CN110224515A - 电动机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电动机，包括运动部和定子线圈，运动部由一个以上永磁铁和一个以上导磁部组成；永磁铁均匀分布且同磁极相对；永磁铁均轴向充磁；导磁部分置于相邻的永磁铁之间的间隙中；导磁部均由铁磁材料制成；导磁部与永磁铁固定连接；运动部置于运动部固定装置中；定子线圈，套设于所述运动部的外部，固定于定子线圈固定装置中；所述定子线圈固定装置由导磁材料制成。本发明通过设计导磁材料与永磁铁组成的运动部，并且永磁铁同级相向的结构，再配合定子线圈，定子线圈与运动部的相互作用力(磁场力和安培力)全部作用在切向方向，转矩角恒为零，电动机的性能和效率亦提高。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种电动机。
背景技术
电动机(Motor)，是利用通电线圈(也就是定子绕组)产生旋转磁场并作用于转子、形成磁电动力旋转扭矩，从而将电能转换成机械能的一种设备。电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机。目前，电动机广泛应用于机械制造工业、冶金工业、煤炭工业、石油工业、轻纺工业、化学工业及其他各种矿企业中，对国民经济的发展具有重要作用。
电动机通常是包括转子和定子，利用安培力或利用磁场力使转子转动并通过输出轴输出动力。现有电动机定子磁场与转子磁场之间的磁场力与转子运动方向存在一个夹角，为转矩角，此转矩角在一个范围内变动，定子磁场与转子磁场的磁场力的切向分量拖动转子转动。现有的电动机的转矩角不恒为零，电动机的效率依然存在提升潜力。
CN108475977A涉及一种使用永磁体和线圈将由振动运动产生的机械能转换成电流的装置。该技术方案包括：圆筒形壳体；具有轴向磁化的两个圆柱形磁芯，所述磁芯设置在圆筒形壳体内，其中同性磁极面向彼此；具有轴向绕组的两个圆筒形线圈，所述线圈在圆筒形壳体上设置在相应的磁芯上方；并且该技术方案设置有具有径向绕组的圆筒形线圈，所述具有径向绕组的圆筒形线圈在圆筒形壳体上设置在具有轴向绕组的圆筒形线圈之间。其中，圆筒形壳体11具有提供自由空气循环的开口8、9、10而不干扰第一磁芯1的轴向运动。技术效果是将振动运动产生的机械能转换成电流，但效率不及传统发电机。高效电动机的开发与推广应用已经刻不容缓。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种电动机，以克服现有电动机转矩角不恒为零，效率有待提升的技术问题。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种电动机，所述电动机包括
运动部，包括一个以上轴向充磁的永磁铁和一个以上导磁部；所述永磁铁均匀分布且同磁极相对；-所述导磁部分置于相邻的一个以上所述永磁铁之间的间隙中；所述导磁部均由铁磁材料制成；所述导磁部与所述永磁铁固定连接，所述运动部置于运动部固定装置中；和
定子线圈，套设于所述运动部的外部，固定于定子线圈固定装置中；所述定子线圈固定装置由导磁材料制成。
进一步的，所述永磁铁和所述导磁部的横截面为圆形。
进一步的，所述导磁部由铁磁材料制成。
进一步的，所述铁磁材料为含硅量0.5～4.8％的硅铁合金。
进一步的，一个以上所述永磁铁和一个以上所述导磁部的组合呈圆环状。
进一步的，所述电动机还包括传动机构。
进一步的，所述传动机构包括
齿轮，设于所述运动部的外侧；和
齿，设于所述运动部的外表面；
所述齿轮与所述齿相配合。
