一種基於環形電機的動量輪的製作方法
2023-05-26 16:08:41
一種基於環形電機的動量輪的製作方法
【專利摘要】一種基於環形電機的動量輪，包括外殼底座，固定於其上的外殼上蓋，外殼上蓋和外殼底座間形成空腔，空腔內設置永磁體託盤，永磁體託盤的四周為環形槽，環形槽內放置一塊整體的永磁體，其充磁方向為軸向，在永磁體的上部和下部的空腔內設置矽鋼片壓制的鐵芯及其上繞制的繞組線圈，永磁體託盤的中間部分的上下分別與上下兩個轉軸的轉動部分相連接，且中間部分的頂部伸出外殼上蓋，用於轉速與轉矩的測量；本發明動量輪在運行過程中，輸入為單相直流電壓，線圈中電流較為穩定，運行波動很小；由於動量輪採用一整塊的永磁體作為轉子，且永磁體採用磁性強的釹鐵硼材料，因此線圈所在部分電磁場強度較高，動量輪在較低的電流下依舊可以提供較高的轉矩。
【專利說明】-種基於環形電機的動量輪
【技術領域】
[0001] 本發明涉及動量輪【技術領域】，具體涉及一種基於環形電機的動量輪。
【背景技術】
[0002] 現有動量輪主要採用無刷直流電機作為動力源，這些直流電機工作原理為：定子 為線圈纏繞鐵芯，線圈為三相纏繞方式，通電通入三相直流電，直流電波形為方波，三相之 間相位各相差120度。工作時，通入電流，在線圈與轉子永磁體的氣隙間產生旋轉的磁場， 帶動永磁體轉動。其作為動量輪的缺點：需要在運行時測量電機轉子的位置，從而調整電機 的輸入電流波形及相位，因此需要複雜的驅動線路；由於電流換向，運行波動較大，尤其是 低速運行下性能不好；實際運行時的轉矩並不大，不能應用於對轉矩要求較高的情況。
[0003] 而對於另一種結構的動量輪基於盤式電機：盤式電機的工作原理與無刷直流電機 的工作原理相同，將定子線圈和動子磁體都製作為盤狀，電機的磁路為軸向，因此也稱為軸 向磁路無刷直流電機。這種電機由於採用的也是三相方波電流，因此也需要在電機運行時 測量轉子的位置，增加電機控制電路的複雜性；同時也存在運行波動的問題。
【發明內容】
[0004] 為了解決上述現有技術存在的問題，本發明的目的在於提供一種基於環形電機的 動量輪，動量輪在運行過程中，輸入為單相直流電壓，線圈中電流較為穩定，運行波動很小； 由於動量輪採用一整塊的永磁體作為轉子，且永磁體採用磁性強的釹鐵硼材料，因此線圈 所在部分電磁場強度較高，動量輪在較低的電流下依舊可以提供較高的轉矩。
[0005] 為達到以上目的，本發明採用如下技術方案：
[0006] -種基於環形電機的動量輪，包括外殼底座2,固定於外殼底座2上的外殼上蓋1， 所述外殼上蓋1和外殼底座2間形成空腔，空腔內設置永磁體託盤3,所述永磁體託盤3的 四周為環形槽3-1，所述環形槽3-1內放置一塊整體的永磁體4,其充磁方向為軸向，即上面 的磁極為N極或S極，下面的磁極為S極或N極，所述永磁體4和永磁體託盤3為電機轉子 部分，在所述永磁體4的上部和下部、外殼上蓋1和外殼底座2間的空腔內設置電機的定子 部分即矽鋼片壓制的鐵芯8及其上繞制的繞組線圈5,所述矽鋼片壓制的鐵芯的內環處設 計多個位置對稱的凸起，繞組線圈5繞制在凸起之間的圓環鐵芯上，所述永磁體託盤3的中 間部分的上下分別與上下兩個轉軸7的轉動部分相連接，且中間部分的頂部伸出外殼上蓋 1，用於轉速與轉矩的測量。
[0007] 所述矽鋼片壓制的鐵芯8的內環處設計有4個圓心角為150的凸起，且凸起的厚 度與繞組線圈5的厚度相同。
[0008] 所述轉軸7的軸承採用滾珠軸承，為中空環形，兩個轉軸7套接在永磁體託盤3中 間部分的上下，兩個轉軸7的外圈分別固定於外殼上蓋1以及外殼底座2上，內圈轉動部分 與永磁體託盤3固連。
