一種基于動圈電機的動量輪的制作方法
【專利摘要】一種基于動圈電機的動量輪，外殼上蓋與外殼底座的中心支撐柱間形成空腔，轉(zhuǎn)軸內(nèi)圈固定在空腔內(nèi)外殼底座中心支撐柱的外周圈上，在空腔內(nèi)轉(zhuǎn)軸的外圈上固定有繞制線圈的轉(zhuǎn)子鐵芯，轉(zhuǎn)子鐵芯與線圈構(gòu)成動量輪的轉(zhuǎn)子部分，在轉(zhuǎn)子鐵芯和線圈的上部與下部、外殼上蓋和外殼底座的內(nèi)壁上分別固定電機的定子部分即永磁體，其充磁方向為上下方向，在轉(zhuǎn)子鐵芯與外殼底座間的空腔中放置滑環(huán)；本發(fā)明動量輪在運行中，輸入單相直流電壓，線圈中電流運行波動很??；由于轉(zhuǎn)子與定子的相對位置不影響磁路，因此不需要實時測量轉(zhuǎn)子位置的外加電路，減少電路的復雜性；由于定子采用整塊永磁體，線圈所在空間的磁場強度較高，在電流較小的情況下依然可以提供較大的轉(zhuǎn)矩。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及動量輪【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于動圈電機的動量輪。 -種基于動圈電機的動量輪

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有動量輪主要采用無刷直流電機作為動力源，這些直流電機工作原理為：定子 為線圈纏繞鐵芯，線圈為三相纏繞方式，通電通入三相直流電，直流電波形為方波，三相之 間相位各相差120度。工作時，通入電流，在線圈與轉(zhuǎn)子永磁體的氣隙間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場， 帶動永磁體轉(zhuǎn)動。其作為動量輪的缺點：需要在運行時測量電機轉(zhuǎn)子的位置，從而調(diào)整電機 的輸入電流波形及相位，因此需要復雜的驅(qū)動線路；由于電流換向，運行波動較大，尤其是 低速運行下性能不好；實際運行時的轉(zhuǎn)矩并不大，不能應用于對轉(zhuǎn)矩要求較高的情況。
[0003] 而對于另一種結(jié)構(gòu)的動量輪基于盤式電機：盤式電機的工作原理與無刷直流電機 的工作原理相同，將定子線圈和動子磁體都制作為盤狀，電機的磁路為軸向，因此也稱為軸 向磁路無刷直流電機。這種電機由于采用的也是三相方波電流，因此也需要在電機運行時 測量轉(zhuǎn)子的位置，增加電機控制電路的復雜性；同時也存在運行波動的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于動圈電機的 動量輪；動量輪在運行過程中，輸入為單相直流電壓，線圈中電流較為穩(wěn)定，運行波動很??； 由于動量輪轉(zhuǎn)子與定子的相對位置不影響磁路，因此不需要實時測量轉(zhuǎn)子位置的外加電 路，減少電路的復雜性；由于動量輪定子采用整塊釹鐵硼永磁體，因此線圈所在空間的磁場 強度較高，在電流較小的情況下依然可以提供較大的轉(zhuǎn)矩。
[0005] 為達到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種基于動圈電機的動量輪，包括外殼底座4,固定于外殼底座4上的外殼上蓋1， 所述外殼上蓋1與外殼底座4的中心支撐柱間形成空腔，轉(zhuǎn)軸7的內(nèi)圈固定在空腔內(nèi)外殼 底座4中心支撐柱的外周圈上，在空腔內(nèi)轉(zhuǎn)軸7的外圈上固定有轉(zhuǎn)子鐵芯5,轉(zhuǎn)子鐵芯5上 繞制線圈2,轉(zhuǎn)子鐵芯5與線圈2共同構(gòu)成動量輪的轉(zhuǎn)子部分，在所述轉(zhuǎn)子鐵芯5和線圈2 的上部與下部、外殼上蓋1和外殼底座4的內(nèi)壁上分別固定電機的定子部分即永磁體3,其 充磁方向為上下方向，且兩塊永磁體的充磁方向關(guān)系為上面的永磁體3向下為N極或S極， 則下面的永磁體3向上為N極S極，在轉(zhuǎn)子鐵芯5與外殼底座4之間的空腔中放置滑環(huán)6。
[0007] 所述轉(zhuǎn)子鐵芯5采用硅鋼片壓制成，其形狀為雙層環(huán)形，外環(huán)5-1上繞制線圈2,內(nèi) 環(huán)5-2與轉(zhuǎn)軸7固連，內(nèi)環(huán)5-2和外環(huán)5-1之間由四個位置對稱的連筋5-3相連接。
