專利名稱：直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，更確切地說是涉及一種自帶寬范圍變速的直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)。
背景技術(shù)：
電動(dòng)車對(duì)電機(jī)的速度及轉(zhuǎn)矩的技術(shù)要求起步時(shí)需要大轉(zhuǎn)矩低速度，正常行駛時(shí)候轉(zhuǎn)矩需求低但要有很高的速度，在最低速和最高速之間要求有很寬的范圍。目前，公知的國(guó)內(nèi)外電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)方式有如下幾種一、采用繞組圈數(shù)和繞組線徑固定或繞組圈數(shù)可以改變但線徑固定的內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)，通過機(jī)械變速箱，再經(jīng)過后橋內(nèi)左右傳動(dòng)軸將動(dòng)力傳遞給車輪。缺點(diǎn)是需要配備昂貴的機(jī)械變速箱，增加了機(jī)械損耗，增加了車的重量，占據(jù)車內(nèi)的空間，同時(shí)生產(chǎn)和裝配也消耗了大量的人力和物力。二、采用繞組線徑固定而繞組匝數(shù)根據(jù)速度需要改變即繞組抽頭式的驅(qū)動(dòng)電機(jī)， 不用變速箱，直接裝在后橋上驅(qū)動(dòng)車輪行駛。缺點(diǎn)只能改變繞組的匝數(shù)，不能改變繞組導(dǎo)線的截面積，從而使繞組的額定電流受到了限制，額定功率也就受到了限制，不能滿足汽車起步爬坡和高速行駛的要求。在使用少量匝數(shù)運(yùn)行時(shí)，其余大部分繞組閑置，既占用了線槽的有限空間也浪費(fèi)了銅線，要想使電機(jī)功率和轉(zhuǎn)矩達(dá)到汽車的技術(shù)要求則電機(jī)體積就要增大數(shù)倍乃至數(shù)十倍，這樣的體積和重量已經(jīng)不適于裝在汽車上。三、繞組圈數(shù)和繞組線徑固定的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，利用三項(xiàng)繞組“Y”接法和“ Δ ”接法轉(zhuǎn)換來改變速度。缺點(diǎn)調(diào)速范圍窄，調(diào)速梯度大，若要滿足“ △ ”接法時(shí)候?qū)@組導(dǎo)線大直徑的需求勢(shì)必要將全部繞組用大直徑的絕緣導(dǎo)線，浪費(fèi)了有限的線槽空間也浪費(fèi)了銅線。由此可見，上述現(xiàn)有的電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)仍存在有諸多的缺陷。有鑒于上述現(xiàn)有的電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)存在的缺陷，本設(shè)計(jì)人基于多年的產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)知識(shí)，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種改進(jìn)成型結(jié)構(gòu)的直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)，能夠改進(jìn)一般市面上現(xiàn)有常規(guī)電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的成型結(jié)構(gòu)，使其更具有實(shí)用性。經(jīng)過不斷的研究、 設(shè)計(jì)，并經(jīng)反復(fù)試作樣品及改進(jìn)后，終于創(chuàng)設(shè)出確具實(shí)用價(jià)值的本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的主要技術(shù)問題在于，克服現(xiàn)有的電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)電機(jī)存在的缺陷， 而提供一種新型結(jié)構(gòu)的直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)，不僅轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩變化范圍寬轉(zhuǎn)，而且低轉(zhuǎn)速時(shí)候扭矩非常大。