CN100433533C - 永磁式电机转子 - Google Patents

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Abstract

永磁式电机，设有转子(5)、定子(4)，转子为在盘体上嵌有不少于一对的轴向极性的永磁体(6)，相邻两永磁体极性相反，定子设有数量相同的两组凸极，两组凸极分别设在转子盘体的两侧，两组凸极的对应凸极在圆周向错开角度，定子凸极上设有与控制器电连接的绕组(13)，控制器与传感器电连接，定子凸极固定在调节盘(3)上，设有两组结构相同的所述转子(5)和定子(4)，分别装在主轴(1)两侧，并用定位套(7)隔开，两端调节盘(3)之间连接有调节杆(9)。本发明永磁电机具有易于启动，启动电流小、过载能力强、节省能源、结构简单、安装调节方便、体积小、重量轻、使用寿命长的优点。

Description

永磁式电机转子
技术领域
本发明属电机技术领域，特别是属永磁式电机。
背景技术
现有采用永磁体作转子的永磁电机及开关磁阻电动机存在启动困难的问题，一般启动电流约为额定电流的5-6倍，而起动力矩却只有额定转矩的0.8-1.2倍左右，所以耗能多，而且存在体积重量大、耗材多、结构复杂的不足，
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种永磁式电机转子的驱动方法及装置，采用该方法设计的永磁电机具有易于启动，启动电流小、过载能力强、节省能源、结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长的优点。
本发明永磁式电机转子的驱动方法是(参见实施例图)：设有定子(4)、转子(5)，在转子上设置永磁体(6)，所述的定子由导磁材料制成，并设有可与每一转子永磁体(6)对应耦合的凸极对(4a、4b)，其特征在于：组成每一定子凸极对的定子凸极(4a)、(4b)沿转子运行的圆周方向错开角度，以使平衡于二者之间的转子永磁体中心轴线与定子凸极中心轴线错开，所述定子凸极上设有与控制器电连接的绕组(13)，每当转子永磁体与定子凸极相互吸引运动到对应定子凸极对圆周向错开角度的两凸极之间的平衡位置时，给定子绕组通电对转子永磁体产生切向力，转出平衡位置，同时吸入极性相反的下一永磁体，以此使转子保持持续转动。
采用本发明方法的永磁电机结构为(参见实施例图)：设有机壳(8)、机壳内设有装在主轴(1)上的转子(5)、与机壳相对固定的定子(4)，其特征在于：所述的转子(5)为在非导磁材料的盘体上圆周向拉开距离地嵌有不少于一对的轴向极性的永磁体(6)，相邻两永磁体的N、S极极性相反排列，所述的定子(4)用导磁材料制成，并设有数量相同的两组凸极(4a、4b)，两组凸极分别设在转子(5)盘体的两侧，两组凸极的对应凸极组成凸极对，每一凸极对的两个凸极在圆周向错开角度，使进入两凸极之间并与两凸极耦合处于平衡状态的永磁体中心轴线与定子凸极中心轴线错开，定子凸极上设有与控制器电连接的绕组(13)，控制器与能感应转子转动角度的传感器电连接。
本发明装置的工作原理是：静态时，装在转子上的永磁体与导磁材料制成的定子相互吸引，转到定子凸极对的两凸极(4a、4b)之间，轴向永磁体的N、S极分别与位于转子盘体两侧的两个凸极相互吸引处于平衡状态，由于两定子凸极在圆周向错开一角度，所以永磁体的中心轴线与两定子凸极的中心轴线错开位置，避开了永磁体与凸极中心轴线重合时产生不了圆周向转矩的“死点”，此时对定子凸极绕组通入脉冲电流，即可与永磁体磁极之间产生切向电磁场力(圆周向转矩)，使永磁体转动转出平衡位置，同时定子凸极绕组又将极性相反的下一级永磁体吸到凸极对之间，此时再通过定子绕组通电对永磁体切向力转出该平衡位置，以此完成转子的持续转动。
本发明可在给定子绕组通电时，使永磁体总是处于与定子凸极中心轴线错开角度的位置，从而保证定子凸极与转子之间能够产生圆周向转矩，使转子转动，具有易于启动、启动电流小的优点，由于本发明转子不设绕组，因此没有电枢反应，减少了工作电流，本发明的启动电流可为负载后运行电流的50％，加之转子在上述转动过程中，一部分是间歇地靠永磁体与定子之间的磁吸引力作功，一部分是间歇地靠通电电磁场作功，可充分利用磁场力，因此具有明显的节能效果，而且工作效率高，起动力矩大，本发明装置的定子凸极设在转子轴向两侧，缩小了半径，具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长的优点。
附图说明
图1、本发明装置实施例结构示意图
图2、图1转子5的A-A向结构示意图
图3、图1转子上永磁体6同两侧与其耦合的定子凸极4a、4b的H向相对位置示意图
图4、图1实施例转子永磁体6与定子凸极4a、4b工作过程示意图(本图是将永磁体6与定子凸极4的实际位置均向圆心方向转了90度，以直观地示意它们之间在工作过程中相对角度的变化)