[0009] 在所述兩個轉軸7的上轉軸的頂部設置有軸承蓋6。
[0010] 所述外殼上蓋1和外殼底座2的材料為45號鋼。
[0011] 所述永磁體4的材料為釹鐵硼。
[0012] 所述永磁體4採用環氧材料粘貼在永磁體託盤3的環形槽3-1內。
[0013] 和現有技術相比，本發明的優點如下：
[0014] 1、由於轉子為環柱形永磁體，並且定子線圈鐵芯分別位於轉子的上下方，因此動 量輪的磁路簡單。磁路從永磁體的N極出發，通過一個線圈，進入鐵芯，再通過電機的固定 部分（上蓋-託盤-底座），回到另一邊的鐵芯，再回到永磁體的S極。
[0015] 2、由於動量輪的轉子為一塊完整的永磁體，因此定子線圈部分的磁場較為均勻， 產生的安培力與線圈中通過的電流成線性關係，因此動量輪的可控性較強。電機轉子為整 塊永磁體，並且繞組線圈繞制在位置對稱的凸起之間的圓環鐵芯上，則繞組線圈的相位差 相同，因此動量輪運行的情況不受轉子的位置影響，不需要複雜的實時測量轉子位置的控 制電路。
[0016] 3、由於動量輪的輸入為單相直流電壓，線圈中的電流較三相情況下更為穩定，動 量輪運行波動小，在低速情況下，運行也穩定。
[0017] 4、由於動量輪轉子採用整體的永磁體，在定子線圈處的磁場強度較大，容易產生 較大的安培力，因此可以在較低的輸入電壓下依舊可以提供較高的轉矩。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發明基於環形電機動量輪的剖面示意圖。
[0019] 圖2為本發明中定子鐵芯以及線圈的俯視圖剖面示意圖。
[0020] 圖3為本發明中轉子託盤示意圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面結合圖1、圖2、圖3和具體實施例對本發明作進一步的詳細描述。
[0022] 如圖1、圖2和圖3所不，本發明一種基於環形電機的動量輪，包括外殼底座2,固 定於外殼底座2上的外殼上蓋1，所述外殼上蓋1和外殼底座2間形成空腔，空腔內設置永 磁體託盤3,所述永磁體託盤3的四周為環形槽3-1，所述環形槽3-1內放置一塊整體的永 磁體4,其充磁方向為軸向，即上面的磁極為N極或S極，下面的磁極為S極或N極，所述永 磁體4和永磁體託盤3為電機轉子部分，在所述永磁體4的上部和下部、外殼上蓋1和外殼 底座2間的空腔內設置電機的定子部分即矽鋼片壓制的鐵芯8及其上繞制的繞組線圈5,所 述矽鋼片壓制的鐵芯的內環處設計多個位置對稱的凸起，繞組線圈5繞制在凸起之間的圓 環鐵芯上，所述永磁體託盤3的中間部分的上下分別與上下兩個轉軸7的轉動部分相連接， 且中間部分的頂部伸出外殼上蓋1，用於轉速與轉矩的測量。
[0023] 作為本發明的優選實施方式，所述矽鋼片壓制的鐵芯8的內環處設計的4個圓心 角為150的凸起位置對稱，且凸起的厚度與繞組線圈5的厚度相同。
[0024] 作為本發明的優選實施方式，所述轉軸7的軸承採用滾珠軸承，為中空環形，兩個 轉軸7套接在永磁體託盤3中間部分的上下，兩個轉軸7的外圈分別固定於外殼上蓋1以 及外殼底座2上，內圈轉動部分與永磁體託盤3固連。
[0025] 作為本發明的優選實施方式，在所述兩個轉軸7的上轉軸的頂部設置有軸承蓋6。 為了保護軸承以及防止軸承落入過多的灰塵，影響軸承的工作，同時減小了動量輪運轉時 的噪聲。
[0026] 作為本發明的優選實施方式，所述外殼上蓋1和外殼底座2的材料為45號鋼。可 滿足動量輪對外殼的剛度需要也可滿足電機磁路傳導的需要。
