一種基于環(huán)形電機的動量輪的制作方法
【專利摘要】一種基于環(huán)形電機的動量輪，包括外殼底座，固定于其上的外殼上蓋，外殼上蓋和外殼底座間形成空腔，空腔內(nèi)設置永磁體托盤，永磁體托盤的四周為環(huán)形槽，環(huán)形槽內(nèi)放置一塊整體的永磁體，其充磁方向為軸向，在永磁體的上部和下部的空腔內(nèi)設置硅鋼片壓制的鐵芯及其上繞制的繞組線圈，永磁體托盤的中間部分的上下分別與上下兩個轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動部分相連接，且中間部分的頂部伸出外殼上蓋，用于轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的測量；本發(fā)明動量輪在運行過程中，輸入為單相直流電壓，線圈中電流較為穩(wěn)定，運行波動很??；由于動量輪采用一整塊的永磁體作為轉(zhuǎn)子，且永磁體采用磁性強的釹鐵硼材料，因此線圈所在部分電磁場強度較高，動量輪在較低的電流下依舊可以提供較高的轉(zhuǎn)矩。
【專利說明】-種基于環(huán)形電機的動量輪

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及動量輪【技術領域】，具體涉及一種基于環(huán)形電機的動量輪。

【背景技術】
[0002] 現(xiàn)有動量輪主要采用無刷直流電機作為動力源，這些直流電機工作原理為：定子 為線圈纏繞鐵芯，線圈為三相纏繞方式，通電通入三相直流電，直流電波形為方波，三相之 間相位各相差120度。工作時，通入電流，在線圈與轉(zhuǎn)子永磁體的氣隙間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場， 帶動永磁體轉(zhuǎn)動。其作為動量輪的缺點：需要在運行時測量電機轉(zhuǎn)子的位置，從而調(diào)整電機 的輸入電流波形及相位，因此需要復雜的驅(qū)動線路；由于電流換向，運行波動較大，尤其是 低速運行下性能不好；實際運行時的轉(zhuǎn)矩并不大，不能應用于對轉(zhuǎn)矩要求較高的情況。
[0003] 而對于另一種結構的動量輪基于盤式電機：盤式電機的工作原理與無刷直流電機 的工作原理相同，將定子線圈和動子磁體都制作為盤狀，電機的磁路為軸向，因此也稱為軸 向磁路無刷直流電機。這種電機由于采用的也是三相方波電流，因此也需要在電機運行時 測量轉(zhuǎn)子的位置，增加電機控制電路的復雜性；同時也存在運行波動的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于環(huán)形電機的 動量輪，動量輪在運行過程中，輸入為單相直流電壓，線圈中電流較為穩(wěn)定，運行波動很小； 由于動量輪采用一整塊的永磁體作為轉(zhuǎn)子，且永磁體采用磁性強的釹鐵硼材料，因此線圈 所在部分電磁場強度較高，動量輪在較低的電流下依舊可以提供較高的轉(zhuǎn)矩。
[0005] 為達到以上目的，本發(fā)明采用如下技術方案：
[0006] -種基于環(huán)形電機的動量輪，包括外殼底座2,固定于外殼底座2上的外殼上蓋1， 所述外殼上蓋1和外殼底座2間形成空腔，空腔內(nèi)設置永磁體托盤3,所述永磁體托盤3的 四周為環(huán)形槽3-1，所述環(huán)形槽3-1內(nèi)放置一塊整體的永磁體4,其充磁方向為軸向，即上面 的磁極為N極或S極，下面的磁極為S極或N極，所述永磁體4和永磁體托盤3為電機轉(zhuǎn)子 部分，在所述永磁體4的上部和下部、外殼上蓋1和外殼底座2間的空腔內(nèi)設置電機的定子 部分即硅鋼片壓制的鐵芯8及其上繞制的繞組線圈5,所述硅鋼片壓制的鐵芯的內(nèi)環(huán)處設 計多個位置對稱的凸起，繞組線圈5繞制在凸起之間的圓環(huán)鐵芯上，所述永磁體托盤3的中 間部分的上下分別與上下兩個轉(zhuǎn)軸7的轉(zhuǎn)動部分相連接，且中間部分的頂部伸出外殼上蓋 1，用于轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的測量。
[0007] 所述硅鋼片壓制的鐵芯8的內(nèi)環(huán)處設計有4個圓心角為150的凸起，且凸起的厚 度與繞組線圈5的厚度相同。
[0008] 所述轉(zhuǎn)軸7的軸承采用滾珠軸承，為中空環(huán)形，兩個轉(zhuǎn)軸7套接在永磁體托盤3中 間部分的上下，兩個轉(zhuǎn)軸7的外圈分別固定于外殼上蓋1以及外殼底座2上，內(nèi)圈轉(zhuǎn)動部分 與永磁體托盤3固連。
[0009] 在所述兩個轉(zhuǎn)軸7的上轉(zhuǎn)軸的頂部設置有軸承蓋6。
