CN101651375A - 永磁模块式无刷无铁心直流节能电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种永磁模块式无刷无铁心直流节能电机，属于供电系统设备技术领域；包括：主轴、端盖、转子模块、磁钢体、定子模块、线圈、霍尔元件为主要部件构成，特征是：线圈内无铁心，由线圈平面两侧转子壳体内的磁钢体偶合的磁力线构成强磁场，输入脉冲电流后，产生电磁力作用形成旋转力矩，推斥转子模块运转，由于上述磁力作用是在线圈和磁钢体偶合的磁场中心内完成，因此电机运转时，起动扭距和工作力矩特别大，能量转换效率奇高，而且体积小，节能省料，成本低，尤其在于模块式设计的新方案，使扩大功率十分方便，定子上还设有冷却接口装置，克服了大功率电机的散热问题，非常适合于流水线大批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种永磁模块式无刷无铁心直流节能电机，属于供电系统设备技术领域。
背景技术
在发明以前的已有技术中，永磁无刷直流电机通常是采用磁钢体平铺粘贴在壳体内，主轴压入定子矽钢片，定子绕组嵌入矽钢片内，由轴承支承，转子壳体上装有端盖，采用电子换相，由脉冲分配器送出驱动脉冲，给由功率器件组成的功率转换电路去驱动电机。例如，专利号：03219125.1，其不足之处是：1.有矽钢片铁心。2.由于磁钢体平铺粘贴在外转子的壳体内，距离内定子铁心磁场绕组中心有较宽的间隙和线圈距离，因此，限制了永磁磁场能量转换效率的进一步提高。3.绕线，嵌线，烘漆等传统的电机制作方法，工序多，生产复杂，不利于提高经济效益。
发明内容
本发明的目的是克服上述不足之处，运用嶄新的技术方案，提供一种结构简单、起动电流小，输出力矩大，永磁磁场利用率高，无铁心，能量转换效率高的永磁模块式无刷无铁心直流节能电机来实现。
本发明的主要解决方案是：
1.一种永磁模块式无刷无铁心直流节能电机，主要采用磁钢体6分别嵌装固定在转子模块5内，转子模块套装在主轴1上，由端盖4中的轴承3支承，端盖上设有一圈凹槽，凹槽与定子模块7的凸圈卡接，螺栓13通过凹槽中开有的圆孔，将端盖固定在定子模块7上，定子模块内嵌装线圈8，线圈导线穿过管路9与控制器11连接，霍尔元件14设置在端盖内侧，该霍尔元件的信号线与控制器11连接构成；特征是：线圈8内无铁心，由线圈平面两侧转子模块5内的磁钢体6，偶合的磁力线，通过线圈中心相对吸引，构成强磁场，输入脉冲电流后，产生电磁力作用形成旋转力矩，推斥转子模块带动主轴1运转，上述磁力作用是在线圈和磁钢体偶合的磁场中心内完成，因此，电机起动平稳，线性好，噪音低，运转时，起动扭距和工作力矩特别大，能量转换效率奇高，尤其在于模块式设计的新方案，使扩大功率十分方便，只要增添转子模块5和定子模块7的片数数量，就能增加电机的输出功率。
2.一种永磁模块式无刷无铁心直流节能电机，主要采用磁钢体6分别嵌装固定在转子模块内，转子模块套装在主轴1上，由端盖4中的轴承3支承，端盖上设有凹槽，凹槽与定子模块7的凸圈密封卡接，螺丝13001，将端盖固定在定子模块7上，定子模块内嵌装线圈8，线圈导线穿过管路9与控制器11连接，霍尔元件14设置在端盖内侧，该霍尔元件的信号线与控制器11连接构成；特征是：线圈8内无铁心，由线圈平面两侧转子模块5内的磁钢体6，偶合的磁力线，通过线圈中心相对吸引，构成强磁场，输入脉冲电流后，产生电磁力作用形成旋转力矩，推斥转子模块带动主轴1运转，上述磁力作用是在线圈和磁钢体偶合的磁场中心内完成，因此电机起动平稳，线性好，噪音低，运转时，起动扭距和工作力矩特别大，能量转换效率奇高，尤其在于模块式设计的新方案，使扩大功率十分方便，只要增添转子模块5和定子模块7的片数数量，就能增加电机的输出功率；定子中还设有冷却接口装置，以克服大功率电机的散热问题，该冷却接口装置由：单向阀19、排液接口20、导流管道21、阻流塞22构成。
