CN208272815U - 新型多级大功率重型两极双凹坑单相永磁步进电机 - Google Patents

Abstract

一种新型多级大功率重型两极双凹坑单相永磁步进电机，属于步进电机技术，包括两级转子、三级转子、四级转子、五级转子、六级转子、七级转子、八级转子、九级转子、十级转子、十一级转子、十二级转子它是由：永磁两极性转子、定子、控制器环形磁瓦总成、霍尔截止传感器K3和K4、霍尔触发传感器K1和K2、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、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、风扇以及分体式磁控触发器和各级驱动器组成，本新型电机将引领电动机进入多转子时代。

Description

新型多级大功率重型两极双凹坑单相永磁步进电机

技术领域

本实用新型涉及步进电机技术，是在本人发明的多级大功率重型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四代产品，尤其涉及公交车，重型卡车，轮船，军舰，潜艇，高铁动车等电驱动领域。

背景技术

原多级大功率重型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工字形结构造成定子漏磁，其次原电机上的附属发电设备四组磁电感应线圈的存在使电机体积增大，也给主机造成能量损耗，同时原电机的控制磁钢采用长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，同时原电机的控制器环形磁环总成已经不适合重型步进电机控制的需要，同时当电机温度过高时，不能有效及时对外散热，原驱动器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

本实用新型的目的，就是在原多级大功率重型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，研制一种新型多级大功率重型两极双凹坑单相永磁步进电机，它包括两级转子、三级转子、四级转子、五级转子、六级转子、七级转子、八级转子、九级转子、十级转子、十一级转子、十二级转子。

本实用新型的目的是这样实现的，首先把原电机定子硅钢片的工字型结构改成圆形半月分体式结构，然后在电机的主轴上装上两极性永磁转子包括：两级转子，三级转子，四级转子，五级转子，六级转子，七级转子，八级转子，九级转子，十级转子，十一级转子，十二级转子，各级永磁转子之间用导磁环和铝合金散热环连接，有多少级转子相应的就有多少级定子，这里就不在重复了。原长方形控制磁钢存在设计缺陷无法满足电机工作的需要，要把长方形控制磁钢改成环形磁瓦控制器总成，环形磁瓦底座与转子轴连接，从而保证了脉冲的正时，使控制更加精确，主转子永磁体后面加装散热风扇，电机定子硅钢片由工字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，从而使电机体积大幅减小设计更加合理，电机外壳改为整体式机壳，原定子锁止板改为锁止块，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，把原外置式传感器调节器总成改成内置式调节器。由于不论是两级转子还是十二级转子重型步进电机其结构和工作原理都是一样是，所不同的就是转子和定子级数的多少，在这里就不重复介绍了，本文以四级转子大功率重型电机为列，如图1具体实施的技术解决方案如下；一种新型多级大功率重型两极双凹坑单相永磁步进电机是由：转子（1）、定子（2）、环形控制器磁瓦总成（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（7，8）、霍尔截止传感器调节器总成（9）、霍尔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）以及分体式磁控触发器和各级驱动器组成如图1，其中转子（1）为圆柱形两极性永磁体，定子（2）为圆形半月分体式结构，转子（1）包括1号转子、2号转子、3号转子、4号转子，定子（2）包括1号定子、2号定子、3号定子、4号定子，其相互位置及装配连接关系为：转子（1）和控制器环形磁瓦总成（3）共同装配在转子轴（16）上，定子（2）通过螺栓与定子环形锁止块（7，8）和电机外壳（13）相连接，霍尔截止传感器调节器总成（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，霍尔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）上与各级驱动器相连接，霍尔触发传感器K1和K2（5）以及霍尔截止传感器K3和K4（4）分别和分体式磁控触发器连接，然后再与各级驱动器相连接，风扇（20）装配在转子轴（16）上，转子轴（16）通过轴承（17）装配在电机外壳前端盖（11）及电机外壳后端盖（12）上，电机外壳（13）通过外壳紧固螺母（19）与电机外壳前端盖（11）及电机外壳后端盖（12）装配连接在一起，飞轮（18）装配在转子轴（16）的末端。