本發(fā)明解決其主要技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)，是內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)，包括有定子、永磁轉(zhuǎn)子、變速控制器件、電機(jī)軸及端蓋組成，其特征在于轉(zhuǎn)子由外表面裝有一組永磁體12的固定在電機(jī)軸15上的圓柱體構(gòu)成，定子由定子外殼16和安裝在定子外殼內(nèi)部的開有線槽14的定子鐵芯13構(gòu)成， 定子繞組裝在定子線槽內(nèi)并用槽楔11將線槽口封堵，在電機(jī)內(nèi)部的定子鐵芯13與端蓋21 之間裝有磁保持繼電器7、8、9作為變速控制器件，磁保持繼電器7、8、9中又分別包含有三個(gè)同時(shí)動(dòng)作的觸點(diǎn)組7a、7b、7c和8a、8b、8c及9a、9b、9c，三相定子繞組中的每相定子繞組均由兩個(gè)總匝數(shù)相同、繞組導(dǎo)線直徑相同、繞組導(dǎo)線總截面積相同的相繞組單元組成，各相繞組單元之間及整個(gè)相繞組與定子線槽之間均設(shè)有絕緣層，每一個(gè)相繞組單元都能獨(dú)立作為完整的相繞組使用，通過輸入一組不同值的六位二進(jìn)制編碼即六個(gè)高低電平組合的數(shù)據(jù)組，控制三個(gè)磁保持繼電器的不同開關(guān)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)每相繞組中的兩個(gè)相繞組單元的串聯(lián)、 并聯(lián)以及對(duì)三相繞組總的接成星形或三角形的連接方式的變換實(shí)現(xiàn)電機(jī)三個(gè)速度級(jí)別的變換，整個(gè)變速動(dòng)作過程中由機(jī)外的管理系統(tǒng)預(yù)先切斷電機(jī)動(dòng)力電源，待變速完成后自動(dòng)恢復(fù)供電，以免磁保持繼電器觸電燒毀，一速運(yùn)行時(shí)，每相繞組中的兩個(gè)相繞組單元分別串聯(lián)，并且三相繞組接成星形；二速運(yùn)行時(shí)，每相繞組中的兩個(gè)相繞組單元分別并聯(lián)，并且三相繞組接成星形；三速運(yùn)行時(shí)，每相繞組中的兩個(gè)相繞組單元分別并聯(lián)，并且三相繞組接成三角形，直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)由多個(gè)轉(zhuǎn)子和相對(duì)應(yīng)的多個(gè)定子構(gòu)成多單元直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題還可以采用以下技術(shù)措施來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。所述的變速中的磁保持繼電器與相繞組單元的組合關(guān)系為磁保持繼電器9a、 9b,9c的觸頭②和③分別接通、8a、8b、8c的觸頭①和②均為斷開狀態(tài)、7a、7b、7c的觸頭② 和③分別接通時(shí)，各相繞組單元的連接狀態(tài)為2a、2b、2c的首頭分別與A、B、C三相電源連接，2a的尾頭與3a的首頭連接，2b的尾頭與北的首頭連接，2c的尾頭與3c的首頭連接，即 2a與3a串聯(lián)、2b與北串聯(lián)、2c與3c串聯(lián)，同時(shí)3a、3b、3c的尾端連接在一起，即三相繞組總的連接方式為星形，此時(shí)為電機(jī)的第一速；當(dāng)磁保持繼電器7a、7b、7c的觸頭①和②分別接通，8a、8b、8c的觸頭①和②分別接通，9a、9b、9c的觸頭②和③分別接通時(shí)，各相繞組單元的連接狀態(tài)為2a、2b、2c的首頭分別與A、B、C三相電源連接，加的尾頭與3a的尾頭連接，3a的首頭與加的首頭連接，2b 的尾頭與北的尾頭連接，3b的首頭與2b的首頭連接，2c的尾頭與3c的尾頭連接，3c的首頭與2c的首頭連接，即加與3a并聯(lián)、2b與北并聯(lián)、2c與3c并聯(lián)，同時(shí)h、2b、2c ；3a、3b、 3c的尾端連接在一起，即三相繞組總的連接方式為星形，此時(shí)為電機(jī)的第二速。當(dāng)磁保持繼電器7a、7b、7c的觸頭①和②分別接通，8a、8b、8c的觸頭①和②分別接通，9a、9b、9c的觸頭①和②分別接通時(shí)，各相繞組單元的連接狀態(tài)為2a、2b、2c的首頭分別與A、B、C三相電源連接，2a的尾頭與3a的尾頭連接，3a的首頭與加的首頭連接，2b 的尾頭與北的尾頭連接，3b的首頭與2b的首頭連接，2c的尾頭與3c的尾頭連接，3c的首頭與2c的首頭連接，即加與3a并聯(lián)、2b與北并聯(lián)、2c與3c并聯(lián)，同時(shí)3a的尾端與2c的首端連接、北的尾端與加的首端連接、3c的尾端與2b的首端連接，即三相繞組總的連接方式為三角形，此時(shí)為電機(jī)的第三速。前所述的電機(jī)定子中的三相定子繞組中每一相的電參數(shù)完全相同且三相繞組在電機(jī)定子中的分布對(duì)稱。前所述的繼電器為磁保持繼電器，磁保持繼電器分別包含有三個(gè)同時(shí)動(dòng)作的觸點(diǎn)組，每個(gè)觸點(diǎn)組上分別有三、三、二個(gè)有效觸頭。