[0010] 所述外殼上蓋1和外殼底座2的材料為45號鋼。
[0011] 所述永磁體4的材料為釹鐵硼。
[0012] 所述永磁體4采用環(huán)氧材料粘貼在永磁體托盤3的環(huán)形槽3-1內(nèi)。
[0013] 和現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下：
[0014] 1、由于轉(zhuǎn)子為環(huán)柱形永磁體，并且定子線圈鐵芯分別位于轉(zhuǎn)子的上下方，因此動 量輪的磁路簡單。磁路從永磁體的N極出發(fā)，通過一個線圈，進入鐵芯，再通過電機的固定 部分（上蓋-托盤-底座），回到另一邊的鐵芯，再回到永磁體的S極。
[0015] 2、由于動量輪的轉(zhuǎn)子為一塊完整的永磁體，因此定子線圈部分的磁場較為均勻， 產(chǎn)生的安培力與線圈中通過的電流成線性關系，因此動量輪的可控性較強。電機轉(zhuǎn)子為整 塊永磁體，并且繞組線圈繞制在位置對稱的凸起之間的圓環(huán)鐵芯上，則繞組線圈的相位差 相同，因此動量輪運行的情況不受轉(zhuǎn)子的位置影響，不需要復雜的實時測量轉(zhuǎn)子位置的控 制電路。
[0016] 3、由于動量輪的輸入為單相直流電壓，線圈中的電流較三相情況下更為穩(wěn)定，動 量輪運行波動小，在低速情況下，運行也穩(wěn)定。
[0017] 4、由于動量輪轉(zhuǎn)子采用整體的永磁體，在定子線圈處的磁場強度較大，容易產(chǎn)生 較大的安培力，因此可以在較低的輸入電壓下依舊可以提供較高的轉(zhuǎn)矩。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明基于環(huán)形電機動量輪的剖面示意圖。
[0019] 圖2為本發(fā)明中定子鐵芯以及線圈的俯視圖剖面示意圖。
[0020] 圖3為本發(fā)明中轉(zhuǎn)子托盤示意圖。

【具體實施方式】
[0021] 下面結合圖1、圖2、圖3和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
[0022] 如圖1、圖2和圖3所不，本發(fā)明一種基于環(huán)形電機的動量輪，包括外殼底座2,固 定于外殼底座2上的外殼上蓋1，所述外殼上蓋1和外殼底座2間形成空腔，空腔內(nèi)設置永 磁體托盤3,所述永磁體托盤3的四周為環(huán)形槽3-1，所述環(huán)形槽3-1內(nèi)放置一塊整體的永 磁體4,其充磁方向為軸向，即上面的磁極為N極或S極，下面的磁極為S極或N極，所述永 磁體4和永磁體托盤3為電機轉(zhuǎn)子部分，在所述永磁體4的上部和下部、外殼上蓋1和外殼 底座2間的空腔內(nèi)設置電機的定子部分即硅鋼片壓制的鐵芯8及其上繞制的繞組線圈5,所 述硅鋼片壓制的鐵芯的內(nèi)環(huán)處設計多個位置對稱的凸起，繞組線圈5繞制在凸起之間的圓 環(huán)鐵芯上，所述永磁體托盤3的中間部分的上下分別與上下兩個轉(zhuǎn)軸7的轉(zhuǎn)動部分相連接， 且中間部分的頂部伸出外殼上蓋1，用于轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的測量。
[0023] 作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述硅鋼片壓制的鐵芯8的內(nèi)環(huán)處設計的4個圓心 角為150的凸起位置對稱，且凸起的厚度與繞組線圈5的厚度相同。
[0024] 作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述轉(zhuǎn)軸7的軸承采用滾珠軸承，為中空環(huán)形，兩個 轉(zhuǎn)軸7套接在永磁體托盤3中間部分的上下，兩個轉(zhuǎn)軸7的外圈分別固定于外殼上蓋1以 及外殼底座2上，內(nèi)圈轉(zhuǎn)動部分與永磁體托盤3固連。
[0025] 作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，在所述兩個轉(zhuǎn)軸7的上轉(zhuǎn)軸的頂部設置有軸承蓋6。 為了保護軸承以及防止軸承落入過多的灰塵，影響軸承的工作，同時減小了動量輪運轉(zhuǎn)時 的噪聲。
[0026] 作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述外殼上蓋1和外殼底座2的材料為45號鋼?？?滿足動量輪對外殼的剛度需要也可滿足電機磁路傳導的需要。
[0027] 作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述永磁體4的材料為釹鐵硼。釹鐵硼屬于第三代 稀土永磁材料，具有體積小、重量輕和磁性強的特點。
