專利名稱：電動自行車的雙磁型動力電機及其電動自行車的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電動自行車的雙磁型動力電機及其電動自行車，尤其 是電動自行車的雙磁型動力電機，屬于電動自行車及其動力電機產品技術領域。
背景技術：
電動自行車人們通常稱為電動車，電動車上作為動力使用的電動機簡 稱為電機，目前在大量使用和銷售的電動車，其電機功率為350W-1500W，當電動車的電機 功率為350W時，一個人騎行時無法爬上30° -40°度的上坡。因此人們?yōu)榱私鉀Q電動車的 爬坡能力問題，電動車電機的功率瓦數從250W—直增大到1500W，電動車電機的功率越做 越大，電動車的速度也越來越快，雖然解決了電動車的爬坡能力問題，但已經不是國家規(guī)定 的電動自行車了，而是成為了與摩托車一樣快速的電動摩托車了，從而造成目前道路上電 動車的事故率大幅度的上升，成為嚴重行車安全隱患，這也是當前電動車事故率據高不下 的主要因素。而且現在的大功率電動車在爬坡后電機容易發(fā)燙。同時由于在城市道路上決定了電動車的車速不可能太快，而且經常會剎車，所以 功率大的電動車就會產生經常的大電流頻繁起動和剎車，這樣對電機元件，對控制器，對電 池的損耗也非常大。而且目前國內所有電動車由于只有一套電器控制系統(tǒng)，所以電動車在行駛當中， 如遇到電機霍爾元件損壞或控制器損壞或其他電器線路出現問題，只能在路上推行把電動 車推到修理點找車行修理，非常麻煩。發(fā)明內容本發(fā)明提供一種新穎的電動自行車的雙磁型動力電機及其電動自行車， 采用雙磁動力結構技術，以實現電動自行車在低功率配置下輕松爬坡和無故障、安全行駛 的目的。本發(fā)明采用的技術方案是一種電動自行車的雙磁型動力電機，包括電機軸、電機定子、電機轉子，電機軸為 雙鍵或長鍵結構的圓軸，兩端軸中心分別設置有電線導出孔，在電機軸上并列設置有兩組 電機定子，每組電機定子包括硅鋼片、線圈、霍爾位置傳感器、嵌盤結構，每組電機定子與 電機軸通過鍵連接定位，并通過隔離套、擋圈定位固定，兩個磁鋼并列固定安裝于電機轉子 的鋼圈上，鋼圈與電機左蓋和電機右蓋固定連接構成電機轉子結構，兩個磁鋼與兩組電機 定子呈對應位置設置構成內置并列式雙同步電機結構。電機軸中部為錯位式雙短鍵或單一長鍵結構的圓軸，兩端軸中心的電線導出孔分 別與圓軸側壁相通。電機轉子主要由鋼圈、兩個外徑相同而斷面大小不同的磁鋼、電機左蓋和電機右 蓋所構成，兩個磁鋼為16#永磁磁鋼或/和20#永磁磁鋼，兩個永磁磁鋼并列間隔固定安裝 于鋼圈內側，鋼圈與電機左蓋和電機右蓋相連接，電機左蓋和電機右蓋通過軸承安裝于電 機軸上，構成電機轉子及電機殼體。一種具有雙磁型動力電機的電動自行車，包括電器控制系統(tǒng)、雙磁型動力電機， 所述的電器控制系統(tǒng)為并聯(lián)式雙系統(tǒng)電器控制系統(tǒng)，主要由兩個控制器、車轉把、電門鎖、 轉換開關所構成，兩個控制器與車轉把并聯(lián)連接，轉換開關通過電門鎖與兩個控制器相連 接，兩個控制器分別連接控制雙磁型動力電機的兩組電機定子；
