磁懸浮感應(yīng)電機電動車驅(qū)動系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型的電動自行車的驅(qū)動方式，采用磁懸浮感應(yīng)電機電機驅(qū)動，具體涉及一種磁懸浮感應(yīng)電機電動車驅(qū)動系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]從目前行業(yè)內(nèi)普遍使用情況看，電動自行車主要有兩種電機:高效稀土永磁有刷電機與高效稀土永磁無刷電機。目前市場上大多數(shù)電動自行車還停留在有刷電機階段。有刷電機采用機械換向，對控制系統(tǒng)的技術(shù)要求較低，相對成本低于無刷電機，有刷電機的起動力矩略大于無刷電機。但致命的弱點是:壽命短、噪聲大、效率低。它長期使用碳刷磨損嚴(yán)重，較易損壞。同時磨損產(chǎn)生了大量的碳粉塵，這些粉塵落下齒輪油中，使齒輪油加速干涸，電機噪聲進一步增大。
[0003]有刷電機使用到一年左右就需要更換內(nèi)碳刷，而且充電一次行駛的里程不及新車買來時的三分之二，而且爬坡時動力不足，還會燒壞控制器。這是因為電機更換碳刷后，換向器也被磨出了一條凹槽，使碳刷接觸面積減少，接觸不良的碳刷通電后會產(chǎn)生火花并加快氧化換向器和銅片，導(dǎo)致上述不良現(xiàn)象。針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，需要提供一種新型電機驅(qū)動方式的電動自行車。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種新型的驅(qū)動電動自行車的磁懸浮感應(yīng)電機系統(tǒng)，以克服現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，該磁懸浮感應(yīng)電機電動車驅(qū)動系統(tǒng)能夠提高電動車電能向機械能的轉(zhuǎn)化效率，從而降低能耗，改善電動車的動力性能。
[0005]本發(fā)明提出了一種采用磁懸浮感應(yīng)電機驅(qū)動的驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，設(shè)計的感應(yīng)電機是一種外轉(zhuǎn)子內(nèi)定子形式的磁懸浮感應(yīng)電機。利用磁懸浮及電機技術(shù)將車身懸浮，在檢測控制系統(tǒng)控制下，使車輪輪轂無摩擦、無磨損地支承車身，并驅(qū)動車輪輪轂旋轉(zhuǎn)，帶動車輪沿地面滾動行駛。
[0006]上述目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:磁懸浮感應(yīng)電機電動車驅(qū)動系統(tǒng)，包括殼體、電機軸以及置于殼體內(nèi)的電機轉(zhuǎn)子和電機定子，其特征是，所述電機軸穿過電機定子的中心，兩者相互固定連接，所述電機轉(zhuǎn)子置于電機定子外圈，兩者同心并保持有間隙，且電機轉(zhuǎn)子與殼體內(nèi)側(cè)緊配連接；
所述殼體內(nèi)設(shè)有檢測控制系統(tǒng)，該檢測控制系統(tǒng)包括懸浮控制器、解耦控制器、2Φ/3Φ變換電路、整流穩(wěn)壓電路、逆變器、軸向位移傳感器、徑向位移傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器、信號處理電路，以控制電機轉(zhuǎn)子徑向和軸向的移動以及懸浮和轉(zhuǎn)動狀態(tài)；
所述電機轉(zhuǎn)子左、右兩側(cè)端面對稱固定有左、右磁鋼，所述殼體內(nèi)側(cè)的左、右兩端對稱安裝有左、右外繞組，殼體內(nèi)側(cè)左、右兩端還分別設(shè)有軸向位移傳感器，軸向位移傳感器分別沿圓周方向置于左、右外繞組的內(nèi)側(cè)，所述電機定子左、右兩端面分別沿圓周方向安裝有徑向位移傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器； 所述電機定子是凸極結(jié)構(gòu)，其沿圓周方向等間距分布定子凸極，在定子兩側(cè)端面上也分別呈沿圓周分布定子凸極，即是徑向圓周方向分布定子凸極；所述電機轉(zhuǎn)子采用籠型轉(zhuǎn)子，包括轉(zhuǎn)子鐵芯，轉(zhuǎn)子鐵芯由硅鋼片疊成，在轉(zhuǎn)子鐵芯疊片內(nèi)圓周沖有嵌放轉(zhuǎn)子繞組的槽，槽內(nèi)嵌有絕緣導(dǎo)線組成的三相對稱繞組；
