CN110323907B - 积木式定子盘、永磁电机及其速度控制方法 - Google Patents

积木式定子盘、永磁电机及其速度控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种积木式定子盘、永磁电机及其速度控制方法，积木式定子盘包括若干定子齿、平行于转子盘方向绕包于每一定子齿上的绕组、内外套设的内固定环架和外固定环架；若干定子齿设置于内固定环架和外固定环架之间并围合成一环形；定子齿的一端通过第一连接片固定连接于内固定环架上，定子齿的另一端通过第二连接片固定连接于外固定环架上。本发明结构简单，控制方便，无需转换成旋转磁场，有别于传统的永磁电机的控制方式，只需不断改变线圈在不同磁极即可使电机转动，成本低，维护方便。

Description

积木式定子盘、永磁电机及其速度控制方法
技术领域
本发明涉及一种积木式定子盘、永磁电机及其速度控制方法，属于永磁电机领域。
背景技术
与电励磁电机相比，永磁电机，具有结构简单，运行可靠；体积小，质量轻；损耗小，效率高；电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点，因而应用范围极为广泛，几乎遍及航空航天、国防以及发电、电梯、电动车等日常生活的各个领域。
现有的永磁电机的驱动原理均是定子盘上的绕组通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，旋转磁场带动转子盘转动，例如专利号为ZL201210324131.6中描述的永磁叠层电机、专利号ZL201820599085.3 中描述的永磁电机等。需将直流电转换成所需的三相交流电，再带动电机运转，成本较高。且定子盘的每一定子齿绕设的线圈有限，没有很好地利用材料绕设更多的线圈，磁通量较低，影响电机的工作效率。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种积木式定子盘、永磁电机及其速度控制方法，本发明结构简单，控制方便，无需转换成旋转磁场，有别于传统的永磁电机的控制方式，只需不断改变线圈在不同磁极即可使电机转动，成本低，维护方便。
本发明的技术方案如下：
一种积木式定子盘，包括若干定子齿、平行于转子盘方向绕包于每一定子齿上的绕组、内外套设的内固定环架和外固定环架；若干定子齿设置于内固定环架和外固定环架之间并围合成一环形；定子齿的一端通过第一连接片固定连接于内固定环架上，定子齿的另一端通过第二连接片固定连接于外固定环架上。
其中，所述定子齿的中部外围设有用于绕包绕组的凹槽。
其中，所述定子齿朝向转子盘一侧的横截面为扇环形或等腰梯形。
其中，所述第一连接片的中部与定子齿面向所述内固定环架的端面通过铆钉固定连接，第一连接片的两端分别朝向内固定环架的上下端面弯折，将第一连接片与内固定环架固定连接；所述第二连接片的中部与定子齿面向所述外固定环架的端面通过铆钉固定连接，第二连接片的两端分别朝向外固定环架的上下端面弯折，将第二连接片与外固定环架固定连接；所述外固定环架由两半圆弧形架固定连接形成。
一种永磁电机，包括m个如上述的定子盘、m+1个转子盘以及主控制电路，m为大于或等于的整数；m+1个转子盘相互平行，m个定子盘分别间隔设置于相邻转子盘之间；转子盘的盘面上镶嵌有同轴心的环形的磁极；磁极由沿周向设置的若干永磁块拼接而成，同一磁极上的相邻永磁块的极性相反；两相邻转子盘上相对侧的永磁块的极性相反；每一所述定子盘上的定子齿设有2p个，p为大于或等于的整数；2p个绕组分别绕设于2p个定子齿上，每一转子盘的永磁块设置有2p个；永磁块面向定子盘的端面的面积与定子盘的每一定子齿的磁靴面积相等；主控制电路驱动绕组不断变化磁极，使得永磁块在磁极同性相斥及磁极异性相吸作用下驱动转子盘转动。
其中，所述主控制电路包括用于位置感应的第一霍尔开关器件、用于位置感应的第二霍尔开关器件、开关管驱动电路以及定子线圈控制电路；第一霍尔开关器件和第二霍尔开关器件分别设置于一定子齿面向转子盘的端面的两侧斜边沿上；第一霍尔开关器件或第二霍尔开关器件与开关管驱动电路信号连接；一用于速度调节的霍尔线性器件与开关管驱动电路信号连接；定子线圈控制电路包括将2p个绕组分为两份后单份串联的A相支路和B相支路；相邻的绕组位于不同支路上；定子线圈控制电路还包括分别与A相支路和B相支路连接的电源以及若干开关管；若干开关管连接于A相支路、B相支路与电源之间用于控制电流流向；若干开关管分别与开关管驱动电路的输出端信号连接；第一霍尔开关器件或第二霍尔开关器件感应到转子盘上相对应的永磁块上的N极磁场后，开关管驱动电路和定子线圈控制电路工作，控制A相支路和B相支路的电流方向，使得定子盘上各绕组磁极变化，转子盘上的永磁块在磁极同性相斥和异性相吸作用下使得转子盘转动。
