CN203457014U - 无刷同步电动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种无刷同步电动机，包括壳体、转轴、激磁铁芯和励磁铁芯，所述激磁铁芯固定在所述壳体的内侧壁上，所述励磁铁芯耦接至所述转轴上，所述励磁铁芯与所述激磁铁芯在所述转轴的轴线上相对设置，所述励磁铁芯与所述激磁铁芯形成磁回路。本实用新型的无刷同步电动机没有碳刷和滑环，转子的磁感应强度的大小可控，成本低，结构简单，便于维护。

Description

无刷同步电动机

技术领域

本实用新型涉及一种电动机，特别涉及一种无刷同步电动机。

背景技术

传统的同步电动机包括具有永磁铁的转子，永磁铁材料非常昂贵，成本高。永磁铁的磁感应强度的大小相对稳定，不能随意的改变永磁铁的磁感应强度的大小，从而不能随意调节电动机输出的功率和转矩大小，当负载变化时，导致同步电动机运行的性能较差。

另外，有些同步电动机的转子通过碳刷和滑环与外电源连接，从而可以根据电动机的负荷调整用电量，但是这种同步电动机在运行时碳刷和滑环之间的摩擦易产生火花，滑环容易磨损，需要经常更换碳刷，而且故障率较高。

中国专利授权公告号CN2904449Y公开了一种变压器式励磁无刷同步电机，在同步电动机中设置了动铁芯、静铁芯、动绕组和静绕组以及整流器，通过动绕组和静绕组间的旋转变压方式，将电能传递到同步电机的励磁绕组，提供励磁电流。但是该装置中静绕组产生的磁感应线通过静铁芯、动铁芯和静铁芯之间的机壳、动铁芯、动铁芯和静铁芯之间的转轴形成磁回路，由于动绕组固定在转轴上，静绕组固定在机壳上，静铁芯和转轴之间具有间隙，且动铁芯和机壳之间也具有间隙，从而导致漏磁现象严重，有可能损坏同步电动机。机壳和转轴中的交流磁通同时易造成电磁干扰，给其工作环境带来了安全隐患。

实用新型内容

针对上述现有技术，本实用新型的一个实施例提供了一种解决上述技术问题的无刷同步电动机，包括：

壳体；

转轴；

激磁铁芯，所述激磁铁芯固定在所述壳体的内侧壁上；

励磁铁芯，所述励磁铁芯耦接至所述转轴上，所述励磁铁芯与所述激磁铁芯在所述转轴的轴线上相对设置，所述励磁铁芯与所述激磁铁芯形成磁回路。

本实用新型的无刷电动机没有碳刷和滑环，因此无需经常更换碳刷，减少了故障和安全隐患，同时也减少成本。能够根据负载大小随意调节激磁绕组中交流电的大小，从而调节转子产生的磁感应强度的大小，使得无刷同步电动机输出所需要的功率和转矩。

优选的，所述激磁铁芯包括第一外磁筒和与所述第一外磁筒同轴且位于所述第一外磁筒内部的第一内磁筒，所述励磁铁芯包括第二外磁筒和与所述第二外磁筒同轴且位于所述第二外磁筒内部的第二内磁筒。

优选的，所述激磁铁芯还包括第一圆磁环，所述第一外磁筒在靠近所述壳体的内侧壁的一端和所述第一内磁筒在靠近所述壳体的内侧壁的一端通过所述第一圆磁环相连接。更优选的，所述第一外磁筒呈圆柱筒状或圆锥筒状，所述第一内磁筒呈圆柱筒状或圆锥筒状。

优选的，所述第一外磁筒呈两端开口的筒状，所述第一内磁筒呈两端开口的筒状，所述第一外磁筒在靠近所述壳体的内侧壁的一端和所述第一内磁筒在靠近所述壳体的内侧壁的一端相连接。更优选的，所述第一外磁筒呈圆柱筒状或圆锥筒状，所述第一内磁筒呈圆锥筒状；或所述第一外磁筒呈圆锥筒状，所述第一内磁筒呈圆柱筒状。

