CN108288904A - 新型单级大功率两极双凹坑单相永磁步进电机 - Google Patents

新型单级大功率两极双凹坑单相永磁步进电机 Download PDF

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Abstract

一种新型单级大功率两极双凹坑单相永磁步进电机，属于步进电机技术，它由两极性永磁转子，定子，控制器磁环总成，霍尔截止传感器，霍尔触发传感器，激磁线圈，定子环形锁止块，截止传感器调节器总成，触发传感器调节器总成，外壳前端盖，外壳后端盖，电机外壳，传感器调节器总成固定螺母，转子轴，轴承，飞轮，外壳紧固螺母，风扇，磁控触发器和驱动器组成，本新型步进电机具有高转速低能耗大扭矩，可以广泛应用与电动三轮车，电动汽车，电梯及其他工业电驱动领域。

Description

新型单级大功率两极双凹坑单相永磁步进电机
技术领域
本发明及步进电机技术，是在本人发明的新型大功率两极双凹坑单相永磁步进电机的基础上，经过无数次改进实验创新而来的第三代产品，尤其涉及电动三轮车，电动汽车，电梯等其他工业的电驱动领域。
背景技术
原新型大功率两极双凹坑单相永磁步进电机，通过长时间运行和大量实验发现电机存在设计缺陷和不足，首先电机定子硅钢片采用E形叠加结构使定子安装困难，同时硅钢片叠加在一起容易发生翘曲使硅钢片与硅钢片之间无法紧密结合，定子硅钢片存在设计不合理，其次原电机上的附属发电设备设计不合理四组磁电感应线圈的存在使电机体积和成本增加，也给主机造成能量损耗，同时原电机的控制磁钢采用方形磁钢造成电机脉冲不正时，使电机无法高速运行同时还造成启动困难，需要人为二次启动其次传感器调节器由于采用的是外部联动调节造成调节器总成机构复杂可靠性差同时调节精度也不高，同时当电机转子温度过高时，不能有效及时对外散热，原驱动器设计也存在不足工作频率过低，致使电机转速达不到最高的设计转速，工作也不稳定有误触发现象。
发明内容
本发明的目的，就是在原新型大功率两极双凹坑单相永磁步进电机的基础上，通过全面改进创新研发出一种新型单级大功率两极双凹坑单相永磁步进电机，为电动三轮车，电动汽车，电梯及其他工业电驱动领域提供动力。
本发明的目的是这样实现的，在电机的主轴上装有一个永磁转子，原长方形的控制磁钢改为圆形两极性磁环镶嵌在环形底座上，环形底座与转子轴连接，从而保证了脉冲的正时，主转子永磁体后面加装散热风扇，电机定子硅钢片由E形结构改为圆形半月形分体式结构，这种结构不仅使定子设计更加合理还便于安装连接，去掉原电机上的不合理设计附属发电设备四组磁电感应线圈，直接利用电机定子激磁线圈就可以发电，从而使电机体积和成本大幅度缩小电机性能得到提高，电机外壳改为整体式机壳，原定子锁止板改为环形锁止块，环形锁止块通过螺栓与定子与机壳紧密连接在一起坚固而牢靠。具体实施的技术解决方案如下；一种新型单级大功率两极双凹坑单相永磁步进电机是由：永磁两极性转子（1）、定子（2）、控制器磁环总成（3）、霍尔截止传感器K3和K4（4）、霍尔触发传感器K1和K2（5）、激磁线圈（6）、定子环形锁止块（7和8）、截止传感器调节器总成（9）、触发传感器调节器总成（10）、外壳前端盖（11）、外壳后端盖（12）、电机外壳（13）、截止传感器调节器总成器固定螺母（14）、触发传感器调节器总成固定螺母（15）、转子轴（16）、轴承（17）、飞轮（18）、外壳紧固螺母（19）、风扇（20）以及磁控触发器和驱动器组成如图（1），其相互位置及装配连接关系为：永磁转子（1）和控制器磁环总成（3）装配在转子轴（16）上，定子（2）通过定子环形锁止块（7）和（8）通过螺栓与电机外壳（13）相连接，截止传感器感器调节器总成（9）通过截止传感器调节器总成固定螺母（14）与电机外壳（13）相连接，触发传感器感器调节器总成（10）通过触发传感器调节器总成固定螺母（15）与电机外壳（13）相连接，激磁线圈（6）缠绕在定子（2）上与电机驱动器相连接，霍尔触发传感器K1K2安装在触发传感器调节器总成调节臂90度的位置上霍尔截止传感器K3K4安装在截止传感器总成调节臂中间45度的位置上并分别与磁控触发器相连接在与驱动器相连接，风扇叶片（20）装配在永磁转子（1）后面转子轴（16）上，转子轴（16）通过轴承（17）与电机外壳前端盖（11）电机外壳后端盖（12）通过若干外壳紧固螺母（19）与电机外壳（13）相连接，飞轮（18）装配在转子轴（16）的末端。
本发明与原新型大功率两极双凹坑单相永磁步进电机相比有如下优点和有益效果：
（1）把原电机定子硅钢片的E形结构改为圆形半月形分体式结构，设计更加合理使电机体积大幅缩小，结构更加紧凑，定子硅钢片电磁转换利用率更高，电机效率提高，能耗进一步降低，同时安装连接更加方便，结构更加牢固。
（2）把原长方形控制磁钢改为圆形两极性磁环，克服了原来电机不能自行启动，脉冲发射不正时，电机无法高速运行，无法达到理想工作状态的弊病，使脉冲正时更加精确。