前所述的磁保持繼電器外部安裝有磁屏蔽層，磁保持繼電器與磁屏蔽層之間裝有絕緣層，全部磁保持繼電器的控制線由一根帶有屏蔽層的多芯電纜引出。前所述的電機(jī)定子鐵芯邊緣的三個(gè)專用凹槽內(nèi)固定有三個(gè)霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器以保證電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)可靠，并且電機(jī)定子繞組中裝有溫度傳感器，用來監(jiān)測(cè)繞組溫度。前所述的多單元直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)是由一或二個(gè)轉(zhuǎn)子利一或二個(gè)定子構(gòu)成一或二單元直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明由于采用上述技術(shù)方案，使其在保證三相繞組對(duì)稱的條件下，通過對(duì)繞組線圈匝數(shù)的改變以及對(duì)繞組導(dǎo)線總截面積的改變，實(shí)現(xiàn)對(duì)繞組產(chǎn)生的磁通密度的控制，使電機(jī)轉(zhuǎn)矩和速度可以大范圍改變，同時(shí)在大功率、大電流的狀態(tài)下繞組線圈總截面積處于最大狀態(tài)，匝數(shù)為最少狀態(tài)，電機(jī)內(nèi)阻為最小狀態(tài)，這樣電機(jī)的銅耗損和鐵耗損就降到了最小，提高了電機(jī)效率，絕緣導(dǎo)線的利用率100%，從而減小了電機(jī)體積、減少了耗銅量，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于生產(chǎn)和使用、體積適合與現(xiàn)有汽車裝配。本案發(fā)明人研究驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)品已有十?dāng)?shù)年的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于現(xiàn)有的電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)所存在的問題及缺陷相當(dāng)了解，而本發(fā)明既是根據(jù)上述缺陷研究開發(fā)而創(chuàng)設(shè)的直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)，其確實(shí)能達(dá)到預(yù)期的目的及功效，不但在空間型態(tài)上確屬創(chuàng)新，而且較現(xiàn)有的電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)確屬具有相當(dāng)?shù)脑鲞M(jìn)功效，且較現(xiàn)有公知產(chǎn)品更具有技術(shù)進(jìn)步性及實(shí)用性，并產(chǎn)生了好用及實(shí)用的優(yōu)良功效，而確實(shí)具有實(shí)用性。綜上所述，本發(fā)明在空間型態(tài)上確屬創(chuàng)新，并較現(xiàn)有產(chǎn)品具有增進(jìn)的多項(xiàng)功效，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適于實(shí)用，具有產(chǎn)業(yè)的廣泛利用價(jià)值。其在技術(shù)發(fā)展空間有限的領(lǐng)域中，不論在結(jié)構(gòu)上或功能上皆有較大的改進(jìn)，且在技術(shù)上有較大的進(jìn)步，并產(chǎn)生了好用及實(shí)用的效果， 而確實(shí)具有增進(jìn)的功效，從而更加適于實(shí)用，誠(chéng)為一新穎、進(jìn)步、實(shí)用的新設(shè)計(jì)。上述說明僅為本發(fā)明技術(shù)方案特征部份的概述，為使專業(yè)技術(shù)人員能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。本發(fā)明的具體實(shí)施方式
由以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出。


圖1是本發(fā)明直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)的電路原理圖。圖2是本發(fā)明直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)的第一速(低速)時(shí)的等效電路圖。圖3是本發(fā)明直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)的一速(低速)時(shí)的磁保持繼電器7、 8、9的各觸點(diǎn)狀態(tài)及電路原理圖。圖4是本發(fā)明直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)的第二速(中速)時(shí)的等效電路圖。圖5是本發(fā)明直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)的第二速(中速)時(shí)的磁保持繼電器 7、8、9的觸點(diǎn)狀態(tài)及電路原理圖。圖6是本發(fā)明直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)的第三速(高速)時(shí)的等效電路圖。圖7是本發(fā)明直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)的第三速(高速)時(shí)的磁保持繼電器 7、8、9的觸點(diǎn)狀態(tài)及電路原理圖。圖8是本發(fā)明直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)的磁保持繼電器7、8、9的示意圖。