其中，所述开关管的数量有六个，分别为第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管；第一开关管和第二开关管串联后并联于电源的正负极之间；第三开关管和第四开关管串联后并联于电源的正负极之间；第五开关管和第六开关管串联后并联于电源的正负极之间；A相支路一端连接于第一开关管和第二开关管之间，A相支路的另一端连接于第五开关管和第六开关管之间；B相支路一端连接于第三开关管和第四开关管之间，B相支路另一端连接于第五开关管和第六开关管之间。
其中，所述开关管驱动电路包括第一电压比较器、第二电压比较器、第三电压比较器、第四电压比较器、第一非门元件、第二非门元件、第一与门元件、第二与门元件、第三与门元件和第四与门元件；第一电压比较器的输入端与所述霍尔线性器件的输出端连接，第一电压比较器的输出端与第一与门元件的输入端电信号连接，第一与门元件的输入端还与第一霍尔开关器件或第二霍尔开关器件的输出端电信号连接，第一与门元件的输出端分别与第一开关管和第六开关管的输入端电信号连接；第二电压比较器的输入端与所述霍尔线性器件的输出端电信号连接，第二电压比较器的输出端与第二与门元件的输入端电信号连接，第二与门元件的输入端还与第一非门元件电信号连接后与第一霍尔开关器件或第二霍尔开关器件的输出端电信号连接；第二与门元件的输出端分别与第二开关管和第五开关管的输入端电信号连接；第三电压比较器的输入端与所述霍尔线性器件的输出端电信号连接，第三电压比较器的输出端与第三与门元件的输入端电信号连接，第三与门元件的输入端还与第一霍尔开关器件或第二霍尔开关器件的输出端电信号连接，第三与门元件的输出端与第三开关管的输入端电信号连接；第四电压比较器的输入端与所述霍尔线性器件电信号连接，第四电压比较器的输出端与第四与门元件的输入端电信号连接，第四与门元件的输入端还与第二非门元件电信号连接后与第一霍尔开关器件或第二霍尔开关器件电信号连接；第四与门元件的输出端与第四开关管电信号连接；第一电压比较器、第二电压比较器、第三电压比较器和第四电压比较器的基准电压依次递增。
其中，所述开关管驱动电路包括第一电压比较器、第二电压比较器、第三电压比较器、第四电压比较器、第一非门元件、第二非门元件、第一与门元件、第二与门元件、第三与门元件和第四与门元件；第一霍尔开关器件或第二霍尔开关器件的输出端与一D/A转换器的输入端电信号连接，所述D/A转换器的输出端分别与第一电压比较器、第二电压比较器、第三电压比较器、第四电压比较器的基准电压输入端电信号连接；霍尔线性器件的输出端和对地之间依次串联有第一电阻、第二电阻和第三电阻；第一电压比较器的输入端连接于所述霍尔线性器件的输出端和第一电阻之间，第一电压比较器的输出端与第一与门元件的输入端电信号连接，第一与门元件的输入端还与第一霍尔开关器件或第二霍尔开关器件的输出端电信号连接，第一与门元件的输出端分别与第一开关管和第六开关管的输入端电信号连接；第二电压比较器的输入端连接于第一电阻和第二电阻之间，第二电压比较器的输出端与第二与门元件的输入端电信号连接，第二与门元件的输入端还与第一非门元件电信号连接后与第一霍尔开关器件或第二霍尔开关器件的输出端电信号连接；第二与门元件的输出端分别与第二开关管和第五开关管的输入端电信号连接；第三电压比较器的输入端连接于第二电阻和第三电阻之间，第三电压比较器的输出端与第三与门元件的输入端电信号连接，第三与门元件的输入端还与第一霍尔开关器件或第二霍尔开关器件的输出端电信号连接，第三与门元件的输出端与第三开关管的输入端电信号连接；第四电压比较器的输入端连接于第二电阻和第三电阻之间，第四电压比较器的输出端与第四与门元件的输入端电信号连接，第四与门元件的输入端还与第二非门元件电信号连接后与第一霍尔开关器件或第二霍尔开关器件电信号连接；第四与门元件的输出端与第四开关管电信号连接；第一电压比较器、第二电压比较器、第三电压比较器和第四电压比较器的基准电压由D/A转换器经转换为电压信号后提供。
一种永磁电机的速度控制方法，包括上述的永磁电机，步骤如下：
S1、选择第一霍尔开关器件还是第二霍尔开关器件工作来选择是正转或反转；
S2、第一霍尔开关器件或第二霍尔开关器件感应到转子盘上相应的永磁块为N极时，开关管驱动电路和定子线圈控制电路工作；使得A相支路上的绕组的磁极为N极，相邻的B相支路上的绕组的磁极为S极；
S3、转子盘上与第一霍尔开关器件或第二霍尔开关器件相对应的N极永磁块在被相对应定子盘的A相支路的N极磁极排斥转动，相对应定子盘的A相支路的N极磁极吸引转子盘上相邻的S极永磁块，从而转子盘转动；
S4、转子盘转动过程中，开关管驱动电路接收第一霍尔开关器件或第二霍尔开关器件的感应信号，并控制定子线圈控制电路工作来改变A相支路和B相支路的磁极，从而使得转子盘持续工作。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明结构简单，控制方便，无需转换成旋转磁场，有别于传统的永磁电机的控制方式，只需不断改变线圈在不同磁极即可使电机转动，成本低，维护方便。
