专利名称：用于电动车的节能脉冲动力电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种利用蓄电池作能源，而效率约为直流电机的两倍的节能脉冲动力电机，它是由产生旋转的电机本体和电机控制电路两部份组成，适用于电动车上使用，属动力电机类。
众所周知，直流电机的效率低，使原本蓄电池容量小的电动车续航路程更短，为了改变电动车的这项性能，需要从提高电机的效率着手，用传统的直流电机原理设计此路已经不通，而采用脉冲原理设计的电机节能是可行的，这可以从我们平时见到电子钟得到证实，电子钟内的秒针一步一个角度的走时时，是用一节5#电池可运转1年左右，其实在钟内是用一块石英晶振控制的一只脉冲电机，由此可见脉冲电机的节能效果。
本实用新型的目的，是为电动车提供一只节能的脉冲动力电机，以提高电动车续航路程，使电动车与燃油车抗衡。
为了达到上述目的，本实用新型是这样考虑的由于直流电机和脉冲电机之间的差异很大，特别是在频率特性上，脉冲电机的控制脉冲的前、后沿上高频分量是很丰富的，又因电磁力是与磁场和电流有直接关系，而与电压是无关系的，因此控制的脉冲电压波形和它产生的脉冲电流波形必须一致时，脉冲电机才能跟踪控制脉冲跳步，为此在脉冲电机上选用的磁性材料必须是高频材料——如铁氧体等，传统的低频矽钢片是不适用的。脉冲电机实际上有两部份组成一是它和普通电机一样，有定子和转子组成电机旋转本体，它的旋转是通过输入的脉冲电流和磁场的相互作用产生旋转力矩转动，因此要根据它的结构不断调整输入励磁线圈中的脉冲电流方向达到旋转要求；二是脉冲电机的控制电路，一般地说，脉冲电机的转速都是跟踪脉冲电路发出的频率可调的，作为用在电动车上的动力型脉冲电机，它遇到的负载是随时变化的，因此不能用固定负载的电子钟原理设计，电路的脉冲电流宽度要随着负载的不同，不断地进行调整，它是通过自动调整电路中的霍尔元件完成此项任务，在脉冲电机的励磁线圈中的电流方向是由桥式开关电路来完成的。
在脉冲电机旋转本体中，它的转子是在电机的外边，定子在里边，这是为了适应电动车的需要，可以避免链条传动时带来的损耗，转子是由N-S交替地均匀分布的永磁体—钕铁硼镶嵌在磁路上组成的，定子是由高频磁芯铁氧体与钕铁硼等量地均匀分布在铁氧体磁芯座上和励磁线圈插入磁总体组成，在励磁线圈中通入脉冲电流时，应在定子的磁芯端面是产生同样的N-S交替的磁极极性。
如在定子端面上产生的磁极极性与转子上的永磁体钕铁硼磁极极性相同时，便产生斥力，转子沿着斥力方向转动；当转子上磁极转到与下一个定子极面时，两者极性正好相吸，脉冲电机就完成一个旋转步矩角，下一个脉冲电流的方向必须与上一个脉冲电流方向相反，才能继续沿原来方向转动，因此，电机每旋转一个步距角，在励磁线圈中就要改变一次脉冲电流方向，如果按上面方案设计脉冲电机还并不能节电，如若上个脉冲电流与下一个脉冲电流相接发送，就和直流电机一样了，实际上脉冲电流的脉宽不必等到脉冲电机转完一个步距角时撤去；而是当转子上磁极转到1/2步距角时，脉冲电流宽度就中止，励磁线圈就与电源蓄电池切断，因为这时转子上的磁极正好在电机磁场中，它在磁场中的势能处于最高位置，这是一个不稳定位置，它必然向磁场势能低的方向转动，自动转完一个步距角，因此，脉冲电机在旋转一周时，实际上只有半周时间接在蓄电池的电源上，消耗蓄电池电能，另外半圈是靠转子磁极对定子磁芯的磁化所产生磁化力转完的，这就是脉冲电机省电原理。
