CN102097914B - 一种永磁双极直流无刷电机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁双极直流无刷电机及其构成的电机组，所述永磁双极直流无刷电机的定子转子组能够缩短磁路，减少漏磁，且能增加绕组匝数，定子转子组可多组叠加并用；由永磁双极直流无刷电机构成的电机组能够实现小电能输入，大动能产出，还可以带动负载。所述永磁双极直流无刷电机用定子转子组，包括定子，定子包括多个相互平行间隔分布的上定子铁芯及与上定子铁芯数目相应的下定子铁芯，上定子铁芯及下定子铁芯纵截面均为C形；转子包括轴体及分别位于轴体两端的转盘，所述两个转盘侧面均相对设置有1对永久磁铁，且永久磁铁以同名磁极相对的方式设置。永磁双极直流无刷电机组，包括：多个定子,多个由一个连接轴相连的转子。

Description

一种永磁双极直流无刷电机组

技术领域

本发明涉及直流无刷电机，尤其涉及一种永磁双极直流无刷电机组，所述永磁双极直流无刷电机组能够实现小电能输入，大动能产出，还可以带动负载。

背景技术

在一般永磁无刷直流电机的结构中，定子铁芯是由硅钢片冲成带有齿槽的环型冲片叠加而成。在槽内嵌放电枢绕组，当电机接上电源后，电流流入绕组，产生磁动势，与转子励磁磁场相互作用而产生电磁转矩。当电机带着负载转起来以后，便在绕组中产生反电动势，吸收一定的电功率，并通过转子输出一定的机械功率，从而实现了将电能转换为机械能的过程。

电机由电能转换成机械能主要是通过磁能的相互排斥而实现的，即定子与转子的磁极相同。在同一台电机中，要想提高转子输出机械功率，就要加大磁场强度。磁场强度H=I×N／L,公式中I代表绕组中通过的电流，N代表绕组匝数，L代表磁路长度，绕组中通过的电流I和绕组匝数N的变化是提高磁场强度的关键。在一般直流无刷电机中，由于其结构条件的制约，大幅提高绕组匝数难度很大，现有技术定子绕组总匝数一般在5000-6000匝，大部分都采取加大电流强度以达到提高输出功率的目的。在一定条件下，加大电流强度就要增加线径，而增加线径就要降低匝数，两者矛盾很难协调。

在电磁绕组通电后，铁芯都能产生N、S两个磁极，在原有电机中，只有效利用了一个磁极（N或S），而另一个磁极随着铁芯传导到另一端，由于磁路长，磁阻增加，磁漏严重，被传导到另一端的磁场强度大大减弱，从而造成浪费。

发明内容

本发明目的之一是提供了一种永磁双极直流无刷电机，其定子转子组能够缩短磁路，减少漏磁，且能增加绕组匝数，进而增加磁场强度。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种永磁双极直流无刷电机用定子转子组，包括：

定子，其包括多个相互平行间隔分布的上定子铁芯及与上定子铁芯数目相应的下定子铁芯，所述上定子铁芯及下定子铁芯纵截面均为C形，且上定子铁芯及下定子铁芯的外周均缠绕有定子绕组；

转子，位于上定子铁芯及下定子铁芯之间，包括轴体及分别位于轴体两端的转盘，所述两个转盘侧面均相对设置有1对永久磁铁，且永久磁铁以同名磁极相对的方式设置，并所述永久磁铁两端面夹角为120°。

本发明还提供了一种利用上述永磁双极直流无刷电机构成的永磁双极直流无刷电机组，能够实现小电能输入，大动能产出，还可以带动负载。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种永磁双极直流无刷电机组，包括：

多个定子，每个定子包括多个相互平行间隔分布的上定子铁芯及与上定子铁芯数目相应的下定子铁芯，所述上定子铁芯及下定子铁芯纵截面均为C形，且上定子铁芯及下定子铁芯的外周均缠绕有定子绕组；

    多个转子，位于上定子铁芯及下定子铁芯之间，并由一个连接轴相连，每个转子均包括两个分别对应于上定子铁芯及下定子铁芯的两个磁极端的转盘，所述两个转盘侧面均相对设置有1对永久磁铁，且永久磁铁以同名磁极相对的方式设置，并所述永久磁铁两端面夹角为120°；和

控制单元，用于提供该直流无刷电机的电力驱动及控制，包括控制电源、动力电源、控制转盘、多个控制开关和与控制开关数目相当的多个继电器，其中控制转盘设置在连接轴上，控制开关并联与控制电源两端，定子绕组并联与动力电源的两端，所述继电器输入端连接控制电源，并与控制开关相连，继电器输出端连接动力电源，并与定子绕组相连，所述控制开关数目为定子绕组数目的一半，且控制开关设置在与定子绕组相对应的位置上；