本实用新型与原多级大功率重型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工字形结构改为圆形半月分体式结构，电机体积大幅缩小，结构更加紧凑，漏磁减少同时增加了散热风扇有效解决了电机的散热问题。

（2）把原长方形控制磁钢改为环形磁瓦控制器总成，使电机脉冲正时的控制更加精确。

（3）取消原电机上的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，当电机被动运行时以四级转子电机为列，此时电机就相当于有四台发电机并联在一起，如果是十二级转子电机此时电机上就相当于有十二台发电机并联在一起，发电功率大幅增加。

（4）原电机定子锁止板设计不合理改为锁止块后，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，单级驱动器的最大输出功率可达200千瓦，多级驱动器的总功率是单级驱动器并联之和。

（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，脉冲正时调节更加精确。

（9） 把原各级永磁转子之间的连接环由工程塑料改为铝合金材料，这样就更加充分的提高了各级永磁转子的散热性，防止永磁转子因高温而退磁。

（10）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实用新型做进一步说明：

图1为新型多级大功率重型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）包括1号转子、2号转子、3号转子、4号转子，定子（2）包括1号定子、2号定子、3号定子、4号定子，控制器环形磁瓦总成（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（7，8）、霍尔截止传感器调节器总成（9）、霍尔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：（A）定子总成图，定子内圆两个豁口间中心连线的夹角为40度，（B）定子分解图。

图3为定子环形锁止块。

图4为控制器环形磁瓦总成图：（A）控制器环形磁瓦总成，1-环形磁瓦底座，豁口两边角夹角为40度，2-两极性环形磁瓦，磁瓦两端夹角为40度，3-两极性环形磁瓦，磁瓦两端夹角为40度（B）环形底座分解图。

图5为驱动器总成电路图。

图6为分体式磁控触发器总成电路图：(A)-N极开，（B）-N极关，(C)-S极开，(D)-S极关。

图7为霍尔触发传感器调节器总成结构图：（A）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-霍尔触发传感器K1和K2，（B）总成分解图，（C）总成分解图。

图8为霍尔截止传感器调节器总成结构图：（A）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-霍尔截止传感器K3和K4，（B）总成分解图，（C）总成分解图。

图9为电机结构图。

具体实施方式

首先把原电机定子硅钢片的工字型结构改成圆形半月分体式结构如图2，把原外置式传感器调节器改成内置式调节器如图7和8，把原长方形控制磁钢改成环形磁瓦控制器总成如图4，在永磁转子末端增加散热风扇把原分体式机壳改为整体式机壳，取消原电机上的四组磁电感应线圈，对原驱动器进行优化设计采用四只大功率三极管组成双稳态前级驱动如图5，把原定子锁止板改成环形锁止块如图3，以四级转子重型步进电机为列，一种新型多级大功率重型两极双凹坑单相永磁步进电机如图1是由转子（1）控制器环形磁瓦总成（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（7，8）、霍尔截止传感器调节器总成（9）、霍尔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）以及分体式磁控触发器和各级驱动器组成，其中转子（1）为圆柱形两极性永磁体，定子（2）为圆形半月分体式结构，转子（1）包括1号转子、2号转子、3号转子、4号转子，定子（2）包括1号定子、2号定子、3号定子、4号定子，其相互位置及装配连接关系为：转子（1）和控制器环形磁瓦总成（3）装配在转子轴（16）上，定子（2）通过各级定子锁止块（7，8）通过螺栓与电机外壳（13）相连接，霍尔截止传感器调节器总成（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，霍尔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）上与驱动器相连接，霍尔触发传感器K1和K2以及霍尔截止传感器K3和K4分别与分体式磁控触发器连接，然后再与各级驱动器相连接，风扇（20）装配在转子轴（16）上，转子轴（16）通过轴承（17）装配在电机外壳前端盖（11）及电机外壳后端盖（12）上，电机外壳（13）通过外壳紧固螺母（19）与电机外壳前端盖（11）及电机外壳后端盖（12）装配连接在一起，飞轮（18）装配在转子轴（16）的末端。图4中控制器环形磁瓦总成采用两个两极性环形磁瓦以镶嵌的方式，镶嵌在耐高温的工程塑料或者铝合金材料的环形底座上。图7中霍尔触发传感器调节器总成，环形调节臂夹角为90度，霍尔触发传感器K1和K2固定在环形调节臂一端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中霍尔截止传感器调节器总成，环形调节臂夹角同样为90度，霍尔传截止感器K3和K4固定在环形调节臂夹角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。各级转子之间的连接由，导磁环和铝合金散热环连接，有效保证了转子的散热，另外还可以对电机采用更加有效的散热方式采用液冷散热器对线圈直接散热，在电机各级定子线圈上加装液冷散热器具体根据实际情况而定，这里就不在述说了，通过上述一系列的改进升级本新型多转子电机目前运行良好性能优异。