2、本发明的定子盘采用拼接的方式来拼接组合，同时可产生双面的磁靴效果，双面的磁靴效果可大大提高电机的输出功率。
3、本发明的定子盘的定子齿在材料上更为节省，线圈绕组直接绕在定子齿的凹槽上，排列整齐，增大线圈的排列匝数，有限提升磁通量。
4、本发明的电机的定子盘和转子盘数量可根据实际需求设计组合，适用范围广。
5、本发明通过控制电路来实现对电机的调速，简单可靠，调速范围广，可根据需求来设定调控速度，电机的功率输出的大小可根据绕组工作数量方便的组合，达到最佳。
6、本发明通过选择是第一霍尔开关器件工作还是第二霍尔开关器件工作，来实现电机的正反转控制，正反转控制简单方便。
附图说明
图1为本发明的定子齿的结构示意图；
图2为本发明的定子齿绕包绕组后的结构示意图；
图3为本发明的定子盘的含有部分定子齿的结构示意图；
图4为本发明的定子盘的整体结构示意图；
图5为本发明的永磁电机的内部结构示意图；
图6为本发明的定子线圈控制电路的原理示意图；
图7为本发明的控制电路的手动调速的原理示意图；
图8为本发明的控制电路的自动调速的原理示意图；
图9为本发明的图4的沿K-K线的剖面图。
图中附图标记表示为：
1、定子盘；11、定子齿；12、绕组；13、内固定环架；14、外固定环架；15、第一连接片；16、第二连接片；17、凹槽；2、转子盘；21、永磁块；3、主控制电路；30、霍尔线性器件；31、第一霍尔开关器件；32、第二霍尔开关器件；33、开关管驱动电路；34、定子线圈控制电路；35、B相支路；36、A相支路；37、电源；38、开关管；381、第一开关管；382、第二开关管；383、第三开关管；384、第四开关管；385、第五开关管；386、第六开关管；331、第一电压比较器；332、第二电压比较器；333、第三电压比较器；334、第四电压比较器；335、第一非门元件；336、第二非门元件；3301、第一与门元件；3302、第二与门元件；3303、第三与门元件；3304、第四与门元件；4、横截面；5、D/A转换器；61、第一电阻；62、第二电阻；63、第三电阻。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。
参见图1-5和图9，一种积木式定子盘，包括若干定子齿11、平行于转子盘2方向绕包于每一定子齿11上的绕组12、内外套设的内固定环架13和外固定环架14；若干定子齿11设置于内固定环架13和外固定环架14之间并围合成一环形；定子齿11的一端通过第一连接片15固定连接于内固定环架13上，定子齿11的另一端通过第二连接片16固定连接于外固定环架14上。所述定子齿11由若干定子冲片叠加固定而成。
所述定子齿11的中部外围设有用于绕包绕组12的凹槽17。便于绕设绕组12。
所述定子齿11朝向转子盘2一侧的横截面4为扇环形或等腰梯形。
所述第一连接片15的中部与定子齿11面向所述内固定环架13的端面通过铆钉固定连接，第一连接片15的两端分别朝向内固定环架13的上下端面弯折，将第一连接片15与内固定环架13固定连接；所述第二连接片16的中部与定子齿11面向所述外固定环架14的端面通过铆钉固定连接，第二连接片16的两端分别朝向外固定环架14的上下端面弯折，将第二连接片16与外固定环架14固定连接；所述外固定环架14由两半圆弧形架固定连接形成。便于定子盘1的制造。
本发明的定子盘的安装过程如下：
先将每一定子齿11与第一连接片15、第二连接片16通过铆钉固定好，再将绕组12绕包于凹槽17上，然后将若干定子齿11的第一连接片15套设固定于内固定环架13的外围，此时，外固定环架14为两半圆弧形架，将两半圆弧形架套设卡合于若干定子齿11的第二连接片16，并将两半圆弧形架固定连接，即定子盘1制备完成。
参见图1-8，一种永磁电机，包括m个如上述的定子盘1、m+1个转子盘2以及主控制电路3，m为大于或等于1的整数；m+1个转子盘2相互平行，m个定子盘1分别间隔设置于相邻转子盘2之间；转子盘2的盘面上镶嵌有同轴心的环形的磁极；磁极由沿周向设置的若干永磁块21拼接而成，同一磁极上的相邻永磁块21的极性相反；两相邻转子盘2上相对侧的永磁块的极性相反；每一所述定子盘1上的定子齿11设有2p个，p为大于或等于1的整数；2p个绕组12分别绕设于2p个定子齿11上，每一转子盘2的永磁块21设置有2p个；永磁块21面向定子盘1的端面的面积与定子盘1的每一定子齿11的磁靴面积相等；主控制电路3驱动绕组12不断变化磁极，使得永磁块21在磁极同性相斥及磁极异性相吸作用下驱动转子盘2转动。