优选的，所述励磁铁芯还包括第二圆磁环，所述第二外磁筒在远离所述激磁铁芯的一端和所述第二内磁筒在远离所述激磁铁芯的一端通过所述第二圆磁环相连接。更优选的，所述第二外磁筒呈圆柱筒状或圆锥筒状，所述第二内磁筒呈圆柱筒状或圆锥筒状。

优选的，所述第二外磁筒呈两端开口的筒状，所述第二内磁筒呈两端开口的筒状，所述第二外磁筒在远离所述激磁铁芯的一端和所述第二内磁筒在远离所述激磁铁芯的一端相连接。更优选的，所述第二外磁筒呈圆柱筒状或圆锥筒状，所述第二内磁筒呈圆锥筒状；或所述第二外磁筒呈圆锥筒状，所述第二内磁筒呈圆柱筒状。

优选的，所述无刷同步电动机还包括第一转子，所述第一转子固定在所述转轴上。

优选的，所述励磁铁芯固定在所述转轴和/或所述第一转子上。

优选的，所述无刷同步电动机还包括固定在所述转轴上的第二转子，所述第二转子上具有永磁铁。永磁铁无损耗，电动机运行效率高。

优选的，所述无刷同步电动机还包括：激磁绕组，所述激磁绕组缠绕在所述第一内磁筒上，所述激磁绕组电连接至交流电；励磁绕组，所述励磁绕组缠绕在所述第二内磁筒上。

优选的，所述第一外磁筒在靠近所述励磁铁芯的一端的内径等于所述第二外磁筒在靠近所述激磁铁芯的一端的内径，所述第一内磁筒在靠近所述励磁铁芯的一端的外径等于所述第二内磁筒在靠近所述激磁铁芯的一端的外径。当励磁铁芯旋转过程中，可以避免激磁铁芯和励磁铁芯之间的漏磁。

优选的，还包括逆变器，所述逆变器的输入端电连接至一直流电，所述逆变器的输出端电连接至所述激磁绕组。逆变器可以调节输出的交流电的大小，从而改变激磁绕组产生的交流磁通的大小。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中，

