CN2699574Y

CN2699574Y - 单相极无换向直驱式直流电机

Info

Publication number: CN2699574Y
Application number: CN 200420045313
Authority: CN
Inventors: 谢庆荣
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-04-21
Filing date: 2004-04-21
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2014-04-21

Abstract

单相极无换向直驱式直流电机，由机壳、电枢线圈、线圈框、轴芯及环形铁芯组成，机壳内具有一个径向磁化的全角筒形励磁磁场，机壳和用于动力输出的轴芯分别为励磁磁场的两极，励磁磁场的两极呈可相对运动状，线圈框套在环形铁芯上，电枢线圈至少等分为两组绕在线圈框上，线圈框与铁芯之间留有间隙，绕有电枢线圈的环形铁芯套在筒形励磁磁场的两极之间，线圈框与励磁磁场的一极保持相对静止，环形铁芯的内侧上开有齿槽，环形铁芯通过此齿槽与传动轮配合联动于励磁磁场的另一极而与该极保持相对静止。此电机摆脱了传统直流电机所存在的复杂多事的换向，简化了驱动系统，具有高效节能特性，为直流电机的进步与发展提供了一个全新的途径。

Description

单相极无换向直驱式直流电机

技术领域

本实用新型属于电机技术领域，涉及一种单相极无换向直驱式直流电机。

背景技术

目前，现有技术中的直流电机已经多样化，它们在长期不断的改进和发展中尽管已经取得了很大的进步，但仍然不可避免地存在以下诸多方面的缺陷和不足：

一、所有直流电机都一样，始终未能摆脱传统的多相极对的磁路结构和复杂多事的换相驱动装置；换相驱动是个十分复杂的过程，它不仅是一个电磁变化过程，而且还出现了机械、电子化学与电热等现象，并且彼此相互影响。由于换相驱动的存在，就必然存在电刷放电、无线电干扰和转矩波动等不可靠因素，从而制约着电机性能的提高和使用范围。现代电子技术虽然替代了传统的机械换相，但电机的效率却受到影响，所以，换相驱动形式始终是直流电机的致命缺陷。

二、根据楞次定律原理，当负载线圈断电后，电流所产生的磁动势就像惯性一样不能马上消失，或者说暂短的通电，线圈电流不能马上达到稳定值。因此证明，需要频繁快速换向供电和换相励磁的多相极对磁路结构的电枢绕组无法达到理想值，说明不可避免的无功损耗，从而影响电机效率。

以上所述都是换相驱动的连带性问题，这些情况只不过是其存在的重大技术问题的例证，至于其所存在的如电磁转矩参量的复杂的函数计算等比较次要的问题，这里就不再列举。总而言之，电机中只要还有多相极对磁路结构的存在，上述问题就必然存在，若要改变这种现象，就必须消除多相极对结构的换相驱动形式，破旧立新，另劈渠径，重新设计新磁路新结构的新型直流电机。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种单相极无换向直驱式直流电机，以实现单相极无换向直驱，简化驱动系统，达到高效节能功效。

为实现上述目的，本实用新型的解决方案是：

单相极无换向直驱式直流电机，由机壳、电枢线圈、线圈框、轴芯及环形铁芯组成，机壳内具有一个径向磁化的全角筒形励磁磁场，机壳和用于动力输出的轴芯分别为励磁磁场的两极，励磁磁场的两极呈可相对运动状，线圈框套在环形铁芯上，电枢线圈至少等分为两组绕在线圈框上，线圈框与铁芯之间留有间隙，绕有电枢线圈的环形铁芯套在筒形励磁磁场的两极之间，线圈框与励磁磁场的一极保持相对静止，环形铁芯的内侧上开有齿槽，环形铁芯通过此齿槽与传动轮配合联动于励磁磁场的另一极而与该极保持相对静止。

所述的径向磁化的全角筒形励磁磁场可以为永磁励磁磁场，也可以为电磁励磁磁场。

所述的径向磁化的全角筒形励磁磁场主要由一个径向磁化的筒形永久磁钢与导磁板组成。

所述的径向磁化的筒形永久磁钢套于与其相应的导磁轴芯上固定，轴芯的两端安装在两条以上等分的导磁侧板中心位置上，导磁侧板的端部安装导磁盖板，绕有电枢线圈的绕组框固定在导磁侧板和盖板上，使电枢线圈和侧板、盖板形成固定的定子部分，铁芯通过齿槽与传动轮配合传动于轴芯。