进一步的，一个以上所述永磁铁和一个以上所述导磁部的组合呈直线型。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明通过设计导磁材料与永磁铁组成的运动部，并且永磁铁同级相对的结构，再配合密绕的定子线圈，导磁部相当于定子线圈的铁芯，定子线圈与永磁铁在导磁部中产生磁场力，永磁铁相斥的磁场通过部分定子线圈产生安培力，且相互作用力(磁场力和安培力)全部作用在切向方向，转矩角恒为零，电动机的性能和效率亦提高。同时，本发明的电动机无传统电动机定子齿槽的结构，无横向边缘效应、初级绕组利用率高(定子无端部绕组)，又无传统电动机定子齿槽，避免了因此产生的谐波、脉震。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例1所述电动机的结构示意图；
图2为本发明实施例2所述电动机的结构示意图；
附图说明：
1-轴承；2-齿轮；3-齿；4-导磁部；201-第一定子线圈；202-第二定子线圈；203-第三定子线圈；204-第四定子线圈；205-第五定子线圈；206-第六定子线圈；207-第七定子线圈；208-第八定子线圈；209-第九定子线圈；210-第十定子线圈；211-第十一定子线圈；212-第十二定子线圈；221-第二十一定子线圈；222-第二十二定子线圈；223-第二十三定子线圈；224-第二十四定子线圈；225-第二十五定子线圈；226-第二十六定子线圈；227-第二十七定子线圈；228-第二十八定子线圈；229-第二十九定子线圈；230-第三十定子线圈；231-第三十一定子线圈；232-第三十二定子线圈；31-第一永磁铁；32-第二永磁铁；33-第三永磁铁；34-第四永磁铁。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明涉及一种电动机，其主要涉及思想在于：导磁部作为定子线圈的铁芯，并且随运动部转动，定子线圈在导磁部中产生的磁场与永磁铁产生磁场力，永磁铁相斥的磁场通过部分定子线圈，产生安培力。使得通电线圈一部分通过磁场力使运动部发生运动，一部分通过安培力作用使运动部发生运动，且转矩角恒为零，最终达到提高电动机的性能和效率的目的。
基于如上设计思想，下述实施例对该设计思想下的其中一部分具体应用进行详细说明。
实施例1
本实施例涉及一种电动机，其中一种示例性结构如图1所示。由图1可知，该电动机主要包括两个永磁铁、两个导磁部4和定子线圈，但不限于此，可选用多个永磁铁、导磁部4和定子线圈，以在应用于电动机时能够维持电动机的稳定性，同时可以更好地适用于不同领域。
其中，该转子即为本实施例所述的运动部，其主要包括永磁铁31、永磁铁32和两个导磁部4(相当于定子铁芯)，具体地，该永磁铁和导磁部4间隔设置、均匀分布，其组合呈圆环状；导磁部4与永磁铁固定连接；两个永磁铁均轴向充磁，在与导磁部连接时，其N极相对、S极亦相对；同时，所述导磁部4由铁磁材料制成。
本实施例通过采用磁导率远大于空气的导磁部4，使得于电动机结构中主磁通磁路的磁阻减小，从而磁密(即磁感应强度)得到增强，进而提高电动机的性能和效率。本实施例的导磁部4可由任何性能良好的铁磁材料制成。
为了进一步提高电动机的性能，本发明的一种具体实施方式中，选用铁磁材料制成导磁部4，铁磁材料可为软磁材料和硬磁材料的一种或多种。所述软磁材料可选自铸铁、铸钢、软磁铁氧体和硅钢片中的一种或多种。所述硬磁材料可选自铸造型铝镍钴、粉末型铝镍钴、铁氧体、稀土钴和钕铁硼中的一种或多种。优选的，所述导磁部4选用软磁材料制成。
为了更进一步提高电动机的性能，本发明的另一种具体实施方式中，选用含硅量在0.5～4.8％的硅铁合金制成所述导磁部4。优选地，为减小涡流损耗，所述导磁部4由硅钢片叠加成一定形状。
为了更进一步提高电动机的性能，本发明的一种具体实施例中，将转子的横截面设置为圆形。由此，应用于电动机时，螺旋结构的定子线圈于圆环形的导磁部中形成的磁场强度进一步增大，从而提高电动机的性能和效率。
