专利名称：超低功耗的电动助力车发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种超低功耗的电动助力车发动机。
背景技术：
随着社会物质文明的飞速发展，人们使用最普遍的传统代步工具——自行车正被电动助力车逐渐所代替。电动助力车在短短几年内其生产销售以几何倍率的速度递增，各种款式新颖的电动助力车为人们的出行生活带来了更大方便和美的享受。然而电动助力车美中不足的是其蓄电瓶的使用寿命有限，一般电动助力车的蓄电瓶使用一年多就要更换新的。因而蓄电瓶是电动助力车技术最薄弱、消费代价最昂贵的易耗品。同时蓄电瓶的容量有限，充一次电走行30-50公里就不行了。上述两点，极大地困惑着电动助力车的生产厂家和使用者。
发明内容
本发明针对上述电动助力车存在的问题，采用降低发动机功耗的技术措施，达到每充一次电可以延长走行距离，相应的也就扩大了蓄电瓶的使用容量，同时本发明的电动机属微功耗性能，从而也就达到了延长蓄电瓶使用寿命的作用。
本发明的工作原理是通过转子(发动机外壳)上永磁磁片对定子(轮轴)上呈渐展线状的硅钢片的旋转吸附，形成由远及近、由小变大的旋转势能，从而提高发动机的自然功率因数而达到节约电能的技术目的。
附图1 本发明电动助力车发动机结构的横剖示意图
1.发动机外壳2.外壳内壁均布的永磁磁片(按园心对称隔一空一均布)3.定子上呈渐展线状的永磁磁钢(每180°机械角为一组，按园心对称均布；与外壳内壁均布的永磁磁片相对应的极性相反)4.绕组线圈A(每180°机械角为一组，按园心对称均布)5.绕组线圈A的磁力中心线6.绕组线圈B(每180°机械角为一组，按园心对称均布)7.绕组线圈B的磁力中心线8.发动机定子上的轮轴附图2 控制绕组线圈A和绕组线圈B通电旋转程序的多极换相器和环形整流子的结构示意图9.多极换相器A10.环形整流子11.多极换相器B12.定子上与多极换相器A相接触的固定碳刷A13.定子上与环形整流子相接触的固定碳刷B14.定子上与多极换相器B相接触的固定碳刷C15.发动机外壳端盖 附图8 本发明发动机绕组及接线原理图
具体实施例方式下面结合附图对本发明进一步说明
如附图1及附图2所示，本发明电动助力车发动机的结构主要由发动机外壳(1)、外壳内壁均布的永磁磁片(2)(按园心隔1空1，对称均布)、定子上呈渐展线状的永磁磁钢(3)(每180°机械角为一组，按园心对称均布；与外壳内壁均布的永磁磁片相对应的极性相反)、绕组线圈A(4)(定子上每180°机械角为一组，按园心对称均布)、绕组线圈A的磁力中心线(5)、绕组线圈B(6)(与绕组线圈A两相对称布局，二者中间采用磁性屏蔽材料相隔开)、绕组线圈B的磁力中心线(7)、发动机定子上的轮轴(8)以及附图2所示的转子部分外壳端盖(15)上控制绕组线圈A、绕组线圈B通电旋转程序的多极换相器A(9)、环形整流子(10)、多极换相器B(11)和定子上固定的三组固定碳刷A(12)、固定碳刷B(13)、固定碳刷C(14)、以及发动机外壳端盖(15)所组成。
根据磁性异性极相互吸引的的固有物理属性，发动机外壳(1)内壁均布的永磁磁片(2)与定子上呈渐展线状的永磁磁钢(3)相互形成由远及近、由小变大的自然旋转势能，这是本发明增加自然功率因数的核心技术要素之一。也就是说，通过这种增加自然功率因数的技术设计，取代传统园周绕组的大功耗设计，从而使发动机的功耗大大降低。本发明的另一技术关键是如何使转子上的磁片与定子上呈渐展线状的永磁磁钢在气隙最小处形成的静止点(也称死点)向前作旋转运动的技术设计。下面结合附图3、附图4、附图5、附图6、附图7对本发明电动助力车发动机启动、旋转的四步通电程序作以说明如附图3所示，当发动机处于静止状态时，发动机外壳(1)内壁隔1空1均布的永磁磁片之一的N1与定子上绕组线圈A的磁芯最高处(也即气隙最小处)形成静止点。