CN102843012B - 拨动式节能型电动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种拨动式节能型电动机，其定子主要由固定隔板和n个绕组组成；n个绕组的铁心固定在固定隔板上；n个绕组相互之间呈并联和/或串联连接后通过导线与一方波电源相连，通电时每个绕组的极性方向朝向一致。转子由转轴、2个转盘、2n个N极性磁铁片和2n个S极性磁铁片组成；2个转盘分别位于固定隔板的相对两侧上；2个转盘的中心贯穿固定在转轴上，转轴与2个转盘相连动；每个转盘的内侧面安装有2n个磁铁片，且2个转盘上相对位置上的磁铁片的极性相反；定子上的每个绕组与处于其两侧的转子上的每组磁铁对的位置均一一对应。本发明具有功率高、重量小和成本大低的特点。

Description

拨动式节能型电动机

技术领域

本发明涉及电动机领域，具体涉及一种无旋转磁场的拨动式节能型电动机。

背景技术

电动机是应用电磁感应原理运行的旋转电磁机械，用于实现电能向机械能的转换。传统的电动机主要由位于中心的转子、环绕转子设置的定子和其他附件组成。定子是电动机的静止部分，由定子铁心、定子绕组和机座等部分组成。其中定子铁心固定在机座上，并由表面具有绝缘层的硅钢片冲制、叠压而成，在定子铁心的内圆冲有均匀分布的槽，用以嵌放定子绕组。定子绕组由绝缘导线绕制而成，这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内。每3个绕组在空间互隔120°电角度、且对称排列，构成一组三相绕组。三相绕组的导线相互接成星形接法或三角形接法。转子是电动机的旋转部分，由转子铁心、转子绕组和转轴等部分组成。转子铁心是电动机磁路的一部分，由外圆周上冲有均匀转子线槽的硅钢片叠压而成，并固定在转轴上。转子铁心的线槽中放置转子绕组。转子绕组根据结构的不同，可分为鼠笼式和绕线式两种。鼠笼式转子绕组因其形状象鼠笼而得名，它的结构是以嵌入线槽中铝或铜条为导体，铝或铜条的两端用短路环焊接起来。绕线式转子绕组和定子绕组的结构和安装方式相似。然而传统结构的电动机存在以下不足：

1、为了产生旋转磁场而使不同相位绕组轮流通电做功，单位时间内不是所有的线圈绕组都在做功，功率密度比和效率都相对较低。

2、定子绕组和转子绕组仅有一个磁级(即定子绕组的内侧磁极和转子绕组的外侧磁极)相对，而定子绕组和转子绕组的另一个磁级(即定子绕组的外侧磁极和转子绕组的内侧磁极)的电磁场能量并未很好的利用，从而一定程度影响了电动机的效率。

3、由于定子绕组和转子绕组的三相绕组均相互间隔120°电角度、且三相绕组的绝缘导线需相互连接的结构特点，定子绕组和转子绕组的绝缘导线的大部分需要用作三相绕组的连接导线，而这部分连接导线又并未能用作产生电磁场，这不仅需要更多地耗费绝缘导线，加大电动机的重量和生产成本；而且也在一定程度影响了电动机的效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无旋转磁场的拨动式节能型电动机，其通过改进现有电动机的传统结构，既使得电动机的效率能够大为提高，而且能够使得电动机的重量和成本大幅度降低。

为解决上述问题，本发明是通过下述方案实现的：

一种拨动式节能型电动机，包括定子和转子。其中：

所述定子主要由固定隔板和n个绕组组成；其中每个绕组均由铁心和螺旋缠绕在铁心外圆周面上的绝缘导线构成；上述n个绕组的铁心固定在固定隔板上，并使得每个绕组的中轴线均与固定隔板的表面相垂直；所有绕组在固定隔板上以转子的转轴为中心、呈圆周状等距分布；上述n个绕组相互之间呈并联和/或串联连接后通过导线与一方波电源相连，通电时每个绕组的极性方向朝向一致；