Claims (9)

1.一种新型多级大功率重型两极双凹坑单相永磁步进电机，包括两级转子、三级转子、四级转子、五级转子、六级转子、七级转子、八级转子、九级转子、十级转子、十一级转子、十二级转子，其特征在于它由转子（1）、定子（2）、控制器环形磁瓦总成（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（7，8）、霍尔截止传感器调节器总成（9）、霍尔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）以及分体式磁控触发器和各级驱动器共同连接组成，其中转子为圆柱形两极性永磁体，其相互位置及装配连接关系为：转子（1）和控制器环形磁瓦总成（3）共同装配在转子轴（16）上，定子（2）通过螺栓与定子环形锁止块（7，8）和电机外壳（13）相连接，霍尔截止传感器调节器总成（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，霍尔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）上与各级驱动器相连接，霍尔触发传感器K1和K2（5）以及霍尔截止传感器K3和K4（4）分别与分体式磁控触发器连接，然后再与各级驱动器相连接，风扇（20）装配在转子轴（16）上，转子轴（16）通过轴承（17）装配在电机外壳前端盖（11）及电机外壳后端盖（12）上，电机外壳（13）通过外壳紧固螺母（19）与电机外壳前端盖（11）及电机外壳后端盖（12）装配连接在一起，飞轮（18）装配在转子轴（16）的末端。

2.根据权利要求1所述的新型多级大功率重型两极双凹坑单相永磁步进电机，其特征是，所述的控制器环形磁瓦总成是由两个两极性环形磁瓦分别镶嵌在卡槽两边夹角为40度的环形底座上构成。

3.根据权利要求1所述的新型多级大功率重型两极双凹坑单相永磁步进电机，其特征是，所述的定子结构为圆形半月形分体式结构，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所述的新型多级大功率重型两极双凹坑单相永磁步进电机，其特征是，所述的转子是由两级转子至十二级转子共同装配在转子轴上。

5.根据权利要求1所述的新型多级大功率重型两极双凹坑单相永磁步进电机其特征是，所述的定子是由两级至十二级定子通过定子锁止块共同装配在电机外壳上形成一个不同级数的整体。

6.根据权利要求1所述的新型多级大功率重型两极双凹坑单相永磁步进电机，其特征是，所述的霍尔触发传感器K1和K2安装在环形调节臂90度的位置上，霍尔截止传感器K3和K4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。

7.根据权利要求1所述的新型多级大功率重型两极双凹坑单相永磁步进电机，其特征是，所述的风扇安装在永磁转子末端的转子轴上。

8.根据权利要求1所述的新型多级大功率重型两极双凹坑单相永磁步进电机，其特征是，所述的分体式磁控触发器为两级至十二级分体式磁控触发器。

9.根据权利要求1所述的新型多级大功率重型两极双凹坑单相永磁步进电机，其特征是，所述的飞轮装配在转子轴的末端。