徑向疊加磁路永磁直流電動機的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種徑向疊加磁路永磁直流電動機，包括多個定子和安裝于定子內的轉子，所述轉子包括用于驅動轉軸轉動的轉子永磁瓦；所述定子包括定子鐵芯疊片、繞制在定子鐵芯疊片上的繞組，繞組通電后，在定子鐵芯疊片上形成凸極電磁場；定子還包括定子磁鐵和對定子磁鐵的永久磁力線進行傳導的導磁機構，定子磁鐵的永久磁力線至少經導磁機構、定子鐵芯疊片的凸極形成半開放磁回路，使得繞組通電后，此半開放磁場回路與定子鐵芯的凸極電磁場產生疊加強化，作用于轉子永磁瓦驅動轉軸轉動，推動轉子連續輸出高于單純電磁場推動轉子的扭矩動能，其具有特別超高效率、超低能耗和綜合性能優越。
【專利說明】
徑向疊加磁路永磁直流電動機
技術領域
[0001 ]本發明涉及永磁直流電動機領域，具體涉及一種徑向疊加磁路永磁直流電動機。
【背景技術】
[0002]現有的永磁直流電動機大致分為兩大類，一類是永磁定子、電磁轉子，主要用傳統的轉向器、電刷進行控制運轉，俗稱永磁有刷直流電動機;另一類是電磁定子、永磁轉子，主要用位置傳感器、控制驅動電路進行控制運轉，俗稱永磁無刷直流電動機。永磁直流電動機廣泛應用于各種便攜式電子設備或器具中，如錄音機、V⑶機、汽車、摩托車、船舶、航空、精密機床、銀行點鈔機等行業。以上兩類永磁直流電動機有一共同點:定子和轉子兩部分只能其中一部分利用永久磁鐵所提供的永磁能。經長期技術進步，現有的永磁直流電動機在綜合性能及效率上仍保持在一個值，一直得不到提高。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于突破現有技術的約束，提供一種具有超高效率、低功耗和優越的綜合性能的徑向疊加磁路永磁直流電動機。
[0004]本發明通過下述技術方案實現:
徑向疊加磁路永磁直流電動機，包括定子和安裝于定子內的轉子，所述轉子包括用于驅動轉軸轉動的轉子永磁瓦;所述定子包括定子鐵芯疊片、繞制在定子鐵芯疊片上的繞組，繞組通電后，在定子鐵芯疊片上形成凸極電磁場;定子還包括定子磁鐵和對定子磁鐵的永久磁力線進行傳導的導磁機構，定子磁鐵的永久磁力線至少經導磁機構、定子鐵芯疊片的凸極形成半開放磁回路，使得繞組通電后，此半開放磁場回路與定子鐵芯的凸極電磁場產生疊加強化，作用于轉子永磁瓦驅動轉軸轉動，推動轉子連續輸出高于單純電磁場推動轉子的扭矩動能。采用本結構的永磁直流電動機，其定子和轉子部分均可利用永久磁鐵所提供的永磁能，且電磁場的疊加使得永磁直流電動機的效率得到大大提高、能耗大大降低，綜合性能大大提尚。
[0005]作為優選，定子和轉子均有N個且串接在轉軸上，其中N為大于等于2的自然數，以提高永磁直流電動機運行的平穩性;相鄰兩個轉子上的凸極分布位置相互錯開工作角度，以避免凸極式電機啟動死點的問題。
[0006]相鄰兩個轉子上的凸極之間如果不相互錯開工作角度，會出現力矩不能互補、工作時換向器產生火花等問題，在研究過程中發現，要避免上述問題的出現，相鄰兩個轉子之間錯開的工作角度的大小與轉子個數有關，即相鄰兩個轉子上的凸極分布位置相互錯開I/N極間距。
[0007]定子、轉子均有多個且多個定子、多個轉子為模塊化多單元組合結構。將多個定子和多個轉子模塊化設置，其便于安裝，在大批量生產過程中，其優勢尤為突出。
[0008]作為優選，所述導磁機構為機殼。機殼即對定子進行固定，也起到導磁作用，可簡化永磁直流電動機的結構。
