CN105958787B - 径向叠加磁路永磁直流电动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种径向叠加磁路永磁直流电动机，包括多个定子和安装于定子内的转子，所述转子包括用于驱动转轴转动的转子永磁瓦；所述定子包括定子铁芯叠片、绕制在定子铁芯叠片上的绕组，绕组通电后，在定子铁芯叠片上形成凸极电磁场；定子还包括定子磁铁和对定子磁铁的永久磁力线进行传导的导磁机构，定子磁铁的永久磁力线至少经导磁机构、定子铁芯叠片的凸极形成半开放磁回路，使得绕组通电后，此半开放磁场回路与定子铁芯的凸极电磁场产生叠加强化，作用于转子永磁瓦驱动转轴转动，推动转子连续输出高于单纯电磁场推动转子的扭矩动能，其具有特别超高效率、超低能耗和综合性能优越。

Description

径向叠加磁路永磁直流电动机

技术领域

本发明涉及永磁直流电动机领域，具体涉及一种径向叠加磁路永磁直流电动机。

背景技术

现有的永磁直流电动机大致分为两大类，一类是永磁定子、电磁转子，主要用传统的转向器、电刷进行控制运转，俗称永磁有刷直流电动机；另一类是电磁定子、永磁转子，主要用位置传感器、控制驱动电路进行控制运转，俗称永磁无刷直流电动机。永磁直流电动机广泛应用于各种便携式电子设备或器具中，如录音机、VCD机、汽车、摩托车、船舶、航空、精密机床、银行点钞机等行业。以上两类永磁直流电动机有一共同点：定子和转子两部分只能其中一部分利用永久磁铁所提供的永磁能。经长期技术进步，现有的永磁直流电动机在综合性能及效率上仍保持在一个值，一直得不到提高。

发明内容

本发明的目的在于突破现有技术的约束，提供一种具有超高效率、低功耗和优越的综合性能的径向叠加磁路永磁直流电动机。

本发明通过下述技术方案实现：

径向叠加磁路永磁直流电动机，包括定子和安装于定子内的转子，所述转子包括用于驱动转轴转动的转子永磁瓦；所述定子包括定子铁芯叠片、绕制在定子铁芯叠片上的绕组，绕组通电后，在定子铁芯叠片上形成凸极电磁场；定子还包括定子磁铁和对定子磁铁的永久磁力线进行传导的导磁机构，定子磁铁的永久磁力线至少经导磁机构、定子铁芯叠片的凸极形成半开放磁回路，使得绕组通电后，此半开放磁场回路与定子铁芯的凸极电磁场产生叠加强化，作用于转子永磁瓦驱动转轴转动，推动转子连续输出高于单纯电磁场推动转子的扭矩动能。采用本结构的永磁直流电动机，其定子和转子部分均可利用永久磁铁所提供的永磁能，且电磁场的叠加使得永磁直流电动机的效率得到大大提高、能耗大大降低，综合性能大大提高。

作为优选，定子和转子均有N个且串接在转轴上，其中N为大于等于2的自然数，以提高永磁直流电动机运行的平稳性；相邻两个转子上的凸极分布位置相互错开工作角度，以避免凸极式电机启动死点的问题。

相邻两个转子上的凸极之间如果不相互错开工作角度，会出现力矩不能互补、工作时换向器产生火花等问题，在研究过程中发现，要避免上述问题的出现，相邻两个转子之间错开的工作角度的大小与转子个数有关，即相邻两个转子上的凸极分布位置相互错开1/N极间距。

定子、转子均有多个且多个定子、多个转子为模块化多单元组合结构。将多个定子和多个转子模块化设置，其便于安装，在大批量生产过程中，其优势尤为突出。

作为优选，所述导磁机构为导磁机壳。导磁机壳既对定子进行固定，也起到导磁作用，可简化永磁直流电动机的结构。

定子磁铁和定子铁芯叠片位于导磁机壳内，其稳定性不强，铁芯固定卡弧设置在导磁机壳的内径面上，对其进行初步固定，铁芯固定卡弧内设置卡弧固定楔块，螺钉对卡弧固定楔块进行固定时，卡弧固定楔块所产生的内涨力可有效的将导磁机壳、定子磁铁、铁芯固定卡弧、卡弧固定楔块和定子铁芯叠片固定为一个整体，有效的增强其结构的稳定性，可靠性能增强。

利用电流方向控制系统对绕组的电流方向进行控制，以达到对轴转向控制，所述电流方向控制系统包括外置式多路换向器。

进一步的，所述多路换向器包括输入环A和与输入环A同轴的输入环B，所述输入环A、输入环B上分别设置有换向片A、换向片B，所述换向片A、换向片B相向交错设置，所述换向片A和换向片B之间设置有过渡片，所述换向片A、换向片B上连接有输入碳刷和用于与绕组相连的输出碳刷。本方案的多路换向器有别于现有的换向器结构，其为外置式，使控制运行更加可靠，维护方便，成本低廉。现有的换向器为内置结构，其与定子、转子为一体，换向器为易损件，当换向器损坏时，相当于整个直流电动机损坏；采用本方案的换向器结构，其为外置式，当换向器损坏时，可替换新的换向器，便于电机的修护，在一定程度上起到节约成本的作用。

