CN1235400A - 节能电动机 - Google Patents
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Abstract
公开了一种节能电动机,以直流电为电源,有连续运动的运动部件,在运动部件上装有位置检测器,位置检测器的讯号通过换向控制器控制电动机主电路,其特点:以永磁体制成运动部件,以具有矩形磁滞回线的铁磁体为固定部件的铁芯,铁芯上绕有的线圈上加以正负脉冲电流。优点:由于利用具有矩形磁滞回线的铁磁体的剩磁的正反向和永磁体相互斥吸的工作方式,故电机旋转时只需取用窄脉冲电流,而不需连续电流,可比普通直流电动机节约相当的电能。
Description
本发明涉及电技术中的电动机，是一种直流电动机，具体地说，是一种节能型的无刷直流电动机。
电动机在各行各业中应用十分广泛，是工业生产乃至人民日常生活中不可或缺的物品。但同时电动机也是耗能很大的电器设备，于是如何使电动机进一步地节能就成为摆在人们面前的重要课题。晶闸管无换向器电机便是人们在使电动机进一步节能方面所作努力的重要成果。晶闸管无换向器电机是由电动机转子、绕有线圈的定子、晶闸管主控电路、转子位置检测器及换向控制器所组成。其具体结构和工作原理可参见许大中编著的《晶闸管无换向器电机》一书。
本发明的目的是提供一种设计新颖合理、可比普通直流电动机节约相当的电能、特别是能增加用蓄电池供电的移动车船等的续航距离的节能电动机。
本发明的技术解决方案是：一种节能电动机，以直流电为电源，有连续运动的运动部件，在运动部件上装有位置检测器，位置检测器的讯号通过换向控制器控制电动机主电路，其采用的不同于现有技术的结构设计在于：以永磁体制成运动部件，以具有矩形磁滞回线的铁磁体为固定部件的铁芯，铁芯上绕有的线圈上加以正负脉冲电流。使固定部件的剩磁场随着正反向，此剩磁场与永磁体运动部件的磁场相互斥吸，而形成旋转力矩。
本发明中所述的永磁体运动部件为永磁体转子或加有永磁体磁极的旋转外壳、直线电动机的运动部件；固定部件为定子或电枢、直线电动机的固定部件。定子线圈上所加的正负脉冲电流采用毫秒级的正负脉冲电流。毫秒级的正负脉冲电流的脉冲宽度为0.5～3毫秒。当然，也可以采用其他合适的具体结构等。
本发明的优点是：结构设计新颖合理，由于利用具有矩形磁滞回线的铁磁体的剩磁的正反向和永磁体相互斥吸的工作方式，故电机旋转时只需取用窄脉冲电流，而不需连续电流，可比普通直流电动机节约相当的电能。特别适用于用蓄电池供电的移动车船，如电动自行车、电动汽车、船舶、潜艇等可增加其续航距离。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明：
图1为普通铁芯的磁化原理图；
图2为普通铁芯的磁化曲线图；
图3为本实用新型中采用的具有矩形磁滞回线的铁磁体铁芯的磁化曲线图；
图4为本实用新型的一种节能电动机的原理示意图；
图5为本实用新型中采用的换向控制器电路逻辑图；
图6(a)为本实用新型的电机旋转原理示意图一；
图6(b)为本实用新型的电机旋转原理示意图二；
图6(c)为本实用新型的电机旋转原理示意图三；
图6(d)为本实用新型的电机旋转原理示意图四；
图6(e)为本实用新型的电机旋转原理示意图五；
图6(f)为本实用新型的电机旋转原理示意图六。
图1、图2描述的是现有电动机所采用的普通铁芯的磁化原理。在普通的电动机铁芯上，绕有线圈，当通以电流I，根据右手定则，铁芯内将产生磁通Φ，形成磁场H，其方向及铁芯所表现出的磁极性N、S，如图1所示；当双刀双掷开关投向另一方时，线圈即通以反向电流，则Φ、H及S和N极均将反向。当I增大，单位面积S中的Φ称为磁通密度B=Φ/S也随着增大，B增大到一定程度时，I增大同样的量，而B的增量却越来越小，这称为磁饱和现象，因此B随H变化的关系，是非线性的，如图2所示，此图称为磁化曲线，简称B-H曲线。
图3描述了本实用新型所采用的具有矩形磁滞回线的铁磁体铁芯的磁化曲线。当铁芯材料为具有矩形磁滞回线的铁磁体时，其B-H曲线则如图中所示，由于其形状接近矩形，故称为矩形磁滞回线，具有这种B-H曲线的铁磁性材料就称为具有矩形磁滞回线的铁磁体材料。曲线所表示的意义是当定子线圈电流I正向增大，使B到达磁饱和点Bm后，使电流I减小到0时，Bm只减小到Br，此Br称为剩磁，此为正向磁化过程，Br/Bm称为剩磁系数，可以到达0.9～0.95；当电流I从0开始反向增大，使-B达到-Bm后，再使-I减小到0时，-Bm只减小到-Br，此为反向磁化过程，因此只要在线圈上加以正向及反向的电流I，就能使Br也随之正反向，Br的反向所需的时间只要0.5-3毫秒，因此正反向的电流只需宽度为0.5-3毫秒的脉冲电流即可使Br正反向，磁化后的具有矩形磁滞回线的铁磁体能表现为与永磁体一样，不需电流仍能保持磁性，而只要加一个反向的脉冲电流，剩磁场Br即可反向，即N和S极即会变成S和N极。