在控制电路中，对脉冲电机中的励磁线圈的供电脉宽进行恰到好处的控制是实现脉冲电机省电的关键电路，它是通过一只RS触发器来完成的，当脉冲电路向电机发出旋转脉冲信号时，首先由微分电路取出它的前沿信号，触发复位端R，使RS翻转到Q＝0，Q＝1状态，打开主电路的输入通道，使电机得电旋转，当电机转到1/2步距角时，由霍尔元件获得转子上的磁极掠过传感器的传感信号前沿触发置位端S，使触发器翻转到Q＝“1”Q＝“0”状态，封锁主电路的输入通道，使电机失电，这时使电机旋转的脉冲宽度余下部份已失去作用，于是完成了脉宽的自动调节，达到节电目的。
由电机的设计原理可知，为使电机连续向一个方向运转，通过励磁线圈的两个相邻电流脉冲的电流方向是相反的，因此要在主电路上不断地改变电流方向才能实现电机连续运转，它实际上是由主电路的前级分频器上二个输出端Q和Q中的输出“1”来完成，当主电路的左边输入Q＝“1”时，通过励磁线圈的电流方向应是右进左出，反之右边输入Q＝“1”，通过励磁线圈电流方向左进右出。主电路是一种桥式开关电路励磁线圈是接在桥路的二臂中间。
控制电路还必须能对蓄电池用电即将枯竭时，保护蓄电池，通过封锁门电路输出，禁止蓄电池对脉冲电机的励磁线圈继续供电，使主电路处于静止状态。
以下结合附图对本实用新型作进一步说明附
图1为本实用新型电机主体结构示意图。
附图2为本实用新型电机转子永磁体结构示意图。
附图3为本实用新型电机定子固定环结构示意图。
附图4为本实用新型电机定子磁芯座结构示意图。
附图5为本实用新型电机定子磁芯结构示意图。
附图6为本实用新型电机定子线包联线图。
附图7为本实用新型控制电路方框原理图。
附图8为本实用新型脉冲电机主电路。
参考附图1-6，本实用新型脉冲电机由转子磁路(1)、转子固定环(2)、转子永磁体(3)、定子磁芯(4)、定子线包(5)、压圈(6)、定子磁芯座(7)、定子固定环(8)等组成，在转子磁路(1)上N-S交替地均匀镶嵌着用钕铁硼为材料的转子永磁体(3)，并用转子固定环(2)固定，构成电机的转子整体；定子磁芯座是一个开有与转子永磁体(3)相对应的多个凹槽的铁氧体，定子磁芯(4)也是铁氧体材料，它的外面装有定子线包(5)，并将它们镶嵌在定子磁芯座(7)上，用压圈(6)和定子固定环(8)固定，定子线包采用首尾——尾首——首尾连接，使通电后在定子磁芯的铁氧体端面上产生的磁极极性应是N-S交替排列，构成电机的定子整体，电机转子安装在定子外部，其目的是使电动机转动时能直接与电动车的车轮联接避免通过联接器产生损耗。
由于电机的转子磁极极性N-S交替均匀分布在它的四周，所以必须要求通过定子线圈的电流方向是交替变化的电流脉冲，这样就需要控制电路来实现，参考附图(8)，电路是用四只VMOS管组成一个桥路开关，交替变换流过定子线圈(5)中的脉冲电流方向。
在定子固定环上，相邻两个定子磁极的中间安装着一对霍尔元件传感器(9)，其中一只正面向上，另一只正面向下，当转子的磁极N-S交替掠过霍尔元件时，由传感器输出的传感信号脉冲前沿控制蓄电池对电机的供电。
为了实现脉冲电机的省电和调速，本实用新型是通过控制电路来实现的，电路由脉冲发生器，分频器、微分电路、霍尔传感器、RS触发器、低压限制信号、辅助电源、主电源、脉冲电机主电路等组成，它是通过改变脉冲频率来进行变速，因此是一种无级调速，参考附图7，由调速脉冲发生器产生方波信号，作为电机的运转脉冲，但实际上通过励磁线圈中电流脉冲的脉宽是根据脉冲电机负载自动调整的，它是由RS触发器复位端R和置位端S的触发信号进行调整，R端的触发信号是由电机的运转脉冲经微分取出脉冲前沿，使RS翻转，Q＝“1”、Q＝“0”打开“与”门、而S端的触发信号前沿是由转子上的N-S磁极掠过定子固定环上安装的传感器——霍尔元体(9)，传感器信号前沿使触发器翻转到Q＝“1”、Q＝“0”把“与”门封锁，从打开“与”门到封锁“与”门的时间；就是电流脉冲宽度，由于转子上的磁极是N-S交替分怖，所以在霍尔元件并联时，一个正面向上，另一个正面向下，然后组成“或”门输出去触发S端，封锁后的电机已将蓄电池电源切断，由此可见电流脉宽是自动调整的。