所述转子由转轴、2个转盘、2n个N极性磁铁片和2n个S极性磁铁片组成；2个转盘平面与定子的固定隔板平面相平行，且2个转盘分别位于固定隔板的相对两侧上；2个转盘的中心贯穿固定在转轴上，且转轴的中心线与2个转盘的中垂线重合，转轴与2个转盘相连动；每个转盘的内侧面相互间隔地安装有n个N极性磁铁片和n个S极性磁铁片；其中一个N极性磁铁片和一个S极性磁铁片相互靠近形成一组磁铁对，n组磁铁对在转盘上以转子的转轴为中心、呈圆周状等间距分布；一个转盘上的磁铁片与另一个转盘上的磁铁片的位置一一对应，且2个转盘上相对位置上的磁铁片的极性相反，即处于2个转盘同一位置上的2个磁铁片一个为N极性磁铁片、一个为S极性磁铁片；

上述定子上的每个绕组与处于其两侧的转子上的每组磁铁对的位置均一一对应；上述n为大于等于2的正整数。

为了对绕组的通断电时间进行精确的控制，本发明还进一步包括将直流电源转化为方波电源的控制电路，该控制电路主要由位置感应器、放大电路和开关电路组成；其中位置感应器安装在其中一个转盘上，且位置与转盘上的磁铁对的位置相对应；位置感应器的输出端经放大电路与开关电路的控制端相连，开关电路的电源端连接外部的直流电源，开关电路的输出端与绕组相接。

上述方案中，所述位置感应器为光电检测器或霍尔开关传感器。

上述方案中，所述转轴的中段处还安装有散热风扇来进行散热。

与现有技术相比，本发明无旋转磁场，所有线圈绕组同时做功，使功率密度比大为提高，提高了效率，同功率要求下体积减小，降低了生产成本；定子绕组为同心圆柱型；这就不仅使得绕组与绕组之间的电连接简化、减少连接导线的无故浪费，而且无需由硅钢片冲制和叠压而成的大型铁心；最终使得电动机的重量减轻、生产工艺简化；其次，转子为永久磁铁，没有转子绕组的耗电，效率也得到提高，定子绕组两侧均设置转子磁铁的结构，能够充分利用定子绕组两极的电磁场，使得电动机的效率提高；再者，利用控制电路的位置感应装置来控制外部电源向绕组供电的通断，利用使得电动机的效率更进一步提高。

附图说明

图1为一种拨动式节能型电动机的立体示意图。

图2为图1的侧视图。

图3为图1的剖视图。

图4为多个绕组模块和多个磁铁转子模块机械串联的剖视图。

图中标号为：1、定子；1-1、固定隔板；1-2、绕组；2、转子；2-1、转轴；2-2、转盘；2-3、磁铁片；3、散热风扇

具体实施方式

参见图1和图2，本实施例一种拨动式节能型电动机，主要由定子1和转子2两大部分构成。其中：

所述定子1部分主要由固定隔板1-1和n个绕组1-2组成。每个绕组1-2的结构与现有电动机的绕组1-2相同，即由圆柱状的铁心和螺旋缠绕在铁心外圆周面上的绝缘导线组成。上述n个绕组1-2的铁心固定在固定隔板1-1上，并使得每个绕组1-2的中轴线均与固定隔板1-1的表面相垂直。所有绕组1-2在固定隔板1-1上以转子2的转轴2-1为中心、呈圆周状等距分布。绕组1-2在固定隔板1-1上的固定方式可以有两种：一种是在固定隔板1-1上开设多个呈圆周状分布的通孔，然后将每个绕组1-2穿过并固定在该通孔的内部；一种是在固定隔板1-1的两个表面上各安装n个呈圆周分布的绕组1-2分体，此时位于固定隔板1-12个表面的位置相对的2个绕组1-2分体形成一个绕组1-2。上述n个绕组1-2相互之间呈并联和/或串联连接后通过导线与一方波电源相连，通电时每个绕组1-2的极性方向朝向一致，即通电后固定隔板1-1的一侧全部为绕组1-2的N极，另一侧则全部为绕组1-2的S极。

