CN107634597A - 一种多轨磁电机的动力机构 - Google Patents

Abstract

一种多轨磁电机的动力机构，属于电机技术领域。其特征在于：转子由导磁材料制成，转子上安装有偶数个永磁体（7），永磁体（7）内嵌于安装盘的安装孔内，偶数个永磁体（7）环形排列且间隔均布，相邻永磁体（7）的极性相反设置；定子（4）上设置有多个线圈，每个线圈的中心线均与转子的转轴平行设置，多个线圈环形排列且间隔均布，定子（4）上线圈的数量和与其配合的转子上的永磁体（7）的数量相等。本多轨磁电机的动力机构充分利用了永磁体的励磁磁场，避免了漏磁现象的发生，提高了电机的能量转化率，电机的效率高，转子随永磁体同步转动，避免了切割磁感线现象的发生，进而避免了转子中产生感应电流从而阻碍转子的转动，减小了阻力。

Description

一种多轨磁电机的动力机构

技术领域

一种多轨磁电机的动力机构，属于电机技术领域。

背景技术

电机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置，它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。永磁电机是利用永磁体产生励磁磁场的一种电机，永磁电机支撑后不需要外界能量即可维持其磁场，现有的永磁电机由于永磁体的设置，从而导致其无法充分利用永磁的磁场，导致现有永磁电机的能量不能得到充分转化，因此现有永磁电机只能用在小功率的场合。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种磁强强度高、提高励磁磁场利用率的多轨磁电机的动力机构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该多轨磁电机的动力机构，其特征在于：包括至少一个转子和至少一个定子，每个定子的至少一侧设置有一个转子；

转子由导磁材料制成，转子上安装有偶数个永磁体，转子靠近定子的一侧设置有多个安装孔，安装孔为与转子转轴平行设置的盲孔，永磁体内嵌于安装孔内，偶数个永磁体环形排列且间隔均布，相邻永磁体的极性相反设置；

定子上设置有多个线圈，每个线圈的中心线均与转子的转轴平行设置，多个线圈环形排列且间隔均布，线圈所成的环形和与其配合的转子上的永磁体所成的环形同轴设置且直径相等，定子上线圈的数量和与其配合的转子上的永磁体的数量相等。

优选的，所述的转子和定子均设置有多个，转子连接有相位检测模块，至少有两个定子上的相邻的线圈与转子转轴所确定的平面均相交，或至少有两个定子相邻转子上相邻的永磁体的中心线与转子转轴所确定的平面均相交。

优选的，所述的相位检测模块包括码盘以及光电传感器，码盘与转子相连并保持同步转动，光电开关设置在码盘侧部，且光电开关与定子一一对应。

优选的，所述的定子有两个，且一个定子的线圈的中心线设置在另一个定子上与其相邻的两个线圈的中部，且多个转子上相邻的永磁体同轴设置。

优选的，所述的定子包括间隔设置的两个绝缘盘，每个绝缘盘上均间隔设置有多个轴向的绝缘盘安装孔，两个绝缘盘上相对的绝缘盘安装孔同轴设置，绝缘盘安装孔与线圈一一对应，线圈的两端分别安装在两个绝缘盘的绝缘盘安装孔内。

优选的，所述的线圈为空心线圈。

优选的，每个所述的定子两侧均对称设置有一个转子，定子两侧相邻转子上的永磁体一一对应，两个转子上相对的两个永磁体同轴设置，两个转子上相对的两个永磁体的极性相反设置。

优选的，相邻的所述定子之间的转子一体设置。

优选的，所述的永磁体为与转子转轴平行设置的圆柱状或与中心线与转子转轴平行的扇形柱体。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1、本多轨磁电机的动力机构的每个转子上相邻的永磁体之间形成相互加强的励磁磁场，并且利用了永磁体端部的励磁磁场与线圈产生的磁场力推动转子转动，由于永磁体端部的励磁磁场强度大，从而充分利用了永磁体的励磁磁场，由于转子采用导磁材料制成，避免了漏磁现象的发生，提高了电机的能量转化率，电机的效率高，转子随永磁体同步转动，避免了切割磁感线现象的发生，进而避免了转子中产生感应电流从而阻碍转子的转动，减小了阻力，为线圈通入很小的电流即可实现电机的启动。