[0008] 所述轉(zhuǎn)軸7的軸承采用角軸承，為中空環(huán)形，固定于外殼底座4的中心支撐柱的臺 階之上。
[0009] 所述外殼上蓋1和外殼底座4的材料為45號鋼。
[0010] 所述永磁體3的材料為釹鐵硼。
[0011] 所述永磁體3采用環(huán)氧材料分別粘貼在外殼上蓋1和外殼底座4的內(nèi)壁上。
[0012] 和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下：
[0013] 1、由于動量輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計，轉(zhuǎn)子為線圈繞制于環(huán)柱形鐵芯之上，且定子永磁體分 別位于轉(zhuǎn)子的上下方，因此動量輪的磁路簡單。磁路從永磁體的N極出發(fā)，通過轉(zhuǎn)子一面的 線圈，進入鐵芯，再通過轉(zhuǎn)軸，外殼底座以及上蓋回到永磁體的S極。
[0014] 2、由于動量輪的定子為一對完整的永磁體，因此轉(zhuǎn)子線圈部分的磁場較為均勻， 產(chǎn)生的安培力與線圈中通過的電流成線性關(guān)系，因此動量輪的可控性較強。并且電機定子 為整塊永磁體，轉(zhuǎn)子為對稱鐵芯線圈，因此動量輪運行的情況不受轉(zhuǎn)子的位置影響，不需要 復雜的實時測量轉(zhuǎn)子位置的控制電路。
[0015] 3、由于動量輪的輸入為單相直流電壓，線圈中的電流較三相情況下更為穩(wěn)定，動 量輪運行波動小，在低速情況下，運行也穩(wěn)定。
[0016] 4、由于動量輪定子采用整體的永磁體，在轉(zhuǎn)子線圈處的電磁場強度較大，容易產(chǎn) 生較大的安培力，因此可以在較低的輸入電壓下依舊可以提供較高的轉(zhuǎn)矩。
[0017] 5、由于動量輪轉(zhuǎn)子為鐵芯上繞制線圈，因此可以很容易的根據(jù)實際需要增加或者 減小線圈匝數(shù)，從而改變動量輪的性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明基于動圈電機的動量輪剖面示意圖。
[0019] 圖2為本發(fā)明轉(zhuǎn)子鐵芯的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0020] 下面結(jié)合圖1、圖2和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
[0021] 如圖1所不，本發(fā)明一種基于動圈電機的動量輪，包括外殼底座4,固定于外殼底 座4上的外殼上蓋1，所述外殼上蓋1與外殼底座4的中心支撐柱間形成空腔，轉(zhuǎn)軸7的內(nèi) 圈固定在空腔內(nèi)外殼底座4中心支撐柱的外周圈上，在空腔內(nèi)轉(zhuǎn)軸7的外圈上固定有轉(zhuǎn)子 鐵芯5,轉(zhuǎn)子鐵芯5上繞制線圈2,轉(zhuǎn)子鐵芯5與線圈2共同構(gòu)成動量輪的轉(zhuǎn)子部分，在所述 轉(zhuǎn)子鐵芯5和線圈2的上部與下部、外殼上蓋1和外殼底座4的內(nèi)壁上分別固定電機的定 子部分即永磁體3，其充磁方向為上下方向，且兩塊永磁體的充磁方向關(guān)系為上面的永磁體 3向下為N極或S極，則下面的永磁體3向上為N極S極。由于動量輪的轉(zhuǎn)子為線圈，需要 滑環(huán)為線圈提供電力，在轉(zhuǎn)子鐵芯5與外殼底座4之間的空腔中放置滑環(huán)6。
[0022] 作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述轉(zhuǎn)子鐵芯5采用硅鋼片壓制成，其形狀為雙層 環(huán)形，外環(huán)5-1上繞制線圈2,內(nèi)環(huán)5-2與轉(zhuǎn)軸7固連，內(nèi)環(huán)5-2和外環(huán)5-1之間由四個位置 對稱的連筋5-3相連接。
[0023] 作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述轉(zhuǎn)軸7的軸承采用角軸承，為中空環(huán)形，固定于 外殼底座4的中心支撐柱的臺階之上。
[0024] 作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述外殼上蓋1和外殼底座4的材料為45號鋼。
[0025] 作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述永磁體3的材料為釹鐵硼。
