專利名稱：一種用于電動車的永磁無刷變速電機及方法
技術領域：
本發明涉及電動車驅動電機，具體的說是一種能夠自動無級變速的電動自行車和
電動摩托車用電機。
背景技術：
由于永磁無刷電機結構緊湊，體積小功率大效率高，技術成熟，因此小型電動車， 特別是電動助力車幾乎都采用了永磁無刷電機。但這種電機由于使用稀土永磁勵磁，電 機磁通幾乎不可調，等功率可調速比低，對于實際的使用、工況變化范圍需要更多的功率儲 備，這是很不經濟的。 為了改進電動車的性能，業內先后研發過多種機械式變速電機，以及繞組可變的 雙速電機或三速電機，均因技術方案不夠完善而未能廣泛運用。 除了增加傳統的機械變速系統外，現有一種電控弱磁技術，參見《永磁電機的弱 磁控制設計》《微特電機》2009-6期，中圖分類號TM341文獻標識碼A， WENZ文章編號 1004-7018 (2009) 06-0041-05，但主要用于凸極式永磁同步電機。對于普通永磁無刷電機弱 磁效果不理想。
發明內容
本發明的目地在于克服現有技術的不足，提供一種機構簡單，工作可靠的電動車 用永磁無刷變速電機。 為實現上述目的，設計一種用于電動車的永磁無刷變速電機，包括永磁體與轉子， 多極繞組定子，其特征在于永磁無刷變速電機設有離心機構和磁通分流機構和減速器，電 機的定子，由繞組4、定子鐵芯5組成，鐵芯5連接到機殼26上，機殼兩端設有軸承12和13， 電機軸l通過軸承12、13與機殼相連，電機軸中間設置電機的轉子和限速器28，轉子由永磁 體6、轉子鐵芯7、和轉子支架8組成，永磁體位于轉子的表面，電機軸的一端連接磁通分流 器2，與轉子同步旋轉，磁通分流器與轉子之間設有彈簧3;轉子的右端為離心調節機構，電 機軸另一端連接推力盤10，推力盤為一錐面圓盤，圓盤內表面同支架8之間形成若干個徑 向分布的鍥型空間，圓盤中間設有離心滾子9，電機軸1、轉子支架8、離心滾子9和推力盤 IO構成離心機構。 所述的磁通分流器采用導磁材料制成的圓筒型物體，磁通分流器對移動過來的轉 子磁通進行旁路，分流削弱氣隙中原有穿過繞組的磁通。 所述的離心機構從轉子獲得的速度和離心力轉化為軸向移動轉子磁場的力，轉子 位移量同轉速變化為函數關系。 所述的轉子支架同電機軸以花鍵方式連接，同電機軸同步旋轉，作軸向移動。
所述的限速器28決定轉子最大位移，限制最高轉速，防止意外飛車。
所述的離心機構是一個斜面滾子推力機構，離心機構工作原理是當滾子隨轉子 繞軸運動時，產生離心力F。=版"2，同時通過斜面將力^轉移到軸向形成分力Fz，利用力F,推動轉子軸向移動，使位置上錯開定子繞組一定距離，使得一部分磁通量不再通過定 子磁路，同定子電流交聯，而是通過磁通分流器回到原處。轉速越高，離心力愈大，轉子位移 愈大，進入磁通分流器部分愈多，磁通分流愈多，進入定子磁通越少。這樣，"弱磁"就實現 了 ，其結果是功率基本不變，但轉速升高，扭矩下降，直到扭矩同車輛行駛阻力達成平衡。在 整個過程中功率，效率降低緩慢，處于等功率調速特性。 為了使電機的轉速適應需要。本發明在電機后增設了 2級齒輪減速，對電機的輸 出特性進行變換。 本發明與現有技術相比，同機械式變檔調節比較，本發明是連續無極的調速，同機 械式CVT無極調速(效率60 70%)比效率更高20%以上，同電控弱磁比，更適合普通隱 極式轉子。基本方法是在電機內部增加一個磁通分流機構，來達到弱磁擴速的目的，實現理 想的驅動特性。由于機構簡單，工作可靠，應用前景十分廣闊。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
圖1為本發明的結構示意圖。
圖2為本發明與現有技術對比圖。
指定圖1為摘要附圖 1電機軸，2磁通分流器，3彈簧，4繞組，5定子鐵芯，6永磁體，7轉子鐵芯，8轉子 支架，9離心滾子，10推力盤，11油封，12、 13軸承，14軸連齒，15從動齒，16軸承，17中間 軸，18油封，19軸承，20驅動軸，21傳動箱體，22軸承，23大齒輪，24小齒輪，25軸承，26左 箱體，27電機蓋，28限速器。