2、转子和定子均设置有多个，从而增大了转子的扭矩，进而增大了电机的输出功率。

3、通过码盘来检测转子的永磁体的位置，每个定子对应一个光电开关，从而能够及时更换电流的方向，避免出现阻碍转子转动的力。

4、定子有两个，且一个定子的线圈的中心线设置在另一个定子上与其相邻的两个线圈的中部，且多个转子上相对的永磁体同轴设置，检测时只需要当永磁体转动至和与其相邻的线圈同轴时切换电流即可，检测方便，且控制方便。

5、定子包括间隔设置的两个绝缘盘，能够避免在永磁体与定子相对转动的过程中发生切割磁感线的运动，进而避免了产生感应电流。

6、线圈为空心线圈，一方面避免了切割磁感线时产生感应电流，进而产生阻碍转子转动的阻力，又能够避免铁损。

7、每个定子的两侧均对称设置有一个转子，从而提高了转子转动的力矩，相邻定子中部的转子一体设置，组装简单，简化了装配工艺，由于每个定子两侧均对称设置一个转子，使磁能密度是定子上线圈的电功率密度的两倍，增加了磁场利用率。

附图说明

图1为多轨磁电机的动力机构的立体结构示意图。

图2为多轨磁电机的动力机构的主视结构示意图。

图3为第一安装盘的永磁体安装示意图。

图4为图3中A-A方向的剖视示意图。

图5为第一安装盘的永磁体的极性分布图。

图6为第二安装盘的永磁体安装示意图。

图7为图6中B-B方向的剖视示意图。

图8为定子的立体结构示意图。

图9为实施例2中多轨磁电机的动力机构的主视结构示意图。

图10为实施例2中第一安装盘的永磁体安装示意图。

图中：1、主轴 2、码盘 3、第一安装盘 301、第一安装盘轴孔 302、第一安装盘安装孔 4、定子 5、第二安装盘 501、第二安装盘轴孔 502、第二安装盘安装孔 6、空心线圈 7、永磁体 8、绝缘盘 801、绝缘盘轴孔 802、绝缘盘安装孔。

具体实施方式

图1~8是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~10对本发明做进一步说明。

一种多轨磁电机的动力机构，包括至少一个转子和至少一个定子4，每个定子4的至少一侧设置有一个转子；转子由导磁材料制成，转子上安装有偶数个永磁体7，转子靠近定子4的一侧设置有多个安装孔，安装孔为与转子转轴平行设置的盲孔，永磁体7内嵌于安装孔内，偶数个永磁体7环形排列且间隔均布，相邻永磁体7的极性相反设置；定子4上设置有多个线圈，每个线圈的中心线均与转子的转轴平行设置，多个线圈环形排列且间隔均布，线圈所成的环形和与其配合的转子上的永磁体7所成的环形同轴设置且直径相等，定子4上线圈的数量和与其配合的转子上的永磁体7的数量相等。本多轨磁电机的动力机构的每个转子上相邻的永磁体7之间形成相互加强的励磁磁场，并且利用了永磁体7端部的励磁磁场与线圈产生的磁场力推动转子转动，由于永磁体7端部的励磁磁场强度大，从而充分利用了永磁体7的励磁磁场，由于转子采用导磁材料制成，避免了漏磁现象的发生，提高了电机的能量转化率，电机的效率高，转子随永磁体同步转动，避免了切割磁感线现象的发生，进而避免了转子中产生感应电流从而阻碍转子的转动，减小了阻力，为线圈通入很小的电流即可实现电机的启动。

