專(zhuān)利名稱：永磁式電機(jī)轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別是屬永磁式電機(jī)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有采用永磁體作轉(zhuǎn)子的永磁電機(jī)及開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)存在啟動(dòng)困難的問(wèn)題，一般啟動(dòng)電流約為額定電流的5-6倍，而起動(dòng)力矩卻只有額定轉(zhuǎn)矩的0.8-1.2倍左右，所以耗能多，而且存在體積重量大、耗材多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的不足，發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種永磁式電機(jī)轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)方法及裝置，采用該方法設(shè)計(jì)的永磁電機(jī)具有易于啟動(dòng)，啟動(dòng)電流小、過(guò)載能力強(qiáng)、節(jié)省能源、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明永磁式電機(jī)轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)方法是(參見(jiàn)實(shí)施例圖)設(shè)有定子(4)、轉(zhuǎn)子(5)，在轉(zhuǎn)子上設(shè)置永磁體(6)，所述的定子由導(dǎo)磁材料制成，并設(shè)有可與每一轉(zhuǎn)子永磁體(6)對(duì)應(yīng)耦合的凸極對(duì)(4a、4b)，其特征在于組成每一定子凸極對(duì)的定子凸極(4a)、(4b)沿轉(zhuǎn)子運(yùn)行的圓周方向錯(cuò)開(kāi)角度，以使平衡于二者之間的轉(zhuǎn)子永磁體中心軸線與定子凸極中心軸線錯(cuò)開(kāi)，所述定子凸極上設(shè)有與控制器電連接的繞組(13)，每當(dāng)轉(zhuǎn)子永磁體與定子凸極相互吸引運(yùn)動(dòng)到對(duì)應(yīng)定子凸極對(duì)圓周向錯(cuò)開(kāi)角度的兩凸極之間的平衡位置時(shí)，給定子繞組通電對(duì)轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生切向力，轉(zhuǎn)出平衡位置，同時(shí)吸入極性相反的下一永磁體，以此使轉(zhuǎn)子保持持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。
采用本發(fā)明方法的永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)為(參見(jiàn)實(shí)施例圖)設(shè)有機(jī)殼(8)、機(jī)殼內(nèi)設(shè)有裝在主軸(1)上的轉(zhuǎn)子(5)、與機(jī)殼相對(duì)固定的定子(4)，其特征在于所述的轉(zhuǎn)子(5)為在非導(dǎo)磁材料的盤(pán)體上圓周向拉開(kāi)距離地嵌有不少于一對(duì)的軸向極性的永磁體(6)，相鄰兩永磁體的N、S極極性相反排列，所述的定子(4)用導(dǎo)磁材料制成，并設(shè)有數(shù)量相同的兩組凸極(4a、4b)，兩組凸極分別設(shè)在轉(zhuǎn)子(5)盤(pán)體的兩側(cè)，兩組凸極的對(duì)應(yīng)凸極組成凸極對(duì)，每一凸極對(duì)的兩個(gè)凸極在圓周向錯(cuò)開(kāi)角度，使進(jìn)入兩凸極之間并與兩凸極耦合處于平衡狀態(tài)的永磁體中心軸線與定子凸極中心軸線錯(cuò)開(kāi)，定子凸極上設(shè)有與控制器電連接的繞組(13)，控制器與能感應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)角度的傳感器電連接。