具體實施例 結合附圖對本發明做進一步說明，這種裝置的制造技術對本專業的人來說是非常 清楚的。 參見圖1，電機的定子由繞組4，定子鐵芯5組成，定子鐵芯與機殼過盈連接。機殼 包括左箱體26，電機蓋27。電機軸1通過軸承12、 13與機殼相連，軸上連接電機轉子支架 8、磁通分流器2、推力盤10 ;電機轉子由永磁體6，轉子鐵芯7，轉子支架8組成；轉子支架 與電機軸為花鍵連接，可帶動軸旋轉，并可軸向滑動；轉子左端軸上設有磁通分流器2，之 間有彈簧3 ;轉子的右端為離心調節機構，包括離心滾子9、推力盤10、軸1和轉子支架8構 成；其余零件包括油封ll，軸連齒14，從動齒15，軸承16，25，中間軸17，軸承19、22，油封 18，驅動軸20，大齒輪23，小齒輪24，傳動箱體21組成減速器。 電機通電后，轉子帶動磁通分流器2和離心機構9+10轉動，轉速由0迅速提高，到
設定轉速時，在推力盤10的作用下，克服彈簧2的壓力，開始移動轉子，使轉子離開定子，部
分進入磁通分流器2，轉子移動進入磁通分流器的值與轉速為函數關系，該函數特性依據永
磁無刷電機理論確定，使其輸出特性近似于理想特性。這是用機械方式實現的弱磁擴速，與
先進的正弦波矢量控制弱磁擴速技術有異曲同工之妙，卻極其簡單易行。 減速器對變速后的轉速按固定速比減速，使驅動軸輸出的動力特性同車輛相匹配。
限速器28限制轉子最大位移，限制最高轉速，防止意外飛車。 參見圖2，曲線a-b-c為普通永磁電機機械特性曲線，a-b_d為弱磁變速永磁電機 機械特性曲線，額定功率都是500W。例如b點功率Pb = 50X 10 = 500， d點功率Pd = 12. 5X40 = 500，c點功率約為4X20 = 80W，曲線同阻力曲線的交點"i和"2分別為兩種 電機的最高車速。"2處的功率和車速為500W 35km/h， c^處功率為80W20km/h。性能提高 80%左右。
權利要求
一種用于電動車的永磁無刷變速電機，包括永磁體與轉子，多極繞組定子，其特征在于永磁無刷變速電機設有離心機構和磁通分流機構和減速器，電機的定子，由繞組4、定子鐵芯5組成，鐵芯5連接到機殼26上，機殼兩端設有軸承12和13，電機軸1通過軸承12、13與機殼相連，電機軸中間設置電機的轉子和限速器28，轉子由永磁體6、轉子鐵芯7、和轉子支架8組成，永磁體位于轉子的表面，電機軸的一端連接磁通分流器2，與轉子同步旋轉，磁通分流器與轉子之間設有彈簧3；轉子的右端為離心調節機構，電機軸另一端連接推力盤10，推力盤為一錐面圓盤，圓盤內表面同支架8之間形成若干個徑向分布的鍥型空間，圓盤中間設有離心滾子9。電機軸1、轉子支架8、離心滾子9和推力盤10共同構成離心機構。
2. 根據權利要求1所述的一種用于電動車的永磁無刷變速電機，其特征在于所述的磁 通分流器采用導磁材料制成的圓筒型物體，磁通分流器對移動過來的轉子< 磁通進行旁路， 分流削弱氣隙中原有穿過繞組的磁通。
3. 根據權利要求1所述的一種用于電動車的永磁無刷變速電機，其特征在于轉子支架 同電機軸以花鍵方式連接，同電機軸同步旋轉，并且作軸向移動。
4. 根據權利要求1所述的一種用于電動車的永磁無刷變速電機，其特征在于所述的限 速器28決定轉子最大位移。
5. —種用于電動車的永磁無刷變速電機的方法，其特征在于所述的離心機構是一個斜 面滾子推力機構，當滾子隨轉子繞軸運動時，產生離心力F。 = Rm"、同時通過斜面將力 F。轉移到軸向形成分力Fz，利用力Fz推動轉子軸向移動，使位置上錯開定子繞組一定距離， 使得一部分磁通量不再通過定子磁路，同定子電流交聯，而是通過磁通分流器回到原處。
6. 根據權利要求5所述的一種用于電動車的永磁無刷變速電機的方法，其特征在于所 述的離心機構從轉子獲得的速度和離心力轉化為軸向移動轉子磁場的力，這種位移使轉子 陷入定子的環形面積減小，有效磁通面積減小，并且轉子位移量同轉速變化為函數關系。
全文摘要
本發明涉及電動車驅動電機，具體的說是一種能夠自動無級變速的電動自行車和電動摩托車用電機，其特征在于永磁無刷變速電機由電機、離心式轉速感應調磁機構和減速器組成，電機軸的一端連接磁通分流器2，與轉子同步旋轉，之間有彈簧3；電機軸另一端連接推力盤10，推力盤為一錐面圓盤，圓盤內表面同支架8之間形成若干個徑向分布的鍥型空間，中間放置離心滾子9，電機軸1、轉子支架8、離心滾子9和推力盤10構成離心機構。本發明與現有技術相比，同機械式變檔調節比較，本發明是連續無極的調速，同機械式CVT無極調速(效率60～70％)比效率更高20％以上，同電控弱磁比，更適合普通隱極式轉子。基本方法是在電機內部增加一個磁通分流機構，來達到弱磁擴速的目的，實現理想的驅動特性。由于機構簡單，工作可靠，應用前景十分廣闊。
文檔編號H02K7/10GK101795031SQ20101013106
公開日2010年8月4日 申請日期2010年3月23日 優先權日2010年3月23日
發明者楊荷 申請人:楊荷