專利名稱：永磁電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種永磁電機。
背景技術(shù)：
在電機制造中使用最多的材料是鐵(即使不包括機殼)，即便是稀土永磁電機也 是如此。要降低電機的材料成本，降低鐵、銅的使用量是一個非常直接的途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種鐵、銅的使用量較少且效率較高的永磁電 機。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種磁電式永磁電機，其包括定子和套于 定子上的轉(zhuǎn)子；定子包括鐵氧體壓塑成型的上端磁極和下端磁極、設(shè)有電磁繞組的繞線 骨架；上端磁極包括設(shè)于骨架上端的上磁極盤、設(shè)于上磁極盤中央且向下軸向延伸的上 軸套、連接于上磁極盤外周的四個沿轉(zhuǎn)子的內(nèi)圈均勻分布且向下軸向延伸的上磁極臂；下 端磁極包括設(shè)于骨架下端的下磁極盤、設(shè)于下磁極盤中央且向上軸向延伸的下軸套、連接 于下磁極盤外周的四個沿轉(zhuǎn)子的內(nèi)圈均勻分布且向上軸向延伸的下磁極臂；上端磁極和下 端磁極分別通過所述上軸套和下軸套固定配合于軸上，所述繞線骨架套于所述上軸套和下 軸套上；所述的四個上磁極臂和四個下磁極臂在轉(zhuǎn)子的內(nèi)圈同圓周、等間距交替分布；各 上磁極臂的同一側(cè)具有一縱向的上臂缺口，各下磁極臂上距離所述上臂缺口較遠(yuǎn)的一側(cè)具 有一縱向的下臂缺口 ；轉(zhuǎn)子通過外殼體軸承連接于軸上，轉(zhuǎn)子的環(huán)形橫截面上均布有八個 磁性弧段，各相鄰磁性弧段的極性相反。若在自然狀態(tài)時，各上磁極臂都與轉(zhuǎn)子中呈S極的各弧段正對(在電機停止工作 的自然狀態(tài)，磁性弧段吸引鄰近的鐵氧體磁極臂，使各磁極臂必然與個磁性弧段正相對)， 則永磁電機的工作方法包括如下步驟步驟一在驅(qū)動器的控制下向電磁繞組通入反向高 頻電流，則上端磁極呈S極，下端磁極呈N極，所述上臂缺口和下臂缺口使各上磁極臂和下 磁極臂上的磁極不對稱，使轉(zhuǎn)子上的各磁性弧段受到逆時針的推力而使轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)， 同時各上磁極臂和下磁極臂使轉(zhuǎn)子上的各磁性弧段受到逆時針的吸力而進(jìn)一步加速旋轉(zhuǎn)； 步驟二 當(dāng)轉(zhuǎn)子中呈S極的弧段即將達(dá)到與下磁極臂正對處時，所述驅(qū)動器將所述反向高 頻電流關(guān)斷；步驟三當(dāng)轉(zhuǎn)子中呈S極的弧段達(dá)到與各下磁極臂正對處時，所述驅(qū)動器控制 向電磁繞組通入正向高頻電流，則上端磁極呈N極，下端磁極呈S極，從而使轉(zhuǎn)子進(jìn)一步逆 時針旋轉(zhuǎn)；步驟四當(dāng)轉(zhuǎn)子中呈S極的弧段即將達(dá)到與上磁極臂正對處時，所述驅(qū)動器將所 述正向高頻電流關(guān)斷；當(dāng)轉(zhuǎn)子中呈S極的弧段達(dá)到與上磁極臂正對處時，重復(fù)上述步驟一。進(jìn)一步，所述驅(qū)動器將所述反向高頻電流關(guān)斷至當(dāng)轉(zhuǎn)子中呈S極的弧段與各下磁 極臂正對時的時間間隔、以及驅(qū)動器將所述正向高頻電流關(guān)斷至當(dāng)轉(zhuǎn)子中呈S極的弧段與 各上磁極臂正對時的時間間隔為死區(qū)時間；所述驅(qū)動器通過控制該死區(qū)時間的長短而控制 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。
