一種基于環形電機的動量輪制造技術

一種基于環形電機的動量輪，包括外殼底座，固定于其上的外殼上蓋，外殼上蓋和外殼底座間形成空腔，空腔內設置永磁體托盤，永磁體托盤的四周為環形槽，環形槽內放置一塊整體的永磁體，其充磁方向為軸向，在永磁體的上部和下部的空腔內設置硅鋼片壓制的鐵芯及其上繞制的繞組線圈，永磁體托盤的中間部分的上下分別與上下兩個轉軸的轉動部分相連接，且中間部分的頂部伸出外殼上蓋，用于轉速與轉矩的測量；本發明專利技術動量輪在運行過程中，輸入為單相直流電壓，線圈中電流較為穩定，運行波動很??；由于動量輪采用一整塊的永磁體作為轉子，且永磁體采用磁性強的釹鐵硼材料，因此線圈所在部分電磁場強度較高，動量輪在較低的電流下依舊可以提供較高的轉矩。

【技術實現步驟摘要】
一種基于環形電機的動量輪
本專利技術涉及動量輪
，具體涉及一種基于環形電機的動量輪。
技術介紹
現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，在線圈與轉子永磁體的氣隙間產生旋轉的磁場，帶動永磁體轉動。其作為動量輪的缺點：需要在運行時測量電機轉子的位置，從而調整電機的輸入電流波形及相位，因此需要復雜的驅動線路；由于電流換向，運行波動較大，尤其是低速運行下性能不好；實際運行時的轉矩并不大，不能應用于對轉矩要求較高的情況。而對于另一種結構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。
技術實現思路
為了解決上述現有技術存在的問題，本專利技術的目的在于提供一種基于環形電機的動量輪，動量輪在運行過程中，輸入為單相直流電壓，線圈中電流較為穩定，運行波動很??；由于動量輪采用一整塊的永磁體作為轉子，且永磁體采用磁性強的釹鐵硼材料，因此線圈所在部分電磁場強度較高，動量輪在較低的電流下依舊可以提供較高的轉矩。為達到以上目的，本專利技術采用如下技術方案：一種基于環形電機的動量輪，包括外殼底座2，固定于外殼底座2上的外殼上蓋1，所述外殼上蓋1和外殼底座2間形成空腔，空腔內設置永磁體托盤3，所述永磁體托盤3的四周為環形槽3-1，所述環形槽3-1內放置一塊整體的永磁體4，其充磁方向為軸向，即上面的磁極為N極或S極，下面的磁極為S極或N極，所述永磁體4和永磁體托盤3為電機轉子部分，在所述永磁體4的上部和下部、外殼上蓋1和外殼底座2間的空腔內設置電機的定子部分即硅鋼片壓制的鐵芯8及其上繞制的繞組線圈5，所述硅鋼片壓制的鐵芯的內環處設計多個位置對稱的凸起，繞組線圈5繞制在凸起之間的圓環鐵芯上，所述永磁體托盤3的中間部分的上下分別與上下兩個轉軸7的轉動部分相連接，且中間部分的頂部伸出外殼上蓋1，用于轉速與轉矩的測量。所述硅鋼片壓制的鐵芯8的內環處設計有4個圓心角為15°的凸起，且凸起的厚度與繞組線圈5的厚度相同。所述轉軸7的軸承采用滾珠軸承，為中空環形，兩個轉軸7套接在永磁體托盤3中間部分的上下，兩個轉軸7的外圈分別固定于外殼上蓋1以及外殼底座2上，內圈轉動部分與永磁體托盤3固連。在所述兩個轉軸7的上轉軸的頂部設置有軸承蓋6。所述外殼上蓋1和外殼底座2的材料為45號鋼。所述永磁體4的材料為釹鐵硼。所述永磁體4采用環氧材料粘貼在永磁體托盤3的環形槽3-1內。和現有技術相比，本專利技術的優點如下：1、由于轉子為環柱形永磁體，并且定子線圈鐵芯分別位于轉子的上下方，因此動量輪的磁路簡單。磁路從永磁體的N極出發，通過一個線圈，進入鐵芯，再通過電機的固定部分(上蓋-托盤-底座)，回到另一邊的鐵芯，再回到永磁體的S極。2、由于動量輪的轉子為一塊完整的永磁體，因此定子線圈部分的磁場較為均勻，產生的安培力與線圈中通過的電流成線性關系，因此動量輪的可控性較強。電機轉子為整塊永磁體，并且繞組線圈繞制在位置對稱的凸起之間的圓環鐵芯上，則繞組線圈的相位差相同，因此動量輪運行的情況不受轉子的位置影響，不需要復雜的實時測量轉子位置的控制電路。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定，動量輪運行波動小，在低速情況下，運行也穩定。4、由于動量輪轉子采用整體的永磁體，在定子線圈處的磁場強度較大，容易產生較大的安培力，因此可以在較低的輸入電壓下依舊可以提供較高的轉矩。附圖說明圖1為本專利技術基于環形電機動量輪的剖面示意圖。圖2為本專利技術中定子鐵芯以及線圈的俯視圖剖面示意圖。圖3為本專利技術中轉子托盤示意圖。具體實施方式下面結合圖1、圖2、圖3和具體實施例對本專利技術作進一步的詳細描述。如圖1、圖2和圖3所示，本專利技術一種基于環形電機的動量輪，包括外殼底座2，固定于外殼底座2上的外殼上蓋1，所述外殼上蓋1和外殼底座2間形成空腔，空腔內設置永磁體托盤3，所述永磁體托盤3的四周為環形槽3-1，所述環形槽3-1內放置一塊整體的永磁體4，其充磁方向為軸向，即上面的磁極為N極或S極，下面的磁極為S極或N極，所述永磁體4和永磁體托盤3為電機轉子部分，在所述永磁體4的上部和下部、外殼上蓋1和外殼底座2間的空腔內設置電機的定子部分即硅鋼片壓制的鐵芯8及其上繞制的繞組線圈5，所述硅鋼片壓制的鐵芯的內環處設計多個位置對稱的凸起，繞組線圈5繞制在凸起之間的圓環鐵芯上，所述永磁體托盤3的中間部分的上下分別與上下兩個轉軸7的轉動部分相連接，且中間部分的頂部伸出外殼上蓋1，用于轉速與轉矩的測量。作為本專利技術的優選實施方式，所述硅鋼片壓制的鐵芯8的內環處設計的4個圓心角為15°的凸起位置對稱，且凸起的厚度與繞組線圈5的厚度相同。作為本專利技術的優選實施方式，所述轉軸7的軸承采用滾珠軸承，為中空環形，兩個轉軸7套接在永磁體托盤3中間部分的上下，兩個轉軸7的外圈分別固定于外殼上蓋1以及外殼底座2上，內圈轉動部分與永磁體托盤3固連。作為本專利技術的優選實施方式，在所述兩個轉軸7的上轉軸的頂部設置有軸承蓋6。為了保護軸承以及防止軸承落入過多的灰塵，影響軸承的工作，同時減小了動量輪運轉時的噪聲。作為本專利技術的優選實施方式，所述外殼上蓋1和外殼底座2的材料為45號鋼?？蓾M足動量輪對外殼的剛度需要也可滿足電機磁路傳導的需要。作為本專利技術的優選實施方式，所述永磁體4的材料為釹鐵硼。釹鐵硼屬于第三代稀土永磁材料，具有體積小、重量輕和磁性強的特點。作為本專利技術的優選實施方式，所述永磁體4采用環氧材料粘貼在永磁體托盤3的環形槽3-1內。本專利技術的工作原理為：由于本動量輪采用上下結構，上下兩層為定子鐵芯繞制漆包線圈，中間一層為材料釹鐵硼的永磁體轉子，因此對于動量輪的運行來說，其運行轉矩與線圈中通過的電流成線性關系，因此動量輪的運行控制比較簡單。動量輪啟動時，向繞組線圈5兩端加載單相直流電壓，此時繞組線圈5當中通過單相直流電流，繞組線圈5在永磁體4磁場的作用下產生安培力，力的方向為切向方向，而由于繞組線圈5固定于鐵芯8之上，因此對永磁體4產生一個反作用力，使得永磁體4轉動，動量輪即開始運行。動量輪開始運行后，可以根據對于動量輪的性能需要，比如說轉矩、轉速的需求在外接控制電路上調節飛輪電機的輸入電壓，從而改變繞組線圈5中的電流，進而改變動量輪的運行狀態，滿足我們對動量輪的要求。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于環形電機的動量輪，其特征在于：包括外殼底座(2)，固定于外殼底座(2)上的外殼上蓋(1)，所述外殼上蓋(1)和外殼底座(2)間形成空腔，空腔內設置永磁體托盤(3)，所述永磁體托盤(3)的四周為環形槽(3?1)，所述環形槽(3?1)內放置一塊整體的永磁體(4)，其充磁方向為軸向，即上面的磁極為N極或S極，下面的磁極為S極或N極，所述永磁體(4)和永磁體托盤(3)為電機轉子部分，在所述永磁體(4)的上部和下部、外殼上蓋(1)和外殼底座(2)間的空腔內設置電機的定子部分即硅鋼片壓制的鐵芯(8)及其上繞制的繞組線圈(5)，所述硅鋼片壓制的鐵芯的內環處設計多個位置對稱的凸起，繞組線圈(5)繞制在凸起之間的圓環鐵芯上，所述永磁體托盤(3)的中間部分的上下分別與上下兩個轉軸(7)的轉動部分相連接，且中間部分的頂部伸出外殼上蓋(1)，用于轉速與轉矩的測量。