[0027] 作為本發明的優選實施方式，所述永磁體4的材料為釹鐵硼。釹鐵硼屬於第三代 稀土永磁材料，具有體積小、重量輕和磁性強的特點。
[0028] 作為本發明的優選實施方式，所述永磁體4採用環氧材料粘貼在永磁體託盤3的 環形槽3-1內。
[0029] 本發明的工作原理為：
[0030] 由於本動量輪採用上下結構，上下兩層為定子鐵芯繞制漆包線圈，中間一層為材 料釹鐵硼的永磁體轉子，因此對於動量輪的運行來說，其運行轉矩與線圈中通過的電流成 線性關係，因此動量輪的運行控制比較簡單。
[0031] 動量輪啟動時，向繞組線圈5兩端加載單相直流電壓，此時繞組線圈5當中通過單 相直流電流，繞組線圈5在永磁體4磁場的作用下產生安培力，力的方向為切向方向，而由 於繞組線圈5固定於鐵芯8之上，因此對永磁體4產生一個反作用力，使得永磁體4轉動， 動量輪即開始運行。
[0032] 動量輪開始運行後，可以根據對於動量輪的性能需要，比如說轉矩、轉速的需求在 外接控制電路上調節飛輪電機的輸入電壓，從而改變繞組線圈5中的電流，進而改變動量 輪的運行狀態，滿足我們對動量輪的要求。
【權利要求】
1. 一種基於環形電機的動量輪，其特徵在於：包括外殼底座（2)，固定於外殼底座（2) 上的外殼上蓋（1)，所述外殼上蓋（1)和外殼底座（2)間形成空腔，空腔內設置永磁體託盤 (3)，所述永磁體託盤（3)的四周為環形槽（3-1)，所述環形槽（3-1)內放置一塊整體的永 磁體（4)，其充磁方向為軸向，即上面的磁極為N極或S極，下面的磁極為S極或N極，所述 永磁體（4)和永磁體託盤（3)為電機轉子部分，在所述永磁體（4)的上部和下部、夕卜殼上蓋 (1)和外殼底座（2)間的空腔內設置電機的定子部分即矽鋼片壓制的鐵芯（8)及其上繞制 的繞組線圈（5)，所述矽鋼片壓制的鐵芯的內環處設計多個位置對稱的凸起，繞組線圈（5) 繞制在凸起之間的圓環鐵芯上，所述永磁體託盤（3)的中間部分的上下分別與上下兩個轉 軸（7)的轉動部分相連接，且中間部分的頂部伸出外殼上蓋（1)，用於轉速與轉矩的測量。
2. 根據權利要求1所述的一種基於環形電機的動量輪，其特徵在於：所述矽鋼片壓制 的鐵芯（8)的內環處設計有4個圓心角為150的凸起，且凸起的厚度與繞組線圈（5)的厚 度相問。
3. 根據權利要求1所述的一種基於環形電機的動量輪，其特徵在於：所述轉軸（7)的 軸承採用滾珠軸承，為中空環形，兩個轉軸（7)套接在永磁體託盤（3)中間部分的上下，兩 個轉軸（7)的外圈分別固定於外殼上蓋（1)以及外殼底座（2)上，內圈轉動部分與永磁體 託盤（3)固連。
4. 根據權利要求1所述的一種基於環形電機的動量輪，其特徵在於：在所述兩個轉軸 (7)的上轉軸的頂部設置有軸承蓋（6)。
5. 根據權利要求1所述的一種基於環形電機的動量輪，其特徵在於：所述外殼上蓋（1) 和外殼底座（2)的材料為45號鋼。
6. 根據權利要求1所述的一種基於環形電機的動量輪，其特徵在於：所述永磁體（4) 的材料為釹鐵硼。
7. 根據權利要求1所述的一種基於環形電機的動量輪，其特徵在於：所述永磁體（4) 採用環氧材料粘貼在永磁體託盤（3)的環形槽（3-1)內。
【文檔編號】H02K1/22GK104124791SQ201410356330
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月24日 優先權日:2014年7月24日
【發明者】孫劍, 郭彥昊 申請人:西安交通大學