所述转子模块5，由金属材料制成圆环形状，圆环内嵌装一圈磁钢体6，该磁钢体的中心与线圈8的中心相对应，磁钢体6为釹铁硼永磁或钐钴永磁或铝镍钴永磁，形状有圆柱体或方块体或六角体，数量须等于或大于线圈8之数量，按S-N-S-N磁极顺序排列固定在转子模块5的圆面积内。
所述定子模块7用无磁或软磁材料制成，中心开孔，线圈8嵌装在定子模块7的圆面积内，线圈导线穿过管路9与控制器11连接。
所述线圈8为无铁心线圈，由高强度漆包线绕制成圆形片状，嵌装或压制在定子模块7的圆面积内，线圈的数量能被3和4整除，例如：12只、24只、36只、48只、60只、72只、96只、120只或---N只，线圈中心与磁钢体6的中心相对应，构成两侧或多侧磁钢体通过线圈中心相对吸引的强磁场。
所述主轴1由圆钢或不锈钢制成，轴中设有凸挡17、键槽16、挡圈15，凸挡17的外经大于主轴1的直径，作为转子模块5的靠山定位限制，以求精确限制转子模块与定子模块之间的气隙尺寸，该气隙尺寸的范围为0.2～5mm，根据磁钢体和电机功率大小选择。
所述轴承盖2、201内设有微调主轴径向和气隙间隙的垫圈18。
所述霍尔元件14为3只，按照设定的间隔距离，分别嵌装在端盖4或401的内侧，信号线与控制器11连接。
所述冷却接口装置包括：定子模块7、端盖4、401中设置的冷却导流管道21，阻流塞22将端盖401内环形导流管道阻成两半，单向阀19和排液接口20分别与两半导流管道连接，密封固定在端盖401或轴承盖201上，该盖上装有小油泵23，小油泵进口与导流管道连接，出口处装单向阀19与散热器24连接，散热器的另一端通过管路与排液接口20连接，使用时，电机主轴1传动小油泵23运转，使冷却油或冷媒液体，从排液接口20向---定子模块7下侧导流管道---端盖4汇流槽---定子模块7上侧导流管道---小油泵23---散热器24经过外界通风冷却---回到排液接口20，进行循环工作，以冷却较大功率电机运转时所产生的热量。
所述冷却接口装置还包括：排液接口20与冷水机25的出水管路连接，单向阀19与冷水机的回水管路连接，循环泵26使冷水或冷媒液体，从冷水机的出水管路通过排液接口20向---定子模块7下侧导流管道---端盖(4)汇流槽---定子模块7上侧导流管道---冷水机25回水管---循环水泵26---出水管---排液接口20，往返循环，蒸发器(27)制冷，供应能量给冷水或冷媒液体，以冷却大功率电机运转时所产生的热量。
所述霍尔元件14为3只，根据电机里面磁钢体6相对于线圈8的位置，感应霍尔信号传递给控制器11，经控制器处理以后，输出给电机线圈8相对应方向的电流，电机旋转，磁钢体6与线圈8发生转动，霍尔感应出新的位置信号，控制器又给电机线圈重新改变电流方向供电，电机继续旋转，进行自动电子换相，使电机正常运转。
直流电源可以是电瓶蓄电池或者整流器装置，将交流电转换成适应的直流电以输出给控制器和电机提供必要的电源。
本发明与已有技术相比有益效果是：
结构简单、部件少、耗材小、重量轻、体积小、成本低、扩大功率方便、制作工艺简单、并且无铁心、无齿槽、无电刷、无矽钢片、无静摩擦力矩、效率高、噪音低、力矩大、输出功率大、用途广、非常适合于流水线大批量生产。
拥有该项技术能制造各种用于医疗器械、电动工具、通风风机、市政建设机械、工、农业生产、交通、航空、冶炼、防暴及危险品作业场所、地下采矿领域所需的各种直流电机。