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，然而熟悉本领域的人们应当了解，在这里结合附图给出的详细说明是为了更好的解释，本发明的结构必然超出了有限的这些实施例，而对于一些等同替换方案或常见手段，本文不再做详细叙述，但仍属于本申请的保护范围。

实施例1

如图1~2所示：在本实施例中，设置有两个定子4，每个定子4的两侧均对称设置有一个转子，每个定子4两侧相邻转子上的永磁体7一一对应，两个转子上相对的两个永磁体7同轴设置，两个转子上相对的两个永磁体7的极性相反设置，且设置在两个定子4之间的两个转子一体设置，从而简化了电机的组装工艺。在组装成电机后，相位检测模块设置在机壳和主轴1之间。转子与定子4间隔设置。

相位检测模块包括码盘2以及光电传感器，光电传感器与定子4一一对应，环绕码盘2的外沿间隔设置有多个外凸的检测部，光电传感器安装在机壳上，且两个光电传感器间隔设置，从而能够检测不同转子上永磁体7的位置。在本实施例中，光电传感器为对射式光电传感器，从而能够在线圈转动到与相邻转子上的永磁体7同轴时及时切换电流，进而避免电流切换不及时导致产生阻碍转子转动的力，从而提高了电机的能量转化效率。

如图3~5所示：设置在每个定子4外侧的转子包括第一安装盘3，第一安装盘3为圆盘状的铁盘，第一安装盘3的中部设置有第一安装盘轴孔301，第一安装盘3通过第一安装盘轴孔301安装在主轴1上并与主轴1同步转动，第一安装盘3与主轴1同轴设置，降低了转动过程中由于第一安装盘3的重量分配不均匀导致电机发生震动，还能降低能量损失。

第一安装盘3的一端环绕轴线间隔设置有多个第一安装盘安装孔302，第一安装盘安装孔302为与第一安装盘3的轴线平行设置的盲孔。第一安装盘安装孔302的横截面为圆形，在本实施例中，永磁体7的横截面也为圆形，永磁体7的直径与第一安装盘安装孔302的直径相等，且永磁体7的长度与第一安装盘安装孔302的深度相等，每个第一安装盘安装孔302内均安装有一个永磁体7，永磁体7内嵌于第一安装盘安装孔302内。在本实施例中，第一安装盘安装孔302间隔均布有十个。

由于永磁体7内嵌于第一安装盘3内，既提高了励磁磁场分布的速度，又避免了漏磁现象的发生，从而提高了励磁磁场利用率，第一安装盘3与永磁体7同步转动，第一安装盘3与永磁体7不存在相对转动，从而避免了产生感应电流，由楞次定理可知，本申请避免了第一安装盘3与永磁体7之间产生阻碍第一安装盘3转动的阻力。

第一安装盘3上相邻两个永磁体7之间的极性相反设置，从而能够使第一安装盘3上的永磁体7的励磁磁场相互加强，多个永磁体7的励磁磁场形成了一个圆环形的加强励磁磁场，充分利用了励磁磁场强度，并且励磁磁场仅仅只有很小一部分裸露在空气中，从而很好的避免了漏磁现象的发生。在本实施例中，永磁体7为圆柱状，圆柱状的永磁体7的靠近端部的励磁磁场强度最大，因此定子上的线圈能够很好的利用永磁体7端部励磁磁场强度大的特性，充分利用励磁磁场，即提高了电机的效率，又使得本多轨磁电机能够利用很小的电流即可启动。电机的效率是指电机能量转化率，即输出的动能与电机消耗的电能的比值。

如图6~7所示：设置在两个定子4之间的转子包括第二安装盘5，第二安装盘5为圆柱状的铁盘，第二安装盘5为与第一安装盘3的直径相等。第二安装盘5的中部同轴设置有第二安装盘轴孔501，第二安装盘5通过第二安装盘轴孔501安装在主轴1上并与主轴1同步转动，第二安装盘5与主轴1同轴设置，降低了转动过程中由于第二安装盘5的重量分配不均匀导致电机发生震动，还能降低能量损失。

