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标题: [讨论]无刷无传感器串激式偏磁电动汽车轮毂电机技术 [打印本页]

作者: koy 时间: 2004-12-14 18:03
标题: [讨论]无刷无传感器串激式偏磁电动汽车轮毂电机技术
[这个贴子最后由koy在 2004/12/15 10:14am 第 1 次编辑]

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电动车的关键：一是电机，二是电池。大家都觉得轮毂电机好是好，就是骑行阻力大。之所以阻力大是因为永磁铁与定子磁极、槽间的吸引力变动造成，若不用永磁铁，就无此问题。本人发明的偏磁无刷同步电机不用永磁，更重要的是励磁与驱动绕组安匝数之和与永磁电机相等（应用磁势叠加原理），单位体积出力还能增加50%-80%（等效磁通密度提高所致）。听起来好象“永动机”出现！若在此基础上，再将现有轮毂电机铁芯外径从155mm提高到220mm，同时把铁芯叠厚从40mm减到20mm，耗用矽钢片一样，输出力矩略有上升，中间可取掉一大块圆料（作其它小电机用料），不但进一步降低重量，还能把控制器植入其间，简化外部接线。另一问题是电池寿命短，可开发高速飞轮电机取代电池，虽然技术上有一定难度，但通过努力可以实现。这样的“飞轮电池”寿命长，体积小，充电快，免维护。
汽车动力与普通电机不同，希望有足够大的储备功率，以便获得启动加速度，一旦进入均速运动之后，相对力矩需要量便可下降很多。现有自动变速汽车总变速比仅是3-5倍而已，也就是说启动力矩有运行力矩3-5倍就可以了。可惜就这样的要求，很多电机达不到。从功能上说，串激式有刷直流电机（相当电动工具那种），是比较理想的，但有电刷，寿命短，难维护。异步电机启动力矩与运行力矩差不多，致使电机尺寸大；永磁式同步电机（目前电动自行车无刷电机）的磁铁怕热、怕振、怕过载；开关磁阻电机性能很理想，但驱动功率大（能量输入太多，然后又要送回电源），造成力矩脉动、噪音、驱动器成本偏高。

我发明的电机是以开关磁阻电机为原型，溶入同步电机原理，异步电机结构，步进电机优势，达到直流电机特性。偏磁电机有一套独立的偏磁理论，以此统一各种电机原理、工艺、优势，成为一种符合现代电脑、电子驱动、反馈控制技术的原创型电机发明。新电机最大特色：便宜、简单、可靠、高效、个小、启动力大，高速性能强。之所以有如此性能，在于如下几个关键：

1.交直流成份分路后，各自发挥最隹效能，能实现各种组合；
2.绕组改良，谐波吸收，输入一次性能量减，脉振、噪音小；
3.采用多齿差动电磁减速原理，高磁密，单位体积力矩增；
4.串激偏磁，弱磁调速，短时启动力矩可达运行力矩3-5倍；
5.不用永磁体，降低成本，减化工艺，提高环境耐受力；
6.控制方式灵活，可采用开环变频调速或闭环无刷电机方式。

“偏磁”电机与永磁式“全磁”同步电机相比，前者定子仅通过单向磁通，转子则是双向磁通；而后者定子通过双向磁通，转子为单向磁通。因此，偏磁电机定子驱动与励磁磁势可相叠加或抵消；而同步电机的结构使定子驱动磁势相对转子永磁势只能产生可变磁阻功能，起不到叠加作用。如果偏磁电机采用永磁励磁，与永磁同步电机相比，不但单位体积力矩大20%-80%，而且永磁材料与铜线的消耗量都可以减少为一半。更可贵的是：偏磁电机永磁材料可选用廉价的铁氧体，而同步电机为提高功率密度必须用价昂的钕铁硼。二种永磁材料每公斤价格相差十倍。

作者: 老顽童 时间: 2004-12-14 18:25
标题: [讨论]无刷无传感器串激式偏磁电动汽车轮毂电机技术
试验成功了吗？能用在电动自行车上吗？

作者: 水穷云起 时间: 2004-12-14 18:53
标题: [讨论]无刷无传感器串激式偏磁电动汽车轮毂电机技术
[这个贴子最后由水穷云起在 2004/12/15 09:36am 第 1 次编辑]

就是开关磁阻电机再加磁钢，有画蛇添足之感，不过这样可以无传感器启动。

作者: 老顽童 时间: 2004-12-14 18:59
标题: [讨论]无刷无传感器串激式偏磁电动汽车轮毂电机技术

下面引用由水穷云起在 2004/12/14 06:53pm 发表的内容：
就是无刷电机再加磁钢，有画蛇添足之感，不过这样可以无传感器启动。

哦，类似辅助启动。

作者: 水穷云起 时间: 2004-12-14 20:47
标题: [讨论]无刷无传感器串激式偏磁电动汽车轮毂电机技术
对，就是辅助启动，工作时也能增大气隙磁通吧，但不好设计得太强，因为毕竟这个磁场是设计的不对称的（这样才能辅助启动，防止反转）。