圖9是本發(fā)明直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)的一單元電機(jī)橫剖面示意圖。圖10是本發(fā)明直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)的一單元電機(jī)的縱剖面圖。圖11是本發(fā)明直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)的二單元電機(jī)的縱剖面圖。圖中對(duì)相繞組單元的端部屬性規(guī)定為相繞組單元標(biāo)有黑點(diǎn)“.，，的一端為相繞組單元的頭(首端)，沒有標(biāo)記的一端為尾(尾端)。附圖主要部件標(biāo)記說明圖1至11中IaUbUc分別是電機(jī)的A、B、C三相電源引線，2a、2b、2c ；3a、3b、3c ； 為相繞組單元，7、8、9為磁保持繼電器，7a、7b、7c ；8a、8b、8c ；9a、9b、9c分別是磁保持繼電器7、8、9中的三個(gè)觸點(diǎn)組，10絕緣層11槽楔，12轉(zhuǎn)子永磁體，13定子鐵芯，14定子線槽， 15電機(jī)軸、16轉(zhuǎn)子外殼，17磁屏蔽層，18磁保持繼電器絕緣層，19軸承，20軸封，21電機(jī)端蓋，22霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器，23霍爾信號(hào)線，M端蓋固定螺釘。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的其具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。請(qǐng)參閱圖1至圖11所示，本發(fā)明直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)，屬于內(nèi)轉(zhuǎn)子式電機(jī)，是內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)，包括有定子、永磁轉(zhuǎn)子、變速控制器件、電機(jī)軸及端蓋組成，其特征在于 轉(zhuǎn)子由外表面裝有一組永磁體12的固定在電機(jī)軸15上的圓柱體構(gòu)成，定子由定子外殼16 和安裝在定子外殼內(nèi)部的開有線槽14的定子鐵芯13構(gòu)成，定子繞組裝在定子線槽內(nèi)并用槽楔11將線槽口封堵，在電機(jī)內(nèi)部的定子鐵芯13與端蓋21之間裝有磁保持繼電器7、8、 9作為變速控制器件，磁保持繼電器7、8、9中又分別包含有三個(gè)同時(shí)動(dòng)作的觸點(diǎn)組7a、7b、 7c和8a、8b、8c及9a、9b、9c，三相定子繞組中的每相定子繞組均由兩個(gè)總匝數(shù)相同、繞組導(dǎo)線直徑相同、繞組導(dǎo)線總截面積相同的相繞組單元組成，各相繞組單元之間及整個(gè)相繞組與定子線槽之間均設(shè)有絕緣層，每一個(gè)相繞組單元都能獨(dú)立作為完整的相繞組使用，通過輸入一組不同值的六位二進(jìn)制編碼即六個(gè)高低電平組合的數(shù)據(jù)組，控制三個(gè)磁保持繼電器的不同開關(guān)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)每相繞組中的兩個(gè)相繞組單元的串聯(lián)、并聯(lián)以及對(duì)三相繞組總的接成星形或三角形的連接方式的變換實(shí)現(xiàn)電機(jī)三個(gè)速度級(jí)別的變換，整個(gè)變速動(dòng)作過程中由機(jī)外的管理系統(tǒng)預(yù)先切斷電機(jī)動(dòng)力電源，待變速完成后自動(dòng)恢復(fù)供電，以免磁保持繼電器觸電燒毀，一速運(yùn)行時(shí)，每相繞組中的兩個(gè)相繞組單元分別串聯(lián)，并且三相繞組接成星形；二速運(yùn)行時(shí)，每相繞組中的兩個(gè)相繞組單元分別并聯(lián)，并且三相繞組接成星形；三速運(yùn)行時(shí)，每相繞組中的兩個(gè)相繞組單元分別并聯(lián)，并且三相繞組接成三角形，直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)由多個(gè)轉(zhuǎn)子和相對(duì)應(yīng)的多個(gè)定子構(gòu)成多單元直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)。上面所述的磁保持繼電器7、8、9分別包含有三個(gè)同時(shí)動(dòng)作的觸點(diǎn)組7a、7b、7c ； 8a.8b.8c ；9a、9b、9c，每個(gè)觸點(diǎn)組上分別有①、②、③；①、②、③；①、②個(gè)觸頭。