專利名稱：用于電動車的節(jié)能脈沖動力電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種利用蓄電池作能源，而效率約為直流電機的兩倍的節(jié)能脈沖動力電機，它是由產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的電機本體和電機控制電路兩部份組成，適用于電動車上使用，屬動力電機類。
眾所周知，直流電機的效率低，使原本蓄電池容量小的電動車續(xù)航路程更短，為了改變電動車的這項性能，需要從提高電機的效率著手，用傳統(tǒng)的直流電機原理設(shè)計此路已經(jīng)不通，而采用脈沖原理設(shè)計的電機節(jié)能是可行的，這可以從我們平時見到電子鐘得到證實，電子鐘內(nèi)的秒針一步一個角度的走時時，是用一節(jié)5#電池可運轉(zhuǎn)1年左右，其實在鐘內(nèi)是用一塊石英晶振控制的一只脈沖電機，由此可見脈沖電機的節(jié)能效果。
本實用新型的目的，是為電動車提供一只節(jié)能的脈沖動力電機，以提高電動車續(xù)航路程，使電動車與燃油車抗衡。
為了達到上述目的，本實用新型是這樣考慮的由于直流電機和脈沖電機之間的差異很大，特別是在頻率特性上，脈沖電機的控制脈沖的前、后沿上高頻分量是很豐富的，又因電磁力是與磁場和電流有直接關(guān)系，而與電壓是無關(guān)系的，因此控制的脈沖電壓波形和它產(chǎn)生的脈沖電流波形必須一致時，脈沖電機才能跟蹤控制脈沖跳步，為此在脈沖電機上選用的磁性材料必須是高頻材料——如鐵氧體等，傳統(tǒng)的低頻矽鋼片是不適用的。脈沖電機實際上有兩部份組成一是它和普通電機一樣，有定子和轉(zhuǎn)子組成電機旋轉(zhuǎn)本體，它的旋轉(zhuǎn)是通過輸入的脈沖電流和磁場的相互作用產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩轉(zhuǎn)動，因此要根據(jù)它的結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整輸入勵磁線圈中的脈沖電流方向達到旋轉(zhuǎn)要求；二是脈沖電機的控制電路，一般地說，脈沖電機的轉(zhuǎn)速都是跟蹤脈沖電路發(fā)出的頻率可調(diào)的，作為用在電動車上的動力型脈沖電機，它遇到的負載是隨時變化的，因此不能用固定負載的電子鐘原理設(shè)計，電路的脈沖電流寬度要隨著負載的不同，不斷地進行調(diào)整，它是通過自動調(diào)整電路中的霍爾元件完成此項任務(wù)，在脈沖電機的勵磁線圈中的電流方向是由橋式開關(guān)電路來完成的。
在脈沖電機旋轉(zhuǎn)本體中，它的轉(zhuǎn)子是在電機的外邊，定子在里邊，這是為了適應(yīng)電動車的需要，可以避免鏈條傳動時帶來的損耗，轉(zhuǎn)子是由N-S交替地均勻分布的永磁體—釹鐵硼鑲嵌在磁路上組成的，定子是由高頻磁芯鐵氧體與釹鐵硼等量地均勻分布在鐵氧體磁芯座上和勵磁線圈插入磁總體組成，在勵磁線圈中通入脈沖電流時，應(yīng)在定子的磁芯端面是產(chǎn)生同樣的N-S交替的磁極極性。
如在定子端面上產(chǎn)生的磁極極性與轉(zhuǎn)子上的永磁體釹鐵硼磁極極性相同時，便產(chǎn)生斥力，轉(zhuǎn)子沿著斥力方向轉(zhuǎn)動；當轉(zhuǎn)子上磁極轉(zhuǎn)到與下一個定子極面時，兩者極性正好相吸，脈沖電機就完成一個旋轉(zhuǎn)步矩角，下一個脈沖電流的方向必須與上一個脈沖電流方向相反，才能繼續(xù)沿原來方向轉(zhuǎn)動，因此，電機每旋轉(zhuǎn)一個步距角，在勵磁線圈中就要改變一次脈沖電流方向，如果按上面方案設(shè)計脈沖電機還并不能節(jié)電，如若上個脈沖電流與下一個脈沖電流相接發(fā)送，就和直流電機