所述的雙磁型動力電機，電機軸為雙鍵或長鍵結構的圓軸，兩端軸中心分別設置 有電線導出孔，在電機軸上并列設置有兩組電機定子，每組電機定子包括硅鋼片、線圈、霍 爾位置傳感器、嵌盤結構，每組電機定子與電機軸通過鍵連接定位，并通過隔離套、擋圈定 位固定，兩個磁鋼并列固定安裝于電機轉子的鋼圈上，鋼圈與電機左蓋和電機右蓋固定連 接構成電機轉子結構，兩個磁鋼與兩組電機定子呈對應位置設置構成內置并列式雙同步電 機結構。兩個控制器為控制器A、控制器B，控制器A為350W系統(tǒng)控制器，控制器B為250W 系統(tǒng)控制器，控制器A、控制器B以并聯(lián)形式連接控制雙磁型動力電機的兩組電機定子，形 成并聯(lián)式雙系統(tǒng)電器控制系統(tǒng)結構。轉換開關為三檔位轉換開關，控制并聯(lián)式雙系統(tǒng)電器控制系統(tǒng)之間的互相轉換。本發(fā)明有益效果是由于采用了本發(fā)明的電動自行車的雙磁型動力電機及其電動自行車，從而解決了 現有的電動車為了爬坡而設置較大功率超出國家標準的問題，也解決了目前的電動車爬坡 后電機容易發(fā)熱及由于車速過快容易造成道路事故的問題，也解決了目前電動車在電器控 制系統(tǒng)故障時無法行駛的問題，本發(fā)明的電動自行車的雙磁型動力電機及其電動自行車， 具有結構設計新穎，制造容易成本低，爬坡性能好，使用方便，安全可靠的特點。適用于目 前國內所有電動車使用，并能解決目前電動車存在的主要技術問題。使用本發(fā)明的電動車 完全可滿足人們日常生活的實際需要和基本克服現有電動車所存在的缺陷。
圖1 是本發(fā)明電動自行車的雙磁型動力電機的剖視圖；圖2 是本發(fā)明電動自行車的雙磁型動力電機的展開結構示意圖；圖3 是本發(fā)明電動自行車的雙磁型動力電機軸的結構圖；圖4 是本發(fā)明電動自行車的雙磁型動力電機軸的剖視圖；圖5 是本發(fā)明電動自行車的雙磁型動力電機及其電動自行車的控制器電器線路 示意圖。圖1中1、輪轂2、鋼圈3、磁鋼A 4、霍爾位置傳感器A 5、線圈A6、硅鋼片A 7、嵌盤A 8、電機軸9、擋圈 10、鍵A11、隔離套 12、電機左蓋13、控制電線 14、磁鋼B15、霍爾位置傳感器B 16、線圈B 17、硅鋼片B 18、嵌盤B19、電機右蓋 20、鍵B 21、油封 22、軸承23、鉚釘24、六角螺栓25、襯套圖3中8、電機軸圖4中8、電機軸 81、鍵槽A 82、鍵槽B83、電線導出孔A 84、電線導出孔B圖5中26、電池組27、控制器A 28、控制器B29、電門鎖30、轉換開關31、車轉把
具體實施例方式如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示。本發(fā)明的電動自行車中，包括雙磁型動力電機、控制器、車轉把、電門鎖、轉換開 關結構。具體包括雙磁型動力電機一臺、控制器兩組、車轉把一套、電門鎖一個、轉換開關一個。電動自行車的雙磁型動力電機，為無刷雙同步電動機，主要由鋼圈2、磁鋼A3、霍 爾位置傳感器A4、線圈A5、硅鋼片A6、嵌盤A7、電機軸8、擋圈9、鍵AlO、隔離套11、電機左 蓋12、控制電線13、磁鋼B14、霍爾位置傳感器B15、線圈B16、硅鋼片B17、嵌盤B18、電機右 蓋19、鍵B20、油封21、軸承22、鉚釘23、六角螺栓24、襯套25所構成。電機軸8，包括鍵槽A81、鍵槽B82、電線導出孔A83、電線導出孔B84結構。磁鋼A3、磁鋼B14為16#永磁磁鋼或/和20#永磁磁鋼，16#永磁磁鋼或/和20# 永磁磁鋼為35H稀土永磁釹鐵硼材料的永磁磁鋼。電動自行車的雙磁型動力電機的部件分類主要包括電機轉子一組、電機定子兩 組、電機軸一根、電機端蓋一副。