作者: 凌意 时间: 2004-12-15 09:03
标题: [讨论]无刷无传感器串激式偏磁电动汽车轮毂电机技术
是不是说串励电机能增加力矩？但是现在的经典理论都是认为串励电机是软特性的呀。再说，励磁也要消耗能量。

作者: 水穷云起 时间: 2004-12-15 09:35
标题: [讨论]无刷无传感器串激式偏磁电动汽车轮毂电机技术

下面引用由水穷云起在 2004/12/14 06:53pm 发表的内容：
就是开关磁阻电机再加磁钢，有画蛇添足之感，不过这样可以无传感器启动。

作者: 水穷云起 时间: 2004-12-15 09:42
标题: [讨论]无刷无传感器串激式偏磁电动汽车轮毂电机技术
开关磁阻电机不算串励电机，标准的开关磁阻电机是定子用线圈矽钢片，转子用矽钢片，他这个是转子嵌入磁钢，大概具有开关磁阻和直流无刷的混合优点。

作者: 白杨 时间: 2004-12-18 08:53
标题: [讨论]无刷无传感器串激式偏磁电动汽车轮毂电机技术
这篇稿子是我福建的一个朋友的，我有他的联系方式，需要吗？已发表在我们的刊物上。

作者: 97cn 时间: 2004-12-18 13:41
标题: [讨论]无刷无传感器串激式偏磁电动汽车轮毂电机技术

下面引用由凌意在 2004/12/15 09:03am 发表的内容：
是不是说串励电机能增加力矩？但是现在的经典理论都是认为串励电机是软特性的呀。再说，励磁也要消耗能量。

励磁有损耗，但不消耗能量。

作者: koy 时间: 2004-12-20 15:11
标题: [讨论]无刷无传感器串激式偏磁电动汽车轮毂电机技术
转载自：http://www.cn-ebike.com/bbs/dispbbs.asp?boardID=7&ID=228
“偏磁式电机”简介

利用傅里叶级数原理将磁阻电机原有的脉冲直流驱动绕组一分为二，分为直流、交流两部分，分别用直流偏磁与交流驱动取而代之，称之为偏磁式磁阻电机。若用永磁取代直流绕组，就是永磁式偏磁电机。从另一角度理解，偏磁电机等效于将转子磁场搬到定子上去的同步电机，也可称偏磁式同步电机。

一、研发背景
磁阻（又称反应）式电机，按前些年的技术，都以为其效率低、脉振大、噪音高、适用面窄，仅用于步进电机领域。20世纪中期，美国人发明了一种混合式步进电机， 80年代中期，我国哈尔滨工业大学，中科院电工所等单位，引进混合式电机替代国产旧式磁阻步进电机。近几十年来，由于功率开关电子技术发展，美、英等国研究并开发了开关磁阻电机系统（由电子开关、位置检测、磁阻电机共同组成），效率高达90%以上，性价比高于一般电机系统。我国80年代后期，在华中理工大学等院校、科研机构推动下，派人到英国考查并引进开关磁阻电机系统，作为全国星火计划95期间的重点攻关项目。全国各科研院所都投入大量人力物力进行研究，至今各有关电机杂志每期仍有20%左右有关磁阻电机方面的文章。90年代初，美国一教授又发明了一种新型磁阻电机，叫永磁双凸极磁阻电机（PMSRM），国内一些大学院、校，科研院、所最近也开始研究、重视这项新技术，涌现大量论文。

二、技术特色
本人发明的偏磁电机系列与美国人发明的混合式磁阻电机、永磁双凸极磁阻电机，用偏磁理论分析，都属于偏磁电机范畴，是偏磁电机大家族中的几条分支而已。相比之下，美国人发明的混合式电机结构较复杂，永磁双凸极磁阻电机磁极分布不对称，谐波成份大，制造工艺上还待完善；而我发明的偏磁电机中大部分结构的磁极分布对称，采用我在该领域独创的多跨或分布式绕组，安匝数还可再减半，驱动功率更省，性价比更高；而且偏磁电机不受功率限制，小可至毫瓦，大可超兆瓦。因此偏磁电机技术不仅用于磁阻步进电机升级，更适用于开关磁阻电机换代。

与异步电机变频调速系统相比：偏磁电机转子结构简单，平均气隙磁密较高，驱动电路不必负担转子激磁能量，不要采用复杂的矢量变换技术等。因此偏磁电机系统的成本仅是同功率异步电机变频调速系统的1/2-1/4倍，有极广阔的应用市场。

