CN106921273B - 免换向结构的永磁直流电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种免换向结构的永磁直流电机，包含：一转子机壳；一对端盖，所述的端盖分别位于所述的转子机壳的两端，所述的端盖的内壁上分别设有一轴承；一电机轴，所述的电机轴贯穿所述的轴承；一环形的第一磁环和一环形的第二磁环，所述的第一磁环和第二磁环位于所述的转子机壳的内壁上；一定子铁芯，所述的电机轴贯穿所述的定子铁芯；一对绝缘架，所述的电机轴贯穿所述的绝缘架，所述的绝缘架分别位于所述的定子铁芯的两侧，所述的绝缘架上缠绕漆包线；其中，所述的绝缘架分别与所述的定子铁芯嵌套连接。由于少了复杂的换向装置，节约成本，简化制造，电机时间常数也缩短，电机反应更灵敏。

Description

免换向结构的永磁直流电机
技术领域
本发明涉及一种永磁直流电机，更确切地说，是一种免换向结构的永磁直流电机。
背景技术
随着社会进一步发展，电机是需求量会越来越大，其中永磁直流电机因其：效率高、功率密度大、结构简单、可靠性高、调速平滑范围广等，广泛应用于各种便携式的电子设备、器具、家电、医疗、汽车、摩托车、电动自行车、蓄电池车、船舶、航空、机械等，我国每年生产的各种永磁直流电机达数十亿台以上。
永磁直流电机现阶段有两种类型：有刷永磁直流电机和无刷永磁直流电机，这两种电机各存在一些缺陷，并且电机的质量问题95％是出在换向装置上。碳刷永磁直流电机的缺陷：碳刷寿命短、机械摩擦噪音大、有电火花、电磁干扰、压降电能损耗等；换向装置零部件多，工艺复杂，暂时无法全自动化生产，属于劳动力密集型产业，微型碳刷永磁直流电机中换向装置占电机50％的体积，20％的材料成本，30％的生产工时。
无刷永磁直流电机的缺陷：控制器是新起来的产业，还处于发展初期阶段，不能做大功率控制器，电子元件较多，成本非常高(核心电子元件，芯片等质量好的都需进口，核心技术都被国外控制)，微型无刷永磁直流电机控制器占40％以上的材料成本，50％左右的体积。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题，从而提供一种免换向结构的永磁直流电机。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
本发明公开了一种免换向结构的永磁直流电机，包含：
一转子机壳；
一对端盖，所述的端盖分别位于所述的转子机壳的两端，所述的端盖的内壁上分别设有一轴承；
一电机轴，所述的电机轴贯穿所述的轴承；
一环形的第一磁环和一环形的第二磁环，所述的第一磁环和第二磁环位于所述的转子机壳的内壁上；
一定子铁芯，所述的电机轴贯穿所述的定子铁芯；
一对绝缘架，所述的电机轴贯穿所述的绝缘架，所述的绝缘架分别位于所述的定子铁芯的两侧，所述的绝缘架上缠绕漆包线；
其中，所述的绝缘架分别与所述的定子铁芯嵌套连接。
作为本发明较佳的实施例，
所述的定子铁芯包含一圆筒状的定子筒，所述的定子筒的外壁的上部设有若干组由第一线圈固定翼板组成的第一线圈固定翼板阵列，所述的定子筒的外壁的下部设有若干组由第二线圈固定翼板组成的第二线圈固定翼板阵列，所述的第一线圈固定翼板的末端分别设有一瓦状的第一线圈固定弧板，所述的第二线圈固定翼板的末端分别设有一瓦状的第二线圈固定弧板；
所述的绝缘架包含一圆筒状的绝缘筒和一环形的绝缘环座，所述的绝缘环座的周向上设有若干组由限位支架组成的限位支架阵列和若干组由线圈隔离板组成的线圈隔离板阵列，所述的限位支架包含一长条状的限位长条，所述的限位长条的末端分别设有一弧形的限位弧条，所述的线圈隔离板包含一隔离翼板，所述的隔离翼板的末端分别设有一弧形的连接弧条和一对隔离叉条，相邻的隔离叉条之间分别构成一叉条槽口，所述的叉条槽口分别与所述的第一线圈固定翼板、第二线圈固定翼板相配合。