这时绕组线圈A和绕组线圈B均不导通，此为四步通电程序之起始点；如附图4所示，当通电程序导通绕组线圈A(4)，使该绕组线圈产生与N极相反的S极磁场效应时，永磁磁片N1在强大的电磁场磁力吸引下，由原有的静止点位置向绕组线圈A的磁力中心线(5)移动，此为四步通电程序之第一步；如附图5所示，当通电程序同时导通绕组线圈A和绕组线圈B，二者共同产生S极的磁场效应时，二者形成新的磁力中心线(附图5的箭头所指处)，永磁磁片N1便会在磁场效应的作用下，由附图4所处的位置向附图5所示的位置前移，此为四步通电程序之第二步；如附图6所示，当通电程序断开绕组线圈A，仅继续导通绕组线圈B时，永磁磁片N1便会在绕组线圈B的磁场效应作用下，由附图5所处的位置向附图6所示绕组线圈B(6)的磁力中心线(7)的位置前移，此为四步通电程序的第三步；如附图7所示，当通电程序将绕组线圈A、绕组线圈B全部断开，这时永磁磁片N2即会在固有物理属性的作用下向永磁磁片N1原先位置气隙最小处作自然旋转运动，此为通电程序的第四步。通过上述四步通电程序，从而形成一组完整的运动周期。使N1由静止点向前递进一个磁片位置。
上述四步通电程序，周而复始，依次对每个永磁磁片产生连续的推动作用，从而推动转子持续不断地向前旋转。
四步通电程序是本发明的机械结构由静到动、持续运动的技术关键所在。它是靠安装在外壳端盖(15)上的多极换相器A(9)、环形整流子(10)、多极换相器B(11)与定子上的三组固定碳刷A(12)、固定碳刷B(13)、固定碳刷C(14)相互作用实现的。多极换相器A(9)和多极换相器B(11)的极片数为发动机外壳上永磁磁片数量的2倍(因为永磁磁片是隔1空1均布的)，多极换相器A(9)和多极换相器B(11)的极片都是隔1空1与环形整流子(10)相连通，多极换相器A(9)和多极换相器B(11)与环形整流子(10)相连通的极片相互错开二分之一角。按照转子旋转前进方向，多极换相器A与环形整流子相连通的极片应领先于多极换相器B与环形整流子相连通极片的二分之一角，多极换相器A(9)、环形整流子(10)和多极换相器B(11)。依次与固定碳刷A(12)、固定碳刷B(13)、固定碳刷C(14)相连通。当发动机启动时，这样即会产生上述四步通电程序的通电序列，使发动机持续旋转。
本发明的发动机绕组及接线原理如附图8所示，直流电源从轮轴中心穿入定子，其正极与定子上的环形整流子固定碳刷(13)相连通，通过转子上的环形整流子(10)与多极换相器A(9)、多极换相器B(11)依照四步通电程序依次导通绕组线圈A(4)和绕组线圈B(6)；绕组线圈A组和绕组线圈B组(每组对称2个)分别串连起来，使极性与转子上磁片磁面均呈相反的极性；绕组线圈另一线端与直流电源的负极相连通。
权利要求
1.本发明涉及的超低功耗的电动助力车发动机其特征是它的主要结构由发动机外壳(1)、外壳内壁均布的永磁磁片(2)(按园心隔1空1，对称均布)、定子上呈渐展线状的永磁磁钢(3)(每180°机械角为一组，按园心对称均布；与外壳内壁的永磁磁片相对应的极性相反)、绕组线圈A(4)(定子上每180°机械角为一组，按园心对称均布)、绕组线圈A的磁力中心线(5)、绕组线圈B(6)(与绕组线圈A两相对称布局，二者中间采用磁性屏蔽材料相隔开)、绕组线圈B的磁力中心线(7)、发动机定子上的轮轴(8)以及附图2所示的外壳端盖(15)上控制绕组线圈A、绕组线圈B通电旋转程序的多极换相器A(9)、环形整流子(10)、多极换相器B(11)和定子上固定的三组固定碳刷A(12)、固定碳刷B(13)、固定碳刷C(14)、以及发动机外壳端盖(15)所组成；根据磁性对异性极相互吸引的固有物理属性，发动机外壳(1)内壁均布的永磁磁片(2)与定子上呈渐展线状的永磁磁钢(3)相互形成由远及近、由小变大的自然旋转势能，从而增加了发动机的自然功率因数，降低了发动机功耗；本发明通过四步通电程序形成机械结构由静到动、作持续旋转运动。