[0028] 作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述永磁體4采用環(huán)氧材料粘貼在永磁體托盤3的 環(huán)形槽3-1內(nèi)。
[0029] 本發(fā)明的工作原理為：
[0030] 由于本動量輪采用上下結構，上下兩層為定子鐵芯繞制漆包線圈，中間一層為材 料釹鐵硼的永磁體轉(zhuǎn)子，因此對于動量輪的運行來說，其運行轉(zhuǎn)矩與線圈中通過的電流成 線性關系，因此動量輪的運行控制比較簡單。
[0031] 動量輪啟動時，向繞組線圈5兩端加載單相直流電壓，此時繞組線圈5當中通過單 相直流電流，繞組線圈5在永磁體4磁場的作用下產(chǎn)生安培力，力的方向為切向方向，而由 于繞組線圈5固定于鐵芯8之上，因此對永磁體4產(chǎn)生一個反作用力，使得永磁體4轉(zhuǎn)動， 動量輪即開始運行。
[0032] 動量輪開始運行后，可以根據(jù)對于動量輪的性能需要，比如說轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的需求在 外接控制電路上調(diào)節(jié)飛輪電機的輸入電壓，從而改變繞組線圈5中的電流，進而改變動量 輪的運行狀態(tài)，滿足我們對動量輪的要求。
【權利要求】
1. 一種基于環(huán)形電機的動量輪，其特征在于：包括外殼底座（2)，固定于外殼底座（2) 上的外殼上蓋（1)，所述外殼上蓋（1)和外殼底座（2)間形成空腔，空腔內(nèi)設置永磁體托盤 (3)，所述永磁體托盤（3)的四周為環(huán)形槽（3-1)，所述環(huán)形槽（3-1)內(nèi)放置一塊整體的永 磁體（4)，其充磁方向為軸向，即上面的磁極為N極或S極，下面的磁極為S極或N極，所述 永磁體（4)和永磁體托盤（3)為電機轉(zhuǎn)子部分，在所述永磁體（4)的上部和下部、夕卜殼上蓋 (1)和外殼底座（2)間的空腔內(nèi)設置電機的定子部分即硅鋼片壓制的鐵芯（8)及其上繞制 的繞組線圈（5)，所述硅鋼片壓制的鐵芯的內(nèi)環(huán)處設計多個位置對稱的凸起，繞組線圈（5) 繞制在凸起之間的圓環(huán)鐵芯上，所述永磁體托盤（3)的中間部分的上下分別與上下兩個轉(zhuǎn) 軸（7)的轉(zhuǎn)動部分相連接，且中間部分的頂部伸出外殼上蓋（1)，用于轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的測量。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于環(huán)形電機的動量輪，其特征在于：所述硅鋼片壓制 的鐵芯（8)的內(nèi)環(huán)處設計有4個圓心角為150的凸起，且凸起的厚度與繞組線圈（5)的厚 度相問。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于環(huán)形電機的動量輪，其特征在于：所述轉(zhuǎn)軸（7)的 軸承采用滾珠軸承，為中空環(huán)形，兩個轉(zhuǎn)軸（7)套接在永磁體托盤（3)中間部分的上下，兩 個轉(zhuǎn)軸（7)的外圈分別固定于外殼上蓋（1)以及外殼底座（2)上，內(nèi)圈轉(zhuǎn)動部分與永磁體 托盤（3)固連。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于環(huán)形電機的動量輪，其特征在于：在所述兩個轉(zhuǎn)軸 (7)的上轉(zhuǎn)軸的頂部設置有軸承蓋（6)。
5. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于環(huán)形電機的動量輪，其特征在于：所述外殼上蓋（1) 和外殼底座（2)的材料為45號鋼。
6. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于環(huán)形電機的動量輪，其特征在于：所述永磁體（4) 的材料為釹鐵硼。
7. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于環(huán)形電機的動量輪，其特征在于：所述永磁體（4) 采用環(huán)氧材料粘貼在永磁體托盤（3)的環(huán)形槽（3-1)內(nèi)。
【文檔編號】H02K1/22GK104124791SQ201410356330
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月24日 優(yōu)先權日:2014年7月24日
【發(fā)明者】孫劍, 郭彥昊 申請人:西安交通大學