本发明还公开了一种免换向结构的永磁直流电机，包含一转子机壳，所述的转子机壳的两端分别设有一端盖，所述的端盖的内壁上分别设有一轴承，所述的轴承之间设有一电机轴，所述的转子机壳的内壁上设有一环形的第一磁环和一环形的第二磁环，所述的电机轴上设有一定子铁芯和一对绝缘架，所述的绝缘架位于所述的定子铁芯的两侧，所述的绝缘架上缠绕漆包线；
所述的定子铁芯包含一圆筒状的定子筒，所述的定子筒的外壁的上部设有两组由第一线圈固定翼板组成的第一线圈固定翼板阵列，所述的定子筒的外壁的下部设有两组由第二线圈固定翼板组成的第二线圈固定翼板阵列，所述的第一线圈固定翼板的末端分别设有一瓦状的第一线圈固定弧板，所述的第二线圈固定翼板的末端分别设有一瓦状的第二线圈固定弧板，所述的第一线圈固定翼板阵列的设置方向与所述的第二线圈固定翼板阵列相互垂直；
所述的绝缘架包含一圆筒状的绝缘筒和一环形的绝缘环座，所述的绝缘环座的周向上设有两组由限位支架组成的限位支架阵列和两组由线圈隔离板组成的线圈隔离板阵列，所述的限位支架阵列的设置方向与所述的线圈隔离板阵列相互垂直，所述的限位支架包含一长条状的限位长条，所述的限位长条的末端分别设有一弧形的限位弧条，所述的线圈隔离板包含一隔离翼板，所述的隔离翼板的末端分别设有一弧形的连接弧条和一对隔离叉条，相邻的隔离叉条之间分别构成一叉条槽口，所述的叉条槽口分别与所述的第一线圈固定翼板、第二线圈固定翼板相配合。
本发明的免换向结构的永磁直流电机具有以下优点：由于少了复杂的换向装置，节约成本，简化制造。没有了电气换向部分，电机可靠性质的飞跃提高。没有换向过程就没有交变磁场产生，就没有铁芯涡流损耗，电磁干扰，电机时间常数也缩短，电机反应更灵敏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的免换向结构的永磁直流电机的立体结构示意图；
图2为图1中的免换向结构的永磁直流电机的立体结构示意图，此时为另一个视角；
图3为图2中的免换向结构的永磁直流电机沿A-A线的剖视图；
图4为图1中的免换向结构的永磁直流电机的立体结构分解示意图；
图5为图4中的永磁直流电机的进一步的立体结构分解示意图；
图6为图5中的永磁直流电机的进一步的立体结构分解示意图；
图7为图5中的永磁直流电机的转子的立体结构示意图；
图8为图5中的永磁直流电机的绝缘架的立体结构示意图；
图9为图8中的绝缘架的B区域的细节放大示意图；
图10为图8中的绝缘架的C区域的细节放大示意图；
图11为本发明的免换向结构的永磁直流电机的原理图；
图12为本发明的免换向结构的永磁直流电机的电流/安培力方向示意图；
图13为本发明的免换向结构的永磁直流电机的转子的立体结构示意图，此时为两极；
图14为本发明的免换向结构的永磁直流电机的绝缘架的立体结构示意图，此时该绝缘架对应图13中的转子；
图15为图13中的免换向结构的永磁直流电机的电枢绕线图；
图16为图13中的免换向结构的永磁直流电机的安培力方向示意图，此时N极永磁体受到安培力反作用力；
图17为图13中的免换向结构的永磁直流电机的安培力方向示意图，此时S极永磁体受到安培力反作用力；
图18为本发明的免换向结构的永磁直流电机的磁路示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1至图10所示，该免换向结构的永磁直流电机1包含一转子机壳2，该转子机壳2的两端分别设有一端盖3，该端盖3的内壁上分别设有一轴承5，该轴承5之间设有一电机轴4，该转子机壳2的内壁上设有一环形的第一磁环6和一环形的第二磁环7，该电机轴4上设有一定子铁芯8和一对绝缘架9，该绝缘架9位于该定子铁芯8的两侧，漆包线10缠绕在绝缘架9上。该转子机壳2、第一磁环6、第二磁环7、端盖3和轴承5外圈固定成一整体且绕电机轴4能自由转动。该定子铁芯8、绝缘架9、漆包线10、电机轴4、轴承5内圈固定成一整体，固定不动。