除支撑轴承和齿轮处，该定子线圈密绕并套设于所述转子的外部，定子线圈可固定于电机外壳内部，但不限于此，只要该定子线圈固定装置可实现对电子线圈的固定即可。值得注意的是，本发明的定子线圈缠绕方式不同于传统电动机。
传统电机定子上有齿槽，定子线圈固定于槽内，齿相当于定子线圈的铁芯，在定子线圈通电后，产生磁场。在同步电机中，定子磁场与转子磁场间的磁场力的切向分量拖动转子转动。且定子齿、槽会产生谐波磁场和转矩脉震。本实施例中，定子上无齿槽结构，定子线圈密绕并均匀固定于电极外壳内部。运动部上的导磁部相当于定子线圈的铁芯，定子线圈在导磁部中产生磁场，定子磁场与永磁铁磁场间的磁场力全部作用于切线方向，永磁铁之间产生排斥磁场通过部分定子线圈，产生安培力，也作用于切线方向。
其中，本实施例的定子线圈共分为12组，但不限于此，定子线圈的具体分组数量可根据电机性能要求进行调整，分为不同数量组数。其中，上述外壳由导磁材料制成。
本实施例的转子固定装置可选用轴承1，但不限于此，只要其可实现对转子的固定即可。于转子与定子线圈之间设有轴承1，轴承1套设于所述转子外，起到固定转子的作用，使得转子能在轴承中自由转动；优选的，所述轴承1的个数为3个。
如图1所示，在图示位置，第四定子线圈204、第五定子线圈205、第六定子线圈206、第十定子线圈210、第十一定子线圈211、第十二定子线圈212此时得电；第七定子线圈207、第八定子线圈208、第九定子线圈209、第一定子线圈201、第二定子线圈202、第三定子线圈203此时失电。
首先，第四定子线圈204、第五定子线圈205和第六定子线圈206三个定子线圈所产生磁场方向一致，即在导磁部4中产生的磁场与第二永磁铁32相互吸引，与第一永磁铁31相互排斥，使得转子受到逆时针旋转的磁场力。由于通电线圈与永磁铁磁场的相互作用，第一永磁铁31与第二永磁铁32相互排斥的磁场将通过第六定子线圈206，同样产生使转子逆时针旋转的安培力。并且转子受到的力全部作用于切线方向，转矩角恒为零。第十定子线圈210、第十一定子线圈211和第十二定子线圈212线圈同理。
随着转子逆时针旋转，当转子转过一个定子线圈位置时，第四定子线圈204失电、第七定子线圈207得电，同时，第十定子线圈210失电、第一定子线圈201得电。此时，相邻得电的三个定子线圈第五定子线圈205、第六定子线圈206和第七定子线圈207磁场方向相同，亦及使转子逆时针旋转，同理第十一定子线圈211、第十二定子线圈212、第一定子线圈201；以此类推，定子线圈以逆时针方向依次得电、失电，转子便做逆时针旋转。同理，亦可使转子顺时针旋转。
其次，本实施例的电动机无传统电动机定子齿槽的结构，此电动机中的导磁部4相当于传统电动机定子线圈的铁芯，其外壳为磁路一部分。与传统电动机对比，本实施例的电动机无横向边缘效应、初级绕组利用率高(定子无端部绕组)等，又无传统电动机定子齿槽，避免了因此产生的谐波、脉震。由此，本实施例定子线圈与转子的相互作用力全部作用在切向方向，转矩角恒为零，即电动机产生的吸引力全部为切线方向，全部作用力使转子转动，将电能转化为机械能。克服了传统电动机中定子线圈与转子产生的吸引力仅切线分量为转动力的技术问题。且由于螺旋形状的定子线圈在转子中产生的磁密(即磁感应强度)大，提高了电动机的性能和效率。
为了进一步提高电动机的效率，本发明的一种实施例中，还包括传动机构，用于带动外部结构进行机械运动。该传动机构可选自齿轮传动机构、链传动机构、带传动机构、蜗轮蜗杆传动机构和凸轮机构中的任意一种，只要其可带动外部结构进行机械运动、将电能转化为机械能即可。
为了进一步提高电动机的传动效率，本发明的其中一种具体实施方式中，所述传动机构包括齿轮2和齿3(如图1)。具体地，转子的外表面沿周向设有多个齿3，多个齿3沿转子的轴线方向间隔排列设置；齿轮2，固定连接于所述转子的外侧，其外表面沿周向设有多个齿，多个齿沿齿轮2的轴线方向间隔排列设置。齿轮2上的齿与齿3相配合。当电动机通入电流时，转子旋转，通过相配合的齿轮2和齿3带动外部结构进行机械运动，将电能转化为机械能，使得传动既方便又高效。
