專利名稱：節能電動機的制作方法
技術領域：
本發明涉及電技術中的電動機，是一種直流電動機，具體地說，是一種節能型的無刷直流電動機。
電動機在各行各業中應用十分廣泛，是工業生產乃至人民日常生活中不可或缺的物品。但同時電動機也是耗能很大的電器設備，于是如何使電動機進一步地節能就成為擺在人們面前的重要課題。晶閘管無換向器電機便是人們在使電動機進一步節能方面所作努力的重要成果。晶閘管無換向器電機是由電動機轉子、繞有線圈的定子、晶閘管主控電路、轉子位置檢測器及換向控制器所組成。其具體結構和工作原理可參見許大中編著的《晶閘管無換向器電機》一書。
本發明的目的是提供一種設計新穎合理、可比普通直流電動機節約相當的電能、特別是能增加用蓄電池供電的移動車船等的續航距離的節能電動機。
本發明的技術解決方案是一種節能電動機，以直流電為電源，有連續運動的運動部件，在運動部件上裝有位置檢測器，位置檢測器的訊號通過換向控制器控制電動機主電路，其采用的不同于現有技術的結構設計在于以永磁體制成運動部件，以具有矩形磁滯回線的鐵磁體為固定部件的鐵芯，鐵芯上繞有的線圈上加以正負脈沖電流。使固定部件的剩磁場隨著正反向，此剩磁場與永磁體運動部件的磁場相互斥吸，而形成旋轉力矩。
本發明中所述的永磁體運動部件為永磁體轉子或加有永磁體磁極的旋轉外殼、直線電動機的運動部件；固定部件為定子或電樞、直線電動機的固定部件。定子線圈上所加的正負脈沖電流采用毫秒級的正負脈沖電流。毫秒級的正負脈沖電流的脈沖寬度為0.5～3毫秒。當然，也可以采用其他合適的具體結構等。
本發明的優點是結構設計新穎合理，由于利用具有矩形磁滯回線的鐵磁體的剩磁的正反向和永磁體相互斥吸的工作方式，故電機旋轉時只需取用窄脈沖電流，而不需連續電流，可比普通直流電動機節約相當的電能。特別適用于用蓄電池供電的移動車船，如電動自行車、電動汽車、船舶、潛艇等可增加其續航距離。
以下結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明
圖1為普通鐵芯的磁化原理圖；圖2為普通鐵芯的磁化曲線圖；圖3為本實用新型中采用的具有矩形磁滯回線的鐵磁體鐵芯的磁化曲線圖；圖4為本實用新型的一種節能電動機的原理示意圖；圖5為本實用新型中采用的換向控制器電路邏輯圖；圖6(a)為本實用新型的電機旋轉原理示意圖一；圖6(b)為本實用新型的電機旋轉原理示意圖二；圖6(c)為本實用新型的電機旋轉原理示意圖三；圖6(d)為本實用新型的電機旋轉原理示意圖四；圖6(e)為本實用新型的電機旋轉原理示意圖五；圖6(f)為本實用新型的電機旋轉原理示意圖六。
圖1、圖2描述的是現有電動機所采用的普通鐵芯的磁化原理。在普通的電動機鐵芯上，繞有線圈，當通以電流I，根據右手定則，鐵芯內將產生磁通Φ，形成磁場H，其方向及鐵芯所表現出的磁極性N、S，如圖1所示；當雙刀雙擲開關投向另一方時，線圈即通以反向電流，則Φ、H及S和N極均將反向。當I增大，單位面積S中的Φ稱為磁通密度B=Φ/S也隨著增大，B增大到一定程度時，I增大同樣的量，而B的增量卻越來越小，這稱為磁飽和現象，因此B隨H變化的關系，是非線性的，如圖2所示，此圖稱為磁化曲線，簡稱B-H曲線。
圖3描述了本實用新型所采用的具有矩形磁滯回線的鐵磁體鐵芯的磁化曲線。當鐵芯材料為具有矩形磁滯回線的鐵磁體時，其B-H曲線則如圖中所示，由于其形狀接近矩形，故稱為矩形磁滯回線，具有這種B-H曲線的鐵磁性材料就稱為具有矩形磁滯回線的鐵磁體材料。曲線所表示的意義是當定子線圈電流I正向增大，使B到達磁飽和點Bm后，使電流I減小到0時，Bm只減小到Br，此Br稱為剩磁，此為正向磁化過程，Br/Bm稱為剩磁系數，可以到達0.9～0.95；當電流I從0開始反向增大，使-B達到-Bm后，再使-I減小到0時，-Bm只減小到-Br，此為反向磁化過程，因此只要在線圈上加以正向及反向的電流I，就能使Br也隨之正反向，Br的反向所需的時間只要0.5-3毫秒，因此正反向的電流只需寬度為0.5-3毫秒的脈沖電流即可使Br正反向，磁化后的具有矩形磁滯回線的鐵磁體能表現為與永磁體一樣，不需電流仍能保持磁性，而只要加一個反向的脈沖電流，剩磁場Br即可反向，即N和S極即會變成S和N極。