该定子铁芯8包含一圆筒状的定子筒80，该定子筒80的外壁的上部设有两组由第一线圈固定翼板81组成的第一线圈固定翼板阵列，该定子筒80的外壁的下部设有两组由第二线圈固定翼板83组成的第二线圈固定翼板阵列，该第一线圈固定翼板81的末端分别设有一瓦状的第一线圈固定弧板82，该第二线圈固定翼板83的末端分别设有一瓦状的第二线圈固定弧板84，该第一线圈固定翼板阵列的设置方向与该第二线圈固定翼板阵列相互垂直。
该绝缘架9包含一圆筒状的绝缘筒90和一环形的绝缘环座91，该绝缘环座91的周向上设有两组由限位支架92组成的限位支架阵列和两组由线圈隔离板93组成的线圈隔离板阵列，该限位支架阵列的设置方向与该线圈隔离板阵列相互垂直，该限位支架92包含一长条状的限位长条921，该限位长条921的末端分别设有一弧形的限位弧条922，该线圈隔离板93包含一隔离翼板931，该隔离翼板931的末端分别设有一弧形的连接弧条932和一对隔离叉条933，相邻的隔离叉条933之间分别构成一叉条槽口934，该叉条槽口934分别与该第一线圈固定翼板81、第二线圈固定翼板83相配合。
下面介绍该永磁直流电机工作原理：根据左手定则：通电导体在磁场中受到安培力的作用，伸直左手，拇指与食指垂直，让磁力线垂直穿过掌心，食指指向电流的方向，拇指的指向即为受力方向，当改变电流反向，受力反向，当改变磁场极性时，受力反向，此力的大小与磁场强度大小，电流大小成正比。
如图11所示，漆包线10中BC/DE段分别处在N/S极磁场下，通电流受到安培力绕H中心轴旋转，当旋转角度超过90°时，就分别处在S/N极磁场下，磁场极性变反向，那么所受到安培力也变反向，导致变漆包线反方向旋转。此时增加改变电流反向装置，使所受的安培力也反向，最终所受的安培力始终朝一个方向做圆周旋转。改变电流方向的过程在电机行业简称换向，N/S永磁体在轴向上处于同一平面，那么圆周上必定有N/S磁极。
如图12所示，磁极在轴向上偏置并排，其中BC/DE导线分别处在N/S极磁场下，通电流受到安培力绕H中心轴旋转，当旋转角度超过90°时，再旋转BC/DE导线并没有处在S/N极磁场下，处在无磁场状态下，此时圆周方向延长N/S极磁场，那么BC/DE导线一直在N/S磁场下，所受到的安培力与起始位置方向一致，N/S极磁场延长致一周，所受到的安培力也是一周方向旋转，在此过程不需换向。该定子铁芯8、漆包线10固定，那么第一磁环6、第二磁环7在安培力的反作用力下反方向旋转，对外产生扭转力矩。
需要说明的是，图1至图12中所示的电机具有四极，当然，电机的极数可以根据需要自由改变。
如图13和图14所示，为本发明的免换向结构的永磁直流电机的另一具体实施方式，此时，电机为两极电机。
如图16所示，定子铁芯8为菱形截面结构，起到引磁作用，第一磁环6与第二磁环7磁极面截面成菱形，必须菱形定子铁芯8引磁，才能构成两磁环的磁通路径。
该免换向永磁直流电机具备永磁直流电机本质优点同时额外一些优点：由于少了复杂的换向装置，节约成本，简化制造。没有了电气换向部分，电机可靠性质的飞跃提高。没有换向过程就没有交变磁场产生，就没有铁芯涡流损耗，电磁干扰，电机时间常数也缩短，电机反应更灵敏。
另外，需要说明的是，该定子筒80的外壁的上部设有两组由第一线圈固定翼板81组成的第一线圈固定翼板阵列，显然，也可以设置多组，比如4组、8组等，那么相应的第二线圈固定翼板83以及绝缘架9上对应的结构的数量也随之增加。
不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种免换向结构的永磁直流电机(1)，包含：
一转子机壳(2)；
