[發(fā)明專利]高效電動機

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410552842.8
• 申請日: 2014-10-13
• 公開（公告）號: CN104269988A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋建國
• 申請（專利權(quán)）人: 宋建國
• 主分類號: H02K29/06
• 分類號: H02K29/06;H02K29/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電動機技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

電動機分為直流電動機和交流電動機。

傳統(tǒng)的直流電動機是通過電刷和換向器向轉(zhuǎn)子磁極繞組提供勵磁電流，而某繞組勵磁后，在其電極離開電刷的瞬間，會在兩者之間產(chǎn)生電火花，顯然有部分電能通過電火花被浪費掉了，這不僅浪費了電能，還給可能有可燃?xì)怏w泄漏的場合帶來安全隱患。

交流電動機一般是定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場，轉(zhuǎn)子跟隨旋轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速總是慢于定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，當(dāng)定子某極性的磁場剛超過與其極性相同的轉(zhuǎn)子的磁極，或快要趕上與其極性相反的轉(zhuǎn)子的磁極時，實際上，該定子的磁場是在對轉(zhuǎn)子做負(fù)功。顯然，做負(fù)功的這部分電能和為彌補負(fù)功所需的電能都被浪費掉了。

盡管現(xiàn)在有變頻技術(shù)，使電動機的效率有所提高，但變頻技術(shù)避免不了上述的負(fù)功。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題有以下兩個方面：

一、如何提高勵磁電流的利用率；

二、如何避免定子的磁場主動對轉(zhuǎn)子做負(fù)功。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一、定子的每個磁極的勵磁獨立控制或分組控制，某個磁極停止勵磁時，將當(dāng)前的勵磁電流回饋到供電電路，加以再利用，從而提高電能的利用率。若轉(zhuǎn)子采用永磁體或利用安裝于轉(zhuǎn)子上的電池或利用非接觸傳輸(如動態(tài)變壓器，參見下文)提供的電力給轉(zhuǎn)子繞組勵磁，則可避免使用電刷與電極傳導(dǎo)電流，從而避免由電火花帶來的安全隱患。

二、在電動機中增加位置傳感系統(tǒng)，給出轉(zhuǎn)子每個磁極的極性及其與定子磁極的相對位置的信息，在適當(dāng)?shù)臅r機以正確的極性給定子磁極勵磁，避免定子磁場主動對轉(zhuǎn)子做負(fù)功。總體來看，定子磁場的運動速度與轉(zhuǎn)子的運動速度保持同步。

現(xiàn)代開關(guān)電源技術(shù)、位置傳感技術(shù)及單片機控制技術(shù)，為本發(fā)明技術(shù)方案的實現(xiàn)提供了可靠保障。

本發(fā)明的電動機，由定子、轉(zhuǎn)子、勵磁電路、位置傳感系統(tǒng)及殼體組成。對于轉(zhuǎn)子，既可以是永磁體，也可以是軟磁體，對于軟磁體的轉(zhuǎn)子，通過轉(zhuǎn)子勵磁電路來勵磁。轉(zhuǎn)子勵磁電路的電源可以由安裝在轉(zhuǎn)子上的電池提供(適用于小功率電動機)；也可以由電刷將轉(zhuǎn)子勵磁繞組與轉(zhuǎn)子之外的勵磁電路連接起來；還可以由轉(zhuǎn)子的若干個磁極與定子磁極組成動態(tài)變壓器，即轉(zhuǎn)子某磁極與定子某磁極靠近時就組成了變壓器，定子磁極繞組為初級繞組，轉(zhuǎn)子磁極繞組為次級繞組，轉(zhuǎn)子磁極繞組得到的電能就可以作為轉(zhuǎn)子勵磁電路的電源，作為動態(tài)變壓器組成部分的轉(zhuǎn)子磁極，有專用的位置傳感系統(tǒng)，定子磁極的勵磁電路接收到該位置信號，自動進入變壓器工作模式。

本發(fā)明的電動機技術(shù)方案，適用于各種類型的電動機，如：旋轉(zhuǎn)式與直線式、連續(xù)運轉(zhuǎn)式與步進式、單向式與雙向式(包括往復(fù)式)、固定轉(zhuǎn)速型與變速型，高、中、低各種速度檔次，大、中、小各種功率檔次，等等。

根據(jù)定子與轉(zhuǎn)子的磁極對數(shù)是否相等，將電動機分為等極式電動機(其定子的磁極對數(shù)與轉(zhuǎn)子的磁極對數(shù)相等)和差極式電動機(其定子的磁極對數(shù)與轉(zhuǎn)子的磁極對數(shù)不相等)。兩者相比較，等極式電動機，設(shè)計制造較簡單，能效較低，性能較差(有啟動死角，運轉(zhuǎn)不平穩(wěn))，就像汽車發(fā)動機的所有氣缸都連接在曲軸的同一個角度上；差極式電動機，設(shè)計制造較復(fù)雜，能效較高，性能較好(無啟動死角，運轉(zhuǎn)較平穩(wěn))，就像汽車發(fā)動機的各氣缸連接在曲軸的不同角度上。

在轉(zhuǎn)子的磁極與定子的磁極相對位置不同的時間段，定子磁極的勵磁及其極性如圖1至圖8所示。圖中①為定子的一個磁極，②、③、④、⑤、⑥為轉(zhuǎn)子的磁極編號，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向為順時針。定子磁極①的勵磁電流的波形如圖9所示，圖9為理想曲線，實際應(yīng)用中可以是接近的曲線，或者將圖9作為各時刻勵磁電流峰值的包絡(luò)線。

轉(zhuǎn)子處于圖1的位置時，定子磁極①開始勵磁，勵磁電流的方向如圖1所示，此時對應(yīng)于圖9中A點。磁極①為N極，對轉(zhuǎn)子的磁極③施以順時針方向的推力，并對轉(zhuǎn)子的磁極②和磁極④施以拉力，對磁極②和磁極④的凈拉力為順時針方向，磁極①對轉(zhuǎn)子其它磁極的作用力可以忽略。

轉(zhuǎn)子處于圖2的位置時，對應(yīng)于圖9中C點。磁極①為N極，對轉(zhuǎn)子的磁極③施以順時針方向的推力，并對轉(zhuǎn)子的磁極④施以順時針方向的拉力，磁極①對轉(zhuǎn)子其它磁極的作用力可以忽略。

轉(zhuǎn)子處于圖3的位置時，對應(yīng)于圖9中E點。磁極①提前將勵磁電流回饋到供電電路，為勵磁電流換向做準(zhǔn)備。