本發(fā)明裝置的工作原理是靜態(tài)時(shí)，裝在轉(zhuǎn)子上的永磁體與導(dǎo)磁材料制成的定子相互吸引，轉(zhuǎn)到定子凸極對(duì)的兩凸極(4a、4b)之間，軸向永磁體的N、S極分別與位于轉(zhuǎn)子盤(pán)體兩側(cè)的兩個(gè)凸極相互吸引處于平衡狀態(tài)，由于兩定子凸極在圓周向錯(cuò)開(kāi)一角度，所以永磁體的中心軸線與兩定子凸極的中心軸線錯(cuò)開(kāi)位置，避開(kāi)了永磁體與凸極中心軸線重合時(shí)產(chǎn)生不了圓周向轉(zhuǎn)矩的“死點(diǎn)”，此時(shí)對(duì)定子凸極繞組通入脈沖電流，即可與永磁體磁極之間產(chǎn)生切向電磁場(chǎng)力(圓周向轉(zhuǎn)矩)，使永磁體轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)出平衡位置，同時(shí)定子凸極繞組又將極性相反的下一級(jí)永磁體吸到凸極對(duì)之間，此時(shí)再通過(guò)定子繞組通電對(duì)永磁體切向力轉(zhuǎn)出該平衡位置，以此完成轉(zhuǎn)子的持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。
本發(fā)明可在給定子繞組通電時(shí)，使永磁體總是處于與定子凸極中心軸線錯(cuò)開(kāi)角度的位置，從而保證定子凸極與轉(zhuǎn)子之間能夠產(chǎn)生圓周向轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，具有易于啟動(dòng)、啟動(dòng)電流小的優(yōu)點(diǎn)，由于本發(fā)明轉(zhuǎn)子不設(shè)繞組，因此沒(méi)有電樞反應(yīng)，減少了工作電流，本發(fā)明的啟動(dòng)電流可為負(fù)載后運(yùn)行電流的50％，加之轉(zhuǎn)子在上述轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，一部分是間歇地靠永磁體與定子之間的磁吸引力作功，一部分是間歇地靠通電電磁場(chǎng)作功，可充分利用磁場(chǎng)力，因此具有明顯的節(jié)能效果，而且工作效率高，起動(dòng)力矩大，本發(fā)明裝置的定子凸極設(shè)在轉(zhuǎn)子軸向兩側(cè)，縮小了半徑，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。


圖1、本發(fā)明裝置實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意2、圖1轉(zhuǎn)子5的A-A向結(jié)構(gòu)示意3、圖1轉(zhuǎn)子上永磁體6同兩側(cè)與其耦合的定子凸極4a、4b的H向相對(duì)位置示意4、圖1實(shí)施例轉(zhuǎn)子永磁體6與定子凸極4a、4b工作過(guò)程示意圖(本圖是將永磁體6與定子凸極4的實(shí)際位置均向圓心方向轉(zhuǎn)了90度，以直觀地示意它們之間在工作過(guò)程中相對(duì)角度的變化)
1-主軸 2-端板 3-調(diào)節(jié)盤(pán) 4-定子 4a、4b-定子凸極 5-轉(zhuǎn)子 6-永磁體7-定位套 8-機(jī)殼 9-調(diào)節(jié)桿 10-傳感器 11-風(fēng)扇 12-防塵罩 13-繞組具體實(shí)施方案采用本發(fā)明方法的永磁式電機(jī)結(jié)構(gòu)為參見(jiàn)圖1，機(jī)殼8兩端通過(guò)螺釘裝有端板2，主軸1通過(guò)軸承與機(jī)殼8兩端的端板2連接，本例同軸設(shè)有兩組結(jié)構(gòu)相同的轉(zhuǎn)子5和定子4，分別裝在主軸1兩側(cè)，并用定位套7隔開(kāi)。
每組轉(zhuǎn)子和定子的結(jié)構(gòu)為通過(guò)鍵槽固定在主軸1上的轉(zhuǎn)子5為圓盤(pán)體，用強(qiáng)化纖維樹(shù)脂灌封而成，參見(jiàn)圖2，所述的永磁體6圓周向均勻嵌在轉(zhuǎn)子圓盤(pán)體上，永磁體N、S極方向與主軸方向平行，且相鄰永磁體極性相反，所述的定子4為由雙面絕緣的冷軋硅鋼片料沖疊而成的凸極式結(jié)構(gòu)，凸極上繞有繞組13，所述的定子凸極分為數(shù)量相同的兩組4a、4b，分別通過(guò)螺釘固定在圓盤(pán)式轉(zhuǎn)子5兩側(cè)設(shè)置的與機(jī)殼8相對(duì)固定、且對(duì)著轉(zhuǎn)子盤(pán)面的調(diào)節(jié)盤(pán)3上，兩組凸極的繞組分別串聯(lián)連接或并聯(lián)連接。本例轉(zhuǎn)子5上圓周向均勻設(shè)有6塊永磁體，位于轉(zhuǎn)子兩側(cè)的每組定子有3個(gè)凸極，相隔120度，每組三個(gè)凸極上的繞組13串聯(lián)或并聯(lián)連接，每對(duì)位于轉(zhuǎn)子圓盤(pán)兩側(cè)的相互對(duì)應(yīng)的兩個(gè)定子凸極在圓周向錯(cuò)開(kāi)20度(參見(jiàn)圖3)，凸極的軸線方向與轉(zhuǎn)子上永磁體的N、S極方向平行，使轉(zhuǎn)子兩側(cè)的凸極4a、4b可分別與轉(zhuǎn)到其間的永磁體6的兩極耦合，并使永磁體可在與兩凸極的磁吸力下平衡于兩定子凸極4a、4b之間。
