CN101860283A - 永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁、铜的使用较少且效率较高的永磁电机，其包括：定子和转子；定子包括：上端磁极和下端磁极、设有电磁绕组的绕线骨架；各磁极包括：磁极盘、轴套、连接于磁极盘外周的四个沿转子的内圈均匀分布的磁极臂；上端磁极和下端磁极分别通过上轴套和下轴套固定配合于轴上，绕线骨架套于上轴套和下轴套上；上磁极臂和下磁极臂在转子的内圈同圆周、等间距交替分布；各上、下磁极臂上具有缺口；转子通过外壳体轴承连接于轴上，转子的环形横截面上均布有八个磁性弧段，各相邻磁性弧段的极性相反。通过改变电磁绕组的电流方向使上、下端磁极的磁极方向交替改变，又因磁极不对称而使转子的磁感应强度不对称，使转子向某一固定方向旋转。

Description

永磁电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体是一种永磁电机。

背景技术

在电机制造中使用最多的材料是铁(即使不包括机壳)，即便是稀土永磁电机也是如此。要降低电机的材料成本，降低铁、铜的使用量是一个非常直接的途径。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种铁、铜的使用量较少且效率较高的永磁电机。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种磁电式永磁电机，其包括：定子和套于定子上的转子；定子包括：铁氧体压塑成型的上端磁极和下端磁极、设有电磁绕组的绕线骨架；上端磁极包括：设于骨架上端的上磁极盘、设于上磁极盘中央且向下轴向延伸的上轴套、连接于上磁极盘外周的四个沿转子的内圈均匀分布且向下轴向延伸的上磁极臂；下端磁极包括：设于骨架下端的下磁极盘、设于下磁极盘中央且向上轴向延伸的下轴套、连接于下磁极盘外周的四个沿转子的内圈均匀分布且向上轴向延伸的下磁极臂；上端磁极和下端磁极分别通过所述上轴套和下轴套固定配合于轴上，所述绕线骨架套于所述上轴套和下轴套上；所述的四个上磁极臂和四个下磁极臂在转子的内圈同圆周、等间距交替分布；各上磁极臂的同一侧具有一纵向的上臂缺口，各下磁极臂上距离所述上臂缺口较远的一侧具有一纵向的下臂缺口；转子通过外壳体轴承连接于轴上，转子的环形横截面上均布有八个磁性弧段，各相邻磁性弧段的极性相反。

若在自然状态时，各上磁极臂都与转子中呈S极的各弧段正对(在电机停止工作的自然状态，磁性弧段吸引邻近的铁氧体磁极臂，使各磁极臂必然与个磁性弧段正相对)，则永磁电机的工作方法包括如下步骤：步骤一：在驱动器的控制下向电磁绕组通入反向高频电流，则上端磁极呈S极，下端磁极呈N极，所述上臂缺口和下臂缺口使各上磁极臂和下磁极臂上的磁极不对称，使转子上的各磁性弧段受到逆时针的推力而使转子逆时针旋转，同时各上磁极臂和下磁极臂使转子上的各磁性弧段受到逆时针的吸力而进一步加速旋转；步骤二：当转子中呈S极的弧段即将达到与下磁极臂正对处时，所述驱动器将所述反向高频电流关断；步骤三：当转子中呈S极的弧段达到与各下磁极臂正对处时，所述驱动器控制向电磁绕组通入正向高频电流，则上端磁极呈N极，下端磁极呈S极，从而使转子进一步逆时针旋转；步骤四：当转子中呈S极的弧段即将达到与上磁极臂正对处时，所述驱动器将所述正向高频电流关断；当转子中呈S极的弧段达到与上磁极臂正对处时，重复上述步骤一。

进一步，所述驱动器将所述反向高频电流关断至当转子中呈S极的弧段与各下磁极臂正对时的时间间隔、以及驱动器将所述正向高频电流关断至当转子中呈S极的弧段与各上磁极臂正对时的时间间隔为死区时间；所述驱动器通过控制该死区时间的长短而控制转子的转速。