其中控制单元进一步地还包括两个相对设置在控制转盘上的转盘触片，当转子转动时，所述转盘触片能够接通或断开控制开关。

进一步地，本发明实施例中还包括负载电源和按钮开关，负载电源通过按钮开关连接继电器输出端和定子绕组，当按钮开关按下时，动力电源接通；当按钮开关松开时，动力电源松开，同时负载电源接通。

进一步地，本发明实施例中所述控制开关为电磁式接近开关。

进一步地，本发明实施例中所述继电器为固态继电器。

本发明的有益效果：

1、定子的上定子铁芯及下定子铁芯纵截面均为C形，不仅能够缩短磁路，减少了漏磁，而且能够增加绕组匝数，实际生产过程中单组电机绕组匝数可达到36000匝以上，磁场强度能够成倍增加；

2、转子包括轴体及转盘，所述两个转盘侧面均相对设置有两个磁性相同的永久磁铁，两个转盘上的永久磁铁的磁性相异，将原来的单极激励改为双极激励，充分利用了磁场能量提高了电能的利用率。

3、本发明电机同一转子上采用的是同一极性的永久磁铁，因此在电机运转时绕组无需变相，从而减少了控制环节，为电机的可靠运转提供了保证；

4、可以通过一个连接轴和一套控制单元将多个电机叠加构成电机组，从而获得更大的输出功率。

附图说明

图1为本发明转子定子组的结构示意图。

图2为本发明转子的结构示意图。

图3为本发明的工作原理示意图。

图4为本发明永磁双极直流无刷电机组的结构示意图。

图5为转子与控制开关及转盘触片的结构示意图。

图6为图5的侧面示意图。

图7为不带负载的电器原理图。

图8为带负载的电器原理图。

图中1、上定子铁芯，2、永久磁铁，3、转盘，4、轴体，5、控制开关，6、转盘触片，7、继电器，8、定子绕组，9、控制电源，10、动力电源，11、负载电源，12、按钮开关，13、下定子铁芯，14、连接轴，15、控制转盘，16、电机支架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，下述说明仅是示例性的，不限定本发明的保护范围。

参考附图1、2，一种永磁双极直流无刷电机，包括定子和转子，其中定子包括多个相互平行间隔分布的上定子铁芯1及与上定子铁芯1数目相应的下定子铁芯13，所述上定子铁芯1及下定子铁芯13纵截面均为C形，且上定子铁芯1及下定子铁芯13的外周均缠绕有定子绕组8；转子位于上定子铁芯1及下定子铁芯13之间，所述转子包括轴体4及分别位于轴体4两端的转盘3，所述两个转盘3侧面均相对设置有1对永久磁铁2，且永久磁铁2以同名磁极相对的方式设置，并所述永久磁铁2两端面夹角为120°。

参考附图4一种永磁双极直流无刷电机组，包括多个定子、多个转子和控制单元，每个定子包括多个相互平行间隔分布的上定子铁芯1及与上定子铁芯1数目相应的下定子铁芯13，所述上定子铁芯1及下定子铁芯13纵截面均为C形，且上定子铁芯1及下定子铁芯13的外周均缠绕有定子绕组8；多个转子位于上定子铁芯1及下定子铁芯13之间，并由一个连接轴14相连，每个转子包括两个分别对应于上定子铁芯1及下定子铁芯13的两个磁极端的转盘3，所述两个转盘3侧面均相对设置有1对永久磁铁2，且永久磁铁2以同名磁极相对的方式设置，并所述永久磁铁2两端面夹角为120°；参考附图7控制单元用于提供该直流无刷电机的电力驱动及控制，包括控制电源9、动力电源10、控制转盘15、多个控制开关5和与控制开关5数目相当的多个继电器7，其中控制转盘15设置在连接轴14上，控制开关5并联与控制电源9两端，定子绕组8并联与动力电源10的两端，所述继电器7输入端连接控制电源9，并与控制开关5相连，继电器7输出端连接动力电源10，并与定子绕组8相连，所述控制开关5数目为定子绕组8数目的一半，且控制开关5设置在与定子绕组8相对应的位置上即电机支架16上。

参考图4、5、6控制单元进一步地的还包括两个相对设置在控制转盘15上的转盘触片6，当转子转动时，所述转盘触片6能够接通或断开控制开关5。

参考图8，永磁双极直流无刷电机组还包括负载电源11和按钮开关12，负载电源11一端连接继电器7输出端，另一端连接定子绕组8，当按钮开关12按下时，动力电源10接通；当按钮开关12松开时，动力电源10断开，同时负载电源接通。

本发明实际加工过程中，上定子铁芯1及下定子铁芯13的材料可以为硅钢片、电工纯铁或坡莫合金，所述控制开关5为电磁式接近开关，所述继电器7为固态继电器，电磁式接近开关灵敏度高，稳定性强，而固态继电器是无触点继电器，电路通断时，无火花且通过电流大。当然本领域人员可以想到采用控制开关5可以采用机械式或电控式开关，所述继电器还可以为电磁继电器。

本发明实际加工过程中，所述控制电源9为5V-30V，动力电源10为50V-220V之间.

