CN108141120A - 电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动机，该电动机包括：(A)环状转子，其包括：以环状方式等角度间隔且等距径向布置的多个电磁体；(B)定子，其包括：等角度间隔且等距径向布置的多个螺线管，每个所述螺线管具有螺线管芯以及腔，所述螺线管芯又具有矩形形状的横截面；以及每个所述螺线管内的电磁线圈；其中所述电磁体被布置成使得它们可以以旋转的方式移动通过所述螺线管芯的所述腔，其中，所述多个所述电磁体的负端和正端分别并联连接到相应的负外围带和正外围带，并且其中电磁线圈的电流分别通过两个电刷从电源供应到负极带和正极带。

Description

电动机
技术领域
本发明涉及电动机领域。更具体地说，本发明涉及一种电动机，该电动机包括定子上的螺线管和转子上的多个电磁体。
背景技术
旋转型电动机是众所周知的，并且多年来已经被广泛用于将电能转换成机械能。典型的电动机包括转子和定子。
转子是电动机的运转部件，它包括转动轴，转动轴将转矩传递给负载。转子典型地包括传导电流的导体，其又产生与定子的磁场相互作用的电磁场以产生引起轴旋转的力。在另一个替代方案中，转子包括永磁体，而定子包括导体。
定子是电动机电磁回路的静止部件，并且如所述的那样包括绕组或永磁体。定子芯通常由许多称为叠片的薄金属片构成。叠片用于减少固体芯使用时会导致的能量损失。
电动机也用于相反的功能以将机械能转换成电能，并且在这种情况下，电动机实际上是发电机。
WO2013/140400公开了一种电动机，其包括在定子处的多个螺线管以及在转子处的多个永磁体。定子的螺线管径向布置且在圆形平面上等角度地间隔开；每个螺线管具有空隙，转子的永磁体穿过该空隙而移动。转子又包括布置成大致环状结构的多个磁体，其中所述磁体彼此等角度地间隔开。相邻磁体之间的间隙(当存在这种间隙时)优选地由高导磁率材料填充。无论如何，磁体和高磁导率材料(当存在时)形成环状结构。同时向所有电磁线圈供应电流，以相对于电磁线圈在特定方向上推动或拉动所有永磁铁，从而引起磁环的旋转。在WO2013/140400的实施例中，在永磁体的环形层的上方和下方设置有若干附加的环形层，所有所述层全部旋转地移动穿过螺线管空隙。WO2013/140400的所述另外的环状层中的一个是齿环，其将永磁体层(以及其上方和下方的层的其余层)的旋转力矩传递到齿盘(机械齿轮)，它在旋转时转动刚性连接在其上的电动机的轴。
共同未决申请GB1511226.1公开了一种电动机，其包括：(A)转子，其包括：(a)共中心的轴和盘；(b)多个永磁体，它们等角度地间隔并等距径向布置在所述盘上；以及(B)定子，其包括：(c)多个等角度间隔且等距径向布置的螺线管，每个所述螺线管具有螺线管芯、腔和磁盘槽，所述螺线管芯又具有矩形形状的横截面；以及(d)每个所述螺线管内的线圈；其中所述转子轮盘定位在所述螺线管槽内，并且所述永磁体布置成使得当所述转子轮盘旋转时，所述永磁体可以旋转的方式穿过所述螺线管芯的所述腔。向螺线管提供电流以同时在特定方向上推动或拉动永磁体，由此引起磁体的旋转，并且实际上旋转转子轮盘。
如上所述，WO2013/140400和GB1511226.1的电动机分别在其转子处包括永磁体。然而，永磁体相对昂贵，与电磁体相比昂贵得多。因此希望用电磁体代替WO2013/140400和GB1511226.1的电动机中的永磁体。
另一方面，在WO2013/140400和GB1511226.1的两种电动机中，都需要周期性地(即，在盘的每个循环期间多次)切换供应给螺线管线圈的电流的方向，以相应地改变电磁场的方向。显然，没有办法改变永磁体的磁极，因此电流方向的改变实际上是保持旋转的唯一方法。
因此，本发明的一个目的是能够显着降低诸如在WO2013/140400和GB1511226.1中公开的螺线管型电动机的成本。
本发明的另一个目的是使诸如在WO2013/140400和GB1511226.1中公开的螺线管型电动机的旋转方式具有更大的灵活性。
