CN106300844B - 阵列电机 - Google Patents
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Abstract
本发明阵列电机包括机壳(100)；电机转子(200)；电枢绕组(300)，其包括线圈(301)。本发明具有如下效果：1、在延续了盘式轴向磁场稀土永磁无铁芯无刷电机高效率的同时，简化了绕组制造工艺，大幅减少了磁轭的用量。2、前后和上下的机体结构方便了阵列式电机制造和维修。3、相同转速的电机在轴的承受范围内可实现简单的串，并轴连接，以提高输出功率。4、采用分散控制使电机功率不再受控制元器件性能的制约，可实现超大功率的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动机，特别是涉及一种用于轴向磁场稀土永磁无铁芯无刷电机。
背景技术
电机是指依据电磁感应定律实现电能转换的一种电磁装置。
电机的主要作用是产生驱动转矩作为家用电器和各种机械的动力源。盘式轴向磁场稀土永磁无铁芯无刷电机是采用双转子和单定子构成双气隙，电枢无槽无铁芯，由绕组注塑而成。转子由高性能永磁材料与钢板粘接而成。主磁路从一个磁极出发，轴向穿过气隙和与之相对的另一极，沿周向经过转子轭部，再穿过相邻的磁极和轴向气隙，最后沿转子轭部闭合。控制器根据位置传感器检测的转子位置信号，触发相应的电子开关元件给电枢供电，驱动转子旋转。
盘式轴向磁场稀土永磁无铁芯无刷电机由于绕组制造工艺复杂，且转子和定子夹层式的结构不利于大功率电机的制造和维修。同时采用集中控制的电机，其电机功率的极值会直接受制于控制元器件的性能。
因此，目前亟需一种能够摆脱控制器件性能限制的轴向磁场稀土永磁无铁芯无刷电机。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低、操作简便、摆脱控制器件性能限制的阵列电机。
本发明阵列电机，包括机壳；电机转子，其包括永磁体和转轴，所述转轴通过轴承安装在所述机壳上，转轴上固定有永磁体，所述永磁体沿转轴的轴向设有N+1层，每层永磁体4M个，每层的永磁体沿转轴的周向均匀分布，所述顶层的永磁体之间通过磁轭连接，所述底层的永磁体之间通过磁轭连接；电枢绕组，其包括线圈，所述线圈与所述机壳的内圆周面固定，所述线圈沿所述转轴的轴向分布N层，每层线圈3M个，所述每层线圈夹持在两层永磁体之间；控制器，其用于根据所述永磁体的位置改变线圈的电流方向。
本发明一种阵列电机，其中，所述控制器包括位置感应磁铁、位置感应器、开关控制电路，所述开关控制电路与所述位置感应器连接，所述位置感应器设有位置感应磁铁，所述位置感应磁铁用于感应所述永磁体的位置。
本发明一种阵列电机，其中，最少可以3个线圈为一控制单元。最多可用M*N组相同的控制开关控制3M*N个线圈。
本发明一种阵列电机，其中，所述M为4，N为6。
本发明阵列电机与现有技术不同之处在于本发明阵列电机本发明具有如下效果：1、在延续了盘式轴向磁场稀土永磁无铁芯无刷电机高效率的同时，简化了绕组制造工艺，大幅减少了磁轭的用量。2、前后和上下的机体结构方便了阵列式电机制造和维修。3、相同转速的电机在轴的承受范围内可实现简单的串，并轴连接，以提高输出功率。4、采用分散控制使电机功率不再受控制元器件性能的制约，可实现超大功率的需求。
下面结合附图对本发明的阵列电机作进一步说明。
附图说明
图1是阵列电机的电机转子的永磁体的示意图；
图2是阵列电机的电枢绕组的线圈的示意图；
图3是阵列电机的电机转子的永磁体与电枢绕组的线圈的装配示意图；
图4是阵列电机的电机转子的示意图；
图5是阵列电机的偏离报警部的示意图；
图6是阵列电机的支架的示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1～6所示，参见图3、4，本发明阵列电机包括
机壳100；
电机转子200，其包括永磁体201和转轴202，所述转轴202通过轴承安装在所述机壳100上，转轴202上固定有永磁体201，所述永磁体201沿转轴202的轴向设有N+1层，每层永磁体2014M个，每层的永磁体201沿转轴202的周向均匀分布，所述顶层的永磁体201之间通过磁轭连接，所述底层的永磁体201之间通过磁轭连接；