图1是根据本实用新型第一个实施例的无刷同步电动机的剖面示意图。

图2是图1的无刷同步电动机中的激磁铁芯和励磁铁芯的立体透视图。

图3是根据本实用新型第二个实施例的无刷同步电动机的剖面示意图。

图4是根据本实用新型第三个实施例的无刷同步电动机中的激磁铁芯和励磁铁芯的立体透视图。

主要装置符号说明

1  定子        2  定子绕组

3  转子绕组    4  转子

5  轴承        6  转轴

7  整流器      8  逆变器

9  激磁绕组    10 激磁铁芯

11 励磁绕组    12 励磁铁芯

13 壳体        14 转子

15 永磁铁      16 激磁外磁筒

17 激磁内磁筒  18 圆磁环

19 圆磁环      20 励磁外磁筒

21 励磁内磁筒  22 励磁铁芯

23 激磁铁芯    24 励磁外磁筒

25 励磁内磁筒  26 激磁外磁筒

27 激磁内磁筒

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

图1是根据本实用新型第一个实施例的无刷同步电动机的剖面示意图。无刷同步电动机包括壳体13、转轴6、转子4、转子绕组3、定子1、定子绕组2、激磁铁芯10、激磁绕组9、励磁铁芯12、励磁绕组11、整流器7和逆变器8。壳体13呈圆筒状，转轴6位于壳体13的轴线处，本实用新型的无刷同步电动机的剖面示意图以转轴6为对称轴而对称，因此在图1中相同的部分并未重复标示出来。转轴6通过位于壳体13的两个端面中间的轴承5固定在壳体13中，转轴6可以在壳体13中绕着转轴6的轴线旋转，从而对外做功。定子1固定在壳体13的内侧壁上，定子绕组2缠绕在定子1上。转子4固定在转轴6上，并且随着转轴6一起旋转，转子绕组3沿着一个绕线方向缠绕在转子4上。激磁铁芯10固定在壳体13的内侧壁上，激磁铁芯10以转轴6为旋转对称轴旋转对称分布。激磁绕组9沿着一个绕线方向缠绕在激磁铁芯10上从而呈螺线管状。激磁绕组9通过导线和逆变器8的输出端电连接，逆变器8的输入端电连接至一直流电，逆变器8将直流电转换成交流电输出给激磁绕组9，激磁绕组9产生交流磁通。励磁铁芯12固定在转轴6上，励磁铁芯12的形状和大小与激磁铁芯10相同，并且励磁铁芯12和激磁铁芯10在转轴6的轴线上相对设置并对齐。励磁绕组11沿着一个绕线方向缠绕在励磁铁芯12上从而呈螺线管状，励磁绕组11电连接至整流器7的输入端，整流器7的输出端电连接至转子绕组3。在本实施例中，励磁铁芯12和激磁铁芯10在转轴6的方向上相对设置并且间隔一较小的距离，该距离只需保证当励磁铁芯12随着转轴6一起旋转时，励磁铁芯12不会碰到激磁铁芯10即可。在给逆变器8通电后，逆变器8将输入端的直流电变成交流电输出到激磁绕组9中，激磁绕组9产生交流磁通，并通过激磁铁芯10和励磁铁芯12形成磁回路，根据电磁感应现象，因此在励磁绕组11中产生了交流电，整流器7将励磁绕组11中的交流电转换成直流电输出到转子绕组3，最后在转子4中产生磁感应强度。通过调节逆变器8中的开关器件（图中未示出）的开关频率可以改变逆变器8输出的交流电大小，从而改变转子4中产生的磁感应强度，最终可以调节本实施例无刷同步电动机输出的功率和转矩大小。

为了示出本实用新型的结构，在图1中仅仅示出了一圈激磁绕组9和一圈励磁绕组11，本领域技术人员可知，在其他的实施例中，根据需要，激磁绕组9可以在激磁铁芯10上缠绕任意圈，励磁绕组11也可以在励磁铁芯12上缠绕任意圈。另外本实用新型中的逆变器8和整流器7可以是本领域技术人员所公知的。在此需要说明的是，逆变器8和激磁绕组9之间的电连接只是示意性的连接方式，同样整流器7和励磁绕组11以及转子绕组3之间的电连接也只是示意性的连接，并不表示实际的导线连接方式。在其他的实施例中，激磁绕组9还可以直接电连接至一可变的交流电。励磁铁芯12可以固定在转子4上，还可以同时固定在转子4和转轴6上。

图2是图1的无刷同步电动机中的激磁铁芯10和励磁铁芯的12立体透视图。如图2所示，激磁铁芯10包括圆磁环18、激磁外磁筒16和激磁内磁筒17，激磁外磁筒16和激磁内磁筒17呈两端都开口的圆柱筒状，激磁内磁筒17位于激磁外磁筒16中，激磁外磁筒16和激磁内磁筒17同轴，即都以转轴6为旋转对称轴，圆磁环18紧贴在壳体13（图中未示出）的内侧壁上，激磁外磁筒16和激磁内磁筒17在靠近壳体13的内侧壁的同一端通过圆磁环18相连接，圆磁环18的内径和激磁内磁筒17的内径相等，圆磁环18的外径和激磁外磁筒16的外径相等，圆磁环18无缝连接激磁外磁筒16和激磁内磁筒17，激磁铁芯10也可以是一体成型。激磁绕组9沿着一个绕线方向缠绕在激磁内磁筒17上。励磁铁芯12包括圆磁环19、励磁外磁筒20和励磁内磁筒21，励磁外磁筒20和励磁内磁筒21呈两端都开口的圆柱筒状，励磁内磁筒21位于励磁外磁筒20中且与励磁外磁筒20同轴，即都以转轴6为旋转对称轴，圆磁环19位于励磁外磁筒20和励磁内磁筒21远离激磁铁芯10的一端，圆磁环19的外径和励磁外磁筒20的外径相等，圆磁环19的内径和励磁内磁筒21的内径相等，圆磁环19无缝连接励磁外磁筒20和励磁内磁筒21，励磁铁芯12也可以一体成型。励磁绕组11沿着一个绕线方向缠绕在励磁内磁筒21上。激磁铁芯10的激磁外磁筒16的内径和励磁铁芯12的励磁外磁筒20的内径相等，激磁铁芯10的激磁外磁筒16的外径和励磁铁芯12的励磁外磁筒20的外径相等，励磁铁芯12的励磁内磁筒21的内径和激磁铁芯10的激磁内磁筒17的内径相等，且励磁铁芯12的励磁内磁筒21的外径和激磁铁芯10的激磁内磁筒17的外径相等。激磁铁芯10和励磁铁芯12在沿着转轴6的方向上相对设置且对齐排列，激磁铁芯10和励磁铁芯12相距一个较小的距离，当励磁铁芯12随着转轴6旋转时，由于励磁内磁筒21和激磁内磁筒17在转轴6的方向上是对齐的，且励磁外磁筒20和激磁外磁筒16在转轴6的方向上也是保持对齐的，激磁绕组9产生的交流磁通在内磁筒17、圆磁环18、激磁外磁筒16、励磁外磁筒20、圆磁环19和励磁内磁筒21形成的磁回路中，从而在励磁绕组11中产生交流电。