随着描述的进行，本发明的其它目的和优点将变得显而易见。
发明内容
本发明涉及一种电动机，该电动机包括：(A)环状转子，其包括：以环状方式等角度间隔且等距径向布置的多个电磁体；以及(B)定子，其包括：等角度间隔且等距径向布置的多个螺线管，每个所述螺线管具有螺线管芯以及腔，所述螺线管芯又具有矩形形状的横截面；以及每个所述螺线管内的螺线管线圈；其中所述电磁体被布置成使得它们可以以旋转的方式移动通过所述螺线管芯的所述腔，其中，所述多个所述电磁体的负端和正端分别并联连接到相应的负极外围带和正极外围带，并且其中电磁线圈的电流分别通过两个电刷从电源供应到负极带和正极带。
在本发明的一个实施例中，转子是多层电动机，其中一个层是齿环，并且其中来自转子的转矩从齿环传递到齿轮，轴刚性连接到其上。
在本发明的另一个实施例中，多个电磁体安装在旋转盘上，该旋转盘又与轴同心，其中所述转子轮盘定位在每个螺线管的相应盘槽中并可在每个螺线管的相应盘槽中旋转。
从电源到电磁线圈的电流是直流电流，而到电磁线圈的电流是交流电。或者，从电源到电磁线圈的电流是交流电，而到电磁线圈的电流是直流电流。
附图说明
在附图中：
图1示出了WO2013/140400的电动机的总体结构；
图2示出了GB1511226.1的电动机的总体结构；
图3示出了WO2013/140400的电动机的转子结构；
图4示出了根据本发明第一实施例的用于螺线管电磁体型电动机的转子；以及
图5示出了根据本发明第二实施例的用于螺线管电磁体型电动机的转子。
具体实施方式
如上所述，结合使用螺线管和永磁体的电动机，更具体地说，是其中永磁体移动通过螺线管内的空隙或空腔的电动机(在下文中，这种类型的电动机被称为“螺线管永磁体型电动机”)，例如在WO2013/140400和GB1511226.1中公开的那些电动机相对昂贵，尤其是由于使用昂贵的永磁体。而且，它们的操作需要经常改变电磁场的方向，这只能通过改变电磁线圈的电流方向来进行。
图1示出了WO2013/140400的电动机的总体结构。电动机包括具有多个螺线管62的定子，每个螺线管具有空隙，并且转子包括布置成环形结构的多个永磁体61。尽管在图1中未示出，但是在任何两个相邻的磁体23之间布置有高导磁率材料的杆以完成环结构。在向螺线管的线圈提供电流并且周期性地改变流向螺线管的电流的方向时，转子的环形结构旋转。转子还包括齿环101，齿环101将转矩传递给齿轮63和轴67。整个电动机由基座65支撑。
图2示出了GB1511226.1的电动机的总体结构。该电动机包括具有多个螺线管31a-31h的定子，每个螺线管具有一个腔，以及包括多个排列成环形结构的永磁体23a-23h的转子(该环形结构没有清楚地显示在图2，但在图3中可见)。布置成环形结构的永磁体23定位在支撑盘22上。如上所述，虽然图2中未示出，但是铁磁(例如铁)杆设置在任意两个相邻的磁体23之间以完成环结构。通过电流供应(其方向也是及时交替的)适当地激活螺线管31，转子即盘22旋转。转子还包括刚性连接到盘22的轴21。整个电动机由基座32支撑。
图3示出了WO2013/140400的电动机的转子结构(为了清楚起见而移除盘22)，其中还示出了位于任意一对相邻的永磁体之间的铁磁(例如，铁)杆25a-25h。
本发明的发明人已经发现，通过用合适的电磁体代替转子中的每个永磁体，可以显著降低这种“螺线管永磁体型电动机”的成本。
