CN100385771C - 高效节能电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机或一种动力驱动装置，具体为一种高效节能电机。主要解决现有电机效率较低的问题。该高效节能电机包含机壳，机壳内设有定子，机壳内支撑有转轴，转轴上固定有转子；在定子和转子之间设有在驱动装置驱动下可绕转轴转动的引子；定子包含托架，托架上固定有环形永磁铁；引子包含由防磁、隔磁材料制成的托架，在托架与定子上的环形永磁铁相对的位置上开有呈环状分布且间隔排列的窗口；转子包含托架，在托架与定子上的环形永磁铁相对的位置上固定有极性间隔排列的磁环；在引子和转子的相对面上分别设有呈环形分布的定位块。该电机做功的力主要是靠永磁铁来完成的，可以极大的节省电力能源，具有高效、节能的特点。

Description

高效节能电机

技术领域

本发明涉及电机或一种动力驱动装置，具体为一种高效节能电机。

背景技术

电机一般由转子、定子、机座、转轴等部件构成。电流加到转子、定子上，使电机转动。电机做功，主要是靠电流来驱动的。由于电机在做功过程中各种损耗较高，电机效率相对较低。

发明内容

本发明主要解决现有电机效率较低的问题，提供一种高效节能电机。

本发明是采用如下技术方案实现的：高效节能电机，包含机壳，机壳内设有定子，机壳内支撑有转轴，转轴上固定有转子；在定子和转子之间设有在驱动装置驱动下可绕转轴转动的引子；定子包含定子托架，定子托架上固定有环形面极性相同的环形永磁铁；引子包含由防磁、隔磁材料制成的引子托架，在引子托架与定子上的环形永磁铁相对的位置上开有呈环状分布且间隔排列的窗口；转子包含转子托架(该托架与转轴固定，以实现转子与转轴的固定)，在转子托架与定子上的环形永磁铁(和引子上的窗口)相对的位置上固定有极性间隔排列的磁环；在引子和转子的相对面上分别设有呈环形分布的定位块。由于引子是由防磁、隔磁材料构成的，引子禁止不转时，转子与定子上的永磁铁磁力线穿过引子上的窗口发生相斥和相吸，转子会停留在相吸点。当引子在驱动装置驱动下转动时，改变了转子与定子间的磁力线关系，转子会随着引子一起转动。转子定位块与引子定位块的作用是对引子相对转子的转动进行限位，从而始终保证，当定子环形面N极相对于转子时，引子转动过程中窗口内的转子S极弧度永远大于N极弧度，以保证转子在定子上的永磁铁的驱动下随着引子同方向运行，反之亦然。引子上的窗口可为扇形、圆形、椭圆形、方形、长方形；引子的驱动装置可以是设于机壳内部的电驱动装置，也可是外部的外力机械驱动装置或其它可行的驱动方式、驱动结构，只要能使引子转动即可。引子的驱动对本领域技术人员来讲是容易实现的，并且可选择多种驱动方式。由于定子(托架)是与机壳固定的，若直接将定子上的环形永磁铁固定在机壳上也是可行的，这是最容易想到的结构变形。

机壳可制成扁圆柱体，定子托架、引子托架和转子托架制成圆盘状。相应地，定子上的环形永磁铁固定在圆盘状定子托架的一个端面上，当然通过最简单的结构变形，定子上的环形永磁铁也可直接固定在扁圆柱机壳的一侧内壁上；引子上的窗口开在圆盘状引子托架的端面上；转子上的磁环固定在圆盘状转子托架的端面上。引子上的定位块和转子上的定位块分别固定于圆盘状引子托架和转子托架相对端面上。

机壳也可制成圆筒状，定子托架、引子托架和转子托架也制成圆筒状。相应地，定子上的环形永磁铁固定在圆筒状定子托架的内壁上(即圆筒状定子托架的内圆柱面上)，当然通过最简单的结构变形，定子上的环形永磁铁也可直接固定在圆筒状机壳的内圆柱面上；引子上的窗口开在圆筒状引子托架的圆柱面上；转子上的磁环固定在圆筒状转子托架的外圆柱面上。引子上的定位块和转子上的定位块分别固定于相对的圆筒状引子托架的内圆柱面和圆筒状转子托架的外圆柱面上。

