CN105048755A - 双极做功式永磁直流无刷电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双极做功式永磁直流无刷电机，包括壳体、定子、转子以及换组系统；转子圆周上嵌有2n个等间距排列、切向充磁的永磁块，相邻永磁块的磁极相反；定子包括环形磁轭、极靴以及6n组线圈，6n组线圈分为3个工作组，相隔120/n圆心角线圈为同一工作组；换组系统包括检测元件、6n个定位孔及控制电路板。电机定子上三个工作组依次通电换组，线圈两极的电磁场共同对永磁块的永磁场做功，永磁块两端均受磁场力作用；线圈与永磁块两极做功加大了磁能利用率，增强电机的输出转矩和功率；较少的永磁块降低了成本和重量；线圈间隔性工作，节能同时有利于散热；本发明结构简单，高效节能，属于新一代双极做功式永磁直流无刷电机。
Description
技术领域
本发明属于电机技术领域，尤其涉及一种新型的双极做功式永磁直流无刷电机。
背景技术
永磁直流无刷电机是已被广泛使用的动力设备，现有的电机均由圆形定子绕组和环形粘接的永磁转子组成，由于其结构上的固有缺陷，现有的双极做功式永磁直流无刷电机普遍存在以下不足之处：
1.定子绕组磁能利用率低，现有双极做功式永磁直流无刷电机的圆形定子绕组由于设计上的固有缺陷，每个线圈只能有一个极靴，线圈的另一端必然与转子相背；通电时线圈始终处于单极电磁场做功的工作状态，另一端的电磁场无法被利用，这直接导致了定子线圈的磁能利用率低；即使在线圈中使用高导磁铁铁心材料作为磁轭，仍存在严重的漏磁，磁场强度降低带来的直接后果就是电机的输出功率降低；
2.转子永磁块磁能利用率低，现有双极做功式永磁直流无刷电机转子上环形紧密粘接的永磁块由于设计上的固有缺陷，每个永磁块只能有一个极面与定子极靴相对应，永磁块涂胶粘接的一面必然与定子相背，永磁块始终处于单极磁场与定子的电磁场相互作用的工作状态，这直接导致了永磁块的磁能利用率低；即使粘接再紧密也不能发挥它的全部性能，而且紧密粘接成环的永磁块成本高、重量大，降低了电机的使用效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术中存在的不足，提供一种磁能利用率高、电机输出转矩和功率密度大、成本低、散热性能好、可靠性高的新一代双极做功式永磁直流无刷电机。
本发明的一种双极做功式永磁直流无刷电机包括壳体、固定于壳体内的定子、与壳体轴承连接的转子以及换组系统；
其中，转子包括圆环状的转盘体和2n个沿圆周方向等间距排列并镶嵌于转盘体上的扇形的永磁块，n大于1，永磁块为切向充磁，且相邻永磁块的磁极方向相反，相邻永磁块之间的圆心角为永磁块圆心角的2倍；
其中，定子包括环形的磁轭、设于磁轭上的圆形阵列的沿磁轭径向方向的6n个极靴以及6n组缠绕在磁轭上并由相邻极靴分隔的线圈，每组线圈与永磁块的圆心角一致，6n组线圈分为3个工作组，相隔120/n的圆心角的相邻线圈为同一工作组；
其中，换组系统包括位于定子上的检测元件、位于转子上的沿圆周方向等间距分布的6n个定位孔以及控制电路板，任一定位孔与检测元件位置相对时，对应有一工作组的线圈与永磁块相对，且该工作组前端的线圈为通电状态，通电状态的线圈磁极与最近的永磁块的磁极方向相反。
进一步地，定子位于转子的外部，转盘体上穿设有输出轴，输出轴与壳体轴承连接。
进一步地，定子位于转子内部，转子通过与转子连接盘输出动力，转子连接盘与壳体轴承连接。
进一步地，磁轭为数个环形硅钢片叠加固定组成。
本发明的一种双极做功式永磁直流无刷电机的有益效果如下：
1.本发明的电机在工作时，定子上三个工作组依次通电换组，线圈两极的电磁场同时对永磁块两极的永磁场做功，永磁块两端均受到磁场的作用力；两极同时做功加大了磁能利用率，增强了电机的输出转矩和功率密度；较少的永磁块降低了电机成本和重量；
2.以三个工作组进行换组通电工作，每次仅有2n线圈通电,因此，减少每频次换组工作的线圈，从而减小线圈内阻，降低铜损；
3.线圈为间隔性工作，节能的同时有利于热量充分消散，防止电机出现过热现象以及因过热导致的故障；
4.电机不需进行线圈通电电流的换向，有效降低电感线圈损耗；