（3）取消原电机上的不合理设计附属发电设备四组激磁感应线圈，直接利用定子激磁线圈发电，利用永磁转子现有的磁场，当电机被动运行的时候转子磁场就会切割定子激磁线圈，从而产生电能对外发电通过整流稳压后给蓄电池充电，取消以后电机体积大幅缩小更加紧凑能耗更低发电功率更大。
（4）原电机采用锁止板与定子无法紧密连接改为环形锁止块后，定子与电机外壳连接更加紧密牢固。
（5）对原电机驱动器和磁控触发器重新优化设计后，由于采用了四只大功率三极管组成的双稳态大功率前级驱动，使驱动器器工作更加稳定，工作频率和可靠性进一步提高，避免了误触发现象，当选用IGBT模块作为后级驱动的时候，驱动器最大输出功率可达200千瓦。
（6）采用了整体式电机外壳比原有分体式机壳更加牢固安装便捷。
（7）采用了传感器内置式调节器，比原有的外置调节器可靠性更高，结构更简单，设计更合理，脉冲正时更加精确。
（8）在永磁转子的两端各装有一块一定厚度的铝合金保护板，不仅能保护磁铁不受损害磕碰，还能起到散热降温作用，同时永磁转子的末端还装有风扇叶片，有效降低电机工作温度防止永磁转子因高温而退磁。
（9）经过以上全面升级改进创新后的电机彻底实现了设计合理，结构紧凑，低能耗，高转速，大扭矩，可以自发电，可以自主制动等优异特性，目前电机在试运行对比试验中本新型电机不仅相对于原电机有质的提升和其他同功率的普通电机相比也性能优越。
附图说明
下面结合附图和实施列对本发明做进一步说明：
图1为单级大功率两极双凹坑单相永磁步进电机结构原理图：永磁两极性转子（1）、定子（2）、控制器磁环总成（3）、霍尔截止传感器K3和K4（4）、霍尔触发传感器K1和K2（5）、激磁线圈（6）、定子环形锁止块（7和8）、截止传感器调节器总成（9）、触发传感器调节器总成（10）、外壳前端盖（11）、外壳后端盖（12）、电机外壳（13）、截止传感器调节器总成固定螺母（14）、触发传感器调节器总成固定螺母（15）、转子轴（16）、轴承（17）、飞轮（18）、外壳紧固螺母（19）、风扇（20）。
图2为电机定子硅钢片结构图：定子内圆两个豁口间中心连线的夹角为40度。
图3为定子环形锁止块。
图4为控制器磁环总成1-磁环底座 2-两极性磁环。
图5为驱动器总成电路图。
图6为磁控触发器总成电路图。
图7为触发传感器调节器总成结构图：1-环形调节臂环形臂夹角为90度 2-脉冲正时调节螺母 3-T形锁止臂 4-霍尔传感器K1和K2。
图8为截止传感器调节器总成结构图：1-环形调节臂环形臂夹角为90度 2-脉冲正时调节螺母 3-T形锁止臂 4-霍尔传感器K3和K4。
图9为电机结构图。
具体实施方式
一种新型单级大功率两极双凹坑单相永磁步进电机如图1是由永磁两极性转子（1）、定子（2）、控制器磁环总成（3）、霍尔截止传感器K3和K4（4）、霍尔触发传感器K1和K2（5）、激磁线圈（6）、定子环形锁止块（7和8）、截止传感器调节器总成（9）、触发传感器调节器总成（10）、外壳前端盖（11）、外壳后端盖（12）、电机外壳（13）、截止传感器调节器总成固定螺母（14）、触发传感器调节器总成器固定螺母（15）、转子轴（16）、轴承（17）、飞轮（18）、外壳紧固螺母（19）、风扇（20）组成。其相互位置及装配连接关系为：永磁转子（1）和控制磁环总成（3）装配在转子轴（16）上，定子（2）通过定子环形锁止块（7）和（8）通过螺栓与电机外壳（13）相连接，上传感器调节器总成（9）通过上调节器固定螺母（14）与电机外壳（13）相连接，下传感器调节器总成（10）通过下调节器固定螺母（15）与电机外壳（13）相连接，激磁线圈（6）缠绕在定子（2）上与电机驱动器相连接，霍尔触发传感器K1K2安装在触发传感器调节器总成（10）调节臂上90度的位置上霍尔截止传感器K3K4安装在截止传感器调节器总成（9）调节臂上中间45度的位置上并分别与磁控触发器相连接在与驱动器相连接，风扇叶片（20）装配在永磁转子（1）后面转子轴（16）上，转子轴（16）通过轴承（17）与电机外壳前端盖（11）电机外壳后端盖（12）通过若干外壳紧固螺母（19）与电机外壳（13）相连接，飞轮（18）装配在转子轴（16）的末端。图4中控制器磁环总成采用两极性磁环以镶嵌的方式，镶嵌在耐高温的工程塑料或者铝合金材料的底座上。图7中触发传感器调节器总成，环形调节臂夹角为90度，霍尔传感器K1和K2安装在90度角的位置上，松开调整螺母，改变环形调节臂的角度位置，就可以调节脉冲的正时和频率高低，改变电机转速和扭矩大小，使电机处于最佳工作状态。图8中截止传感器调节器总成，环形调节臂夹角同样为90度，霍尔传感器K3和K4安装在环形调节臂夹角45度的位置，也就是环形调节臂的中间位置，松开调整螺母，改变环形调节臂的角度位置，同样可以就可以调节脉冲的正时和频率高低，改变电机转速和扭矩大小，在这里需要说明的是，两个调节器总成必须同时调整才能使脉冲正时使电机处于最佳工作状态，通过上述一系列的改进升级本新型电机目前运行良好性能优异。