所述的径向磁化的筒形永久磁钢和两个轴向磁化的环饼形永久磁钢分别固定在导磁机壳的内侧，三个磁钢的同名极向内与铁芯建立主磁通有效气隙；两块以上导磁板按等分固定在轴芯上，绕有电枢线圈的绕组框固定在导磁板上，铁芯的齿槽与安装在导磁板上的齿轮啮合，铁芯并通过该齿轮与传动轮配合联动于导磁机壳而保持相对静止，电枢线圈和导磁板以及轴芯组成转子整体，线圈在洛仑兹力作用下连动轴芯转动。

采用上述结构后，与现有技术的其它电机相比，本实用新型具有以下进步性优点：

一、消除了复杂多事的换相驱动，简化了驱动方式，并获得了全角度的平滑转矩，并具有在宽带调速下仍保持性能相对稳定的特性。本实用新型是由现有技术的直流直线电机演变而得，其驱动原理和理论依据与直流直线电机完全相同，这是电机技术领域的重大突破，为推动发展高性能直流电机有着极其重要而又深远的意义。

二、外磁式三面励磁永磁结构由于永磁场作用面比其它任何电机都大得多，从而实现了最大程度地利用永磁能为电能代偿，很大程度地提高了电机效率，最终起到了高效节能的效果。因此，十分有利于依赖电池供电需要节能的场合，如各种电动交通工具等。

三、当励磁方式采用电磁结构时，其结构形式就显得更为简单，再加上简单的驱动方式，十分有利于发展大功率电机。

四、具备了伺服电机的大部分性能而没有伺服电机中繁杂的电路控制系统。

五、适应能力强，适用范围广。由于电枢绕组结构及其电枢反应的特性不同，于是具备较强的过载能力和堵转能力。

附图说明

图1是本实用新型第一实施例的永磁结构A-A剖面图；

图2是本实用新型第一实施例的永磁结构端面和B-B截面图；

图3是本实用新型第一实施例的电磁结构剖面图；

图4是本实用新型第二实施例的永磁结构A-A剖面图；

图5是本实用新型第二实施例的永磁结构B’-B’端面和B-B截面图；

图6是本实用新型第二实施例的电磁结构剖面图。

具体实施方式

请参阅图1和图2，是本实用新型的第一实施例的永磁结构，由一个径向磁化的筒形永久磁钢1套于与其相应的导磁轴芯9上固定，然后将轴芯9的两端用轴承安装在两个条形或三岔形的导磁侧板2的中心位置上，导磁侧板2的端部安装带有块状轴承10的导磁盖板3，筒形永久磁钢1产生磁场，并通过导磁侧板2和导磁盖板3导磁，在机壳内形成一个径向磁化的全角筒形励磁磁场，导磁盖板3之间安放筒形的导磁铁芯4，导磁铁芯4在块状轴承10的作用下能自由转动，电枢线圈5分两组或三组沿着同一方向盘绕在套在铁芯4的绕组框上，并固定在导磁侧板2和盖板3上，使电枢线圈5和侧板2、盖板3形成固定的定子部分，电枢线圈5和铁芯4之间保留一定间隙(其实电枢线圈5等于套在铁芯4上)，使铁芯4转动时与电枢线圈5不发生摩擦；铁芯4内侧的一端开有齿槽，与安装在侧板2的齿轮8啮合，齿轮8的另一端为小链轮6，小链轮6通过链条与安装在轴芯9一端的大链轮7联动。这样，当铁芯4运转时就能通过齿轮8和链轮6、7的传动与轴芯9形成一个联动体，并能保持同向运转；磁路从磁钢1的内侧极出发进入轴芯9再由轴芯9的两端导入侧板2和盖板3以及铁芯4，最后从铁芯4的内侧通过有效磁通气隙和电枢线圈5和磁钢1的外侧极形成闭合回路(如图中“→”所示路线)。这样，当固定的电枢线圈5载流时，线圈5产生的磁场与励磁磁场导入铁芯4的磁场就会相互吸引或排斥的作用力，同时，电枢线圈5的一部分因切割磁力线而产生的洛仑兹力。因此，转子部分在上述两种力的作用下而运转。

请参阅图3，是本实用新型第一实施例的电磁结构，其工作原理与上述永磁结构基本相同，所不同的是将永磁场励磁改为电磁场励磁，即将两个电磁线圈(图中“□”标志所示)分别套合于导磁轴芯9的两端，并固定在导磁侧板2的内侧，同名极磁场向内，套于轴芯9上的电磁线圈与轴芯9之间保持一定的间隙，使轴芯9转动时不与线圈5产生摩擦，这样，位于电磁线圈中的轴芯9产生磁场，并通过导磁侧板2和导磁盖板3导磁，在机壳内形成一个径向磁化的全角筒形励磁磁场。