换向器对绕组电路方向进行控制，其套接在转轴的尾端，在输入环A和输入环B内设置有轴固定件，利用轴固定件将换向器套接在转轴上，增强结构的稳定性。

还包括固定在端盖止口上的电刷支架，所述电刷支架与调速机构相连。电刷支架用于固定电刷，其固定在电动机端盖止口上，可绕该止口轴线廻转，利用调速机构对电刷支架进行控制，使得电刷支架与调速机构实现联动以调整电刷换相角，提高运行效率。

本发明与现有技术相比，至少具有如下的优点和有益效果：

1、本发明的定子磁铁的永久磁力线经导磁机壳与定子铁芯叠片形成的永磁回路与定子铁芯叠片内的电磁回路进行叠加后产生更强的定子凸极磁场作用于转子永磁场产生的动能远大于单纯的电磁相互作用产生的动能输出，其具有超高效率、低功耗、恒扭矩输出和优越的综合性能。

2、本发明的转子有多个且相邻两个转子之间相互错开工作角度，使得转子的运转特征更平稳，增强整个永磁直流电动机运行的稳定性，增强整机性能。

3、短薄型定子、转子的模块化多单元结构使永磁材料元件的制造与性能更加优化、生产成本更加优化，生产成本更加合理。

4、本发明的换向器为外置式，其使整个永磁直流电动机控制运行简单可靠，维护方便，成本低廉且在一定程度上节约成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明结构示意图。

图2是图1中K1-K1剖视图、K2-K2剖视图以及K3-K3剖视图。

图3是图2中磁路运行示意图，其中，K1-K1中转子处于换向过渡状态，K2-K2中转子处于换向状态，K3-K3中转子处于换向完成状态。

图4是本发明中多路换向器的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1、导磁机壳；2、定子磁铁；3、铁芯固定卡弧；4、卡弧固定楔块；5、机壳定位圈；6、定子铁芯叠片；7、绕组；8、转子永磁瓦；9、转子体；10、转轴；11、转子定位套；12、多路换向器；12-1、输入环A；12-2、输入环B；12-3、换向片A；12-4、换向片B；12-5、过渡片；12-6、轴固定件；13、电刷支架；14、输入碳刷；15、输出碳刷；16、换向器外罩。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

如图1所示的一种径向叠加磁路永磁直流电动机，包括定子和转子，转子位于定子内可相对定子转动，所述定子包括定子铁芯叠片6、定子磁铁2、导磁机构和绕制在定子铁芯叠片6上的绕组7；定子磁铁2的永久磁力线至少经导磁机构、定子铁芯叠片6的凸极形成半开放磁回路；所述转子包括用于驱动转轴10转动的转子永磁瓦8。

半开放磁回路的路径经定子磁铁2最终达到定子铁芯叠片6的凸极，与定子铁芯叠片6的凸极产生叠加磁场，其永久磁力线的路径有多种方式，使得本方案中定子磁铁2的导磁机构有多种实现结构。譬如，可直接设置导磁片等实现定子磁铁2与定子铁芯叠片6的连接，也可采用导磁机壳1；也可如图1所示，采用导磁机壳1实现对定子磁铁2永久磁力线的传导，再经导磁结构实现导磁机壳1与定子铁芯叠片6的凸极的磁力线传导，图1所示的结构采用导磁机壳、磁铁实现定子磁铁2永久磁力线自定子磁铁2至定子铁芯叠片6的传导。

将该定子和转子的结构制作成成永磁直流电动机时，定子和转子均需有N个且串接在转轴10上，其中N为大于等于2的自然数；相邻两个转子上的凸极分布位置相互错开工作角度，即相邻两个转子上的凸极分布位置相互之间错开1/N极间距。根据需要，定子和转子可以选择二、三、四、五、六个等数量组合而成。如图1所示，采用3个定子和转子，其相邻两个转子上的凸极分布位置可按顺时针方向旋转以错开三分之一极间距，即15^。。

采用导磁机壳1作为导磁机构，其可简化结构，节约成本。采用导磁机壳1作为导磁机构时，利用铁芯固定卡弧3对定子磁铁2和定子铁芯叠片6进行固定，在铁芯固定卡弧3上设置卡弧固定楔块4，通过螺钉嵌入导磁机壳1和卡弧固定楔块4实现对整个定子的固定。

电流方向控制系统对绕组7内的电路方向进行控制，所述电流方向控制系统包括外置式多路换向器12。

如图3所示的多路换向器12，其包括输入环A12-1和与输入环A12-1同轴的输入环B12-2，所述输入环A12-1、输入环B12-2上分别设置有换向片A12-3、换向片B12-4，所述换向片A12-3、换向片B12-4相向交错设置，所述换向片A12-3和换向片B12-4之间设置有过渡片12-5，所述换向片A12-3、换向片B12-4上连接有输入碳刷14和用于与绕组7相连的输出碳刷15。所述输入环A12-1和输入环B12-2内设置有轴固定件12-6，利用轴固定件12-6实现多路换向器12与转轴的连接。轴固定件12-6具体可采用夹布胶木。