三、样机实例
根据偏磁式磁阻电机原理制作了几台样机，都达到较满意的效果。

一台是110BF-003型反应式步进电机改装绕组后构成的偏磁电机，通入三相交流电实测比较，驱动相电流降低至原来一半，同样转速时，相电压也仅是原来一半 (与传统单、双拍方式相比驱动功率降为原来1/3-1/6) ，输出力矩增加20%左右（消除三次谐波引至），脉振减小（可直接拆除原有的加速度阻尼器），噪音明显下降。改装反应式步进电机达到了混合式步进电机同样指标，二者价格差2-3倍。

另一台样机是用于电动自行车的无刷轮毂电机。为便于比较，采用与原180w最大力矩10牛顿米的永磁直流电机一样的铁芯尺寸与外壳尺寸。新电机用串激式偏磁，省去了价格昂贵的永磁材料，简化了结构，还减少了铜线消耗量，造价仅为原永磁电机一半，最大启动力矩达20牛顿米。目前这种电机售价约300-330元人民币，我计算的成本（机加工全部包出去外协制作）仅170元。
第三种是一种专用外转子调速电机，转速范围从0到6000转/分，比较的对象是滑差式异步调速电机（高速仅2800）系统与增速皮带传动机构。现有400W左右该调速电机系统，市场价约800多元。专用新型偏磁电机造价约100元左右，配用电动车用500W驱动控制器，市场价格约200元左右，再配个电源变压器及整流电路（为了将就使用电动车驱动器），成本约100元，总价仅400元。体积、能耗也降低数倍。

若将比较范围扩展到异步电机变频调速领域，性价比更是惊人。用于替代1.5KW、4极异步变频调速电机的定、转子12- 8齿偏磁电机，矽钢片叠厚可减至原来一半。现有小功率变频器因为异步机必须采用矢量变换技术，要求计算机速度、位数较高，内存容量大，接口功能多，变频器价格无法低于千元人民币。而偏磁电机系统，仅需10来元一片的8051芯片构成简易正弦细分电流控制就行了，因此我设计的2KW以内的变频器成本不超过200元（采用传感器无刷方案不用单片机直接斩波驱动成本更低）。将其应用于洗衣机、冰箱、空调上，有很大实用价值。

就算应用于大型电机（如火车头、轧钢机、空压机站等）方面，由于偏磁电机不打滑，无涡流，因此效率高，成本更低。中国的电动汽车工业已开始启动，而偏磁电机与汽车将达到最佳配合，串激方式的无刷驱动方案具有低速大力矩，高速恒功率的良好机械特性，而且启动电流小，过载不烧电机。

四、应用范畴
偏磁电机可用于电动机，也可用作发电机。偏磁电机调速范围大，可作控制电机，也可作动力电机；可作微型电机，也可制成超大型电机。按其制造精度等级不同，可作精密控制电机，也可作廉价的家用电器主驱动电机。

偏磁电机具体应用为：步进电机、伺服电机、机床主轴调速电机，微型音响类电机，打印机、传真机、电脑软、硬盘主电机，家用高速磨浆机、榨汁机、切碎机、搅拌机、电动工具主电机，电风扇、洗衣机、空调、冰箱变频调速电机，开关磁阻电机、无刷直流电机，电动火车、汽车、自行车、摩托车动力电机，升降机、电梯主电机，大型采矿、轧钢、锻压主电机，移动式小型发电机，飞机中频发电机，电火花加工机床、感应电炉中频发电机，低速同步电机等。军事上，用作潜艇驱动，飞弹导向驱动，雷达天线驱动，舰艇火炮伺服，导航陀螺等，具有高效、简单、可靠、体积小的特点。
五、诚征合作
该技术已申请4项中国专利，内容复盖除混合式与双凸极之外的偏磁电机几乎全部可能型式。现征求国际专利合作者，直接转让国际专利申请权与中国现有4项正在审批中的偏磁电机专利所有权。有兴趣者请联络、洽谈、出价。若愿意以其他形式合作者，也欢迎来函探讨。谢谢！
朱正风，福建省建阳市立医院7座131室 354200 ， 0599-5629295 ， zhengfzhu@hotmail.com

作者: 白杨 时间: 2004-12-20 15:46
标题: [讨论]无刷无传感器串激式偏磁电动汽车轮毂电机技术
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作者: waiter 时间: 2007-5-25 17:05
标题: 急需技术支持
各位大虾,本人急需无位置传感器三相无刷电机机控制器技术,还大家支持,必有重谢!

作者: xiaoyu666 时间: 2007-9-24 09:34
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