CN105186809A - 智能节能电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能自动维修的节能电机，包括电机及其控制电路,电机包括依次相连的顶盖、转轴、机壳和安装在机壳内的多个转子和相对应的多个定子以及底盖。电机工作时能根据出现的故障智能检测并选择使用状态良好的转子、定子及功率驱动电路，使电机在出现故障的情况下仍能使用备用的转子、定子及功率驱动电路保持运转。控制电路中的电能回收电路以特殊脉冲的形式将电能存储到大容量电容组中，消除反电势对定子和永磁体产生的阻力，使电机动能回收时间更长；同时电机设有省电模式，电机达到预设转速后，通过单片机模块周期性对电机断路，同时使电机回收动能发电，“一断路省电，一动能发电”双重作用使电机节能效果明显。

Description

智能节能电机

技术领域

本发明涉及一种电机，尤其涉及一种智能自动维修、可进行动能回收的节能电机。

背景技术

电机广泛应用于各行各业，深度融入百姓生活。电机稳定可靠的运行非常重要，是保障各项设备正常工作的基础。

现有各种用途的电机，电机在工作状态下一旦出现故障，想要让电机继续工作必须对电机进行停机，并立即进行拆卸维修，电机维修好后才能继续工作。然而很多领域和特殊的工作背景中，遇到此类状况，不便、也不能立即停机，否则对生产、生活、甚至对生命财产产生影响。另外，现有的电机节能技术，大多数是通过改造通风、散热和电路方面的改进来达到电机的节能。有部份应用于电动车的电机中虽然有动能回收方面节能的功能，但由于电机没有没有处理好负载电路所产生的反电势，从而使定子与转子产生阻力，使得动能没能进行高效回收利用。

发明内容

鉴于上述的技术领域背景,结合现代社会对电机可靠性、安全性和节能的需求，本发明提供一种新型具有智能自动维修功能的电机。通过在电机上设有三套转子、定子及对应功率驱动电路，在电机工作时能根据出现的故障进行智能检测并选择使用状态良好的转子、定子及功率驱动电路，使电机在出现故障的情况下仍能使用备用的转子、定子及功率驱动电路保持运转。

本发明同时还解决了电机的节能。现有的电机节能技术中对于电机动能的回收重视不足，提供一种新型具有智能自动维修功能的电机，最大限度地回收了各个环节电能与动能，使电机节能效果显著。

本发明还解决了电机动能回收发电电流接入负载对电路产生反电势而使定子的线圈与转子的永磁体产生阻力的问题，使电机动能回收发电时消除了90%以上的反电势阻力，从而电机动能回收发电的时间更长，从而使电机更节能。

本发明还解决了电机散热效果不好，影响电机运行可靠性及使用寿命的技术问题。提供一种新型具有智能自动维修功能的电机，提高转子与电机顶盖、底盖的空气流动，使电机散热效果更好。

本发明的上述技术问题主要通过下述的技术方案得以解决：本发明包括电机及其控制电路，电机包括依次相连的顶盖、机壳和安装在机壳内的多个转子和相对应的多个定子以及底盖，转子中心设有转轴，每个转子包含铁芯，铁芯内设有多个永磁体安装孔，永磁体安装孔均匀地环绕于所述的转轴外，每个永磁体安装孔内安装有永磁体，铁芯由多块矽钢片相贴在一起而成。