第二安装盘5的两端均环绕轴线设置有多个第二安装盘安装孔502，设置在第二安装盘5两端的第二安装盘安装孔502一一对应，且第二安装盘5两端相对的第二安装盘安装孔502同轴设置，第二安装盘安装孔502为与第二安装盘5同轴设置的盲孔。第二安装盘安装孔502也为圆柱状孔，且第二安装盘安装孔502的直径与永磁体7的直径相等，第二安装盘安装孔502的深度与永磁体7的长度相等，且第二安装盘5的两端均间隔均布有十个第二安装盘安装孔502，每个第二安装盘安装孔502内均安装有一个永磁体7，永磁体7内嵌于第二安装盘安装孔502内。第一安装盘安装孔302和第二安装盘安装孔502合称为安装孔。第二安装盘安装孔502的轴线到第二安装盘5的轴线的距离与第一安装盘安装孔302的轴线到第一安装盘3的轴线的距离相等。第二安装盘5每个端面上的第二安装盘安装孔502的数量与第一安装盘3上第一安装盘安装孔302的数量相等。第一安装盘3上的永磁体7和与其相对的第二安装盘5上的永磁体7同轴设置。

由于永磁体7内嵌于第二安装盘5内，既提高了励磁磁场分布的速度，又避免了漏磁现象的发生，从而提高了励磁磁场利用率，第二安装盘5与永磁体7同步转动，第二安装盘5与永磁体7不存在相对转动，从而避免了产生感应电流，由楞次定理可知，本申请避免了第二安装盘5与永磁体7之间产生阻碍第二安装盘5转动的阻力。采用一个第二安装盘5即可实现了两组永磁体7的安装，组装简单，降低了装配难度。

设置在第二安装盘5同一端的相邻两个永磁体7之间的极性相反设置，从而能够使第二安装盘5上的永磁体7的励磁磁场相互加强，多个永磁体7的励磁磁场形成了一个圆环形的加强励磁磁场，充分利用了励磁磁场强度，并且励磁磁场仅仅只有很小一部分裸露在空气中，从而很好的避免了漏磁现象的发生。在本实施例中，永磁体7为圆柱状，圆柱状的永磁体7的靠近端部的励磁磁场强度最大，因此定子上的线圈能够很好的利用永磁体7端部励磁磁场强度大的特性，充分利用励磁磁场，即提高了电机的效率，又使得本多轨磁电机能够利用很小的电流即可启动。电机的效率是指电机能量转化率，即输出的动能与电机消耗的电能的比值。

如图8所示：定子4包括间隔设置的两个绝缘盘8，两个绝缘盘8间隔设置，且每个绝缘盘8的中部均同轴设置有绝缘盘轴孔801，绝缘盘8同轴安装在机壳上，且通过绝缘盘轴孔801套设在主轴1外，绝缘盘8与主轴1相对转动设置。绝缘盘8上环绕轴线间隔均布有十个绝缘盘安装孔802，两个绝缘盘8同轴设置，且两个绝缘盘8上相对的绝缘盘安装孔802同轴设置。每个定子4上设置有十个线圈，每个绝缘盘8的绝缘盘安装孔802内均安装有一个线圈，在本实施例中，线圈为空心线圈6，空心线圈6的两端分别安装在两个绝缘盘8相对的绝缘盘安装孔802内。在永磁体7与绝缘盘8相对转动时，绝缘盘8内不会产生感应电流，从而不会产生阻碍转子转动的阻力，线圈为空心线圈6，不存在铁损，而且也能够防止产生感应电流进而产生阻碍转子转动的力，进而提高了电机的效率，而且电机启动简单，采用很小的电流即可实现启动，还能够消除永磁体7与铁心的吸力阻碍转子的转动。每个绝缘盘安装孔802的轴线到绝缘盘8的轴线的距离与第一安装盘安装孔302到第一安装盘3的轴线的距离相等。由于空心线圈6安装在绝缘盘8上，所以不存在铁损、涡流、磁滞、磁阻尼等因素的干扰和影响，且电功率密度大，永磁体7产生的磁能密度高度吻合，能量转换最大化。空心线圈6指的是中部不设置铁心的线圈，而与绝缘骨架是否空心无关。