参见图1-6，所述主控制电路3包括用于位置感应的第一霍尔开关器件31、用于位置感应的第二霍尔开关器件32、开关管驱动电路33以及定子线圈控制电路34；第一霍尔开关器件31和第二霍尔开关器件32分别设置于一定子齿11面向转子盘2的端面的两侧斜边沿上；第一霍尔开关器件31或第二霍尔开关器件32与开关管驱动电路33信号连接；一用于速度调节的霍尔线性器件30与开关管驱动电路33信号连接；定子线圈控制电路34包括将2p个绕组12分为两份后单份串联的A相支路36和B相支路35；相邻的绕组12位于不同支路上；定子线圈控制电路34还包括分别与A相支路36和B相支路35连接的电源37以及若干开关管38；若干开关管38连接于A相支路36、B相支路35与电源37之间用于控制电流流向；若干开关管38分别与开关管驱动电路33的输出端信号连接；第一霍尔开关器件31或第二霍尔开关器件32感应到转子盘2上相对应的永磁块21上的N极磁场后，开关管驱动电路33和定子线圈控制电路34工作，控制A相支路36和B相支路35的电流方向，使得定子盘1上各绕组12磁极变化，转子盘2上的永磁块21在磁极同性相斥和异性相吸作用下使得转子盘2转动。
参见图1-6，所述开关管38的数量有六个，分别为第一开关管381、第二开关管382、第三开关管383、第四开关管384、第五开关管385和第六开关管386；第一开关管381和第二开关管382串联后并联于电源37的正负极之间；第三开关管383和第四开关管384串联后并联于电源37的正负极之间；第五开关管385和第六开关管386串联后并联于电源37的正负极之间；A相支路36一端连接于第一开关管381和第二开关管382之间，A相支路36的另一端连接于第五开关管385和第六开关管386之间；B相支路35一端连接于第三开关管383和第四开关管384之间，B相支路35另一端连接于第五开关管385和第六开关管386之间。
参见图5和图7，所述开关管驱动电路33包括第一电压比较器331、第二电压比较器332、第三电压比较器333、第四电压比较器334、第一非门元件335、第二非门元件336、第一与门元件3301、第二与门元件3302、第三与门元件3303和第四与门元件3304；第一电压比较器331的输入端与所述霍尔线性器件30的输出端连接，第一电压比较器331的输出端与第一与门元件3301的输入端电信号连接，第一与门元件3301的输入端还与第一霍尔开关器件31或第二霍尔开关器件32的输出端电信号连接，第一与门元件3301的输出端分别与第一开关管381和第六开关管386的输入端电信号连接；第二电压比较器332的输入端与所述霍尔线性器件30的输出端电信号连接，第二电压比较器332的输出端与第二与门元件3302的输入端电信号连接，第二与门元件3302的输入端还与第一非门元件335电信号连接后与第一霍尔开关器件31或第二霍尔开关器件32的输出端电信号连接；第二与门元件3302的输出端分别与第二开关管382和第五开关管385的输入端电信号连接；第三电压比较器333的输入端与所述霍尔线性器件30的输出端电信号连接，第三电压比较器333的输出端与第三与门元件3303的输入端电信号连接，第三与门元件3303的输入端还与第一霍尔开关器件31或第二霍尔开关器件32的输出端电信号连接，第三与门元件3303的输出端与第三开关管383的输入端电信号连接；第四电压比较器334的输入端与所述霍尔线性器件30电信号连接，第四电压比较器334的输出端与第四与门元件3304的输入端电信号连接，第四与门元件3304的输入端还与第二非门元件336电信号连接后与第一霍尔开关器件31或第二霍尔开关器件32电信号连接；第四与门元件3304的输出端与第四开关管384电信号连接；第一电压比较器331、第二电压比较器332、第三电压比较器333和第四电压比较器334的基准电压依次递增。
参见图5和图6-7，此时适用于手动调速，可不断调整霍尔线性器件30的电压，当p=4时，绕组数量为8，划分为第一绕组a、第二绕组b、第三绕组c、第四绕组d、第五绕组e、第六绕组f、第七绕组g和第八绕组h；第二绕组b、第四绕组d、第六绕组f、第八绕组h位于B相支路35上；第一绕组a、第三绕组c、第五绕组e、第七绕组g位于A相支路36上；假设霍尔线性器件30的调压范围为0-6V，第一电压比较器331、第二电压比较器332、第三电压比较器333和第四电压比较器334的基准电压分别为2V、3V、4V、5V，且设定第一霍尔开关器件31启动时为电机正转；第二霍尔开关器件32启动时为电机反转，第一霍尔开关器件31和第二霍尔开关器件32感应到N极时产生正电位；控制步骤如下：
1、首先手动可以从霍尔线性器件30得到0-6V的可变电压，当霍尔线性器件30电压大于5V且小于等于6V时，第一电压比较器331、第二电压比较器332、第三电压比较器333、第四电压比较器334全导通，当霍尔线性器件30电压大于4V且小于等于5V时，第一电压比较器331、第二电压比较器332、第三电压比较器333导通；当霍尔线性器件30电压大于3V且小于等于4V时，第一电压比较器331、第二电压比较器332导通；当霍尔线性器件30电压大于2V且小于等于3V时，第一电压比较器331导通；当霍尔线性器件30电压小于2V时，所有电压比较器均不导通。
