專利名稱：渦旋永磁場電動機的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種開關(guān)磁阻電動機，具體地說是一種渦旋永磁場電動機。
背景技術(shù)：
電動機在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通以及日常生活各個方面的應用不斷發(fā)展，其電力消耗也在與日俱增。為了節(jié)約能源國內(nèi)外都在研制高效節(jié)能的新型電機，如“開關(guān)磁阻電機”就是一種新型高效率的電機，在國外已經(jīng)得到大力推廣，逐漸取代傳統(tǒng)的交流異步電動機。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種更加節(jié)能，以最大可能的提高效率的渦旋永磁場電動機。
為了實現(xiàn)所述目的，本實用新型采用下述技術(shù)方案一種渦旋永磁場電動機，包括機座，軸承，控制系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子，定子，繞組；其特征在于轉(zhuǎn)子由永磁體、底板和轉(zhuǎn)軸組成，永磁體的端面N-S兩極相互吻合組成渦旋形狀，永磁體的另一端面固接于底板，底板與轉(zhuǎn)軸相固接；定子由扇形板、環(huán)形座組成，扇形板固定連接于環(huán)形座，定子與機座固定連接；扇形板的端面與永磁體的端面相對應；繞組套在環(huán)形座的凸出部分、扇形板后面；控制系統(tǒng)向繞組間歇供電。
本實用新型渦旋永磁電動機的運轉(zhuǎn)原理是電機的轉(zhuǎn)動力矩，源于轉(zhuǎn)子和定子的相互作用力，本實用新型的渦旋形狀永磁體轉(zhuǎn)子端面的360°，劃分為四個扇形區(qū)域，以縱向中心線沿反時針方向有N、N-S、S、N-S，它們分別構(gòu)成一組N-S大磁場和兩組N-S小磁場。
在定子繞組未通電時，轉(zhuǎn)子永磁力與定子作用，轉(zhuǎn)子的N-S極總是停在定子縱向中心線相應的上、下位置，即N極停在定子的上位置，S極停在定子的下位置；(或者是N極停在定子的下位置，S極停在定子的上位置)；從而構(gòu)成N-S“大磁回路”。
當定子繞組通電后，定子的扇形板產(chǎn)生電磁場，與轉(zhuǎn)子永磁場相互作用，使轉(zhuǎn)子沿反時針方向轉(zhuǎn)過90°，在此轉(zhuǎn)動過程中，電磁場對兩N-S小磁場構(gòu)成“推拉磁路”。
在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90°的同時，定子繞組斷電，轉(zhuǎn)子在永磁力的作用下，繼續(xù)轉(zhuǎn)動90°，轉(zhuǎn)子N極停在定子的下位置，S極停在定子的上位置；接著定子繞組又通電90°(電流方向改變)，斷電90°，依次類推，轉(zhuǎn)子便連續(xù)運轉(zhuǎn)，并輸出轉(zhuǎn)矩。
本實用新型的控制系統(tǒng)，其主要特征是向電機定子繞組采取間歇供電，即供電時電機主要是靠電磁力推動，而斷電時，電機是靠永磁力推動的。
本實用新型的控制系統(tǒng)，可采用開環(huán)控制系統(tǒng)，也可采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。
本實用新型具有開關(guān)阻磁電機的優(yōu)點，同時，由于轉(zhuǎn)子由永磁體制作，可充分利用永磁材料的潛能，所以比一般的開關(guān)阻磁電機進一步提高了節(jié)能效果。本實用新型的主要特點是1、采用渦流永磁場及“大磁回路”、“推拉磁路“的循環(huán)原理，既利用了電磁力，又充分發(fā)揮了永磁力的作用，從而提高了機電轉(zhuǎn)換效率。