在定子凸極上裝有三相繞組，三相繞組經(jīng)調(diào)壓電路供電，以一定時序通入電流，電機定子和電機轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生一定的徑向懸浮力和沿圓周方向的電磁轉(zhuǎn)矩，使得電機轉(zhuǎn)子沿圓周方向旋轉(zhuǎn)，電機定子懸浮在中心位置；同時左、右外繞組通電，作用在對應(yīng)的磁鋼上，產(chǎn)生軸向的懸浮力，使得電機轉(zhuǎn)子在軸向也固定在中心位置，即使得電機轉(zhuǎn)子在徑向和軸向都位于中心位置，同時轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，帶動車輪轉(zhuǎn)動。即在檢測控制系統(tǒng)的綜合控制下，產(chǎn)生沿定子對稱軸方向和垂直方向的作用于轉(zhuǎn)子的磁推或拉力和產(chǎn)生繞定子對稱軸并與轉(zhuǎn)子表面相切的磁轉(zhuǎn)矩。
[0007]所述殼體左、右兩側(cè)端面均安裝有端蓋和輔助軸承，并用螺母固定，輔助軸承套在電機軸上，與端蓋連接，起到固定電機軸作用，電機定子、輔助軸承、端蓋均穿過電機軸。
[0008]所述電機定子左、右兩側(cè)用螺母與電機軸固定。
[0009]所述電機軸的兩端部用圓螺母固定。
[0010]通過上述的技術(shù)方案，本發(fā)明的磁懸浮感應(yīng)式電機利用磁懸浮及電機技術(shù)將車輪轉(zhuǎn)動起來，無接觸，無摩擦，無磨損，通過電磁轉(zhuǎn)矩直接驅(qū)動車輪輪轂旋轉(zhuǎn)，縮短傳動鏈，提高驅(qū)動效率，顯著降低了能耗，改善了電動車的動力性能。
[0011]本發(fā)明工作時，電機轉(zhuǎn)子采用籠型轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵芯，其由硅鋼片疊成，在轉(zhuǎn)子鐵芯疊片內(nèi)圓周沖有嵌放轉(zhuǎn)子繞組的槽，轉(zhuǎn)子繞組采用籠型轉(zhuǎn)子。電機定子采用雙繞組結(jié)構(gòu)。徑向方向上，定子對稱三相轉(zhuǎn)矩繞組通入三相對稱電流，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，電機導(dǎo)體切割定子磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并產(chǎn)生感應(yīng)電流，載有感應(yīng)電流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子磁場中受到電磁力并形成電磁轉(zhuǎn)矩，從而驅(qū)使轉(zhuǎn)子順著定子磁場方向旋轉(zhuǎn)起來。同時磁懸浮電機懸浮力是在轉(zhuǎn)矩繞組和懸浮繞組共同作用下產(chǎn)生的。定子轉(zhuǎn)矩繞組通以電流后，在電機內(nèi)形成轉(zhuǎn)矩磁鏈，同時定子中懸浮繞組通以電流后，在電機內(nèi)形成懸浮力磁鏈。當(dāng)只有一個方向上的懸浮力繞組通以正向電流時，在電機內(nèi)形成懸浮力磁鏈。轉(zhuǎn)矩磁場和懸浮力磁場共同作用的結(jié)果使得一側(cè)氣隙處的轉(zhuǎn)矩磁鏈和懸浮力磁鏈方向相同，總磁密增加，吸力增加，在而在反方向的氣隙處，磁鏈方向相反，總磁密減少，吸力減小。這樣，不平衡的氣隙磁通密度導(dǎo)致定子受到該方向上的磁懸浮力。
[0012]當(dāng)檢測到定子在徑向上產(chǎn)生偏移時，從徑向位移傳感器得到檢測信號，發(fā)送給檢測控制系統(tǒng)，檢測控制系統(tǒng)會相應(yīng)的改變繞組電流，使得兩套繞組電流一個變大一個變小，從而使得兩側(cè)的磁通密度不等，磁拉力變大或變小，電機定子受力回到平衡位置，定子在徑向上的懸浮是靠電機作用提供的懸浮力。檢測控制系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)子在某一方向的偏離平衡位置的差動信號，適時調(diào)節(jié)該方向上定子繞組或外繞組的轉(zhuǎn)矩電流指令信號，差動調(diào)節(jié)提供給定子繞組的驅(qū)動電流，使產(chǎn)生的磁懸浮合力將轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮在該方向的平衡狀態(tài)。
