CN213846559U - 一种三相盘式电容可变式静电电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三相盘式电容可变式静电电机，包括同轴套装的壳体和转子转轴，所述转子转轴通过开设在壳体前后表面中心位置上的通孔穿出壳体，还包括沿壳体内壁周向贴合设置且与转子转轴同轴的定子和套装并固定于转子转轴上的转子；所述定子的内侧面上设置有若干以转子转轴为中心轴的定子电极层，所述转子的外侧面上设置有若干以转子转轴为中心轴的转子电极层，所述若干定子电极层与所述若干转子电极层由外向内依次交错分布，且相邻定子电极层与转子电极层之间填充有电介质。本实用新型解决了现有技术中电机的轴向结构厚重、转子散热能力差、电机工作不稳定的技术问题。

Description

一种三相盘式电容可变式静电电机

技术领域

本实用新型属于静电电机技术领域，具体涉及一种三相盘式电容可变式静电电机。

背景技术

电容可变式静电电机是以静电为能量源的一种能量转换装置。电机施加驱动电压后，利用定转子电极之间基于静电能的能量变化趋势产生静电转矩，驱动转子旋转以实现定转子电极之间能量最小。由于电容可变式静电电机具有构造简单、加工容易、成本低、损耗小、适用于超高温、强磁场领域等一系列优点。

电容可变式静电电机是径向电场型的，其中定子电极层和转子电极层之间的气隙和电场方向是沿着径向分布的，这不仅造成电机轴向尺寸较大、结构厚重，还导致转子散热能力差、冷却困难。另外，电容可变式静电电机通常采用单相结构，定子上布设有两种不同电势的电极，相连两种定子电极的固定位置彼此相差180度电角度。在工作时，电机没有自起动能力，输出转矩存在较大脉动。因此，单相结构电机的性能不够稳定，不能适用于对功率和转矩要求较高的场合。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本实用新型提供了一种三相盘式电容可变式静电电机，以解决现有技术中电机轴向结构厚重、转子散热能力差、电机工作不稳定的技术问题。

为达到上述目的，本实用新型采取如下的技术方案：

一种三相盘式电容可变式静电电机，包括同轴套装的壳体和转子转轴，所述转子转轴通过开设在壳体前后表面中心位置上的通孔穿出壳体，还包括沿壳体内壁周向贴合设置且与转子转轴同轴的定子和套装并固定于转子转轴上的转子；

所述定子的内侧面上设置有若干以转子转轴为中心轴的定子电极层，所述转子的外侧面上设置有若干以转子转轴为中心轴的转子电极层，所述若干定子电极层与所述若干转子电极层由外向内依次交错分布，且相邻定子电极层与转子电极层之间填充有电介质；

同一转子电极层中包括若干间隔设置的转子电极；

同一定子电极层中包括若干间隔设置的定子电极单元，每个定子电极单元包括间隔设置的第一定子电极、第二定子电极和第三定子电极，相邻定子电极的固定位置沿转子旋转方向相差度电角度；

各所述第一定子电极通过导线相互连接后引出至壳体外部；各所述第二定子电极通过导线相互连接后引出至壳体外部；各所述第三定子电极通过导线相互连接后引出至壳体外部。

本实用新型还具有以下技术特征：

具体的，所述第一定子电极、第二定子电极、第三定子电极和转子电极的形状为扇形或矩形。

更进一步的，所述电介质为气体或者液体。

更进一步的，所述定子由绝缘材料制成。

更进一步的，所述转子由导电材料制成。

更进一步的，所述壳体为圆柱形壳体。

本实用新型与现有技术相比，有益的技术效果是：

1、与现有技术相比，本实用新型的轴向尺寸得到缩减，体积和重量减少，静电电机结构的更加紧凑，从而使电机具有较大的功率/重量比和转矩密度。由于本实用新型具有较小的轴向尺寸、结构扁平、能够较好的应用于平面运动的特定场合，比如用在对功率/重量比较高的飞机、电动车上，用在需求扁平外形的风扇、轮壳、泵等家用电器上。

2、本实用新型电机采用三相结构，在工作时，电机的步距角减小，输出转矩波动也相应减小。相比于现有技术，本实用新型电机产生的转矩更为平稳，性能更好。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型定子电极层结构示意图。

