CN101651377B - 永磁外转子模块式无刷无铁心节能直流电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种永磁外转子模块式无刷无铁心节能直流电机，属于供电系统设备技术领域。包括：主轴、端盖、外转子模块、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，由线圈两侧外转子模块内的磁钢体，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，推斥外转子模块运转，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，主轴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外转子模块式无刷无铁心节能直流电机，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，距离定子铁心和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外转子模块式无刷无铁心节能直流电机来实现。
本发明的主要解决方案是：
一.主要采用磁钢体4分别嵌装固定在外转子模块3和7内，线圈6和霍尔元件15分别嵌装在定子模块5内，该定子固定在主轴1上，通过端盖2中的轴承12支承，螺栓13将端盖2固定在外转子模块上，导线17从主轴1内的管路16延伸到机体外侧与控制器连接构成，其特征是：线圈6内无铁心，由线圈平面两侧外转子模块3和7内的磁钢体4，偶合的磁力线，通过线圈平面中心相对吸引，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，推斥外转子模块运转，由于上述磁力作用是在线圈6和磁钢体4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，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，只要增添外转子模块7和定子模块5的数量，就能增加电机的输出功率。
二.主要采用磁钢体4分别嵌装固定在外转子模块3和7内，线圈6和霍尔元件15分别嵌装在定子模块5内，该定子固定在主轴1上，通过端盖2中的轴承12支承，螺栓13将端盖2固定在外转子模块上，导线17从主轴1内的管路16延伸到机体外侧与控制器连接构成，其特征是：线圈6内无铁心，由线圈平面两侧外转子模块3和7内的磁钢体4，偶合的磁力线，通过线圈平面中心相对吸引，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，推斥外转子模块运转，由于上述磁力作用是在线圈6和磁钢体4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，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，只要增添外转子模块7和定子模块5的数量，就能增加电机的输出功率；在制作较大功率电机时，主轴1的另一端增设冷却接口装置，该冷却接口装置由：孔道18、导流管19、单向阀20、排液接口21构成。
本发明所述外转子模块3和7，由铝合金或软磁材料制成圆环形状，在圆环内嵌装一圈磁钢体4，该磁钢体的中心与线圈6的中心相对应，外转子模块设有凹凸槽和槽口14，用于外转子模块3和7以及左右端盖2的组合装配衔接定位，同时，槽口14可与外接部件支撑衔接，构成定位支承，例如：配套的风机风轮、电风扇风叶、车轮钢圈的定位衔接支撑，构成直流风机、直流电风扇、电动车车轮等产品。
所述磁钢体4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6之数量，按S-N-S-N磁极顺序排列固定在外转子模块3和7的圆面积内。
所述定子模块5用无磁或软磁材料制成，中心开孔，套装固定在主轴1上，线圈6和霍尔元件15分别嵌装在定子模块5的圆面积内。
所述线圈6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5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、144只、168只、192只或---N只，线圈中心与磁钢体4的中心相对应，构成两侧磁钢体通过线圈中心相对吸引的强磁场，线圈采用串并联复式连接。
所述主轴1由圆钢或不锈钢制成，轴中设有管路16、凸挡9、键槽10、挡圈11，凸挡9的外经大于主轴1的直径，作为定子模块5的靠山定位限制，以求精确限制外转子模块3和7与定子模块5之间的气隙尺寸；所述气隙8的尺寸范围为0.2～5mm，根据磁钢体和电机功率大小选择。
所述霍尔元件15为3只，按照设定的间隔距离，分别嵌装在定子模块5内的线圈旁，霍尔元件根据电机里面磁钢体4相对于线圈6的位置，感应霍尔信号传递给控制器，经控制器处理后输出给线圈6相对应方向的电流，电机旋转，磁钢体4与线圈6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。