请参阅图4和5所示，是本实用新型第二实施例的永磁结构，由两块或三块导磁板2’按等分固定在轴芯9上，导磁板2’的外端部安装块状轴承10，用于支撑筒形的铁芯4，铁芯4通过块状轴承10的作用能自由转动，铁芯4内侧的一端开有齿槽，与安装在导磁板2’上的齿轮8啮合，齿轮8的延伸端为小链轮6，小链轮6通过链条与固定在导磁机壳3’一内侧的大链轮联动。这样，当轴芯9转动时，铁芯4通过齿轮8和链轮6、7的传动与机壳3’保持相对静止；电枢线圈5分两组或三组盘绕在套于铁芯4上的线圈框上，各线圈之间用连接件11连接，并固定在导磁板2’上，使电枢线圈5和导磁板2’以及轴芯9组成转子整体；电枢线圈5与铁芯4之间保持一定间隙，使电枢线圈5运转时不与铁芯4发生摩擦。励磁磁场由一个径向磁化的筒形永久磁钢1和两个轴向磁化的环饼形永久磁钢1分别固定在导磁机壳3’的内侧，三个磁钢的同名极向内与铁芯4建立主磁通有效气隙；磁路从三个永久磁钢1的内侧通过主磁通气隙和电枢线圈5进入铁芯4再导入导磁板2’和轴芯9，最后通过轴芯9的两端导入导磁机壳3’与三个永久磁钢1形成闭合回路(如图中“→”所示路线)。这样，当电枢线圈5载流时，因线圈的三个侧面同时切割由三个磁钢磁场1进入铁芯4的磁力线而产生洛仑兹力，所以，线圈5连动轴芯9转动。

请参阅图6所示，是本实用新型第二实施例的电磁结构，其工作原理与上述永磁结构基本相同，所不同的是将永磁场励磁改为电磁场励磁，即将两个电磁线圈(图中“□”标志所示)分别套于轴芯9的一端和大链轮7固定座上，并固定在导磁机壳3’的内侧，同名极磁性向内，套于轴芯9上的电磁线圈与轴芯9保持一定的间隙，使轴芯9运转时不与电磁线圈发生摩擦；磁路从导磁外壳3’通过主磁通气隙和电枢线圈5进入铁芯4，再导入导磁板2’和轴芯9与电磁体的另一极形成闭路(如图中“→”所示路线)。

各图中的“□”为轴承标志。

Claims

1、单相极无换向直驱式直流电机，其特征在于：由机壳、电枢线圈、线圈框、轴芯及环形铁芯组成，机壳内具有一个径向磁化的全角筒形励磁磁场，机壳和用于动力输出的轴芯分别为励磁磁场的两极，励磁磁场的两极呈可相对运动状，线圈框套在环形铁芯上，电枢线圈至少等分为两组绕在线圈框上，线圈框与铁芯之间留有间隙，绕有电枢线圈的环形铁芯套在筒形励磁磁场的两极之间，线圈框与励磁磁场的一极保持相对静止，环形铁芯的内侧上开有齿槽，环形铁芯通过此齿槽与传动轮配合联动于励磁磁场的另一极而与该极保持相对静止。

2、根据权利要求1所述的单相极无换向直驱式直流电机，其特征在于：径向磁化的全角筒形励磁磁场为永磁励磁磁场。

3、根据权利要求2所述的单相极无换向直驱式直流电机，其特征在于：径向磁化的全角筒形励磁磁场主要由一个径向磁化的筒形永久磁钢与导磁板组成。

4、根据权利要求3所述的单相极无换向直驱式直流电机，其特征在于：径向磁化的筒形永久磁钢套于与其相应的导磁轴芯上固定，轴芯的两端安装在两条以上等分的导磁侧板中心位置上，导磁侧板的端部安装导磁盖板，绕有电枢线圈的绕组框固定在导磁侧板和盖板上，使电枢线圈和侧板、盖板形成固定的定子部分，铁芯通过齿槽与传动轮配合传动于轴芯。

5、根据权利要求3所述的单相极无换向直驱式直流电机，其特征在于：径向磁化的筒形永久磁钢和两个轴向磁化的环饼形永久磁钢分别固定在导磁机壳的内侧，三个磁钢的同名极向内与铁芯建立主磁通有效气隙；两块以上导磁板按等分固定在轴芯上，绕有电枢线圈的绕组框固定在导磁板上，铁芯的齿槽与安装在导磁板上的齿轮啮合，铁芯并通过该齿轮与传动轮配合联动于导磁机壳而保持相对静止，电枢线圈和导磁板以及轴芯组成转子整体，线圈在洛仑兹力作用下连动轴芯转动。

6、根据权利要求1所述的单相极无换向直驱式直流电机，其特征在于：径向磁化的全角筒形励磁磁场为电磁励磁磁场。