作为优选，所述的控制电路包括单片机模块、按键模块、显示模块、定子Ⅰ线圈、定子Ⅱ线圈、定子Ⅲ线圈、电能回收电路、电容组、电压比较模块、转子传感器、电流传感器、电压传感器、稳压模块以及三个驱动模块、二个功率驱动模块和一个N沟道耗尽型功率驱动模块。直流电源接入N沟道耗尽型功率驱动模块的输入端，N沟道耗尽型功率驱动模块的输出端，一路经过稳压模块为整个控制电路提供工作电压，另一路接与定子线圈相连的功率驱动模块。每个驱动模块及电能回收电路、显示模块、按键模块、电压传感器、电流传感器、转子传感器、电压比较模块分别和单片机模块相连。每个驱动模块与每个功率驱动模块相连，其中一个功率驱动模块和定子Ⅰ线圈、定子Ⅱ线圈、定子Ⅲ线圈相连。另一个功率驱动模块的输入端和电容组相连，其输出端与N沟道耗尽型功率驱动模块的输出端相连。控制电路采用直流PWM脉宽调制，电压比较模块、转子传感器、电流传感器、电压传感器为单片机模块提供电机技术信号,单片机模块产生的控制信号通过驱动模块放大，放大后的电信号驱动功率驱动模块，从而控制电机运转、直流电源与电容组的切换、电能回收电路的控制。

作为优选，所述的机壳内设有三个定子，所述的转轴上设有三个转子,转子分别与机壳内的定子一一对应，对应的定子设有用于驱动转子转动的线圈，定子上还设有感应转子位置的霍尔元件安装孔，霍尔元件安装孔安装有霍尔元件。每个上下之间的转子以及定子的线圈和霍尔元件都竖向对齐，控制电路中分别设有用于驱动对应定子工作的驱动电路和功率驱动电路。电机工作状态下，通过单片机模块智能选择使用其中一个状态良好的定子及其对应的驱动电路和功率驱动电路，其它定子及相应的驱动电路和功率驱动电路作为备用，或者在电能回收发电时通过单片机模块智能使备用的定子及其对应的功率驱动电路接入电能回收电路，用于动能的回收发电。需要大功率输出时，为了避免过大的电流烧损驱动线圈，通过单片机模块智能使用多个定子工作，从而既能分流大电流，又能使电机大功率输出。

作为优选，所述的电能回收电路，设有整流、滤波电路，整流滤波后的电流不直接接入负载、电能存储元件，而是独辟思路，使电路常态下并不形成通路，当滤波后的电能上升达到一定电压值后，使电路通路，此时向大容量电容组充电，充电时滤波后的电能电压下降，当滤波后的电能下降到一定电压值后，断开电路，如此反复，以特殊脉冲电流向电容组充电，直至大容量电容组充满电。此种思路结构巧妙、简单、能够长期稳定可靠的工作，并且能消除大部份反电势使定子与转子产生的阻力，使电机动能回收时间更长久。

承上所述优选电能回收电路思路，有三种优选方式：

电能回收电路优选一，包括整流模块、滤波模块、驱动模块、功率驱动模块。回收发电产生的电流接入整流模块的输入端，整流模块的输出端和滤波模块的输入端相连，滤波模块的输出端和功率驱动模块的一个输入端相连，功率驱动模块的输出端作为输出与后续电容组相连，驱动模块的输出端与功率驱动模块的另一个输入端相连，驱动模块的输入端接单片机模块的控制信号。控制电路中电压比较模块向单片机模块反馈电路电压比较信号，单片机模块根据电压比较模块的电信号智能地控制电能回收电路的驱动模块，从而控制电能回收电路的功率驱动模块，进而控制电路的通断，进而形成特殊脉冲电流。

电能回收电路优选二，包括整流模块、滤波模块、电压比较模块、驱动模块、功率驱动模块。该方式不需要单片机模块的控制信号，由电压比较模块比较滤波后的电压，滤波后的电压大于电机电源电压后，电压比较模块向驱动模块发出电信号，再由驱动模块放大电信号控制功率驱动模块使电路通路，电路通路后电压缓慢下降，滤波后的电压低于电机电源电压后，电压比较模块向驱动模块发出电信号，再由驱动模块放大电信号控制功率驱动模块使电路断路，如此反复，进而形成特殊脉冲电流。回收发电产生的电流接入整流模块的输入端，整流模块的输出端与滤波模块的输入端相连，滤波模块的输出端分别与功率驱动模块一个输入端、电压比较模块一个输入端相连，功率驱动模块的输出端作为输出与后续的电容组相连，电压比较模块另一个输入端接电源电压，电压比较模块输出端与驱动模块的输入端相连，驱动模块的输出端与功率驱动模块的另一个输入端相连。

