CN114751326A - 一种永磁电动绞盘 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种永磁电动绞盘，旨在解决现有电动绞盘上的电机体积大，结构复杂、成本高，需要装配四根接线柱的问题。其技术方案要点是：永磁电机包括有两极性永磁定子、转子、激磁线圈、正极激磁线圈接线柱、负极激磁线圈接线柱。本发明通过在永磁电机中采用两极性永磁体作为磁源，并同时设置有与两极性永磁体相对应的转子铁芯，让设置于外侧的转子铁芯相互间构成完整的电机磁路，使得本直线电机结构简单，成本得到降低，并且激磁线圈和转子铁芯之间的气隙也能够有效缩短，则电机中形成的磁回路完整的同时，磁路紧密漏磁少，仅需装配两根接线柱，降低涡流损耗后使电机电磁能利用率高，减少整体机器重量导致提高机器能力且降低机器的成本。

Description

一种永磁电动绞盘
技术领域
本发明涉及机械牵引技术领域，更具体地说，它涉及一种永磁电动绞盘。
背景技术
电动绞盘是车辆、船只自我保护的一种牵引装置，可在雪地、沼泽、沙漠、海滩、泥泞山路等恶劣场合下进行自救和施救，还具备进行清障、拖拉物品、安装设施等能力，是军警、石油、水文、环保、林业、交通、公安、边防、消防及其它户外运动必不可少的安全装置，主要用于轮船游艇、越野汽车、农用汽车、ATV全地形车、消防救援车、道路清障车以及其它专用汽车和特种车辆，目前市场上的电动绞盘常用永磁电机来输出牵引力。
一般永磁发电机的结构是筒形的，柱形转子和筒形转子同轴，且为输出方便，一般电枢在外作为转子，这类发电机的比功率(单位电机重量发出的功率)约为0.2kw/kg，航空用的发电机最高可达0.5kw/kg。
然而这类现有电机的体积通常很大，在制造上往往需要消耗大量的原材料；例如专利文献ZL871083191、ZL201110104458.8中描述的电机，其中，转子磁体都贴在转子盘两侧，这就大大增加了电机的体积，无法满足永磁电机使用过程中小体积大功率的需求。
因此需要提出一种方案来解决这个问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种永磁电动绞盘，通过在永磁电机中采用两极性永磁体作为磁源，让设置于外侧的转子铁芯相互间构成完整的电机磁路，使得本直线电机结构简单，成本得到降低。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种永磁电动绞盘，包括电源、永磁电机、卷筒、上位机、控制器、绞索和速度传感器，所述永磁电机包括有两极性永磁定子、转子、激磁线圈、转子轴、上端盖、下端盖、转子轴轴承、转子轴驱动齿轮、控制器、控制器锁紧螺母、左霍尔传感器联动调节器、右霍尔传感器联动调节器、正极激磁线圈接线柱、负极激磁线圈接线柱、压盘、压盘紧固螺栓、电机定位紧固螺栓、缸盖、缸体、动力输出轴、动力输出轴从动齿轮、动力输出轴轴承、飞轮、离合器、油底、放油螺栓以及机油螺栓加注孔，两极性永磁体装配在转子轴上形成两极性永磁定子总成，左霍尔传感器联动调节器和右霍尔传感器联动调节器通过滑槽中心调节螺栓分别装配在永磁电机的上端盖的左边和右边，永磁电机压盘通过压盘紧固螺栓把缸体和上端盖连接在一起，永磁电机激磁线圈正极输入端装配固定在永磁电机左边压盘上，永磁电机激磁线圈负极输入端装配固定在永磁电机右边压盘上，控制器装配在永磁电机转子轴上通过控制器锁紧螺母与转子轴装配在一起，转子轴驱动齿轮装配在转子轴的下端并与动力输出轴上的从动齿轮相齿合，从动齿轮装配固定在动力输出轴上，动力输出轴通过前后两个动力输出轴轴承分别与缸体相连接，缸盖通过螺栓装配在缸体的上面，油底壳通过螺栓装配在缸体的下面，放油螺栓装配在油底壳的放油孔上，机油加注螺栓孔开在缸体上，飞轮装配在动力输出轴的末端，离合器装配在飞轮上，激磁线圈缠绕在转子铁芯上并通过激磁线圈正极输入端和各分级激磁线圈负极输入端分别与驱动器的正负极输出端相连接，左霍尔传感器联动调节器和右霍尔传感器联动调节器分别与分体式磁控触发器相连接。