1-主轴  2-端板  3-调节盘  4-定子  4a、4b-定子凸极  5-转子  6-永磁体
7-定位套  8-机壳  9-调节杆  10-传感器  11-风扇  12-防尘罩  13-绕组
具体实施方案：
采用本发明方法的永磁式电机结构为：参见图1，机壳8两端通过螺钉装有端板2，主轴1通过轴承与机壳8两端的端板2连接，本例同轴设有两组结构相同的转子5和定子4，分别装在主轴1两侧，并用定位套7隔开。
每组转子和定子的结构为：通过键槽固定在主轴1上的转子5为圆盘体，用强化纤维树脂灌封而成，参见图2，所述的永磁体6圆周向均匀嵌在转子圆盘体上，永磁体N、S极方向与主轴方向平行，且相邻永磁体极性相反，所述的定子4为由双面绝缘的冷轧硅钢片料冲叠而成的凸极式结构，凸极上绕有绕组13，所述的定子凸极分为数量相同的两组4a、4b，分别通过螺钉固定在圆盘式转子5两侧设置的与机壳8相对固定、且对着转子盘面的调节盘3上，两组凸极的绕组分别串联连接或并联连接。本例转子5上圆周向均匀设有6块永磁体，位于转子两侧的每组定子有3个凸极，相隔120度，每组三个凸极上的绕组13串联或并联连接，每对位于转子圆盘两侧的相互对应的两个定子凸极在圆周向错开20度(参见图3)，凸极的轴线方向与转子上永磁体的N、S极方向平行，使转子两侧的凸极4a、4b可分别与转到其间的永磁体6的两极耦合，并使永磁体可在与两凸极的磁吸力下平衡于两定子凸极4a、4b之间。
本例两组共四个调节盘3分别通过螺丝与机壳8连接，两端调节盘3之间连接有角度调节杆9，可通过调节两端调节盘的角度同步调节固定在其上的定子凸极与内侧调节盘上对应定子凸极之间圆周向错开的角度大小。
本发明位于转子盘体两侧的对应定子凸极圆周向错开的角度大小一方面不能太大，以满足使位于两凸极之间的永磁体6能够通过与两凸极耦合产生的磁场力平衡于两凸极之间，另一方面也不能太小，以使平衡于其间的永磁体中心轴线与两凸极的中心轴线错开一定距离，能够产生圆周向的转矩。对于本例均匀设有3对6块永磁体的转子来说，转子两侧对应定子凸极错开的角度以18°-25°为宜。
机壳8端板上装有可感应转子5转动角度的传感器10，其传感信号输出端与CPU控制器连接，定子绕组13通过CPU控制器与供电电源连接，伸出一侧端板2的主轴1上装有风扇11，风扇11外设有与端板相对固定的防尘罩12。
本永磁电机的安装程序是：先将定子凸极装在调节盘3上，再将内侧的两个调节盘及定位套螺丝固定在机壳内轴向的中部，然后安装主轴转子和外侧的两个调节板，并将主轴通过轴承座固定在两侧端板上，外侧两调节板之间连接有角度调节杆9，可用其同步调节外侧两调节板上凸极与内侧两调节板上对应凸极在圆周向错开的角度，再用螺钉将调好角度的调节板与机壳相对固定，安装调节方便。
参见图4本例永磁电机转子永磁体6与定子凸极工作过程示意图，该图是将实际转子和定子的位置均向轴心方向旋转了90度，以更能直观示意它们之间的相对角度，图中外圈的定子凸极4a表示位于转子圆盘外侧的凸极，内圈的定子凸极4b表示位于转子圆盘内侧的凸极，转子两侧的凸极4a、4b圆周向错开约20度，在不通电的静态情况下，转子永磁体61、63、65与用导磁材料制成的对应定子凸极对相互吸引，产生转矩，运动到凸极对圆周向错开角度的凸极4a、4b之间(如图4-1所示)，永磁体的两极分别与两凸极相互吸引，处于平衡状态，此时给外侧三个定子绕组4a加一正向脉冲电流形成N极，通过与永磁体61、63、65外侧S极相互吸引对转子产生一向左的切向力脉冲，使其向左转动并通过惯性转到图4-2的位置，然后永磁体62、64、66通过与定子凸极的磁场吸引力被吸到图4-3所示对应凸极对之间的平衡位置，此时，再给内侧的定子绕组4b加一负向脉冲电流形成S极，与永磁体内侧的S极相斥，即可使永磁体向左转，以此循环，实现转子的持续转动。
通电时刻由CPU控制器控制，控制器通过传感器获取转子转动角度的信号，每当转子转到设定角度(错开角度的定子凸极对之间)时，控制器控制设定的内侧或外侧绕组通电，实现推动转子的功能。若按前述通电方向可使转子向左转，则改变通电方向即可使转子向右转，这些均可由CPU控制器控制。
本例转子每6步转一圈，每圈内侧和外侧绕组各通电3次，每步转60度，靠永磁体吸力做功约转30度，靠通电电磁场作功约30度，加之启动电流小，故节能效果显著，而且本机两个转子由四组绕组驱动，控制器可根据负荷的大小任意选择给1个或多个绕组通电，例如当在重负荷时，控制器控制给4个绕组通电实现全负荷驱动，在轻负荷时(如电动车下坡时)可控制部分或全部绕组成为发电绕组向储电电瓶充电，实现轻负荷和重负荷两种工作环境下的能量互补，合理利用能源，避免象其它电机那样在轻负荷时对电能的浪费，进一步达到高效节能的目的。
本例节能效果好，而且具有体积小、重量轻、结构简单，工作效率高，启动力矩大的特点。

