[其他]用于电动自行车的一体化无刷电机

说明书

本实用新型属于直流电机类。

该电机是在《上海机械》杂志1980年第10期“新型电动自行车”一文中所述电机基础上发展而来的。

在已经公开的此类电机技术中，其较大转矩的输出，依靠装在电机内部的行星减速机构来实现。电机所需控制线路，依靠外部的控制盒来提供，因而构件比较复杂，重量也比较重。

在此类电机中，控制信号由打有与磁极对数同相位的小孔通过光电转换来达到，这样，要将相位脉冲变成方波才能用来驱动电机绕组，因而，控制线路也显得比较复杂。

此类电机的优点是能直接用来驱动电动自行车的车轮和在低电压下有较高的效率。

本实用新型的任务是寻求一种结构，既要保留上述电机有较高效率的优点，又要求有较轻的重量及简单的结构，既要有整流子电机的一体性，又要有无刷电机便于自动控制的优越性。

本实用新型给出的结构特征解决了此任务。

图1为此结构的剖视图，它的作用原理，与《上海机械》杂志所述饼式电机相同。

该电机选用6个毫米以上厚度的磁性材料，采用装有30对以上磁极的外壳（1），直接围绕装在中轴（2）上的，具有同样磁极的定子（3）进行旋转的结构。其性能已满足电动自行车行车需要，而省去了原电机内部的行星减速机构。

电机对12V至24V工作电压的适应，是通过合理选择定子线圈绕线匝数来实现的。

图2为电机的控制线路图，集成块（10）与功率管（9）等，装在一块板上，联同传热片（8）紧贴定子（3）固定，以利于热量的散发，其调速线与控制线，随同壹根电源线，从电机的中轴轴心引出。

图1中（4）（5）（6）（7）为该电机的传感器，（4）底坐，（5）挡光环，（6）光源，（7）光敏元件，底坐中间的小孔为光栅孔。挡光环安装在电机外壳上，其槽数与电机极数相对应，当外壳转过一个磁极角度，则在这个角度中，光敏元件完全被挡光环挡住，此时在光敏管的正极上输出一个正的电压，经放大后，来维持定子线圈中的电流流通，以产生旋转力矩。当外壳转过这个磁极角度进行下一个磁极角度时，则在这个角度中，光敏元件完全被光照，此时则输出电压为零。经倒相放大后，来维持定子中另一线圈中的电流流通，以保证力矩方向的一致。这样，传感器输出的就是一组方波，为了弥补光敏元件在受光过程中，由于存在着光的反射，而造成的在应该输出正电压时，受光时间延长，使正负电压不等后效率降低。因而在制造过程中，机构中挡光环遮光部份，其孤长比透光部分孤长尺寸大（0.3～0.6）个光栅孔。

电机采用无刷控制方案，用来实现调速，过流保护，过载保护，蓄电池放电极限保护等自动控制，该电机还具有只有当时速超过13公里相对应的转速时，才能自动地输出转矩的功能。这样，避免了在低速下频繁起动的大电流冲击。因为采用本电机的电动自行车，在不通电时，与单独自行车相比，在骑行感觉上并不觉得有什么两样。所以，在不影响电动自行车骑行需要的情况下，这对延长蓄电池使用寿命，对增加电动自行车的续驶里程是极有好处的。

以上限速起动，是利用电机定子绕组中的感应电势与转速成正比的关系，其信号经检出后，用来控制推动管的基极来实现的。

传统的观念认为，在低压（12）V，大电流（10～20）A，低转速（100～200）转，大转矩〔以满足电动自行车18公里／小时（24）、23公里／小时（24V）所对应的输出功率为准〕的情况下，要同时满足这四个条件而又要求有较高的效率，在不采用稀土类贵重磁性材料的情况下，仅依靠调整电机参数是做不到的。必须依赖于机械减速机构。当采用了上述改进后，则同时满足了这四项要求，而获得了意想不到的效果。由于没有改变原电机的作用原理，则基本上保持了原电机的高效率。又由于减速机构的取消，则电机效率还要有所提高。另外，众所周知，在低压大电流的情况下，在供电主回路中，尽管是很小的一段导线，都会造成不可忽视的能量损失，此实用新型将控制线路装入电机内部，使主回路的供电引线最少减少一米，由此而减少的能量损失，使此实用新型中的电机效率还要有所提高。

此实用新型用于电动车辆，特别是电动自行车，能产生积极的，有益的效果。