[0009]定子磁鐵和定子鐵芯疊片位于導磁機殼內，其穩定性不強，鐵芯固定卡弧設置在導磁機殼的內徑面上，對其進行初步固定，鐵芯固定卡弧內設置卡弧固定楔塊，螺釘對卡弧固定楔塊進行固定時，卡弧固定楔塊所產生的內漲力可有效的將導磁機殼、定子磁鐵、鐵芯固定卡弧、卡弧固定楔塊和定子鐵芯疊片固定為一個整體，有效的增強其結構的穩定性，可靠性能增強。
[0010]利用電流方向控制系統對繞組的電流方向進行控制，以達到對軸轉向控制，所述電流方向控制系統包括外置式多路換向器。
[0011]進一步的，所述多路換向器包括輸入環A和與輸入環A同軸的輸入環B，所述輸入環A、輸入環B上分別設置有換向片A、換向片B，所述換向片A、換向片B相向交錯設置，所述換向片A和換向片B之間設置有過渡片，所述換向片A、換向片B上連接有輸入碳刷和用于與繞組相連的輸出碳刷。本方案的多路換向器有別于現有的換向器結構，其為外置式，使控制運行更加可靠，維護方便，成本低廉。現有的換向器為內置結構，其與定子、轉子為一體，換向器為易損件，當換向器損壞時，相當于整個直流電動機損壞;采用本方案的換向器結構，其為外置式，當換向器損壞時，可替換新的換向器，便于電機的修護，在一定程度上起到節約成本的作用。
[0012]換向器對繞組電路方向進行控制，其套接在轉軸的尾端，在輸入環A和輸入環B內設置有軸固定件，利用軸固定件將換向器套接在轉軸上，增強結構的穩定性。
[0013]還包括固定在端蓋止口上的電刷支架，所述電刷支架與調速機構相連。電刷支架用于固定電刷，其固定在電動機端蓋止口上，可繞該止口軸線廻轉，利用調速機構對電刷支架進行控制，使得電刷支架與調速機構實現聯動以調整電刷換相角，提高運行效率。
[0014]本發明與現有技術相比，至少具有如下的優點和有益效果:
1、本發明的定子磁鐵的永久磁力線經導磁機殼與定子鐵芯疊片形成的永磁回路與定子鐵芯疊片內的電磁回路進行疊加后產生更強的定子凸極磁場作用于轉子永磁場產生的動能遠大于單純的電磁相互作用產生的動能輸出，其具有超高效率、低功耗、恒扭矩輸出和優越的綜合性能。
[0015]2、本發明的轉子有多個且相鄰兩個轉子之間相互錯開工作角度，使得轉子的運轉特征更平穩，增強整個永磁直流電動機運行的穩定性，增強整機性能。
[0016]3、短薄型定子、轉子的模塊化多單元結構使永磁材料元件的制造與性能更加優化、生產成本更加優化，生產成本更加合理。
[0017]4、本發明的換向器為外置式，其使整個永磁直流電動機控制運行簡單可靠，維護方便，成本低廉且在一定程度上節約成本。
【附圖說明】
[0018]此處所說明的附圖用來提供對本發明實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本發明實施例的限定。在附圖中:
圖1為本發明結構示意圖。
[0019]圖2是圖1中Kl-Kl剖視圖、K2-K2剖視圖以及K3-K3剖視圖。
[0020]圖3是圖2中磁路運行示意圖，其中，Kl-Kl中轉子處于換向過渡狀態，K2-K2中轉子處于換向狀態，K3-K3中轉子處于換向完成狀態。[0021 ]圖4是本發明中多路換向器的結構示意圖。
[0022]附圖中標記及對應的零部件名稱:
1、導磁機殼;2、定子磁鐵;3、鐵芯固定卡弧;4、卡弧固定楔塊;5、機殼定位圈;6、定子鐵芯疊片;7、繞組;8、轉子永磁瓦;9、轉子體;10、轉軸；11、轉子定位套；12、多路換向器;12-1、輸入環A; 12-2、輸入環B; 12-3、換向片A; 12-4、換向片B; 12-5、過渡片；12-6、軸固定件；13、電屆1j支架;14、輸入碳刷;15、輸出碳刷;16、換向器外罩。
【具體實施方式】