可采用如下的电磁式的引子驱动装置，该引子的驱动装置包含固定于定子托架上且呈圆环排列的电磁线圈和固定于引子托架上、与电磁线圈位置相对且极性间隔排列的磁环，在定子托架上固定有位于电磁线圈之间的霍尔传感元件。所述的电磁线圈和霍尔传感元件也可直接固定于机壳上。

也可采用如下的机械式引子驱动装置，即引子上固定有伸出机壳外的引子轴。以引子轴作为引子的驱动装置。通过驱动引子轴可实现引子的转动。

本发明具有如下优点：1、由于引子是由防磁、隔磁材料构成的，引子在转子与定子间转动时，受转子、定子上的永磁铁的磁力线的影响很小，所以用很小的力就可推动引子转动。2、由于定子永磁铁以极性相同排列方式装配在定子托盘上，转子永磁铁以极性相间排列方式装配在转子托盘上，当引子转动时，改变了转子与定子间的磁力线关系，转子会随着引子一起转动。3、电机做功的力主要是靠永磁铁来完成的，可以极大的节省电力能源，具有高效、节能的特点。

附图说明

图1是本发明所述电机的一种具体结构的剖视示意图。

图2是图1右视图。

图3是图1所示电机的转子结构示意图。

图4是图3的A-A剖视图。

图5是图1所示电机的引子结构示意图。

图6是图5的B-B剖视图。

图7是图1所示电机的定子结构示意图。

图8是图7的C-C剖视图。

图9是另一种引子结构示意图。

图10是图9的D-D剖视图。

图11是电磁线圈控制电路原理图；

图12是本发明所述电机的另一种具体结构的剖视示意图。

图中：1-机壳，2-转轴，3-定子托架，4-定子托架上的环形永磁铁，5-引子托架，6-窗口，7-转子托架，8-转子磁环，9-引子上的定位块，10-转子上的定位块，11-轴承，12-轴承，13-轴承，14-电磁线圈，15-引子磁环，16-霍尔传感元件，17-霍尔传感元件，18-霍尔传感元件，19-集线盒，20-引子轴。

具体实施方式

实施例1

如图1-10所示。高效节能电机，包含机壳1，机壳内设有定子，机壳内支撑有转轴2，转轴上固定有转子；在定子和转子之间设有在驱动装置驱动下可绕转轴转动的引子；定子包含定子托架3，定子托架3上固定有环形面极性相同的环形永磁铁4；引子包含由防磁、隔磁材料制成的引子托架5，在引子托架5与定子上的环形永磁铁相对的位置上开有呈环状分布且间隔排列的窗口6；转子包含转子托架7，在转子托架7与定子上的环形永磁铁相对的位置上固定有极性间隔排列的磁环8；在引子和转子的相对面上分别设有呈环形分布的定位块9、10。机壳1制成扁圆柱体，定子托架3、引子托架5和转子托架7制成圆盘状。引子托架5上所开的窗口为六个，转子上的磁环由十二个极性间隔的永磁铁构成。转轴通过轴承11、12支撑于机壳上，引子与转轴之间也设有轴承13。引子上的窗口6可为扇形、圆形、椭圆形、方形、长方形；甚至引子上的窗口6开至圆盘状引子托架5的边缘(即与边缘开通)，使引子托架5形成叶轮状(如图9所示)。引子的驱动装置包含固定于定子托架3上且呈圆环排列的电磁线圈14和固定于引子托架5上、与电磁线圈位置相对且极性间隔排列的磁环15，在定子托架3上固定有位于电磁线圈之间的霍尔传感元件16、17、18。本实施例中，电磁线圈为九个，引子上的磁环15由十二个极性间隔的永磁铁构成。定子托架上呈圆环排列的多个(九个)电磁线圈间隔地分为三组，每组中的电磁线圈可以串联或并联连接；霍尔传感元件16、17、18的输入、输出线端通过机壳上的集线盒19与电磁线圈的控制电路相连；电磁线圈的控制电路包含霍尔传感元件16、17、18，三极管BG1、BG2、BG3和激励电路IC1、IC2、IC3(激励电路IC1、IC2、IC3为现有公知电路，在电路原理图中仅以方框表示)，三个霍尔传感元件16、17、18的输出端通过激励电路IC1、IC2、IC3分别与三极管BG1、BG2、BG3的基极相连，三极管BG1、BG2、BG3的发射极接地，集电极与三组电磁线圈A1、A2、A3连接，三组电磁线圈A1、A2、A3的另一端与电源高位连接。接通电源，引子在任意一点，霍尔传感元件16、17、18会输出一组控制信号，通过相应的激励电路使相应的三极管导通，使相应的一组电磁线圈通电，产生电磁场，其N极与引子上的磁环15的N极相斥、S极相吸，电磁线圈的S极，情况则相反，从而推动引子相对定子转动；当引子转过一定角度，霍尔元件输出一组新的控制信号，使另外一组电磁线圈通电，产生电磁场做功；这样，三组电磁线圈在霍尔传感元件的控制下，轮流导通，驱动引子相对定子连续转动。上述的引子电驱动装置的结构、控制电路及工作过程在申请号为200410089489.0的中国专利的说明书相应部分也有详细描述。

