本发明涉及电动马达的领域。更具体地，本发明涉及一种电动马达，其包括放置在定子处的线圈以及放置在盘型转子上的永磁体。
背景技术
旋转型的电动马达是众所周知的，并且已经广泛用于将电能转换成机械能多年。典型的电动马达包括转子和定子。
转子是马达的运动部件，并且它包括转动轴，该转动轴将转动传递给负载。转子通常具有放置在其中的导体，该导体承载与定子的磁场相互作用的电流以产生转动该轴的力。在另一替代方案中，转子包括永磁体，而定子保持导体。
反之，定子是马达的电磁回路的固定部件，并且它通常具有绕组或永久磁体。定子线轴通常由许多薄金属片(称为层叠体)构成。层叠体用于减少使用实心线轴时可能导致的能量损失。
电动马达也用于反向功能以将机械能转换成电能，并且在这种情况下，电动马达实际上是发电机。
然而，当电动马达操作以将电能转换成机械能时，在电动马达内产生寄生磁通量，导致除了产生所需的机械能之外，还产生称为cemf(反电动势)的电能。这种寄生电能实际上减少了从马达获得的总机械能。在马达内产生的寄生电能在3000rpm(转/分)时可达到总能量的80％，并且在1000rpm时可达到总能量的20％。所有的消除这种典型电动马达结构所固有的寄生能量的量的尝试都已经达到了一定限度，但它们无法完全消除这种寄生能量。
takeuchi的us8,643,227公开了一种线性马达，其使用在线圈内运动的永磁体。
本发明的一个目的是提供一种新结构的电动马达，其中基本上消除了由于反向磁通量而在现有技术的马达中引起的电压产生形式的寄生能量。
本发明的另一个目的是提供一种能够以非常高的转速运转的电动马达。
本发明的另一个目的是提供一种更安全的电动马达，它需要向每个线圈提供低电流。
本发明的另一个目的是提供一种结构简单且廉价的电动马达。
本发明的另一个目的是提供一种与现有技术的马达相比具有提高的效率的电动马达。
随着描述的进行，本发明的其他目的和优点将变得显而易见。
随着描述的进行，本发明的其他目的和优点将变得显而易见。
技术实现要素：
一种电动马达，其包括：(a)转子，该转子包括：(a.1)共中心的轴和盘；和(a.2)多个永磁体，它们等角度地间隔并且以等半径地设置在所述盘上，呈环状结构；以及(b)定子，所述定子包括：(b.1)多个线圈，其在俯视图中具有u形结构，且在侧视图中具有双c形结构，所述线圈等角度地间隔并且相对于转子的所述盘等半径地设置，所述c形结构的每个部分都有腔，所述环状结构和盘旋转地运动穿过该腔；和(b.2)在每个所述u形线圈内的多个绕组线圈。
在本发明的一个实施例中，该u形线圈被附接到定子基座。
在本发明的一个实施例中，铁磁芯设置在转子的任意两个相邻的永磁体之间，从而形成闭环。
在本发明的一个实施例中，方向交替的dc电流被供应到线圈的所述线圈。
在本发明的一个实施例中，所有的所述线圈并联连接，使得它们全部从单个dc源供电。
在本发明的一个实施例中，电动马达还包括一个或多个传感器，用于分别感测一个或多个所述永磁体相对于所述线圈的位置，并用于分别提供关于何时改变dc电流的方向的指示。
在本发明的一个实施例中，每个所述传感器是霍尔型传感器。
在本发明的一个实施例中，所述dc电流的方向的改变由控制器引起，并且其中所述改变由从所述一个或多个传感器接收的信号定时。
在本发明的一个实施例中，相邻的永磁体的极布置成使得相同的极以s-s，n-n......的布置彼此面对。
在本发明的一个实施例中，多个线圈中的每个线圈中的绕组由单个导体形成，该单个导体重复地缠绕在线圈线轴周围。
在本发明的一个实施例中，电动马达具有相对低的电流和相对高的电压。
在本发明的一个实施例中，所述永磁体的数量是所述u形线圈数量的两倍。
附图说明
在附图中：
图1示出了根据本发明的一个实施例的马达的总体结构；
图2示出了根据本发明的一个实施例的马达的另一视图；
图3示出了线圈如何缠绕在本发明的马达的线圈的每个线轴周围。
具体实施方式
如上所述，现有技术的典型的电动马达具有显著的寄生磁通量，这导致了除了马达旨在产生的机械(旋转)能之外，还产生了反向电能(cemf)。这种寄生电能的产生导致显著的能量损失。
本发明的马达非常显著地减少了这种能量损失，同时使用相对低的电流和相对高的电压供应。
图1示出了根据本发明的一个实施例的电动马达100的基本结构。电动马达100主要包括转子120和定子130。定子130又包括多个线圈131a，131b，131c，......131n，每个线圈被缠绕在相应的线轴上(图1的示例性实施例包括两个这样的线圈)，所述多个线圈等角度地间隔并且等半径地固定到定子基座132。术语“等半径地”(其在本文中为了简洁而被使用)是假定圆形的定子基座130(然而，定子基座130可以具有任何形状)，并且在这种情况下，所有线圈都放置在距离该基座的中心点相同的距离处。每个线圈131包括在侧视截面中的基本上两个c形结构(左c形结构132l和右c形结构132r-参见图2)，它们在其顶部和底部分别通过连接部分132c被连接在一起，以形成在俯视截面中的基本上为u形的结构(为简洁，线圈131在本文中将被称为u形线圈)。每个c形结构中的开口形成用于永磁体123的腔134，永磁体123又以环状结构布置在转子的盘基部122上，转子的盘基部122又在其中心处附接到轴121。如下文将详细描述的，该u形线圈实际上是中空的，以包含多个线圈绕组，通常为许多(例如，几十个或更多个)线圈绕组。
更具体地，转子120包括轴121、盘122和放置在其上的多个永磁体123(在该具体的实施例中为123a-123b)。如图所示，多个永磁体123具有的横截面形状适于穿过每个c形结构的腔134。永磁体123以环状方式等角度地间隔并且等半径地放置在盘122上，以穿过每个所述腔134。永磁体123放置在转子盘122上，使得任意两个相邻的磁体的相同的极分别彼此面对(即，呈s极面向s极，n极面向n极等)。在一个实施例中，并且如图1的示例性实施例中所示，铁磁(例如，铁)芯125设置在任何两个相邻的磁体123之间。因此，所有永磁体123的组与在相邻的磁体之间的所有铁磁芯125的组(当存在时)一起形成了圆环状结构，其分别穿过该线圈131的组的所有的腔134，允许转子盘122的自由旋转，同时环状布置连续地保持在线圈131的所述腔内。
图1-3示出了具有两个u形线圈的一个实施例，然而，可以使用更多线圈。例如，3个线圈可以在盘122上以120°的中心角间隔开，或者4个线圈可以在盘122上以90°的中心角间隔开。每个u形线圈131基本上是对称的，使得其下部(即盘122下方的部分)与其上部基本相同。u形线圈131(图2示出了它们的一般原理形状)实际上是中空的，并且被设计成使用许多线圈匝数。图3示出了线圈131的绕组布置在其中空部分内的方式。最初，导线的正端(positiveend)从端子140开始被提供到线圈的中空内。绕组首先上升，然后沿着部分132r的上部中空，然后沿着连接部分132c，然后沿着部分132l的上部中空，然后向下到部分132l的下部，然后沿着下连接部分(未示出)，结束于部分132r的下部处，并再次向上以重复相同的缠绕过程。该缠绕过程重复多次，实际上重复许多次，以形成许多绕组。在完成缠绕过程后，绕组终止于端子140的负端口(negativeport)。应该注意到，线圈131的这种结构缠绕相对简单。每个线圈的线轴通常由塑料材料制成，但它可以由另一种非感应材料制成，例如陶瓷等。
在一个实施例中，铁磁(例如，铁)芯125设置在任意两个相邻的永磁体123之间。更具体地，在图1的实施例中，在两个永磁体123之间分别设置两个铁磁(例如，铁)芯125a和125b。因此，所有永磁体123的组与相邻永磁体之间的所有铁磁芯125的组一起形成圆环型结构，其分别穿过线圈131的组的所有的腔134，以允许转子盘122的自由旋转，同时该环型配置连续地保持在线圈131的所述腔内。已经发现，在每对永磁体之间增加铁磁芯是非常重要的，因为与现有技术相比，这种结构有助于寄生cemf的非常显著的减少。
上述的图1、2和3示出了定子中的两个u形线圈。应该再次注意，u形线圈的数量以及转子上的永磁体的数量分别可以变化。优选地，到多个线圈的输入(图3中的140)并联地连接，使得所有正端口连接在一起，以及所有负端口连接在一起。为了确保转子的连续旋转，到线圈的输入电流的方向与相应线圈邻近的永磁体的极同步地周期性地改变。使用一个或多个传感器(例如图2中的霍尔型传感器135)执行同步，所述传感器定位在一个或多个线圈部分132中。
如上所述，已经发现，与传统的现有技术的马达相比，在本发明的马达中的寄生磁损耗，即cemf，是非常低的。虽然在传统的马达中，cemf的水平通常达到80％-90％，但已发现在本发明的马达中的cemf的水平在10％至12％之间。
示例
实施根据本发明的马达。分别提供了以下参数和结果：
1.u形线圈的数量：2；
2.永磁体的数量：4；
3.每个线圈中的绕组的数量：20；
4.在线圈中使用的导线的直径：7mm；
5.电压供应的水平：8-20vdc；
6.电流的水平：2x200a＝400a；
7.马达的功率：高达50kw；
8.电流的极性的变化率：每盘转4次；
9.每分钟达到的转数：高达3000rpm；
10.盘的直径：400mm。
11.已发现速度为3000rpm时的cemf不超过12％。
虽然已经通过说明的方式描述了本发明的一些实施例，但是显而易见的是，在不脱离本发明的精神或不超出权利要求书的范围的情况下，可以通过落在本领域技术人员的范围内的许多修改、变化和匹配以及使用许多等同物或替代解决方案来实施本发明。