还包括固定在端盖止口上的电刷支架13，所述电刷支架13与调速机构相连。

现就导磁机构为导磁机壳1、导磁结构为磁铁、3个定子、转子单元为例详细说明：

如图1所示，定子铁芯叠片6用铁芯固定卡弧3安装在导磁机壳1的内径面上，导磁机壳1、定子铁芯叠片6、铁芯固定卡弧3之间形成预留空间，按图1所示磁铁S、N极性方向在预留空间内放入定子磁铁2，调整卡弧固定楔块4上的螺钉，利用卡弧固定楔块4所产生的内涨力将导磁机壳1、定子磁铁2、铁芯固定卡弧3、卡弧固定楔块4、定子铁芯叠片6固定为一整体，嵌入绕组7即成一个定子。利用机壳定位圈5将3个定子定位组合，并用螺栓固定即成定子总成。

转子永磁瓦8按图所示的极性排列粘连固定与转子体9圆周表面即完成转子个体单元。将3个转子个体单元按图1所示的极性与键槽相互的角度位置与转轴、转子定位套11装配为一体集成转子总成。

转子总成放入定子总成，装上两端的轴承、端盖构成电动机主体，电刷支架13安装于电动机主体后端盖定位止口上并用弹簧卡圈固定，其中图中未标示弹簧卡圈。

多路换向器12安装在转轴10的尾端。输入碳刷14与多路换向器的输入环A12-1、输入环B12-2接触，输出碳刷15与多路换向器的换向片A 12-3、换向片B 12-4接触按顺序排列并接线至各定子的绕组7，安装上换向器外罩16即可。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.径向叠加磁路永磁直流电动机，包括定子和安装于定子内的转子，其特征在于：所述定子包括定子铁芯叠片（6）、定子磁铁（2）、导磁机构和绕制在定子铁芯叠片（6）上的绕组（7），所述定子铁芯叠片（6）呈C字形结构，定子铁芯叠片（6）包括两个凸极，所述两个凸极上均绕制有绕组（7），所述绕组（7）上连接有电流方向控制系统，所述电流方向控制系统用于控制绕组（7）的电流方向；定子磁铁（2）的永久磁力线至少经导磁机构、定子铁芯叠片（6）的凸极形成半开放磁回路；所述转子包括用于驱动转轴（10）转动的转子永磁瓦（8）。

2.根据权利要求1所述的径向叠加磁路永磁直流电动机，其特征在于：所述定子和转子均有N个且串接在转轴（10）上，其中N为大于等于2的自然数；相邻两个转子上的凸极分布位置相互错开工作角度。

3.根据权利要求2所述的径向叠加磁路永磁直流电动机，其特征在于：所述相邻两个转子上的凸极分布位置相互错开1/N极间距。

4.根据权利要求2所述的径向叠加磁路永磁直流电动机，其特征在于：所述定子、转子均有多个且多个定子、多个转子为模块化多单元组合结构。

5.根据权利要求1所述的径向叠加磁路永磁直流电动机，其特征在于：所述导磁机构为导磁机壳（1）。

6.根据权利要求5所述的径向叠加磁路永磁直流电动机，其特征在于：还包括设置在导磁机壳（1）内径面上用于对定子磁铁（2）和定子铁芯叠片（6）进行固定的铁芯固定卡弧（3），所述铁芯固定卡弧（3）通过卡弧固定楔块（4）和卡弧固定楔块（4）内的螺钉固定的导磁机壳（1）上。

7.根据权利要求1所述的径向叠加磁路永磁直流电动机，其特征在于：所述绕组（7）上连接有电流方向控制系统，所述电流方向控制系统包括外置式多路换向器（12）。

8.根据权利要求7所述的径向叠加磁路永磁直流电动机，其特征在于：所述多路换向器（12）包括输入环A（12-1）和与输入环A（12-1）同轴的输入环B（12-2），所述输入环A（12-1）、输入环B（12-2）上分别设置有换向片A（12-3）、换向片B（12-4），所述换向片A（12-3）、换向片B（12-4）相向交错设置，所述换向片A（12-3）和换向片B（12-4）之间设置有过渡片（12-5），所述换向片A（12-3）、换向片B（12-4）上连接有输入碳刷（14）和用于与绕组（7）相连的输出碳刷（15）。

9.根据权利要求8所述的径向叠加磁路永磁直流电动机，其特征在于：所述输入环A（12-1）和输入环B（12-2）内设置有轴固定件（12-6）。

10.根据权利要求7所述的径向叠加磁路永磁直流电动机，其特征在于：还包括固定在端盖止口上的电刷支架（13），所述电刷支架（13）与调速机构相连。