专利名称:电—磁动机的制作方法
本发明是一种在永磁直流电机的基础上，对励磁线圈实现限位供电，通过电磁和永磁的相互交替作用产生机械能和电能的装置。
目前国内外生产的永磁直流电动机，在其运动过程中，转子永久磁极与定子上所对电磁极在相互作用的全过程都对励磁线圈供电，这样，永久磁极的贮能未很好得到利用。且以往转子磁极是由永久磁铁导磁到由导磁材料制成的磁极上，而由导磁材料制成的永久磁极在与定子电磁极相作用时，当电磁极的磁通大于永久磁极的磁通，则永久磁极与电磁极相对的表面会被电磁场磁化，相互间作用力就减小。这样，虽然目前已实现对励磁线圈无刷供电，其效率还是很难得到提高。据1985年第一期中小型电机杂志上发表的“永磁式无换向器电机的研制”一文介绍，其电机效率实测虽已达到94%，但达不到100%。
本发明的目的是为改善能源的紧张状况，提供一种电一磁动机，这种电-磁动机不但其效率可以超过118%，而且在直流供电的同时，还能输出频率较高的交流电。
发明是这样实现的，在用永久磁铁作转子磁极的永磁直流电机基础上，把永久磁铁按S、И极性依次排列，每相邻两极间间隔5mm左右，直接装配在用高导磁材料制成的转子轭上。在转子支架外侧的转轴与定子座之间，用定位固定配合方式装一限位供电控制机构，(此限位供电控制机构可用电子结构方式，也可用机械结构方式)以保证当转子每旋转 360/(Z) 度时，从起始位置到旋转略大于 360/(2Z) 度的范围内，只给与其对应的一组组合励磁线圈供电，使转子在永久磁极与电磁极的作用下，向规定方向旋转。而在之后略小于 360/(2Z) 度角度内停止对所有组合励磁线圈供电，利用永久磁极的贮能，通过其与定子电磁极之间的磁感应效应产生的磁作用力，使转子继续向规定方向旋转。(定子电磁极或槽数Z与转子永久磁极数X的关系为Z＝2X，定子电磁极励磁线圈数И要符合И＝Z，且每组励磁线圈跨2个电磁极，其接线方法为依次每隔 (И)/4 数的间隔相并联，组成 (И)/4 组组合励磁线圈。)本发明由于转子采用经导磁的永久磁铁磁极直接与定子电磁极作用，所以既起到导磁，增大磁极磁通，又不会象用高导磁材料制成的磁极那样易受定子电磁极产生的磁场的磁感应，从而能使磁作用力有效地发挥出来。另外，由于对定子励磁线圈实行限位供电，在转子磁极位置与定子磁极位置配合下给某几对电磁极的组合励磁线圈组供电时，与其相邻电磁极的组合励磁线圈组不供电，但形成的磁回路会使其产生与所供电电磁极相反极性的磁场，共同与转子永久磁极作用，产生相同方向的旋转力使转子旋转，提高了电磁转换效率。且此时，在未供电的励磁线圈中可通过隔直流电容输出较高频率的交流电。当所有励磁线圈均处不供电状况时，由于转子永久磁极与定子电磁极所处的配合位置，在磁感应效应作用力下，产生与原来旋转方向一致的作用力，使转子继续向规定方向旋转。此时不需外加能量就能产生能量，因而使电-磁动机的效率得到提高。
发明的具体结构由以下二种实施例、9张附图给出。(以转子用8个永久磁极的图例说明)图1是根据本发明提出的使用电子式限位供电控制机构的电-磁动机剖面图;
图2是根据本发明提出的电-磁动机转子结构剖面图;
图3是电子式限位供电控制器及支架结构图;
图4是限位转换控制磁极体结构剖面图;
图5是电-磁动机供电电路原理图;
图6是电-磁动机定子励磁线圈结构及供电示意图;
图7为根据本发明提出的机械式限位供电控制机构剖面图;
图8为机械式限位供电控制转换器及支架结构图;
图9为导通器结构剖面图;