本发明进一步设置为：所述转子轴外缘依次交替地紧固套装并轴向压紧有n个间隔环，n为自然数。
本发明进一步设置为：所述转子轴外缘紧固套装有导磁环。
本发明进一步设置为：所述转子铁芯的外缘设为台阶面，且所述转子铁芯两端的外径小于其中段的外径，并与所述转子基板上的台阶孔的小的内径匹配，所述激磁线圈绕制在铁芯的中段上，且所述激磁线圈的轴向厚度与转子铁芯的中段的轴向厚度匹配，所述激磁线圈的外径与转子基板上的台阶孔的大的内径匹配。
本发明进一步设置为：所述的控制器是由两个两端夹角为40度的两极性磁瓦分别镶嵌在卡槽两端夹角为40度的基座上组成的控制器总成。
本发明进一步设置为：所述转子其内圆豁口间中心连线的夹角为40度。
本发明进一步设置为：所述转子结构为圆形半月分体式结构。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明通过在永磁电机中采用两极性永磁体作为磁源，并同时设置有与两极性永磁体相对应的转子铁芯，让设置于外侧的转子铁芯相互间构成完整的电机磁路，使得本直线电机结构简单，成本得到降低，并且激磁线圈和转子铁芯之间的气隙也能够有效缩短，则电机中形成的磁回路完整的同时，磁路紧密漏磁少，仅需装配两根接线柱，降低涡流损耗后使电机电磁能利用率高，减少整体机器重量导致提高机器能力且降低机器的成本。
附图说明
图1为分电机总成结构图：1—控制器2—转子轴3—左霍尔传感器联动调节器4—控制器锁紧螺母5—上端盖6—右霍尔传感器联动调节器7—转子8—下端盖9—转子轴轴承10—转子轴驱动齿轮；
图2为转子硅钢片结构图：1—定位孔，转子内圆两个豁口间中心连线的夹角为40度；
图3为转子硅钢片结构参数图：R—豁口半径R1—转子内孔半径R2—转子内孔外缘半径；
图4为右调节器总成结构图：(A)1—调节滑槽2—霍尔传感器接线插座3—调节器4—霍尔传感器总成装配接口(B)调节器—调节器两端与中心线夹角分别为50度和40度；
图5为左调节器总成结构图：(A)1—霍尔传感器接线插座2—调节滑槽3—霍尔传感器总成装配接口4—调节器(B)调节器—调节器两端与中心线夹角分别为40度和50度；
图6为电机驱动器总成电路图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设置/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明进行详细描述。
一种永磁电动绞盘，如图1-图6所示，包括电源、永磁电机、卷筒、上位机、控制器1、绞索和速度传感器，永磁电机包括有两极性永磁定子、转子7、激磁线圈、转子轴2、上端盖5、下端盖8、转子轴2轴承、转子轴2驱动齿轮、控制器1、控制器1锁紧螺母、左霍尔传感器联动调节器3、右霍尔传感器联动调节器6、正极激磁线圈接线柱、负极激磁线圈接线柱、压盘、压盘紧固螺栓、电机定位紧固螺栓、缸盖、缸体、动力输出轴、动力输出轴从动齿轮、动力输出轴轴承、飞轮、离合器、油底、放油螺栓以及机油螺栓加注孔。