電機轉子一組，主要包括鋼圈2、磁鋼A3、磁鋼B14、六角螺栓24結構。電機定子兩組，主要包括霍爾位置傳感器A4、線圈A5、硅鋼片A6、嵌盤A7、霍爾位 置傳感器B15、線圈B16、硅鋼片B17、嵌盤B18、控制電線13、鉚釘23、襯套25結構。電機軸一根，主要包括電機軸8、擋圈9、鍵A10、鍵A10、隔離套11、鍵B20結構。電機端蓋一副，包括電機左蓋12、電機右蓋19、油封21、軸承22結構?？刂破鳎饕刂破鰽27、控制器B28結構?？刂破鰽27為350W系統(tǒng)控制器；控制器B28為250W系統(tǒng)控制器。車轉把，主要包括電流調節(jié)器?！N電動自行車的雙磁型動力電機，包括電機軸、電機定子、電機轉子，電機軸為 雙鍵或長鍵結構的圓軸，兩端軸中心分別設置有電線導出孔，在電機軸上并列設置有兩組 電機定子，每組電機定子包括硅鋼片、線圈、霍爾位置傳感器、嵌盤結構，每組電機定子與 電機軸通過鍵連接定位，并通過隔離套、擋圈定位固定，兩個磁鋼并列固定安裝于電機轉子 的鋼圈上，鋼圈與電機左蓋和電機右蓋固定連接構成電機轉子結構，兩個磁鋼與兩組電機 定子呈對應位置設置構成內置并列式雙同步電機結構。電機軸中部為錯位式雙短鍵或單一長鍵結構的圓軸，兩端軸中心的電線導出孔分 別與圓軸側壁相通。電機轉子主要由鋼圈、兩個外徑相同而斷面大小不同的磁鋼、電機左蓋和電機右 蓋所構成，兩個磁鋼為16#永磁磁鋼或/和20#永磁磁鋼，兩個永磁磁鋼并列間隔固定安裝 于鋼圈內側，鋼圈與電機左蓋和電機右蓋相連接，電機左蓋和電機右蓋通過軸承安裝于電 機軸上，構成電機轉子及電機殼體。一種具有雙磁型動力電機的電動自行車，包括電器控制系統(tǒng)、雙磁型動力電機， 所述的電器控制系統(tǒng)為并聯(lián)式雙系統(tǒng)電器控制系統(tǒng)，主要由兩個控制器、車轉把、電門鎖、 轉換開關所構成，兩個控制器與車轉把并聯(lián)連接，轉換開關通過電門鎖與兩個控制器相連 接，兩個控制器分別連接控制雙磁型動力電機的兩組電機定子；
所述的雙磁型動力電機，電機軸為雙鍵或長鍵結構的圓軸，兩端軸中心分別設置 有電線導出孔，在電機軸上并列設置有兩組電機定子，每組電機定子包括硅鋼片、線圈、霍 爾位置傳感器、嵌盤結構，每組電機定子與電機軸通過鍵連接定位，并通過隔離套、擋圈定 位固定，兩個磁鋼并列固定安裝于電機轉子的鋼圈上，鋼圈與電機左蓋和電機右蓋固定連 接構成電機轉子結構，兩個磁鋼與兩組電機定子呈對應位置設置構成內置并列式雙同步電 機結構。 兩個控制器為控制器A、控制器B，控制器A為350W系統(tǒng)控制器，控制器B為250W 系統(tǒng)控制器，控制器A、控制器B以并聯(lián)形式連接控制雙磁型動力電機的兩組電機定子，形 成并聯(lián)式雙系統(tǒng)電器控制系統(tǒng)結構。轉換開關為三檔位轉換開關，控制并聯(lián)式雙系統(tǒng)電器控制系統(tǒng)之間的互相轉換。本發(fā)明的雙磁型動力電機，為無刷電機，也稱為雙磁永磁超強動力電機；或稱 為低速無刷無齒雙磁永磁超強動力電機。采用內置350W與250W雙電機組合配置結構，實 際工作時其使用效率超過單一 1200W電機的工作效率。無刷電機基本工作原理1、電動機的定子繞組多做成三相對稱星形接法，同三相異步電動機十分相似。