圖1所示的是本發(fā)明直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)的電路原理圖，由三相電源線 la、lb、lc分別接在磁保持繼電器8a、8b、8c的觸點(diǎn)②上，同時(shí)分別接在磁保持繼電器9b、 9c、9a的觸頭①上；磁保持繼電器9a、9b、9c的觸頭③端用導(dǎo)線連接在一起，相繞組單元加、 2b、2c的首端分別連接在三相電源la、lb、Ic上，尾端分別接在磁保持繼電器7a、7b、7c的觸頭②上；相繞組單元3a、3b、3c的首端分別連接在磁保持繼電器8a、8b、8c的觸頭①上，尾端分別接在磁保持繼電器9a、9b、9c的觸頭②上；磁保持繼電器7a、7b、7c的觸頭③端和磁保持繼電器8a、8b、8c的觸頭①分別用導(dǎo)線連接在一起；磁保持繼電器7a、7b、7c的觸頭①和 9a.9b.9c的觸頭②分別用導(dǎo)線連接。電機(jī)啟動(dòng)時(shí)為第一速，此時(shí)磁保持繼電器7、8、9使每一相的兩個(gè)相繞組單元分別串聯(lián)，且三相繞組接成星形，等效電路如圖2所示。電機(jī)中速運(yùn)行時(shí)，磁保持繼電器7、8、9 使每一相的兩個(gè)相繞組單元分別并聯(lián)，且三相繞組接成星形，等效電路如圖4所示。電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)為第三速，此時(shí)磁保持繼電器7、8、9使每一相的兩個(gè)相繞組單元分別并聯(lián)，且三相繞組接成三角形，等效電路如圖6所示。圖2和圖3所示的分別是本發(fā)明直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)的第一速(低速) 時(shí)的等效電路和電路原理圖，當(dāng)電機(jī)一速啟動(dòng)時(shí)，每相的兩個(gè)相繞組單元相互串聯(lián)，即磁保持繼電器9a、9b、9c的觸頭②和③分別接通其余觸頭斷開、8a、8b、8c的觸頭①和②均為斷開狀態(tài)、7a、7b、7c的觸頭②和③分別接通其余觸頭斷開，各相繞組單元的連接狀態(tài)為2a、 2b,2c的首頭分別與A、B、C三相電源連接，2a的尾頭與3a的首頭連接，2b的尾頭與北的首頭連接，2c的尾頭與3c的首頭連接，即加與3a串聯(lián)、2b與北串聯(lián)、2c與3c串聯(lián)，同時(shí) 3a.3b.3c的尾端連接在一起，即三相繞組總的連接方式為星形。圖4和圖5所示的分別是本發(fā)明直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)的第二速(中速) 時(shí)的等效電路圖和電路原理圖，當(dāng)電機(jī)二速時(shí)，磁保持繼電器7a、7b、7c的觸頭①和②分別接通，8a、8b、8c的觸頭①和②分別接通，9a、9b、9c的觸頭②和③分別接通時(shí)，各相繞組單元的連接狀態(tài)為2a、2b、2c的首頭分別與A、B、C三相電源連接，2a的尾頭與3a的尾頭連接，3a的首頭與加的首頭連接，2b的尾頭與北的尾頭連接，3b的首頭與2b的首頭連接，2c 的尾頭與3c的尾頭連接，3c的首頭與2c的首頭連接，即加與3a并聯(lián)、2b與北并聯(lián)、2c與 3c并聯(lián)，同時(shí)h、2b、2C、3a、;3b、3C的尾端連接在一起，即三相繞組總的連接方式為星形。圖6和圖7所示的分別是本發(fā)明直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)的第三速(高速) 時(shí)的等效電路圖和電路原理圖，當(dāng)電機(jī)三速時(shí)，磁保持繼電器7a、7b、7c的觸頭①和②分別接通，8a、8b、8c的觸頭①和②分別接通，9a、9b、9c的觸頭①和②分別接通時(shí)，各相繞組單元的連接狀態(tài)為2a、2b、2c的首頭分別與A、B、C三相電源連接，2a的尾頭與3a的尾頭連接，3a的首頭與加的首頭連接，2b的尾頭與北的尾頭連接，3b的首頭與2b的首頭連接，2c 的尾頭與3c的尾頭連接，3c的首頭與2c的首頭連接，即加與3a并聯(lián)、2b與北并聯(lián)、2c與 3c并聯(lián)，同時(shí)3a的尾端與2c的首端連接、北的尾端與加的首端連接、3c的尾端與2b的首端連接，即三相繞組總的連接方式為三角形。圖9、圖10所示的是本發(fā)明直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)橫、縱剖面圖，在圖中轉(zhuǎn)子為固定在電機(jī)軸15上的表面安裝有一組永磁體12的圓柱體，端蓋21用端蓋固定螺釘 24固定在定子外殼兩端，由定子鐵芯13和繞在鐵芯上的三相定子繞組構(gòu)成電機(jī)定子，電機(jī)三相定子繞組中每一相的電參數(shù)完全相同且三相繞組在電機(jī)定子中的分布對(duì)稱，每相定子繞組由繞有兩個(gè)總匝數(shù)相同、繞組導(dǎo)線直徑相同、繞組導(dǎo)線總截面積相同的h、3a ；2b,3b ； 2c,3c相繞組單元組成，相繞組單元h、3a ；2b,3b ；2c,3c之間及整個(gè)相繞組與定子線槽14 