该电机的工作过程是：引子上的六个窗口，在单位时间里，将定子上的环形永磁铁磁力线作用到转子上的永磁铁磁力线分成六组(相当于六组通电后的线圈)。六组磁力线随着引子上的六个窗口同步位移。引子禁止不转时，定子上的永磁铁N极磁力线通过引子上的六个窗口分成六组与转子上的永磁铁S极相吸、N极相斥，转子会停留在相吸点。当接通电源，电磁线圈驱动引子转动时，随着引子的位移，定子上的永磁铁N极磁力线不断的被引子上的窗口分成六组与转子上的永磁铁S极形成吸力，N极形成斥力，转子会随着引子一起转动做功。当电机空载时，由于电机转子与定子都是由永磁铁做成的，其间没有电感，转子与定子相对运动的线速度一般要大于定子上的电磁线圈与引子上的永磁铁相对运动的线速度，转子上的定位块与引子上的定位块一般不会接触。当电机加有负载时，电机转子与定子相对运动的线速度会随着负载的大小而降低。当负载达到一定量时，电机转子与定子相对运动的线速度会低于定子上的电磁线圈与引子上的永磁铁相对运动的线速度，转子上的定位块与引子上的定位块会碰到一起。此时通过窗口看转子上磁环N、S极，基本各占窗口的一半，S极略大于N极。即便定位块碰到一起，仍然主要是定子在驱动转子，即定子上的环状永磁铁N极磁力线穿过引子上的窗口对转子上的永磁铁N极形成斥力，对转子上的永磁铁S极形成吸力，从而形成对转子的驱动。

实施例2

高效节能电机，包含机壳1，机壳内设有定子，机壳内支撑有转轴2，转轴上固定有转子；在定子和转子之间设有在驱动装置驱动下可绕转轴转动的引子；定子包含定子托架3，定子托架3上固定有环形面极性相同的环形永磁铁4；引子包含由防磁、隔磁材料制成的引子托架5，在引子托架5与定子上的环形永磁铁相对的位置上开有呈环状分布且间隔排列的窗口6；转子包含转子托架7，在转子托架7与定子上的环形永磁铁相对的位置上固定有极性间隔排列的磁环8；在引子和转子的相对面上分别设有呈环形分布的定位块9、10。机壳1制成圆筒状，定子托架3、引子托架5和转子托架7也制成圆筒状，圆筒状机壳两端可设有端盖。相应地，定子上的环形永磁铁4固定在圆筒状定子托架的内圆柱面上；引子上的窗口6开在圆筒状引子托架5的圆柱面上；转子上的磁环8固定在圆筒状转子托架7的外圆柱面上。引子上的定位块9和转子上的定位块10分别固定于相对的圆筒状引子托架的内圆柱面和圆筒状转子托架的外圆柱面上。转轴通过轴承11、12支撑于机壳(端盖)上，引子两端与转轴之间也设有轴承。引子的驱动装置包含固定于定子托架3上且呈圆环排列的电磁线圈14和固定于引子托架5上、与电磁线圈位置相对且极性间隔排列的磁环15，在定子托架3上固定有位于电磁线圈之间的霍尔传感元件16、17、18；由于托架形状的改变，电磁线圈14固定于圆筒状定子托架3的内圆柱面上，引子上的磁环15固定于圆筒状引子托架的外圆柱面上，霍尔传感元件16、17、18也固定于圆筒状定子托架内圆柱面上的电磁线圈之间。其余与实施例1相同。