[0023]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本發明作進一步的詳細說明，本發明的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本發明，并不作為對本發明的限定。
實施例
[0024]如圖1所示的一種徑向疊加磁路永磁直流電動機，包括定子和轉子，轉子位于定子內可相對定子轉動，所述定子包括定子鐵芯疊片6、定子磁鐵2、導磁機構和繞制在定子鐵芯疊片6上的繞組7 ；定子磁鐵2的永久磁力線至少經導磁機構、定子鐵芯疊片6的凸極形成半開放磁回路;所述轉子包括用于驅動轉軸10轉動的轉子永磁瓦8。
[0025]半開放磁回路的路徑經定子磁鐵2最終達到定子鐵芯疊片6的凸極，與定子鐵芯疊片6的凸極產生疊加磁場，其永久磁力線的路徑有多種方式，使得本方案中定子磁鐵2的導磁機構有多種實現結構。譬如，可直接設置導磁片等實現定子磁鐵2與定子鐵芯疊片6的連接，也可采用導磁機殼I;也可如圖1所示，采用導磁機殼I實現對定子磁鐵2永久磁力線的傳導，再經導磁結構實現導磁機殼I與定子鐵芯疊片6的凸極的磁力線傳導，圖1所示的結構采用導磁機殼、磁鐵實現定子磁鐵2永久磁力線自定子磁鐵2至定子鐵芯疊片6的傳導。
[0026]將該定子和轉子的結構制作成成永磁直流電動機時，定子和轉子均需有N個且串接在轉軸10上，其中N為大于等于2的自然數;相鄰兩個轉子上的凸極分布位置相互錯開工作角度，即相鄰兩個轉子上的凸極分布位置相互之間錯開1/N極間距。根據需要，定子和轉子可以選擇二、三、四、五、六個等數量組合而成。如圖1所示，采用3個定子和轉子，其相鄰兩個轉子上的凸極分布位置可按順時針方向旋轉以錯開三分之一極間距，即15。。
[0027]采用導磁機殼I作為導磁機構，其可簡化結構，節約成本。采用導磁機殼I作為導磁機構時，利用鐵芯固定卡弧3對定子磁鐵2和定子鐵芯疊片6進行固定，在鐵芯固定卡弧3上設置卡弧固定楔塊4，通過螺釘嵌入導磁機殼I和卡弧固定楔塊4實現對整個定子的固定。
[0028]電流方向控制系統對繞組7內的電路方向進行控制，所述電流方向控制系統包括外置式多路換向器12。
[0029]如圖3所示的多路換向器12，其包括輸入環A12-1和與輸入環A12-1同軸的輸入環B12-2，所述輸入環A12-1、輸入環B12-2上分別設置有換向片A12-3、換向片B12-4，所述換向片A12-3、換向片B12-4相向交錯設置，所述換向片A12-3和換向片B12-4之間設置有過渡片12-5，所述換向片A12-3、換向片B12-4上連接有輸入碳刷14和用于與繞組7相連的輸出碳刷
15。所述輸入環A12-1和輸入環B12-2內設置有軸固定件12-6，利用軸固定件12-6實現多路換向器12與轉軸的連接。軸固定件12-6具體可采用夾布膠木。
[0030]還包括固定在端蓋止口上的電刷支架13，所述電刷支架13與調速機構相連。
[0031]現就導磁機構為導磁機殼1、導磁結構為磁鐵、3個定子、轉子單元為例詳細說明: 如圖1所示，定子鐵芯疊片6用鐵芯固定卡弧3安裝在導磁機殼I的內徑面上，導磁機殼
1、定子鐵芯疊片6、鐵芯固定卡弧3之間形成預留空間，按圖1所示磁鐵S、N極性方向在預留空間內放入定子磁鐵2，調整卡弧固定楔塊4上的螺釘，利用卡弧固定楔塊4所產生的內漲力將導磁機殼1、定子磁鐵2、鐵芯固定卡弧3、卡弧固定楔塊4、定子鐵芯疊片6固定為一整體，嵌入繞組7即成一個定子。利用機殼定位圈5將3個定子定位組合，并用螺栓固定即成定子總成。
[0032]轉子永磁瓦8按圖所示的極性排列粘連固定與轉子體9圓周表面即完成轉子個體單元。將3個轉子個體單元按圖1所示的極性與鍵槽相互的角度位置與轉軸、轉子定位套11裝配為一體集成轉子總成。