之間均設(shè)有絕緣層10，三相定子繞組裝在定子線槽14內(nèi)用槽楔11將線槽口封堵，在定子鐵芯13的三個(gè)專用凹槽內(nèi)固定有三個(gè)霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器22，電機(jī)定子繞組表面裝有溫度傳感器25，與固定在轉(zhuǎn)子上的電機(jī)軸15由端蓋中央穿出并通過軸承與端蓋連接，軸承外側(cè)裝有軸封，在電機(jī)內(nèi)部定子鐵芯與端蓋之間的空間內(nèi)安裝有三個(gè)用于變速的磁保持繼電器 7、8、9，磁保持繼電器7、8、9外部安裝有磁屏蔽層17，磁保持繼電器7、8、9與磁屏蔽層17之間裝有繼電器絕緣層18，全部磁保持繼電器的控制線由一根帶有屏蔽層的多芯電纜引出， 在電機(jī)定子鐵芯邊緣的三個(gè)專用凹槽內(nèi)固定有三個(gè)霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器22以保證電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)可靠，并且電機(jī)定子繞組中裝有溫度傳感器25，用來監(jiān)測(cè)繞組溫度，圖11所示的是有兩個(gè)轉(zhuǎn)子和兩個(gè)繞有相同繞組的定子鐵芯組成的兩單元直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)的縱剖面圖。由圖所示，直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)可由一或二個(gè)轉(zhuǎn)子和一或二個(gè)定子構(gòu)成一或二單元直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)。圖8所示的是本發(fā)明直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)的磁保持繼電器7、8、9的示意圖，磁保持繼電器共有三個(gè)，磁保持繼電器7、8、9中又分別包含有三個(gè)同時(shí)動(dòng)作的觸點(diǎn)組 7&、713、7(；、83、813、8(；，93、％、9(；，其中有兩組觸點(diǎn)組7a、7b、7c ；9a、9b、9c的觸點(diǎn)有三個(gè)觸頭 ①、②、③，另一組觸點(diǎn)組&i、8b、8c的觸點(diǎn)有兩個(gè)觸頭①、②。工作原理直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)由電機(jī)轉(zhuǎn)子、電機(jī)定子、電機(jī)軸與軸承、電機(jī)端蓋組成，轉(zhuǎn)子上安裝永磁體，繞組安裝在定子鐵芯線槽內(nèi)，三相繞組的每一相繞組均由多個(gè)相同的相繞組單元組成，每個(gè)相繞組單元的線圈匝數(shù)及絕緣導(dǎo)線的直徑與總截面都相同，且每個(gè)相繞組單元都可獨(dú)立的作為相繞組，相繞組單元之間用磁保持繼電器進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)及整體繞組的星形或三角形連接變換，當(dāng)相繞組單元全部串聯(lián)時(shí)用于電機(jī)起動(dòng)。電機(jī)啟動(dòng)開始的瞬間，因電機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)，其反電動(dòng)勢(shì)為0，根據(jù)電機(jī)的基本公式I = (V-E)/R，其中I為電機(jī)電流，V為電源電壓，E為電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)，R為電機(jī)內(nèi)阻，此時(shí)電流I很大，電機(jī)效率很低，而恰恰此時(shí)汽車需要很大的轉(zhuǎn)矩來克服汽車的慣性，使其有靜止到運(yùn)動(dòng)，本發(fā)明技術(shù)方案此時(shí)將每相的兩個(gè)相繞組單元串聯(lián)起來，降低了每個(gè)繞組單元承擔(dān)的電壓，增加了電機(jī)內(nèi)阻，從而對(duì)總電流進(jìn)行抑制，更重要的是此時(shí)每相的繞組匝數(shù)為最大，故而繞組的磁通密度最大，由公式T = KI Φ (式中T為轉(zhuǎn)矩，K為常數(shù)，I為電流，Φ 為繞組產(chǎn)生的磁通)可知，此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩最大，根據(jù)公式η = kU/Φ (η為轉(zhuǎn)速，k為常數(shù)， Φ為繞組產(chǎn)生的磁通)可知，此時(shí)電機(jī)低速大轉(zhuǎn)矩運(yùn)行即一速。電機(jī)中速即二速時(shí)，本技術(shù)方案將每相繞組中的兩個(gè)繞組單元分別并聯(lián)，這樣連接后，每相繞組的總匝數(shù)比一擋的時(shí)候減少了一倍，相應(yīng)的磁通密度Φ也就減小了，每個(gè)相繞組單元上得到的電壓是一擋時(shí)的兩倍，電機(jī)內(nèi)阻也降低了一倍，由公式I = (V-E)/R，可以看出，V的增加和R的減小使電流 I增大，由公式P = V 3IV可知，此時(shí)電機(jī)功率增加了，由公式T = KI Φ和公式η = kU/Φ 可知，僅僅考慮每個(gè)繞組單元電壓的變化一項(xiàng)，此時(shí)電機(jī)速度就比一擋時(shí)候又高了一倍，再加上磁通量變化及內(nèi)阻變化的的因素，理論上此時(shí)的速度大約是一擋時(shí)候的三倍左右。