附图说明
附图1，一种永磁模块式无刷无铁心直流节能电机的内部结构原理剖示图。
附图2，具有冷却接口装置的永磁模块式无刷无铁心直流节能电机结构剖示图。
附图3，定子模块7的主视图。
附图4，定子模块7的剖示图。
附图5，转子模块5的主视图。
附图6，转子模块5的剖示图。
附图7，端盖4的主视图。
附图8，端盖4的剖示图。
附图9，端盖401的剖示图。
附图10，端盖401的主视图。
附图11，冷却接口装置与散热器连接示意图。
附图12，冷却接口装置与冷水机连接示意图。
具体实施方式
以下实施例并不构成对本实用新型保护范围的任何限制。
实施例：附图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12所示，永磁模块式无刷无铁心直流节能电机，包括：1.主轴，2、201轴承盖，3.轴承，4、401.端盖，5.转子模块，6.磁钢体，7.定子模块，8.线圈，9.管路，10.电器盒，11.控制器，12.导线，13、1301、13001螺栓或螺丝，14.霍尔元件，15.挡圈，16键槽，17.凸挡，18.垫圈，19.单向阀，20.排液接口，21导流管道，22.阻流塞，23.小油泵，24.散热器，25.冷水机，26.循环泵，27.蒸发器。
实施例：附图3，附图4所视，定子模块7用无磁或软磁材料制成，中心开孔，线圈8嵌装在定子模块的圆面积内，线圈导线穿过管路9与控制器11连接。
线圈8为无铁心线圈，由高强度漆包线绕制成圆形片状，在定子模块7的圆面积内嵌装或压制一圈，线圈8的中心与磁钢体6的中心相对应，构成两侧或多侧磁钢体通过若干只线圈中心相对吸引的强磁场；作为优选，本实施例的线圈8选为36只，以每3只为1小组，每一相4小组，组成A、B、C三相绕组，绕组按一只正绕，一只反绕的顺序排列，依照A相--1小组--B相--1小组--c相--1小组--再A相--1小组的顺序嵌装，采用串并联复式连接。
实施例：附图5，附图6结合附图1所视，转子模块5，由金属材料制成，在圆环内平面内嵌装一圈磁钢体6，该磁钢体的中心与线圈8的中心相对应，键槽16和凸挡17将若干只转子模块5固定在主轴1上，由安装在端盖4中的轴承3支承，端盖中设有一圈凹槽，凹槽与定子模块7的凸圈卡接，螺栓13通过凹槽中开有的圆孔，将端盖固定在定子模块7上，该定子模块的圆周平面内嵌装线圈8，线圈导线穿过管路9与控制器11连接，霍尔元件14设置在端盖内侧，信号线穿过端盖与控制器11连接，转子模块5的圆平面内开有5个圆孔用以减轻模块的重量。
磁钢体6为圆柱体，采用釹铁硼永磁材料制作，数量等于或大于线圈6之数量，按S-N-S-N的磁极顺序排列固定在转子模块5的圆面积内，作为优选，本实施例的磁钢体选为36块。
主轴1由圆钢或不锈钢制成，轴中设有凸挡17、键槽16、挡圈15，凸挡17的外经大于主轴1的直径，作为转子模块5的靠山定位限制，以求精确限制转子模块5与定子模块7之间的气隙尺寸。
气隙的尺寸范围为0.2～5mm，根据磁钢体和电机功率大小选择，作为优选，本实施例的气隙为0.5mm。
实施例：附图7，附图8，附图9，附图10，附图11，附图12结合附图1，附图2所视，
端盖4、401用铝合金材料制成，设有冷却导流管道21和与之相通的汇流槽，汇流槽为一圈凹槽，表平面由轴承盖2、201内设有的凸圈，密封卡接，端盖中另一圈凸、凹槽，与定子模块7的凹、凸圈密封卡接。
轴承盖2、201内设有用于微调主轴径向和气隙间隙的垫圈18。
所述霍尔元件14为3只，按照设定的间隔距离，分别嵌装在端盖4或401的内侧，信号线与控制器11连接。