一对端盖(3)，所述的端盖(3)分别位于所述的转子机壳(2)的两端，所述的端盖(3)的内壁上分别设有一轴承(5)；
一电机轴(4)，所述的电机轴(4)贯穿所述的轴承(5)；
一环形的第一磁环(6)和一环形的第二磁环(7)，所述的第一磁环(6)和第二磁环(7)位于所述的转子机壳(2)的内壁上；
一定子铁芯(8)，所述的电机轴(4)贯穿所述的定子铁芯(8)；
一对绝缘架(9)，所述的电机轴(4)贯穿所述的绝缘架(9)，所述的绝缘架(9)分别位于所述的定子铁芯(8)的两侧，所述的绝缘架(9)上缠绕漆包线(10)；
其中，所述的绝缘架(9)分别与所述的定子铁芯(8)嵌套连接，
所述的定子铁芯(8)包含一圆筒状的定子筒(80)，所述的定子筒(80)的外壁的上部设有若干组由第一线圈固定翼板(81)组成的第一线圈固定翼板阵列，所述的定子筒(80)的外壁的下部设有若干组由第二线圈固定翼板(83)组成的第二线圈固定翼板阵列，所述的第一线圈固定翼板(81)的末端分别设有一瓦状的第一线圈固定弧板(82)，所述的第二线圈固定翼板(83)的末端分别设有一瓦状的第二线圈固定弧板(84)；
所述的绝缘架(9)包含一圆筒状的绝缘筒(90)和一环形的绝缘环座(91)，所述的绝缘环座(91)的周向上设有若干组由限位支架(92)组成的限位支架阵列和若干组由线圈隔离板(93)组成的线圈隔离板阵列，所述的限位支架(92)包含一长条状的限位长条(921)，所述的限位长条(921)的末端分别设有一弧形的限位弧条(922)，所述的线圈隔离板(93)包含一隔离翼板(931)，所述的隔离翼板(931)的末端分别设有一弧形的连接弧条(932)和一对隔离叉条(933)，相邻的隔离叉条(933)之间分别构成一叉条槽口(934)，所述的叉条槽口(934)分别与所述的第一线圈固定翼板(81)、第二线圈固定翼板(83)相配合。
2.一种免换向结构的永磁直流电机(1)，包含一转子机壳(2)，所述的转子机壳(2)的两端分别设有一端盖(3)，所述的端盖(3)的内壁上分别设有一轴承(5)，所述的轴承(5)之间设有一电机轴(4)，所述的转子机壳(2)的内壁上设有一环形的第一磁环(6)和一环形的第二磁环(7)，所述的电机轴(4)上设有一定子铁芯(8)和一对绝缘架(9)，所述的绝缘架(9)位于所述的定子铁芯(8)的两侧，所述的绝缘架(9)上缠绕漆包线(10)；
所述的定子铁芯(8)包含一圆筒状的定子筒(80)，所述的定子筒(80)的外壁的上部设有两组由第一线圈固定翼板(81)组成的第一线圈固定翼板阵列，所述的定子筒(80)的外壁的下部设有两组由第二线圈固定翼板(83)组成的第二线圈固定翼板阵列，所述的第一线圈固定翼板(81)的末端分别设有一瓦状的第一线圈固定弧板(82)，所述的第二线圈固定翼板(83)的末端分别设有一瓦状的第二线圈固定弧板(84)，所述的第一线圈固定翼板阵列的设置方向与所述的第二线圈固定翼板阵列相互垂直；
所述的绝缘架(9)包含一圆筒状的绝缘筒(90)和一环形的绝缘环座(91)，所述的绝缘环座(91)的周向上设有两组由限位支架(92)组成的限位支架阵列和两组由线圈隔离板(93)组成的线圈隔离板阵列，所述的限位支架阵列的设置方向与所述的线圈隔离板阵列相互垂直，所述的限位支架(92)包含一长条状的限位长条(921)，所述的限位长条(921)的末端分别设有一弧形的限位弧条(922)，所述的线圈隔离板(93)包含一隔离翼板(931)，所述的隔离翼板(931)的末端分别设有一弧形的连接弧条(932)和一对隔离叉条(933)，相邻的隔离叉条(933)之间分别构成一叉条槽口(934)，所述的叉条槽口(934)分别与所述的第一线圈固定翼板(81)、第二线圈固定翼板(83)相配合。
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