電機(jī)高速運(yùn)行即三速時(shí)，本技術(shù)方案為各相繞組單元保持二擋時(shí)的連接狀態(tài)，將三相繞組總的連接方式改為三角形，此時(shí)每個(gè)相繞組單元上施加的電壓比二擋時(shí)候又增大了一倍，根據(jù)公式n = kU/Φ (η為轉(zhuǎn)速，k為常數(shù)，Φ為繞組產(chǎn)生的磁通)可知，僅僅考慮每個(gè)繞組單元電壓的變化一項(xiàng)，此時(shí)電機(jī)速度就比二擋時(shí)候又高了一倍，再加上磁通量變化及內(nèi)阻變化的的因素，理論上此時(shí)的速度大約是二擋時(shí)候的三倍左右。相繞組單元之間的串、并聯(lián)及三相繞組的星形、三角形變化通過三個(gè)磁保持繼電器實(shí)現(xiàn)并把電機(jī)由啟動(dòng)、加速到全速的過程分成三個(gè)速度級(jí)別，由機(jī)外的電機(jī)運(yùn)行管理系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際需要和電機(jī)實(shí)時(shí)參數(shù)適時(shí)發(fā)出一組由開、關(guān)信息組成的六位二進(jìn)制編碼，經(jīng)信號(hào)放大，最終控制磁保持繼電器實(shí)施變擋動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變擋。磁保持繼電器動(dòng)作時(shí)，管理系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提前終止電機(jī)電源供給， 待變擋動(dòng)作完成后再自動(dòng)恢復(fù)供電，確保磁保持繼電器動(dòng)作過程觸電無(wú)火花，保證了運(yùn)行的安全可靠。磁保持繼電器安裝在電機(jī)內(nèi)部定子鐵芯與端蓋之間的空余空間內(nèi)，電機(jī)只有一根多芯信號(hào)線和三根電源線引出，電機(jī)生產(chǎn)和使用極為便捷。 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式和結(jié)構(gòu)上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)，是內(nèi)轉(zhuǎn)子多速電機(jī)，包括有定子、永磁轉(zhuǎn)子、用于變速的磁保持繼電器、電機(jī)軸及端蓋組成，其特征在于轉(zhuǎn)子由外表面裝有一組永磁體 12的固定在電機(jī)軸15上的圓柱體構(gòu)成，定子由定子外殼16和安裝在定子外殼內(nèi)部的開有線槽14的定子鐵芯13構(gòu)成，定子繞組裝在定子線槽內(nèi)并用槽楔11將線槽口封堵，在電機(jī)內(nèi)部的定子鐵芯13與端蓋21之間裝有磁保持繼電器7、8、9作為變速控制器件，磁保持繼電器7、8、9中又分別包含有三個(gè)同時(shí)動(dòng)作的觸點(diǎn)組7a、7b、7c和8a、8b、8c及9a、9b、9c， 三相定子繞組中的每相定子繞組均由兩個(gè)總匝數(shù)相同、繞組導(dǎo)線直徑相同、繞組導(dǎo)線總截面積相同的相繞組單元組成，各相繞組單元之間及整個(gè)相繞組與定子線槽之間均設(shè)有絕緣層，每一個(gè)相繞組單元都能獨(dú)立作為完整的相繞組使用，通過輸入一組不同值的六位二進(jìn)制編碼即六個(gè)高低電平組合的數(shù)據(jù)組，控制三個(gè)磁保持繼電器或六個(gè)普通電磁繼電器的不同開關(guān)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)每相繞組中的兩個(gè)相繞組單元的串聯(lián)、并聯(lián)以及對(duì)三相繞組總的接成星形或三角形的連接方式的變換實(shí)現(xiàn)電機(jī)三個(gè)速度級(jí)別的變換，整個(gè)變速動(dòng)作過程中由機(jī)外的管理系統(tǒng)預(yù)先切斷電機(jī)動(dòng)力電源，待變速完成后自動(dòng)恢復(fù)供電，以免磁保持繼電器觸電燒毀，一速運(yùn)行時(shí)，每相繞組中的兩個(gè)相繞組單元分別串聯(lián)，并且三相繞組接成星形；二速運(yùn)行時(shí)，每相繞組中的兩個(gè)相繞組單元分別并聯(lián)，并且三相繞組接成星形；三速運(yùn)行時(shí)， 