专利名称：电磁能电机的制作方法
所属领域本发明一般涉及到一种电动机，特别是一种同时可输出机械能及电能的电磁能电机。
背景技术：
一般电机，包括电动机、尤其是直流电动机，由定子，转子组成，定子至少包括一对磁极，转子也至少包括一对磁极，所述定子由永磁体构成磁极或由励磁绕组形成电磁铁，转子包括电磁铁磁极或永磁体磁极，定子或转子的磁极宽度为110°-130°电角度，每对磁极的N、S极对称地布置在180°电角度上，励磁绕组或其他绕组嵌在N、S极的外面，包围住N、S极，通过一个直流电源给励磁绕组供电，公知的电机虽然能达到输出机械扭矩或电能的目的，但其缺点是一机不能同时既输出机械扭矩，又输出电能，无论是机械能转化为电能，或电能转化为机械能，其转化效率都较低，而且结构复杂，制造成本高，能耗大，因此极需改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能克服公知技术的缺点，效率高，能耗较小，特性硬，能同时输出机械扭矩，并通过发电绕组带动电气负载的电磁能电机。
为实现上述目的，本发明的方案为设置一个转子位置检测器，检测器与所述的直流电源相连，直流电源在一个供电周期内对一对电极励磁线圈的通电角度为50°-70°电角度，所述的电角度中心线与对应的转子磁极中心线立体交角为35°-70°。
采用上述方案，一对由励磁线圈形成的电磁铁电极，在一个周期内仅有很少时间的通电角度，即使由几对励磁线圈形成的电磁铁，最多的通电时间不会超过一个周期的一半，另一段时间利用自身储能，这就节省了供电电能，再加上几何角度的结构设置极其有效地利用了磁极间同性排斥，异性相吸的性质，使转子处在推力和拉力的同时作用或交替作用下，使所述的电磁能电机的工作原理与已有技术的电机完全不同，从而实现了本发明的目的。
下面通过具体的实施例更详细的说明本发明的技术方案。
图1为电磁能电机的立体图；图2为电磁能电机的分离立体图；图3为电磁能电机的受力分析图；图4为电磁能电机的直流电源电路图；图5为图4电路图的信号分析图；图6为电磁能电机的平面布置图；图7为电磁能电机的接线图；图8为电磁能电机的受力分析图1；图9为电磁能电机的受力分析图2；图10为电磁能电机的受力分析图3；图11为电磁能电机的受力分析图4；图12为电磁能电机的受力分析图5；图13为电磁能电机的受力分析图6。
具体实施例方式
如图1及图2所示为本方案的电磁能电机的立体图，由定子1，转子2组成，本实施例的定子包括三对磁极1a，1b，1c，这是由励磁绕组和导磁材料形成的电磁铁，每对磁极上嵌有一付励磁线圈3，三对磁极由三付励磁线圈3a，3b，3c嵌在磁钢形成的铁心4上，磁极1a对应励磁线圈3a，磁极1b对应励磁线圈3b，磁极1c对应励磁线圈3c，各励磁线圈互不相通，与各自的直流电源供电电路相连，磁极的宽度为120°电角度，每对磁极的N、S极对称地布置在180°电角度上，转子2由一对磁极5构成，所述的磁极为永磁体，一端为N极，另一端为S极，其宽度为120°电角度，转子2的中心轴6的两端由机壳通过滚动轴承支承，转子和定子之间留有间隙，在中心轴6伸出机壳的轴端上设置有一付转子位置检测器。
所述的转子位置检测器包括在转子轴端的圆周上设置弧度为50°-70°的一截导电片7，本实施例的弧度为60°，导电片7与轴绝缘并与一个提供电位的电源相接，为便于装配，本实施例的导电片7为一个圆环8的伸出，圆环8便于与轴端安装配合。
安装带导电片7的圆环8时，要特别注意导电片7的中心线与对应的转子磁极间有角度要求，方案要求保证由位置检测器形成的电角度中心线与对应磁极中心线立体交角为35°-70°，本实施例设定的立体交角为60°，往后可以看出，这种几何结构的安排是极其有用的，如图3所示，在图中由导电片7引出的中心线与一个对应转子2的磁极中心线之间的立体夹角为60°。
由此可以看出，方案中的通电角度决定于安装在轴端的导电片7的宽度，所述的立体交角为安装在轴端的导电片7的中心线与安装在同一轴上的转子磁极中心线之间的夹角。
沿设置转子位置检测器的轴端均布有一组滑环接触器9，由于定子励磁绕组有三组，故本实施例为三付滑环接触器为9a，9b，9c，以相距120°的角度分布，滑环接触器9包括炭刷及弹簧，炭刷接触导电片7，每一滑环接触器9通过导线与一个直流供电电路相接，作为该直流供电电路的输入端，在滑环接触器9接触导电片7时，与一个提供电位的电源相接，从往后的叙述中可以得知，这种方式实际上是一种以脉冲形式的输入方式，由于产生脉冲可以有很多种方法，包括本实施例的机械式，也可以是设想得到的磁电式，光电式或电路形成，如果用于本申请的技术方案，均在本专利申请的保护之内，这是可以理解的。
已经了解的是，每一个定子的励磁绕组都有一个单独的直流电源供电，如图4为本方案的电磁能电机的直流电源电路图，其设计原理大致为上述的转子位置检测器提供一组脉冲，在脉冲作用期间电路将直流供给作为负载的励磁线圈绕组，使定子变为电磁铁，励磁绕组还与其它电气元件组合，当脉冲不作用时，励磁绕组通过蓄积的能量再次对励磁绕组放电，继续维持电磁铁的作用。其具体电路包括所述电路至少包括一对可控硅元件，一个第一可控硅10的正极接有一组并联电路11，该正极通过一个第一电容12与一个第二可控硅13的正极相连，第一可控硅10的触发端通过一个第二电容14与一个三极管15的射极相连，第二可控硅13的触发端通过一个第三电容16与三极管15的集电极相连，三极管15的信号输入端与一个脉冲发生装置的输出端相连，本实施例的脉冲发生装置即前述的转子位置检测器及与其相配合的滑环接触器9。
前述的并联电路11包括一个磁极的励磁线圈17和一个第一二极管18，线圈17的一端与二极管18的正端及第一可控硅10的正端相连，第一二极管18的负端与线圈17的另一端与电源的正端相接。
第一可控硅10的触发端还与一个第二二极管19的负端相接，第二二极管19正端接电源负端，第二可控硅13的触发端还与一个第三二极管20的负端相接，第三二极管20的正端接电源负端。
第二可控硅13的正端还通过一个电阻21与电源正端相接，三极管15的射极还通过一个电阻22与电源负端相接。
相同结构的电路共有三个，如图3所示的23，24。
本电路的原理分析如下当由与转子位置检测器相配合的滑环接触器9的输出端输出脉冲给三极管15的基极时，三极管15导通，三极管15的射极电位增高，给可控硅10一个触发信号，可控硅10导通，定子励磁线圈17通过直流电使定子成为电磁铁产生磁场，排斥转子，转子旋转60°后断电，因为导电片7的宽度仅为60°，励磁线圈17产生自感电势，二极管18导通，使励磁线圈17产生同方向的磁场，且产生同方向的电流，因此通过线圈17产生的磁场和原磁场相同，当脉冲处于低电平的末端时，电容12放电，可控硅13导通，可控硅10关断。
由以上直流电源给励磁线圈17的供电原理可知，本电路充分地利用了励磁线圈17的储能的特性，在电路供给直流电的同时储能，当然储能的大小与线圈的电感有关，通常励磁线圈的电感都相当大，所以其自感电势也大，故能在线路供电结束后利用自感电势继续维持电磁铁的工作。
为便于理解，提供了图5的信号分析图，直角坐标25是由转子位置检测器提供的一串脉冲，直角坐标26为一付励磁绕组3a内的电势的变化，直角坐标27为第二组励磁线圈3b，直角坐标28为第三组励磁线圈3c，现在仅分析直角坐标26，在一个脉冲作用期间，励磁线圈3a由于存在电感产生自感电势，如曲线29，在脉冲非作用期间，即处于低电平时，自感电势呈放电态势，如曲线30所述，以后依此类推。
电机结构中，在定子槽中除嵌有励磁绕组外，还嵌有一组发电绕组，发电绕组嵌在励磁绕组的外面，包围着励磁绕组，但相互绝缘，这样当转子转动时，发电绕组中由于磁通发生变化产生感应电势，因此电机输出机械扭矩的同时输出电能，带动有关电的负载。
图6和图7公开了电机线圈绕组的平面布置图及接线图，从上述的图示中可以看出本电机与公知电机的不同点，如本申请的线圈之间是各自独立的，而公知技术的直流电机励磁绕组是相连通的，等等。图6中举出一对磁极的平面分布图，图中的1a为磁极铁心柱，占有六个铁心柱槽，在180°对称位置为另外六个铁心柱槽，其中1a(N)表示电磁铁的北极，1a(s)表示电磁铁的南极，另两对磁极图中没有画出，有些磁极是重合的。
图7的接线图表示励磁绕组的接线，箭头表示电流的流向。
本方案的电磁能电机工作原理如下所述，为便于说明，特画出图8-图13。
图8中，电角度t＝0°，滑环9a与导电片7刚接触，此时定子磁极1a还未成为电磁铁，故无磁性，当t＞0°时，导电片7与滑环9a接触，并在60°电角度内，由线路供电给环绕磁极1a的励磁线圈3a，并产生磁场，与转子一端磁极N相对的定子磁极也产生N极，由于同性相排斥，转子在磁力推的作用下向顺时针方向旋转。
图9，转子转过t＝60°，即转过60°电角度，滑环9a与导电片7脱离接触，如前所述，此时电路已没有供给励磁绕组3a电流，已由励磁绕组3a的自感电势续流，继续维持由励磁绕组3a产生的同性磁场，定子磁极1a的N极继续对转子进行排斥，但同时定子磁极1a的S极也对转子产生异性相吸的作用，因此转子同时受到一个推、拉力的作用。
图10，转子转过t＝120°，即转过120°电角度，导电片7与滑9b接触，在接触的电角度120°-180°内，由另一线路23供电给环绕磁极1b的励磁线圈3b，并产生磁场，与转子一端磁极N相对的定子磁极为N极，由于同性排斥，转子在磁力推的作用下顺时针方向旋转。
图11，转子转过t＝180°，即转过180°电角度，滑环9b与导电片7脱离接触，此时电路已没有供给励磁线圈3b电流，已由励磁线圈3b的自感电势续流，继续维持由励磁线圈3b产生的同性磁场，定子磁极1b的N极继续对转子进行排斥，即产生推力，但同时定子磁极1b的S极也对转子产生异性相吸的作用，因此转子同时受到一个推、拉力的作用。
图12，转子转过t＝240°，即转过240°电角度，导电片7与滑环9c接触，在240°-300°的电角度内，由线路24供给环绕磁极1c的励磁线圈3c电流，并产生磁场，与转子一端磁极N相对的定子磁极为N极，由于同性排斥，转子在推的作用下顺时针方向旋转。
图13，转子转过300°电角度后，导电片7与滑环9c脱离，在以后的60°电角度内由自感电势维持同性磁场，故磁极1c的N极继续对转子推，而另一S极对转子产生拉的作用。
回到图8，继续循环。
总结上述图示的原理，可以归纳为在本方案中，导电片7的通电宽度为60°电角度，即每接触一个滑环，导电片7仅有60°的宽度通电，在这段宽度内由直流电源供电给一组励磁绕组，励磁绕组产生磁场使所包围的铁心成为电磁极，所形成的磁极极性与所对应的转子磁极极性相同，根据同性相排斥的原理，定子磁极与转子磁极产生排斥力，使转子旋转，排斥时间为60°电角度，当转子旋转到使转子磁极中心线与定子磁极中心线有一定角度时，转子磁极开始进入异性磁极区，转子在受到排斥力的同时，又受到另一异性极的拉力，当转子旋转超过60°时，直流电源电路停止给绕组供电，由于绕组存在自感电势，所以在下一个60°电角度内继续维持磁场存在，转子同样在推、拉力的作用下旋转，当转子的中心线与定子中心线垂直时，所产生的推、拉作用力对转子产生最大的转矩，当转子旋转到120°电角度时，自感电势减小到0，因此该绕组所包围的定子磁场消失，停止向转子作功，但此时导电片7已旋转到另一角度，启动另一对磁极绕组通电，接替前一对绕组，同样重复上述的过程，继续作功。
上述实施例为定子是电磁铁，转子为永磁体，但如果定子或转子均为电磁铁磁极，或定子为永磁体，转子为电磁铁，本申请的技术方案也能完全覆盖上述的情况，由于其设计原理相同，所以其它的结构就不赘述了。
本方案的经济技术指标通过如下的分析，可以得到充分了解，对比的一个公知技术为型号Y905-2交直流电动机，该电机额定功率1.5千瓦，电流3.4安，转速2840转/分，效率78％，功率因数0.85，其堵转电流，额定电流7.0安，堵转转矩，额定转矩为2.2kg-m，最大转矩，额定转矩2.3kg-m，其转动惯量0.0012kg.m2，质量22kg，工作电压160°伏左右，为异步电机。
本方案生产的同样规格的电磁能电机工作电压在36伏-160伏之间，仅堵转电流或额定电流在5-7安之间，其他参数与上述电机差不多相同，为同步电机。
本方案设计的电机结构简单，加工成本低廉，公知技术的电机加工费用在1500-1600元之间，而本申请的电机加工费在1200-1300元之间。按照惯例，同等功率的同步电机比异步电机贵50％以上，而本申请的加工费反而较低，因此从市场推广的角度看，容易被用户接受。
权利要求
1.电磁能电机，由定子，转子组成，定子至少包括一对磁极，转子也至少包括一对磁极，所述定子由永磁体构成磁极或由励磁绕组形成电磁铁磁极，转子包括电磁铁磁极或永磁体磁极，定子或转子的磁极宽度为110°-130°电角度，每对磁极的N、S极对称地布置在180°电角度上，励磁绕组或其他绕组嵌在N、S极的外面，包围住N、S极，通过一个直流电源给励磁绕组供电，其特征在于设置一个转子位置检测器，检测器与所述的直流电源相连，直流电源在一个周期内对一对电极励磁线圈的通电角度为50°-70°电角度，所述电角度的中心线与对应转子磁极中心线立体交角为35°-70°。
2.根据权利要求1所述的电磁能电机，其特征在于在一个周期内对一对电极励磁线圈的通电角度为60°电角度。
3.根据权利要求1所述的电磁能电机，其特征在于所述电角度的中心线与对应磁极中心线立体交角为60°。
4.根据权利要求1所述的电磁能电机，其特征在于所述的转子位置检测器包括在转子轴端的圆周上设置弧度为60°的一截导电片(7)，导电片(7)与轴绝缘并与一个提供电位的电源相接。
5.根据权利要求1或4所述的电磁能电机，其特征在于所述的通电角度决定于安装在电机轴端的导电片(7)的宽度，所述的立体交角为安装在轴端的导电片(7)的中心线与安装在同一轴上的转子磁极中心线之间的夹角。
6.根据权利要求1所述的电磁能电机，其特征在于所述的直流电源电路至少包括一对可控硅元件，一个第一可控硅(10)的正极接有一组并联电路(11)，该正极通过一个第一电容(12)与一个第二可控硅(13)的正极相连，第一可控硅(10)的触发端通过一个第二电容(14)与一个三极管(15)的射极相连，第二可控硅(13)的触发端通过一个第三电容(16)与三极管(15)的集电极相连，三极管(15)的信号输入端与一个脉冲发生装置的输出端相连。
7.根据权利要求6所述的电磁能电机，其特征在于前述的并联电路(11)包括一个磁极的励磁线圈(17)和一个第一二极管(18)，线圈(17)的一端与二极管(18)的正端及第一可控硅(10)的正端相连，第一二极管(18)的负端与线圈(17)的另一端与电源的正端相接。
8.根据权利要求6所述的电磁能电机，其特征在于第一可控硅(10)的触发端还与一个第二二极管(19)的负端相接，第二二极管(19)正端接电源负端，第二可控硅(13)的触发端还与一个第三二极管(20)的负端相接，第三二极管(20)的正端接电源负端。
9.根据权利要求6所述的电磁能电机，其特征在于第二可控硅(13)的正端还通过一个电阻(21)与电源正端相接，三极管(15)的射极还通过一个电阻(22)与电源负端相接。
10.根据权利要求1所述的电磁能电机，其特征在于所述的其他绕组为在定子槽中还嵌有一组发电绕组，发电绕组嵌在励磁绕组的外面，包围着励磁绕组，但相互绝缘。
全文摘要
本发明公开了一种电磁能电机，由定子，转子组成，励磁绕组或其他绕组嵌在N、S极的外面，包围住N、S极，通过一个直流电源给励磁绕组供电，设置一个转子位置检测器，检测器与所述的直流电源相连，直流电源在一个周期内对一对电极励磁线圈的通电角度为50°－70°电角度，所述电角度的中心线与对应转子磁极中心线立体交角为35°－70°，本方案设计的电机结构简单，加工成本低廉，效率高，能耗较小，特性硬，能同时输出机械扭矩，并通过发电绕组带动电气负载。
文档编号H02K57/00GK1967987SQ200610022279
公开日2007年5月23日 申请日期2006年11月16日 优先权日2006年11月16日
发明者钟世友, 庞碧才, 夏觉衡, 李纯芳, 吕章虎 申请人:钟世友