电控磁能高效电机制造技术

本发明专利技术公开了一种电控磁能高效电机结构，它让螺管式电磁控制线圈与永磁体的纵向吸引力成为电动机的驱动力，有效利用永磁体的磁势能参与做功，极大的提高电机效率。设计良好的电控磁能高效电机，输入相同的电功率，相比现有的永磁电机，可提升驱动力4倍以上。在军事上，可做航空母舰电磁弹射器的牵引电机(可直接用，也可改造成直线电机)，以及潜艇的推进电机；在民用领域，特别适合做电动交通工具的驱动电机。在能源危机和环境污染日益严重的今天，替换现有的永磁电机，能起到节能减排的作用，同时使电动交通工具更具经济性和实用性，才能真正普及，走进寻常百姓家，为消除城市雾霾做贡献。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电学领域的电机制造，特别是涉及一种电磁控制利用永磁体磁势能的电控磁能高效电机结构。
技术介绍
一个简单的事实，两个永磁体相吸在一起，要想沿纵向(吸力方向)拉开，会很费力；如果沿切向移开，则省力许多。而现阶段使用的永磁电动机都是利用电磁铁与永磁体切向吸引产生旋转的驱动方式，产生的驱动力比沿纵向的吸引力小很多，没有充分利用永磁体的磁势能参与做功，是一种很低效的驱动方式。充分利用永磁体的磁势能参与做功，是现代永磁电机提高驱动效率的有效途径。
技术实现思路
为了让永磁体的磁势能参与做功，实现永磁电动机的高效驱动，本专利技术采用的技术方案是：使用特殊结构的螺管式电磁控制线圈，让通电的电磁控制线圈与永磁体纵向吸引力成为驱动力，能充分有效的利用永磁体的磁势能参与做功，它由环形转子(1)和电磁控制线圈(2)组成，其特征是：环形转子(1)上面对称分布有2个永磁体(3)，3个电磁控制线圈(2)沿环形转子(1)间隔120°均匀分布，电磁控制线圈(2)中心有与环形转子(1)截面形状匹配的通孔，环形转子(1)从3个电磁控制线圈(2)中心穿过，在通电的电磁控制线圈(2)与环形转子(1)上永磁体(3)相互吸引力作用下形成圆周运动。图1只是一个基本结构示意图，仅为说明本专利技术涉及的电控磁能高效电机的结构与驱动方式。在实际设计制造时，电磁控制线圈(2)和永磁体(3)的个数与分布可以根据对驱动特性的要求和制造加工的难易程度来确定，可以是任意的，并不限定是3个电磁控制线圈(2)和2个永磁体(3)。在环形转子(1)的内环面、外环面、两个侧面的任意一面安装齿轮驱动盘或摩擦驱动片，然后在3个电磁控制线圈(2)之间安装中间
传动轮，即可将环形转子(1)的驱动力传递出去。仅从这点考虑，环形转子(1)的截面形状为方形较好；但如果从电磁控制线圈(2)考虑，其线圈骨架(对应中心通孔)圆形最佳；另外还要便于安装实施对环形转子(1)的限位装置，因此，环形转子(1)的截面形状及与之匹配的电磁控制线圈(2)的中心通孔形状可以是其它形状。在实际设计制造时，要综合考虑，并不限定是正方形或长方形。电磁控制线圈(2)中心通孔要比环形转子(1)截面大一些，其间隙大小由制造精度决定，在保证不发生摩擦的情况下尽量小一些。电磁控制线圈(2)建议安装用硅钢片等导磁材料构成的外导磁铁芯，在线圈电流相同的情况下，能大大增强磁感应强度，提升驱动力，外导磁铁芯的制造及安装方式很多，不再详述。但同时会出现齿槽转矩(例如用做轮毂电机时齿槽转矩不能太大)，也不利于电磁控制线圈(2)散热，从这两点考虑，也可不安装外导磁铁芯，视具体要求而定。环形转子(1)上面安装的永磁体(3)占整个材料成本不小比例，在实际设计制造时，在满足性能的情况下，为降低成本，可使用永磁体与导磁材料(如硅钢片)的混合结构。另一方面，如果电磁控制线圈(2)安装了外导磁铁芯，要消除齿槽转矩，永磁体(3)也可以完全用导磁材料代替，同时也进一步降低制造成本。得益于本专利技术涉及的电控磁能高效电机的电磁转换和驱动方式的高效，其效率也比现在的永磁电机和磁阻电机高不少。在图1中，如果环形转子(1)和电磁控制线圈(2)都是整体构造，是无法装配的。制造方法有两种：一种是环形转子(1)整体构造，电磁控制线圈(2)的线圈骨架由两块拼合，采用穿梭绕线；另一种是电磁控制线圈(2)线圈骨架整体构造，先绕好线圈，环形转子(1)由两块拼合而成，以现代的制造工艺，足以保证精度。具体以保证结构强度，利于制造和便于装配为原则选择。环形转子(1)除永磁体(3)外，其余部分用不导磁的材料构造，如不锈钢、铝合金、塑料等的混合结构，要注意的就是不要在环形转子(1)的截面形成金属短路环。永磁体(3)如果先充好磁，装配时可能会出现问题，永磁体(3)可先不充磁，等装配好后再利用电磁控制线圈(2)充磁，或在工作中自动充磁。