2.根据权利要求1，本发明所采用的四步通电程序其特征是如附图3所示，当发动机处于静止状态时，发动机外壳(1)内壁隔1空1均布的永磁磁片之一的N1与定子上绕组线圈A的磁芯最高处(也即气隙最小处)形成静止点，这时绕组线圈A和绕组线圈B均不导通，此为四步通电程序之起始点；如附图4所示，当通电程序导通绕组线圈A(4)，使该绕组线圈产生与N极相反的S极磁场效应时，永磁磁片N1在强大的电磁场磁力吸引下，由原有的静止点位置向绕组线圈A的磁力中心线(5)移动，此为四步通电程序之第一步；如附图5所示，当通电程序同时导通绕组线圈A和绕组线圈B，二者共同产生S极的磁场效应时，二者形成新的磁力中心线(附图5的箭头所指处)，永磁磁片N1便会在磁场效应的作用下，由附图4所处的位置向附图5所示的位置前移，此为四步通电程序之第二步；如附图6所示，当通电程序断开绕组线圈A，仅继续导通绕组线圈B时，永磁磁片N1便会在绕组线圈B的磁场效应作用下，由附图5所处的位置向附图6所示绕组线圈B(6)的磁力中心线(7)的位置前移，此为四步通电程序的第三步；如附图7所示，当通电程序将绕组线圈A、绕组线圈B全部断开，这时永磁磁片N2即会在固有物理属性的作用下向永磁磁片N1原先位置气隙最小处作自然旋转运动，此为通电程序的第四步，通过上述四步通电程序，从而形成一组完整的运动周期，使N1由静止点向前递进一个磁片位置；上述四步通电程序，周而复始，依次对每个永磁磁片产生连续的推动作用，从而推动转子持续不断地向前旋转。
3.根据权利要求1，本发明的机械结构由静到动、持续旋转是靠安装在外壳端盖(15)上的多极换相器A(9)、环形整流子(10)、多极换相器B(11)与定子上的三组固定碳刷A(12)、固定碳刷B(13)、固定碳刷C(14)相互作用实现的；多极换相器A(9)和多极换相器B(11)的极片数为发动机外壳上永磁磁片数量的2倍(因为永磁磁片是隔1空1均布的)，多极换相器A(9)和多极换相器B(11)的极片都是隔1空1与环形整流子(10)相连通，多极换相器A(9)和多极换相器B(11)与环形整流子(10)相连通的极片相互错开二分之一角；按照转子旋转前进方向，多极换相器A与环形整流子相连通的极片应领先于多极换相器B与环形整流子相连通极片的二分之一角，多极换相器A(9)、环形整流子(10)和多极换相器B(11)，依次与固定碳刷A(12)、固定碳刷B(13)、固定碳刷C(14)相连通，当发动机启动时，这样即会产生上述四步通电程序的通电序列，使发动机持续旋转。
4.根据权利要求1本发明的发动机的接线原理如附图8所示，直流电源从轮轴中心穿入定子，其正极与定子上的环形整流子固定碳刷(13)相连通，通过转子上的环形整流子(10)与多极换相器A(9)、多极换相器B(11)依照四步通电程序依次导通绕组线圈A(4)和绕组线圈B(6)；绕组线圈A组和绕组线圈B组(每组对称2个)分别串连起来，使极性与转子上磁片磁面均呈相反的极性；绕组线圈另一线端与直流电源的负极相连通。
全文摘要
本发明公开一种超低功耗的电动助力车发动机。随着社会物质文明的飞速发展，人们使用最普遍的代步工具——自行车正被电动助力车逐渐所覆盖。然而电动助力车美中不足的是其蓄电瓶电容有限，行走距离不远；蓄电瓶使用寿命也仅有一年左右即需更换。本发明针对上述缺憾，采用改变电动车传统结构发动机的园周绕组布局，仅用对称两点绕组结构，其余部分由转子上对称均布的永磁磁片和定子上呈渐展线状的硅钢片相互形成自然旋转势能，提高了发动机自然功率因数，降低了发动机功耗。本发明是采用四步通电程序将转子上的永磁磁片逐个由气隙最小处的静止点拉开推向前进，形成持续旋转运动的。这种超低功耗的电动助力车可以大大增加每次充电的走行里程，并延长蓄电瓶的使用寿命。
文档编号H02K23/04GK1885678SQ20061008513
公开日2006年12月27日 申请日期2006年5月31日 优先权日2006年5月31日
发明者李效志, 刘爱军, 奚中原, 李孟帅, 李明轩 申请人:李效志