外圓驅動型磁反應無刷永磁直流電機的製作方法

2023-07-05 08:23:16

專利名稱：外圓驅動型磁反應無刷永磁直流電機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及高效節能領域，具體為一種高效節能型電機，併集電機、發電機、伺服馬達、步進電機、同步電機等功能，適用廣泛的磁反應無刷永磁直流電機。技術背景現有的無刷永磁直流電機均為效率低，實用範圍小，效果一般，並堵轉時容易燒毀等缺陷。發明內容本實用新型的目的在於，克服現有技術的缺陷，提出一種高效節能、適用範圍廣泛、實現節能環保，同時具備電機、發電機、伺服馬達、步進電機、同步電機等功能；出力恆 定，運轉頻率任意可調，自帶轉角度計量檢測功能，並沒有堵轉過電流燒毀而經久耐用等特效。本發明技術方案如下外圓型驅動無刷永磁直流電機，包括定子結構，A、B兩個出力運行繞組，a、b兩個小檢測線圈，磁屏蔽環形鐵支架，磁性位置識別裝置，永磁轉子裝置，軸承，配重端蓋裝置組成；其定子中心軸經軸承與永磁轉子裝置構成電機本體;A、B兩個出力運行繞組均勻嵌入在定子線槽內；A、B兩個繞組的首端分別與A、B兩個驅動電橋的中心點相連；尾端與正負電源的中心零點相連。具體的，外圓驅動型磁反應無刷永磁直流電機其定子結構是與普通異步繞線式電機的轉子相似，僅線槽位置排列稍有不同，鐵心實體面積較寬；定子鐵芯內一端裝有電磁屏蔽環型鐵，環形鐵上裝有一組位置磁性識別裝置，本裝置可用磁敏三極體、接近開關、光電傳感器等製作，如用磁敏三極體由三個構成一組，如用接近開關或光電傳感器則用四個構成一組；轉子由一對或幾對按電機設計的磁極P數相當的瓦形磁鐵、轉子缸套相拼而成，缸套一端設有配重端蓋，端蓋設有標明磁性位置的凸出部位，中間設有離心風葉、固定螺絲孔、定位銷槽；轉子磁鐵長度可分兩種I轉子磁鐵適當超出定子鐵芯長度，以方便磁敏三極體檢測；2轉子磁鐵與定子長度相等，利用端蓋配重裝置的凸出部位作為接近開關或光電傳感器的檢測面，此凸出面標明了某一類磁性面的性質和位置，它的位置和寬度控制著相對應的功率的導通和導通時間；優選的，定子內只需A、B兩個運行繞組，如特殊工業需要，可在定子A、B各自繞組的磁性分界處的兩個線槽內，安置兩個a、b兩個小檢測線圈，用於轉角度計量或實時轉速跟蹤等閉環控制；優選的，定子鐵芯的引線端裝有電磁屏蔽環形鐵支架，上面裝有一組磁性位置識別元件；優選的，磁性位置識別傳感器由三個磁敏三極體構成一組，如用接近開關或光電傳感器則用四個構成一組；優選的，電機轉子由一個N和一個S磁性面組成一對，對數與電機設計磁極P數相等的瓦形磁鐵，與外圓缸套結構相拼組成；優選的，電機端蓋配重裝置本體的作用是找平轉子的平衡度，減少震動；其凸出部位是標明某一類磁性的位置，它的寬度等於單塊磁鐵面的二分之一，凸出部位的數量與電機磁極P數相等，中間設有離心冷卻風葉、緊固螺絲孔，邊緣設有定位銷槽；優選的，外圓驅動電機的轉子缸套視不同工作要求而定，如車輪缸套、風機缸套、螺旋狀壓宿缸套等；優選的，外圓驅動型磁反應無刷直流電機是用兩個相等的電源串聯供電，串聯的中心點與兩個運行繞組的尾端直接相連；優選的，本電機運轉方式是由兩個驅動電橋摧動，功率管Ql、Q3組成A電橋，驅動A繞組；Q2、Q4組成B電橋驅動B繞組；功率管採用IJBT電晶體、可控精閘管或開關三極體等製作；·[0019]本發明有益效果在於I)節能優化本磁反應無刷永磁直流電機，利用永久磁鐵代替了直流電機的勵磁線圈，無需損耗電能，達到相等的效果；2)效率高本電機僅用兩個出力運行繞組，同時是採用直流電，所以最大限度地把功率因數提高至接近於I ;A、B繞組以線圈跨距中心分開交疊繞制，各繞組均以360度分布與定子，繞組的每一線圈都能把轉子永磁體一分為二，是磁反應最強之處，所以在轉子的任一吻合面都產生最強的力偶；3)增強了安全性當本電機在主動時，直流電流經線圈電路時呈阻性，所以在過載或堵轉後不產生過電流而燒毀；由於電壓與電流在本電機任一運轉時刻不發生突變，所以出力是恆定的，適用於更廣泛的工業場合。