专利名称：电磁助动自行车的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及新型电动自行车，是采用了不同已有电动自行车驱动机构作为助力器的电磁助动自行车。
以往，电动自行车普遍采用有刷直流旋转电机；近来，无刷直流旋转电机作电动轮也在推广使用。传统的有刷直流旋转电机功率密度低、重量大、电刷易损不易维修，并且制约了电机的使用寿命。采用无刷直流旋转电机作成电动轮毂势必改变自行车的原始结构，或要增加机械减速系统，或要采用昂贵的永磁体(钕铁硼等)，一则结构复杂，二则成本过高，难以被广大使用者接受。
本实用新型的目的在于提供一种电磁助动自行车，它采用电磁助力器，是用双凸极扇型(类盘式)直线开关磁阻电机机电一体化系统，结构简单，成本低廉，并保有与电动自行车电驱动技术相适应的功率密度。从而获得最佳性能、价格比指标。
本实用新型是用如下方式实现的它分两种结构第一种电磁助动自行车。包括由车架、车把、前车轮、后车轮、传动部分、鞍座等构成的自行车体，特征是它还具有电磁助力器，该电磁助力器由双凸极式扇形(类盘式)直线开关磁阻电机1、功率变换器2及内装控制电路和蓄电池3组成；双凸极扇型(类盘式)直线开关磁阻电机1次级(转子)紧固在自行车前车轮任一侧花毂上或后轮左侧花毂上，它由在非导磁圆盘上均布安装多块扇形片状反应导磁块构成；初级(定子)固定在前车叉或后车叉上，它由扇形铁芯和多相绕组构成；次级反应导磁铁块装夹在初级扇形铁芯中，采用钢球接触定位，保持初、次级间的气隙δ。第二种电磁助动自行车包括由车架、车把、前车轮、后车轮、传动部分、鞍座等构成的自行车体，特征是它还具有电磁助力器，该电磁助力器由双凸极式扇形(类盘式)直线开关磁阻电机1、功率变换器2及内装控制电路和蓄电池3组成；双凸极式扇型(类盘式)直线开关磁阻电机1次级(转子)由自行车后车轮整个轮缘两侧面均布安装多块扇形片状反应导磁铁块构成；双侧扇形初级(定子)铁芯与多相绕组对称安装在次级(转子即自行车后车轮缘)两边而紧固在后车叉上；亦用钢球接触定位，保持初、次级间的气隙δ。
本实用新型使用电磁助力器的自行车与其它种类电动助力车相比，有如下突出的优点1.电磁助力器所使用双凸极扇形(类盘式)直线开关磁阻电机具有牵引电机转矩特征，可在零速下自起动可靠；调速范围宽、平稳、电制动可靠。
2.电机与自行车巧妙有机结合，电机推力沿车轮边缘的切线方向，无疑增大了力矩。此种电机与传统的旋转电机相比，设计与应用比较灵活，推力、速度可通过多个不同的初级块组合方式或通过调整初级块在圆盘上的径向位置来调节；无需通过齿轮减速，做到无接触传递力，因而无机械噪声和振动；又可持续稳速运行；结构简单，可靠性高，维修方便。
3.电机次级(转子)无绕组，初级(定子)绕组系环氧树脂模压制品，耐潮，耐蚀，电气可靠性高，无需维护。
本实用新型装上电磁助力器无需改变原自行车结构。本实用新型结构简单，安装维护容易，控制灵活，使用方便，节能，成本低，无污染。
现结合附图对本实用新型作进一步详细说明
图1是第一种结构的电磁助动自行车结构示意图；图2是第二种结构的电磁助动自行车结构示意图；图3是扇形SRM截面结构示意图；图4是图3的B-B剖视；图5是PWM调速SRD方框图6是主电路示意图。
参照附图，本实用新型分两种结构第一种结构，见