所述转子2由转轴2-1、2个转盘2-2、2n个N极性磁铁片2-3和2n个S极性磁铁片2-3组成。2个转盘2-2平面与定子1的固定隔板1-1平面相平行，且2个转盘2-2分别位于固定隔板1-1的相对两侧上。2个转盘2-2的中心贯穿固定在一转轴2-1上，此时为了安装的方便，固定隔板1-1的中部还开设有一通孔供该转轴2-1无接触地贯穿而过。为了进行散热，转轴2-1的中段即固定隔板1-1中部的通孔内还安装有散热风扇3。转轴2-1的中心线与2个转盘2-2的中垂线重合，转轴2-1与2个转盘2-2相连动。每个转盘2-2的内侧面相互间隔地安装有n个N极性磁铁片2-3和n个S极性磁铁片2-3。其中一个N极性磁铁片2-3和一个S极性磁铁片2-3相互靠近形成一组磁铁对，n组磁铁对在转盘2-2上以转子2的转轴2-1为中心、呈圆周状等间距分布。一个转盘2-2上的磁铁片2-3与另一个转盘2-2上的磁铁片2-3的位置一一对应，且2个转盘2-2上相对位置上的磁铁片2-3的极性相反，即处于2个转盘2-2同一位置上的2个磁铁片2-3一个为N极性磁铁片2-3、一个为S极性磁铁片2-3。参见图3。

上述定子1上的每个绕组1-2与处于其两侧的转子2上的每组磁铁对的位置均一一对应；即绕组1-2在固定隔板1-1上所围成的圆周与磁铁对在转盘2-2上所围成的圆周的半径相一致、圆心处于同一直线上；且每2个绕组1-2之间的间隔距离也与每2个磁铁对的间隔距离相同。定子与转子之间留有一定的缝隙。上述n为大于等于2的正整数。

相较于方波电源而言，直流电源更易于获得，因此在本发明优选实施例中，可以选用直流电源作为外部供电电源。此时，为了能够将直流电源转化为方波电源，需要增设一控制电路。该控制电路不仅能够实现电源的转换，关键是能够实现对绕组1-2的通断电的时间进行精确控制。上述控制电路主要由位置感应器、放大电路和开关电路组成。其中位置感应器安装在其中一个转盘2-2上，且位置与转盘2-2上的磁铁对的位置相对应。位置感应器的输出端经放大电路与开关电路的控制端相连，开关电路的电源端连接外部的直流电源，开关电路的输出端与绕组1-2相接。在本发明优选实施例中，所述位置感应器可以是光电检测器或霍尔开关传感器。此时，转子2的转动是不依靠三相旋转磁场旋转的，而是通过位置检测装置检测出转子2在圆周上与的磁铁与定子1的相对位置关系，在准确的时间段给绕组1-2通电以拨动转子2转动，并周期循环往返工作，使电动机可以连续转动。当然所选用的外部供电电源也可以是交流电源，此时，首先需要通过一半导体整流滤波电路将交流电源转换为直流电源，然后再通过控制电路将直流电源转化为方波电源供给绕组1-2。

无旋转磁场的拨动式节能电动机的工作过程是，本电动机完全不像传统电动机要先建立三相旋转磁场才能使转子2旋转，而像是内燃机，在检测出转轴2-1在圆周上的某个点上给转轴2-1一个推力也可以说给以是一个拨动力。只要在圆周上不停地给予连续均匀的拨动力，转轴2-1就可以连续不停地转动，对外面的机械输出机械力。

工作时，由位置感应器检测出定子1绕组1-2线圈与线圈两侧的磁铁片2-3的相对位置，及时的给绕组1-2通以直流电，使线圈两端产生的磁场极性与两侧转子2上的磁铁片2-3的极性相同，由于同性相斥的原理，就推动转子2转动，紧接着下一个磁铁片2-3的极性与绕组1-2线圈的极性相反，由于异性相吸的原理，绕组1-2线圈的磁力就拉动转子2继续向前转动，当异性磁铁片2-3接近绕组1-2线圈时及时断电，完成一个周期继续下一个同样的周期，电动机就连续转动了。开关电路给绕组1-2提供的是间歇的通电和断电的方波。所以此连续转动的电动机约有50％的时间不供电。