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進(jìn)一步，所述轉(zhuǎn)子是用釹鐵硼材料制成的永磁鋼。進(jìn)一步，若在自然狀態(tài)時，各上磁極臂都與轉(zhuǎn)子中呈N極的弧段正對，則永磁電機 的工作方法包括如下步驟步驟A 在驅(qū)動器的控制下向電磁繞組通入反向高頻電流，則上 端磁極呈S極，下端磁極呈N極，此時驅(qū)動器通過傳感器測得轉(zhuǎn)子未開始轉(zhuǎn)動，則驅(qū)動器控 制向電磁繞組通入正向高頻電流，則上端磁極呈N極，下端磁極呈S極，從而使轉(zhuǎn)子逆時針 旋轉(zhuǎn)；步驟B 當(dāng)轉(zhuǎn)子中呈N極的弧段即將達(dá)到與下磁極臂正對處時，所述驅(qū)動器將所述正 向高頻電流關(guān)斷；步驟C 當(dāng)轉(zhuǎn)子中呈N極的弧段達(dá)到與下磁極臂正對處時，所述驅(qū)動器控 制向電磁繞組通入反向高頻電流，則上端磁極呈S極，下端磁極呈N極，從而使轉(zhuǎn)子逆時針 旋轉(zhuǎn)；步驟D 當(dāng)轉(zhuǎn)子中呈N極的弧段即將達(dá)到與上端磁極正對處時，所述驅(qū)動器將所述正 向高頻電流關(guān)斷；當(dāng)轉(zhuǎn)子中呈N極的弧段達(dá)到與上端磁極正對處時，重復(fù)上述步驟A。進(jìn)一步，所述骨架的上盤體、下盤體上設(shè)有分別與各上磁極臂和下磁極臂的內(nèi)側(cè) 壁配合的卡口，從而使骨架上的電磁繞組與上端磁極和下端磁極彼此固定。本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(1)本發(fā)明的永磁電機的為 外轉(zhuǎn)子式的無刷電機，采用非對稱磁極的定子結(jié)構(gòu)，電機僅有一個電磁繞組，容易工作在較 高的工作電壓；轉(zhuǎn)子是采用釹鐵硼材料的高磁感應(yīng)強度永磁材料，定子采用鐵氧體材料成 型，其磁極與定子磁極相對應(yīng)；(2)本發(fā)明電機的結(jié)構(gòu)具有如下優(yōu)點磁路短，磁阻小，磁極 利用率高，定子采用非對稱磁極，有利于電機啟動(向某一固定方向旋轉(zhuǎn))，減少材料的用 量，通過磁感應(yīng)強度；(3)本發(fā)明利用鐵氧體壓塑成型的優(yōu)勢，將電機磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計的更合 理簡單，減少磁耗，也使鐵、銅的用量減少，提高電機效率，節(jié)省生產(chǎn)成本，使電機工作效率 高(100w以下的電機還可以達(dá)到85%以上)；無刷結(jié)構(gòu)，壽命長，成本下降明顯。采用高頻 電流驅(qū)動器，彌補了鐵氧體材料的發(fā)熱較低的缺陷，電機容易工作在高壓(310v)，減少轉(zhuǎn)換 功耗；調(diào)速時，只要改變死區(qū)時間，就可以達(dá)到變速的目的，提高驅(qū)動效率。


為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)的具體實施例并結(jié)合附圖， 對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中圖1為實施例中的永磁電機的內(nèi)部端面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1中的永磁電機的D-D剖面視圖；圖3為圖1中的永磁電機的C-C剖面視圖；圖 4為永磁電機的轉(zhuǎn)子上設(shè)一外殼體的剖面視圖；圖5為圖1中的永磁電機中的骨架的剖面 視圖；圖6為圖5中的骨架的A-A剖面視圖；圖7為圖5中的骨架的B-B剖面視圖；圖8為 實施例中的永磁電機的定子分解結(jié)構(gòu)圖；圖9為驅(qū)動器向電磁繞組通入的高頻電流的波形 圖；圖10為驅(qū)動器的電路框圖。