实施例2
本实施例涉及一种电动机，其中一种示例性结构如图2所示。本实施例电动机的结构与实施例1相似，区别仅在于：本实施例的运动部为动子，其由两个永磁铁和两个导磁部4组成，该两个永磁铁和两个导磁部4的组合为直线型。
该定子线圈密绕并套设于所述动子的外部，定子线圈可固定于外壳内侧，共分为12组。其中，上述外壳为导磁材料。具体地，如图2所示，在图示位置，第二十一定子线圈221、第二十二定子线圈222、第二十三定子线圈223、第二十七定子线圈227、第二十八定子线圈228、第二十九定子线圈229此时得电；第二十四定子线圈224、第二十五定子线圈225、第二十六定子线圈226、第三十定子线圈230、第三十一定子线圈231、第三十二定子线圈232此时失电。
首先，第二十七定子线圈227、第二十八定子线圈228和第二十九定子线圈229三个定子线圈所产生磁场方向一致，即在导磁部4中产生的磁场与第四永磁铁34相互吸引，与第三永磁铁33相互排斥，使得动子受到向左运动的磁场力。由于通电线圈与永磁铁磁场的相互作用，第三永磁铁33与第四永磁铁34相互排斥的磁场将通过第二十六定子线圈226，同样产生使动子向左运动的安培力。并且转子受到的力全部作用于水平方向。第二十一定子线圈221、第二十二定子线圈222和第二十三定子线圈223同理。
随着动子向左运动，当动子移动一个定子线圈位置时，第二十三定子线圈223失电、第二十六定子线圈226得电；第二十九定子线圈229失电，相邻得电的线圈第二十六定子线圈226、第二十七定子线圈227和第二十八定子线圈228得电，磁场方向相同，亦使动子向左运动；以此类推，定子线圈向左依次得电、失电，动子便向左运动。同理，动子亦可向右运动。
其次，本实施例的电动机无传统电动机定子齿槽的结构，此电动机中的导磁部4相当于传统电动机定子线圈的铁芯，其外壳为磁回路一部分。对比传统直线电动机，本实施例的直线电机无齿槽定位力、边端定位力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种电动机，其特征在于：所述电动机包括
运动部，包括一个以上轴向充磁的永磁铁和一个以上导磁部(4)；所述永磁铁均匀分布且同磁极相对；所述导磁部(4)分置于相邻的所述永磁铁之间的间隙中；所述导磁部(4)均由铁磁材料制成；所述导磁部(4)与所述永磁铁固定连接，所述运动部置于运动部固定装置中；和
定子线圈，套设于所述运动部的外部，固定于定子线圈固定装置中；所述定子线圈固定装置由导磁材料制成。
2.根据权利要求1所述的电动机，其特征在于：所述永磁铁和所述导磁部(4)的横截面为圆形。
3.根据权利要求1所述的电动机，其特征在于：所述导磁部(4)由铁磁材料制成。
4.根据权利要求3所述的电动机，其特征在于：所述铁磁材料为含硅量0.5～4.8％的硅铁合金。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的电动机，其特征在于：一个以上所述永磁铁和一个以上所述导磁部(4)的组合呈圆环状。
6.根据权利要求5所述的电动机，其特征在于：所述电动机还包括传动机构。
7.根据权利要求6所述的电动机，其特征在于：所述传动机构包括
齿轮(2)，设于所述运动部的外侧；和
齿(3)，设于所述运动部的外表面；
所述齿轮(2)与所述齿(3)相配合。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的电动机，其特征在于：一个以上所述永磁铁和一个以上所述导磁部(4)的组合呈直线型。
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