图3是根据本实用新型第二个实施例的无刷同步电动机的剖面示意图。其与图1基本相同，区别在于，无刷同步电动机还包括另一个转子14，转子14和转子4平行排列，且同样固定在转轴6上，在转子14上具有永磁铁15。永磁铁15由于没有损耗，能够提高同步电动机的运行效率。

图4是根据本实用新型第三个实施例的无刷同步电动机中的激磁铁芯23和励磁铁芯22的立体透视图。其与图2基本相同，区别在于，激磁铁芯23包括外磁筒26和内磁筒27，激磁铁芯23的外磁筒26为圆柱筒状，激磁铁芯23的内磁筒27为圆锥筒状，激磁铁芯23的内磁筒27和外磁筒26在靠近壳体13（图中未示出）的内侧壁（即远离励磁铁芯22）的一端相连接。励磁铁芯22包括外磁筒24和内磁筒25，励磁铁芯22的外磁筒24为圆柱筒状，励磁铁芯22的内磁筒25为圆锥筒状，励磁铁芯22的外磁筒24和内磁筒25在远离激磁铁芯23的一端相连接。在其他的实施例中，激磁铁芯23的外磁筒26和内磁筒27的在远离励磁铁芯22的一端可以通过圆磁环连接，励磁铁芯22的外磁筒24和内磁筒25在远离激磁铁芯23的一端也可以通过圆磁环连接。

在其他的实施例中，激磁铁芯的外磁筒和内磁筒呈筒状即可，同样励磁铁芯的外磁筒和内磁筒呈筒状即可。激磁铁芯的外磁筒还可以是圆锥筒状，且激磁铁芯的内磁筒为圆柱筒状或圆锥筒状。励磁铁芯的外磁筒也还可以是圆锥筒状，且励磁铁芯的内磁筒为圆柱筒状或圆锥筒状。激磁铁芯的外磁筒和内磁筒在远离励磁铁芯的一端可以通过圆磁环连接。励磁铁芯的外磁筒和内磁筒在远离激磁铁芯的一端也可以通过圆磁环连接。

本实用新型的激磁铁芯以及与激磁铁芯相邻且对齐设置的励磁铁芯形成磁回路，通过调节激磁绕组中的交流电的大小，从而调节励磁绕组中交流电大小，进一步调节转子绕组中直流电的大小，最终使得转子产生的磁感应强度大小可变。当同步电动机的负载发生变化时，可以使得输出的转矩也相应地发生变化，使得同步电动机的运行效率得到提高。另外，本实用新型的同步电动机没有采用传统的碳刷和滑环提供交流电，因此在旋转过程中不会产生碳刷的磨损和由此带来的电火花，使得运行环境更加的安全、同步电动机运行更加可靠。并且本实用新型成本低，结构简单，便于维护。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (14)

1.一种无刷同步电动机，其特征在于，包括：

壳体（13）；

转轴（6）；

激磁铁芯（10），所述激磁铁芯（10）固定在所述壳体（13）的内侧壁上；

励磁铁芯（12），所述励磁铁芯（12）耦接至所述转轴（6）上，所述励磁铁芯（12）与所述激磁铁芯（10）在所述转轴（6）的轴线上相对设置，所述励磁铁芯（12）与所述激磁铁芯（10）形成磁回路。