本例兩組共四個(gè)調(diào)節(jié)盤(pán)3分別通過(guò)螺絲與機(jī)殼8連接，兩端調(diào)節(jié)盤(pán)3之間連接有角度調(diào)節(jié)桿9，可通過(guò)調(diào)節(jié)兩端調(diào)節(jié)盤(pán)的角度同步調(diào)節(jié)固定在其上的定子凸極與內(nèi)側(cè)調(diào)節(jié)盤(pán)上對(duì)應(yīng)定子凸極之間圓周向錯(cuò)開(kāi)的角度大小。
本發(fā)明位于轉(zhuǎn)子盤(pán)體兩側(cè)的對(duì)應(yīng)定子凸極圓周向錯(cuò)開(kāi)的角度大小一方面不能太大，以滿足使位于兩凸極之間的永磁體6能夠通過(guò)與兩凸極耦合產(chǎn)生的磁場(chǎng)力平衡于兩凸極之間，另一方面也不能太小，以使平衡于其間的永磁體中心軸線與兩凸極的中心軸線錯(cuò)開(kāi)一定距離，能夠產(chǎn)生圓周向的轉(zhuǎn)矩。對(duì)于本例均勻設(shè)有3對(duì)6塊永磁體的轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)子兩側(cè)對(duì)應(yīng)定子凸極錯(cuò)開(kāi)的角度以18°-25°為宜。
機(jī)殼8端板上裝有可感應(yīng)轉(zhuǎn)子5轉(zhuǎn)動(dòng)角度的傳感器10，其傳感信號(hào)輸出端與CPU控制器連接，定子繞組13通過(guò)CPU控制器與供電電源連接，伸出一側(cè)端板2的主軸1上裝有風(fēng)扇11，風(fēng)扇11外設(shè)有與端板相對(duì)固定的防塵罩12。
本永磁電機(jī)的安裝程序是先將定子凸極裝在調(diào)節(jié)盤(pán)3上，再將內(nèi)側(cè)的兩個(gè)調(diào)節(jié)盤(pán)及定位套螺絲固定在機(jī)殼內(nèi)軸向的中部，然安裝主軸轉(zhuǎn)子和外側(cè)的兩個(gè)調(diào)節(jié)板，并將主軸通過(guò)軸承座固定在兩側(cè)端板上，外側(cè)兩調(diào)節(jié)板之間連接有角度調(diào)節(jié)桿9，可用其同步調(diào)節(jié)外側(cè)兩調(diào)節(jié)板上凸極與內(nèi)側(cè)兩調(diào)節(jié)板上對(duì)應(yīng)凸極在圓周向錯(cuò)開(kāi)的角度，再用螺釘將調(diào)好角度的調(diào)節(jié)板與機(jī)殼相對(duì)固定。
參見(jiàn)圖4本例永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子永磁體6與定子凸極工作過(guò)程示意圖，該圖是將實(shí)際轉(zhuǎn)子和定子的位置均向軸心方向旋轉(zhuǎn)了90度，以更能直觀示意它們之間的相對(duì)角度，圖中外圈的定子凸極4a表示位于轉(zhuǎn)子圓盤(pán)外側(cè)的凸極，內(nèi)圈的定子凸極4b表示位于轉(zhuǎn)子圓盤(pán)內(nèi)側(cè)的凸極，轉(zhuǎn)子兩側(cè)的凸極4a、4b圓周向錯(cuò)開(kāi)約20度，在不通電的靜態(tài)情況下，轉(zhuǎn)子永磁體61、63、65與用導(dǎo)磁材料制成的對(duì)應(yīng)定子凸極對(duì)相互吸引，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，運(yùn)動(dòng)到凸極對(duì)圓周向錯(cuò)開(kāi)角度的凸極4a、4b之間(如圖4-1所示)，永磁體的兩極分別與兩凸極相互吸引，處于平衡狀態(tài)，此時(shí)給外側(cè)三個(gè)定子繞組4a加一正向脈沖電流形成N極，通過(guò)與永磁體61、63、65外側(cè)S極相互吸引對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一向左的切向力脈沖，使其向左轉(zhuǎn)動(dòng)并通過(guò)慣性轉(zhuǎn)到圖4-2的位置，然后永磁體62、64、66通過(guò)與定子凸極的磁場(chǎng)吸引力被吸到圖4-3所示對(duì)應(yīng)凸極對(duì)之間的平衡位置，此時(shí)，再給內(nèi)側(cè)的定子繞組4b加一負(fù)向脈沖電流形成S極，與永磁體內(nèi)側(cè)的S極相斥，即可使永磁體向左轉(zhuǎn)，以此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。