进一步，所述转子是用钕铁硼材料制成的永磁钢。

进一步，若在自然状态时，各上磁极臂都与转子中呈N极的弧段正对，则永磁电机的工作方法包括如下步骤：步骤A：在驱动器的控制下向电磁绕组通入反向高频电流，则上端磁极呈S极，下端磁极呈N极，此时驱动器通过传感器测得转子未开始转动，则驱动器控制向电磁绕组通入正向高频电流，则上端磁极呈N极，下端磁极呈S极，从而使转子逆时针旋转；步骤B：当转子中呈N极的弧段即将达到与下磁极臂正对处时，所述驱动器将所述正向高频电流关断；步骤C：当转子中呈N极的弧段达到与下磁极臂正对处时，所述驱动器控制向电磁绕组通入反向高频电流，则上端磁极呈S极，下端磁极呈N极，从而使转子逆时针旋转；步骤D：当转子中呈N极的弧段即将达到与上端磁极正对处时，所述驱动器将所述正向高频电流关断；当转子中呈N极的弧段达到与上端磁极正对处时，重复上述步骤A。

进一步，所述骨架的上盘体、下盘体上设有分别与各上磁极臂和下磁极臂的内侧壁配合的卡口，从而使骨架上的电磁绕组与上端磁极和下端磁极彼此固定。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：(1)本发明的永磁电机的为外转子式的无刷电机，采用非对称磁极的定子结构，电机仅有一个电磁绕组，容易工作在较高的工作电压；转子是采用钕铁硼材料的高磁感应强度永磁材料，定子采用铁氧体材料成型，其磁极与定子磁极相对应；(2)本发明电机的结构具有如下优点：磁路短，磁阻小，磁极利用率高，定子采用非对称磁极，有利于电机启动(向某一固定方向旋转)，减少材料的用量，通过磁感应强度；(3)本发明利用铁氧体压塑成型的优势，将电机磁路结构设计的更合理简单，减少磁耗，也使铁、铜的用量减少，提高电机效率，节省生产成本，使电机工作效率高(100w以下的电机还可以达到85％以上)；无刷结构，寿命长，成本下降明显。采用高频电流驱动器，弥补了铁氧体材料的发热较低的缺陷，电机容易工作在高压(310v)，减少转换功耗；调速时，只要改变死区时间，就可以达到变速的目的，提高驱动效率。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中图1为实施例中的永磁电机的内部端面结构示意图；图2为图1中的永磁电机的D-D剖面视图；图3为图1中的永磁电机的C-C剖面视图；图4为永磁电机的转子上设一外壳体的剖面视图；图5为图1中的永磁电机中的骨架的剖面视图；图6为图5中的骨架的A-A剖面视图；图7为图5中的骨架的B-B剖面视图；图8为实施例中的永磁电机的定子分解结构图；图9为驱动器向电磁绕组通入的高频电流的波形图；图10为驱动器的电路框图。

具体实施方式

见图1-10，本实施例的永磁电机，其包括：定子b和套于定子b上的转子a。

定子b包括：铁氧体压塑成型的上端磁极b2和下端磁极b3、设有电磁绕组c的绕线骨架b1。

上端磁极b2包括：设于骨架b1上端的上磁极盘b21、设于上磁极盘b21中央且向下轴向延伸的上轴套b24、连接于上磁极盘b21外周的四个沿转子a的内圈均匀分布且向下轴向延伸的上磁极臂b22。

下端磁极b3包括：设于骨架b1下端的下磁极盘b31、设于下磁极盘b31中央且向上轴向延伸的下轴套b34、连接于下磁极盘b31外周的四个沿转子a的内圈均匀分布且向上轴向延伸的下磁极臂b32。

上端磁极b2和下端磁极b3分别通过所述上轴套b24和下轴套b34固定配合于轴e上，所述绕线骨架b1套于所述上轴套b24和下轴套b34上。

所述的四个上磁极臂b22和四个下磁极臂b32在转子a的内圈同圆周、等间距交替分布；各上磁极臂b22的同一侧具有一纵向的上臂缺口b23，各下磁极臂b32上距离所述上臂缺口b23较远的一侧具有一纵向的下臂缺口b33。