图1。无需改变原自行车结构。双凸极式扇形(类盘式)直线开关磁阻电机1次级(转子)紧固在自行车前车轮任一侧花毂上或后轮左侧花毂上，它由在非导磁圆盘上均布安装多块扇形片状反应导磁块构成；初级(定子)固定在前车叉或后车叉上，它由扇形铁芯和多相绕级构成；次级反应导磁铁块装夹在初级扇形铁芯中采用钢珠接触定位，保持初、次级间隙δ＝-1mm。第二种结构，见图2。双凸极式扇形(类盘式)直线开关磁阻电机。1次级(转子)由自行车后车轮整个轮缘两侧面均布安装多块扇形片状反应导磁铁块构成；双侧扇形初级(定子)铁芯与多相绕组分别对称安装在次级(转子即自行车后车轮缘)两边，而紧固在后车叉上。反应导磁块装夹在初级扇形铁芯之中，采用钢珠接触定位，保持初、次级间隙δ＝1mm。电磁助力器系指一种电驱动技术的巧妙运用，它是由双凸极式扇形(类盘式)直线开关磁阻电机、GRT功率变换器，位置检测器及控制单元等组成的系统。基本工作原理是根据位置检测信号来确定初级(定子)相绕组的通断电情况，在不同相绕组之间依次轮流通断电，从而产生磁阻牵引力。改变相绕组中电流大小，可实现牵引力大小的调节。采用PWM脉宽 调制控制相绕组端电压进行调速。采用特殊导通模式保证零转速下自起动可靠。并可同时改变相绕组通电顺序实现正反转控制和电制动。亦可断开绕组电流实现手刹制动。按人机关系控制器安装在手握把附近，便于操作。采用国内通用蓄电池供电。本实用新型的电磁助力器的核心是双凸极式扇形(类盘式)直线开关磁阻电机1，结构上类同反应式直线步进电机，如图3所示。由此可见，其最大的特点是结构简单次级(转子)初级(定子)都采用凸极式，在旋转部件上没有绕组，也没有永久磁铁，而且只在初级(定子)上设有集中绕组，也没有永久磁铁。图3中初级(定子)齿极A、A′上设有线圈，两级线圈串联而成为A相。当A相绕组通电时产生一个磁场，并使次级(转子)受到电磁转矩，以致次级(转子)齿极II、II′有趋势与初级(定子)齿极A、A′对准(如图3所示)。如果当即切断A相电流，而B相电流相接通，显然次级(转子)将旋转，使得齿极II、II′有趋势与齿极B、B′对准。如果激磁再移至初级(定子)齿极C、C′上，那么转子将继续旋转。这样定子绕组电流依次通、断，使得转子连续转动。初级(定子)绕组电流通断的时刻是根据次级(转子)的位置来控制的。为此，电机上装有适当形式的次级(转子)位置传感器。在次级(转子)位置信号的基础上，再加上适当的其它控制，就能同时得到转矩、输出高电气效率和速度的平滑控制。由于这种电机的初级电枢电磁铁相对于次级反应极之间的供电逻辑关系，可用位置传感器的信号控制功率开关器件，使电机的步进磁场与反应磁极以一定的逻辑关系同步运行，避免了出现感应式直线电机的端部效应。电机的相绕组不管通过正电流或负电流，其运行情况同样良好，与其整套运行的功率变换器无需周期倒向，因此变换器简单、成本低。图6所示的变换器由供电，A、B、C、D四相绕组依次通过功率开关TA-TD，从直流电源中的一半得到能量。当相绕组电流不再产生有用的转矩时，则通过二极管DA-DD将剩余能量回馈到电源的另一半上去。为达到高效率以及响应快速的目的，电磁助力器采用脉宽调制型(PWM)调压调速方案。PWM调压调速电机系统的组成和特殊导通模式该电路由四个三极管TA-TD(GTR)四个二极管DA-DD、虚线框内的电机四组绕组组成。