通電時(shí)刻由CPU控制器控制，控制器通過(guò)傳感器獲取轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)角度的信號(hào)，每當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到設(shè)定角度(錯(cuò)開(kāi)角度的定子凸極對(duì)之間)時(shí)，控制器控制設(shè)定的內(nèi)側(cè)或外側(cè)繞組通電，實(shí)現(xiàn)推動(dòng)轉(zhuǎn)子的功能。若按前述通電方向可使轉(zhuǎn)子向左轉(zhuǎn)，則改變通電方向即可使轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)，這些均可由CPU控制器控制。
本例轉(zhuǎn)子每6步轉(zhuǎn)一圈，每圈內(nèi)側(cè)和外側(cè)繞組各通電3次，每步轉(zhuǎn)60度，靠永磁體吸力做功約轉(zhuǎn)30度，靠通電電磁場(chǎng)作功約30度，加之啟動(dòng)電流小，故節(jié)能效果顯著，而且本機(jī)兩個(gè)轉(zhuǎn)子由四組繞組驅(qū)動(dòng)，控制器可根據(jù)負(fù)荷的大小任意選擇給1個(gè)或多個(gè)繞組通電，例如當(dāng)在重負(fù)荷時(shí)，控制器控制給4個(gè)繞組通電實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷驅(qū)動(dòng)，在輕負(fù)荷時(shí)(如電動(dòng)車(chē)下坡時(shí))可控制部分或全部繞組成為發(fā)電繞組向儲(chǔ)電電瓶充電，實(shí)現(xiàn)輕負(fù)荷和重負(fù)荷兩種工作環(huán)境下的能量互補(bǔ)，合理利用能源，避免象其它電機(jī)那樣在輕負(fù)荷時(shí)對(duì)電能的浪費(fèi)，進(jìn)一步達(dá)到高效節(jié)能的目的。
本例節(jié)能效果好，而且具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作效率高，啟動(dòng)力矩大的特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.永磁式電機(jī)轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)方法，設(shè)有定子(4)、轉(zhuǎn)子(5)，在轉(zhuǎn)子上設(shè)置永磁體(6)，所述的定子由導(dǎo)磁材料制成，并設(shè)有可與每一轉(zhuǎn)子永磁體(6)對(duì)應(yīng)耦合的凸極對(duì)(4a、4b)，其特征在于組成每一定子凸極對(duì)的定子凸極(4a)、(4b)沿轉(zhuǎn)子運(yùn)行的圓周方向錯(cuò)開(kāi)角度，以使平衡于二者之間的轉(zhuǎn)子永磁體中心軸線與定子凸極中心軸線錯(cuò)開(kāi)，所述定子凸極上設(shè)有與控制器電連接的繞組(13)，每當(dāng)轉(zhuǎn)子永磁體與定子凸極相互吸引運(yùn)動(dòng)到對(duì)應(yīng)定子凸極對(duì)圓周向錯(cuò)開(kāi)角度的兩凸極之間的平衡位置時(shí)，給定子繞組通電對(duì)轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生切向力，轉(zhuǎn)出平衡位置，同時(shí)吸入極性相反的下一永磁體，以此使轉(zhuǎn)子保持持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.永磁式電機(jī)，設(shè)有機(jī)殼(8)、機(jī)殼內(nèi)設(shè)有裝在主軸(1)上的轉(zhuǎn)子(5)、與機(jī)殼相對(duì)固定的定子(4)，其特征在于所述的轉(zhuǎn)子(5)為在非導(dǎo)磁材料的盤(pán)體上圓周向拉開(kāi)距離地嵌有不少于一對(duì)的軸向極性的永磁體(6)，相鄰兩永磁體的N、S極極性相反排列，所述的定子(4)用導(dǎo)磁材料制成，并設(shè)有數(shù)量相同的兩組凸極(4a、4b)，兩組凸極分別設(shè)在轉(zhuǎn)子(5)盤(pán)體的兩側(cè)，兩組凸極的對(duì)應(yīng)凸極組成凸極對(duì)，每一凸極對(duì)的兩個(gè)凸極在圓周向錯(cuò)開(kāi)角度，使進(jìn)入兩