转子a上固定设置一外壳体d，转子a通过外壳体d轴承连接于轴e上，转子a的环形横截面上均布有八个磁性弧段，各相邻磁性弧段的极性相反。

如图1所示，若在自然状态时，各上磁极臂b22都与转子a中呈S极的各弧段正对，则永磁电机的工作方法包括如下步骤：步骤一：在驱动器的控制下向电磁绕组c通入反向高频电流，则上端磁极b2呈S极，下端磁极b3呈N极，所述上臂缺口b23和下臂缺口b33使各上磁极臂b22和下磁极臂b32上的磁极不对称，使转子a上的各磁性弧段受到逆时针的推力而使转子a逆时针旋转，同时各上磁极臂b22和下磁极臂b32使转子a上的各磁性弧段受到逆时针的吸力(即受到相邻异磁极的吸力)而进一步加速旋转；步骤二：当转子a中呈S极的弧段即将达到与下磁极臂b32正对处时，所述驱动器将所述反向高频电流关断；步骤三：当转子a中呈S极的弧段达到与各下磁极臂b32正对处时，所述驱动器控制向电磁绕组c通入正向高频电流，则上端磁极b2呈N极，下端磁极b3呈S极，从而使转子a进一步逆时针旋转；步骤四：当转子a中呈S极的弧段即将达到与上磁极臂b22正对处时，所述驱动器将所述正向高频电流关断；当转子a中呈S极的弧段达到与上磁极臂b22正对处时，重复上述步骤一。经过8个正反向电流，电机旋转一周。

若在自然状态时，各上磁极臂b22都与转子a中呈N极的弧段正对，则永磁电机的工作方法包括如下步骤：步骤A：在驱动器的控制下向电磁绕组c通入反向高频电流，则上端磁极b2呈S极，下端磁极b3呈N极，此时驱动器通过传感器测得转子a未开始转动，则驱动器控制向电磁绕组c通入正向高频电流，则上端磁极b2呈N极，下端磁极b3呈S极，从而使转子a逆时针旋转；步骤B：当转子a中呈N极的弧段即将达到与下磁极臂b32正对处时，所述驱动器将所述正向高频电流关断；步骤C：当转子a中呈N极的弧段达到与下磁极臂b32正对处时，所述驱动器控制向电磁绕组c通入反向高频电流，则上端磁极b2呈S极，下端磁极b3呈N极，从而使转子a逆时针旋转；步骤D：当转子a中呈N极的弧段即将达到与上端磁极b2正对处时，所述驱动器将所述正向高频电流关断；当转子a中呈N极的弧段达到与上端磁极b2正对处时，重复上述步骤A。

所述驱动器将所述反向高频电流关断至当转子a中呈S极的弧段与各下磁极臂b32正对时的时间间隔、以及驱动器将所述正向高频电流关断至当转子a中呈S极的弧段与各上磁极臂b22正对时的时间间隔为死区时间；所述驱动器通过控制该死区时间的长短而控制转子a的转速。

所述转子a是用钕铁硼材料制成的永磁钢。

所述骨架b1的上盘体b11、下盘体b12上设有分别与各上磁极臂b22和下磁极臂b32的内侧壁配合的卡口b10，从而使骨架上的电磁绕组与上端磁极和下端磁极彼此固定。

通过改变电磁绕组c的电流方向使上、下端磁极的磁极方向交替改变，又因为磁极不对称而使转子a中的各磁性弧段的磁感应强度不对称，而形成的磁场使转子较容易向某一固定方向旋转，产生电磁转矩；启动电机的电流信号由驱动器提供，驱动器每次在判断出转子旋转到位后提供相反极性的电流，保证驱动电流时序的准确；电机调速容易，只要改变死区时间，就改变电机转速，参见控制波形图图9。

如图10，本实施例的用于驱动上述永磁电机的驱动器包括：中央处理器6、与中央处理器6的电机控制信号输出端相连的用于向实时电磁绕组c通入正向或反向高频电流的电机驱动器5、与中央处理器6的电源控制信号输出端相连的用于输入交流电源的高速开关电路2、与高速开关电路2的电源输出端相连的用于向电机驱动器5提供电源的CL滤波电路3、以及与CL滤波电路3的电源输出端相连的取样电路4；所述取样电路4的电压信号输出端与中央处理器6的取样信号输入端相连，电机驱动器5的电流反馈信号输出端与中央处理器6的电流反馈信号输入端相连。所述交流电源经整流滤波电路1与高速开关电路2的电源输入端相连。所述电机驱动器5的电机电源输出端与永磁电机7的电源端相连。

所述的驱动器可以采用其他实施方式，例如仅由整流滤波电路1、中央处理器6、电机驱动器5和高速开关电路2构成的驱动器；也可以采用其他集成电路实现该电机的驱动功能。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种永磁电机，其结构特征在于包括：定子(b)和套于定子(b)上的转子(a)；定子(b)包括：铁氧体压塑成型的上端磁极(b2)和下端磁极(b3)、设有电磁绕组(c)的绕线骨架(b1)；

上端磁极(b2)包括：设于骨架(b1)上端的上磁极盘(b21)、设于上磁极盘(b21)中央且向下轴向延伸的上轴套(b24)、连接于上磁极盘(b21)外周的四个沿转子(a)的内圈均匀分布且向下轴向延伸的上磁极臂(b22)；