实施3

如图12所示。高效节能电机，包含机壳1，机壳内设有定子，机壳内支撑有转轴2，转轴上固定有转子；在定子和转子之间设有在驱动装置驱动下可绕转轴转动的引子；定子包含定子托架3，定子托架3上固定有环形面极性相同的环形永磁铁4；引子包含由防磁、隔磁材料制成的引子托架5，在引子托架5与定子上的环形永磁铁相对的位置上开有呈环状分布且间隔排列的窗口6；转子包含转子托架7，在转子托架7与定子上的环形永磁铁相对的位置上固定有极性间隔排列的磁环8；在引子和转子的相对面上分别设有呈环形分布的定位块9、10。机壳1制成扁圆柱体，定子托架3、引子托架5和转子托架7制成圆盘状。转轴通过轴承11支撑于机壳上。引子上的窗口6可为扇形、圆形、椭圆形、方形、长方形；甚至引子上的窗口6开至圆盘状引子托架5的边缘，使引子托架5形成叶轮状(如图9所示)。引子上固定有伸出机壳外的引子轴20，引子轴与机壳之间设有轴承12。以引子轴作为引子的驱动装置。通过驱动引子轴可实现引子的转动，由于引子轴20与转轴2处于同轴的位置，引子实际上仍是绕转轴转动。通过引子的转动，定子驱动转子转动，其工作过程与实施1相同。

Claims (6)

1.一种高效节能电机，包含机壳(1)，机壳内设有定子，机壳内支撑有转轴(2)，转轴上固定有转子；其特征为：在定子和转子之间设有在驱动装置驱动下可绕转轴转动的引子；定子包含定子托架(3)，定子托架(3)上固定有环形面极性相同的环形永磁铁(4)；引子包含由防磁、隔磁材料制成的引子托架(5)，在引子托架(5)与定子上的环形永磁铁相对的位置上开有呈环状分布且间隔排列的窗口(6)；转子包含转子托架(7)，在转子托架(7)与定子上的环形永磁铁相对的位置上固定有极性间隔排列的磁环(8)；在引子和转子的相对面上分别设有呈环形分布的定位块(9、10)。

2.如权利要求1所述的高效节能电机，其特征为：机壳(1)制成扁圆柱体，定子托架(3)、引子托架(5)和转子托架(7)制成圆盘状。

3.如权利要求1所述的高效节能电机，其特征为：机壳(1)制成圆筒状，定子托架(3)、引子托架(5)和转子托架(7)也制成圆筒状。

4.如权利要求1或2或3所述的高效节能电机，其特征为：引子的驱动装置包含固定于定子托架(3)上且呈圆环排列的电磁线圈(14)和固定于引子托架(5)上、与电磁线圈位置相对且极性间隔排列的磁环(15)，在定子托架(3)上固定有位于电磁线圈之间的霍尔传感元件(16、17、18)。

5.如权利要求1或2或3所述的高效节能电机，其特征为：引子上固定有伸出机壳外的引子轴(20)。

6.如权利要求2所述的高效节能电机，其特征为：引子上的窗口(6)开至圆盘状引子托架(5)的边缘，使引子托架(5)形成叶轮状。

Images