由于电流脉冲断开时，转子磁极正处于步距角的一半，此时转子上磁极在电机中的磁场势能最高位，很不稳定，转子磁极对定子磁芯磁化，产生磁化力，同时又趁着旋转惯性，自动转完整个步距角。为了使电机连续向一个方向动转，通过励磁线圈的两个相邻电流脉冲的方向是相反的，因此要在主电路上不断改变电流方向才能实现电机运转，参考附图(8)，主电路是一种桥式开关电路，励磁线圈是接在桥的二臂中间，在主电路的前级分频器上的二个输出端Q和Q中输出“1”来完成，当主电路的左边输入Q＝“1”，通过励磁线圈的电流方向应是右进左出；当右边Q＝1励磁线圈的电流方向应是左进右出。控制电路还有能对蓄电池用电将枯竭时，保护蓄电池，低压限制信号封锁门电路输出，禁止电池对脉冲电机励磁线圈供电。
由此可见，本实用新型是由产生旋转的电机本体和控制电路两部份组成，具有节能、高效的脉冲动力电机，适用于电动车上使用。
权利要求1.一种由电机本体和控制电路构成的用于电动车的节能脉冲动力电机，电机转子由转子磁路(1)、转子固定环(2)、转子永磁体(3)组成，在转子磁路(1)上N-S交替均匀镶嵌着转子永磁体(3)，并用转子固定环(2)固定；定子是由定子磁芯(4)、定子线包(5)、压圈(6)、定子磁芯座(7)、定子固定环(8)组成，定子磁芯(4)外面装有线包(5)，并将它们镶嵌在定子磁芯座(7)上，用压圈(6)和定子固定环(8)固定，整个电机定子装在转子里面，其特征在于1)定子固定环(8)上，在相邻两个定子磁极的中间，并联安装着二个霍尔传感器(9)，且一只正面向上，另一只正面向下。2)控制电路由调速脉冲发生器、分频器、微分电路、霍尔传感器、RS触发器、低压限制控制信号、辅助电源、主电源、脉冲电机主电路组成，脉冲信号发生器产生的脉冲信号，首先通过微分电路取得前沿信号，触发RS触发器的复位端R，使RS翻转到Q＝“0”、Q＝“1”，打开主电路通道使电机得电旋转，当电机转到1/2步距角时，由霍尔传感器获得转子上磁极掠过时的传感器的信号前沿触发置位端S，使RS触发器翻转到Q＝“1”、Q＝“0”封锁主电路输入通道，主电路为桥式开关电路，励磁线圈接在电桥二臂中间，通过励磁线圈的二个相邻电流脉冲方向相反，它是依靠主电路的前级分频器上二个输出端Q、Q中的输出“1”来完成的，低压限制控制信号取自蓄电池的端电压，当电池枯竭时，端电压下降，送出低压限制信号，封锁门电路输出。
2.一种由权利要求1所述的用于电动车的节能脉冲动力电机，其特征在于转子磁极采用稀土磁铁钕铁硼、N-S交替均匀分布在磁路铁氧体中。
3.一种由权利要求1所述的节能脉冲动力电机，其特征在于定子的磁芯(4)，磁芯座(7)为铁氧体材料。
4.一种由权利要求1所述的用于电动车的节能脉冲动力电机，其特征在于定子线包(5)的连接是以首尾——尾首——首尾形式相连，通电后在线圈的磁性铁氧体端面上磁极性为N-S交替排列。
专利摘要本实用新型公开一种用于电动车的节能脉冲动力电机,它是由产生旋转的电机本体和电机控制电路两部分组成,电机定子装在转子里面,定子固定环上,在相邻两个定子磁极的中间并联安装二个霍尔传感器,定子磁芯、磁芯座材料采用铁氧体,转子磁极材料采用钕铁硼,控制电路由调速脉冲发生器、分频器、微分电路、霍尔传感器、RS触发器、低压限位控制信号、辅助电源、主电源、脉冲电机主电路组成,利用蓄电池作能源,而效率约为直流电机的两倍。
文档编号H02K1/27GK2509767SQ0125346
公开日2002年9月4日 申请日期2001年9月4日 优先权日2001年9月4日
发明者黄坤彪 申请人:黄坤彪