电能回收电路优选三，包括整流模块、滤波模块、开关模块。开关模块使用整流、滤波后的电能作为电源，滤波后的电压达到开关模块的工作电压后，开关模块工作，使滤波后电路通路，电路通路后电压缓慢下降，滤波后的电压低于开关模块的工作电压值后，开关模块停止工作，使滤波后的电路断路，如此反复，进而形成特殊脉冲电流。回收发电产生的电流接入整流模块的输入端，整流模块的输出端与滤波模块的输入端相连，滤波模块的输出端分别与开关模块的电源端和共输入端相连，开关模块的输出端作为输出与后续的电容组相连。所述的开关模块由包括续电器在内的电子元件组成。

作为优选，所述的单片机模块中设有省电模式，通过所述按键模块设置使电机工作在省电模式,电机工作在该模式下电机达到要求的转速后单片机模块周期性关闭电机，在关闭电机的时间内就起到省电节电的作用，同时动能回收发电，“一断路省电，一动能发电”双重作用从而起到显著的节能效果。除省电模式外，每次电机停止使用时也对电动的动能回收发电。单片机模块关闭电机的时间周期和关闭的时间长短视电机的应用场情而定如排气扇、电风扇在转速精度要求不高、惯性大的情况下关闭电机的时间周期可以短一些，时间长度可以长一些。

作为优选，所述的电容组采用大容量电容组作为动能回收电能的存储元件，电压比较模块、电压传感器将信号反馈给单片机模块，电能存储满后，单片机模块控制驱动模块切换电源，使用电容组作为电机电源，电容组存储的电量消耗到特定容量值后，电压传感器、电压比较模块将信号反馈给单片机模块，再智能切换电源，如此循环反覆，从而使电机节能。和其它电量存储容器比，电容组具有充电速度快、电能存储时间长的优点。

作为优选，电机工作时，单片机模块通过电压传感器、电流传感器和电压比较模块监视各转子、定子和与之相对应驱动模块和功率驱动模块电路的状态，出现故障时通过单片机模块智能切换状态良好的转子、定子和与之相对应的驱动模块和功率驱动模块电路，并报警提示用户。

作为优选，所述的转子设有凹形槽,凹形槽的数量与永磁体相同，凹形槽大小比永磁体小，位置在永磁体前方，顶盖设有四个圆形通风口，底盖设有两个圆形通风口，转子转动时凹形槽与机壳壁产生气流，气流分别向上、向下流动，从而带走电机产生的热量，有效降低电机温度，提高散热效果。

本发明的有益效果：本发明是一种新型具有智能自动维修功能的节能电机，多个转子与相应的定子线圈、转子位置感应模块及相应的驱动电路和功率驱动电路，电机出现故障的情况下仍能使用备用的转子、定子及功率驱动电路保持运转。需要大功率输出时，为了避免过大的电流烧损驱动线圈，单片机模块智能使用多个定子工作，从而既能分流大电流，又能使电机大功率输出。对回收发电的电能采取不直接接负载，以电压变化为参考,以脉冲电流的方式将电能存储到大容量电容组中，再周期性以大容量电容组作为电机电源，消除反电势产生的阻力，电机更节能。在进行动能回收时单片机模块切换电路使多个定子进行动能回收发电，动能回收电能量更大。与现有电机相比，本发明具有智能自我维修，智能大马力输出，节能效果显著，散热效果好，高可靠性的特点，具有推广使用的价值。

为能更进一步了解本发明的特征和技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1是本发明电机的一种立体分解结构示意图。