電 動機的轉子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測電動機轉子的極性，在電動機內裝有位置傳 感器。驅動器由功率電子器件和集成電路等構成，其功能是接受電動機的啟動、停止、制 動信號，以控制電動機的啟動、停止和制動；接受位置傳感器信號和正反轉信號，用來控制 逆變橋各功率管的通斷，產生連續(xù)轉矩；接受速度指令和速度反饋信號，用來控制和調整轉 速；提供保護和顯示等等。主電路是一個典型的電壓型交-直-交電路，逆變器提供等幅等頻5-26KHZ調制 波的對稱交變矩形波。永磁體N-S交替交換，使位置傳感器產生相位差120°的U、V、W方波，結合正/ 反轉信號產生有效的六狀態(tài)編碼信號101、100、110、010、011、001，通過邏輯組件處理產生 T1-T4導通、T1-T6導通、T3-T6導通、T3-T2導通、T5-T2導通、T5-T4導通，也就是說將直 流母線電壓依次加在A+B-、A+C-、B+C-、B+A-、C+A-、C+B-上，這樣轉子每轉過一對N-S極， T1-T6功率管即按固定組合成六種狀態(tài)的依次導通。每種狀態(tài)下，僅有兩相繞組通電，依次 改變一種狀態(tài)，定子繞組產生的磁場軸線在空間轉動60°電角度，轉子跟隨定子磁場轉動 相當于60°電角度空間位置，轉子在新位置上，使位置傳感器U、V、W按約定產生一組新編 碼，新的編碼又改變了功率管的導通組合，使定子繞組產生的磁場軸再前進60°電角度，如 此循環(huán)，無刷直流電動機將產生連續(xù)轉矩，拖動負載作連續(xù)旋轉。正因為無刷直流電動機的 換向是自身產生的，而不是由逆變器強制換向的，所以也稱作自控式同步電動機。2、無刷直流電動機的位置傳感器編碼使通電的兩相繞組合成磁場軸線位置超前 轉子磁場軸線位置，所以不論轉子的起始位置處在何處，電動機在啟動瞬間就會產生足夠 大的啟動轉矩，因此轉子上不需另設啟動繞組。由于定子磁場軸線可視作同轉子軸線垂直，在鐵芯不飽和的情況下，產生的平均 電磁轉矩與繞組電流成正比，這正是他勵直流電動機的電流_轉矩特性。電動機的轉矩正比于繞組平均電流Tm = KtIav(N-Hi)
電動機兩相繞組反電勢的差正比于電動機的角速度ELL = Ke ω (V)所以電動機繞組中的平均電流為Iav = (Vm-ELL)/2Ra (A)其中，Vm= δ *VDC是加在電動機線間電壓平均值，VDC是直流母線電壓，δ是調 制波的占空比，Ra為每相繞組電阻。由此可以得到直流電動機的電磁轉矩Tm = δ · (VDC · Kt/2Ra) -Kt · (Ke ω /2Ra)Kt、Ke是電動機的結構常數，ω為電動機的角速度(rad/s)，所以，在一定的ω時， 改變占空比S，就可以線性地改變電動機的電磁轉矩，得到與他勵直流電動機電樞電壓控 制相同的控制特性和機械特性。無刷直流電動機的轉速設定，取決于速度指令Vc的高低，如果速度指令最大值為 +5V對應的最高轉速VC(max)0n max，那么，+5V以下任何電平即對應相當的轉速n，這就實 現了變速設定。當Vc設定以后，無論是負載變化、電源電壓變化，還是環(huán)境溫度變化，當轉速低于 指令轉速時，反饋電壓Vfb變小，調制波的占空比δ就會變大，電樞電流變大，使電動機產 生的電磁轉矩增大而產生加速度，直到電動機的實際轉速與指令轉速相等為止；反之，如果 電動機實際轉速比指令轉速高時，δ減小，Tm減小，發(fā)生減速度，直至實際轉速與指令轉速 相等為止?？