Claims (8)

1.一种包括转子、定子、控制器磁环总成、霍尔传感器、激磁线圈、定子环形锁止块、霍尔截止传感器调节器总成、霍尔触发传感器调节器总成、外壳前端盖、外壳后端盖、电机外壳、调节器总成固定螺母、转子轴、轴承、飞轮、外壳紧固螺母、风扇以及磁控触发器和驱动器组成的单级大功率两极双凹坑单相永磁步进电机，其特征在于它由转子（1）为圆柱形两极性永磁体、定子（2）、控制器磁环总成（3）为圆形两极性磁环、霍尔截止传感器K3K4（4）、霍尔触发传感器K1K2（5）、激磁线圈（6）、定子环形锁止块（7和8）、截止传感器调节器总成（9）、触发传感器调节器总成（10）、外壳前端盖（11）、外壳后端盖（12）、电机外壳（13）、截止传感器调节器总成固定螺母（14）、触发传感器调节器总成固定螺母（15）、转子轴（16）、轴承（17）、飞轮（18）、外壳固定螺母（19）、风扇（20）以及磁控触发器和电机驱动器共同连接组成，其相互位置及装配连接关系为：永磁转子（1）和控制器磁环总成（3）装配在转子轴（16）上，定子（2）通过定子环形锁止块（7）和（8）通过螺栓与电机外壳（13）相连接，截止传感器感器调节器总成（9）通过截止传感器调节器总成固定螺母（14）与电机外壳（13）相连接，触发传感器调节器总成（10）通过触发传感器调节器总成固定螺母（15）与电机外壳（13）相连接，激磁线圈（6）缠绕在定子（2）上与电机驱动器相连接，霍尔传感器K1K2和K3K4分别与磁控触发器相连接在与驱动器相连接，风扇叶片（20）装配在永磁转子（1）后面转子轴（16）上，转子轴（16）通过轴承（17）与电机外壳前端盖（11）电机外壳后端盖（12）通过若干外壳紧固螺母（19）与电机外壳（13）相连接，飞轮（18）装配在转子轴（16）的末端。
2.根据权利要求1所诉的新型单级大功率两极双凹坑单相永磁步进电机其特征是，所诉的控制器磁环总成是由两极性磁环镶嵌在磁环底座上，共同装配在转子轴上。
3.根据权利要求1所诉的新型单级大功率两极双凹坑单相永磁步进电机其特征是，所诉的定子结构为圆形半月形分体式结构，其定子内圆两个豁口间中心连线的夹角为40度。
4.根据权利要求1所诉的新型单级大功率两极双凹坑单相永磁步进电机其特征是，所诉的触发传感器调节器总成和截止传感器调节器总成，其环形调节臂两端的夹角为90度。
5.根据权利要求1所诉的新型单级大功率两极双凹坑单相永磁步进电机其特征是，所诉的霍尔触发传感器K1K2安装在环形调节臂90度的位置上，霍尔截止传感器K3K4安装在环形调节臂45度的位置上也就是环形调节臂的中间位置。
6.根据权利要求1所诉的新型单级大功率两极双凹坑单相永磁步进电机其特征是，所诉的定子环形锁止块分别与定子和电机外壳连接在一起。
7.根据权利要求1所诉的新型单级大功率两极双凹坑单相永磁步进电机其特征是，所诉的风扇叶片安装在永磁转子末端的转子轴上。
8.根据权利要求1所诉的新型单级大功率两极双凹坑单相永磁步进电机其特征是，所诉的飞轮安装在转子轴的末端。
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CN114751326A (zh) * 2022-03-31 2022-07-15 浙江阜康机械有限公司 一种永磁电动绞盘

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