图2是本发明一组转子与定子的立体分解结构示意图。

图3是本发明中控制电路的一种优选电路原理框图。

图4是本发明中控制电路的另一种优选电路原理框图。

图5是本发明中第一实施例电能回收电路的一种优选电路原理框图。

图6是本发明中第二实施例电能回收电路的一种优选电路原理框图。

图7是本发明中第三实施例电能回收电路的一种优选电路原理框图。

图中，1.顶盖，2.底座，3.机壳，4.转轴，5.转子Ⅰ，6.转子Ⅱ，7.转子Ⅲ，8.定子Ⅰ，9.定子Ⅱ，10.定子Ⅲ，11.顶盖通风口,12.底座通风口，13.转轴安装孔，14.定子固定架，15.线圈，16.霍尔安装位，17.霍尔安装位，18.霍尔安装位，19.铁芯，20.转轴安装孔，21.永磁体，22.凹形槽，23.单片机模块，24.按键模块，25.显示模块，26.驱动模块，27.功率驱动模块，28.定子Ⅰ线圈，29.定子Ⅱ线圈，30.定子Ⅲ线圈，31.电能回收电路，32.电容组，33.驱动模块，34.功率驱动模块，35.电压比较模块，36.驱动模块，37.N沟道耗尽型功率驱动模块，38.转子传感器，39.电流传感器，40.电压传感器，41.稳压模块，42.整流模块，43.滤波模块，44.驱动模块，45.功率驱动模块，46.电压比较模块，47.开关模块。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例一

本实施例的智能节能电机，如图1所示，包括电机及其控制电路。电机包括依次相连的顶盖1、底座2、机壳3以及安装在机壳3内的转轴4，转轴4上分别有转子Ⅰ5、转子Ⅱ6、转子Ⅲ7，机壳3上分别有定子Ⅰ8、定子Ⅱ9、定子Ⅲ10，分别的转子Ⅰ5对应定子Ⅰ8，转子Ⅱ6对应定子Ⅱ9，转子Ⅲ7对应定子Ⅲ10。如图2所示，每个定子包括有线圈固定架14及线圈15、霍尔安装位16、霍尔安装位17、霍尔安装位18，转子包括有数块矽钢片层叠而成的铁芯19，每块矽钢片上开有16个环绕转轴的、用来安放永磁体的安装孔，永磁体安装孔外开有16个环绕转轴的长方形缝隙，矽钢片层叠成铁芯后在铁芯内形成16个环绕转轴的永磁体安装孔和凹形槽22，每个永磁体安装孔内安装有永磁体21，每个霍尔安装位安装有霍尔元件，永磁体21呈梯形的长方体,每个永磁体的厚度和大小均相同。

如图3所示,本实施例中控制电路包括单片机模块23、按键模块24、显示模块25、驱动模块26、功率驱动模块27、定子Ⅰ线圈28、定子Ⅱ线圈29、定子Ⅲ线圈30、电能回收电路31、电容组32、驱动模块33、功率驱动模块34、电压比较模块35、驱动模块36、N沟道耗尽型功率驱动模块37、转子传感器38、电流传感器39、电压传感器40、稳压模块41。直流20-60V接入N沟道耗尽型功率驱动模块37的输入端，N沟道耗尽型功率驱动模块37的输出端，一路经过稳压模块41为整个控制电路提供工作电压，另一路接功率驱动模块27。驱动模块26、电能回收电路31、驱动模块33、显示模块25、按键模块24、电压传感器40、电流传感器39、转子传感器38、电压比较模块35、驱动模块36分别和单片机模块23相连。驱动模块26的输出端和功率驱动模块27的其中一个输入端相连，功率驱动模块27的输出端分别与定子Ⅰ线圈28、定子Ⅱ线圈29、定子Ⅲ线圈30相连，功率驱动模块27的另一个输出端与电能回收电路31相连，电能回收电路31的输出端与电容组32相连，电容组32与功率驱动模块34的输入端相连，驱动模块33的输出端与功率驱动模块34的另一个输入端相连，功率驱动模块34的输出端与N沟道耗尽型功率驱动模块37的输出端相连，驱动模块36的输出端和N沟道耗尽型功率驱动模块37的输入端相连。本实施例中，功率驱动模块27有多个功率开关管组合成3个H桥，每个H桥的输出分别接相应的定子线圈。