梢哉f，無刷直流電動機在允許的電網波動范圍內，在允許的過載能力以下，其 穩(wěn)態(tài)轉速與指令轉速相差在1 %左右，并可以實現在調速范圍內恒轉矩運行。由于無刷直流電動機的勵磁來源于永磁體，所以不象異步機那樣需要從電網吸取 勵磁電流；由于轉子中無交變磁通，其轉子上既無銅耗又無鐵耗，所以效率比同容量異步電 動機高10%左右，一般來說，無刷直流電動機的力能指針(ncose)比同容量三相異步電 動機高12% -20%o3、當雙組同時使用通電時，產生更大的反作用力，使電機扭矩更強勁。目前市場上電動車的電機在功率為350W時，一個人騎行時無法爬上30° -40°度 的坡，。目前市場上電動車為了解決爬坡問題，電機瓦數從250W—直增大到1500W，功率做 的越來越大，電動車的速度也越來越快，已經不是國家規(guī)定的電動自行車了，而是成為了與 摩托車一樣快速的電動摩托車了，從而造成目前道路上電動車的事故率大幅度的上升，成 為嚴重行車安全隱患。由于在城市道路上決定了電動車的車速不可能太快，而且經常會剎 車，所以就會產生經常的大電流頻繁起動和剎車，這樣對電機，對控制器，對電池的損耗也 非常大。而且目前國內所有電動車由于只有一套電器控制系統(tǒng)，所以在在行駛當中，如遇 到電機霍爾元件或控制器損壞或其它電器線路出現問題，只能在路上推行把電動車推到修 理點找車行修理。使用本發(fā)明電動自行車時，可解決了目前其它電動車不能爬坡的問題，比如爬 40°度上坡，只需一組350W轉子和一組250W轉子相組合，可比單一 1200W電機效率還要 高。本發(fā)明電動自行車無須沖力即可輕松爬上40°度坡，而且長時間爬坡對電機、控制器都 無太大影響，電機、控制器都不會有過高的升溫。
使用本發(fā)明電動自行車，還可解決電動車使用中電器控制系統(tǒng)故障的問題，消除 消費者苦惱，不必擔心電動車在路上拋錨，當使用中電動車電器控制系統(tǒng)出現故障時則可 啟用另一組電路系統(tǒng)行駛，安全到家或到修理店修理。并且電動車在實際使用時，當350W電機欠壓電量不足時，可啟動250W電機繼續(xù)行 駛三至五公里到達就近的可充電的地方。電動車在實際使用時，在平路上人稀少時，可用350W電機行駛，在繁華上下班高 峰時可改用250W低速行駛，這樣即可實現安全，又可以增加電池續(xù)行里程，又可減輕電機 發(fā)熱升溫現象。充電效果此電機用在山區(qū)、高山地段效果會更佳，因電機是無刷電機，空轉也能 產生磁場，而且阻力較小，因此本發(fā)明電動自行車的雙磁型動力電機既可當電機使用又可 當發(fā)電機使用。當爬坡時，啟用雙磁工作，輕松爬坡上坡，當遇到下坡時，關掉電源兩組電機 同時發(fā)電充入電池，采用一邊一組進行充電，如果下坡時間十分鐘可充入電壓2V-3V，二十 分鐘可充入3V-5V。本發(fā)明電動自行車的雙磁型動力電機主要用于電動車動力驅動，適用于目前國內 所有電動車使用，并能解決目前電動車存在的主要技術問題。使用本發(fā)明的電動車完全可 滿足人們日常生活的實際需要和基本克服現有電動車所存在的缺陷。
權利要求