4)發電功能當本電機在從動時，轉子永磁鐵在定子鐵芯線圈上運轉交變切割磁力線，構成發電機原理；5)高效節能本電機在直流供電運行時產生的磁場就等於變壓器的初級的貯能過程，當功率管截止時，貯備的磁能轉化為電能，經續流二極體阻尼二極體反向充電，由於電流相反，磁性也相反，既增強了驅動的力偶，又把電能重複利用；6)運作功能本電機定子上裝有位置磁性識別的磁敏元件，在轉子的任一位置都有一個邏緝信號輸出，此信號控制相對應的功率管的通斷時間，所以硬性地控制轉子運轉角度，形成伺服運轉；7)特殊功能在A、B繞組各自線圈的磁性分界處安置的兩個a、b小檢測線圈，在轉子運轉時切割磁力線輸出正弦波信號，此信號可作為轉角度計量控制進給；也能作為與基準時基信號進行比較，及時調整增減速度，便實現了精準伺服、進給等閉環控制功能，並減免了編碼器的使用成本；

圖I為本實用新型外圓驅動型磁反應無刷永磁直流電機結構示意圖圖2為本實用新型外圓驅動型磁反應無刷永磁直流電機運轉四象限運轉原理圖圖3為本實用新型外圓驅動型磁反應無刷永磁直流電機配重端蓋裝置平面圖具體實施方式
外圓驅動型磁反應無刷永磁直流電機結構參見圖I ;定子結構包栝定子中心走線軸14，定子鐵心16 ;磁屏蔽環形鐵支架10，轉子位置磁性識別裝置5、6、7、8 ;永磁轉子包栝瓦型永磁體11，轉子缸套15，配重端蓋裝罩包栝標明磁性凸出部位12，風葉19，固定螺絲孔20，軸承油封位21，端蓋定位銷槽22 ;A3、B4兩個出力運行繞組，al、b2兩個小檢測線圈，等電動勢正負雙電源9、17、18，雙驅動電橋等組成；運轉原理，現以四極外圓驅動型電機為例(參見圖2組合)本電機運轉以四個象限分析，第一象限如(圖2-1)所示，當配重端蓋23上的凸出面12被B4繞組上第一個接近開關8檢測到時，即輸出信號控制第一個電橋上管Q2導通，供給正電源，由於繞組相連線圈電流方向相反，被生成了 N-S-N-S的四個電磁極，分布於定子的360度角位；而端蓋凸出面標明的是S磁性，所佔位置是單面S極的二分之一，轉子的四個磁性排列是S-N-S-N，與定子的四個電磁性面相差45度角而中心分割，此時定子與轉子的磁性反應，同性相斥異性相吸生成力偶，向前拖動45度；由於每個接近開關都超前於每個線圈，所以沒等到完全吻合 就截止；而第二個接近開關7檢測到磁性位置信號，使第二個電橋上管Ql導通，向A3繞組供正電，像Q2導通一樣生成N-S-N-S電磁極，使轉子再次向前驅動45度，此為第二象限如(圖2-2);此時轉子的S磁性面正好越過了 B4繞組的第一個線圈，第三個接近開關6檢測到信號，使第一個電橋下管Q4導通，此時B4繞組由負電源供電，使流經線圈的電流反向，被生成四個S-N-S-N的電磁極，一樣把轉子向前驅動45度，此為第三象限如(圖2-3);同理當第四接近開關5檢測到信號時，使第二個電橋的下管Q3導通，使A3繞組的電流和磁性都反向而向前驅動45度，此為第四象限如(圖2-4);這樣四個功率管輪流導通一次，使轉子驅動180度，兩次一周，是四極電機的運行情況，如此類推。中心軸驅動型電機運轉原理也一樣。各裝置具體結構和作用如下I)電機定子結構外圓驅動型電機的定子與普通線繞式電機的轉子相似，僅線槽位置排列位置不同，鐵心實體面積設置寬一些，從而提高電磁效力；2)磁屏蔽環形鐵支架環形鐵用於屏蔽電磁波幹擾，消除對磁性識別元件的影響；同時也是磁性位置識別元件的固定支架；3)位置磁性識別裝置本裝置可由磁敏三極體、接近開關或光電開關等製作；由於磁敏三極體具有磁性識別功能，所以只要三個就可邏輯地控制四個功率管的輸出；當利用接近開關或光電開關製作為磁性位置識別裝時，需要四個構成一組；本裝置主要作用是檢測轉子位置磁性，相應地控制各功率管的輸出工作狀態；4永磁轉子裝置本裝置包栝瓦型永磁體，轉子缸套，端蓋配重裝置，軸承，油封等組成；轉子缸套視工業用途而定，如車輪缸套、風機缸套、螺旋狀壓縮缸套等；5)轉子端蓋配重裝置本端蓋上設置了與電機磁極P數相等的凸出部位，以它標明轉子所處位置的的磁性；此部位長度為轉子單一塊磁性面的二分之一，位置對應於磁塊的中間；長度是控制相對應功率管的導通時間，位置是控制相對應功率管的導通；本體可找平轉子平衡度，減少震動；端蓋邊緣設置有定位銷槽並安置有O型密封圈，以防滲水，中間設有冷