CN104124847B - 一种基于动圈电机的动量轮 - Google Patents
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Abstract
一种基于动圈电机的动量轮,外壳上盖与外壳底座的中心支撑柱间形成空腔,转轴内圈固定在空腔内外壳底座中心支撑柱的外周圈上,在空腔内转轴的外圈上固定有绕制线圈的转子铁芯,转子铁芯与线圈构成动量轮的转子部分,在转子铁芯和线圈的上部与下部、外壳上盖和外壳底座的内壁上分别固定电机的定子部分即永磁体,其充磁方向为上下方向,在转子铁芯与外壳底座间的空腔中放置滑环;本发明动量轮在运行中,输入单相直流电压,线圈中电流运行波动很小;由于转子与定子的相对位置不影响磁路,因此不需要实时测量转子位置的外加电路,减少电路的复杂性;由于定子采用整块永磁体,线圈所在空间的磁场强度较高,在电流较小的情况下依然可以提供较大的转矩。
Description
技术领域
本发明涉及动量轮技术领域,具体涉及一种基于动圈电机的动量轮。
背景技术
现有动量轮主要采用无刷直流电机作为动力源,这些直流电机工作原理为:定子为线圈缠绕铁芯,线圈为三相缠绕方式,通电通入三相直流电,直流电波形为方波,三相之间相位各相差120度。工作时,通入电流,在线圈与转子永磁体的气隙间产生旋转的磁场,带动永磁体转动。其作为动量轮的缺点:需要在运行时测量电机转子的位置,从而调整电机的输入电流波形及相位,因此需要复杂的驱动线路;由于电流换向,运行波动较大,尤其是低速运行下性能不好;实际运行时的转矩并不大,不能应用于对转矩要求较高的情况。
而对于另一种结构的动量轮基于盘式电机:盘式电机的工作原理与无刷直流电机的工作原理相同,将定子线圈和动子磁体都制作为盘状,电机的磁路为轴向,因此也称为轴向磁路无刷直流电机。这种电机由于采用的也是三相方波电流,因此也需要在电机运行时测量转子的位置,增加电机控制电路的复杂性;同时也存在运行波动的问题。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题,本发明的目的在于提供一种基于动圈电机的动量轮;动量轮在运行过程中,输入为单相直流电压,线圈中电流较为稳定,运行波动很小;由于动量轮转子与定子的相对位置不影响磁路,因此不需要实时测量转子位置的外加电路,减少电路的复杂性;由于动量轮定子采用整块钕铁硼永磁体,因此线圈所在空间的磁场强度较高,在电流较小的情况下依然可以提供较大的转矩。
为达到以上目的,本发明采用如下技术方案:
一种基于动圈电机的动量轮,包括外壳底座4,固定于外壳底座4上的外壳上盖1,所述外壳上盖1与外壳底座4的中心支撑柱间形成空腔,转轴7的内圈固定在空腔内外壳底座4中心支撑柱的外周圈上,在空腔内转轴7的外圈上固定有转子铁芯5,转子铁芯5上绕制线圈2,转子铁芯5与线圈2共同构成动量轮的转子部分,在所述转子铁芯5和线圈2的上部与下部、外壳上盖1和外壳底座4的内壁上分别固定电机的定子部分即永磁体3,其充磁方向为上下方向,且两块永磁体的充磁方向关系为上面的永磁体3向下为N极或S极,则下面的永磁体3向上为N极S极,在转子铁芯5与外壳底座4之间的空腔中放置滑环6。
所述转子铁芯5采用硅钢片压制成,其形状为双层环形,外环5-1上绕制线圈2,内环5-2与转轴7固连,内环5-2和外环5-1之间由四个位置对称的连筋5-3相连接。
所述转轴7的轴承采用角轴承,为中空环形,固定于外壳底座4的中心支撑柱的台阶之上。
所述外壳上盖1和外壳底座4的材料为45号钢。
所述永磁体3的材料为钕铁硼。
所述永磁体3采用环氧材料分别粘贴在外壳上盖1和外壳底座4的内壁上。
和现有技术相比,本发明的优点如下:
1、由于动量轮的结构设计,转子为线圈绕制于环柱形铁芯之上,且定子永磁体分别位于转子的上下方,因此动量轮的磁路简单。磁路从永磁体的N极出发,通过转子一面的线圈,进入铁芯,再通过转轴,外壳底座以及上盖回到永磁体的S极。
2、由于动量轮的定子为一对完整的永磁体,因此转子线圈部分的磁场较为均匀,产生的安培力与线圈中通过的电流成线性关系,因此动量轮的可控性较强。并且电机定子为整块永磁体,转子为对称铁芯线圈,因此动量轮运行的情况不受转子的位置影响,不需要复杂的实时测量转子位置的控制电路。
3、由于动量轮的输入为单相直流电压,线圈中的电流较三相情况下更为稳定,动量轮运行波动小,在低速情况下,运行也稳定。
4、由于动量轮定子采用整体的永磁体,在转子线圈处的电磁场强度较大,容易产生较大的安培力,因此可以在较低的输入电压下依旧可以提供较高的转矩。