2.根据权利要求1所述的无刷同步电动机，其特征在于，所述激磁铁芯（10）包括第一外磁筒（16、26）和与所述第一外磁筒（16、26）同轴且位于所述第一外磁筒（16、26）内部的第一内磁筒（17、27），所述励磁铁芯（12）包括第二外磁筒（24）和与所述第二外磁筒（24）同轴且位于所述第二外磁筒（24）内部的第二内磁筒（25）。

3.根据权利要求2所述的无刷同步电动机，其特征在于，所述激磁铁芯（23）还包括第一圆磁环（18），所述第一外磁筒（16、26）在靠近所述壳体（13）的内侧壁的一端和所述第一内磁筒（17、27）在靠近所述壳体（13）的内侧壁的一端通过所述第一圆磁环（18）相连接。

4.根据权利要求2所述的无刷同步电动机，其特征在于，所述第一外磁筒（16、26）呈两端开口的筒状，所述第一内磁筒（17、27）呈两端开口的筒状，所述第一外磁筒（16、26）在靠近所述壳体（13）的内侧壁的一端和所述第一内磁筒（17、27）在靠近所述壳体（13）的内侧壁的一端相连接。

5.根据权利要求3所述的无刷同步电动机，其特征在于，所述第一外磁筒（16、26）呈圆柱筒状或圆锥筒状，所述第一内磁筒（17、27）呈圆柱筒状或圆锥筒状。

6.根据权利要求4所述的无刷同步电动机，其特征在于，

所述第一外磁筒（16、26）呈圆柱筒状或圆锥筒状，所述第一内磁筒（17、27）呈圆锥筒状；或

所述第一外磁筒（16、26）呈圆锥筒状，所述第一内磁筒（17、27）呈圆柱筒状。

7.根据权利要求2至6任一项所述的无刷同步电动机，其特征在于，所述励磁铁芯（12）还包括第二圆磁环（19），所述第二外磁筒（24）在远离所述激磁铁芯（10）的一端和所述第二内磁筒（25）在远离所述激磁铁芯（10）的一端通过所述第二圆磁环（19）相连接。

8.根据权利要求2至6任一项所述的无刷同步电动机，其特征在于，所述第二外磁筒（24）呈两端开口的筒状，所述第二内磁筒（25）呈两端开口的筒状，所述第二外磁筒（24）在远离所述激磁铁芯（10）的一端和所述第二内磁筒（25）在远离所述激磁铁芯（10）的一端相连接。

9.根据权利要求7所述的无刷同步电动机，其特征在于，所述第二外磁筒（24）呈圆柱筒状或圆锥筒状，所述第二内磁筒（25）呈圆柱筒状或圆锥筒状。

10.根据权利要求8所述的无刷同步电动机，其特征在于，

所述第二外磁筒（24）呈圆柱筒状或圆锥筒状，所述第二内磁筒（25）呈圆锥筒状；或

所述第二外磁筒（24）呈圆锥筒状，所述第二内磁筒（25）呈圆柱筒状。

11.根据权利要求1所述的无刷同步电动机，其特征在于，所述无刷同步电动机还包括第一转子（4），所述第一转子（4）固定在所述转轴（6）上。

12.根据权利要求11所述的无刷同步电动机，其特征在于，所述励磁铁芯（12）固定在所述转轴（6）和/或所述第一转子（4）上。

13.根据权利要求11所述的无刷同步电动机，其特征在于，所述无刷同步电动机还包括固定在所述转轴上的第二转子（14），所述第二转子（14）上具有永磁铁。

14.根据权利要求2所述的无刷同步电动机，其特征在于，所述无刷同步电动机还包括：

激磁绕组（9），所述激磁绕组（9）缠绕在所述第一内磁筒（17、27）上，所述激磁绕组（9）电连接至交流电；

励磁绕组（11），所述励磁绕组（11）缠绕在所述第二内磁筒（25）上。

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