一樣了，實際上脈沖電流的脈寬不必等到脈沖電機轉(zhuǎn)完一個步距角時撤去；而是當轉(zhuǎn)子上磁極轉(zhuǎn)到1/2步距角時，脈沖電流寬度就中止，勵磁線圈就與電源蓄電池切斷，因為這時轉(zhuǎn)子上的磁極正好在電機磁場中，它在磁場中的勢能處于最高位置，這是一個不穩(wěn)定位置，它必然向磁場勢能低的方向轉(zhuǎn)動，自動轉(zhuǎn)完一個步距角，因此，脈沖電機在旋轉(zhuǎn)一周時，實際上只有半周時間接在蓄電池的電源上，消耗蓄電池電能，另外半圈是靠轉(zhuǎn)子磁極對定子磁芯的磁化所產(chǎn)生磁化力轉(zhuǎn)完的，這就是脈沖電機省電原理。
在控制電路中，對脈沖電機中的勵磁線圈的供電脈寬進行恰到好處的控制是實現(xiàn)脈沖電機省電的關(guān)鍵電路，它是通過一只RS觸發(fā)器來完成的，當脈沖電路向電機發(fā)出旋轉(zhuǎn)脈沖信號時，首先由微分電路取出它的前沿信號，觸發(fā)復(fù)位端R，使RS翻轉(zhuǎn)到Q＝0，Q＝1狀態(tài)，打開主電路的輸入通道，使電機得電旋轉(zhuǎn)，當電機轉(zhuǎn)到1/2步距角時，由霍爾元件獲得轉(zhuǎn)子上的磁極掠過傳感器的傳感信號前沿觸發(fā)置位端S，使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)到Q＝“1”Q＝“0”狀態(tài)，封鎖主電路的輸入通道，使電機失電，這時使電機旋轉(zhuǎn)的脈沖寬度余下部份已失去作用，于是完成了脈寬的自動調(diào)節(jié)，達到節(jié)電目的。
由電機的設(shè)計原理可知，為使電機連續(xù)向一個方向運轉(zhuǎn)，通過勵磁線圈的兩個相鄰電流脈沖的電流方向是相反的，因此要在主電路上不斷地改變電流方向才能實現(xiàn)電機連續(xù)運轉(zhuǎn)，它實際上是由主電路的前級分頻器上二個輸出端Q和Q中的輸出“1”來完成，當主電路的左邊輸入Q＝“1”時，通過勵磁線圈的電流方向應(yīng)是右進左出，反之右邊輸入Q＝“1”，通過勵磁線圈電流方向左進右出。主電路是一種橋式開關(guān)電路勵磁線圈是接在橋路的二臂中間。
控制電路還必須能對蓄電池用電即將枯竭時，保護蓄電池，通過封鎖門電路輸出，禁止蓄電池對脈沖電機的勵磁線圈繼續(xù)供電，使主電路處于靜止狀態(tài)。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明附

圖1為本實用新型電機主體結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2為本實用新型電機轉(zhuǎn)子永磁體結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖3為本實用新型電機定子固定環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖4為本實用新型電機定子磁芯座結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖5為本實用新型電機定子磁芯結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖6為本實用新型電機定子線包聯(lián)線圖。
附圖7為本實用新型控制電路方框原理圖。
附圖8為本實用新型脈沖電機主電路。