制作较大功率的电机时，在主轴1的另一端的轴心处开设孔道18，孔道内装有导流管19，该导流管外经小于孔道18内径，导流管前端开有液流孔，后端与单向阀20连接，单向阀密封固定在主轴顶端的孔道口上，主轴径面设置排液接口21，使用时，单向阀20通过管路与散热器或蒸发器23连接，散热器23的另一端通过管路与排液接口21连接，电机运转产生热量，使冷却油或冷媒液体汽化，汽体从排液接口21向---散热器23上端移动---散热器23经过外界自然通风，将气体冷却还原为液体，在散热器内向下沉淀，基于散热器23与主轴1的高低差压力，使液体通过---单向阀20---导流管19---孔道18---排液接口21，进行液\汽转化，蔽路自动循环，以冷却较大功率的电机运转时所产生的热量。
制作大功率的电机时，例如.炼钢厂的大型风机电机时，在主轴1的另一端设有冷却接口装置，该冷却接口装置由：主轴一端的轴心处开设孔道18，孔道内装有导流管19，该导流管外经小于孔道18内径，导流管前端开有液流孔，后端与单向阀20连接，单向阀密封固定在主轴顶端的孔道口上，主轴径面设置排液接口21，使用时，单向阀20与冷水机的出水管路连接，排液接口21与冷水机的回水管路连接，使冷水或冷媒液体，从冷水机的出水管路通过---单向阀20---导流管19---孔道18---排液接口21---冷水机的回水管路循环，以冷却大功率的电机运转时产生的热量。
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，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用于市政建设中的各种电动工具、电动车、通风风机、建筑机械、工、农业生产、交通、航空、医疗、冶金、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1，一种永磁外转子模块式无刷无铁心节能直流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外转子模块式无刷无铁心节能直流电机结构剖示图。
附图3，外转子模块3的主视图。
附图4，外转子模块3的剖示图。
附图5，外转子模块7的主视图。
附图6，定子模块5的主视图。
附图7，定子模块5的剖示图。
附图8，冷却接口装置与液体自循环连接示意图。
附图9，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所示，永磁外转子模块式无刷无铁心节能直流电机，包括：1.主轴，2.端盖，3.外转子模块，4.磁钢体，5.定子模块，6.线圈，7.外转子模块，8.气隙，9.凸挡，10.键槽，11.挡圈，12.轴承，13.螺栓，14.槽口，15.霍尔元件，16.管路，17.导线，18.孔道，19.导流管，20.单向阀，21.排液接口，22.循环泵，23.散热器，24.蒸发器，25.冷水机。
外转子模块3和7，由铝合金材料制成，在圆环内嵌装一圈磁钢体4，该磁钢体的中心与线圈6的中心相对应，外转子模块上设有槽口14，用于外转子模块3和7以及左右端盖2的组合装配衔接定位，槽口14可以与钢圈支撑衔接，构成电动车轮钢圈的定位支承。
磁钢体4为圆柱体，采用釹铁硼永磁材料制作，数量须等于或大于线圈6之数量，按S-N-S-N磁极顺序排列固定在外转子模块3和7的圆面积内，作为优选，本实施例的磁钢体选为36块。
定子模块5用无磁或软磁材料制成，中心开孔，套装固定在主轴1上，线圈6和霍尔元件15分别嵌装在定子模块5的圆面积内。
线圈6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5的圆面积内，线圈中心与磁钢体4的中心相对应，构成两侧磁钢体通过线圈中心相对吸引的强磁场；作为优选，本实施例的线圈选为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。
主轴1由圆钢制成，轴中设有管路16、凸挡9、键槽17、挡圈18，凸挡9的外经大于主轴1的直径，作为定子模块5的靠山定位限制，以求精确限制外转子模块3和7与定子模块5之间的气隙尺寸。
气隙8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。
霍尔元件15为3只，按照设定的间隔距离，分别嵌装在定子模块5内的线圈旁。
装配程序：将磁钢体4分别嵌装固定在外转子模块3和7中的圆片平面内，线圈6和霍尔元件15分别嵌装在定子模块5的圆面积内，主轴1装入定子模块5，导线17从主轴1内的管路16延伸到机体外侧与控制器连接，主轴1通过安装在端盖2中的轴承12支承，螺栓13经过槽口14将端盖2固定在外转子模块3和7上构成。
本发明所述控制器，采用电子换向，由集成电路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。
实施例，附图8，冷却接口装置与液体自循环连接示意图。