图4、图5共同描述了本实用新型的一个实施例。本实施例以直流电为电源，有作为连续运动的运动部件的永磁体转子1，以具有矩形磁滞回线的铁磁体作为固定部件的定子铁芯2，铁芯2上绕有的线圈3上加以正负脉冲电流，在永磁体转子1上装有与其同轴的位置检测器4，位置检测器4的讯号通过换向控制器5控制电动机主电路，当毫秒级的正负脉冲电流加在定子线圈上时，就使具有矩形磁滞回线的铁磁体的剩磁场随之作正反向，此剩磁场与永磁体转子1的磁场相互斥吸，而形成旋转力矩。永磁体转子1也可是加有永磁体磁极的旋转外壳、直线电动机的运动部件等；定子也可以代之以电枢、直线电动机的固定部件等相应部件。定子线圈3上所加的正负脉冲电流可采用毫秒级的正负脉冲电流。毫秒级的正负脉冲电流的脉冲宽度可为0.5-3毫秒。当毫秒级的正负脉冲电流加在定子线圈上时，就使具有矩形磁滞回线的铁磁体铁芯的剩磁场随之正反向，此剩磁场与永磁体的磁场形成相互的斥吸力，而产生旋转力矩，由于电脉冲宽度只需0.5-3毫秒(视剩磁场逆转所需时间而定)，而形成的具有矩形磁滞回线的铁磁体铁芯的剩磁场，具有和永磁体磁场一样的性能，维持此剩磁场不需电能，旋转力矩是由转子、定子两者磁场的斥吸力产生，故旋转时不需要通以连续的电流，只要通以间歇的脉冲电流使剩磁场反向即可，所以能比普通直流电动机节约相当的电能。位置检测器4中有一个与转子1同轴的圆片7，圆片7上有缺口，缺口处各放置一小块永磁体，与缺口相对应的圆片7外装有磁传感器(霍尔元件)a、b、c。位置检测器中的圆片7与电动机的转子1一起同轴旋转，当圆片7缺口中的永磁体转到磁传感器(霍尔元件) a、b、c处，磁场达到一定强度，磁传感器(霍尔元件)就会发出“1”讯号给换向控制器5。换向控制器5中有一组触发器Ca、Cb、Cc，每个触发器的两个相反态的输出端接有时基电路S(型号555)，各触发器的同态输出端所接的时基电路S的输出端同接于一个或门H。触发器Ca、Cb、Cc每输入一个“1”信号，其输出端Q、Q的电平信号就反转一次，而且两者总是相反的，即一个为“1”电平信号，另一个为“0”电平信号。当555时基电路输入一个“1”信号时，即能输出一个一定宽度的脉冲信号，其脉冲宽度，即时间由给给定的RC电路的时间常数所决定。或门H的三个输入端中只要有一个输入“1”。其输出即可为“1”。电动机主电路里的可控硅均采用可关断可控硅(GTO)。从位置检测器4中的磁传感器所发出的“1”讯号是如何控制主电路的呢？如磁传感器a将发出的“1”讯号进入换向控制器中的触发器Ca，其输出端Q向时基电路S发出“1”讯号，时基电路输出端将发出限时为0.5-3毫秒的窄脉冲，分二路供给主电路可控硅中命名为X和O′的触发极，使可控硅导通，则电源的电流将从+端流入经过可控硅X到定子磁极A的线圈的头端从尾端出去，通过可控硅O′回到电源一端，余可类推。图中的X、X′、Y、Y′、Z、Z′为相应的可控硅的触发极连接端。
图6(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)描述了本实用新型的电机旋转原理。图6(a)中定子A的剩磁场反向，则在B、C极的斥吸力作用下，转子顺转60°成图6(b)的情况。图6(b)中定子C的剩磁场反向，则在A、B极的斥吸力作用下，转子顺转60°成图6(c)的情况。图6(c)中定子B的剩磁场反向，则在C、A极的斥吸力作用下，转子顺转60°成图6(d)的情况。只要按A-C-B的程序将磁场反向，即可连续地顺转。如果逆转，可先将图6(a)中的B、C极的剩磁场反向，而后按A-B-C的程序将剩磁场反向，转子即可逆转。
本发明还可以采用其它实施方式，如按相同的原理制成直线电动机。再如使装有永磁体的外壳旋转，而使装有线圈的具有矩形磁滞回线的铁磁体铁芯制成的电枢固定不动等结构形式。
Claims (4)
1、一种节能电动机，以直流电为电源，有连续运动的运动部件，在运动部件上装有位置检测器，位置检测器的讯号通过换向控制器控制电动机主电路，其特征在于：以永磁体制成运动部件，以具有矩形磁滞回线的铁磁体为固定部件的铁芯，铁芯上绕有的线圈上加以正负脉冲电流。
2、根据权利要求1所述的节能电动机，其特征在于：永磁体运动部件为永磁体转子或加有永磁体磁极的旋转外壳、直线电动机的运动部件；固定部件为定子或电枢、直线电动机的固定部件。
3、根据权利要求1或2所述的节能电动机，其特征在于：定子线圈上所加的正负脉冲电流采用毫秒级的正负脉冲电流。
4、根据权利要求3所述的节能电动机，其特征在于：毫秒级的正负脉冲电流的脉冲宽度为0.5～3毫秒。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101814883A (zh) * | 2010-03-29 | 2010-08-25 | 南京磁谷科技有限公司 | 基于位移传感器的永磁同步电机转子磁极位置检测方法 |
| CN102510241A (zh) * | 2011-11-15 | 2012-06-20 | 陈奚平 | 一种磁动力机械 |
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1999
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