參考附圖1-6，本實用新型脈沖電機由轉(zhuǎn)子磁路(1)、轉(zhuǎn)子固定環(huán)(2)、轉(zhuǎn)子永磁體(3)、定子磁芯(4)、定子線包(5)、壓圈(6)、定子磁芯座(7)、定子固定環(huán)(8)等組成，在轉(zhuǎn)子磁路(1)上N-S交替地均勻鑲嵌著用釹鐵硼為材料的轉(zhuǎn)子永磁體(3)，并用轉(zhuǎn)子固定環(huán)(2)固定，構(gòu)成電機的轉(zhuǎn)子整體；定子磁芯座是一個開有與轉(zhuǎn)子永磁體(3)相對應(yīng)的多個凹槽的鐵氧體，定子磁芯(4)也是鐵氧體材料，它的外面裝有定子線包(5)，并將它們鑲嵌在定子磁芯座(7)上，用壓圈(6)和定子固定環(huán)(8)固定，定子線包采用首尾——尾首——首尾連接，使通電后在定子磁芯的鐵氧體端面上產(chǎn)生的磁極極性應(yīng)是N-S交替排列，構(gòu)成電機的定子整體，電機轉(zhuǎn)子安裝在定子外部，其目的是使電動機轉(zhuǎn)動時能直接與電動車的車輪聯(lián)接避免通過聯(lián)接器產(chǎn)生損耗。
由于電機的轉(zhuǎn)子磁極極性N-S交替均勻分布在它的四周，所以必須要求通過定子線圈的電流方向是交替變化的電流脈沖，這樣就需要控制電路來實現(xiàn)，參考附圖(8)，電路是用四只VMOS管組成一個橋路開關(guān)，交替變換流過定子線圈(5)中的脈沖電流方向。
在定子固定環(huán)上，相鄰兩個定子磁極的中間安裝著一對霍爾元件傳感器(9)，其中一只正面向上，另一只正面向下，當轉(zhuǎn)子的磁極N-S交替掠過霍爾元件時，由傳感器輸出的傳感信號脈沖前沿控制蓄電池對電機的供電。
為了實現(xiàn)脈沖電機的省電和調(diào)速，本實用新型是通過控制電路來實現(xiàn)的，電路由脈沖發(fā)生器，分頻器、微分電路、霍爾傳感器、RS觸發(fā)器、低壓限制信號、輔助電源、主電源、脈沖電機主電路等組成，它是通過改變脈沖頻率來進行變速，因此是一種無級調(diào)速，參考附圖7，由調(diào)速脈沖發(fā)生器產(chǎn)生方波信號，作為電機的運轉(zhuǎn)脈沖，但實際上通過勵磁線圈中電流脈沖的脈寬是根據(jù)脈沖電機負載自動調(diào)整的，它是由RS觸發(fā)器復(fù)位端R和置位端S的觸發(fā)信號進行調(diào)整，R端的觸發(fā)信號是由電機的運轉(zhuǎn)脈沖經(jīng)微分取出脈沖前沿，使RS翻轉(zhuǎn)，Q＝“1”、Q＝“0”打開“與”門、而S端的觸發(fā)信號前沿是由轉(zhuǎn)子上的N-S磁極掠過定子固定環(huán)上安裝的傳感器——霍爾元體(9)，傳感器信號前沿使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)到Q＝“1”、Q＝“0”把“與”門封鎖，從打開“與”門到封鎖“與”門的時間；就是電流脈沖寬度，由于轉(zhuǎn)子上的磁極是N-S交替分怖，所以在霍爾元件并聯(lián)時，一個正面向上，另一個正面向下，然后組成“或”門輸出去觸發(fā)S端，封鎖后的電機已將蓄電池電源切斷，由此可見電流脈寬是自動調(diào)整的。
由于電流脈沖斷開時，轉(zhuǎn)子磁極正處于步距角的一半，此時轉(zhuǎn)子上磁極在電機中的磁場勢能最高位，很不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)子磁極對定子磁芯磁化，產(chǎn)生磁化力，同時又趁著旋轉(zhuǎn)慣性，自動轉(zhuǎn)完整個步距角。為了使電機連續(xù)向一個方向動轉(zhuǎn)，通過勵磁線圈的兩個相鄰電流脈沖的方向是相反的，因此要在主電路上不斷改變電流方向才能實現(xiàn)電機運轉(zhuǎn)，參考附圖(8)，主電路是一種橋式開關(guān)電路，勵磁線圈是接在橋的二臂中間，在主電路的前級分頻器上的二個輸出端Q和Q中輸出“1”來完成，當主電路的左邊輸入Q＝“1”，通過勵磁線圈的電流方向應(yīng)是右進左出；當右邊Q＝1勵磁線圈的電流方向應(yīng)是左進右出。控制電路還有能對蓄電池用電將枯竭時，保護蓄電池，低壓限制信號封鎖門電路輸出，禁止電池對脈沖電機勵磁線圈供電。