每个定子4上的空心线圈6和与其相邻的第一安装盘3上永磁体7之间的距离小于第一安装盘3上相邻永磁体7之间的距离，每个定子4上的空心线圈6和与其相邻的第二安装盘5上永磁体7之间的距离小于第二安装盘5上相邻永磁体7之间的距离。与每个定子4相邻的第一安装盘3和第二安装盘5上相对的永磁体7之间的距离大于第一安装盘3或第二安装盘5上相邻永磁体7之间的距离。由于磁力线会沿距离最短的通道传播，从而能够保证每个第一安装盘3或第二安装盘5上形成相互叠加的励磁磁场，并且当空心线圈6通电时，空心线圈6一侧相邻的永磁体7的磁力线会沿空心线圈6传导至空心线圈6另一侧与其相邻的永磁体7，从而使永磁体7和空心线圈6之间的电磁力最大，使转子的力矩最大。定子4还可以采用其他非导磁材料制成。

每个定子4两侧相邻的转子上相对的永磁体7的极性相反，从而能够使空心线圈6两端同时受到驱动力。

在本实施例中，两个定子4的上相邻的空心线圈6的轴线与主轴1的轴线所确定的平面的夹角为18°，即360°与两个定子4上的空心线圈6的数量和的比值。定子4还可以设置十二、十四或八个。

机壳上还安装有用于检测主轴1转速的转速传感器，转速传感器与控制模块相连，从而形成闭环控制，使主轴1的转速稳定。

一种多轨磁电机，包括上述的动力机构以及机壳，两个定子4均同轴安装在电机的机壳内，转子同轴安装在主轴1上，主轴1的通过轴承转动安装在机壳内，且主轴1与机壳同轴设置，主轴1的一端伸出机壳，形成电机的输出轴。

一种上述的多轨磁电机的控制方法，说明书附图2中左侧的定子4为第一定子，右侧的定子4为第二定子。

控制方法包括如下步骤：

相位检测模块检测两个定子4上永磁体7的位置；

码盘2随主轴1同步转动，通过安装在机壳上的光电传感器检测永磁体7的位置，并将信号上传给控制模块，在本实施例中，控制模块为单片机。

一个定子4的所有线圈均接入相同方向的电流，另一个定子4断电，与通电定子4相邻的转子上的永磁体7与线圈同轴时，通电的定子断电，另一个定子4的所有线圈均通入的方向相同的电流，每个定子4相邻两次通电时电流方向相反。

第一定子的所有空心线圈6均接入相同方向的电流，同时第二定子切断电流，主轴1转动，当转动至第一定子相邻的转子的永磁体7与第一定子上的空心线圈6同轴时，第一定子断电，第二定子接入电流。当转动至第二定子相邻的转子的永磁体7与相邻转子上的空心线圈6同轴时，第二定子断电，第一定子接入电流，且电流方向与上次的电流方向相反；当再次转动至第一定子相邻的转子的永磁体7与第一定子上的空心线圈6同轴时，第一定子断电，第二定子接入电流，且电流方向与上次电流的方向相反，并依次循环，实现电机主轴1的持续转动，还能够实现避免空心线圈6出现切割磁感线的问题。在空心线圈6与永磁体7同轴时切断电流，能够避免空心线圈6起到导磁作用，进而避免出现空心线圈6出现切割磁感线的现象，转子转动过程中阻力小。永磁体7的磁力越强，电机的效率越高，而传统永磁电机的永磁体7的磁力有一个最佳值，永磁体7的磁力大于或者小于最佳值都会导致传统永磁电机的效率降低，且随着永磁体7磁力与最佳值的差值越大，效率降低的越多。