具體實施例方式見圖1-10，本實施例的永磁電機，其包括定子b和套于定子b上的轉(zhuǎn)子a。定子b包括鐵氧體壓塑成型的上端磁極b2和下端磁極b3、設(shè)有電磁繞組c的繞 線骨架bl。上端磁極b2包括設(shè)于骨架bl上端的上磁極盤b21、設(shè)于上磁極盤b21中央且向 下軸向延伸的上軸套b24、連接于上磁極盤b21外周的四個沿轉(zhuǎn)子a的內(nèi)圈均勻分布且向下 軸向延伸的上磁極臂b22。
下端磁極b3包括設(shè)于骨架bl下端的下磁極盤b31、設(shè)于下磁極盤b31中央且向 上軸向延伸的下軸套b34、連接于下磁極盤b31外周的四個沿轉(zhuǎn)子a的內(nèi)圈均勻分布且向上 軸向延伸的下磁極臂b32。上端磁極b2和下端磁極b3分別通過所述上軸套b24和下軸套b34固定配合于軸 e上，所述繞線骨架bl套于所述上軸套b24和下軸套b34上。所述的四個上磁極臂b22和四個下磁極臂b32在轉(zhuǎn)子a的內(nèi)圈同圓周、等間距交 替分布；各上磁極臂b22的同一側(cè)具有一縱向的上臂缺口 b23，各下磁極臂b32上距離所述 上臂缺口 b23較遠(yuǎn)的一側(cè)具有一縱向的下臂缺口 b33。轉(zhuǎn)子a上固定設(shè)置一外殼體d，轉(zhuǎn)子a通過外殼體d軸承連接于軸e上，轉(zhuǎn)子a的 環(huán)形橫截面上均布有八個磁性弧段，各相鄰磁性弧段的極性相反。如圖1所示，若在自然狀態(tài)時，各上磁極臂b22都與轉(zhuǎn)子a中呈S極的各弧段正 對，則永磁電機的工作方法包括如下步驟步驟一在驅(qū)動器的控制下向電磁繞組c通入反 向高頻電流，則上端磁極b2呈S極，下端磁極b3呈N極，所述上臂缺口 b23和下臂缺口 b33 使各上磁極臂b22和下磁極臂b32上的磁極不對稱，使轉(zhuǎn)子a上的各磁性弧段受到逆時針 的推力而使轉(zhuǎn)子a逆時針旋轉(zhuǎn)，同時各上磁極臂b22和下磁極臂b32使轉(zhuǎn)子a上的各磁性 弧段受到逆時針的吸力(即受到相鄰異磁極的吸力)而進(jìn)一步加速旋轉(zhuǎn)；步驟二 當(dāng)轉(zhuǎn)子a 中呈S極的弧段即將達(dá)到與下磁極臂b32正對處時，所述驅(qū)動器將所述反向高頻電流關(guān)斷； 步驟三當(dāng)轉(zhuǎn)子a中呈S極的弧段達(dá)到與各下磁極臂b32正對處時，所述驅(qū)動器控制向電磁 繞組c通入正向高頻電流，則上端磁極b2呈N極，下端磁極b3呈S極，從而使轉(zhuǎn)子a進(jìn)一 步逆時針旋轉(zhuǎn)；步驟四當(dāng)轉(zhuǎn)子a中呈S極的弧段即將達(dá)到與上磁極臂b22正對處時，所述 驅(qū)動器將所述正向高頻電流關(guān)斷；當(dāng)轉(zhuǎn)子a中呈S極的弧段達(dá)到與上磁極臂b22正對處時， 重復(fù)上述步驟一。經(jīng)過8個正反向電流，電機旋轉(zhuǎn)一周。