两极性永磁体装配在转子轴2上形成两极性永磁定子总成，左霍尔传感器联动调节器3和右霍尔传感器联动调节器6通过滑槽中心调节螺栓分别装配在永磁电机的上端盖5的左边和右边，永磁电机压盘通过压盘紧固螺栓把缸体和上端盖5连接在一起，永磁电机激磁线圈正极输入端装配固定在永磁电机左边压盘上，永磁电机激磁线圈负极输入端装配固定在永磁电机右边压盘上，控制器1装配在永磁电机转子轴2上通过控制器1锁紧螺母与转子轴2装配在一起，转子轴2驱动齿轮装配在转子轴2的下端并与动力输出轴上的从动齿轮相齿合，从动齿轮装配固定在动力输出轴上，动力输出轴通过前后两个动力输出轴轴承分别与缸体相连接，缸盖通过螺栓装配在缸体的上面，油底壳通过螺栓装配在缸体的下面，放油螺栓装配在油底壳的放油孔上，机油加注螺栓孔开在缸体上，飞轮装配在动力输出轴的末端，离合器装配在飞轮上，激磁线圈缠绕在转子7铁芯上并通过激磁线圈正极输入端和各分级激磁线圈负极输入端分别与驱动器的正负极输出端相连接，左霍尔传感器联动调节器3和右霍尔传感器联动调节器6分别与分体式磁控触发器相连接。
转子轴2外缘依次交替地紧固套装并轴向压紧有n个间隔环，n为自然数，转子轴2外缘紧固套装有导磁环，导磁环分别紧贴在最外侧的两个转子单元的外侧面，在本实施例中，取n＝2，即间隔环的数量为2个。
转子7铁芯的外缘设为台阶面，且转子7铁芯两端的外径小于其中段的外径，并与转子7基板上的台阶孔的小的内径匹配，激磁线圈绕制在铁芯的中段上，且激磁线圈的轴向厚度与转子7铁芯的中段的轴向厚度匹配，激磁线圈的外径与转子7基板上的台阶孔的大的内径匹配。
的控制器1是由两个两端夹角为40度的两极性磁瓦分别镶嵌在卡槽两端夹角为40度的基座上组成的控制器1总成，转子7其内圆豁口间中心连线的夹角为40度，转子7结构为圆形半月分体式结构。
转子7激磁线圈和转子7磁场强度的设计可以参考如下公式进行计算：阻抗(ohm)＝2*3.14159*F(工作频率)*电感量(MH)，设定需用360ohm阻抗，因此：电感量(MH)＝阻抗(ohm)÷(2*3.14159)÷F(工作频率)＝360÷(2*3.14159)÷7.06＝8.116MH据此可以算出绕线圈数：圈数＝[电感量*{(18*圈直径(吋))(40*圈长(吋))}]÷圈直径(吋)经验公式L＝(k*μ0*us*N2*S)/l其中μ0为真空磁导率＝4π*10(-7)。(10的负七次方)us为线圈内部磁芯的相对磁导率，空心线圈时us＝1N2为线圈圈数的平方S线圈的截面积，单位为平方米l线圈的长度，单位为米k系数，取决于线圈的半径(R)与长度(l)的比值，计算出的电感量的单位为亨利(H)。
磁场强度的计算公式：H＝N×I/Le式中：H为磁场强度，单位为A/m；N为励磁线圈的匝数；I为励磁电流(测量值)，单位,A；Le为测试样品的有效磁路长度，单位为m。磁感应强度计算公式：B＝Φ/(N×A)式中：B为磁感应强度，单位为Wb/m^2；Φ为感应磁通(测量值)，单位为Wb；N为感应线圈的匝数；A为测试样品的有效截面积，单位为m^2。
转子7豁口半径的大小是决定电机扭矩大小的关键因素，转子7豁口的半径如果过小会造成电机扭矩大幅下降，通过大量实验证明转子7豁口半径的设计应遵循以下原则：R≥(R2－R1)/2+2R—豁口半径R1—转子7内孔半径R2—转子7内孔外缘半径见图4，转子7豁口间中心连线的夹角为40度，转子7硅钢片采用圆形半月分体式结构的目的是为了便于激磁线圈的缠绕。