在本实施例中，电流的切换方式如下表所示：

。

该电机的实验数据如下：

。

由上表可知，本申请的多轨磁电机的效率最低为93.8%，最高为99%，效率大大提高，并且在电机为0.1V，电流为0.7A，功率为0.07W的情况下，功率为15KW的电机开始运行。

实施例2

如图9~10所示：实施例2与实施例1的区别在于：动力机构仅仅间隔设置有两个第一安装盘3，且永磁体7的横截面为扇形。

实施例3

实施例3与实施例1的区别在于：两个定子4之间设置有一个第二安装盘5，第二安装盘5的两端均内嵌有永磁体7，每个定子4的外侧均同轴设置有一个铁盘，铁盘的直径与第二安装盘5的直径相等。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种多轨磁电机的动力机构，其特征在于：包括至少一个转子和至少一个定子（4），每个定子（4）的至少一侧设置有一个转子；

转子由导磁材料制成，转子上安装有偶数个永磁体（7），转子靠近定子（4）的一侧设置有多个安装孔，安装孔为与转子转轴平行设置的盲孔，永磁体（7）内嵌于安装孔内，偶数个永磁体（7）环形排列且间隔均布，相邻永磁体（7）的极性相反设置；

定子（4）上设置有多个线圈，每个线圈的中心线均与转子的转轴平行设置，多个线圈环形排列且间隔均布，线圈所成的环形和与其配合的转子上的永磁体（7）所成的环形同轴设置且直径相等，定子（4）上线圈的数量和与其配合的转子上的永磁体（7）的数量相等。

2.根据权利要求1所述的多轨磁电机的动力机构，其特征在于：所述的转子和定子（4）均设置有多个，转子连接有相位检测模块，至少有两个定子（4）上的相邻的线圈与转子转轴所确定的平面均相交，或至少有两个定子（4）相配合的转子上相邻的永磁体（7）的中心线与转子转轴所确定的平面均相交。

3.根据权利要求2所述的多轨磁电机的动力机构，其特征在于：所述的相位检测模块包括码盘（2）以及光电传感器，码盘（2）与转子相连并保持同步转动，光电开关设置在码盘（2）侧部，且光电开关与定子一一对应。

4.根据权利要求2所述的多轨磁电机的动力机构，其特征在于：所述的定子（4）有两个，且一个定子（4）的线圈的中心线设置在另一个定子（4）上与其相邻的两个线圈的中部，且多个转子上相对的永磁体（7）同轴设置。

5.根据权利要求1、2或4所述的多轨磁电机的动力机构，其特征在于：所述的定子（4）包括间隔设置的两个绝缘盘（8），每个绝缘盘（8）上均间隔设置有多个轴向的绝缘盘安装孔（802），两个绝缘盘（8）上相对的绝缘盘安装孔（802）同轴设置，绝缘盘安装孔（802）与线圈一一对应，线圈的两端分别安装在两个绝缘盘（8）的绝缘盘安装孔（802）内。

6.根据权利要求1所述的多轨磁电机的动力机构，其特征在于：所述的线圈为空心线圈（6）。

7.根据权利要求1所述的多轨磁电机的动力机构，其特征在于：每个所述的定子（4）两侧均对称设置有一个转子，定子（4）两侧相邻转子上的永磁体（7）一一对应，两个转子上相对的两个永磁体（7）同轴设置，两个转子上相对的两个永磁体（7）的极性相反设置。

8.根据权利要求7所述的多轨磁电机的动力机构，其特征在于：相邻的所述定子（4）之间的转子一体设置。

9.根据权利要求1或7所述的多轨磁电机的动力机构，其特征在于：所述的永磁体（7）为与转子转轴平行设置的圆柱状或与中心线与转子转轴平行的扇形柱体。