图3为本实用新型的转子结构示意图。

图4为实施例1中A、B、C三相与转子之间电容的变化曲线图。

图5为实施例1中定子与转子之间电容的变化曲线图。

图中各标号表示为：

1-壳体，2-转子转轴，3-定子，4-转子，5-定子电极层6-转子电极层51-定子电极单元，511-第一定子电极，512-第二定子电极，513-第三定子电极，61-转子电极。

以下结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型做具体说明。

具体实施方式

需要说明的是，本发明中的所有零部件，在没有特殊说明的情况下，均采用本领域已知的零部件。

以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

本实用新型所用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“内”、“外”是指相应部件轮廓的内和外，不能将上述术语理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等序数词仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1至图3所示，一种三相盘式电容可变式静电电机，包括同轴套装的壳体1和转子转轴2，转子转轴2通过开设在壳体1前后表面中心位置上的通孔穿出壳体1，还包括沿壳体1内壁周向贴合设置且与转子转轴同轴的定子3和套装并固定于转子转轴2上的转子4；转子4用于接地。

定子3的内侧面上设置有若干以转子转轴2为中心轴的定子电极层5，转子4的外侧面上设置有若干以转子转轴2为中心轴的转子电极层6，若干定子电极层5与若干转子电极层6由外向内依次交错分布，且相邻定子电极层5与转子电极层6之间填充有电介质；

同一转子电极层6中包括若干间隔设置的转子电极61；

同一定子电极层5中包括若干间隔设置的定子电极单元51，每个定子电极单元包括间隔设置的第一定子电极511、第二定子电极512和第三定子电极513，相邻定子电极的固定位置沿转子旋转方向相差120度电角度；

各第一定子电极511通过导线相互连接后引出至壳体1外部；各第二定子电极512通过导线相互连接后引出至壳体1外部；各第三定子电极513通过导线相互连接后引出至壳体1外部。

第一定子电极511、第二定子电极512和第三定子电极513的个数为任意可能数量。各所述第一定子电极511通过导线相互连接后形成A相；各所述第二定子电极512通过导线相互连接形成B相；各所述第三定子电极513通过导线相互连接形成C相。

作为本实施例的一种优选方案，所述第一定子电极511、第二定子电极512、第三定子电极513和转子电极61的形状为扇形或矩形，同一定子电极层中第一定子电极511、第二定子电极512和第三定子电极513的圆心重合。

作为本实施例的一种优选方案，电介质为气体或者液体。

作为本实施例的一种优选方案，定子3由绝缘材料制成。

作为本实施例的一种优选方案，转子4由导电材料制成，转子由任意可能的导电材料制成，也可以是在不导电材料上镀一层任意可能材料的导电层制成。

作为本实施例的一种优选方案，壳体1为圆柱形壳体。

在本实施例中，在圆柱形的壳体1内，各定子电极层5和转子电极层6以转子转轴2为中心轴由外向内交错分布，共设置有12个定子电极层51，11个转子电极层61，每个定子电极层51中第一定子电极511的数量为15，第二定子电极512的数量为15，第三定子电极513的数量为15、每个转子电极层61中转子电极的数量为30。

在其他实施方式中，第一定子电极511、第二定子电极512和第三定子电极513排列方式为任意可能方式。

本实用新型的工作原理如下：

当第一定子电极511与转子电极61之间的极板相互对准时，二者间的距离达到最小值，正对面积达到最大值，电容达到最大值，由于相邻定子电极的固定位置沿转子旋转方向相差120度电角度，此时第二定子电极512和转子电极61之间、第三定子电极513和转子电极61之间的距离达到相同的较小值，电容达到相同的较小值，上述三电容之和达到最大值；当第一定子电极511与转子电极61之间的极板完全错开时，二者间的距离达到最大值，正对面积达到最小值，电容达到最小值，由于相邻定子电极的固定位置沿转子旋转方向相差120度电角度，此时第二定子电极512和转子电极61之间、第三定子电极513和转子电极61之间的距离达到相同的较大值，电容达到相同的较大值，上述三电容之和达到最小值，从而保证电机具有较大的输出转矩。另外，由于相邻定子电极的固定位置沿转子旋转方向相差120度电角度，第二定子电极、第三定子电极对三电容之和达到最大值和最小值的空间位置产生的影响分别相差120度电角度、240度电角度。相比于单相电机达到电容最大值的空间位置相差360度电角度，本实用新型电机达到电容最大值的空间位置相差120度电角度，在保证转矩最大的同时改善了转矩脉动的问题，有效提高了电机效率。