5、由于动量轮转子为铁芯上绕制线圈,因此可以很容易的根据实际需要增加或者减小线圈匝数,从而改变动量轮的性能。
附图说明
图1为本发明基于动圈电机的动量轮剖面示意图。
图2为本发明转子铁芯的结构示意图。
具体实施方式
下面结合图1、图2和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示,本发明一种基于动圈电机的动量轮,包括外壳底座4,固定于外壳底座4上的外壳上盖1,所述外壳上盖1与外壳底座4的中心支撑柱间形成空腔,转轴7的内圈固定在空腔内外壳底座4中心支撑柱的外周圈上,在空腔内转轴7的外圈上固定有转子铁芯5,转子铁芯5上绕制线圈2,转子铁芯5与线圈2共同构成动量轮的转子部分,在所述转子铁芯5和线圈2的上部与下部、外壳上盖1和外壳底座4的内壁上分别固定电机的定子部分即永磁体3,其充磁方向为上下方向,且两块永磁体的充磁方向关系为上面的永磁体3向下为N极或S极,则下面的永磁体3向上为N极S极。由于动量轮的转子为线圈,需要滑环为线圈提供电力,在转子铁芯5与外壳底座4之间的空腔中放置滑环6。
作为本发明的优选实施方式,所述转子铁芯5采用硅钢片压制成,其形状为双层环形,外环5-1上绕制线圈2,内环5-2与转轴7固连,内环5-2和外环5-1之间由四个位置对称的连筋5-3相连接。
作为本发明的优选实施方式,所述转轴7的轴承采用角轴承,为中空环形,固定于外壳底座4的中心支撑柱的台阶之上。
作为本发明的优选实施方式,所述外壳上盖1和外壳底座4的材料为45号钢。
作为本发明的优选实施方式,所述永磁体3的材料为钕铁硼。
作为本发明的优选实施方式,所述永磁体3采用环氧材料分别粘贴在外壳上盖1和外壳底座4的内壁上。
本发明的工作原理为:
由于动量轮采用上下结构,上下两层定子为钕铁硼永磁体,中间一层为漆包线绕制铁芯而成的转子,且永磁铁为环柱形,在转子线圈处的磁场均匀,因此对于动量轮来说,其运行的转矩与线圈中通过的电流大小呈线性关系,因此动量轮的运行控制较为简单。
动量轮启动时,通过滑环6向线圈2两端加载一个启动电压,此时线圈2中通过一个电流,而线圈2处在定子永磁体3产生的磁场当中,因此产生安培力,力的方向为切向方向,由于线圈2绕制在转子铁芯5之上,因此带动整个转子转动,动量轮即开始运行。
动量轮开始运行后,可根据对于动量轮的转矩、转速等的性能需求,通过外加的控制电路改变输入滑环中的输入电压,从而调节转子线圈中的电流大小,以此来改变动量轮的运行状态,来满足我们对动量轮的要求。
Claims (6)
1.一种基于动圈电机的动量轮,其特征在于:包括外壳底座(4),固定于外壳底座(4)上的外壳上盖(1),所述外壳上盖(1)与外壳底座(4)的中心支撑柱间形成空腔,转轴(7)的内圈固定在空腔内外壳底座(4)中心支撑柱的外周圈上,在空腔内转轴(7)的外圈上固定有转子铁芯(5),转子铁芯(5)上绕制线圈(2),转子铁芯(5)与线圈(2)共同构成动量轮的转子部分,在所述转子铁芯(5)和线圈(2)的上部与下部以及外壳上盖(1)和外壳底座(4)的内壁上分别固定电机的定子部分即永磁体(3),其充磁方向为上下方向,且两块永磁体的充磁方向关系为上面的永磁体(3)向下为N极或S极,则下面的永磁体(3)向上为N极或S极,在转子铁芯(5)与外壳底座(4)之间的空腔中放置滑环(6)。
2.根据权利要求1所述的一种基于动圈电机的动量轮,其特征在于:所述转子铁芯(5)采用硅钢片压制成,其形状为双层环形,外环(5-1)上绕制线圈(2),内环(5-2)与转轴(7)固连,内环(5-2)和外环(5-1)之间由四个位置对称的连筋(5-3)相连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于动圈电机的动量轮,其特征在于:所述转轴(7)的轴承采用角轴承,为中空环形,固定于外壳底座(4)的中心支撑柱的台阶之上。
4.根据权利要求1所述的一种基于动圈电机的动量轮,其特征在于:所述外壳上盖(1)和外壳底座(4)的材料为45号钢。
5.根据权利要求1所述的一种基于动圈电机的动量轮,其特征在于:所述永磁体(3)的材料为钕铁硼。
6.根据权利要求1所述的一种基于动圈电机的动量轮,其特征在于:所述永磁体(3)采用环氧材料分别粘贴在外壳上盖(1)和外壳底座(4)的内壁上。
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