在主轴另一端的轴心处开设孔道18，孔道内装有导流管19，该导流管外经小于孔道18内径的三分子一，导流管前端开有导流孔，后端与单向阀20连接，单向阀密封固定在主轴顶端的孔道口上，主轴径面设置排液接口21，使用时，单向阀20通过管路与散热器或蒸发器23连接，散热器23的另一端通过管路与排液接口21连接，电机运转产生热量，使冷却油或冷媒液体汽化，汽体从排液接口21向---散热器23上端移动---散热器23经过外界自然通风，将气体冷却还原为液体，在散热器内向下沉淀，基于散热器23与主轴1的高低差压力，使液体通过---单向阀20---导流管19---孔道18---排液接口21，进行液/汽转化，蔽路自动循环，以自动冷却较大功率的电机运转时所产生的热量。
实施例，附图9，冷却接口装置与冷水机连接示意图。
在冷水机25内包括设有：循环泵22、蒸发器23、冷凝器、压缩机为主要部件，压缩机通过蒸发器23传替冷媒，生产冷水，循环泵22通过出水管路连接单向阀20，排液接口21通过回水管路连接冷水机，使冷水或冷媒液体，从冷水机内的循环泵22通过---出水管路---单向阀20---导流管19---孔道18---排液接口21---冷水机的回水管路，进行往返循环运动，以冷却大功率的电机运转时产生的热量。
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，输出给控制器和电机提供必要的电源。
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 (7)
1.一种永磁外转子模块式无刷无铁心节能直流电机，主要采用磁钢体(4)分别嵌装固定在第一外转子模块(3)和第二外转子模块(7)内，线圈(6)和霍尔元件(15)分别嵌装在定子模块(5)内，该定子模块固定在主轴(1)上，通过端盖(2)中的轴承(12)支承，螺栓(13)将端盖(2)固定在外转子模块上，导线(17)从主轴(1)内的管路(16)延伸到机体外侧与控制器连接构成，其特征是：线圈(6)内无铁心，由线圈两侧第一外转子模块(3)和第二外转子模块(7)内的磁钢体(4)，耦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，推斥外转子模块运转构成；主轴的另一端设置冷却接口装置，该冷却接口装置由：孔道(18)、导流管(19)、单向阀(20)、排液接口(21)构成，在主轴(1)的另一端的轴心处开设孔道(18)，孔道内装有导流管(19)，该导流管外径小于孔道(18)内径，导流管前端开有道流孔，后端与单向阀(20)连接，单向阀密封固定在主轴顶端的孔道口上，主轴径面设置排液接口(21)。
2.根据权利要求1所述的永磁外转子模块式无刷无铁心节能直流电机，特征是：所说第一外转子模块(3)和第二外转子模块(7)，由软磁材料制成圆环形状，在圆环内平面上嵌装一圈磁钢体(4)，该磁钢体的中心与线圈(6)的中心相对应，外转子模块设有凹凸槽和槽口(14)，用于第一外转子模块(3)和第二外转子模块(7)以及左右端盖(2)的组合装配衔接定位，槽口(14)可与外接部件支撑衔接，构成定位支承。
3.根据权利要求1所述的永磁外转子模块式无刷无铁心节能直流电机，特征是：所说磁钢体(4)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(6)之数量，按S-N-S-N磁极顺序排列固定在第一外转子模块(3)和第二外转子模块(7)的圆面积内。
4.根据权利要求1所述的永磁外转子模块式无刷无铁心节能直流电机，特征是：所说定子模块(5)用无磁或软磁材料制成，中心开孔，套装固定在主轴(1)上，线圈(6)和霍尔元件(15)分别嵌装在定子模块(5)的圆面积内。
5.根据权利要求1所述的永磁外转子模块式无刷无铁心节能直流电机，特征是：所说线圈(6)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(5)的圆周面积内，线圈的数量能被3和4整除，线圈中心与磁钢体(4)的中心相对应，构成两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所述的永磁外转子模块式无刷无铁心节能直流电机，特征是：所说主轴(1)由圆钢制成，轴中设有管路(16)、凸挡(9)、键槽(10)、导线(17)，凸挡(9)的外径大于主轴(1)的直径，作为定子模块(5)的靠山定位限制，以求精确限制第一外转子模块(3)和第二外转子模块(7)与定子模块(5)之间的气隙尺寸，气隙(8)的尺寸范围为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所述的永磁外转子模块式无刷无铁心节能直流电机，特征是：所说霍尔元件(15)为3只，按照设定的间隔距离，分别嵌装在定子模块(5)内的线圈旁，霍尔元件根据电机里面磁钢体(4)相对于线圈(6)的位置，感应霍尔信号传递给控制器，经控制器处理后输出给线圈(6)相对应方向的电流，电机旋转，磁钢体(4)与线圈(6)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。
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