2、采用間歇供電具有明顯的節(jié)能效果。
3、采用開環(huán)控制時，可用變頻器直接啟動、運轉(zhuǎn)和無級調(diào)速。
4、采用閉環(huán)控制時，可實現(xiàn)同步轉(zhuǎn)速(應用交流電源，晶閘管開關(guān)電路)或無級調(diào)速(應用直流電源，功率晶體管開關(guān)電路)。
5、電機在小功率和不滿負荷下運行時，同樣具有較高的效率，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的單相異步電動機。
本實用新型已經(jīng)試作了一臺樣機，該樣機與現(xiàn)有的XDT-60型單相異步電動機進行了測試對比試驗，對照樣機是四極、輸出功率為60W、輸入功率為120W；本實用新型樣機的額定轉(zhuǎn)速為1500rpm，輸入功率為60W。兩機分別帶動同樣一臺發(fā)電機作為負載，對照樣機輸入功率為120W，輸出功率為60W；其效率僅為50％，而本實用新型樣機輸入功率為60W即可帶動與對照樣機相同的負載，可以證明本實用新型樣機的效率接近100％。
圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意簡圖，圖2是圖1的A-A剖視圖，圖3是圖1中轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)軸的關(guān)系示例圖，圖4是圖3中轉(zhuǎn)子的左視圖，圖5是二相電機定子端面的結(jié)構(gòu)示意圖，圖6是三相電機定子端面的結(jié)構(gòu)示意圖，
圖7是單相電機定子端面的結(jié)構(gòu)示意圖，圖8是圖5、圖6、圖7的B-B剖視圖，圖9是未通電時轉(zhuǎn)子與定子的相互作用示意圖，圖10是未通電時單相電機的定子繞組方位示意圖，圖11是未通電時轉(zhuǎn)子端面四個扇區(qū)的方位示意圖，圖12是通電后轉(zhuǎn)子與定子的相互作用示意圖，圖13是通電后轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)90°其端面四個扇區(qū)的方位示意圖，圖14是斷電后轉(zhuǎn)子又旋轉(zhuǎn)90°其端面四個扇區(qū)的方位示意圖，圖15是定子繞組供電電流波形圖，圖16是單相電機開環(huán)控制系統(tǒng)脈沖式變頻器輸出電流波形圖，圖17是兩相電機開環(huán)控制系統(tǒng)脈沖式變頻器輸出電流波形圖，圖18是三相電機開環(huán)控制系統(tǒng)脈沖式變頻器輸出電流波形圖，圖19是單相電機閉環(huán)控制電路圖，圖20是兩相電機閉環(huán)控制電路圖，圖21是閉環(huán)控制位置開關(guān)組件圖，圖22是單相電機閉環(huán)控制位置開關(guān)滑環(huán)的左視圖，圖23是兩相電機閉環(huán)控制位置開關(guān)滑環(huán)的左視圖，圖24是本實用新型的裝配結(jié)構(gòu)圖。
圖中1-轉(zhuǎn)子，101-永磁體，102-底板，103-轉(zhuǎn)軸，2-定子，201-扇形板，202-環(huán)形座，3-繞組，4-機座，401-機座孔，402-端蓋，5-軸承，6-控制系統(tǒng)，7-位置開關(guān)組件，701-滑環(huán)座，702-滑環(huán)，703-電刷，704-電刷座，705-分離槽，706-內(nèi)環(huán)，707-外環(huán)。
具體實施方式