[0026] 作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述永磁體3采用環(huán)氧材料分別粘貼在外殼上蓋1 和外殼底座4的內(nèi)壁上。
[0027] 本發(fā)明的工作原理為：
[0028] 由于動量輪采用上下結(jié)構(gòu)，上下兩層定子為釹鐵硼永磁體，中間一層為漆包線繞 制鐵芯而成的轉(zhuǎn)子，且永磁鐵為環(huán)柱形，在轉(zhuǎn)子線圈處的磁場均勻，因此對于動量輪來說， 其運行的轉(zhuǎn)矩與線圈中通過的電流大小呈線性關(guān)系，因此動量輪的運行控制較為簡單。
[0029] 動量輪啟動時，通過滑環(huán)6向線圈2兩端加載一個啟動電壓，此時線圈2中通過一 個電流，而線圈2處在定子永磁體3產(chǎn)生的磁場當中，因此產(chǎn)生安培力，力的方向為切向方 向，由于線圈2繞制在轉(zhuǎn)子鐵芯5之上，因此帶動整個轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，動量輪即開始運行。
[0030] 動量輪開始運行后，可根據(jù)對于動量輪的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等的性能需求，通過外加的控 制電路改變輸入滑環(huán)中的輸入電壓，從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子線圈中的電流大小，以此來改變動量輪 的運行狀態(tài)，來滿足我們對動量輪的要求。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于動圈電機的動量輪，其特征在于：包括外殼底座（4)，固定于外殼底座（4) 上的外殼上蓋（1)，所述外殼上蓋（1)與外殼底座（4)的中心支撐柱間形成空腔，轉(zhuǎn)軸（7) 的內(nèi)圈固定在空腔內(nèi)外殼底座（4)中心支撐柱的外周圈上，在空腔內(nèi)轉(zhuǎn)軸（7)的外圈上固 定有轉(zhuǎn)子鐵芯（5)，轉(zhuǎn)子鐵芯（5)上繞制線圈（2)，轉(zhuǎn)子鐵芯（5)與線圈（2)共同構(gòu)成動量輪 的轉(zhuǎn)子部分，在所述轉(zhuǎn)子鐵芯（5)和線圈（2)的上部與下部、外殼上蓋（1)和外殼底座（4) 的內(nèi)壁上分別固定電機的定子部分即永磁體（3)，其充磁方向為上下方向，且兩塊永磁體的 充磁方向關(guān)系為上面的永磁體（3)向下為N極或S極，則下面的永磁體（3)向上為N極S 極，在轉(zhuǎn)子鐵芯（5)與外殼底座（4)之間的空腔中放置滑環(huán)（6)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于動圈電機的動量輪，其特征在于：所述轉(zhuǎn)子鐵芯（5) 采用硅鋼片壓制成，其形狀為雙層環(huán)形，外環(huán)（5-1)上繞制線圈（2)，內(nèi)環(huán)（5-2)與轉(zhuǎn)軸（7) 固連，內(nèi)環(huán)（5-2)和外環(huán)（5-1)之間由四個位置對稱的連筋（5-3)相連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于動圈電機的動量輪，其特征在于：所述轉(zhuǎn)軸（7)的 軸承采用角軸承，為中空環(huán)形，固定于外殼底座（4)的中心支撐柱的臺階之上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于動圈電機的動量輪，其特征在于：所述外殼上蓋（1) 和外殼底座（4)的材料為45號鋼。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于動圈電機的動量輪，其特征在于：所述永磁體（3) 的材料為釹鐵硼。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于動圈電機的動量輪，其特征在于：所述永磁體（3) 采用環(huán)氧材料分別粘貼在外殼上蓋（1)和外殼底座（4)的內(nèi)壁上。
【文檔編號】H02K21/24GK104124847SQ201410356329
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】孫劍, 郭彥昊 申請人:西安交通大學