若在自然狀態(tài)時，各上磁極臂b22都與轉(zhuǎn)子a中呈N極的弧段正對，則永磁電機的 工作方法包括如下步驟步驟A 在驅(qū)動器的控制下向電磁繞組c通入反向高頻電流，則上 端磁極b2呈S極，下端磁極b3呈N極，此時驅(qū)動器通過傳感器測得轉(zhuǎn)子a未開始轉(zhuǎn)動，則 驅(qū)動器控制向電磁繞組c通入正向高頻電流，則上端磁極b2呈N極，下端磁極b3呈S極， 從而使轉(zhuǎn)子a逆時針旋轉(zhuǎn)；步驟B 當(dāng)轉(zhuǎn)子a中呈N極的弧段即將達(dá)到與下磁極臂b32正對 處時，所述驅(qū)動器將所述正向高頻電流關(guān)斷；步驟C 當(dāng)轉(zhuǎn)子a中呈N極的弧段達(dá)到與下磁 極臂b32正對處時，所述驅(qū)動器控制向電磁繞組c通入反向高頻電流，則上端磁極b2呈S 極，下端磁極b3呈N極，從而使轉(zhuǎn)子a逆時針旋轉(zhuǎn)；步驟D 當(dāng)轉(zhuǎn)子a中呈N極的弧段即將 達(dá)到與上端磁極b2正對處時，所述驅(qū)動器將所述正向高頻電流關(guān)斷；當(dāng)轉(zhuǎn)子a中呈N極的 弧段達(dá)到與上端磁極b2正對處時，重復(fù)上述步驟A。所述驅(qū)動器將所述反向高頻電流關(guān)斷至當(dāng)轉(zhuǎn)子a中呈S極的弧段與各下磁極臂 b32正對時的時間間隔、以及驅(qū)動器將所述正向高頻電流關(guān)斷至當(dāng)轉(zhuǎn)子a中呈S極的弧段與 各上磁極臂b22正對時的時間間隔為死區(qū)時間；所述驅(qū)動器通過控制該死區(qū)時間的長短而 控制轉(zhuǎn)子a的轉(zhuǎn)速。所述轉(zhuǎn)子a是用釹鐵硼材料制成的永磁鋼。所述骨架bl的上盤體bll、下盤體bl2上設(shè)有分別與各上磁極臂b22和下磁極臂 b32的內(nèi)側(cè)壁配合的卡口 blO，從而使骨架上的電磁繞組與上端磁極和下端磁極彼此固定。
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通過改變電磁繞組c的電流方向使上、下端磁極的磁極方向交替改變，又因為磁 極不對稱而使轉(zhuǎn)子a中的各磁性弧段的磁感應(yīng)強度不對稱，而形成的磁場使轉(zhuǎn)子較容易向 某一固定方向旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩；啟動電機的電流信號由驅(qū)動器提供，驅(qū)動器每次在判斷 出轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到位后提供相反極性的電流，保證驅(qū)動電流時序的準(zhǔn)確；電機調(diào)速容易，只要改 變死區(qū)時間，就改變電機轉(zhuǎn)速，參見控制波形9。如圖10，本實施例的用于驅(qū)動上述永磁電機的驅(qū)動器包括中央處理器6、與中央 處理器6的電機控制信號輸出端相連的用于向?qū)崟r電磁繞組c通入正向或反向高頻電流的 電機驅(qū)動器5、與中央處理器6的電源控制信號輸出端相連的用于輸入交流電源的高速開 關(guān)電路2、與高速開關(guān)電路2的電源輸出端相連的用于向電機驅(qū)動器5提供電源的CL濾波 電路3、以及與CL濾波電路3的電源輸出端相連的取樣電路4 ；所述取樣電路4的電壓信號 輸出端與中央處理器6的取樣信號輸入端相連，電機驅(qū)動器5的電流反饋信號輸出端與中 央處理器6的電流反饋信號輸入端相連。所述交流電源經(jīng)整流濾波電路1與高速開關(guān)電路 2的電源輸入端相連。所述電機驅(qū)動器5的電機電源輸出端與永磁電機7的電源端相連。所述的驅(qū)動器可以采用其他實施方式，例如僅由整流濾波電路1、中央處理器6、 電機驅(qū)動器5和高速開關(guān)電路2構(gòu)成的驅(qū)動器；也可以采用其他集成電路實現(xiàn)該電機的驅(qū) 動功能。顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對 本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可 以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而這些 屬于本發(fā)明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之中。