【技術特征摘要】
1.一種基于環形電機的動量輪，其特征在于：包括外殼底座(2)，固定于外殼底座(2)上的外殼上蓋(1)，所述外殼上蓋(1)和外殼底座(2)間形成空腔，空腔內設置永磁體托盤(3)，所述永磁體托盤(3)的四周為環形槽(3-1)，所述環形槽(3-1)內放置一塊整體的永磁體(4)，其充磁方向為軸向，即上面的磁極為N極或S極，下面的磁極為S極或N極，所述永磁體(4)和永磁體托盤(3)為電機轉子部分，在所述永磁體(4)的上部和下部、外殼上蓋(1)和外殼底座(2)間的空腔內設置電機的定子部分即硅鋼片壓制的鐵芯(8)及其上繞制的繞組線圈(5)，所述硅鋼片壓制的鐵芯的內環處設計多個位置對稱的凸起，繞組線圈(5)繞制在凸起之間的圓環鐵芯上，所述永磁體托盤(3)的中間部分的上下分別與上下兩個轉軸(7)的轉動部分相連接，且中間部分的頂部伸出外殼上蓋(1)，用于轉速與轉矩的測量。2.根據權利要求1所述的一種基于環形電機的動量輪，其特征在于：...

【專利技術屬性】
技術研發人員：孫劍，郭彥昊，
申請(專利權)人：西安交通大學，
類型：發明
國別省市：陜西;61