电枢绕组300，其包括线圈301，所述线圈301与所述机壳100的内圆周面固定，所述线圈301沿所述转轴202的轴向分布N层，每层线圈3M个，所述每层线圈301夹持在两层永磁体201之间；
控制器，其用于根据所述永磁体201的位置改变线圈301的电流方向。
本发明具有如下效果：1、在延续了盘式轴向磁场稀土永磁无铁芯无刷电机高效率的同时，简化了绕组制造工艺，大幅减少了磁轭的用量。2、前后和上下的机体结构方便了阵列式电机制造和维修。3、相同转速的电机在轴的承受范围内可实现简单的串，并轴连接，以提高输出功率。4、采用分散控制使电机功率不再受控制元器件性能的制约，可实现超大功率的需求。
优选地，所述控制器包括位置感应磁铁、位置感应器、开关控制电路，所述开关控制电路与所述位置感应器连接，所述位置感应器设有位置感应磁铁，所述位置感应磁铁用于感应所述永磁体201的位置。
优选地，最少可以3个线圈为一控制单元。最多可用M*N组相同的控制开关控制3M*N个线圈。
其中，转子4M*(N+1)个永磁体和3M*N个线圈构成一个M*N的电机阵列，因M*N个电机的运行状态完全一致，故可根据实际需要通过串并联合并控制开关来减少控制开关的数量。
优选地，所述M为4，N为6。
实施例2
参见图5，本实施例2与实施例1的不同之处在于，所述机壳100在所述轴承处设有偏离报警部400，所述偏离报警部400包括报警齿轮401、第一伸缩杆411、第二伸缩杆421、第一弹性杆421、第二弹性杆422；
所述报警齿轮401套装在所述转轴202外，所述报警齿轮401与所述轴承间隙配合，所述报警齿轮401的内圆周面设有齿，所述报警齿轮401的外圆周的0°、90°处分别通过第一弹性杆421、第二弹性杆422与所述机壳100连接，所述报警齿轮401的外圆周的180°、270°处分别通过所述第二伸缩杆421、第一伸缩杆411与所述机壳100连接；
其中，所述第一伸缩杆411包括第一移动杆、第一杆套、第一导轨、第一卡销、第一永磁铁、第一线圈、第一电表，所述第一移动杆的一端与所述报警齿轮401的外圆周的270°处铰链连接，所述第一移动杆套装在所述第一杆套内，所述第一杆套的内圆周面沿其轴向设有第一导轨，所述第一移动杆的外圆周面沿其径向设有第一卡销，所述第一卡销沿所述第一导轨移动，所述第一移动杆的另一端设有第一永磁铁，所述第一杆套的内部设有第一线圈，所述第一线圈的轴线方向与所述第一移动杆的轴向方向重合，所述第一线圈与所述第一电表连接，所述第一电表与所述控制器连接；
所述第二伸缩杆421包括第二移动杆、第二杆套、第二导轨、第二卡销、第二永磁铁、第二线圈、第二电表，所述第二移动杆的一端与所述报警齿轮401的外圆周的180°处铰链连接，所述第二移动杆套装在所述第二杆套内，所述第二杆套的内圆周面沿其轴向设有第二导轨，所述第二移动杆的外圆周面沿其径向设有第二卡销，所述第二卡销沿所述第二导轨移动，所述第二移动杆的另一端设有第二永磁铁，所述第二杆套的内部设有第二线圈，所述第二线圈的轴线方向与所述第二移动杆的轴向方向重合，所述第二线圈与所述第二电表连接，所述第二电表与所述控制器连接；
当第一电表、第二电表的显示有电流时，则表示偏离报警部400发出报警信号，控制器将线圈301断电。
本发明通过报警齿轮401来感测转轴202是否偏心转动，即，是否轴承失圆，若轴承失圆，则转轴202就回触碰报警齿轮401的齿，报警齿轮带动第一伸缩杆411、第二伸缩杆421伸缩，第一伸缩杆411、第二伸缩杆421的第一永磁铁与第一线圈产生相对运动或第二永磁铁与第二线圈产生相对运动，产生电流以达到报警效果，当控制器收到报警电流时，控制线圈301断电，从而停机更换轴承。
优选地，所述第一伸缩杆211、第二伸缩杆221由丁晴橡胶制成。
优选地，参见图6，所述机壳100的内圆周面通过支架500与线圈301连接，所述支架500包括第一夹板501、第二夹板502、第一导柱503、第一滑块504、第一引擎505、第一转盘506、导向夹板507、方框508、第二滑块509、固定套510、第二固定柱511；