由此可見，本實用新型是由產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的電機本體和控制電路兩部份組成，具有節(jié)能、高效的脈沖動力電機，適用于電動車上使用。
權(quán)利要求1.一種由電機本體和控制電路構(gòu)成的用于電動車的節(jié)能脈沖動力電機，電機轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子磁路(1)、轉(zhuǎn)子固定環(huán)(2)、轉(zhuǎn)子永磁體(3)組成，在轉(zhuǎn)子磁路(1)上N-S交替均勻鑲嵌著轉(zhuǎn)子永磁體(3)，并用轉(zhuǎn)子固定環(huán)(2)固定；定子是由定子磁芯(4)、定子線包(5)、壓圈(6)、定子磁芯座(7)、定子固定環(huán)(8)組成，定子磁芯(4)外面裝有線包(5)，并將它們鑲嵌在定子磁芯座(7)上，用壓圈(6)和定子固定環(huán)(8)固定，整個電機定子裝在轉(zhuǎn)子里面，其特征在于1)定子固定環(huán)(8)上，在相鄰兩個定子磁極的中間，并聯(lián)安裝著二個霍爾傳感器(9)，且一只正面向上，另一只正面向下。2)控制電路由調(diào)速脈沖發(fā)生器、分頻器、微分電路、霍爾傳感器、RS觸發(fā)器、低壓限制控制信號、輔助電源、主電源、脈沖電機主電路組成，脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖信號，首先通過微分電路取得前沿信號，觸發(fā)RS觸發(fā)器的復(fù)位端R，使RS翻轉(zhuǎn)到Q＝“0”、Q＝“1”，打開主電路通道使電機得電旋轉(zhuǎn)，當電機轉(zhuǎn)到1/2步距角時，由霍爾傳感器獲得轉(zhuǎn)子上磁極掠過時的傳感器的信號前沿觸發(fā)置位端S，使RS觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)到Q＝“1”、Q＝“0”封鎖主電路輸入通道，主電路為橋式開關(guān)電路，勵磁線圈接在電橋二臂中間，通過勵磁線圈的二個相鄰電流脈沖方向相反，它是依靠主電路的前級分頻器上二個輸出端Q、Q中的輸出“1”來完成的，低壓限制控制信號取自蓄電池的端電壓，當電池枯竭時，端電壓下降，送出低壓限制信號，封鎖門電路輸出。
2.一種由權(quán)利要求1所述的用于電動車的節(jié)能脈沖動力電機，其特征在于轉(zhuǎn)子磁極采用稀土磁鐵釹鐵硼、N-S交替均勻分布在磁路鐵氧體中。
3.一種由權(quán)利要求1所述的節(jié)能脈沖動力電機，其特征在于定子的磁芯(4)，磁芯座(7)為鐵氧體材料。
4.一種由權(quán)利要求1所述的用于電動車的節(jié)能脈沖動力電機，其特征在于定子線包(5)的連接是以首尾——尾首——首尾形式相連，通電后在線圈的磁性鐵氧體端面上磁極性為N-S交替排列。
專利摘要本實用新型公開一種用于電動車的節(jié)能脈沖動力電機,它是由產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的電機本體和電機控制電路兩部分組成,電機定子裝在轉(zhuǎn)子里面,定子固定環(huán)上,在相鄰兩個定子磁極的中間并聯(lián)安裝二個霍爾傳感器,定子磁芯、磁芯座材料采用鐵氧體,轉(zhuǎn)子磁極材料采用釹鐵硼,控制電路由調(diào)速脈沖發(fā)生器、分頻器、微分電路、霍爾傳感器、RS觸發(fā)器、低壓限位控制信號、輔助電源、主電源、脈沖電機主電路組成,利用蓄電池作能源,而效率約為直流電機的兩倍。
文檔編號H02K1/27GK2509767SQ0125346
公開日2002年9月4日 申請日期2001年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月4日
發(fā)明者黃坤彪 申請人:黃坤彪