，離心風葉和緊固螺絲孔；6) A、B兩個出力運行繞組A、B繞組各交疊平均分布於定子360度，使轉子的每一磁性面總是被定子電磁線圈磁分割為二，供電運行時與每塊永磁體反應成同性相斥異性相吸的力偶；由於供給繞組的是直流電壓，在繞組產生的電磁，像脈衝變壓器一樣是電能變磁能的貯能過程，當功率管截上時磁能轉化為電能，經阻尼二極體和續流二極體給電源反向充電，由於線圈中的電流相反，磁性也跟著相反，所以既重複利用了電能，又增加了驅動效力；當電機從動時，永磁轉子運轉而截割磁力線構成發電機原理，經續流二極體和阻尼二極體整流向電源充電，實現動能轉變電能的再生過程；7)a、b兩個小檢測線圈此兩個小線圈主要是用來檢測電機的運轉角度和速度，返饋給伺服電路進行閉環控制，在供電運行時，線圈兩邊的電流方向一致而不能感應信號，只有當轉子永磁鐵在上面越過而截割磁力線，才感應出正弦波信號，用此信號與基準時鐘信號比較就可控制運行速度，用於計數則可控制伺服進給；所以可用作伺服電機，而普通場合則不需要此線圈。8)等電動勢正負雙電源由於本電機只有兩個電磁出力線圈，而且是採用直流電，通過正負雙電源供給相當於四個運行繞組的作用，使電機運轉時有了確定的方向；所以兩個電源的電動勢也要相等；大小與設計功率匹配； 9)驅動A B電橋Q1和Q3組成A電橋，Q2和Q4組成B電橋；在位置磁性識別元件檢測控制下，按運轉方向邏輯地控制相對應功率管的導通，從而改變各繞組的電流方向而產生旋轉的交變磁場。
權利要求1.外圓驅動型磁反應無刷永磁直流電機其特徵在於包括定子結構，A、B兩個出力運行繞組，a、b兩個小檢測線圈，磁屏蔽環形鐵支架，磁性位置識別裝置，永磁轉子裝置，軸承，端蓋配重裝置組成；其定子中心軸經軸承與永磁轉子裝置構成電機本體;A、B兩個出力運行繞組均勻嵌入在定子線槽內，A、B兩個繞組的首端分別與A、B兩個驅動電橋的中心點相連，尾端與正負電源的中心零點相連，正負電源需相等。
2.根據權利要求I所述外圓驅動型無刷磁反應永磁直流電機其特徵在於所述定子鐵芯實體面積較寬，其鐵芯的線槽數按電機的功率和磁極的對數而定。
3.根據權利要求I所述外圓驅動型磁反應無刷永磁直流電機其特徵在於A、B兩個出力運行繞組，以繞組每單個線圈中心平分，交疊分布於定子線槽。
4.根據權利要求I所述外圓驅動型磁反應無刷永磁直流電機其特徵在於所述磁屏蔽環形鐵支架，上面設有固定磁性位置識別裝置的固定裝置。
5.根據權利要求I所述外圓驅動型磁反應無刷永磁直流電機其特徵在於所述磁性位置識別裝置可用磁敏三極體、接近開關、光電傳感器製作，磁敏三極體用三個構成一組，用接近開關或光電傳感器則用四個構成一組。
6.根據權利要求I所述外圓驅動型磁反應無刷直流電機其特徵在於所述永磁轉子裝置包括瓦型永磁鐵、轉子缸套、端蓋配重裝置、軸承組成；瓦型永磁體緊貼轉子缸套內圓，經端蓋配重裝置、軸承與定子中心軸相連。
7.根據權利要求I所述外圓驅動型磁反應無刷永磁直流電機其特徵在於所述配重端蓋裝置上設有標明磁性位置的凸出部位，邊緣設有定位銷槽，O型密封圈，中間設有離心風葉。
8.根據權利要求I所述外圓驅動型磁反應無刷永磁直流電機其特徵在於所述配重端蓋上標明磁性的凸出部位,長度是單塊永磁體的二分之一,對應於永磁體的邊至中心位置，數量與電機磁極P數相等。
9.根據權利要求I所述外圓驅動型磁反應無刷永磁直流電機其特徵在於所述等電動勢正負雙電源供電方式運行，正電源供各繞組驅動電橋的上管，負電源供各繞組驅動電橋的下管。
專利摘要本實用新型涉及一種高效節能外圓驅動型磁反應無刷永磁直流電機，其特徵抱栝定子裝置，A、B兩個出力運行繞組，a、b兩個小檢測線圈，磁屏蔽環形鐵支架，位置磁性識別裝置，永磁體轉子，軸承，O型密封圈、油封，轉子端蓋配重裝置，等電動勢正負雙電源，雙驅動電橋等組成。本電機高效節能，適用範圍廣泛，功能齊全，在伺服進給時無需編碼器檢測閉環控制，主動時能恆力驅動，從動時能發電，無堵轉電流而經久耐用。
文檔編號H02K3/12GK202772772SQ20122011487
公開日2013年3月6日 申請日期2012年3月22日 優先權日2012年3月22日
發明者陽稼婁 申請人:陽稼婁