冷却接口装置包括：定子模块7、端盖4、401中设置的冷却导流管道21，阻流塞22将端盖401内环形导流管道阻成两半，单向阀19和排液接口20分别与两半导流管道连接，密封固定在端盖401或轴承盖201上，该盖上装有小油泵23，小油泵进口与导流管道连接，出口处装单向阀19与散热器24连接，散热器的另一端通过管路与排液接口20连接，使用时，电机主轴1传动小油泵23运转，使冷却油或冷媒液体，从排液接口20向---定子模块7下侧导流管道---端盖4汇流槽---定子模块7上侧导流管道---小油泵23---散热器24经过外界通风冷却---回到排液接口20，进行循环工作，以冷却较大功率电机运转时所产生的热量。
冷却接口装置还包括：排液接口20与冷水机25的出水管路连接，单向阀19与冷水机的回水管路连接，循环泵26使冷水或冷媒液体，从冷水机的出水管路通过排液接口20向----定子模块7下侧导流管道----端盖4汇流槽----定子模块7上侧导流管道----冷水机25回水管----循环水泵26----出水管----排液接口20，往返循环，蒸发器27制冷，供应能量给冷水或冷媒液体，以冷却大功率电机运转时所产生的热量。
控制器11，采用电子换向，由脉冲分配器输出驱动脉冲，给由功率放大器件组成的功率转换电路去驱动电机，必要时可外接扩大为控制屏。
直流电源可以是电瓶蓄电池或者整流器装置，将交流电转换成适应的直流电，通过电器盒10，导线12，控制器11，提供电机必要的电源。
根据上述实施例和工作原理，有些聪明的制造商试图稍微改变或减少某一部件而制造的雷同产品，也属于本发明的保护范畴之例。
Claims (10)
1.一种永磁模块式无刷无铁心直流节能电机，主要采用磁钢体(6)分别嵌装固定在转子模块(5)内，转子模块套装在主轴(1)上，由端盖(4)中的轴承(3)支承，端盖上设有一圈凹槽，凹槽与定子模块(7)的凸圈卡接，螺栓(13)通过凹槽中开有的圆孔，将端盖固定在定子模块(7)上，定子模块内嵌装线圈(8)，线圈导线穿过管路(9)与控制器(11)连接，霍尔元件(14)设置在端盖内侧，该霍尔元件的信号线与控制器(11)连接构成；特征是：线圈(8)内无铁心，由线圈平面两侧转子模块(5)内的磁钢体(6)，偶合的磁力线构成强磁场，输入脉冲电流后，产生电磁力作用形成旋转力矩，推斥转子模块运转，上述磁力作用是在线圈和磁钢体偶合的磁场中心内完成，因此电机起动平稳，线性好，噪音低，运转时，起动扭距和工作力矩特别大，能量转换效率奇高，尤其在于模块式设计的新方案，使扩大功率十分方便，只要增添转子模块(5)和定子模块(7)的片数数量，就能增加电机的输出功率。
2.一种永磁模块式无刷无铁心直流节能电机，主要采用磁钢体(6)分别嵌装固定在转子模块(5)内，转子模块套装在主轴(1)上，由端盖(4)中的轴承(3)支承，端盖上设有凹槽，凹槽与定子模块(7)的凸圈密封卡接，螺丝(13001)，将端盖固定在定子模块(7)上，定子模块内嵌装线圈(8)，线圈导线穿过管路(9)与控制器(11)连接，霍尔元件(14)设置在端盖内侧，该霍尔元件的信号线与控制器(11)连接构成；特征是：线圈(8)内无铁心，由线圈平面两侧转子模块(5)内的磁钢体(6)，偶合的磁力线构成强磁场，输入脉冲电流后，产生电磁力作用形成旋转力矩，推斥转子模块运转，上述磁力作用是在线圈和磁钢体偶合的磁场中心内完成，因此电机起动平稳，线性好，噪音低，运转时，起动扭距和工作力矩特别大，能量转换效率奇高，尤其在于模块式设计的新方案，使扩大功率十分方便，只要增添转子模块(5)和定子模块(7)的片数数量，就能增加电机的输出功率；定子中还设有冷却接口装置，以克服大功率电机的散热问题，该冷却接口装置由：单向阀(19)、排液接口(20)、导流管道(21)、阻流塞(22)构成。