图4示出了根据本发明的螺线管电磁体型电动机的转子。转子基本上与图3的转子相同，然而，每个磁体23a-23h分别由电磁体123a-123h代替。每个电磁体123包括缠绕在铁(优选层压的)芯上的一个或多个线圈(为了简洁起见，图中未示出)。如常规的那样，每个线圈分别具有用于电流供应的两个端部，为简洁起见，这里将这些线圈端部称为线圈的“正”端和“负”端。电磁体123的线圈的所有正端都连接到外围的“正”金属带144上，并且类似地，电磁体123的线圈的所有负端连接到外围的“负”金属带145上。以这种方式，电磁体的所有线圈实际上并联连接。通过本领域公知的一对常规电刷147a和147b从电源146提供到旋转马达的电磁体123的电流供应。更具体地说，“正极”电刷147a连续地与正极带144接触，而负极电刷147b连续地与负极带145接触。以这种方式，每个电磁体123a-123h事实上取代了一个永磁体23a-23h。在运行时，每个电磁体的芯实际上起着具有N-S极的磁体的作用，并且在功能上取代了“螺线管永磁体型电动机”中相应的永磁体。
应该注意的是，如图4所示，分别通过电刷144和带145向电磁体提供电流的方式仅仅是一个例子。可以替代地使用本领域公知的其他装置和技术。
为了使每个电磁体的功能类似于图1至图3的电动机的相应的永磁体，必须从电源146提供直流电流。
或者，电源146可以(通过电刷147a和147b)向电磁体123提供及时的交流电，以引起电磁体芯的N-S极的周期性变化。因此，以这种方式，代替周期性地改变螺线管芯的磁极，在后一实施例中，转子电磁体的磁极被改变。
图5示出了图1的电动机(即，WO2013/140400的电动机)如何被修改为包括电磁体而不是永磁体。图1中的每个永磁体61都被相应的电磁体(为了简洁起见，在图5中未示出)代替。每个所述电磁体包括缠绕在铁芯上的一个或多个线圈(为了简洁起见，图中未示出)。如常规的那样，每个线圈分别具有负端和正端两端。类似于图4的电动机，电磁体的线圈的所有正端连接在一起成为外围的“正”金属带77，并且类似地，电磁体的线圈的所有负端连接在一起到外围“负”金属带78。以这种方式，电磁体的所有线圈实际上并联连接。通过一对常规电刷(未示出)的类似于图4的布置从电源提供到旋转电动机的电磁体的电流供应。更具体地说，“正”电刷不断地与正极条77接触，而负极刷不断地与负极条78接触。以这种方式，转子的每个电磁体实际上分别代替图1的电动机的一个永磁体61。在运行时，每个电磁体的芯实际上起着具有N-S极的磁体的作用，并且在功能上取代了“螺线管永磁体型电动机”中相应的永磁体。如上面关于图4的电动机所解释的，电磁体的电流可以是直流电或交流电。
虽然已经通过说明的方式描述了本发明的一些实施例，但显而易见的是，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神或超出权利要求的范围的情况下，可以通过许多修改、变化和改变，以及通过使用在本发明的范围内的许多等同物或替代解决方案来实施本发明。

Claims (5)

1.一种电动机，包括：
(A)环状转子，包括：
a.多个等角度间隔并且以环状方式等距径向设置的电磁体；以及
(B)定子，包括：
b.等角度间隔且等距径向布置的多个螺线管，每个所述螺线管具有螺线管芯和腔，所述螺线管芯又具有矩形形状的横截面；
c.每个所述螺线管内的螺线管线圈；
其中，所述电磁体被布置成使得所述电磁体可以以旋转方式移动通过所述螺线管芯的所述腔，其中，所述多个所述电磁体的负线圈端和正线圈端分别并联连接到相应的负金属外围条和正金属外围条，并且其中流向所述电磁体线圈的电流分别通过两个电刷从电源供应，所述电刷分别与所述负极条和正极条接触。
2.根据权利要求1所述的电动机，其中，所述转子是多层电动机，其中一个层是齿环，并且其中来自所述转子的转矩从所述齿环传递到齿轮，轴刚性连接到其上。
3.根据权利要求1所述的电动机，其中，所述多个电磁体安装在转盘上，所述转盘又与轴共轴，其中，所述转子轮盘在每个所述螺线管处的相应的磁盘槽中定位和旋转。
4.根据权利要求1所述的电动机，其中，从所述电源到所述电磁体线圈的电流是直流电流，而到所述电磁线圈的电流是交流电流。
5.根据权利要求1所述的电动机，其中，从所述电源到所述电磁体线圈的电流是交流电流，而到所述电磁线圈的电流是直流电流。
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