5.定子和转子组成的动力转化模块厚度小，可将多组此类动力转化模块进行串联叠加，可便捷的拓展电机的功率，且电机结构简单，高效节能，属于新一代双极做功式永磁直流无刷电机，适于大力推广使用。
附图说明
图1是本发明电机的实施例一的结构示意图；
图2是图1中线圈绕组的结构示意图；
图3是本图1中电机的截面结构示意图；
图4是本发明的电机的实施例二的结构示意图；
图5是图4中线圈绕组的结构示意图；
图6是图4中的电机的截面结构示意图。
图中：1.壳体，2.线圈绕组，21.磁轭，211.极靴，22.线圈，3.转盘体，31.镂孔，4.永磁块，5.输出轴，6.键，7.轴承，8.支撑壳体，9.转子连接盘，10.轴承挡板，11.堵头。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1-5所示，本发明的双极做功式永磁直流无刷电机，包括：
壳体1、固定于壳体内的定子、与壳体轴承连接的转子以及换组系统；
其中，转子包括圆环状的转盘体3和2n个沿圆周方向等间距排列并镶嵌于转盘体上的永磁块4，n大于1，永磁块为切向充磁，且相邻永磁块的磁极方向相反，相邻永磁块之间的圆心角为永磁块圆心角的2倍；为了减轻转盘体的质量，其上可环形均匀阵列有各种形状的镂孔31，并保证转盘体旋转平衡性；
其中，定子包括环形的磁轭21、设于磁轭上的圆形阵列的沿磁轭径向方向的6n个极靴211以及6n组缠绕在磁轭上并由相邻极靴分隔的线圈22，每组线圈与永磁块的圆心角一致，6n组线圈分为3个工作组，相隔120/n的圆心角的相邻线圈为同一工作组，其中磁轭优选为数个环形硅钢片叠加固定组成；
其中，换组系统包括位于定子上的检测元件、位于转子上的沿圆周方向等间距分布的6n个定位孔以及控制电路板，任一定位孔与检测元件位置相对时，对应有一工作组的线圈与永磁块相对，且该工作组前端的线圈为通电状态，通电状态的线圈磁极与最近的永磁块的磁极方向相反；
以图1所示的电机沿顺时针方向旋转时电机的工作原理进行阐述，电机工作时，通过检测元件检测定位孔进行换组控制，每个永磁块的一侧均对应的设有一个定位孔，换组系统通过定位孔将转子的转动分为3个相位，每个相位对应一个工作组，电机位于不同相位，2n个永磁块正对于不同工作组的每个线圈，通过定位孔触发转换相位；当任一定位孔与检测元件位置相对时，对应有一工作组的线圈正对于永磁块，且位于该工作组的每个线圈右侧的线圈，总共2n个线圈，即该工作组前端的一工作组为通电工作组，该工作组的线圈通电产生的磁场磁极方向与其相邻的永磁块的磁极方向相反，因此，线圈位于两永磁块之间，且其一端与其中最近的永磁块同极排斥，同时另一端与相邻的另一永磁块异极吸引，共同推动转子顺时针转动；当检测到下一个定位孔时，电机进入下一相位的工作过程，不断循环反复施予磁力推动，使得电机旋转；当电机停机时，控制电路板控制工作中的相位的上一相位的工作线圈通电，由此，产生于电机旋转方向相反的磁推力，迫停电机。
因此，本发明的电机在工作时，定子上三个工作组依次通电换组，线圈两极的电磁场同时对永磁块两极的永磁场做功，永磁块两端均受到磁场的作用力；两极同时做功加大了磁能利用率，增强了电机的输出转矩和功率；由于永磁块的磁能得到充分利用，该电机使用较少的永磁块可输出较大功率，可降低电机成本和重量；线圈间隔性工作，热量充分消散，防止电机超载和故障；本发明结构简单，高效节能，属于新一代双极做功式永磁直流无刷电机。
本例中，定子位于转子的外部，如图1和3所示，转盘体通过键6与输出轴5固定连接，输出轴与壳体通过轴承7连接；当然，定子也可设于转子内部，如图4和5所示，转子通过与转子连接盘9输出动力，定子套设于支撑壳体8的凸台上，为了增强转子连接盘的结构强度，其具有一伸出端，伸出端插入凸台中部的轴孔，并通过轴承与轴孔连接；该两种结构的机可根据不同输出需要进行选择，第一种可输出高速低扭矩动力，第二种可输出低速高扭矩动力，其中以第一种结构的电机散热性能最优，因线圈位于永磁铁外部，便于线圈进行散热。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和优化，这些改进和优化也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种双极做功式永磁直流无刷电机，其特征在于：包括壳体、固定于壳体内的定子、与壳体轴承连接的转子以及换组系统；