[0013]為了使電機轉(zhuǎn)子在軸向方向上穩(wěn)定懸浮，在軸向上的懸浮力是通過轉(zhuǎn)子軸向兩側(cè)的磁鋼和外繞組作用產(chǎn)生軸向上的懸浮力。外繞組產(chǎn)生電磁懸浮力，當(dāng)兩側(cè)磁密度不等時，吸力不等，轉(zhuǎn)子在軸向上會往磁密大的一側(cè)偏移，通過軸向傳感器檢測到偏移量，反饋給控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)輸入電流的大小，使得兩側(cè)磁密相等，定子受到軸向方向上大小相等的力，保持在軸向中心位置處，不發(fā)生偏移。這樣通過控制外繞組的電流大小和方向來實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的在軸向上的穩(wěn)定懸浮。
[0014]在殼體上沿圓周方向設(shè)有若干軸向位移傳感器，在電機定子上安裝有徑向位移傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器，保證電機定子在軸向和徑向上的偏移量的準(zhǔn)確檢測。在檢測控制系統(tǒng)的綜合控制下，產(chǎn)生沿定子對稱軸方向作用于轉(zhuǎn)子的磁推/拉力和產(chǎn)生繞定子對稱軸并與轉(zhuǎn)子表面相切的磁轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，即帶動車輪旋轉(zhuǎn)起來。檢測控制系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)子在某一方向偏離平衡位置的差動信號，適時調(diào)節(jié)該方向上對稱于轉(zhuǎn)子的定子繞組或外繞組的轉(zhuǎn)矩電流指令信號，差動調(diào)節(jié)提供給定子繞組或是外繞組的驅(qū)動電流，使產(chǎn)生的磁懸浮合力將轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮在該方向的平衡狀態(tài)。
[0015]懸浮控制器的作用是將處理后的磁懸浮感應(yīng)電機轉(zhuǎn)子的位置偏移電壓信號經(jīng)過某種控制策略的運算，并轉(zhuǎn)換成與轉(zhuǎn)子偏移成比例的電流增量信號輸出；解耦控制器完成向心推/拉力磁懸浮感應(yīng)電機轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的矢量解耦運算，并根據(jù)傳感器檢測的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動信息進行適時調(diào)節(jié)運算；2Φ/3Φ變換電路將經(jīng)過解耦并調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)矩電壓信號和轉(zhuǎn)速電壓信號，變成控制逆變器開關(guān)功率晶體管的三相脈沖電壓控制信號；整流穩(wěn)壓電路將三相交流源變成直流源；逆變器將整流電路提供的直流電源變換為可變頻和變幅的交流電壓提供給電機繞組，以產(chǎn)生電磁懸浮力和電磁轉(zhuǎn)矩達到支撐轉(zhuǎn)子并驅(qū)動其轉(zhuǎn)動的目的；傳感器用來完成對電機轉(zhuǎn)子徑向位置和轉(zhuǎn)動參數(shù)的檢測；信號檢測處理電路完成對轉(zhuǎn)子徑向位移變化的信號檢測，調(diào)制與解調(diào)，以及濾波和放大等作用。
[0016]磁懸浮感應(yīng)電機工作時，對某一方向的控制系統(tǒng)同時輸入相等的轉(zhuǎn)矩電流和轉(zhuǎn)速指令信號，經(jīng)過解耦控制器矢量解耦后，由2 Φ/3Φ變換成三相電流控制信號，控制逆變器使整流穩(wěn)壓器輸出的直流電變換成交流電，向該方向上的定子繞組或是外繞組通過驅(qū)動電流，產(chǎn)生繞該方向的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動速度，以驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，同時定子繞組或外繞組將產(chǎn)生一對大小相等方向相反的偏置磁拉力作用于轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子在無擾動的作用相愛懸浮與該方向的平衡位置。當(dāng)電機轉(zhuǎn)子在該方向受到擾動作用時，該方向的傳感器檢測到轉(zhuǎn)子的徑向位移變化信號，各自將檢測的信號經(jīng)由信號檢測處理電路進行調(diào)制、放大、解調(diào)、濾波等信號處理后以電壓信號輸出，兩路電壓信號進行比較形成轉(zhuǎn)子在該方向的差動位移信號，經(jīng)懸浮控制器運算并轉(zhuǎn)換成差動電流輸出，作為轉(zhuǎn)矩電流指令的增量調(diào)節(jié)信號，分別疊加在