所述第一夹板501、第二夹板502与所述机壳100的内圆周面固定，所述第一夹板501、第二夹板502之间的连线与所述转轴202的轴线方向平行，所述第一夹板501与两个第一导柱503的一端固定，所述两个第一导柱503的另一端与所述第二夹板502固定，所述两个第一导柱503之间设有沿其移动的第一滑块504，所述第一滑块504与所述第一引擎505固定，所述第一引擎505的输出轴与所述第一转盘506固定，所述第一转盘506沿其周向均匀分布有四个导向夹板507，所述导向夹板507的长度方向与所述第一引擎505的输出轴的轴向方向平行，所述导向夹板507的内侧设有导槽，两个相对的导向夹板507支架设有沿其导槽移动的方框508，所述方框508的靠近所述第一引擎505的一侧与所述第二滑块509固定，所述第二滑块509与两个相互垂直的方框508固定，所述第二滑块509的靠近所述导向夹板507的表面固定有第二引擎，所述第二引擎的输出轴与行进齿轮固定，所述行进齿轮与齿条啮合，所述齿条与所述导向夹板507固定，所述齿条沿所述导向夹板507的长度方向配置，所述第二滑块509的远离所述第一引擎505的表面与第二固定柱511的一端固定，所述第二固定柱511的中部通过固定套510与所述方框508固定，所述第二固定柱511的另一端与所述线圈301固定；
其中，所述第一滑块504通过带传动机构与所述第一导柱503连接，所述带传动机构包括第一带轮、第二带轮、同步带、第三引擎，第一带轮、第二带轮均通过轴承安装在所述第一导柱503上，所述第一带轮、第二带轮之间的连线与所述第一导柱503的轴线方向平行，第一带轮、第二带轮外套装有同步带，所述第三引擎与所述第一导柱503固定，所述第三引擎的输出轴与所述第一带轮固定，所述同步带与所述第一滑块504固定。
本发明通过带传动机构使线圈301可沿图中的横向移动，即，沿转轴的轴向移动；通过第一引擎505可使线圈301扭动；通过行进齿轮与齿条的方式带动线圈301沿图中的上下方向移动，即，沿转轴的径向移动，从而在所述转轴偏心运动时，通过调整线圈301的位置，而对于转轴202进行纠偏，避免转轴202过度偏离而降低阵列电机的使用寿命，此外，还可通过进齿轮与齿条的方式带动线圈301沿转轴的径向移动的方式，调节其与永磁体的相对距离，而调整磁力的大小，从而调整转轴的输出功率。
优选地，所述控制器根据所述机壳100的直径A、线圈301的匝数B、M、N，按如下公式输出推荐额定电压C；
其中，机壳100的直径A的单位为分米，线圈301的匝数B的单位为圈，M、N的单位为个，额定电压C的单位为伏特。
本发明通过上述方式可根据其实际情况计算出一个电能转化效率最高的额定电压C，从而使本方案能更好地利用电能。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种阵列电机，其特征在于：包括
机壳(100)；
电机转子(200)，其包括永磁体(201)和转轴(202)，所述转轴(202)通过轴承安装在所述机壳(100)上，转轴(202)上固定有永磁体(201)，所述永磁体(201)沿转轴(202)的轴向设有N+1层，每层永磁体(201)4M个，每层的永磁体(201)沿转轴(202)的周向均匀分布，所述顶层的永磁体(201)之间通过磁轭连接，所述底层的永磁体(201)之间通过磁轭连接；
电枢绕组(300)，其包括线圈(301)，所述线圈(301)与所述机壳(100)的内圆周面固定，所述线圈(301)沿所述转轴(202)的轴向分布N层，每层线圈3M个，所述每层线圈(301)夹持在两层永磁体(201)之间；
控制器，其用于根据所述永磁体(201)的位置改变线圈(301)的电流方向；
所述机壳(100)在所述轴承处设有偏离报警部(400)，所述偏离报警部(400)包括报警齿轮(401)、第一伸缩杆(411)、第二伸缩杆(421)、第一弹性杆(421)、第二弹性杆(422)；
所述报警齿轮(401)套装在所述转轴(202)外，所述报警齿轮(401)与所述轴承间隙配合，所述报警齿轮(401)的内圆周面设有齿，所述报警齿轮(401)的外圆周的0°、90°处分别通过第一弹性杆(421)、第二弹性杆(422)与所述机壳 (100 )连接，所述报警齿轮(401)的外圆周的180°、270°处分别通过所述第二伸缩杆(421)、第一伸缩杆(411)与所述机壳(100)连接；