由于绕组1-2线圈的两端的磁力同时推动其左右两侧的两个转盘2-2同时转动，所以效率大幅度提高。此外由于绕组1-2线圈是间歇供电，所以很节能。由于圆周上的所有线圈同时得电同时工作，所以体积小功率大。由于转子2是用永久磁铁，没有转子绕组电流，所以很节能。因为本电动机的转子2和定子1都不用硅钢片铁芯，可以全铝合金制造，很多小型的电动机如家用电风扇可以用全塑料制造，而且是模块化生产，所以生产效率、重量和成本以及铁损大幅度下降，效率更进一步提高。由于上述电动机使用的是直流电源，调整直流电源的电压，就可以方便的调整电动机的转速和功率，所以也很适用于电动车。

本发明既可以由一个定子1和转子2构成，也可以由多个模块化生产的相同的定子1绕组模块和多个模块化生产的相同的转子2磁铁模块作机械串联，以增加上述电动机的扭矩和功率，如图4所示。

Claims (1)

1.拨动式节能型电动机，包括定子(1)和转子(2)，其特征在于：

所述定子(1)主要由固定隔板(1-1)和n个绕组(1-2)组成；其中每个绕组(1-2)均由铁心和螺旋缠绕在铁心外圆周面上的绝缘导线构成；上述n个绕组(1-2)的铁心固定在固定隔板(1-1)上，并使得每个绕组(1-2)的中轴线均与固定隔板(1-1)的表面相垂直；所有绕组(1-2)在固定隔板(1-1)上以转子(2)的转轴(2-1)为中心、呈圆周状等距分布；绕组(1-2)在固定隔板(1-1)上的固定方式有两种：一种是在固定隔板(1-1)上开设多个呈圆周状分布的通孔，然后将每个绕组(1-2)穿过并固定在该通孔的内部；一种是在固定隔板(1-1)的两个表面上各安装n个呈圆周分布的绕组(1-2)分体，此时位于固定隔板(1-1)两个表面的位置相对的2个绕组(1-2)分体形成一个绕组(1-2)；上述n个绕组(1-2)相互之间呈并联和/或串联连接后通过导线与一方波电源相连，通电时每个绕组(1-2)的极性方向朝向一致；

所述转子(2)由转轴(2-1)、2个转盘(2-2)、2n个N极性磁铁片(2-3)和2n个S极性磁铁片(2-3)组成；2个转盘(2-2)平面与定子(1)的固定隔板(1-1)平面相平行，且2个转盘(2-2)分别位于固定隔板(1-1)的相对两侧上；2个转盘(2-2)的中心贯穿固定在转轴(2-1)上，且转轴(2-1)的中心线与2个转盘(2-2)的中垂线重合，转轴(2-1)与2个转盘(2-2)相连动；每个转盘(2-2)的内侧面相互间隔地安装有n个N极性磁铁片(2-3)和n个S极性磁铁片(2-3)；其中一个N极性磁铁片(2-3)和一个S极性磁铁片(2-3)相互靠近形成一组磁铁对，n组磁铁对在转盘(2-2)上以转子(2)的转轴(2-1)为中心、呈圆周状等间距分布；一个转盘(2-2)上的磁铁片(2-3)与另一个转盘(2-2)上的磁铁片(2-3)的位置一一对应，且2个转盘(2-2)上相对位置上的磁铁片(2-3)的极性相反，即处于2个转盘(2-2)同一位置上的2个磁铁片(2-3)一个为N极性磁铁片(2-3)、一个为S极性磁铁片(2-3)；

上述定子(1)上的每个绕组(1-2)与处于其两侧的转子(2)上的每组磁铁对的位置均一一对应；上述n为大于等于2的正整数；

包括一将直流电源转化为直流方波电源的控制电路，该控制电路主要由位置感应器、放大电路和开关电路组成；其中位置感应器安装在其中一个转盘(2-2)上，且位置与转盘(2-2)上的磁铁对的位置相对应，使得位置感应器可以检测出定子(1)上的绕组(1-2)线圈与线圈两侧的磁铁片(2-3)的相对位置，用以确定绕组的通断电时刻；位置感应器的输出端经放大电路与开关电路的控制端相连，开关电路的电源端连接外部的直流电源，开关电路的输出端与绕组(1-2)相接；

位置感应器为光电检测器或霍尔开关传感器；

转轴(2-1)的中段处还安装有散热风扇(3)。