本發(fā)明涉及電學(xué)領(lǐng)域的電機(jī)制造，特別是涉及一種電磁控制利用永磁體磁勢能的電控磁能高效電機(jī)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

一個(gè)簡單的事實(shí)，兩個(gè)永磁體相吸在一起，要想沿縱向(吸力方向)拉開，會(huì)很費(fèi)力；如果沿切向移開，則省力許多。而現(xiàn)階段使用的永磁電動(dòng)機(jī)都是利用電磁鐵與永磁體切向吸引產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)方式，產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力比沿縱向的吸引力小很多，沒有充分利用永磁體的磁勢能參與做功，是一種很低效的驅(qū)動(dòng)方式。充分利用永磁體的磁勢能參與做功，是現(xiàn)代永磁電機(jī)提高驅(qū)動(dòng)效率的有效途徑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了讓永磁體的磁勢能參與做功，實(shí)現(xiàn)永磁電動(dòng)機(jī)的高效驅(qū)動(dòng)，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：使用特殊結(jié)構(gòu)的螺管式電磁控制線圈，讓通電的電磁控制線圈與永磁體縱向吸引力成為驅(qū)動(dòng)力，能充分有效的利用永磁體的磁勢能參與做功，它由環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)和電磁控制線圈(2)組成，其特征是：環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)上面對(duì)稱分布有2個(gè)永磁體(3)，3個(gè)電磁控制線圈(2)沿環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)間隔120°均勻分布，電磁控制線圈(2)中心有與環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)截面形狀匹配的通孔，環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)從3個(gè)電磁控制線圈(2)中心穿過，在通電的電磁控制線圈(2)與環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)上永磁體(3)相互吸引力作用下形成圓周運(yùn)動(dòng)。

圖1只是一個(gè)基本結(jié)構(gòu)示意圖，僅為說明本發(fā)明涉及的電控磁能高效電機(jī)的結(jié)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)方式。在實(shí)際設(shè)計(jì)制造時(shí)，電磁控制線圈(2)和永磁體(3)的個(gè)數(shù)與分布可以根據(jù)對(duì)驅(qū)動(dòng)特性的要求和制造加工的難易程度來確定，可以是任意的，并不限定是3個(gè)電磁控制線圈(2)和2個(gè)永磁體(3)。

在環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)的內(nèi)環(huán)面、外環(huán)面、兩個(gè)側(cè)面的任意一面安裝齒輪驅(qū)動(dòng)盤或摩擦驅(qū)動(dòng)片，然后在3個(gè)電磁控制線圈(2)之間安裝中間 傳動(dòng)輪，即可將環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)的驅(qū)動(dòng)力傳遞出去。僅從這點(diǎn)考慮，環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)的截面形狀為方形較好；但如果從電磁控制線圈(2)考慮，其線圈骨架(對(duì)應(yīng)中心通孔)圓形最佳；另外還要便于安裝實(shí)施對(duì)環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)的限位裝置，因此，環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)的截面形狀及與之匹配的電磁控制線圈(2)的中心通孔形狀可以是其它形狀。在實(shí)際設(shè)計(jì)制造時(shí)，要綜合考慮，并不限定是正方形或長方形。電磁控制線圈(2)中心通孔要比環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)截面大一些，其間隙大小由制造精度決定，在保證不發(fā)生摩擦的情況下盡量小一些。

電磁控制線圈(2)建議安裝用硅鋼片等導(dǎo)磁材料構(gòu)成的外導(dǎo)磁鐵芯，在線圈電流相同的情況下，能大大增強(qiáng)磁感應(yīng)強(qiáng)度，提升驅(qū)動(dòng)力，外導(dǎo)磁鐵芯的制造及安裝方式很多，不再詳述。但同時(shí)會(huì)出現(xiàn)齒槽轉(zhuǎn)矩(例如用做輪轂電機(jī)時(shí)齒槽轉(zhuǎn)矩不能太大)，也不利于電磁控制線圈(2)散熱，從這兩點(diǎn)考慮，也可不安裝外導(dǎo)磁鐵芯，視具體要求而定。

環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)上面安裝的永磁體(3)占整個(gè)材料成本不小比例，在實(shí)際設(shè)計(jì)制造時(shí)，在滿足性能的情況下，為降低成本，可使用永磁體與導(dǎo)磁材料(如硅鋼片)的混合結(jié)構(gòu)。另一方面，如果電磁控制線圈(2)安裝了外導(dǎo)磁鐵芯，要消除齒槽轉(zhuǎn)矩，永磁體(3)也可以完全用導(dǎo)磁材料代替，同時(shí)也進(jìn)一步降低制造成本。得益于本發(fā)明涉及的電控磁能高效電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)換和驅(qū)動(dòng)方式的高效，其效率也比現(xiàn)在的永磁電機(jī)和磁阻電機(jī)高不少。

在圖1中，如果環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)和電磁控制線圈(2)都是整體構(gòu)造，是無法裝配的。制造方法有兩種：一種是環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)整體構(gòu)造，電磁控制線圈(2)的線圈骨架由兩塊拼合，采用穿梭繞線；另一種是電磁控制線圈(2)線圈骨架整體構(gòu)造，先繞好線圈，環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)由兩塊拼合而成，以現(xiàn)代的制造工藝，足以保證精度。具體以保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，利于制造和便于裝配為原則選擇。

環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)除永磁體(3)外，其余部分用不導(dǎo)磁的材料構(gòu)造，如不銹鋼、鋁合金、塑料等的混合結(jié)構(gòu)，要注意的就是不要在環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)的截面形成金屬短路環(huán)。

永磁體(3)如果先充好磁，裝配時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)問題，永磁體(3)可先不充磁，等裝配好后再利用電磁控制線圈(2)充磁，或在工作中自動(dòng)充磁。

對(duì)于3個(gè)電磁控制線圈(2)和2個(gè)永磁體(3)構(gòu)成的電控磁能高效電機(jī)，每個(gè)電磁控制線圈(2)工作一次讓環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)轉(zhuǎn)60度，3個(gè)電磁控制線圈(2)按時(shí)序每個(gè)工作2次讓環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)轉(zhuǎn)一圈。

永磁體(3)與通電的電磁控制線圈(2)相對(duì)位置不同，產(chǎn)生的吸引力大小是不同的，其中還包括永磁體(3)與電磁控制線圈(2)的外導(dǎo)磁鐵芯形成的齒槽吸力。永磁體(3)離開通電的電磁控制線圈(2)產(chǎn)生的吸引力很小，為提升驅(qū)動(dòng)力，每個(gè)電磁控制線圈(2)占環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)弧長比例對(duì)應(yīng)的圓心角至少要60度。另外，永磁體(3)進(jìn)入通電的電磁控制線圈(2)內(nèi)不同的位置，產(chǎn)生的吸引力大小也是不同的，前面一段比較小，中后段比較大，至到永磁體(3)中心與電磁控制線圈(2)中心重合時(shí)變零。要進(jìn)一步提升驅(qū)動(dòng)力，只有在永磁體(3)進(jìn)入到電磁控制線圈(2)內(nèi)一段弧長比例時(shí)才讓電磁控制線圈(2)通電工作，因此，電磁控制線圈(2)占環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)弧長比例對(duì)應(yīng)的圓心角要再大一些才好。由于2個(gè)電磁控制線圈(2)之間要安裝中間傳動(dòng)輪(總共3個(gè)中間傳動(dòng)輪)，要留出足夠空間，每個(gè)電磁控制線圈(2)占環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)弧長比例對(duì)應(yīng)的圓心角最大值要受此限制，原則上在保證中間傳動(dòng)輪安裝空間的前提下盡量大一些，能做到80-90度即可。

永磁體(3)占環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)的弧長比例原則上和電磁控制線圈(2)所占弧長比例一樣即可，但在實(shí)際設(shè)計(jì)制造時(shí)，還要考慮前面提到的有關(guān)永磁體(3)與電磁控制線圈(2)相對(duì)位置和吸引力大小的關(guān)系，以及永磁體(3)自身材料、結(jié)構(gòu)的不同，再根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果做一些調(diào)整。

為了讓電磁控制線圈(2)上儲(chǔ)存的能量做有用功，并防止其阻礙環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)轉(zhuǎn)動(dòng)(做負(fù)功)，在永磁體(3)中心與電磁控制線圈(2)中心重合前幾度(具體由實(shí)驗(yàn)確定調(diào)整)，就應(yīng)停止電磁控制線圈(2) 供電，讓電磁控制線圈(2)的續(xù)流二極管工作，使電磁控制線圈(2)上儲(chǔ)存的能量做有用功，可進(jìn)一步提高電控磁能高效電機(jī)的效率。

要提高本發(fā)明涉及的電控磁能高效電機(jī)的功率密度，3個(gè)電磁控制線圈(2)可采用推挽工作模式(須電源和控制驅(qū)動(dòng)電路配合)，即吸引、排斥交替工作，這樣，3個(gè)電磁控制線圈(2)就可同時(shí)工作，功率密度約為3個(gè)電磁控制線圈(2)按時(shí)序輪流工作的3倍。但要嚴(yán)格控制永磁體(3)的工作點(diǎn)，防止永磁體(3)出現(xiàn)退磁的問題。

本發(fā)明涉及的電控磁能高效電機(jī)可方便構(gòu)成無刷電機(jī)，有關(guān)無刷電機(jī)的正時(shí)電路(位置檢測)、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路等都是非常成熟的技術(shù)，不再詳述。

本發(fā)明帶來的有益效果是：利用本發(fā)明涉及的電控磁能高效電機(jī)公開的基本結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)方式設(shè)計(jì)制造的永磁電機(jī)，由于有效的利用了永磁體的磁勢能參與做功，電機(jī)效率極大提升，設(shè)計(jì)良好的電控磁能高效電機(jī)，輸入同樣的電功率，相比現(xiàn)有的永磁電機(jī)，可提升驅(qū)動(dòng)力4倍以上。特別適合做電動(dòng)交通工具的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，不但極大增加行駛里程，還大大延長動(dòng)力電池組的使用壽命(這點(diǎn)非常重要，因?yàn)閯?dòng)力電池組價(jià)格昂貴，占電動(dòng)車輛成本很大比例)，使電動(dòng)車輛在全壽命使用過程中不用更換動(dòng)力電池組，更具經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。如果只需同現(xiàn)在使用的電動(dòng)車輛一樣的行駛里程，動(dòng)力電池組容量可小很多，電動(dòng)車輛價(jià)格大幅下降，才能被大眾接受，走進(jìn)尋常百姓家。在能源危機(jī)和環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天，能起到節(jié)能減排的作用，為消除城市霧霾做貢獻(xiàn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明涉及的電控磁能高效電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是用本發(fā)明構(gòu)建的從環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)內(nèi)環(huán)面輸出動(dòng)力的電控磁能高效電機(jī)基本結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明涉及的電控磁能高效電機(jī)公開的僅是一種基本結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)方式，用它設(shè)計(jì)制造的電控磁能高效電機(jī)的具體結(jié)構(gòu)是多種多樣的。 本實(shí)施例也僅給出其基本結(jié)構(gòu)示意圖，具體結(jié)構(gòu)也是多種多樣的，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。

圖2中，在環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)的內(nèi)環(huán)面安裝齒輪驅(qū)動(dòng)盤(圖中只是示意，并未寫實(shí))，電磁控制線圈(2)固定在機(jī)殼上做定子，中間傳動(dòng)輪(4)的軸和輸出軸(6)通過軸承固定在機(jī)殼上，3個(gè)中間傳動(dòng)輪(4)同時(shí)起到對(duì)環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)內(nèi)環(huán)面限位的作用，防止其與電磁控制線圈(2)發(fā)生摩擦。

通電的電磁控制線圈(2)與環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)上永磁體(3)的吸引力，通過環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)內(nèi)環(huán)面安裝的齒輪驅(qū)動(dòng)盤傳遞給3個(gè)中間傳動(dòng)輪(4)，3個(gè)中間傳動(dòng)輪(4)通過齒合將驅(qū)動(dòng)力傳遞給轉(zhuǎn)子(5)，轉(zhuǎn)子(5)固定在輸出軸(6)上，從而將驅(qū)動(dòng)力傳遞給輸出軸(6)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出。

這種驅(qū)動(dòng)方式對(duì)環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)的強(qiáng)度要求很高，為此，可在環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)外環(huán)面中間傳動(dòng)輪(4)對(duì)稱的位置，安裝3個(gè)無齒的滾動(dòng)輪(7)，滾動(dòng)輪(7)的軸也通過軸承固定在機(jī)殼上，將環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)緊緊夾在滾動(dòng)輪(7)與中間傳動(dòng)輪(4)之間，可降低對(duì)環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)強(qiáng)度的要求。如果滾動(dòng)輪(7)或中間傳動(dòng)輪(4)設(shè)計(jì)成工字型，可同時(shí)起到對(duì)環(huán)形轉(zhuǎn)子(1)側(cè)面限位的作用，防止其與電磁控制線圈(2)發(fā)生摩擦，當(dāng)然方法很多，不僅限于此。另外，也可以取消轉(zhuǎn)子(5)和輸出軸(6)，直接從其中一個(gè)中間傳動(dòng)輪(4)的軸輸出動(dòng)力。