2、当霍尔线性器件30电压大于5V且小于等于6V，第一电压比较器331、第二电压比较器332、第三电压比较器333、第四电压比较器334全导通时，若此时第一霍尔开关器件31为正电位，即第一霍尔开关器件31感应到转子盘2的相对应的永磁块21为N极；第一与门元件3301和第三与门元件3303导通，因此，第一开关管381、第六开关管386和第三开关管383导通，此时，A相支路36上的第一绕组a、第三绕组c、第五绕组e、第七绕组g得电后为N极，B相支路35上的第二绕组b、第四绕组d、第六绕组f、第八绕组h得电后为S极，转子盘2顺时针转动。当第一霍尔开关器件31为零电位时，即第一霍尔开关器件31未感应到转子盘2的相对应的永磁块21为N极；在第一非门元件335和第二非门元件336作用下，第二与门元件3302和第四与门元件3304导通，因此，第二开关管382、第五开关管385、第四开关管384导通，此时，A相支路36上的第一绕组a、第三绕组c、第五绕组e、第七绕组g得电后为S极，B相支路35上的第二绕组b、第四绕组d、第六绕组f、第八绕组h得电后为N极，转子盘2继续顺时针转动。
3、当霍尔线性器件30电压大于4V且小于等于5V，第一电压比较器331、第二电压比较器332和第三电压比较器333导通，第四电压比较器334不导通；若此时第一霍尔开关器件31为正电位，即第一霍尔开关器件31感应到转子盘2的相对应的永磁块21为N极时，第一与门元件3301和第三与门元件3303导通，因此，第一开关管381、第六开关管386和第三开关管383导通，此时，A相支路上36上的第一绕组a、第三绕组c、第五绕组e、第七绕组g得电后为N极，B相支路35上的第二绕组b、第四绕组d、第六绕组f、第八绕组h得电后为S极，转子盘2顺时针转动。当第一霍尔开关器件31为零电位时，即第一霍尔开关器件31未感应到转子盘2的相对应的永磁块21为N极时，此时由于第四电压比较器334不导通，因此只有第二与门元件3302导通，第二开关管382和第五开关管385导通，此时，A相支路上36上的第一绕组a、第三绕组c、第五绕组e、第七绕组g得电后为S极，B相支路35上的第二绕组b、第四绕组d、第六绕组f、第八绕组h不得电，转子盘2继续顺时针转动。
4、当霍尔线性器件30电压大于3V且小于等于4V，第一电压比较器331和第二电压比较器332导通，第三电压比较器333和第四电压比较器334不导通；若此时第一霍尔开关器件31为正电位，第一与门元件3301导通，因此第一开关管381和第六开关管386导通，此时B相支路上36上的第一绕组a、第三绕组c、第五绕组e、第七绕组g得电后为N极，B相支路35上的第二绕组b、第四绕组d、第六绕组f、第八绕组h不得电，但转子盘2矩形顺时针转动。当第一霍尔开关器件31为零电位时，此时只有第二与门元件3302导通，第二开关管382和第五开关管385导通，此时A相支路36上的第一绕组a、第三绕组c、第五绕组e、第七绕组g得电后为S极，B相支路35上的第二绕组b、第四绕组d、第六绕组f、第八绕组h不得电，转子盘2继续顺时针转动。
5、当霍尔线性器件30电压大于2V且小于等于3V，第一电压比较器331导通；第二电压比较器332、第三电压比较器333和第四电压比较器334均不导通；若此时第一霍尔开关器件31为正电位，第一与门元件3301导通，因此第一开关管381和第六开关管386导通，此时A相支路上36上的第一绕组a、第三绕组c、第五绕组e、第七绕组g得电后为N极，B相支路35上的第二绕组b、第四绕组d、第六绕组f、第八绕组h不得电，但转子盘2继续顺时针转动。当第一霍尔开关器件31为零电位时，此时第二与门元件3302不导通，第二开关管382和第五开关管385也不导通，由于惯性作用，转子盘2继续顺时针转动。
6、当霍尔线性器件30电压小于2V时，所有电压比较器均不导通；此时，电机转子盘2靠惯性继续转动，当速度小于指定速度时，可增大霍尔线性器件30电压，速度即可提升。
7、同理可得当需要电机反转时，位置信号采用第二霍尔开关器件32工作，其控制过程与上述步骤1-6相同，不同之处在于，第二霍尔开关器件32工作控制电机转子盘2逆时针转动。
在另一种实施例中，参见图5、图6和图8，此时适用于自动调速，不同之处在于所述开关管驱动电路33的设置有所不同：