下面结合图1-9详细说明依据本发明提出的具体装置细节及工作情况。
在用电子式限位供电机构的电-磁动机剖面图1中，转子1由转子支架2固定，转子支架2通过定位孔3固定在定子座4上，(定子座与外壳的结构与一般电机相妨)转子支架2的外侧，在转轴10与定子座4之间，用定位固定配合方式装有电子式限位供电控制机构5，该机构由电子式限位供电器及支架6与限位转换控制磁极体7组成。限位供电控制器及支架6通过定位孔8固定在定子座4上。限位转换控制磁极体7通过键屑9固定在转轴10上。它们之间的配合要保证在转子永久磁极与定子电磁极间的作用处于起始状态时的角度位置起，(见图6中转子永久磁极与定子电磁极所的配合位置)能输出控制信号，对与其对应的定子组合励磁线圈组实现限位供电。电-磁动机两端的端盖11通过定位孔12固定在定子座4上。
转子的结构如图2所示，右图为左图按A-A方式的剖面图。永久磁铁1通过用非导磁材料制成的螺钉2按S、И极极性依次固定在用高导磁材料制成的转子轭3上，组成转子永久磁极。转子轭3通过键屑4固定在转轴5上，每相邻两磁极间留5mm左右间隔，用非导磁贯封材料6(如环氧树脂)封固。
电子式限位供电控制器及支架结构如图3所示，右图为左图的剖面图，电子供电控制器1由霍尔效应集成电路2装在线路板3上组成，并通过螺钉和控制信号输出端4固定在用高强度绝缘材料制成的支架5上，而支架5通过定位孔6固定在定子座上。电子供电控制器1的数量与定子组合励磁线圈组的组数相等。其排列位置要保证在其与限位转换控制磁极体的配合下，能使转子永久磁极与定子电磁极间的作用，在转子处于起始状态时的角度位置起，(见图6中的转子永久磁极与定子电磁极所处的配合位置)输出一控制信号，控制电-磁动机供电电路(见图5)依次给与其对应的组合励磁线圈组在转子旋转略大于 360/(2Z) 度的角度范围内供电，而在转子接着向前旋转的略小于 360/(2Z) + (3×360)/(Z) 度的角度范围内停止供电。
限位转换控制磁极体的结构如图4所示，左图为右图的剖面。用磁极极性方向与转轴相平行的 (X)/2 块永久磁铁2装配在如图中所示由良导磁材料(如硅钢)制成的具有 (X)/2 对导磁极的导磁极体1上相应位置，用胶合剂加以封固。每对导磁极间的距离要保证在整体装配时，与霍尔集或电路之间有1.5～2mm间隙。
电-磁动机供电电路原理如图5所示，其中GTO1、GTO2、GTO3、GTO44只可关断可控硅分别由电子式限位供电控制器提供的S1、S2、S3、S4控制信号控制，然后分别控制与其所接的组合励磁线圈组的供电。
电-磁动机定子励磁线圈的结构如图6所示，图中转子永久磁极1与定子电磁极2所处的配合位置，为分别给组合励磁线圈组5、(6、7、8)限位供电的起始位置。励磁线圈3共有И组，每组励磁线圈跨2个定子电磁极2，且按依次两两相交的要求装配，每组励磁线圈的一端共同连接在同一引出线4上，作为输入电源的一端，而另一端则依次按每相隔И4数线圈的间隔连接到另一引出线5、6、7、8上，作为输入(输出)电源的另一端。隔直流电容9串接在交流输出端与欲加负载10之间。
在机械式限位供电控制机构剖面图7中，转子1与转子支架2、(图中只画出一端)定位孔3的结构和固定方式与电子式限位供电控制机构相同。在转子支架2的外侧转轴10与定子座(图中未画出)之间，用定位固定配合方式装有机械式限位供电控制机构4。限位供电控制转换器5固定在支架6上，支架6通过定位孔7固定在定子座上。导通器8通过键屑9固定在转轴10上。由导通刷11转换各供电控制信号的输出或供电电源的输入。限位供电控制转换器5与导通器8的配合要求与电-磁动机电子式限位供电控制机构中的配合要求相同。
