[实用新型]电动轮驱动装置

说明书

本实用新型涉及到一种车辆动力装置。

目前所公开的各种车辆动力装置，如90109938.4“电动自行车脉动电流助动装置”，88219183.7“同轴式电动助力自行车”、9228466.5“电动车轮驱动器”94212417.0“离心式泊形电动轮驱动器”，等其动力部分都是采用直流电机，因为这种电机额定转速较高，一般都在每分钟3000转以上，因此都必需用齿轮减速器把电机转速降至自行车所容许的转速(每分钟150-180转)。由于采用了齿轮减速器，都得采用离合器进行传动部分的分离，以减小自行车在脚踏时的阻力，这就需要增加减速器和离合器两个机械部分，相应增加了机械零件、加工成本、装配维修量及机械故障率。另外，上述专利都得使用电刷，因而寿命短，这是该电机的最大弱点，而且这种电机在起动或堵转时其反电势为零，故使电机工作电流猛然增加(可增至额定电流的5-7倍)，所以容易损坏控制器或电机。

本实用新型的目的旨在提供一种不用齿轮减速器、离合器和电刷，高低转速扭矩恒定、可调速的电动轮驱动装置。

本实用新型所述的电动轮驱动装置主要由步进磁阻电机、轮毂、调速及功率变换器组成，轮毂直接与磁阻电机的转子相联接，并通过轴承固定在车轴上，轮毂通过辐条与车轮联接，磁阻电机的定子固定在车轴上，定子上绕有相线圈，调速及功率变换器由环形分配器和功率开关管联接而成，上述的相线圈为功率开关管的负载。转子系由导磁材料叠片叠压而成。

本实用新型所述装置可由脉冲信号的频率控制车轮转速，而脉冲信号的频率可以调得很低，所以可以省去齿轮减速器，本装置不通过电刷给电机转子供电，可大大提高电机的寿命；本装置结构简单、体积小、具有强有力的制动能力，额定输出功率高，可适用于自行车、摩托车、汽车、叉车等。

下面结合附图对本实用新型做进一步的描述。

图1为本实用新型结构图。

图2为径向磁场磁阻电机电动轮结构图。

图3为四相步进磁阻电机结构原理图。

首先结合附图说明本实用新型的工作原理：图3所示是定子为8极，转子为6极的4相步进磁阻电机结构原理图，它是一种双凸极电机，转子由导磁性能好的叠片叠压而成，既无绕组也无永磁体。定子各极上绕有集中绕组，径向相对极的绕组串联，构成一相。其工作原理是，磁通总是要沿磁阻最小的路径闭合，由磁场扭曲而产生旋转力矩，具体过程如下：当A相绕组控制开关S闭合时，A相通电激磁，所产生的磁通力图使转子极轴线aa‘与定子极轴线AA’相重合，从而产生转矩，顺序给A、B、C、D相绕组通电，则转子便按逆时针方向连续转动起来，根据这个原理，把图3变为具体的径向磁场磁阻电机电动轮结构即为图2所示，也可把径向磁场变为轴向磁场，其工作原理也是一样的，由此可构成轴向磁场磁阻电机电动轮驱动器如图1所示。

附图1、2可做为本实用新型的实施例。

本实用新型由步进磁阻电机10、轮毂5、调速及功率变换器11组成，将步进磁阻电机的定子4固定在自行车的后轴1上，把电机的转子7直接与轮毂5相联，并通过轴承9再固定在自行车的后轴1上，轮毂5通过辐条6与车轮联接，当电机定子4上的线圈3顺序通电时，通过转子磁极7使转子旋转(见上述磁阻电机工作原理)，因为电机转子7与轮毂直接联接，故轮毂5通过辐条6带动车轮旋转。此时固定在轮毂5右端上的小飞轮8，因内部装有超越离合器，只是空转不会带动装在其上的脚踏传动链条移动，脚踏板也不会转动。通过调速及功率变换器、控制脉冲信号的频率，可控制电机定子相线圈顺序通电的快慢，就可控制电机转子、轮毂、车轮转速的快慢。当要刹车时，一方面可用自行车的原有手刹车，另一方面可继续给电机某相线圈供电，但不给脉冲信号，使环形分配器F的输出不产生转移，即只固定给某相线圈通电，它产生的磁场，吸住其相对应的转子磁极，使电机转子、轮毂、车轮不再转动，从而起到电刹车的作用，这两种刹车使自行车更为安全。如果松开手刹车，继续使脉冲信号工作，让调速及功率变换器顺序输出，则电机转子、轮毂、车轮又可继续旋转。由此可见，使用这种电动轮驱动器，不但可作为电动驱动，也可作为电动制动。这种电动轮具有如下几个特点：1)给定子相绕组通电的装置，采用由脉冲信号控制的多路输出环形分配器F，即由脉冲信号，一步一步的使定子相绕组通电，则转子也就一步一步的旋转，只要控制脉冲信号的频率，就可控制电机转子的转速，因为电机转子直接与轮毂相联，即用脉冲信号的频率就可控制车轮转速，又因脉冲信号的频率可调得很低，车轮转速也可很低，所以可省去一套齿轮减速器。2)电机供电是由脉冲信号控制的无触点多路输出环形分配功率变换器送给电机定子相绕组产生旋转磁场，并由于磁场扭曲而使转子旋转，它不像一般永磁直流电机，是通过电刷给电机供电的，所以不用电刷，大大增长了电机的寿命。3)具有宽广的恒转矩区，甚至在转速很接近零时，输出转矩与高转速时输出转矩基本相同，因为它的负载始终都是恒定的相线圈电阻。4)从图3可看出，此电机无论通以正向电流或反向电流，其转矩方向都不变，因此在设计功率变换器时，不要求电流周期倒向，从而可使电路中功率开关管数量减至最少，每相只需一个开关管，具有很大经济价值，又由于功率变换器始终与电机激磁线圈串联，不会出现直通故障，无需故障保护装置，使功率变换器结构简单，降低了功率变换器的成本及体积。5)具有强有力的制动能力，因为当只给某相线圈通电，但又不给脉冲信号使输出转移时，转子某极被磁场紧紧的吸引在一个固定位置上，从而起到车轮的制动作用，这对于电动车是很有用的。6)不给定子相绕组供电时，即关断电源，电机定子相线圈不产生磁场，转子不受制约，相应轮毂及车轮也不受制约而可自由转动，所以当用于电动自行车时，又可省去与电动传动分离的离合器装置，并且在脚踏时阻力很小。7)由图3可看出，改变给电机相线圈的通电顺序，即D、C、B、A，就可改变电机的转向，这就给其它需要正、反转的电动轮，如残疾人轮椅、电动汽车等提供了方便。8)由于这种电机的转子仅由导磁的叠片叠合而成，没有线圈也没有永磁体，电机的绝大部分损耗集中在不动的定子上，因此易于冷却，具有极好的散热性能，如果增加额外的冷却手段还可以进一步提高额定输出功率，这就为需要大功率输出的电动轮如摩托车、汽车、叉车等提供可能。