本实用新型使用时的工作过程如下：

第一定子电极511的轴线与转子电极61的轴线不重合时，第一定子电极511通电，第一定子电极511与转子电极61之间就会产生平行于定子电机层的静电力，这个静电力会试图将转子电极4与定子第一定子电极511相互对准，从而驱动转子电极运动，导致转子电极61的轴线向第一定子电极511的轴线趋近。

当第一定子电极511的轴线与转子电极61的轴线不重合时，第一定子电极511通电，第一定子电极511与转子电极61间产生平行于第一定子电极511层的静电力，这个静电力试图将转子电极61的极板与各定子电极的极板相互对准，从而发生沿定子电极极板宽度方向的运动，转子电极61的轴线向第一定子电极511轴线趋近。当转子电极61的轴线向定子第一定子电极511轴线重合时，转子4达到平衡位置，即当第一定子电极511与转子电极61对极时，静电拉力消失，转子4不再转动。此时，第二定子电极512通电，产生以第二定子电极512为轴线的静电拉力。依此类推，各定子电极通过导线连接构成的A-B-C三相轮流每通电一次，转子也相应地转动一个转子极距。连续不断地按A-B-C-A的顺序分别给各相电极通电，电机内静电拉力轴线沿A-B-C-A的方向不断移动，转子4沿A-B-C-A的方向旋转。如果按A-C-B-A的顺序给各相绕组轮流通电，则静电拉力轴线沿着A-C-B-A的方向转动，转子4则沿着与之相反的A-C-B-A方向旋转。

本实用新型已经经过了电容能力检测，如，图4、图5所示，检测结果说明本实用新型具有较大的电容幅值以及电容峰峰值，能够保证电机产生理想的输出转矩。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的各个方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (6)

1.一种三相盘式电容可变式静电电机，包括同轴套装的壳体(1)和转子转轴(2)，所述转子转轴(2)通过开设在壳体(1)前后表面中心位置上的通孔穿出壳体(1)，其特征在于，还包括沿壳体(1)内壁周向贴合设置且与转子转轴同轴的定子(3)和套装并固定于转子转轴(2)上的转子(4)；

所述定子(3)的内侧面上设置有若干以转子转轴(2)为中心轴的定子电极层(5)，所述转子(4)的外侧面上设置有若干以转子转轴(2)为中心轴的转子电极层(6)，所述若干定子电极层(5)与所述若干转子电极层(6)由外向内依次交错分布，且相邻定子电极层(5)与转子电极层(6)之间填充有电介质；

同一转子电极层(6)中包括若干间隔设置的转子电极(61)；

同一定子电极层(5)中包括若干间隔设置的定子电极单元(51)，每个定子电极单元包括间隔设置的第一定子电极(511)、第二定子电极(512)和第三定子电极(513)，相邻定子电极的固定位置沿转子旋转方向相差120度电角度；

各所述第一定子电极(511)通过导线相互连接后引出至壳体(1)外部；各所述第二定子电极(512)通过导线相互连接后引出至壳体(1)外部；各所述第三定子电极(513)通过导线相互连接后引出至壳体(1)外部。

2.如权利要求1所述的三相盘式电容可变式静电电机，其特征在于，所述第一定子电极(511)、第二定子电极(512)和第三定子电极(513)和转子电极的形状为扇形或矩形。

3.如权利要求1所述的三相盘式电容可变式静电电机，其特征在于，所述电介质为气体或者液体。

4.如权利要求1所述的三相盘式电容可变式静电电机，其特征在于，所述定子(3)由绝缘材料制成。

5.如权利要求1所述的三相盘式电容可变式静电电机，其特征在于，所述转子(4)由导电材料制成。

6.如权利要求1所述的三相盘式电容可变式静电电机，其特征在于，所述壳体(1)为圆柱形壳体。

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