机械式限位供电控制转换器及支架的结构如图8所示，整个结构按A-A方式剖开，转换器部分(按B-B方式剖开)把信号(或电源)输入端8、控制信号输出(或组合励磁线圈组电源输入)端9与用高强度绝缘材料制成的支架1浇铸成一体，通过定位孔2固定在定子座上。信号(或电源)输入铜环3(其形状见10，有一铜环和一引出端组成)与控制信号(或供电)转换极铜环4、5(其形状见11，有一铜环，其一端连接四条等距分布的转换极组成)6、7(其形状见12，有四条等距分布的转换极条，内侧连一铜环组成)之间间隔在1.5mm左右。其信号输入(或电源输出)铜环3通过引出端13与信号(或电源)输入端8相连接。控制信号(或供电)转换极铜环4、5、6、7间相互等距交叉分布，并分别与其对应的控制信号输出(或组合励磁线圈组的供电输入)端9相连接。
导通器的结构见图9，右图为其侧向剖面图。导通刷1经导通刷弹簧2由盖板3用固定螺钉4固定在用高强度绝缘材料制成的支架5上。
电-磁动机定子励磁线圈结构及供电示意图6给出的转子永久磁极与定子电磁极相对应的位置为给组合励磁线圈组5起始供电位置。限位供电是这样实现的在此位置时，由限位供电控制机构中与供电电路对应的信号输出端输出控制信号S1，控制供电电路中GTO1给与其所接的组合励磁线圈组5供电，与此对应的电磁极产生电磁场，而与此相邻的电磁极则在形成的磁回路中感应出极性相反的磁场，共同与转子永久磁极产生向右旋转的磁作用力，使转子向右旋转。此时，其他组合励磁线圈组可输出交流电。当转子向右旋转到略大于 360/(2Z) 度角度时，所有限位供电控制器的输出端均无控制信号输出，因而供电电路停止给组合励磁线圈组供电。此时由于转子永久磁极与定子电磁极相对应的配合位置，转子能在转子永久磁极与定子电磁极的磁感应效应作用下，继续受到向右的作用力而向右旋转。接着旋转略小于 360/(2Z) 度，转子永久磁极与定子电磁极将处于对组合励磁线圈组6进行起始供电的位置，供电情况与运动过程与前相同。这样，依次轮流对组合励磁线圈组5、6、7、8供电及停止供电，电-磁动机的转子将始终受到向右的磁作用力而不停地旋转产生机械动力，并在其交流输出端5与7、6与8之间经隔直流电容9可输出频率较高的交流电，输出交流电的频率与转子永久磁极数X及转子的转速n成正比。若欲使转速可调，只要在如图5所示的电-磁动机供电电路原理图的电源V1与电-磁动机之间加接一调速控制线路即可。若欲紧急制动，可在停止供电后，将交流输出端5与7、6与8间通过阻值较小的短路电阻短路。
使用机械式限位供电控制机构的电-磁动机，若把其控制信号输出(或组合励磁线圈组电源输入)端9直接同与其对应的组合励磁线圈组引出端相接，就可在控制信号(或电源)输入端8直接输入直流电源，实现对电-磁动机的组合励磁线圈组的限位供电控制。
权利要求
1.一种甚高效率、并可同时输出机械能和电能的电-磁动机装置，(见图1)其特征是该装置有转子1由转子支架2固定，转子支架2通过定位孔3固定在定子座4上，转子支架2的外侧，在转轴10与定子座4之间，用定位固定配合方式装有电子式限位供电控制机构5，或机械式限位供电控制机构(见图7中的4)，端盖11通过定位孔12固定在定子座4上组成。
2.根据权利要求