所述开关管驱动电路33包括第一电压比较器331、第二电压比较器332、第三电压比较器333、第四电压比较器334、第一非门元件335、第二非门元件336、第一与门元件3301、第二与门元件3302、第三与门元件3303和第四与门元件3304；第一霍尔开关器件31或第二霍尔开关器件32的输出端与一D/A转换器5的输入端电信号连接，所述D/A转换器5的输出端分别与第一电压比较器331、第二电压比较器332、第三电压比较器333、第四电压比较器334的基准电压输入端电信号连接；霍尔线性器件30的输出端和对地之间依次串联有第一电阻61、第二电阻62和第三电阻63；第一电压比较器331的输入端连接于所述霍尔线性器件30的输出端和第一电阻61之间，第一电压比较器331的输出端与第一与门元件335的输入端电信号连接，第一与门元件3301的输入端还与第一霍尔开关器件31或第二霍尔开关器件32的输出端电信号连接，第一与门元件3301的输出端分别与第一开关管381和第六开关管386的输入端电信号连接；第二电压比较器332的输入端连接于第一电阻61和第二电阻62之间，第二电压比较器332的输出端与第二与门元件3302的输入端电信号连接，第二与门元件3302的输入端还与第一非门元件335电信号连接后与第一霍尔开关器件31或第二霍尔开关器件32的输出端电信号连接；第二与门元件3302的输出端分别与第二开关管382和第五开关管385的输入端电信号连接；第三电压比较器333的输入端连接于第二电阻62和第三电阻63之间，第三电压比较器333的输出端与第三与门元件3303的输入端电信号连接，第三与门元件3303的输入端还与第一霍尔开关器件31或第二霍尔开关器件32的输出端电信号连接，第三与门元件3303的输出端与第三开关管383的输入端电信号连接；第四电压比较器334的输入端连接于第二电阻62和第三电阻63之间，第四电压比较器334的输出端与第四与门元件3304的输入端电信号连接，第四与门元件3304的输入端还与第二非门元件336电信号连接后与第一霍尔开关器件31或第二霍尔开关器件32电信号连接；第四与门元件3304的输出端与第四开关管384电信号连接；第一电压比较器331、第二电压比较器332、第三电压比较器333和第四电压比较器334的基准电压由D/A转换器5经转换为电压信号后提供。
即在本实施例中将第一霍尔开关器件31或第二霍尔开关器件32的位置脉冲信号用D/A数模转换的方式转变为电压信号，例如可以将额定转速转变为0-5V的电压。与给定速度的电压信号通过电压比较器比较后得出所需要工作的开关管组合。所述基准电压信号是由D/A转换器5经转换后提供给第一电压比较器331、第二电压比较器332、第三电压比较器333和第四电压比较器334的基准电压。
当转子盘2的转速为零时，霍尔线性器件30给定的电压大于D/A转换器提供的电压，第一电压比较器331、第二电压比较器332、第三电压比较器333和第四电压比较器334全部导通，永磁电机加速转动。当速度较快，基准电压大于霍尔线性器件30给定的电压时，此时，第一电压比较器331、第二电压比较器332、第三电压比较器333和第四电压比较器334全部不导通，永磁电机维持继续转动，若速度下降时，通过电压比较器比较得出所需工作的开关管组合，永磁电机继续转动。其他的工作原理同手动调节工作原理相同。
一种永磁电机的速度控制方法，包括上述的永磁电机，步骤如下：
S1、选择第一霍尔开关器件31还是第二霍尔开关器件32工作来选择是正转或反转；
S2、第一霍尔开关器件31或第二霍尔开关器件32感应到转子盘2上相应的永磁块21为N极时，开关管驱动电路33和定子线圈控制电路34工作；使得A相支路36上的绕组12的磁极为N极，相邻的B相支路35上的绕组12的磁极为S极；
S3、转子盘2上与第一霍尔开关器件31或第二霍尔开关器件32相对应的N极永磁块21在被相对应定子盘1的A相支路36的N极磁极排斥转动，相对应定子盘1的A相支路36的N极磁极吸引转子盘2上相邻的S极永磁块21，从而转子盘2转动；
S4、转子盘2转动过程中，开关管驱动电路33接收第一霍尔开关器件31或第二霍尔开关器件32的感应信号，并控制定子线圈控制电路34工作来改变A相支路36和B相支路35的磁极，从而使得转子盘2持续工作。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种永磁电机，其特征在于：包括m个定子盘(1)、m+1个转子盘(2)以及主控制电路(3)，m为大于或等于1的整数；m+1个转子盘(2)相互平行，m个定子盘(1)分别间隔设置于相邻转子盘(2)之间；转子盘(2)的盘面上镶嵌有同轴心的环形的磁极；磁极由沿周向设置的若干永磁块(21)拼接而成，同一磁极上的相邻永磁块(21)的极性相反；两相邻转子盘(2)上相对侧的永磁块的极性相反；每一所述定子盘(1)上的定子齿(11)设有2p个，p为大于或等于1的整数；2p个绕组(12)分别绕设于2p个定子齿(11)上，每一转子盘(2)的永磁块(21)设置有2p个；永磁块(21)面向定子盘(1)的端面的面积与定子盘(1)的每一定子齿(11)的磁靴面积相等；主控制电路(3)驱动绕组(12)不断变化磁极，使得永磁块(21)在磁极同性相斥及磁极异性相吸作用下驱动转子盘(2)转动；所述主控制电路(3)包括用于位置感应的第一霍尔开关器件(31)、用于位置感应的第二霍尔开关器件(32)、开关管驱动电路(33)以及定子线圈控制电路(34)；第一霍尔开关器件(31)和第二霍尔开关器件(32)分别设置于一定子齿(11