每相繞組中的兩個(gè)相繞組單元分別并聯(lián)，并且三相繞組接成三角形，直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)由多個(gè)轉(zhuǎn)子和相對(duì)應(yīng)的多個(gè)定子構(gòu)成多單元直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)，其特征在于所述的磁保持繼電器與相繞組單元的組合關(guān)系是磁保持繼電器7、8、9中的7a、7b、7c的觸頭②和③分別接通其余觸頭斷開、8a、8b、8c的觸頭①和②均為斷開狀態(tài)、9a、9b、9c的觸頭②和③分別接通其余觸頭斷開，各相繞組單元的連接狀態(tài)為2a、2b、2c的首頭分別與A、B、C三相電源連接，2a的尾頭與3a的首頭連接，2b的尾頭與北的首頭連接，2c的尾頭與3c的首頭連接，即 2a與3a串聯(lián)、2b與北串聯(lián)、2c與3c串聯(lián)，同時(shí)3a、3b、3c的尾端連接在一起，即三相繞組總的連接方式為星形，此時(shí)為第一速；磁保持繼電器7a、7b、7c的觸頭①和②分別接通，8a、 8b,8c的觸頭①和②分別接通，9a、9b、9c的觸頭②和③分別接通時(shí)，各相繞組單元的連接狀態(tài)為2a、2b、2c的首頭分別與A、B、C三相電源連接，2a的尾頭與3a的尾頭連接，3a的首頭與加的首頭連接，2b的尾頭與北的尾頭連接，3b的首頭與2b的首頭連接，2c的尾頭與 3c的尾頭連接，3c的首頭與2c的首頭連接，即加與3a并聯(lián)、2b與北并聯(lián)、2c與3c并聯(lián)， 同時(shí)h、2b、2C、3a、;3b、3C的尾端連接在一起，即三相繞組總的連接方式為星形，此時(shí)為第二速；磁保持繼電器7a、7b、7c的觸頭①和②分別接通，8a、8b、8c的觸頭①和②分別接通， 9a.9b.9c的觸頭①和②分別接通時(shí)，各相繞組單元的連接狀態(tài)為2a、2b、2c的首頭分別與 A、B、C三相電源連接，2a的尾頭與3a的尾頭連接，3a的首頭與加的首頭連接，2b的尾頭與 3b的尾頭連接，3b的首頭與2b的首頭連接，2c的尾頭與3c的尾頭連接，3c的首頭與2c的首頭連接，即加與3a并聯(lián)、2b與北并聯(lián)、2c與3c并聯(lián)，同時(shí)3a的尾端與2c的首端連接、 3b的尾端與加的首端連接、3c的尾端與2b的首端連接，即三相繞組總的連接方式為三角形，此時(shí)為第三速。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)，其特征在于所述的電機(jī)定子中的三相定子繞組中每一相的電參數(shù)完全相同且三相繞組在電機(jī)定子中的分布對(duì)稱。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)，其特征在于所述的磁保持繼電器外部安裝有磁屏蔽層，磁保持繼電器與磁屏蔽層之間裝有絕緣層，全部磁保持繼電器的控制線由一根帶有屏蔽層的多芯電纜引出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)，其特征在于所述電機(jī)定子鐵芯邊緣的三個(gè)專用凹槽內(nèi)固定有三個(gè)霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器以保證電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)可靠，并且電機(jī)定子繞組中裝有溫度傳感器，用來監(jiān)測(cè)繞組溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4所述的直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)，其特征在于所述的多組直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)是由一、二或三個(gè)轉(zhuǎn)子和一、二或三個(gè)定子構(gòu)成一、二或三單元直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)。
全文摘要
一種直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)，是內(nèi)轉(zhuǎn)子多速電機(jī)，由定子、轉(zhuǎn)子、軸、端蓋及電子變速器件組成，定子鐵芯上繞有三相定子繞組，每相定子繞組由繞有兩個(gè)完全相同的相繞組單元，向電機(jī)控制信號(hào)輸入端輸入一組不同值的六位二進(jìn)制編碼，控制三個(gè)磁保持繼電器或六個(gè)普通電磁繼電器的不同開關(guān)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)每相繞組中的兩個(gè)相繞組單元的串聯(lián)、并聯(lián)以及對(duì)三相繞組總的接成星形或三角形的連接方式的變換實(shí)現(xiàn)電機(jī)三個(gè)速度級(jí)別的變換，合理的繞組運(yùn)行方式、便捷的換擋方式，使得直流永磁無(wú)刷編碼式變速電機(jī)具有功率密度大、起步扭矩大、高速性能佳、運(yùn)行平穩(wěn)。
文檔編號(hào)H02K1/16GK102355113SQ20111027659
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月19日
發(fā)明者尹永河 申請(qǐng)人:尹永河