權(quán)利要求
一種永磁電機，其結(jié)構(gòu)特征在于包括定子(b)和套于定子(b)上的轉(zhuǎn)子(a)；定子(b)包括鐵氧體壓塑成型的上端磁極(b2)和下端磁極(b3)、設(shè)有電磁繞組(c)的繞線骨架(b1)；上端磁極(b2)包括設(shè)于骨架(b1)上端的上磁極盤(b21)、設(shè)于上磁極盤(b21)中央且向下軸向延伸的上軸套(b24)、連接于上磁極盤(b21)外周的四個沿轉(zhuǎn)子(a)的內(nèi)圈均勻分布且向下軸向延伸的上磁極臂(b22)；下端磁極(b3)包括設(shè)于骨架(b1)下端的下磁極盤(b31)、設(shè)于下磁極盤(b31)中央且向上軸向延伸的下軸套(b34)、連接于下磁極盤(b31)外周的四個沿轉(zhuǎn)子(a)的內(nèi)圈均勻分布且向上軸向延伸的下磁極臂(b32)；上端磁極(b2)和下端磁極(b3)分別通過所述上軸套(b24)和下軸套(b34)固定配合于軸(e)上，所述繞線骨架(b1)套于所述上軸套(b24)和下軸套(b34)上；所述的四個上磁極臂(b22)和四個下磁極臂(b32)在轉(zhuǎn)子(a)的內(nèi)圈同圓周、等間距交替分布；各上磁極臂(b22)的同一側(cè)具有一縱向的上臂缺口(b23)，各下磁極臂(b32)上距離所述上臂缺口(b23)較遠(yuǎn)的一側(cè)具有一縱向的下臂缺口(b33)；轉(zhuǎn)子(a)通過外殼體(d)軸承連接于軸(e)上，轉(zhuǎn)子(a)的環(huán)形橫截面上均布有八個磁性弧段，各相鄰磁性弧段的極性相反；若在自然狀態(tài)時，各上磁極臂(b22)都與轉(zhuǎn)子(a)中呈S極的各弧段正對，則永磁電機的工作方法包括如下步驟步驟一在驅(qū)動器的控制下向電磁繞組(c)通入反向高頻電流，則上端磁極(b2)呈S極，下端磁極(b3)呈N極，所述上臂缺口(b23)和下臂缺口(b33)使各上磁極臂(b22)和下磁極臂(b32)上的磁極不對稱，使轉(zhuǎn)子(a)上的各磁性弧段受到逆時針的推力而使轉(zhuǎn)子(a)逆時針旋轉(zhuǎn)，同時各上磁極臂(b22)和下磁極臂(b32)使轉(zhuǎn)子(a)上的各磁性弧段受到逆時針的吸力而進(jìn)一步加速旋轉(zhuǎn)；步驟二當(dāng)轉(zhuǎn)子(a)中呈S極的弧段即將達(dá)到與下磁極臂(b32)正對處時，所述驅(qū)動器將所述反向高頻電流關(guān)斷；步驟三當(dāng)轉(zhuǎn)子(a)中呈S極的弧段達(dá)到與各下磁極臂(b32)正對處時，所述驅(qū)動器控制向電磁繞組(c)通入正向高頻電流，則上端磁極(b2)呈N極，下端磁極(b3)呈S極，從而使轉(zhuǎn)子(a)進(jìn)一步逆時針旋轉(zhuǎn)；步驟四當(dāng)轉(zhuǎn)子(a)中呈S極的弧段即將達(dá)到與上磁極臂(b22)正對處時，所述驅(qū)動器將所述正向高頻電流關(guān)斷；當(dāng)轉(zhuǎn)子(a)中呈S極的弧段達(dá)到與上磁極臂(b22)正對處時，重復(fù)上述步驟一。