專利名稱：高性能車用直驅無刷直流電動機的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于無刷直流電動機，特別涉及一種高性能車用直驅無刷直流電動機。
目前以電池為動力源，直接驅動車輛的無刷直流電動機，一般由外轉子和內定子組成。按永磁磁鋼安裝位置的不同，其結構形式主要有二種一種是瓦形磁鋼安裝于轉子環內側，形成單磁鋼環。此種結構的電動機外轉子由電動機左、右端蓋、轉子環及安裝在轉子環內側的磁鋼環組成。瓦形磁鋼環平行于電動機中心軸，形成徑向磁場。內定子由定子鐵芯、繞組線圈、位置傳感器等組成。繞組線圈嵌入定子鐵芯中，線圈極數與磁鋼極數相等。外轉子與內定子通過軸承相結合，形成環形徑向氣隙，并繞中心軸轉動。為獲得高轉矩，電動機軸向尺寸及徑向尺寸應適中。另一種是平面圓弧形磁鋼安裝于左、右端蓋內側，形成雙平面磁鋼環。此種結構的電動機外轉子由電動機左、右端蓋及安裝在左、右端蓋內側的平面磁鋼環組成。平面磁鋼環垂直于電動機中心軸，形成軸向磁場。內定子由卷繞鐵芯、繞組線圈、位置傳感器等組成。繞組線圈嵌入卷饒鐵芯中，線圈極數與磁鋼極數相等。外轉子與內定子通過軸承相結合，形成環形軸向雙氣隙，并繞中心軸轉動。此種結構的電動機軸向尺寸小，徑向尺寸大，為園盤式外形，能夠獲得高轉矩，適合于驅動各種車輛。上述結構電動機中，由于內定子中含有定子鐵芯或卷繞鐵芯，使得鐵芯損耗無法消除，電動機效率較低；由于磁鋼極數與線圈極數相等，位置傳感器按間隔60°或120°布置，使得電動機超低速運轉波動大，轉速穩定性差，抗沖擊載荷能力弱。
本實用新型的目的是提供一種高性能車用直驅無刷直流電動機，克服現有技術的缺點和不足。既能提高電機效率，又能增加轉速穩定性。
本實用新型的目的是這樣實現的一種高性能車用直驅無刷直流電動機，由內定子和外轉子組成，其特征為外轉子由左、右端蓋及粘貼在左、右端蓋內側凹槽內的平面磁鋼環組成；平面磁鋼環是由16塊N、S極相間隔的永磁磁鋼塊與16塊軟磁材料塊粘接復合形成并排列成磁環；電動機軸外有軸套，左、右端蓋通過軸承連接在電動機軸和軸套上，內定子固定在軸套上。
內定子是無鐵芯線繞盤式電樞；無鐵芯線繞盤式電樞是三相繞組星形聯接方式，A、B、C各相為對稱均布的的4極線圈繞組，三相共為12極線圈繞組，由環氧樹脂固化封裝為一體。
內定子上，還裝有三只HALL效應位置傳感器，每只以間距30度固定在定子電樞的支架上并接近子磁綱環，HALL效應位置傳感器連接固定在內定子上的圓環形電路控制板。
內定子上的圓環形電路控制板由軸套向外連接散熱器。
左、右端蓋采用殼狀多曲面結構，左、右端蓋通過螺栓固定成一整體，外圓可設置便于和輪輞相連的輻條孔。
本實用新型的優點是1．效率高。由于外轉子采用了復合磁體結構，內定子采用了無鐵芯盤式電樞，三相繞組線圈采用了星形聯接方式且消除了互感損耗，控制方法采用了無刷直流電動機專用IC及PWM技術，使該型電動機效率明顯高于其它結構的電動機，其效率＞85％。
2．轉速穩定性好。由于采用了定轉子極數不相等的方式及小角度HALL效應位置傳感器，使該結構電動機在外轉子運轉一周的過程中，位置傳感器工作8個周期，盤式電樞工作8個周期，因而極大地增加了轉速的穩定性，轉速波動性極小，波動率＜10％，提高了電動機的抗沖擊載荷的能力。