本发明通过在永磁电机中采用两极性永磁体作为磁源，并同时设置有与两极性永磁体相对应的转子7铁芯，让设置于外侧的转子7铁芯相互间构成完整的电机磁路，使得本直线电机结构简单，成本得到降低，并且激磁线圈和转子7铁芯之间的气隙也能够有效缩短，转子轴2外缘依次交替地紧固套装并轴向压紧有n个间隔环，使每个转子7单元与相邻转子单元之间具有相同的轴向气隙，导磁环采用高导磁材料，由于磁体的吸引，导磁环可以使激磁线圈经导磁环在相邻的两磁体间返回形成低磁阻的闭合回路，因此，磁阻主要在转子7单元和转子单元之间的气隙中产生，这样磁路就很短，磁阻很小，也就是说，在本发明的磁力线的回路中，除工作气隙外，磁力线全在低磁阻的材料中通过，这相较于现有技术中无导磁环而使磁力线在空气或转子7中返回的电机而言，显著提高了气隙中的磁通密度，且仅需装配正极激磁线圈接线柱、负极激磁线圈接线柱两根接线柱，大大降低了装配难度，降低涡流损耗后使电机电磁能利用率高，减少整体机器重量导致提高机器能力且降低机器的成本。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种永磁电动绞盘，其特征在于：包括电源、永磁电机、卷筒、上位机、控制器(1)、绞索和速度传感器，所述永磁电机包括有两极性永磁定子、转子(7)、激磁线圈、转子轴(2)、上端盖(5)、下端盖(8)、转子轴(2)轴承、转子轴(2)驱动齿轮、控制器(1)、控制器(1)锁紧螺母、左霍尔传感器联动调节器(3)、右霍尔传感器联动调节器(6)、正极激磁线圈接线柱、负极激磁线圈接线柱、压盘、压盘紧固螺栓、电机定位紧固螺栓、缸盖、缸体、动力输出轴、动力输出轴从动齿轮、动力输出轴轴承、飞轮、离合器、油底、放油螺栓以及机油螺栓加注孔，两极性永磁体装配在转子轴(2)上形成两极性永磁定子总成，左霍尔传感器联动调节器(3)和右霍尔传感器联动调节器(6)通过滑槽中心调节螺栓分别装配在永磁电机的上端盖(5)的左边和右边，永磁电机压盘通过压盘紧固螺栓把缸体和上端盖(5)连接在一起，永磁电机激磁线圈正极输入端装配固定在永磁电机左边压盘上，永磁电机激磁线圈负极输入端装配固定在永磁电机右边压盘上，控制器(1)装配在永磁电机转子轴(2)上通过控制器(1)锁紧螺母与转子轴(2)装配在一起，转子轴(2)驱动齿轮装配在转子轴(2)的下端并与动力输出轴上的从动齿轮相齿合，从动齿轮装配固定在动力输出轴上，动力输出轴通过前后两个动力输出轴轴承分别与缸体相连接，缸盖通过螺栓装配在缸体的上面，油底壳通过螺栓装配在缸体的下面，放油螺栓装配在油底壳的放油孔上，机油加注螺栓孔开在缸体上，飞轮装配在动力输出轴的末端，离合器装配在飞轮上，激磁线圈缠绕在转子(7)铁芯上并通过激磁线圈正极输入端和各分级激磁线圈负极输入端分别与驱动器的正负极输出端相连接，左霍尔传感器联动调节器(3)和右霍尔传感器联动调节器(6)分别与分体式磁控触发器相连接。
2.根据权利要求1所述的一种永磁电动绞盘，其特征在于：所述转子轴(2)外缘依次交替地紧固套装并轴向压紧有n个间隔环，n为自然数。
3.根据权利要求1所述的一种永磁电动绞盘，其特征在于：所述转子轴(2)外缘紧固套装有导磁环。
4.根据权利要求1所述的一种永磁电动绞盘，其特征在于：所述转子(7)铁芯的外缘设为台阶面，且所述转子(7)铁芯两端的外径小于其中段的外径，并与所述转子(7)基板上的台阶孔的小的内径匹配，所述激磁线圈绕制在铁芯的中段上，且所述激磁线圈的轴向厚度与转子(7)铁芯的中段的轴向厚度匹配，所述激磁线圈的外径与转子(7)基板上的台阶孔的大的内径匹配。
5.根据权利要求1所述的一种永磁电动绞盘，其特征在于：所述的控制器(1)是由两个两端夹角为40度的两极性磁瓦分别镶嵌在卡槽两端夹角为40度的基座上组成的控制器(1)总成。
6.根据权利要求1所述的一种永磁电动绞盘，其特征在于：所述转子(7)其内圆豁口间中心连线的夹角为40度。
7.根据权利要求1所述的一种永磁电动绞盘，其特征在于：所述转子(7)结构为圆形半月分体式结构。
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