如图5所示，本实施例中所述的电能回收电路31包括整流模块42、滤波模块43、驱动模块44、功率驱动模块45。动能回收发电的电流接入整流模块42的输入端，整流模块42的输出端和滤波模块43的输入端相连，滤波模块43的输出端和功率驱动模块45的一个输入端相连，功率驱动模块45的输出端作为输出与本实施例中的所述的电容组32相连，驱动模块44的输出端与功率驱动模块45的另一个输入端相连，驱动模块44的输入端接单片机模块的控制信号。

实施例二

在上述实施例一技术方案的基础上，如图1所示，本实施例的电机与实施例一相同。本实施例中电能回收电路31不需要单片机模块的控制信号，本实施例中的电机控制电路与实施例一不同之处，如图4所示，控制电路原理框图，单片机模块23与电能回收电路31取消了连接，除此之外与实施例一中的电机控制电路均相同。

如图6所示，本实施例中电能回收电路的另一种优选实施方式，包括整流模块42、滤波模块43、电压比较模块46、驱动模块44、功率驱动模块45。该方式不需要单片机的控制信号，电压比较模块46比较滤波后的电压与电机电源电压，滤波后的电压大于电机电源电压后，电压比较模块46向驱动模块44输出电信号，电信号经驱动模块44放大后功率驱动模块45使电路通路，电路通路后向实施例中的所述的电容组32充电，充电时电压缓慢下降，滤波后的电压低于电机电源电压后，电压比较模块46向驱动模块44输出电信号，电信号经驱动模块44放大后功率驱动模块45使电路断路。动能回收发电的电流接入整流模块42的输入端，整流模块42的输出端与滤波模块43的输入端相连，滤波模块43的输出端分别与功率驱动模块45一个输入端、电压比较模块46一个输入端相连，功率驱动模块45的输出端作为输出与本实施例中的所述的电容组32相连，电压比较模块46另一个输入端接电源电压，电压比较模块46输出端与驱动模块44的输入端相连，驱动模块44的输出端与功率驱动模块45的另一个输入端相连。

实施例三

在上述实施例一的基础上，如图1所示，本实施例的电机与实施例一相同。本实施例中电能回收电路31不需要单片机模块的控制信号，本实施例中的电机控制电路与实施例一不同之处，如图4所示，控制电路原理框图，单片机模块23与电能回收电路31取消了连接，除此之外与实施例一中的电机控制电路均相同。

如图7所示，本实施例中电能回收电路的另一种优选实施方式，包括整流模块42、滤波模块43、开关模块47。该方式不需要片机的控制信号，开关模块47使用滤波后的电能作为供电电源，开关模块47的工作电压与电机电源电压相同，电流通过开关模块47，滤波后的电压大于或等于电机电源电压后，开关模块47工作，使滤波后电路通路，电路通路后向本实施例中的所述的电容组32充电，充电时电压缓慢下降，电压低于电机电源电压后，开关模块47停止工作，滤波后的电路断路。动能回收发电的电流接入整流模块42的输入端，整流模块42的输出端与滤波模块43的输入端相连，滤波模块43的输出端分别与开关模块47的电源输入端和公共输入端相连，开关模块47的输出端作为输出与本实施例中的所述的电容组32相连。本实例所述的开关模块由续电器组成。

本发明运行在同等功率，运行时间超过一小时的前提下，省电在65%以上，散热性能好，电机工作中各种原因造成的定子线圈损坏、驱动电路部份损坏、转子感应模块部份损坏均能保持电机的工作，噪声低，支持多级变速，可靠性高，节能效果显著的优点。