實施例1 開環(huán)控制系統(tǒng)的單相電機如圖1所示一種渦旋永磁場電動機，包括機座4，軸承5，控制系統(tǒng)6，轉(zhuǎn)子1，定子2，繞組3；參見圖2至圖4，轉(zhuǎn)子1由永磁體101、底板102和轉(zhuǎn)軸103組成，永磁體101的端面N-S兩極相互吻合組成渦旋形狀，永磁體101的另一端面粘接于底板102與其固定為一體，底板102中心設一方孔，方孔與轉(zhuǎn)軸103相固接；永磁體101由永磁材料，如釹鐵硼、鐵氧體等加工制作，參見圖7與圖8，定子2由兩塊扇形板201、環(huán)形座202組成，扇形板201固定連接于環(huán)形座202，扇形板201與環(huán)形座202均由導磁材料，如矽鋼片、軟鐵氧體制作，機座設有機座孔401，定子2的環(huán)形座202固定于機座孔401內(nèi)；扇形板201的端面與永磁體101的端面相對應；繞組3由漆包線線制成，繞組3套在環(huán)形座202的凸出部分、位于定子2的扇形板201的后端面。
本實用新型，即渦旋永磁電動機的運轉(zhuǎn)原理是電機的轉(zhuǎn)動力矩，源于轉(zhuǎn)子1和定子2的相互作用力，如圖11所示本實用新型的渦旋形狀永磁體轉(zhuǎn)子1端面的360°，劃分為圖11中虛線所示的四個扇形區(qū)域，以縱向中心線沿反時針方向有N區(qū)域、N-S區(qū)域、S區(qū)域、N-S區(qū)域，它們分別構(gòu)成一組N-S大磁場和兩組N-S小磁場。
圖9是未通電時轉(zhuǎn)子1與定子2的相互作用示意圖，在定子繞組未通電時，轉(zhuǎn)子1永磁力與定子2作用，參見圖10與圖11轉(zhuǎn)子1N-S極總是停在定子2的A-B位置，即N極停在定子2的A位置，S極停在定子2的B位置；(或者是N極停在定子的B位置，S極停在定子的A位置)；從而構(gòu)成“大磁回路”，該“大磁回路”如圖9中虛線方向所示。
當定子繞組通電后，參見圖12與圖13定子2的扇形板201產(chǎn)生電磁場，與轉(zhuǎn)子1永磁場相互作用，使轉(zhuǎn)子1沿反時針方向轉(zhuǎn)過90°，在此轉(zhuǎn)動過程中，電磁場對兩N-S小磁場構(gòu)成“推拉磁路”，該“推拉磁路”如圖12虛線所示。
當轉(zhuǎn)子1轉(zhuǎn)過90°的同時，定子繞組3斷電，轉(zhuǎn)子1在永磁力的作用下，繼續(xù)轉(zhuǎn)動90°，即相對初始狀態(tài)轉(zhuǎn)動了180°，參見圖14轉(zhuǎn)子1N-S極停到與定子2的A-B相反的位置，即N極停在定子的B位置，S極停在定子的A位置；接著定子繞組又通電90°(電流方向改變)，斷電90°，依次類推，轉(zhuǎn)子便連續(xù)運轉(zhuǎn)，并輸出轉(zhuǎn)矩。
圖15示出了為單向電機定子繞組供電的波形圖，該圖說明本實用新型的一個主要特征是間歇供電，即供電時電機主要是靠電磁力推動，而斷電時，電機是靠永磁力推動的。
本實施例單相電機采用的是開環(huán)控制系統(tǒng)，如圖1所示由變頻器作為控制系統(tǒng)6直接帶動電機的啟動、運轉(zhuǎn)和調(diào)速，變頻器6是單相變頻器，該單相變頻器不是普通的正弦波交流變頻器，而是采用矩形波形、正負脈沖式的單相變頻器，圖16示出了單向電機的變頻器輸出的波形圖。
實施例2 閉環(huán)控制系統(tǒng)的單相電機本實施例僅是控制系統(tǒng)采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，其它與實施例1相同。單相閉環(huán)控制系統(tǒng)的供電波形與單相開環(huán)控制系統(tǒng)的對應波形大致一樣，其具體實現(xiàn)過程是位置開關(guān)組件7固定在電機轉(zhuǎn)軸103和端蓋402上，該位置開關(guān)組件7，根據(jù)電機轉(zhuǎn)角發(fā)出信號，來控制由半導體功率器件組成的電子開關(guān)的導通與關(guān)閉，從而來控制電機的起動、運轉(zhuǎn)和調(diào)速。
半導體功率器件，可以采用功率晶體管，也可以采用晶閘管，以及功率開關(guān)集成模塊等，相應的電源可以采用直流或交流。
本實施例的半導體功率器件采用晶閘管及交流電源。
圖19示出單向電機采用晶閘管及交流電源的控制電路，其中N為單向繞組，開關(guān)K1、K2用來與位置開關(guān)組件7連接，開關(guān)K1、K2并接后與單相繞組N串聯(lián)在交流電路回路；如圖21與圖22所示位置開關(guān)組件7由滑環(huán)座701、滑環(huán)702、電刷703與電刷座704組成，滑環(huán)702固接于(可用粘結(jié)方式)滑環(huán)座701，參見圖24位置開關(guān)組件7的滑環(huán)座701與電機端蓋402相固接；位置開關(guān)組件7的電刷座704固裝在轉(zhuǎn)軸103上；電刷703安裝于電刷座704，電刷703用石墨或金屬材料制成，電刷座704由絕緣材料制成，電刷座704的中心孔與電機轉(zhuǎn)軸103連接；滑環(huán)702由內(nèi)環(huán)706與外環(huán)707組成，內(nèi)環(huán)706與外環(huán)707之間設有分離槽705，電刷703端面與分離槽705兩邊的內(nèi)環(huán)706與外環(huán)707的端面緊密接觸；四個等分槽將外環(huán)707分成四個扇形塊，從兩個扇形塊與內(nèi)環(huán)706引出四根導線，組成K1與K2兩個開關(guān)接頭。圖22的K1、K2兩個開關(guān)接頭與其對應的控制電路圖19中的K1、K2相連接。由于內(nèi)環(huán)706與外環(huán)707之間設有分離槽705，分離槽705使內(nèi)環(huán)706與外環(huán)707相分離、不接觸，所以K1、K2是不導通的；而電刷剛好從內(nèi)環(huán)706與外環(huán)707的中間滑過，將相應的外環(huán)扇形塊和內(nèi)環(huán)706接通，即K1、K2開關(guān)導通；于是工作電流便通過繞組N，電機便啟動。電機的轉(zhuǎn)動帶動電刷703依次導通和切斷K1、K2，從而實現(xiàn)了電機的閉環(huán)控制。
實施例3 開環(huán)控制系統(tǒng)的兩相電機參見圖5與圖8本實施例的定子2由四塊扇形板201與環(huán)形座202組成；具有四個繞組3(即兩對繞組)；其開環(huán)控制系統(tǒng)的變頻器6是兩相變頻器，是采用矩形波形、正負脈沖式的兩相交流變頻器；圖17示出了兩相電機交流變頻器輸出的波形圖對于兩相電流、四個繞組的電機，其電流i1與i2的相位差為π/2；其它與實施例1相同。
實施例4 閉環(huán)控制系統(tǒng)的兩相電機參見圖5與圖8本實施例的定子2由四塊扇形板201與環(huán)形座202組成；具有四個繞組3；其它的機械部分與實施例1相同；本實施例的閉環(huán)控制系統(tǒng)由晶閘管作為半導體功率器件組成其電子開關(guān)，并采用交流電源。圖20示出了兩相電機閉環(huán)控制電路圖，其中N1、N2分別為兩相繞組，開關(guān)K1、K2、K3、K4用來與位置開關(guān)組件7連接；開關(guān)K1、K2并接后與繞組N1串聯(lián)組成第一開關(guān)繞組，開關(guān)K3、K4并接后與繞組N2串聯(lián)組成第二開關(guān)繞組，第一開關(guān)繞組與第二開關(guān)繞組并聯(lián)在交流電路回路；如圖21與圖23所示該位置開關(guān)組件7的結(jié)構(gòu)與實施例2的不同點是從四個扇形塊與內(nèi)環(huán)706引出八根導線，組成K1、K2、K3、K4四個開關(guān)接頭，該位置開關(guān)組件7的其它結(jié)構(gòu)與實施例2相同。
同理，圖23的K1、K2、K3、K4四個開關(guān)接頭與其對應的控制電路圖20中的K1、K2、K3、K4相連接。由于內(nèi)環(huán)706與外環(huán)707之間設有分離槽705，分離槽705使內(nèi)環(huán)706與外環(huán)707相分離、不接觸，所以K1、K2、K3、K4是不導通的；而電刷剛好從內(nèi)環(huán)706與外環(huán)707的中間滑過，將相應的外環(huán)扇形塊和內(nèi)環(huán)706接通，即K1、K2、K3、K4開關(guān)導通；于是工作電流便通過繞組N1、N2，電機便啟動。電機的轉(zhuǎn)動帶動電刷703依次導通和切斷K1、K2、K3、K4，從而實現(xiàn)了電機的閉環(huán)控制。
實施例5 開環(huán)控制系統(tǒng)的三相電機參見圖6與圖8本實施例的定子2由三塊扇形板201、環(huán)形座202組成；具有三個繞組3；其開環(huán)控制系統(tǒng)的變頻器6是三相變頻器，是采用矩形波形、正負脈沖式的三相交流變頻器；圖18示出了三相電機交流變頻器輸出的波形圖對于三相電流、三個繞組的電機，其電流i1、i2、i3的相位差為2π/3，其它與
權(quán)利要求1.一種渦旋永磁場電動機，包括機座，軸承，控制系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子，定子，繞組；其特征在于所述轉(zhuǎn)子(1)由永磁體(101)、底板(102)和轉(zhuǎn)軸(103)組成，所述永磁體(101)的端面N-S兩極相互吻合組成渦旋形狀，所述永磁體(101)的另一端面固接于所述底板(102)，所述底板(102)與所述轉(zhuǎn)軸(103)相固接；所述定子(2)由扇形板(201)、環(huán)形座(202)組成，所述扇形板(201)固定連接于環(huán)形座所述(202)，所述定子(2)與所述機座(4)固定連接；所述扇形板(201)的端面與所述永磁體(101)的端面相對應；所述繞組(3)套在所述環(huán)形座(202)的凸出部分，所述控制系統(tǒng)(6)向所述繞組(3)間歇供電。
2.如權(quán)利要求1所述的一種渦旋永磁場電動機，其特征在于所述轉(zhuǎn)子(1)端面的360°，劃分為四個扇形區(qū)域，以縱向中心線沿反時針方向有N區(qū)域、N-S區(qū)域、S區(qū)域、N-S區(qū)域，它們分別構(gòu)成一組N-S大磁場和兩組N-S小磁場。
3.如權(quán)利要求1所述的一種渦旋永磁場電動機，其特征在于所述機座(4)設有機座孔(401)，所述定子(2)的所述環(huán)形座(202)固定于所述機座孔(401)內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種渦旋永磁場電動機，其特征在于電機按所述定子(1)的相數(shù)分為單相電機、兩相電機和三相電機；所述單相電機具有兩塊所述扇形板(201)和兩個所述繞組(3)、所述兩相電機具有四塊所述扇形板(201)和四個所述繞組(3)、所述三相電機具有三塊所述扇形板(201)和三個所述繞組(3)。
5.如權(quán)利要求4所述的一種渦旋永磁場電動機，其特征在于所述控制系統(tǒng)(6)是開環(huán)控制系統(tǒng)，由交流變頻器作為控制系統(tǒng)(6)直接帶動電機的啟動、運轉(zhuǎn)和調(diào)速，所述交流變頻器(6)是采用矩形波形、正負脈沖式變頻器；單相電機使用單相交流變頻器；兩相電機使用兩相交流變頻器；三相電機使用三相交流變頻器。
6.如權(quán)利要求4所述的一種渦旋永磁場電動機，其特征在于所述控制系統(tǒng)(6)是閉環(huán)控制系統(tǒng)，閉環(huán)控制系統(tǒng)有位置開關(guān)組件(7)固定在所述轉(zhuǎn)軸(103)和端蓋(402)上，所述位置開關(guān)組件(7)根據(jù)電機轉(zhuǎn)角發(fā)出信號，來控制由半導體功率器件組成的電子開關(guān)的導通與關(guān)閉；所述半導體功率器件采用功率晶體管、晶閘管、功率開關(guān)集成模塊中的一種，相應的電源是直流電源或交流電源。
7.如權(quán)利要求6所述的一種渦旋永磁場電動機，其特征在于所述位置開關(guān)組件(7)由滑環(huán)座(701)、滑環(huán)(702)、電刷(703)與電刷座(704)組成；所述滑環(huán)(702)固接于所述滑環(huán)座(701)，所述滑環(huán)座(701)與所述端蓋(402)相固接；所述電刷(703)安裝于所述電刷座(704)，所述電刷(703)用石墨或金屬材料制成，所述電刷座(704)由絕緣材料制成，所述電刷座(704)的中心孔與所述轉(zhuǎn)軸(103)連接；所述滑環(huán)(702)由內(nèi)環(huán)(706)與外環(huán)(707)組成，所述內(nèi)環(huán)(706)與所述外環(huán)(707)之間設有分離槽(705)，所述電刷(703)端面與所述分離槽(705)兩邊的所述內(nèi)環(huán)(706)與所述外環(huán)(707)的端面緊密接觸；四個等分槽將所述外環(huán)(707)分成四個扇形塊。
8.如權(quán)利要求6或7所述的一種渦旋永磁場電動機，其特征在于該渦旋永磁場電動機是單相電機；半導體功率器件是晶閘管；電源是交流電源；開關(guān)K1、K2并接后與單相繞組N串聯(lián)在交流電路回路組成控制電路；從兩個扇形塊與所述內(nèi)環(huán)(706)引出四根導線，組成K1、K2兩個開關(guān)接頭。
9.如權(quán)利要求6或7所述的一種渦旋永磁場電動機，其特征在于該渦旋永磁場電動機是兩相電機；半導體功率器件是晶閘管；電源是交流電源；開關(guān)K1、K2并接后與繞組N1串聯(lián)組成第一開關(guān)繞組，開關(guān)、K3、K4并接后與繞組N2串聯(lián)組成第二開關(guān)繞組，第一開關(guān)繞組與第二開關(guān)繞組并聯(lián)在交流電路回路；從四個扇形塊與所述內(nèi)環(huán)(706)引出八根導線，組成K1、K2、K3、K4四個開關(guān)接頭。
專利摘要本實用新型涉及一種開關(guān)磁阻電動機，具體地說是一種渦旋永磁場電動機，它包括機座4，軸承5，控制系統(tǒng)6，轉(zhuǎn)子1，定子2，繞組3；其特征在于轉(zhuǎn)子由永磁體101、底板102和轉(zhuǎn)軸103組成，永磁體的端面N－S兩極相互吻合組成渦旋形狀，永磁體的端面固接于底板，底板與轉(zhuǎn)軸相固接；定子由扇形板201、環(huán)形座202組成，扇形板固定連接于環(huán)形座，定子與機座固定連接；扇形板的端面與永磁體的另一端面相對應；繞組套在環(huán)形座的凸出部分；控制系統(tǒng)向繞組間歇供電。本實用新型節(jié)能效果明顯、效率高。
文檔編號H02K21/00GK2805203SQ20052011169
公開日2006年8月9日 申請日期2005年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月6日
發(fā)明者肖有義, 肖劍琴 申請人:肖有義, 肖劍琴