其中，转子包括圆环状的转盘体和2n个沿圆周方向等间距排列并镶嵌于转盘体上的永磁块，n大于1，永磁块为切向充磁，且相邻永磁块的磁极方向相反，相邻永磁块之间的圆心角为永磁块圆心角的2倍；
其中，定子包括环形的磁轭、设于磁轭上的圆形阵列的沿磁轭径向方向的6n个极靴以及6n组缠绕在磁轭上并由相邻极靴分隔的线圈，每组线圈与永磁块的圆心角一致，6n组线圈分为3个工作组，相隔120/n的圆心角的相邻线圈为同一工作组；
其中，换组系统包括位于定子上的检测元件、位于转子上的沿圆周方向等间距分布的6n个定位孔以及控制电路板，任一定位孔与检测元件位置相对时，对应有一工作组的线圈与永磁块相对，且该工作组前端的线圈为通电状态，通电状态的线圈磁极与最近的永磁块的磁极方向相反。
2.根据权利要求1所述的一种双极做功式永磁直流无刷电机，其特征在于：所述定子位于转子的外部，所述转盘体上穿设有输出轴，输出轴与所述壳体轴承连接。
3.根据权利要求1所述的一种双极做功式永磁直流无刷电机，其特征在于：所述定子位于转子内部，所述转子通过与转子连接盘输出动力，转子连接盘与壳体轴承连接。
4.根据权利要求1所述的一种双极做功式永磁直流无刷电机，其特征在于：所述磁轭为数个环形硅钢片叠加固定组成。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201510496023.0A CN105048755A (zh) | 2015-08-10 | 2015-08-10 | 双极做功式永磁直流无刷电机 |
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| CN201510496023.0A CN105048755A (zh) | 2015-08-10 | 2015-08-10 | 双极做功式永磁直流无刷电机 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105048755A true CN105048755A (zh) | 2015-11-11 |
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Family Applications (1)
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| CN201510496023.0A Pending CN105048755A (zh) | 2015-08-10 | 2015-08-10 | 双极做功式永磁直流无刷电机 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN105048755A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018232577A1 (zh) * | 2017-06-20 | 2018-12-27 | 宇生自然能源科技股份有限公司 | 斜助式电磁装置 |
| CN110375106A (zh) * | 2018-04-13 | 2019-10-25 | 苏钊登 | 旋转自保持式流体通量电磁阀 |
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2015
- 2015-08-10 CN CN201510496023.0A patent/CN105048755A/zh active Pending
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Legal Events
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Application publication date: 20151111 |