凸極之間并與兩凸極耦合處于平衡狀態(tài)的永磁體中心軸線與定子凸極中心軸線錯(cuò)開(kāi)，定子凸極上設(shè)有與控制器電連接的繞組(13)，控制器與能感應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)角度的傳感器電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的永磁式電機(jī)，其特征在于所述的轉(zhuǎn)子(5)為圓盤(pán)體，所述的永磁體(6)圓周向均勻嵌在轉(zhuǎn)子圓盤(pán)體上，永磁體N、S極方向與主軸方向平行，且相鄰永磁體極性相反，所述的定子凸極分為數(shù)量相同的兩組(4a)、(4b)，分別固定在圓盤(pán)式轉(zhuǎn)子(5)兩側(cè)設(shè)置的與機(jī)殼(8)相對(duì)固定、且對(duì)著轉(zhuǎn)子盤(pán)面的調(diào)節(jié)盤(pán)(3)上，兩組凸極的繞組分別串聯(lián)連接或并聯(lián)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的永磁式電機(jī)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子(5)上圓周向均勻設(shè)有六塊永磁體，位于轉(zhuǎn)子兩側(cè)的每組定子有3個(gè)凸極，相隔120度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的永磁式電機(jī)，其特征在于每對(duì)位于轉(zhuǎn)子兩側(cè)的相互對(duì)應(yīng)的兩個(gè)定子凸極在圓周向錯(cuò)開(kāi)18-25度。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的永磁式電機(jī)，其特征在于所述機(jī)殼(8)端板上裝有可感應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)角度的所述傳感器(10)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2-6任一權(quán)利要求所述的永磁式電機(jī)，其特征在于設(shè)有兩組結(jié)構(gòu)相同的所述轉(zhuǎn)子(5)和定子(4)，分別裝在主軸(1)兩側(cè)，并用定位套(7)隔開(kāi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的永磁式電機(jī)，其特征在于設(shè)有兩組結(jié)構(gòu)相同的所述轉(zhuǎn)子(5)和定子(4)，分別裝在主軸(1)兩側(cè)，并用定位套(7)隔開(kāi)，兩端調(diào)節(jié)盤(pán)(3)之間連接有調(diào)節(jié)桿(9)。
全文摘要
永磁式電機(jī)轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)方法及裝置，設(shè)有轉(zhuǎn)子(5)、與機(jī)殼相對(duì)固定的定子(4)，轉(zhuǎn)子為在盤(pán)體上嵌有不少于一對(duì)的軸向極性的永磁體(6)，相鄰兩永磁體的N、S極極性相反，定子用導(dǎo)磁材料制成，并設(shè)有數(shù)量相同的兩組凸極(4a、4b)，兩組凸極分別設(shè)在轉(zhuǎn)子盤(pán)體的兩側(cè)，兩組凸極的對(duì)應(yīng)凸極在圓周向錯(cuò)開(kāi)角度，使進(jìn)入兩凸極之間并與兩凸極耦合處于平衡狀態(tài)的永磁體中心軸線與定子凸極中心軸線錯(cuò)開(kāi)，定子凸極上設(shè)有與控制器電連接的繞組(13)，控制器與能感應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)角度的傳感器電連接，本發(fā)明永磁電機(jī)具有易于啟動(dòng)，啟動(dòng)電流小、過(guò)載能力強(qiáng)、節(jié)省能源、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02K1/27GK1945958SQ200610138228
公開(kāi)日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2006年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月6日
發(fā)明者何世政, 宋添發(fā), 張文祐 申請(qǐng)人:何世政, 宋添發(fā), 張文祐