其中，所述第一伸缩杆(411)包括第一移动杆、第一杆套、第一导轨、第一卡销、第一永磁铁、第一线圈、第一电表，所述第一移动杆的一端与所述报警齿轮(401)的外圆周的270°处铰链连接，所述第一移动杆套装在所述第一杆套内，所述第一杆套的内圆周面沿其轴向设有第一导轨，所述第一移动杆的外圆周面沿其径向设有第一卡销，所述第一卡销沿所述第一导轨移动，所述第一移动杆的另一端设有第一永磁铁，所述第一杆套的内部设有第一线圈，所述第一线圈的轴线方向与所述第一移动杆的轴向方向重合，所述第一线圈与所述第一电表连接，所述第一电表与所述控制器连接；
所述第二伸缩杆(421)包括第二移动杆、第二杆套、第二导轨、第二卡销、第二永磁铁、第二线圈、第二电表，所述第二移动杆的一端与所述报警齿轮(401)的外圆周的180°处铰链连接，所述第二移动杆套装在所述第二杆套内，所述第二杆套的内圆周面沿其轴向设有第二导轨，所述第二移动杆的外圆周面沿其径向设有第二卡销，所述第二卡销沿所述第二导轨移动，所述第二移动杆的另一端设有第二永磁铁，所述第二杆套的内部设有第二线圈，所述第二线圈的轴线方向与所述第二移动杆的轴向方向重合，所述第二线圈与所述第二电表连接，所述第二电表与所述控制器连接；
当第一电表、第二电表的显示有电流时，则表示偏离报警部(400)发出报警信号，控制器将线圈(301)断电；
所述机壳(100)的内圆周面通过支架(500)与线圈(301)连接，所述支架(500)包括第一夹板(501)、第二夹板(502)、第一导柱(503)、第一滑块(504)、第一引擎(505)、第一转盘(506)、导向夹板(507)、方框(508)、第二滑块(509)、固定套(510)、第二固定柱(511)；
所述第一夹板(501)、第二夹板(502)与所述机壳(100)的内圆周面固定，所述第一夹板(501)、第二夹板(502)之间的连线与所述转轴(202)的轴线方向平行，所述第一夹板(501)与两个第一导柱(503)的一端固定，所述两个第一导柱(503)的另一端与所述第二夹板(502)固定，所述两个第一导柱(503)之间设有沿其移动的第一滑块(504)，所述第一滑块(504)与所述第一引擎(505)固定，所述第一引擎(505)的输出轴与所述第一转盘(506)固定，所述第一转盘(506)沿其周向均匀分布有四个导向夹板(507)，所述导向夹板(507)的长度方向与所述第一引擎(505)的输出轴的轴向方向平行，所述导向夹板(507)的内侧设有导槽，两个相对的导向夹板(507)支架设有沿其导槽移动的方框(508)，所述方框(508)的靠近所述第一引擎(505)的一侧与所述第二滑块(509)固定，所述第二滑块(509)与两个相互垂直的方框(508)固定，所述第二滑块(509)的靠近所述导向夹板(507)的表面固定有第二引擎，所述第二引擎的输出轴与行进齿轮固定，所述行进齿轮与齿条啮合，所述齿条与所述导向夹板(507)固定，所述齿条沿所述导向夹板(507)的长度方向配置，所述第二滑块(509)的远离所述第一引擎(505)的表面与第二固定柱(511)的一端固定，所述第二固定柱(511)的中部通过固定套(510)与所述方框(508)固定，所述第二固定柱(511)的另一端与所述线圈(301)固定；
其中，所述第一滑块(504)通过带传动机构与所述第一导柱(503)连接，所述带传动机构包括第一带轮、第二带轮、同步带、第三引擎，第一带轮、第二带轮均通过轴承安装在所述第一导柱(503)上，所述第一带轮、第二带轮之间的连线与所述第一导柱(503)的轴线方向平行，第一带轮、第二带轮外套装有同步带，所述第三引擎与所述第一导柱(503)固定，所述第三引擎的输出轴与所述第一带轮固定，所述同步带与所述第一滑块(504)固定。
2.根据权利要求1所述的一种阵列电机，其特征在于，所述控制器包括位置感应磁铁、位置感应器、开关控制电路，所述开关控制电路与所述位置感应器连接，所述位置感应器设有位置感应磁铁，所述位置感应磁铁用于感应所述永磁体(201)的位置。
3.根据权利要求2所述的一种阵列电机，其特征在于，最少可以3个线圈为一控制单元，最多可用M*N组相同的控制开关控制3M*N个线圈。
4.根据权利要求3所述的一种阵列电机，其特征在于，所述M为4，N为6。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |