半磁外绕组节能电动的制造方法
【专利摘要】本发明公开一种半磁外绕组节能电动机，包括定子、转子、永磁磁体、主绕组磁极和助力励磁绕组，该电动机内部构造结合了无刷直流电动机和开关磁阻电动机的优点，主要特征将主绕组磁极置于定子的顶部，方便拆卸，散热能力较好，省掉了风扇所带来的能量损耗，并将转子和定子进行分段设计，达到每段定子和转子的单独运行，运行时产生的热量较小，而且本身定子本体与转子转动时所形成的气流流动将其热量消耗，所以避免因为电机长时间工作使永磁磁极过热发生退磁现象，并且添加了只有助力作用的助力励磁绕组，利用磁力线的助推力，达到电动机节能作用，设计简洁方便，易于拆卸。
【专利说明】半磁外绕组节能电动机
【技术领域】
[0001]本发明属于节能电动机【技术领域】，特别涉及一种半磁外绕组节能电动机。
【背景技术】
[0002]目前的电动机大多是一种旋转式电动机器,将电能转变为机械能，它主要包括一种产生磁场的电磁铁绕组或者分布的定子绕组和一个旋转的转子，在定子绕组旋转磁场的作用下，其在电枢鼠笼式铝框中有电流通过并受磁场的作用而使其转动，开关磁阻电动机通常电动机的做功部分作旋转运动，转子由硅钢片双叠压而成，定子各极上绕有励磁绕组，通过向定子励磁绕组依次通入激励电流，使定子凸极与转子凸极相互作用产生转矩，其定子凸极和转子凸极磁极路沿着电动机转动轴的径向布置，工作原理遵循“磁阻最小原理”，通电后，磁路有向磁阻最小路径变化的趋势；当转子凸极与定子错位时，气隙大，磁阻也大，一旦定子中励磁绕组通电，就会形成对转子凸极的磁拉力，使气隙变小、磁路磁阻也变小；而现有技术的直流电动机一股都采用机壳，里面设置定子、转子、机座、电刷和换向磁极等，可是直流电动机的换向磁极一旦损坏，将会把电动机内部部件拆卸，操作较复杂。
【发明内容】
[0003]针对现有技术存在的问题，本发明提供一种半磁外绕组节能电动机，结合了开关磁组电动机和无刷直流电动机的优点，并结合设计一种方便拆卸的主绕组磁极，使得永磁磁极、主绕组磁极和励磁线圈的助力作用相结合，可代替绕组所产生的磁极可省去一半的电能消耗，为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种半磁外绕组节能电动机，其特征在于:包括至少两个定子和与定子个数相同的转子，所述的定子由主绕组磁极1、外壳2和两对助力励磁绕组构成，所述的定子外壳2顶部设置有开口，所述的主绕组磁极I设置在定子外壳2的开口处；在定子的中心设置中心转轴5，转子6套接在中心转轴5上，所述套接在中心转轴5上转子与转子排布所形成的角度差为360° /转子的个数；所述的助力励磁绕组包括一对顺时针助力励磁绕组4和一对逆时针助力励磁绕组3，每对助力励磁绕组设置在定子内壁的侧面并沿中心转轴5中心点对称布置；所述定子底部的内壁与永磁磁极7固定连接,在定子与定子之间设置定子连接件10,沿中心转轴的轴向方向的最外层两端的定子外侧分别固定连接前端盖8和后端盖9。
[0004]优选，所述的后端盖靠近中心轴位置设置测距模块11。
[0005]进一步优选，所述的主绕组磁极I由绕有线圈的硅钢片构成的T型连接件，与定子外壳2的顶部固定相连。
[0006]进一步优选，所述的助力励磁绕组由绕有励磁线圈的硅钢片构成，所述的助力励磁绕组硅钢片在靠近转子的凸极形状为与转子转动轨迹的弧度相同的弧形。
[0007]进一步优选，所述的转子6形状为工字形转子。
[0008]进一步优选，所述的定子外壳2形状为凸字形定子。
[0009]本发明的有益效果:本发明所公开的半磁外绕组节能电动机，跟原有的直流无刷电动机和开关磁组电动机的形状与构造都有所不同，在电动机定子上端开口设置主绕组磁极，与定子外壳部分固定连接，方便拆卸，由于主绕组磁极在定子外面，所以主绕组磁极与定子的间隙增大，散热能力相当好，可以省掉风扇所带来的能量损耗，此结构设计可以达到大幅度节能的目的，由于主绕组磁极设计在定子外端助力励磁绕组工作时只有转子运行产生的热量非常小，由本身定子本体与转子转动时所形成的气流流动将其热量消耗掉，避免了因为电机长时间工作而使永磁磁极过热而产生退磁现象；而且半磁外绕组节能电动机维修十分方便，不用拆开电机本体就可以直接维修，主绕组磁极构造设计为随时拆卸和安装，任意一组主绕组损坏直接更换主绕组磁极即可继续工作运行，由于采用半磁式定子结构节能电动机换向时不会产生脉动噪音，电机运行平稳可靠。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]下面结合附图对本发明一种半磁外绕组节能电动机进行详细说明:
[0011]图1是本发明半磁外绕组节能电动机的结构示意图；
[0012]图2是本发明半磁外绕组节能电动机定子与主绕组磁极的剖视图；
[0013]图3是本发明半磁外绕组节能电动机转子为90°时的结构示意图；
[0014]图4是本发明半磁外绕组节能电动机转子为210°时的结构示意图；
[0015]图5是本发明半磁外绕组节能电动机转子为330°时的结构示意图；
[0016]图6是本发明半磁外绕组节能电动机前端盖的结构示意图；
[0017]图7是本发明半磁外绕组节能电动机后端盖的结构示意图；
[0018]图8是本发明半磁外绕组节能电动机中心转轴上套接三个转子的结构示意图；
[0019]图9是本发明半磁外绕组节能电动机中连接件的结构示意图；
[0020]图10是本发明半磁外绕组节能电动机的俯视图；
[0021]图中，1-主绕组磁极；2_定子外壳；3_逆时针助力励磁绕组；4_顺时针助力励磁绕组；5_中心转轴；6_转子；7_永磁磁极；8_前端盖；9_后端盖；10_连接件；11_测距模块。
【具体实施方式】
[0022]如图1所示的一种半磁外绕组节能电动机，包括三段定子、转子6、中心转轴5，连接件10，前端盖8和后端盖9，如图2所示，每段定子包括主绕组磁极1、定子外壳2和两对助力绕组磁极，所述的定子外壳呈凸字形，在定子外壳2的顶部设置有开口，所述的主绕组磁极I由绕有线圈的硅钢片构成的T型连接件与定子外壳2的顶部开口处固定相连，所述的助力绕组磁极与定子外壳2的侧面内壁固定连接，在定子的中心设置中心转轴5，转子6通过转轴键固定在中心转轴5上，所述的转子由硅钢片铁心叠压而成的工字形状；如图8所示的半磁外绕组节能电动机的中心转轴上设置三个转子，每个转子都设置在定子的中心；所述套接在中心转轴5上转子与转子之间排布所形成的角度差为120°，如图3所示转子所置角度为90° ,则图4所示转子所置角度为210°和图5所示转子所置角度为330°，转子之间由隔离环形成隔离在所置的定子内；设定初始状态的90°转子为a段，210°转子为b段，330°转子为c段；则a段转子相对应的定子为A段，b段转子相对应的定子为B段，c段转子相对应的定子为C段；所述的助力励磁绕组包括一对顺时针助力励磁绕组4和一对逆时针助力励磁绕组3，每对助力励磁绕组设置在定子内壁的侧面并沿中心转轴5中心点对称布置，所述的助力励磁绕组由绕有励磁线圈的硅钢片铁芯构成，所述的助力励磁绕组硅钢片在靠近转子的凸极形状为与转子转动轨迹的弧度相同的弧形；所述定子底部的内壁与永磁磁极7固定连接，在定子与定子之间设置连接件10 ;每段定子外壳2的方型端点都设有至少三个定子定位凸点和定子紧固螺栓；所述的定子连接件10在相应位置也设置相应定子固定凸点和定子紧固螺栓，如图6和图7所示，沿中心转轴的轴向方向的最外层两端的定子外侧分别固定连接前端盖8和后端盖9，在后端盖9靠近中心转轴的上部设置一个测距模块11，所述的测距模块为红外线测距传感器；定子外壳2、转子和T型主绕组磁极都采用硅钢压制而成，硅钢片具有较高的磁导率；定子连接件采用铝质材料，铝合金具有重量轻和散热快的优点，可以减轻电动机本体的质量和节省硅钢片的用量。
[0023]所述的永磁磁极7与T型主绕组磁极I为上下相对应组成一对S极和N极磁场，定子内左右两侧为反电动势助力绕组磁极相对于中心转轴中心点对称为一对助力绕组分为顺时针反电动势助力绕组和逆时针反电动势助力绕组，A B C段的定子组合与a b c段转子组合位置相对应时总有一段转子凸极磁极和定子组合凸极磁极中心线位置相重合，转子结构为三段式结构每段转子轴向距离不同，三段转子所置的角度不同，每段转子凸极磁极旋转到90°时与每段定子凸极磁极位置相重合，每段转子凸极轴向都不会被前一段转子凸极所遮挡，利用红外线测距模块三角测量法，对转子凸极a段、b段、c段进行轴向测距便可得到每段转子凸极是否与定子凸极磁极中心线相重合，得到转子的准确初始位置信息和换相信息，红外测距传感器模块位于半磁外绕组节能电动机的后端盖安装口位置，与转子凸极磁极轴向相对应，分段式转子a段、b段、c段为轴向三段式转子，a段、b段、c段轴向凸极角度差为120°均匀排列，转子每转一周，每段转子两个凸极磁极都会与相对应的定子凸极磁极重合两次，会产生三段不同的轴向距离，红外线测距模块发射光束，每段转子在旋转时每段转子都会以不同的距离反射红外测距模块发射的红外光束，每段转子凸极所反射回来的红外线角度不同，由红外接收管敏感器件接收，输出每段转子凸极不同的模拟电压，由主控器单片机AD端转换为单片机可以识别的数字信号，由于不同的模拟电压代表不同转子凸极磁极，所以单片机编写程序会针对不同模拟电压做出相应的比对，由单片机输出相应的指令，单片机指令控制键分为顺时针旋转控制键，逆时针旋转控制键，停止键和转速控制键，顺时针旋转单片机程序初始化，红外测距传感器检测转子位置信息，单片机主程序确定转子初始位置，按顺时针起动键，单片机扫描确定，以相应的逻辑程序运行，顺时针运行程序为A-C-B-A相换相运行，顺时针助力绕组开关此时为常开状态。逆时针助力绕组开关此时为常闭状态。
[0024]当红外测距传感器检测输出模拟电压值为A相时，单片机换相程序起动，A相为转子初始位置，由主编写程序和单片机运算发出C相导通指令，C相、T型主绕组磁极导通产生一个与凸极定子内的永磁磁极相反的磁场，由于a段转子旋转到90°时，凸极磁极中心线相重合时，c段转子与凸极磁极位置正好是达到磁阻最小位置，由磁通量总是沿着磁阻最小路径闭合原理，Aa相凸极磁极中心线位置，将转过一定角度变为Ce相凸极磁极中心线位置相重合；由于Aa相为初始位置，所以单片机直接运行指令位置为Ce相T型主绕组磁极导通，当红外测距传感器模块红外光束由C段转子反射回来时角度发生变化，输出c段转子相应的模拟电压时单片机主运行程序根据相应的模拟电压值进行相应的读取由单片机发出一个相应的延迟换向信号，此延迟换向信号是为了 Ce相定子凸极与转子凸极磁极中心线完全重合，当C相T型主绕组磁极与转子凸极磁极完全相重合时功率驱动开关会得到一个单片机I/o低电平信号，C相T型主绕组磁极会因为突然失去原电源而产生一个很大的自感反电动势电压，此电压与原电压极性正好相反，这时T型主绕组正极输入端所并联的反向二极管，将反电动势电压导通给顺时针助力绕组负极输入端，T型主磁极绕组负极输入端产生的反电动势正电压经T型主磁极绕组负极并联的反向二极管与
[0025]顺时针助力绕组驱动电路功率开关IGBT集电极输入端相连接经发射极与顺时针助力绕组正极输入端相导通，顺时针助力绕组会产生一个顺时针方向的助力磁场，以助于当T型主磁极磁场失去磁性时，由于凸形永磁磁极对转子依旧存在磁场的拉力，顺时针助力绕组磁极使转子凸极磁极脱离凸形永磁凸极磁极中心线一定距离形成换向时产生助力作用，以克服永磁凸极磁极的磁拉力现象，由于每段凸形定子中都存在两组反向助力绕组磁极为顺时针助力绕组，和逆时针助力绕组，每段凸极定子与该段凸极转子磁极中心线相对应重合时，顺时针助力绕组和逆时针助力绕组磁极都与该段转子两个凸极侧面，形成轴中心点对称磁阻最小位置，当Ce相凸极位置相重合,变为Bb相凸极位置相重合时之间有一个换向时间间距，由顺时针助力绕组产生磁场吸力拉动C段转子一定角度来填补这个时间间距，为转子的平稳换向起到一定作用，红外测距传感器光束由b段转子反射回来，由新的角度产生新的模拟电压输出经单片机AD转换为单片机可以识别的数字信号，由编写程序比对运算单片机发出执行指令A相导通，由此循环，电动机会朝着顺时针方向旋转，当逆时针旋转时，控制程序改变为A-B-C-A相循环，逆时针助力绕组功率开关为导通状态，顺时针助力绕组为断开状态，每段凸极定子中助力绕组电源都由该段凸极定子中T形主绕组磁极所产生的反电动势提供，通过改变单片机占空比PWM来进行速度控制；电动机停止通过单片机停止按键操作。半磁外绕组电动机的开环控制由位置检测器检测a、b、c段的转子初始位置由单片机直接发出指令根据输入按键控制顺时针以A-C-B-A相循环，顺时针助力绕组为常闭状态，逆时针助力绕组为常开状态，逆时针旋转以A-B-C-A相循环，逆时针助力绕组为常闭状态，顺时针助力绕组为常开状态。
[0026]半磁外绕组节能电动机定子由主绕组磁极与永磁磁极相结合而成，其转矩大小可由主绕组磁极的输入电流与输入电压决定，永磁磁极为固定磁场磁极，两者相结合；永磁磁极可代替由绕组所产生的磁极这样就可以省去一半的电能消耗，由于T型主绕组磁极在定子外面，所以散热能力相当好，可以省掉风扇所带来的能量损耗，此结构设计可以达到大幅度节能的目的，由于T型主绕组磁极设计在定子外端，助力绕组工作时只有一组运行产生的热量非常小，由本身定子本体与转子转动时所形成的气流流动将其热量消耗掉，所以不会因为电机长时间工作而使永磁凸极磁极产生由过热而发生退磁现象。
[0027]半磁外绕组节能电动机维修十分方便，不用拆开电机本体就可以直接维修，T型主绕组磁极构造设计为随时拆卸和安装A、B、C相任意一组坏掉直接更换T型主绕组磁极即可运行，由于采用半磁式定子结构，电动机可换向时不会产生脉动噪音，电机运行平稳可靠。
【权利要求】
1.一种半磁外绕组节能电动机，其特征在于:包括至少两个定子和与定子个数相同的转子，所述的定子由主绕组磁极(I)、定子外壳(2)和两对助力励磁绕组构成，所述的定子外壳(2)顶部设置有开口，所述的主绕组磁极(I)设置在定子外壳(2)的开口处；在定子的中心设置中心转轴(5)，转子(6)套接在中心转轴(5)上，所述套接在中心转轴(5)上转子与转子排布所形成的角度差为360° /转子的个数；所述的助力励磁绕组包括一对顺时针助力励磁绕组(4)和一对逆时针助力励磁绕组(3)，每对助力励磁绕组设置在定子内壁的侧面并沿中心转轴(5)中心点对称布置；所述定子底部的内壁与永磁磁极(7)固定连接，在定子与定子之间设置连接件(10)，沿中心转轴的轴向方向的最外层两端的定子外侧分别固定连接前端盖(8)和后端盖(9)。
2.根据权利要求1所述的半磁外绕组节能电动机，其特征在于:所述的后端盖靠近中心轴位置设置测距模块(11)。
3.根据权利要求1所述的半磁外绕组节能电动机，其特征在于:所述的主绕组磁极(I)由绕有线圈的硅钢片铁芯构成的T型连接件，与定子外壳(2)的顶部固定相连。
4.根据权利要求1所述的半磁外绕组节能电动机，其特征在于:所述的助力励磁绕组由绕有励磁线圈的硅钢片铁芯构成，所述的助力励磁绕组硅钢片在靠近转子的凸极形状为与转子转动轨迹的弧度相同的弧形。
5.根据权利要求1所述的半磁外绕组节能电动机，其特征在于:所述的转子(6)形状为工字形转子。
6.根据权利要求1所述的半磁外绕组节能电动机，其特征在于:所述的定子外壳(2)形状为凸字形定子。
【文档编号】H02K1/12GK103701282SQ201310749546
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】刘忠涛 申请人:刘忠涛