)面向转子盘(2)的端面的两侧斜边沿上；第一霍尔开关器件(31)或第二霍尔开关器件(32)与开关管驱动电路(33)信号连接；一用于速度调节的霍尔线性器件(30)与开关管驱动电路(33)信号连接；定子线圈控制电路(34)包括将2p个绕组(12)分为两份后单份串联的A相支路(36)和B相支路(35)；相邻的绕组(12)位于不同支路上；定子线圈控制电路(34)还包括分别与A相支路(36)和B相支路(35)连接的电源(37)以及若干开关管(38)；若干开关管(38)连接于A相支路(36)、B相支路(35)与电源(37)之间用于控制电流流向；若干开关管(38)分别与开关管驱动电路(33)的输出端信号连接；第一霍尔开关器件(31)或第二霍尔开关器件(32)感应到转子盘(2)上相对应的永磁块(21)上的N极磁场后，开关管驱动电路(33)和定子线圈控制电路(34)工作，控制A相支路(36)和B相支路(35)的电流方向，使得定子盘(1)上各绕组(12)磁极变化，转子盘(2)上的永磁块(21)在磁极同性相斥和异性相吸作用下使得转子盘(2)转动；
所述定子盘包括若干定子齿(11)、平行于转子盘(2)方向绕包于每一定子齿(11)上的绕组(12)、内外套设的内固定环架(13)和外固定环架(14)；若干定子齿(11)设置于内固定环架(13)和外固定环架(14)之间并围合成一环形；定子齿(11)的一端通过第一连接片(15)固定连接于内固定环架(13)上，定子齿(11)的另一端通过第二连接片(16)固定连接于外固定环架(14)上。
2.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于：所述定子齿(11)的中部外围设有用于绕包绕组(12)的凹槽(17)。
3.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于：所述定子齿(11)朝向转子盘(2)一侧的横截面(4)为扇环形或等腰梯形。
4.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于：所述第一连接片(15)的中部与定子齿(11)面向所述内固定环架(13)的端面通过铆钉固定连接，第一连接片(15)的两端分别朝向内固定环架(13)的上下端面弯折，将第一连接片(15)与内固定环架(13)固定连接；所述第二连接片(16)的中部与定子齿(11)面向所述外固定环架(14)的端面通过铆钉固定连接，第二连接片(16)的两端分别朝向外固定环架(14)的上下端面弯折，将第二连接片(16)与外固定环架(14)固定连接；所述外固定环架(14)由两半圆弧形架固定连接形成。
5.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于：所述开关管(38)的数量有六个，分别为第一开关管(381)、第二开关管(382)、第三开关管(383)、第四开关管(384)、第五开关管(385)和第六开关管(386)；第一开关管(381)和第二开关管(382)串联后并联于电源(37)的正负极之间；第三开关管(383)和第四开关管(384)串联后并联于电源(37)的正负极之间；第五开关管(385)和第六开关管(386)串联后并联于电源(37)的正负极之间；A相支路(36)一端连接于第一开关管(381)和第二开关管(382)之间，A相支路(36)的另一端连接于第五开关管(385)和第六开关管(386)之间；B相支路(35)一端连接于第三开关管(383)和第四开关管(384)之间，B相支路(35)另一端连接于第五开关管(385)和第六开关管(386)之间。
6.根据权利要求5所述的永磁电机，其特征在于：所述开关管驱动电路(33)包括第一电压比较器(331)、第二电压比较器(332)、第三电压比较器(333)、第四电压比较器(334)、第一非门元件(335)、第二非门元件(336)、第一与门元件(3301)、第二与门元件(3302)、第三与门元件(3303)和第四与门元件(3304)；第一电压比较器(331)的输入端与所述霍尔线性器件(30)的输出端连接，第一电压比较器(331)的输出端与第一与门元件(3301)的输入端电信号连接，第一与门元件(3301)的输入端还与第一霍尔开关器件(31)或第二霍尔开关器件(32)的输出端电信号连接，第一与门元件(3301)的输出端分别与第一开关管(381)和第六开关管(386)的输入端电信号连接；第二电压比较器(332)的输入端与所述霍尔线性器件(30)的输出端电信号连接，第二电压比较器(332)的输出端与第二与门元件(3302)的输入端电信号连接，第二与门元件(3302)的输入端还与第一非门元件(335)电信号连接后与第一霍尔开关器件(31)或第二霍尔开关器件(32)的输出端电信号连接；第二与门元件(3302)的输出端分别与第二开关管(382)和第五开关管(385)的输入端电信