一種電動自行車的雙磁型動力電機，包括電機軸、電機定子、電機轉子，其特征在于電機軸為雙鍵或長鍵結構的圓軸，兩端軸中心分別設置有電線導出孔，在電機軸上并列設置有兩組電機定子，每組電機定子包括硅鋼片、線圈、霍爾位置傳感器、嵌盤結構，每組電機定子與電機軸通過鍵連接定位，并通過隔離套、擋圈定位固定，兩個磁鋼并列固定安裝于電機轉子的鋼圈上，鋼圈與電機左蓋和電機右蓋固定連接構成電機轉子結構，兩個磁鋼與兩組電機定子呈對應位置設置構成內置并列式雙同步電機結構。
2.根據權利要求1所述的電動自行車的雙磁型動力電機，其特征在于電機軸中部為 錯位式雙短鍵或單一長鍵結構的圓軸，兩端軸中心的電線導出孔分別與圓軸側壁相通。
3.根據權利要求1所述的電動自行車的雙磁型動力電機，其特征在于電機轉子主要 由鋼圈、兩個外徑相同而斷面大小不同的磁鋼、電機左蓋和電機右蓋所構成，兩個磁鋼為 16#永磁磁鋼或/和20#永磁磁鋼，兩個永磁磁鋼并列間隔固定安裝于鋼圈內側，鋼圈與電 機左蓋和電機右蓋相連接，電機左蓋和電機右蓋通過軸承安裝于電機軸上，構成電機轉子 及電機殼體。
4.一種具有雙磁型動力電機的電動自行車，包括電器控制系統(tǒng)、雙磁型動力電機，其 特征在于所述的電器控制系統(tǒng)為并聯(lián)式雙系統(tǒng)電器控制系統(tǒng)，主要由兩個控制器、車轉 把、電門鎖、轉換開關所構成，兩個控制器與車轉把并聯(lián)連接，轉換開關通過電門鎖與兩個 控制器相連接，兩個控制器分別連接控制雙磁型動力電機的兩組電機定子；所述的雙磁型動力電機，電機軸為雙鍵或長鍵結構的圓軸，兩端軸中心分別設置有電 線導出孔，在電機軸上并列設置有兩組電機定子，每組電機定子包括硅鋼片、線圈、霍爾位 置傳感器、嵌盤結構，每組電機定子與電機軸通過鍵連接定位，并通過隔離套、擋圈定位固 定，兩個磁鋼并列固定安裝于電機轉子的鋼圈上，鋼圈與電機左蓋和電機右蓋固定連接構 成電機轉子結構，兩個磁鋼與兩組電機定子呈對應位置設置構成內置并列式雙同步電機結 構。
5.根據權利要求4所述的雙磁型動力電機的電動自行車，其特征在于兩個控制器為 控制器A、控制器B，控制器A為350W系統(tǒng)控制器，控制器B為250W系統(tǒng)控制器，控制器A、 控制器B以并聯(lián)形式連接控制雙磁型動力電機的兩組電機定子，形成并聯(lián)式雙系統(tǒng)電器控 制系統(tǒng)結構。
6.根據權利要求4所述的雙磁型動力電機的電動自行車，其特征在于轉換開關為三 檔位轉換開關，控制并聯(lián)式雙系統(tǒng)電器控制系統(tǒng)之間的互相轉換。
全文摘要
一種電動自行車的雙磁型動力電機，在電機軸上并列設置有兩組電機定子，兩個磁鋼并列固定安裝于電機轉子的鋼圈上，兩個磁鋼與兩組電機定子呈對應位置設置構成內置并列式雙同步電機結構；一種具有雙磁型動力電機的電動自行車，電器控制系統(tǒng)為并聯(lián)式雙系統(tǒng)電器控制系統(tǒng)，兩個控制器與車轉把并聯(lián)連接，轉換開關通過電門鎖與兩個控制器相連接，兩個控制器分別連接控制雙磁型動力電機的兩組電機定子；本發(fā)明解決了目前的電動車爬坡后電機容易發(fā)熱及由于車速過快容易造成道路事故的問題，也解決了目前電動車在電器控制系統(tǒng)故障時無法行駛的問題，具有結構設計新穎，制造容易成本低，爬坡性能好，使用方便，安全可靠的特點。
文檔編號B62M6/45GK101931293SQ20101021793
公開日2010年12月29日 申請日期2010年6月27日 優(yōu)先權日2010年6月27日
發(fā)明者洪春平 申請人:天臺縣興星電動車有限公司