圖4、圖5共同描述了本實用新型的一個實施例。本實施例以直流電為電源，有作為連續運動的運動部件的永磁體轉子1，以具有矩形磁滯回線的鐵磁體作為固定部件的定子鐵芯2，鐵芯2上繞有的線圈3上加以正負脈沖電流，在永磁體轉子1上裝有與其同軸的位置檢測器4，位置檢測器4的訊號通過換向控制器5控制電動機主電路，當毫秒級的正負脈沖電流加在定子線圈上時，就使具有矩形磁滯回線的鐵磁體的剩磁場隨之作正反向，此剩磁場與永磁體轉子1的磁場相互斥吸，而形成旋轉力矩。永磁體轉子1也可是加有永磁體磁極的旋轉外殼、直線電動機的運動部件等；定子也可以代之以電樞、直線電動機的固定部件等相應部件。定子線圈3上所加的正負脈沖電流可采用毫秒級的正負脈沖電流。毫秒級的正負脈沖電流的脈沖寬度可為0.5-3毫秒。當毫秒級的正負脈沖電流加在定子線圈上時，就使具有矩形磁滯回線的鐵磁體鐵芯的剩磁場隨之正反向，此剩磁場與永磁體的磁場形成相互的斥吸力，而產生旋轉力矩，由于電脈沖寬度只需0.5-3毫秒(視剩磁場逆轉所需時間而定)，而形成的具有矩形磁滯回線的鐵磁體鐵芯的剩磁場，具有和永磁體磁場一樣的性能，維持此剩磁場不需電能，旋轉力矩是由轉子、定子兩者磁場的斥吸力產生，故旋轉時不需要通以連續的電流，只要通以間歇的脈沖電流使剩磁場反向即可，所以能比普通直流電動機節約相當的電能。位置檢測器4中有一個與轉子1同軸的圓片7，圓片7上有缺口，缺口處各放置一小塊永磁體，與缺口相對應的圓片7外裝有磁傳感器(霍爾元件)a、b、c。位置檢測器中的圓片7與電動機的轉子1一起同軸旋轉，當圓片7缺口中的永磁體轉到磁傳感器(霍爾元件) a、b、c處，磁場達到一定強度，磁傳感器(霍爾元件)就會發出“1”訊號給換向控制器5。換向控制器5中有一組觸發器Ca、Cb、Cc，每個觸發器的兩個相反態的輸出端接有時基電路S(型號555)，各觸發器的同態輸出端所接的時基電路S的輸出端同接于一個或門H。觸發器Ca、Cb、Cc每輸入一個“1”信號，其輸出端Q、Q的電平信號就反轉一次，而且兩者總是相反的，即一個為“1”電平信號，另一個為“0”電平信號。當555時基電路輸入一個“1”信號時，即能輸出一個一定寬度的脈沖信號，其脈沖寬度，即時間由給給定的RC電路的時間常數所決定。或門H的三個輸入端中只要有一個輸入“1”。其輸出即可為“1”。電動機主電路里的可控硅均采用可關斷可控硅(GTO)。從位置檢測器4中的磁傳感器所發出的“1”訊號是如何控制主電路的呢？如磁傳感器a將發出的“1”訊號進入換向控制器中的觸發器Ca，其輸出端Q向時基電路S發出“1”訊號，時基電路輸出端將發出限時為0.5-3毫秒的窄脈沖，分二路供給主電路可控硅中命名為X和O′的觸發極，使可控硅導通，則電源的電流將從+端流入經過可控硅X到定子磁極A的線圈的頭端從尾端出去，通過可控硅O′回到電源一端，余可類推。圖中的X、X′、Y、Y′、Z、Z′為相應的可控硅的觸發極連接端。
圖6(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)描述了本實用新型的電機旋轉原理。圖6(a)中定子A的剩磁場反向，則在B、C極的斥吸力作用下，轉子順轉60°成圖6(b)的情況。圖6(b)中定子C的剩磁場反向，則在A、B極的斥吸力作用下，轉子順轉60°成圖6(c)的情況。圖6(c)中定子B的剩磁場反向，則在C、A極的斥吸力作用下，轉子順轉60°成圖6(d)的情況。只要按A-C-B的程序將磁場反向，即可連續地順轉。如果逆轉，可先將圖6(a)中的B、C極的剩磁場反向，而后按A-B-C的程序將剩磁場反向，轉子即可逆轉。
本發明還可以采用其它實施方式，如按相同的原理制成直線電動機。再如使裝有永磁體的外殼旋轉，而使裝有線圈的具有矩形磁滯回線的鐵磁體鐵芯制成的電樞固定不動等結構形式。
權利要求
1.一種節能電動機，以直流電為電源，有連續運動的運動部件，在運動部件上裝有位置檢測器，位置檢測器的訊號通過換向控制器控制電動機主電路，其特征在于以永磁體制成運動部件，以具有矩形磁滯回線的鐵磁體為固定部件的鐵芯，鐵芯上繞有的線圈上加以正負脈沖電流。
2.根據權利要求1所述的節能電動機，其特征在于永磁體運動部件為永磁體轉子或加有永磁體磁極的旋轉外殼、直線電動機的運動部件；固定部件為定子或電樞、直線電動機的固定部件。
3.根據權利要求1或2所述的節能電動機，其特征在于定子線圈上所加的正負脈沖電流采用毫秒級的正負脈沖電流。
4.根據權利要求3所述的節能電動機，其特征在于毫秒級的正負脈沖電流的脈沖寬度為0.5～3毫秒。
全文摘要
公開了一種節能電動機,以直流電為電源,有連續運動的運動部件,在運動部件上裝有位置檢測器,位置檢測器的訊號通過換向控制器控制電動機主電路,其特點:以永磁體制成運動部件,以具有矩形磁滯回線的鐵磁體為固定部件的鐵芯,鐵芯上繞有的線圈上加以正負脈沖電流。優點:由于利用具有矩形磁滯回線的鐵磁體的剩磁的正反向和永磁體相互斥吸的工作方式,故電機旋轉時只需取用窄脈沖電流,而不需連續電流,可比普通直流電動機節約相當的電能。
文檔編號H02K29/06GK1235400SQ9911374
公開日1999年11月17日 申請日期1999年5月28日 優先權日1999年5月28日
發明者徐炳輝 申請人:徐炳輝