Claims (4)

1、永磁式电机，设有机壳(8)、机壳内设有装在主轴(1)上的转子(5)、与机壳相对固定的定子(4)，所述的转子(5)为在非导磁材料的盘体上圆周向拉开距离地嵌有不少于一对的轴向极性的永磁体(6)，相邻两永磁体的N、S极极性相反排列，所述的定子(4)用导磁材料制成，并设有数量相同的两组定子凸极，两组定子凸极分别设在转子(5)盘体的两侧，两组定子凸极的对应凸极组成定子凸极对，每一定子凸极对的两个定子凸极在圆周向错开角度，使进入两定子凸极之间并与两凸极耦合处于平衡状态的永磁体中心轴线与定子凸极中心轴线错开，定子凸极上设有与控制器电连接的绕组(13)，控制器与能感应转子转动角度的传感器电连接，所述的转子(5)为圆盘体，所述的永磁体(6)圆周向均匀嵌在转子圆盘体上，永磁体N、S极方向与主轴方向平行，所述数量相同的两组定子凸极分别用螺钉固定在圆盘式转子(5)两侧设置的通过螺钉与机壳(8)相对固定、且对着转子盘面的调节盘(3)上，两组定子凸极的绕组分别串联连接或并联连接，其特征在于：设有两组结构相同的所述转子(5)和定子(4)，分别装在主轴(1)两侧，并用定位套(7)隔开，位于主轴两端的调节盘(3)之间连接有可同步调节两调节盘角度的调节杆(9)。
2、根据权利要求1所述的永磁式电机，其特征在于：所述转子(5)上圆周向均匀设有六块永磁体，位于转子两侧的每组定子凸极各是3个彼此相隔120度的定子凸极。
3、根据权利要求2所述的永磁式电机，其特征在于：每对位于转子两侧的相互对应的两个定子凸极在圆周向错开18-25度。
4、根据权利要求1所述的永磁式电机，其特征在于：所述机壳(8)端板上装有可感应转子转动角度的所述传感器(10)。
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