对于3个电磁控制线圈(2)和2个永磁体(3)构成的电控磁能高效电机，每个电磁控制线圈(2)工作一次让环形转子(1)转60度，3个电磁控制线圈(2)按时序每个工作2次让环形转子(1)转一圈。永磁体(3)与通电的电磁控制线圈(2)相对位置不同，产生的吸引力大小是不同的，其中还包括永磁体(3)与电磁控制线圈(2)的外导磁铁芯形成的齿槽吸力。永磁体(3)离开通电的电磁控制线圈(2)产生的吸引力很小，为提升驱动力，每个电磁控制线圈(2)占环形转子(1)弧长比例对应的圆心角至少要60度。另外，永磁体(3)进入通电的电磁控制线圈(2)内不同的位置，产生的吸引力大小也是不同的，前面一段比较小，中后段比较大，至到永磁体(3)中心与电磁控制线圈(2)中心重合时变零。要进一步提升驱动力，只有在永磁体(3)进入到电磁控制线圈(2)内一段弧长比例时才让电磁控制线圈(2)通电工作，因此，电磁控制线圈(2)占环形转子(1)弧长比例对应的圆心角要再大一些才好。由于2个电磁控制线圈(2)之间要安装中间传动轮(总共3个中间传动轮)，要留出足够空间，每个电磁控制线圈(2)占环形转子(1)弧长比例对应的圆心角最大值要受此限制，原则上在保证中间传动轮安装空间的前提下尽量大一些，能做到80-90度即可。永磁体(3)占环形转子(1)的弧长比例原则上和电磁控制线圈(2)所占弧长比例一样即可，但在实际设计制造时，还要考虑前面提到的有关永磁体(3)与电磁控制线圈(2)相对位置和吸引力大小的关系，以及永磁体(3)自身材料、结构的不同，再根据实验结果做一些调整。为了让电磁控制线圈(2)上储存的能量做有用功，并防止其阻碍环形转子(1)转动(做负功)，在永磁体(3)中心与电磁控制线圈(2)中心重合前几度(具体由实验确定调整)，就应停止电磁控制线圈(2)
供电，让电磁控制线圈(2)的续流二极管工作，使电磁控制线圈(2)上储存的能量做有用功，可进一步提高电控磁能高效电机的效率。要提高本专利技术涉及的电控磁能高效电机的功率密度，3个电磁控制线圈(2)可采用推挽工作模式(须电源和控制驱动电路配合)，即吸引、排斥交替工作，这样，3个电磁控制线圈(2)就可同时工作，功率密度约为3个电磁控制线圈(2)按时序轮流工作的3倍。但要严格控制永磁体(3)的工作点，防止永磁体(3)出现退磁的问题。本专利技术涉及的电控磁能高效电机可方便构成无刷电机，有关无刷电机的正时电路(位置检测)、控制电路、驱动电路等都是非常成熟的技术，不再详述。本专利技术带来的有益效果是：利用本专利技术涉及的电控磁能高效电机公开的基本结构及驱动方式设计制造的永磁电机，由于有效的利用了永磁体的磁势能参与做功，电机效率极大提升，设计良好的电控磁能高效电机，输入同样的电功率，相比现有的永磁电机，可提升驱动力4倍以上。特别适合做电动交通工具的驱动电机，不但极大增加行驶里程，还大大延长动力电池组的使用寿命(这点非常重要，因为动力电池组价格昂贵，占电动车辆成本很大比例)，使电动车辆在全寿命使用过程中不用更换动力电池组，更具经济性和实用性。如果只需同现在使用的电动车辆一样的行驶里程，动力电池组容量可小很多，电动车辆价格大幅下降，才能被大众接受，走进寻常百姓家。在能源危机和环境污染日益严重的今天，能起到节能减排的作用，为消除城市雾霾做贡献。附图说明图1是本专利技术涉及的电控磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电磁控制利用永磁体磁势能的电控磁能高效电机结构，它由环形转子(1)和电磁控制线圈(2)组成，其特征是：环形转子(1)上面对称分布有2个永磁体(3)，3个电磁控制线圈(2)沿环形转子(1)间隔120°均匀分面，电磁控制线圈(2)中心有与环形转子(1)截面形状匹配的通孔，环形转子(1)从3个电磁控制线圈(2)中心穿过，在通电的电磁控制线圈(2)与环形转子(1)上永磁体(3)相互吸引力作用下形成圆周运动。

【技术特征摘要】
1.一种电磁控制利用永磁体磁势能的电控磁能高效电机结构，它由环形转子(1)和电磁控制线圈(2)组成，其特征是：环形转子(1)上面对称分布有2个永磁体(3)，3个电磁控制线圈(2)沿环形转子(1)间隔120°均匀分面，电磁控制线圈(2)中心有与环形转子(1)截面形状匹配的通孔，环形转子(1)从3个电磁控制线圈(2)中心穿过，在通电的电磁控制线圈(2)与环形转子(1)上永磁体(3)相互吸引力作用下形成圆周运动。2.根据权利要求1所述的电控磁能高效电机结构，其特征是：电磁控制线圈(2)和永磁体(3)的个数...

【专利技术属性】
技术研发人员：高林，
申请(专利权)人：高林，
类型：发明
国别省市：湖南;43