3.根据权利要求1所述的永磁模块式无刷无铁心直流节能电机，特征是：所说转子模块(5)，由金属材料制成圆环形状，圆环内嵌装一圈磁钢体(6)，该磁钢体的中心与线圈(8)的中心相对应，磁钢体(6)为釹铁硼永磁或钐钴永磁或铝镍钴永磁，形状有圆柱体或方块体或六角体，数量须等于或大于线圈(8)之数量，按S-N-S-N磁极顺序排列固定在转子模块(5)的圆面积内。
4.根据权利要求1所述的永磁模块式无刷无铁心直流节能电机，特征是：所说定子模块(7)用无磁或软磁材料制成，中心开孔，线圈(8)嵌装在定子模块(7)的圆面积内，线圈导线穿过管路(9)与控制器(11)连接。
5.根据权利要求1所述的永磁模块式无刷无铁心直流节能电机，特征是：所说线圈(8)为无铁心线圈，由高强度漆包线绕制成圆形片状，嵌装或压制在定子模块(7)的圆面积内部，线圈的数量能被3和4整除，例如：12只、24只、36只、48只、60只、72只、96只、120只或----N只，线圈中心与磁钢体(6)的中心相对应，构成两侧或多侧磁钢体通过线圈中心相对吸引的强磁场。
6.根据权利要求1所述的永磁模块式无刷无铁心直流节能电机，特征是：所说主轴(1)由圆钢或不锈钢制成，轴中设有凸挡(17)、键槽(16)、挡圈(15)，凸挡(17)的外经大于主轴(1)的直径，作为转子模块(5)的靠山定位限制，以求精确限制转子模块与定子模块之间的气隙尺寸，该气隙尺寸的范围为0.2～5mm，根据磁钢体和电机功率大小选择。
7.根据权利要求1所述的永磁模块式无刷无铁心直流节能电机，特征是：所说轴承盖(2)、(201)内设有微调主轴径向和气隙间隙的垫圈(18)。
8.根据权利要求1所述的永磁模块式无刷无铁心直流节能电机，特征是：所说霍尔元件(14)为3只，按照设定的间隔距离，分别嵌装在端盖(4)或(401)的内侧，信号线与控制器(11)连接。
9.根据权利要求2所述的永磁模块式无刷无铁心直流节能电机，特征是：所说冷却接口装置包括：定子模块(7)、端盖(4)、(401)中设置的冷却导流管道21，阻流塞22将端盖(401)内环形导流管道阻成两半，单向阀(19)和排液接口20分别与两半导流管道连接，密封固定在端盖(401)或轴承盖(201)上，该盖上装有小油泵(23)，小油泵进口与导流管道连接，出口处装单向阀(19)与散热器(24)连接，散热器的另一端通过管路与排液接口(20)连接，使用时，电机主轴(1)传动小油泵(23)运转，使冷却油或冷媒液体，从排液接口(20)向----定子模块(7)下侧导流管道---端盖(4)汇流槽---定子模块(7)上侧导流管道---小油泵(23)---散热器(24)经过外界通风冷却---回到排液接口(20)，循环工作，以冷却较大功率电机运转时所产生的热量。
10.根据权利要求2所述的永磁模块式无刷无铁心直流节能电机，特征是：所说冷却接口装置包括：排液接口(20)与冷水机(25)的出水管路连接，单向阀(19)与冷水机的回水管路连接，循环水泵(26)使冷水或冷媒液体从冷水机的出水管路通过排液接口(20)向---定子模块(7)下侧导流管道---端盖(4)汇流槽---定子模块(7)上侧导流管道---冷水机(25)回水管---循环泵(26)---出水管---排液接口(20)往返循环，蒸发器(27)制冷，供应能量给冷水或冷媒液体，以冷却大功率电机运转时所产生的热量。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110504 Termination date: 20130113 |