3．高轉矩。在按電動機外徑最小參考公式確定電動機的幾何尺寸情況下，仍可獲得比其它形式的電動機至少高出15％的轉矩。
4．功能強。由于采用了無刷直流電動機專用IC，使該電動機具有正反轉功能、剎車斷電功能、過流保護功能、低壓保護功能、過熱保護功能。如附加其它功能電路，則容易實現助力運轉功能、限速運轉功能、及爬坡所需的更大轉矩功能。
5．外形流暢美觀，具有廣泛的適用性。由于采用了高強度多曲面外殼，使該電動機外形流暢美觀。該電動機能夠直接驅動各種車輛，可容易地應用在電動自行車、助力車、電驅動等車輛上，具有廣泛的使用性。
6．高可靠、長壽命、免維護，并實現了機電一體化結構。該電動機內無機械接觸摩擦，各部件不需維護，機械、電氣部件可靠性高，長壽命。磁鋼固定牢固，不易脫落。圓環型電路控制板安裝在電動機內，實現了機電一體化。
以下結合
實施例圖1是高性能車用直驅無刷直流電動機結構剖視圖圖2是高性能車用直驅無刷直流電動機轉子軟磁材料塊環示意圖圖3是高性能車用直驅無刷直流電動機轉子軟磁材料塊示意圖圖4是高性能車用直驅無刷直流電動機轉子永磁磁綱塊環示意圖圖5是高性能車用直驅無刷直流電動機轉子永磁磁綱塊示意圖圖6是高性能車用直驅無刷直流電動機轉子磁環示意圖圖7是高性能車用直驅無刷直流電動機轉子端蓋示意圖圖8是端蓋與磁環局部剖視圖圖9是高性能車用直驅無刷直流電動機定子繞組示意圖圖10是高性能車用直驅無刷直流電動機圓環形電路控制圖高性能車用直驅無刷直流電動機，外轉子由電動機左、右端蓋1、2及粘貼在左、右端蓋內側的凹槽內的平面磁鋼環3、4組成。平面磁鋼環采用16塊軟磁材料塊5和16塊N、S極相間隔的永磁材料塊6復合組成的磁環7，以提供優良的磁路。左、右端蓋采用殼狀多曲面結構，以提高電動機抗縱向摩擦力、沖擊力和抗側向摩擦力強度。左、右端蓋通過螺栓固定成一整體，外園可設置輻條孔8以便于和輪輞相連，或在左端蓋上設置聯接組件以便于和輪輻板相連，亦可在左端蓋上安裝驅動飛輪以達到電動與人力共同驅動車輛的目的，能夠適應各種電動車輛的配套使用。
在該電動機中，內定子由無鐵芯線繞盤式電樞9、HALL效應位置傳感器10、圓環形電路控制板11等組成。無鐵芯線繞盤式電樞采用三相繞組星形聯接方式，A、B、C各相繞組均使用扁平自粘性漆包線各對稱繞制4極，以消除互感損耗，最終形成12極線圈極數，并用環氧樹脂固化封裝而成，如附圖7所示。線繞盤式電樞中的扁平自粘性漆包線截面積可接電流密度J=10A／mm2來確定。線圈繞組沿徑向分布時，以中心軸為圓心，構成有效切割磁力線導體環。該導體環內徑R1、外徑R2、總導體數N可參考下式確定R13=106emb4πnBF]]>R2=1.73R1N≈3F[R1/b]以使電動機外徑最小。
式中em-最大感應電動勢，V；b-扁平漆包線厚度，mm；n-額定轉速，rps；B-磁通密度，T；F-線圈繞組層數。