[0033]轉子總成放入定子總成，裝上兩端的軸承、端蓋構成電動機主體，電刷支架13安裝于電動機主體后端蓋定位止口上并用彈簧卡圈固定，其中圖中未標示彈簧卡圈。
[0034]多路換向器12安裝在轉軸10的尾端。輸入碳刷14與多路換向器的輸入環A12-1、輸入環B12-2接觸，輸出碳刷15與多路換向器的換向片A 12-3、換向片B 12_4接觸按順序排列并接線至各定子的繞組7，安裝上換向器外罩16即可。
[0035]以上所述的【具體實施方式】，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的【具體實施方式】而已，并不用于限定本發明的保護范圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.徑向疊加磁路永磁直流電動機，包括定子和安裝于定子內的轉子，其特征在于:所述定子包括定子鐵芯疊片(6)、定子磁鐵(2)、導磁機構和繞制在定子鐵芯疊片(6)上的繞組(7)；定子磁鐵(2)的永久磁力線至少經導磁機構、定子鐵芯疊片(6)的凸極形成半開放磁回路;所述轉子包括用于驅動轉軸(10)轉動的轉子永磁瓦(8)。2.根據權利要求1所述的徑向疊加磁路永磁直流電動機，其特征在于:所述定子和轉子均有N個且串接在轉軸(10)上，其中N為大于等于2的自然數;相鄰兩個轉子上的凸極分布位置相互錯開工作角度。3.根據權利要求2所述的徑向疊加磁路永磁直流電動機，其特征在于:所述相鄰兩個轉子上的凸極分布位置相互錯開1/N極間距。4.根據權利要求2所述的徑向疊加磁路永磁直流電動機，其特征在于:所述定子、轉子均有多個且多個定子、多個轉子為模塊化多單元組合結構。5.根據權利要求1所述的徑向疊加磁路永磁直流電動機，其特征在于:所述導磁機構為機殼。6.根據權利要求5所述的徑向疊加磁路永磁直流電動機，其特征在于:還包括設置在機殼內徑面上用于對定子磁鐵(2)和定子鐵芯疊片(6)進行固定的鐵芯固定卡弧(3)，所述鐵芯固定卡弧(3 )通過卡弧固定楔塊(4 )和卡弧固定楔塊(4 )內的螺釘固定的導磁機殼(I)上。7.根據權利要求1所述的徑向疊加磁路永磁直流電動機，其特征在于:所述繞組(7)上連接有電流方向控制系統，所述電流方向控制系統包括外置式多路換向器(12)。8.根據權利要求7所述的徑向疊加磁路永磁直流電動機，其特征在于:所述多路換向器(12)包括輸入環A( 12-1)和與輸入環A( 12-1)同軸的輸入環B( 12-2)，所述輸入環A( 12-1)、輸入環B(12-2)上分別設置有換向片A(12-3)、換向片B( 12-4)，所述換向片A( 12-3)、換向片B(12-4)相向交錯設置，所述換向片A(12-3)和換向片B(12-4)之間設置有過渡片(12-5)，所述換向片A( 12-3)、換向片B(12-4)上連接有輸入碳刷(14)和用于與繞組(7)相連的輸出碳屆 lj(15)。9.根據權利要求8所述的徑向疊加磁路永磁直流電動機，其特征在于:所述輸入環A(12-1)和輸入環B( 12-2)內設置有軸固定件(12-6)。10.根據權利要求7所述的徑向疊加磁路永磁直流電動機，其特征在于:還包括固定在端蓋止口上的電刷支架(13 )，所述電刷支架(13 )與調速機構相連。
【文檔編號】H02K23/04GK105958787SQ201610056004
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年1月28日
【發明人】馮西川
【申請人】馮西川