本发明的工作原理如下：

参考附图3本发明电机通电后，定子绕组e、f、A、B和E、F、a、b带电，产生磁场使转子运动，这时，由于e和E带电，产生推力，而C和c没电，本身和永久磁铁2产生自然吸引力，转子的运动方向是朝着C和c作顺时针运动，待永久磁铁2完全进C和c绕组后，该绕组通电，同时切断e和E绕组电源，为永久磁铁2的下次进入做准备，以此类推，使电机进入运转状态。电机运转时，始终保持8个绕组通电，4个绕组断电，进一步降低了电能的消耗。

参考附图5、6、7、8，本发明的永磁双极直流无刷电机的电路控制采用的是通过控制开关5→继电器7→定子绕组8组合完成的。控制开关5固定在与定子绕组8相对应的位置，每个控制开关5控制一个继电器7，每个继电器7控制两个定子绕组。控制转盘15与电机转子同步运行。在控制转盘15相应位置镶嵌两块与永久磁铁2位置相同的转盘触片6，这样在控制转盘15随转子转动时控制控制开关5，使其随永久磁铁运动而开闭相应开关，保证定子绕组及时通、断电源。

参考附图8当负载电源11连通发电机，具体操作如下：当本发明电机需要启动时按下按钮开关12使a、b和e、f断开，c、d和g、h接通，这时动力电源10接通。待本发明电机运转正常，发电机发电时松开按钮，这时a、b和e、f接通，c、d和g、h断开，使本发明电机正常运转，发电机发出的电能除部分供电机使用外，多余电量可供其他设备使用。

在试验中，用直径0.5毫米铜线缠绕2000匝，通过0.4安培电流，N极只可吸起5.2公斤铁块，这时在S极也放5.2公斤铁块，它可同时吸起。在没有增加任何能量的前提下，双极电磁铁比单极电磁铁功效提高了一倍。

以上仅描述了本发明的基本原理和工作过程，本领域人员可以根据上述说明作出许多变化和改进，这些变化和改进应该属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种永磁双极直流无刷电机组，其特征在于,包括：

多个定子，每个定子包括多个相互平行间隔分布的上定子铁芯（1）及与上定子铁芯(1)数目相应的下定子铁芯(13)，所述上定子铁芯(1)及下定子铁芯(13)纵截面均为C形，且上定子铁芯(1)及下定子铁芯(13)的外周均缠绕有定子绕组（8）；

多个转子，位于上定子铁芯(1)及下定子铁芯(13)之间，并由一个连接轴（14）相连，每个转子包括两个分别对应于上定子铁芯(1)及下定子铁芯(13)的两个磁极端的转盘（3），所述两个转盘（3）侧面均相对设置有1对永久磁铁（2），且永久磁铁（2）以同名磁极相对的方式设置，并永久磁铁（2）的圆周向的两端面夹角为120°；和

控制单元，用于提供该直流无刷电机组的电力驱动及控制，包括控制电源（9）、动力电源（10）、控制转盘（15）、多个控制开关（5）和与控制开关（5）数目相当的多个继电器（7），其中控制转盘（15）设置在连接轴（14）上，控制开关（5）并联于控制电源（9）两端，定子绕组（8）并联于动力电源（10）的两端，所述继电器（7）输入端连接控制电源（9），并与控制开关（5）相连，继电器（7）输出端连接动力电源（10），并与定子绕组（8）相连，所述控制开关（5）数目为定子绕组（8）数目的一半，且控制开关（5）设置在与定子绕组（8）相对应的位置上；

其中控制单元进一步地的还包括两个相对设置在控制转盘（15）上的转盘触片（6），当转子转动时，所述转盘触片（6）能够接通或断开控制开关（5）。

2.根据权利要求1所述永磁双极直流无刷电机组，其特征在于：其还包括负载电源（11）和按钮开关（12），负载电源（11）通过按钮开关（2）连接继电器（7）输出端和定子绕组（8），当按钮开关（12）按下时，动力电源（10）接通；当按钮开关（12）松开时，动力电源（10）断开，同时负载电源接通。

3.根据权利要求1或2所述永磁双极直流无刷电机组，其特征在于：所述控制开关（5）为电磁式接近开关。

4.根据权利要求1或2所述永磁双极直流无刷电机组，其特征在于：所述继电器为固态继电器。

5.根据权利要求1或2所述永磁双极直流无刷电机组，其特征在于：所述控制电源（9）为5V-30V，动力电源（10）为50V-220V。

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