HALL效應位置傳感器由三只HALL效應器件組成，按30°間隔固定在盤式電樞支架上并接近于磁鋼環。圓環形電路控制板上安裝有無刷直流電動機專用IC，該IC采用PWM技術有效地控制電動機的運轉并節省電能。線圈繞組換向電路采用低功耗MOS場效應功率開關管并構成橋式換向電路，功率開關管安裝在流線型散熱器中，以保證良好的散熱效果。散熱器與內定子、車架相連，以確保內定子固定不動。電動機電原理圖見附圖。
在該電動機中，外轉子通過深溝軸承與內定子相結合，并繞中心軸轉動。右端蓋軸承內徑大且通過聯接件與中心軸相聯接，是為了電樞與散熱器、電路控制板與電動機外的聯線。
本實用新型的工作原理是HALL效應位置傳感器將外轉子的轉動位置信號傳遞到IC及速度反饋電壓轉換電路中。當功能電路使IC上“電動機工作”信號有效，IC解碼電路將外轉子位置信號和正反轉信號轉換成正確的換向信號，控制驅動電路直接驅動功率開關管，使相應的二相繞組線圈通以電流。繞組線圈產生的感應電磁場與永磁磁場相互作用，產生推動外轉子轉動的電磁力矩，從而推動外轉子向相應的方向轉動。外轉子的轉動使位置傳感器輸出信號周期變化。隨著位置傳感器信號的周期變化，IC電路周期地控制三相繞組線圈工作，從而推動外轉子持續運轉。
從速度控制電位器來的速度控制電壓和從速度反饋電壓轉換電路輸出的速度反饋電壓在IC中進行比較，并形成調節電動機轉速的PWM信號，該信號通過驅動電路驅動橋式換向電路的下橋部分，使電動機既節能、又高效地運轉，實現電動機的PWM速度控制。
權利要求1.一種高性能車用直驅無刷直流電動機，由內定子和外轉子組成，其特征為外轉子由左、右端蓋及粘貼在左、右端蓋內側凹槽內的平面磁鋼環組成；平面磁鋼環由16塊N、S極相間隔的永磁磁鋼塊與16塊軟磁材料塊粘接復合形成并排列成磁環；電動機軸外有軸套，左、右端蓋通過軸承連接在電動機軸和軸套上，內定子固定在軸套上。
2.根據權利要求1所述的高性能車用直驅無刷直流電動機，其特征為內定子是無鐵芯線繞盤式電樞；無鐵芯線繞盤式電樞是三相繞組星形聯接方式，A、B、C各相為對稱均布的4極線圈繞組，三相共為12極線圈繞組，由環氧樹脂固化封裝為一體。
3.根據權利要求2所述的高性能車用直驅無刷直流電動機，其特征為內定子上，還裝有三只HALL效應位置傳感器，每只以間距30度固定在定子電樞的支架上，HALL效應位置傳感器連接固定在內定子上的圓環形電路控制板上。
4.根據權利要求3所述的高性能車用直驅無刷直流電動機，其特征為內定子上的圓環形電路控制板由軸套向外連接散熱器。
5.根據權利要求1所述的高性能車用直驅無刷直流電動機，其特征為左、右端蓋采用殼狀多曲面結構，左、右端蓋通過螺栓固定成一整體，外圓可設置便于和輪輞相連的輻條孔。
專利摘要一種高性能車用直驅無刷直流電動機,外轉子是端蓋內側凹槽內粘有16塊軟磁塊和16塊N、S極相間隔的永磁塊組成的平面磁環,內定子是三相星形聯接并由環氧樹脂固化封裝為一體的無鐵芯線繞盤式電樞;內定子上裝有HALL效應位置傳感器和圓環形電路控制器。優點是:效率高、轉速穩定性好、高轉矩、功能強、外形流暢美觀,磁鋼固定牢固,不易脫落。具有廣泛的適用性、高可靠、長壽命、免維護、機電一體化結構。
文檔編號B60L11/04GK2412788SQ0020548
公開日2001年1月3日 申請日期2000年2月22日 優先權日2000年2月22日
發明者張士秀 申請人:張士秀