TA-TD及DA-DD组成的功率变换器的固定角度导通(初始导通θ＝-7.5°关断角θ＝22.5°导通宽度θ＝30°)，它的控制信号由次级(转子)位置信号经简单逻辑变换得到，其中前7.5°由调节传感器相对于初级(定子)位置而实现。采用-7.5°-22.5°导通模式有下述优点(1)起动可靠。由于采用30°导通方案，功率变换器上下桥始终各有一只晶体管同时导通，保证了电路的可靠工作。同时，电机的起动性能也得到了保证。(2)-7.5°-22.5°导通模式的正反转控制实现是方便的。对正反转电动逻辑而言，只要将各相导通逻辑提前。即用D相逻辑控制A相导通就可做到正转制动。电机制动到零转速时，因相对于原转向的负转矩仍存在，电机将进入反转电动状态，反转后触发相序自然反转。此时，A相的开通角θ1′和关断角θ2′仍然存在中-7.5°和22.5°，这说明正反转控制模式是完全对称的。(3)电机出力大效率高。本模式导通角提前7.5°，有利于提高初始电流上升率，使电动工作时有放大的电流增大输出转矩，22.5°关断，有利于用减小续流电流制动转矩的影响，提高高速性能。本实用新型的电磁助力器是小功率PWM调速开关磁阻电机系统，体积小，重量轻，结构简单，成本低，起动及低速力矩大，过载能力强，调速范围宽，且在整个转速范围内能高效率运行。
电磁助力器基本性能参数额定功率 200W百公里耗电1Kwh可零转速下起动可靠，速度从0-20Km/h，全速平稳连续可调，带电刹、手刹(机械刹)双重刹车方式电驱动和脚踏驱动并存。
权利要求1.一种电磁助动自行车，包括由车架、车把、前车轮、后车轮、传动部分、鞍座等构成的自行车体，其特征在于它还具有电磁助力器，该电磁助力器由双凸极式扇形类盘式直线开关磁阻电机[1]、功率变换器[2]及内装控制电路和蓄电池[3]组成；双凸极扇型类盘式直线开关磁阻电机[1]次级转子紧固在自行车前车轮任一侧花毂上或后轮左侧花毂上，它由在非导磁圆盘上均布安装多块扇形片状反应导磁块构成；初级定子固定在前车叉或后车叉上，它由扇形铁芯和多相绕组构成；次级反应导磁铁块装夹在初级扇形铁芯中，采用钢球接触定位，保持初、次级间的气隙δ。
2.一种电磁助动自行车，包括由车架、车把、前车轮、后车轮、传动部分、鞍座等构成的自行车体，其特征在于它还具有电磁助力器，该电磁助力器由双凸极式扇形类盘式直线开关磁阻电机[1]、功率变换器[2]及内装控制电路和蓄电池[3]组成；双凸极式扇型类盘式直线开关磁阻电机[1]次级转子由自行车后车轮整个轮缘两侧面均布安装多块扇形片状反应导磁铁块构成；双侧扇形初级定子铁芯与多相绕组对称安装在次级转子即自行车后车轮缘两边而紧固在后车叉上，亦用钢球接触定位，保持初、次级间的气隙δ。
专利摘要一种电磁助动自行车。涉及新型电动自行车,是采用了不同已有电动自行车驱动机构作为助力器的电磁助动自行车。在普通自行车上加装电磁助力器,该电磁助力器采用双凸极扇形(类盘式)直线开关磁阻电机、功率变换器及内装控制电路和蓄电池,设计两种结构形式。机电一体化系统,无需改变原自行车结构。本实用新型结构简单,安装维护容易,控制灵活,使用方便,节能,成本低,无污染。
文档编号B62M23/00GK2382646SQ9923270
公开日2000年6月14日 申请日期1999年1月22日 优先权日1999年1月22日
发明者杨声利, 李志强, 刘少克 申请人:杨声利, 李志强, 刘少克