和各个转子磁极1122的端部均设有用于使定子113和转子112进行气隙优化的极弧末端结构，定子线圈1132的数量为六个，每个定子线圈1132均包括励磁线圈11321及用于固定励磁线圈11321的线圈骨架11322，励磁线圈11321包括相对设置的第一励磁线圈113211和第二励磁线圈113212、相对设置的第三励磁线圈和第四励磁线圈、以及相对设置的第五励磁线圈和第六励磁线圈，第一励磁线圈113211和第二励磁线圈113212首尾相连以形成第一定子绕组；第三励磁线圈和第四励磁线圈首尾相连以形成第二定子绕组；第五励磁线圈和第六励磁线圈首尾相连以形成第三定子绕组。

本实施例提供的6\/8极开关磁阻电单车中置电机，采用电机、变速齿轮组和链轮，与现有的6\/4极和8\/6极电单车中置电机相比，颠覆性地使用外定子6极、内封装转子8极结构，从而保证在电机低速运行的情况下也能实现扭矩最大输出并转矩脉动最小；通过转子磁极和定子磁极的端部进行优化，采用极弧末端结构对定子、转子进行气隙优化，有效地降低了定子、转子接触和脱离时的转矩脉动，从而有效降低短节距和整节距的转矩脉动，并且提高了平均转矩，同时还消除部分转矩的低频谐波和高频谐波，减少振动；采用位置检测系统对励磁线圈进行励磁，力图产生使转子磁极与定子绕组的轴线相重合的磁阻转矩，减小转矩脉动；利用开关磁阻电机自身具备的能量功能，将电单车刹车过程中的机械能转化为电能回收再利用，大大提高电单车使用距离和能量的利用率。本实施例提供的6\/8极开关磁阻电单车中置电机，结构简单、无电刷磨损、电机使用寿命长；转子无永磁体无高温退磁现象、成本低，允许较高的工作温度；启动转矩大，低速性能好，在宽调速范围内可实现高效率；将电单车刹车过程中的机械能转化为电能回收再利用，大大提高电单车使用距离和能量的利用率。

优选地，请见图2，本实施例提供的6\/8极开关磁阻电单车中置电机，位置检测系统12包括固定在初级齿轮轴111的轴端的位检磁珠121、以及固设于电机壳体114上的位置检测板122。进一步地，位置检测板122上安装有磁旋转编码器。具体地，磁旋转编码器采用360°可编程磁旋转编码器AS5040。在本实施例中，采用AS5040芯片位置检测系统，作为世界上最小的磁旋转编码器，比传统光电位置检测和霍尔位置检测，体积更小，安装更简洁，分辨率更高，极大的提高位置检测系统的使用性能及降低故障率。

进一步地，参见图2，本实施例提供的6\/8极开关磁阻电单车中置电机，变速齿轮组20采用二级变速齿轮组，变速齿轮组20包括套设于初级齿轮轴111上的初级齿轮21、套设于初级齿轮轴111上的次级齿轮22、用于与初级齿轮21或次级齿轮22相啮合的次级输出齿轮23、套设于次级输出齿轮23内的中轴24、以及套设于中轴24上的棘轮组25；链轮30套设于中轴24上。具体地，变速齿轮组20还包括用于密封初级齿轮21、初级齿轮21和次级输出齿轮23和棘轮组25的齿轮箱体40、以及盖合于齿轮箱体40上的齿轮箱盖50，中轴24伸出齿轮箱盖50外并套设于中轴24上；电机壳体114的一端与齿轮箱体40相扣合，电机壳体114的另一端通过位检盖60相盖合。在本实施例中，变速齿轮组20采用二级变速齿轮组，通过二级减速解决了电机高速运转和电单车低速行驶的矛盾，并提高的扭矩输出，大大提高电单车爬坡能力和骑行舒适性。

可选地，如图2所示，本实施例提供的6\/8极开关磁阻电单车中置电机，中轴24的两端通过第一油封71和第二油封72进行密封，齿轮箱体40与齿轮箱盖50通过第一密封圈81进行密封，齿轮箱盖50与电机壳体114通过第二密封圈82进行密封，电机壳体114与位检盖60通过第三密封圈83进行密封。在本实施例中，脚踏中轴24两端使用TC骨架油封，各零件连接处使用防水密封圈，大大提高了产品的防水性能、提高了使用寿命，降低维护成本。

如图1至图10所示，本实施例提供的6\/8极开关磁阻电单车中置电机，其工作原理如下所示：

电单车中置电机开始工作时，位置检测板122将检测到的转子磁极位置信号发送给控制器，控制器根据位置信号进行判定，接通定子第一励磁线圈113211励磁，产生力图使临近转子磁极1122与第一励磁线圈113211轴线相重合的磁阻转矩。转子磁极1122和定子磁极11312间的气隙由过度气隙转到工作气隙，从而减缓转矩骤然升高，减小转矩脉动，当转子112到达关断角θoff时，第一定子绕组断电，转子磁极1122和定子磁极11312间的气隙由工作气隙转为过度气隙，减小因第一定子绕组断电产生的反向电动势对转子112的转矩的影响。第一定子绕组断电后，控制器接通第二定子绕组，第二定子绕组励磁产生通用磁阻转矩，周而复始。

当用户捏下手刹的时候，控制器收到刹车信号，切断电机供电，进入能量回收模式。开关磁阻电机的转矩由磁路选择最小磁阻路径的趋势而产生。在开关磁阻电机线性模式分析中，相电感随转子位置角变化曲线如图10所示，在θ1与θ2之间，相电感上升区域，若相绕组有电流通过，将产生电动转矩，电能通过相绕组转换成机械能，则电机处于电动模式。在θ3与θ4之间，相电感下降区域，若相绕组有电流通过，将产生制动转矩，若有机械力克服制动转矩距维持电机转动，机械能通过相绕组转换成电能从相绕组两端输出，则电机处于发电模式。在能量回收过程中，电机的定子绕组既是励磁绕组又是电枢绕组，励磁和发电过程需分时控制，前阶段的励磁过程是电机接收电能输入过程，其励磁电流的大小可控。而后阶段的发电过程为绕组续流特性，不可控，因此，必须通过控制励磁阶段的电流来控制发电过程中的输出功率。电机实际发出有效电能就是发电阶段输出电能减去励磁阶段消耗电能。能量回收模式中，控制器根据位检信号提供切换各相的励磁电流，并回收电机各相绕组输出电能对蓄电池进行持续充电。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

设计图

6/8极开关磁阻电单车中置电机论文和设计

6/8极开关磁阻电单车中置电机论文和设计-樊尘

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主设计要求

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