1所述的装置，其特征是转子的结构(见图2)是把永久磁铁1按S、И极极性依次排列、用非导磁固定螺钉2直接装配在用高导磁材料制成的转子轭3上，转子轭3通过键屑4固定在转轴5上。
3.根据权利要求
1所述的装置，其特征是电子式限位供电控制机构5是有电子式限位供电控制器及支架6通过定位孔8固定在定子座4上、限位转换控制磁极体7通过键屑9固定在转轴10上配合组成。
4.根据权利要求
1所述的装置，其特征是当使用机械式限位供电控制机构时，(见图7)其有限位供电控制转换器5固定在支架6上，再通过定位孔7固定在定子座上，与导通器8通过键屑9固定在转轴10上配合组成。
5.根据权利要求
1所述的装置，其特征是定子电磁极和励磁线圈的结构，(见图6)其电磁极2的数量Z与转子永久磁极1的数量X的关系为Z＝2X，励磁线圈3的数量И＝Z，且每组励磁线圈跨2个电磁极。其接线方法为把每组励磁线圈的一端共同连接到同一引出线4上，作为输入电源的一端，而另一端则依次按每相隔 (и)/4 数线圈的间隔连接到另一引出线5、6、7、8上，作为输入(输出)电源的另一端。
6.根据权利要求
1、2所述的装置，其特征是转子的结构，(见图2)其每两相邻永久磁极1之间的间隔为5mm左右，且用非导磁贯封材料6封固。
7.根据权利要求
1、3所述的装置，其特征是电子式限位供电控制器1(见图3)由霍尔效应集成电路2装在线路板3上，并通过螺钉和控制信号输出端4固定在由高强度绝缘材料制成的支架5上。电子式限位供电控制器1的数量为 (X)/2 个。
8.根据权利要求
1、3所述的装置、其特征是电子式限位供电控制机构中的限位转换控制磁极体，(见图4)由磁极极性方向与转轴相平行的 (X)/2 块永久磁铁2装配在如图中所示用高导磁材料制成的，具有 (X)/2 对导磁极的导磁体1上相应位置，用胶合剂加以封固。
9.根据权利要求
1、4所述的装置，其特征是机械式限位供电控制机构中的限位供电控制转换器，(见图8)其信号(或电源)输入铜环3有一铜环10连着一引出端13组成，引出端13与信号(或电源)输入端8相连接，控制信号(或供电)转换极铜环4、5(见11，有一铜环，其一端有四条等距分布的转换极组成)6、7(见12，有四条等距分布的转换极条，内侧连接一铜环组成)之间等距交叉分布，分别与其对应的控制信号输出(或组合磁磁线圈组的供电输入)端9相连接，与用高强度绝缘材料制成的支架1浇铸成一体。
10.根据权利要求
1、4所述的装置，其特征是机械式限位供电控制机构中的导通器，(见图9)其导通刷1通过导通刷弹簧2、盖板3、固定螺钉4固定在用高强度绝缘材料制成的支架5上。
11.根据权利要求
1、5所述的装置，其特征是使用如图5所示的电一磁动机供电电路原理进行限位供电。
专利摘要
本发明提供了一种电—磁动机，该电—磁动机的特点是在用永久磁铁作转子磁极的永磁直流电机基础上，把永久磁铁按S、N极极性依次排列，每相邻两极间间隔在5mm左右，直接装到用高导磁材料制成的转子轭上。在转子支架外侧的转轴与定子座之间，用定位配合方式装一限位供电控制机构，对定子励磁线圈实现限位供电，从而把转子永久磁极的贮能通过磁感应效应发挥出来，使电—磁动机的效率达118％以上。
文档编号H02K1/02GK85106056SQ85106056
公开日1986年1月10日 申请日期1985年8月2日
发明者高建雄 申请人:高建雄导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan