閉合疊加磁路開關(guān)磁阻直流電動(dòng)機(jī)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種閉合疊加磁路開關(guān)磁阻直流電動(dòng)機(jī)，包括定子和安裝在定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子，所述定子包括嵌入永磁鐵的環(huán)形定子軛及定子軛上的凸極和繞制在凸極上的線圈組；“S”形轉(zhuǎn)子包括至少兩個(gè)外弓背結(jié)構(gòu)，所述外弓背結(jié)構(gòu)包括與任一凸極對(duì)應(yīng)的第一弓背部和延伸至該凸極相鄰一側(cè)凸極的第二弓背部，所述定子軛上設(shè)置有永磁鐵在電磁場(chǎng)的作用下以產(chǎn)生疊加磁場(chǎng)，且線圈組上連接有感應(yīng)反電勢(shì)能量再生電路；本裝置充分利用電磁能、永磁能及線圈斷電所產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行疊加做功，有效的提高了電機(jī)工作效率和功率密度且獲得了超高的功率輸出。
【專利說明】閉合疊加磁路開關(guān)磁阻直流電動(dòng)機(jī)
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及開關(guān)磁阻直流電動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，具體涉及閉合疊加磁路開關(guān)磁阻直流電動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0003]現(xiàn)有的開關(guān)磁阻電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子均為凸極結(jié)構(gòu)，定子凸極為獨(dú)立繞組，轉(zhuǎn)子凸極既無繞組也無永磁體，轉(zhuǎn)子凸極數(shù)比定子凸極數(shù)少2個(gè)。當(dāng)轉(zhuǎn)子凸極與定子某一凸極處于磁場(chǎng)軸線臨近位置時(shí)，通過位置傳感器控制開關(guān)閉合，定子相關(guān)凸極繞組通電產(chǎn)生磁場(chǎng)與相關(guān)轉(zhuǎn)子凸極形成磁回路。根據(jù)磁阻最小原則，相關(guān)定子、轉(zhuǎn)子凸極間即產(chǎn)生吸力轉(zhuǎn)矩，當(dāng)定子凸極與轉(zhuǎn)子凸極運(yùn)行至磁場(chǎng)軸線重合時(shí)關(guān)斷電源，轉(zhuǎn)矩消失，從而其它獲得通電條件的定子凸極繞組開通電源形成轉(zhuǎn)矩，依次循環(huán)實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，開關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行完全依靠電磁轉(zhuǎn)矩。
[0004]現(xiàn)有的另一種雙凸極永磁電動(dòng)機(jī)即DSPM電動(dòng)機(jī)是在開關(guān)磁阻電機(jī)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上將高性能永久磁鐵嵌入定子鐵芯，形成永磁定子，其工作原理與開關(guān)磁阻電機(jī)基本相同，所不同的是雙凸極永磁電機(jī)中起主導(dǎo)作用的轉(zhuǎn)矩為永磁轉(zhuǎn)矩。
[0005]以上兩種電機(jī)的一共同點(diǎn)，不論電機(jī)定子由多少個(gè)凸極構(gòu)成，在運(yùn)行中只有三分之一的凸極輪流通電產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，而三分之二的凸極輪流斷電待機(jī)，導(dǎo)致了電機(jī)的通電率僅為33%，工作效率、功率密度、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性都不理想，同時(shí)浪費(fèi)材料，增加了成產(chǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供閉合疊加磁路開關(guān)磁阻直流電動(dòng)機(jī)。該機(jī)具有高轉(zhuǎn)速、高功率密度、高可靠性、穩(wěn)定性和超高效率、低功耗、低成本優(yōu)勢(shì)，綜合性能及其優(yōu)越。
[0007]本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案是:閉合疊加磁路開關(guān)磁阻直流電動(dòng)機(jī)，包括在定子軛部嵌入稀土強(qiáng)力永磁鐵的定子和安裝于定子腔內(nèi)的“S”形轉(zhuǎn)子。定子由嵌入稀土強(qiáng)力永磁鐵的環(huán)形定子軛及4個(gè)獨(dú)立凸極和凸極上的4獨(dú)立線圈構(gòu)成。嵌入定子軛部的永磁鐵“S” “N”極與環(huán)形定子軛構(gòu)成閉合磁路，定子凸極在非工況下呈無磁性狀態(tài)。
[0008]轉(zhuǎn)子由“S”形沖片疊加構(gòu)成，轉(zhuǎn)子上無磁鐵無繞組?！癝”形轉(zhuǎn)子的特殊結(jié)構(gòu)有效的克服傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)矩形凸極線圈通電瞬時(shí)相鄰定子凸極對(duì)轉(zhuǎn)子矩形凸極可同時(shí)產(chǎn)生正、反兩個(gè)吸力轉(zhuǎn)矩的負(fù)面效應(yīng)，獲得了很好的啟動(dòng)和運(yùn)行的穩(wěn)定性。
[0009 ]本機(jī)結(jié)構(gòu)為2相2極，當(dāng)A相線圈通電的同時(shí)B相線圈斷電，根據(jù)磁阻最小原則，A相線圈所產(chǎn)生的磁力線回路誘導(dǎo)偏轉(zhuǎn)定子軛部的永磁鐵磁力線沿磁阻最小路徑進(jìn)行疊加，在A相凸極形成更強(qiáng)磁回路對(duì)“S”形轉(zhuǎn)子產(chǎn)生吸力轉(zhuǎn)矩。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)90度時(shí)，A相線圈斷電，B相線圈同時(shí)通電并按A相磁路疊加原理形成磁回路，完成又一次吸力轉(zhuǎn)矩，……，依次循環(huán)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0010]本機(jī)采用A、B相相互獨(dú)立的位置控制開關(guān)電路及電容補(bǔ)償供電充分利用電磁能、永磁能以及線圈斷電時(shí)所產(chǎn)生的反電勢(shì)能進(jìn)行疊加強(qiáng)化做功，達(dá)到超高的功率輸出。
[0011]由于“S”形轉(zhuǎn)子與定子內(nèi)腔之間有較大通道空間，本機(jī)采用內(nèi)置軸流風(fēng)扇進(jìn)行通風(fēng)散熱以增強(qiáng)散熱效果。進(jìn)出風(fēng)口用100目不銹鋼網(wǎng)過濾保護(hù)，防止雜物顆粒進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部。
[0012]在散熱條件良好的情況下，電機(jī)外殼采用工程塑料模壓成型制作以克服定子軛部磁通變化時(shí)對(duì)金屬外殼的感應(yīng)渦流損耗。同時(shí)減輕機(jī)殼重量和降低成本，兩端蓋則采用鋁合金壓鑄制造確保整機(jī)加固可靠。
[0013]伸出電機(jī)后端蓋的轉(zhuǎn)子軸尾設(shè)置永磁磁鼓作為HL元件的位置磁控元件。
[OOM]后端蓋設(shè)計(jì)一同心圓定位外止口，止口上安裝HL元件基板，HL元件按設(shè)計(jì)角度位置固定于基板上。HL元件基板可沿止口作圓周方向調(diào)整，直至HL元件達(dá)到最佳控制位置，對(duì)于轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩經(jīng)常處于大幅度變化工況的電機(jī)則采用智能芯片控制微型伺服機(jī)構(gòu)自動(dòng)適時(shí)調(diào)整HL位置，實(shí)現(xiàn)智能化控制，確保任何工況下的高效運(yùn)行。
[0015]綜上，本發(fā)明的有益效果是:
1、與傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)單純依靠電磁轉(zhuǎn)矩或永磁轉(zhuǎn)矩相比，本方案中的定子凸極磁場(chǎng)是由電磁場(chǎng)和受電磁場(chǎng)誘導(dǎo)偏轉(zhuǎn)控制的定子軛永磁場(chǎng)以及電磁線圈斷電時(shí)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)經(jīng)電容吸收二次放電所產(chǎn)生的輔助電磁場(chǎng)進(jìn)行疊加強(qiáng)化后的凸極磁場(chǎng)，其足以于“S”形轉(zhuǎn)子的吸力轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)超傳統(tǒng)電磁吸力轉(zhuǎn)矩或單純永磁吸力轉(zhuǎn)矩，而達(dá)到更高能效。樣機(jī)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與同等傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)電筆可提高效率15%以上。
[0016]2、定子繞組A、B相的交替運(yùn)行模式使電機(jī)繞組連續(xù)通電率達(dá)到50%，高于傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)33.3%通電率，大幅度提高了電機(jī)功率密度。
[0017]3、“S”形轉(zhuǎn)子的特殊是結(jié)構(gòu)有效的克服傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)通電瞬時(shí)定子相鄰?fù)箻O對(duì)轉(zhuǎn)子矩形凸極可同時(shí)產(chǎn)生正、反兩個(gè)吸力轉(zhuǎn)矩的負(fù)面效應(yīng)，有效的改善了啟動(dòng)、運(yùn)行的穩(wěn)定性?！癝”形轉(zhuǎn)子與定子內(nèi)腔形成的較大通道空間使內(nèi)置軸流風(fēng)扇的散熱效率更高。
[0018]4、外置式控制磁鼓和HL元件組使控制系統(tǒng)的制作、安裝、調(diào)試維護(hù)更為方便。極大實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)控制智能化，確保高效率運(yùn)行區(qū)間達(dá)90%以上。
[0019]5、定、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固、極數(shù)少，電機(jī)可達(dá)到極高轉(zhuǎn)速和高功率密度，可有效的降低制造成本。
【附圖說明】
[0020]此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。在附圖中:
圖1為HLA1、HLA2觸發(fā)開關(guān)電路中的AK1、AK2、AK3開關(guān)管閉合通電時(shí)A相線圈所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)和誘導(dǎo)偏轉(zhuǎn)永磁鐵的永磁場(chǎng)在A相凸極形成疊加后的磁力線分布走向以及與轉(zhuǎn)子形成磁回路而產(chǎn)生吸力轉(zhuǎn)矩的示意圖。
[0021]圖2為HLBUHLB2觸發(fā)開關(guān)電路中的BK1、BK2、BK3開關(guān)管閉合通電時(shí)B相線圈所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)和誘導(dǎo)偏轉(zhuǎn)永磁鐵的永磁場(chǎng)在B相凸極形成疊加后的磁力線分布走向以及與轉(zhuǎn)子形成磁回路而產(chǎn)生吸力轉(zhuǎn)矩的示意圖。
[0022]圖3為整機(jī)結(jié)構(gòu)剖視圖及控制系統(tǒng)中各相關(guān)元件的控制原理圖。
[0023]附圖中標(biāo)記及對(duì)應(yīng)的零部件名稱:
1、機(jī)殼;2、定子;3、定子軛永磁鐵;4、線圈繞組;5、“S”形轉(zhuǎn)子；6、磁鼓;7、HL元件;8、HL元件基板;9、軸流風(fēng)扇；1、軸。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0025]實(shí)施例1
如圖3所示，本發(fā)明包括機(jī)殼1、安裝于機(jī)殼I內(nèi)的定子2、定子凸極上的線圈繞組4、安裝于定子2腔內(nèi)的“S”形轉(zhuǎn)子以及安裝于轉(zhuǎn)子軸10后尾端的磁鼓、可沿后端蓋止口作圓周方向調(diào)整的HL元件基板8、HL元件7按設(shè)計(jì)角度位置固定于基板8。內(nèi)置軸流風(fēng)扇9加速后從“S”形轉(zhuǎn)子5與定子2內(nèi)腔形成的通道流過，帶走熱量后再從出風(fēng)口排入大氣。磁鼓6的位置磁信號(hào)經(jīng)HL元件7轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后分別輸入開關(guān)電路中的BK1、BK2、BK3及AK1、AK2、AK3開關(guān)管并交替控制A、B相線圈的依序通、斷電，形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
[0026]實(shí)施例2
如圖1所示，本發(fā)明中定子2軛部的兩凸極二分之一處嵌入一塊稀土強(qiáng)力永磁鐵3。永磁鐵3的“S” “N”極與環(huán)形定子2軛部形成閉合磁路，定子2凸極在非工況下呈無磁性狀態(tài)。本實(shí)施例中的定子為2相2極，在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)需要對(duì)相數(shù)、極數(shù)合理調(diào)整。較少的相數(shù)、極數(shù)能有效控制磁通變化頻率、降低鐵損，提高電機(jī)轉(zhuǎn)速和功率密度，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固可靠，降低制造成本。
[0027]實(shí)施例3
如圖1所示，本發(fā)明中的“S”形轉(zhuǎn)子5的“S”形兩端最高頂點(diǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)至定子B相凸極中心線臨近重合時(shí)，HLBUHLB2控制BK1、BK2、BK3同時(shí)斷開，在B相線圈電路斷電失磁瞬時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)反電勢(shì)電流經(jīng)單向回路充入電容器C2存儲(chǔ)。同時(shí)，HLAl控制AKl、AK3導(dǎo)通A相線圈釋放上一工作周期充入電容器Cl的電能產(chǎn)生磁場(chǎng)做功。隨之HLA2控制AK2導(dǎo)通主電路產(chǎn)出A相凸極形成疊加磁場(chǎng)。根據(jù)磁阻最小原則，A相凸極的磁力線偏向“S”形轉(zhuǎn)子的“S”形外弓背氣隙最小處形成磁回路并產(chǎn)生單向吸力轉(zhuǎn)矩。“S”形轉(zhuǎn)子的內(nèi)弓凹部因氣隙空間大而不能形成有效的磁回路，因此克服了傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)矩形凸極線圈通電瞬間時(shí)相鄰定子凸極對(duì)轉(zhuǎn)子矩形凸極可同時(shí)產(chǎn)生正、反兩個(gè)吸力轉(zhuǎn)矩的負(fù)面效應(yīng)。
[0028]實(shí)施例4
如圖2所示，本發(fā)明的“S”形轉(zhuǎn)子5的“S”形兩端最高頂點(diǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)至定子A相凸極中心線臨近重合時(shí)，HLA1、HLA2控制AK1、AK2、AK3同時(shí)斷開，在A相線圈電路斷電失磁瞬時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)反電勢(shì)電流經(jīng)單向回路充入電容器Cl存儲(chǔ)。同時(shí)，HLBl控制BKl、BK3導(dǎo)通B相線圈釋放上一工作周期充入電容器C2的電能產(chǎn)生磁場(chǎng)做功。隨之HLB2控制BK2導(dǎo)通主電路產(chǎn)出B相凸極形成疊加磁場(chǎng)。根據(jù)磁阻最小原則，B相凸極的磁力線偏向“S”形轉(zhuǎn)子的“S”形外弓背氣隙最小處形成磁回路并產(chǎn)生單向吸力轉(zhuǎn)矩?！癝”形轉(zhuǎn)子的內(nèi)弓凹部因氣隙空間大而不能形成有效的磁回路，因此克服了傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)矩形凸極線圈通電瞬間時(shí)相鄰定子凸極對(duì)轉(zhuǎn)子矩形凸極可同時(shí)產(chǎn)生正、反兩個(gè)吸力轉(zhuǎn)矩的負(fù)面效應(yīng)。
[0029]如圖1、圖2所示，本發(fā)明的閉合疊加磁路及“S”形轉(zhuǎn)子有效的利用了電磁能、永磁能、自感反電動(dòng)勢(shì)以及優(yōu)化的磁回路，使該發(fā)明具有超高效率、高功率密度、高可靠性、低成本的綜合優(yōu)勢(shì)。
[0030]實(shí)施5
如圖1所示，本發(fā)明的外置式可調(diào)HL控制系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際工況設(shè)計(jì)不同的調(diào)整方式，在轉(zhuǎn)速、負(fù)荷變化不大的工況下可將HL基板8的HL元件7調(diào)整至最佳工作位置后進(jìn)行固定。轉(zhuǎn)速、負(fù)荷經(jīng)常處于大幅度變化工況的機(jī)型采用智能芯片控制微型伺服機(jī)構(gòu)自動(dòng)適時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整霍爾基板的開關(guān)提前角位置，實(shí)現(xiàn)智能控制，確保任何工況下的高校運(yùn)行。
[0031]以上所述的【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.閉合疊加磁路開關(guān)磁阻直流電動(dòng)機(jī)，包括定子和安裝于定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子，內(nèi)置軸流風(fēng)扇，外置式磁鼓以及置于后端蓋外止口上的HL元件基板，基板上的HL元件，其特征在于:安裝在機(jī)殼(I)內(nèi)的定子(2)軛部嵌有稀土強(qiáng)力永磁鐵(3)的環(huán)形定子軛及4個(gè)獨(dú)立凸極和凸極上的獨(dú)立線圈(4)，嵌入定子(2)軛部的永磁鐵(3)的“S” “N”極與環(huán)形定子軛構(gòu)成閉合磁路，定子凸極在非工況下呈無磁性狀態(tài)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閉合疊加磁路開關(guān)磁阻直流電動(dòng)機(jī)，其特征在于:凸極線圈(4)通電后，該凸極即產(chǎn)生電磁場(chǎng)，根據(jù)磁阻最小原則，電磁磁力線回路誘導(dǎo)偏轉(zhuǎn)在定子軛形成閉合磁回路的永磁磁力線向以電磁場(chǎng)為主導(dǎo)的凸極聚集，形成更強(qiáng)的疊加磁場(chǎng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的閉合疊加磁路開關(guān)磁阻直流電動(dòng)機(jī)，其特征在于:轉(zhuǎn)子(5)由“S”形沖片疊加構(gòu)成，轉(zhuǎn)子寬度與凸極等寬處的“S”形外弓背節(jié)點(diǎn)呈漸開線延伸至相鄰?fù)箻O極寬的十分之一處，延伸線終點(diǎn)位置高點(diǎn)與定子凸極內(nèi)徑留有一定間距，使轉(zhuǎn)子“S”形外弓背延伸部分與定子凸極內(nèi)徑形成漸變氣隙，氣隙間距視轉(zhuǎn)子直徑取值，取值范圍:0.04-0.07D, “S”形內(nèi)弓腹部呈漸開線弧形凹陷，與相關(guān)定子凸極形成較大氣隙。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的閉合疊加磁路開關(guān)磁阻直流電動(dòng)機(jī)，其特征在于:外置式磁鼓(6)置于后端蓋處止口上的HL元件基板(8)安裝于HL元件基板(8)上的HL元件(7)置于后端蓋處止口上的HL元件基板(8)可沿止口作旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)控制開關(guān)提前量，其調(diào)節(jié)方式分手動(dòng)調(diào)節(jié)、智能伺服調(diào)節(jié)。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的閉合疊加磁路開關(guān)磁阻直流電動(dòng)機(jī)，其特征在于:A相HLAl提前主路5-10度控制AK1、AK2先行導(dǎo)通能量再生回路，以充分釋放Cl在上一循環(huán)周期中所存儲(chǔ)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)過線圈(4)產(chǎn)生瞬間疊加磁路并對(duì)“S”形轉(zhuǎn)子(5)形成瞬時(shí)吸力轉(zhuǎn)矩，經(jīng)完全釋放電能后的Cl則在下一循環(huán)充電周期時(shí)充分吸收斷電失磁時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)感應(yīng)反電勢(shì)，B相特征與A相完全一致。
【文檔編號(hào)】H02K21/04GK106026586SQ201610607567
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月29日
【發(fā)明人】馮西川
【申請(qǐng)人】馮西川