对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或对其进行的等效修改或变更替换，或未经改进将本发明的构思和相关的技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种智能节能电机，包括电机及其控制电路，电机包括依次相连的顶盖（1）、底座（2）、机壳（3）和安装在机壳（3）内的转子Ⅰ（5）、转子Ⅱ（6）、转子Ⅲ（7）以及定子Ⅰ（8）、定子Ⅱ（9）、定子Ⅲ（10），转子中心设有转轴（4），其特征在于所述的机壳（3）内有多个定子和转子，且分别一一对应，转子Ⅰ（5）对应定子Ⅰ（8）、转子Ⅱ（6）对应定子Ⅱ（9）、转子Ⅲ（7）对应定子Ⅲ（10）；所述的转子包括铁芯（19），铁芯（19）内设有多个永磁体安装孔，每个永磁体安装孔安装有永磁体（21），铁芯（19）内永磁体（21）正前方设有长方体形凹形槽（22）。

2.根据权利要求1所述的转子和定子数量为N个，且N为1以上的自然数。

3.根据权利要求1所述的永磁体数量为N个，且N为2以上的自然数。

4.根据权利要求1所述的智能节能电机，其中，所述的控制电路包括单片机模块（23）、按键模块（24）、显示模块（25）、驱动模块（26）、功率驱动模块（27）、定子Ⅰ（28）、定子Ⅱ（29）、定子Ⅲ（30）、电能回收电路（31）、大容量电容组（32）、驱动模块（33）、功率驱动模块（34）、电压比较模块（35）、驱动模块（36）、功率驱动模块（37）、转子传感器（38）、电流传感器（39）、电压传感器（40）、稳压模块（41）；N沟道耗尽型功率驱动模块（37）的输入端接直流电源，功率驱动模块（37）的输出端，一路经过稳压模块（41）为整个控制电路提供工作电压，另一路接功率驱动模块（27），驱动模块（26）、驱动模块（31）、显示模块（25）、按键模块（24）、电压传感器（40）、电流传感器（39）、转子传感器（38）、电压比较模块（35）、驱动模块（36）分别与单片机模块（23）相连，驱动模块（26）的输出端和功率驱动模块（27）相连，功率驱动模块（27）的输出端分别与定子Ⅰ（28）、定子Ⅱ(29)、定子Ⅲ(30)相连，功率驱动模块(27)的另一个输出端与电能回收电路(31)相连，电能回收电路(31)的输出端与电容组(32)相连，电容组(32)与功率驱动模块(34)相连，驱动模块(33)的输出端与功率驱动模块(34)相连，功率驱动模块(34)的输出端与功率驱动模块(37)的输出端相连，驱动模块(36)和功率模块(37)相连。

5.根据权利要求4所述的智能节能电机，其中，电能回收电路（31）与单片机模块（23）相连。

6.根据权利要求4所述的智能节能电机，其中，电能回收电路（31）也可以不接入单片机模块（23）。

7.根据权利要求4所述的智能节能电机，其中，所述的电能回收电路（31）包括整流模块（42）、滤波模块（43）、驱动模块（44）、功率驱动模块（45）；整流模块（42）和滤波模块（43）相连，滤波模块（43）和功率驱动模块（45）相连、功率驱动模块（45）的输出端作为输出与后续的电能存储元件相连，驱动模块（44）与功率驱动模块（45）相连，驱动模块（44）的输入端接单片机模块的控制信号。

8.根据权利要求4所述的智能节能电机，其中，所述的电能回收电路（31）包括整流模块（42）、滤波模块（43）、电压比较模块（46）、驱动模块（44）、功率驱动模块（45）；整流模块（42）与滤波模块（43）相连，滤波模块（43）分别与功率驱动模块（45）、电压比较模块（46）相连，电压比较模块（46）与驱动模块（44）相连，驱动模块（44）与功率驱动模块（45）相连，功率驱动模块（45）的输出端作为输出与后续的电能存储元件相连。

9.根据权利要求4所述的智能节能电机，其中，所述的电能回收电路（31）包括整流模块（42）、滤波模块（43）、开关模块（47）；整流模块（42）与滤波模块（43）相连，滤波模块（43）与开关模块（47）相连，开关模块（47）的输出端作为输出与后续的电能存储元件相连。