号连接；第三电压比较器(333)的输入端与所述霍尔线性器件(30)的输出端电信号连接，第三电压比较器(333)的输出端与第三与门元件(3303)的输入端电信号连接，第三与门元件(3303)的输入端还与第一霍尔开关器件(31)或第二霍尔开关器件(32)的输出端电信号连接，第三与门元件(3303)的输出端与第三开关管(383)的输入端电信号连接；第四电压比较器(334)的输入端与所述霍尔线性器件(30)电信号连接，第四电压比较器(334)的输出端与第四与门元件(3304)的输入端电信号连接，第四与门元件(3304)的输入端还与第二非门元件(336)电信号连接后与第一霍尔开关器件(31)或第二霍尔开关器件(32)电信号连接；第四与门元件(3304)的输出端与第四开关管(384)电信号连接；第一电压比较器(331)、第二电压比较器(332)、第三电压比较器(333)和第四电压比较器(334)的基准电压依次递增。
7.根据权利要求6所述的永磁电机，其特征在于：所述开关管驱动电路(33)包括第一电压比较器(331)、第二电压比较器(332)、第三电压比较器(333)、第四电压比较器(334)、第一非门元件(335)、第二非门元件(336)、第一与门元件(3301)、第二与门元件(3302)、第三与门元件(3303)和第四与门元件(3304)；第一霍尔开关器件(31)或第二霍尔开关器件(32)的输出端与一D/A转换器(5)的输入端电信号连接，所述D/A转换器(5)的输出端分别与第一电压比较器(331)、第二电压比较器(332)、第三电压比较器(333)、第四电压比较器(334)的基准电压输入端电信号连接；霍尔线性器件(30)的输出端和对地之间依次串联有第一电阻(61)、第二电阻(62)和第三电阻(63)；第一电压比较器(331)的输入端连接于所述霍尔线性器件(30)的输出端和第一电阻(61)之间，第一电压比较器(331)的输出端与第一与门元件(335)的输入端电信号连接，第一与门元件(3301)的输入端还与第一霍尔开关器件(31)或第二霍尔开关器件(32)的输出端电信号连接，第一与门元件(3301)的输出端分别与第一开关管(381)和第六开关管(386)的输入端电信号连接；第二电压比较器(332)的输入端连接于第一电阻(61)和第二电阻(62)之间，第二电压比较器(332)的输出端与第二与门元件(3302)的输入端电信号连接，第二与门元件(3302)的输入端还与第一非门元件(335)电信号连接后与第一霍尔开关器件(31)或第二霍尔开关器件(32)的输出端电信号连接；第二与门元件(3302)的输出端分别与第二开关管(382)和第五开关管(385)的输入端电信号连接；第三电压比较器(333)的输入端连接于第二电阻(62)和第三电阻(63)之间，第三电压比较器(333)的输出端与第三与门元件(3303)的输入端电信号连接，第三与门元件(3303)的输入端还与第一霍尔开关器件(31)或第二霍尔开关器件(32)的输出端电信号连接，第三与门元件(3303)的输出端与第三开关管(383)的输入端电信号连接；第四电压比较器(334)的输入端连接于第二电阻(62)和第三电阻(63)之间，第四电压比较器(334)的输出端与第四与门元件(3304)的输入端电信号连接，第四与门元件(3304)的输入端还与第二非门元件(336)电信号连接后与第一霍尔开关器件(31)或第二霍尔开关器件(32)电信号连接；第四与门元件(3304)的输出端与第四开关管(384)电信号连接；第一电压比较器(331)、第二电压比较器(332)、第三电压比较器(333)和第四电压比较器(334)的基准电压由D/A转换器(5)经转换为电压信号后提供。
8.一种永磁电机的速度控制方法，其特征在于：包括权利要求1所述的永磁电机，步骤如下：
S1、选择第一霍尔开关器件(31)还是第二霍尔开关器件(32)工作来选择是正转或反转；
S2、第一霍尔开关器件(31)或第二霍尔开关器件(32)感应到转子盘(2)上相应的永磁块(21)为N极时，开关管驱动电路(33)和定子线圈控制电路(34)工作；使得A相支路(36)上的绕组(12)的磁极为N极，相邻的B相支路(35)上的绕组(12)的磁极为S极；
S3、转子盘(2)上与第一霍尔开关器件(31)或第二霍尔开关器件(32)相对应的N极永磁块(21)在被相对应定子盘(1)的A相支路(36)的N极磁极排斥转动，相对应定子盘(1)的A相支路(36)的N极磁极吸引转子盘(2)上相邻的S极永磁块(21)，从而转子盘(2)转动；
S4、转子盘(2)转动过程中，开关管驱动电路(33)接收第一霍尔开关器件(31)或第二霍尔开关器件(32)的感应信号，并控制定子线圈控制电路(34)工作来改变A相支路(36)和B相支路(35)的磁极，从而使得转子盘(2)持续工作。
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