下端磁极(b3)包括：设于骨架(b1)下端的下磁极盘(b31)、设于下磁极盘(b31)中央且向上轴向延伸的下轴套(b34)、连接于下磁极盘(b31)外周的四个沿转子(a)的内圈均匀分布且向上轴向延伸的下磁极臂(b32)；

上端磁极(b2)和下端磁极(b3)分别通过所述上轴套(b24)和下轴套(b34)固定配合于轴(e)上，所述绕线骨架(b1)套于所述上轴套(b24)和下轴套(b34)上；

所述的四个上磁极臂(b22)和四个下磁极臂(b32)在转子(a)的内圈同圆周、等间距交替分布；各上磁极臂(b22)的同一侧具有一纵向的上臂缺口(b23)，各下磁极臂(b32)上距离所述上臂缺口(b23)较远的一侧具有一纵向的下臂缺口(b33)；

转子(a)通过外壳体(d)轴承连接于轴(e)上，转子(a)的环形横截面上均布有八个磁性弧段，各相邻磁性弧段的极性相反；

若在自然状态时，各上磁极臂(b22)都与转子(a)中呈S极的各弧段正对，则永磁电机的工作方法包括如下步骤：

步骤一：在驱动器的控制下向电磁绕组(c)通入反向高频电流，则上端磁极(b2)呈S极，下端磁极(b3)呈N极，所述上臂缺口(b23)和下臂缺口(b33)使各上磁极臂(b22)和下磁极臂(b32)上的磁极不对称，使转子(a)上的各磁性弧段受到逆时针的推力而使转子(a)逆时针旋转，同时各上磁极臂(b22)和下磁极臂(b32)使转子(a)上的各磁性弧段受到逆时针的吸力而进一步加速旋转；

步骤二：当转子(a)中呈S极的弧段即将达到与下磁极臂(b32)正对处时，所述驱动器将所述反向高频电流关断；

步骤三：当转子(a)中呈S极的弧段达到与各下磁极臂(b32)正对处时，所述驱动器控制向电磁绕组(c)通入正向高频电流，则上端磁极(b2)呈N极，下端磁极(b3)呈S极，从而使转子(a)进一步逆时针旋转；

步骤四：当转子(a)中呈S极的弧段即将达到与上磁极臂(b22)正对处时，所述驱动器将所述正向高频电流关断；当转子(a)中呈S极的弧段达到与上磁极臂(b22)正对处时，重复上述步骤一。

2.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于：所述驱动器将所述反向高频电流关断至当转子(a)中呈S极的弧段与各下磁极臂(b32)正对时的时间间隔、以及驱动器将所述正向高频电流关断至当转子(a)中呈S极的弧段与各上磁极臂(b22)正对时的时间间隔为死区时间；

所述驱动器通过控制该死区时间的长短而控制转子(a)的转速。

3.根据权利要求2所述的永磁电机，其电路特征在于：所述转子(a)是用钕铁硼材料制成的永磁钢。

4.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于：

若在自然状态时，各上磁极臂(b22)都与转子(a)中呈N极的弧段正对，则永磁电机的工作方法包括如下步骤：

步骤A：在驱动器的控制下向电磁绕组(c)通入反向高频电流，则上端磁极(b2)呈S极，下端磁极(b3)呈N极，此时驱动器通过传感器测得转子(a)未开始转动，则驱动器控制向电磁绕组(c)通入正向高频电流，则上端磁极(b2)呈N极，下端磁极(b3)呈S极，从而使转子(a)逆时针旋转；

步骤B：当转子(a)中呈N极的弧段即将达到与下磁极臂(b32)正对处时，所述驱动器将所述正向高频电流关断；

步骤C：当转子(a)中呈N极的弧段达到与下磁极臂(b32)正对处时，所述驱动器控制向电磁绕组(c)通入反向高频电流，则上端磁极(b2)呈S极，下端磁极(b3)呈N极，从而使转子(a)逆时针旋转；

步骤D：当转子(a)中呈N极的弧段即将达到与上端磁极(b2)正对处时，所述驱动器将所述正向高频电流关断；当转子(a)中呈N极的弧段达到与上端磁极(b2)正对处时，重复上述步骤A。

5.根据权利要求1所述的永磁电机，其电路特征在于：所述骨架(b1)的上盘体(b11)、下盘体(b12)上设有分别与各上磁极臂(b22)和下磁极臂(b32)的内侧壁配合的卡口(b10)。

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