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁電機，其特征在于所述驅(qū)動器將所述反向高頻電流關(guān) 斷至當(dāng)轉(zhuǎn)子(a)中呈S極的弧段與各下磁極臂(b32)正對時的時間間隔、以及驅(qū)動器將所 述正向高頻電流關(guān)斷至當(dāng)轉(zhuǎn)子(a)中呈S極的弧段與各上磁極臂(b22)正對時的時間間隔 為死區(qū)時間；所述驅(qū)動器通過控制該死區(qū)時間的長短而控制轉(zhuǎn)子(a)的轉(zhuǎn)速。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的永磁電機，其電路特征在于所述轉(zhuǎn)子(a)是用釹鐵硼材料 制成的永磁鋼。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁電機，其特征在于若在自然狀態(tài)時，各上磁極臂(b22)都與轉(zhuǎn)子(a)中呈N極的弧段正對，則永磁電機的 工作方法包括如下步驟步驟A 在驅(qū)動器的控制下向電磁繞組(c)通入反向高頻電流，則上端磁極(b2)呈S 極，下端磁極(b3)呈N極，此時驅(qū)動器通過傳感器測得轉(zhuǎn)子(a)未開始轉(zhuǎn)動，則驅(qū)動器控制 向電磁繞組(c)通入正向高頻電流，則上端磁極(b2)呈N極，下端磁極(b3)呈S極，從而 使轉(zhuǎn)子(a)逆時針旋轉(zhuǎn)；步驟B:當(dāng)轉(zhuǎn)子(a)中呈N極的弧段即將達(dá)到與下磁極臂(b32)正對處時，所述驅(qū)動器 將所述正向高頻電流關(guān)斷；步驟C:當(dāng)轉(zhuǎn)子(a)中呈N極的弧段達(dá)到與下磁極臂(b32)正對處時，所述驅(qū)動器控制 向電磁繞組(c)通入反向高頻電流，則上端磁極(b2)呈S極，下端磁極(b3)呈N極，從而 使轉(zhuǎn)子(a)逆時針旋轉(zhuǎn)；步驟D:當(dāng)轉(zhuǎn)子(a)中呈N極的弧段即將達(dá)到與上端磁極(b2)正對處時，所述驅(qū)動器 將所述正向高頻電流關(guān)斷；當(dāng)轉(zhuǎn)子(a)中呈N極的弧段達(dá)到與上端磁極(b2)正對處時，重 復(fù)上述步驟A。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁電機，其電路特征在于所述骨架(bl)的上盤體(bll)、 下盤體(bl2)上設(shè)有分別與各上磁極臂(b22)和下磁極臂(b32)的內(nèi)側(cè)壁配合的卡口 (blO)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鐵、銅的使用較少且效率較高的永磁電機，其包括定子和轉(zhuǎn)子；定子包括上端磁極和下端磁極、設(shè)有電磁繞組的繞線骨架；各磁極包括磁極盤、軸套、連接于磁極盤外周的四個沿轉(zhuǎn)子的內(nèi)圈均勻分布的磁極臂；上端磁極和下端磁極分別通過上軸套和下軸套固定配合于軸上，繞線骨架套于上軸套和下軸套上；上磁極臂和下磁極臂在轉(zhuǎn)子的內(nèi)圈同圓周、等間距交替分布；各上、下磁極臂上具有缺口；轉(zhuǎn)子通過外殼體軸承連接于軸上，轉(zhuǎn)子的環(huán)形橫截面上均布有八個磁性弧段，各相鄰磁性弧段的極性相反。通過改變電磁繞組的電流方向使上、下端磁極的磁極方向交替改變，又因磁極不對稱而使轉(zhuǎn)子的磁感應(yīng)強度不對稱，使轉(zhuǎn)子向某一固定方向旋轉(zhuǎn)。
文檔編號H02N11/00GK101860283SQ20101019109
公開日2010年10月13日 申請日期2010年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月3日
發(fā)明者關(guān)靜, 王雁平, 馬金祥 申請人:常州工學(xué)院