專利名稱：動(dòng)圈式電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種直流電動(dòng)機(jī)，特別是一種永磁式直流電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)永磁式直流電動(dòng)機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子和機(jī)殼等組成，其轉(zhuǎn)子鐵芯相對(duì)于軸心 是固定的。如

圖1所示，以具有四個(gè)線圈的直流電動(dòng)機(jī)為例，線圈101、102、103、104套在 鐵芯上，為直流電動(dòng)機(jī)的四個(gè)繞組，永久磁鐵105和106作為定子。在不通電的情況下，線 圈101、103在永久磁鐵105和106的作用下，呈現(xiàn)出N極與S極，由于磁性物質(zhì)與永久磁 鐵相互吸引，電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)其起動(dòng)后，其中線圈101和線圈103仍然沒(méi)有通電，在 永久磁鐵的作用下，線圈101、103處于制動(dòng)狀態(tài)，但是線圈102和線圈104已經(jīng)通電，在電 流的作用下，建立了與永久磁鐵磁場(chǎng)相垂直的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)。在磁力的作用下，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始順 時(shí)針旋轉(zhuǎn)。但是，由于線圈101和線圈103未通電，相當(dāng)于兩個(gè)鐵塊被吸在永久磁鐵上，只 有102、104兩個(gè)線圈所產(chǎn)生的電動(dòng)力克服永久磁鐵105，106對(duì)線圈101和線圈103的吸引 力，電動(dòng)機(jī)才能轉(zhuǎn)起來(lái)。即電動(dòng)機(jī)是在制動(dòng)的情況下開(kāi)始旋轉(zhuǎn)的。這就給電能造成了極大 的浪費(fèi)，這也是直流電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能效率不高的主要原因，其轉(zhuǎn)換效率一般在 60% —80%之間。圖2是傳統(tǒng)永磁式直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過(guò)程。在圖2中，轉(zhuǎn)子在電力的作用下，旋轉(zhuǎn) 了 45°度。線圈101、102、103和104均通電，線圈101、102呈現(xiàn)出S極，線圈103和線圈 104呈現(xiàn)出N極。合成磁場(chǎng)仍然與永久磁鐵的磁場(chǎng)相垂直。但是這段時(shí)間內(nèi)四個(gè)線圈都不 是90°，電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能是要打折扣的，其折算系數(shù)約為0. 7。如上所述，傳統(tǒng)永磁式直流電動(dòng)機(jī)如果是四個(gè)極，則以旋轉(zhuǎn)90°為一個(gè)周期。當(dāng)上 述的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)90°后，則只有電機(jī)的線圈101和線圈103通電，線圈102和線圈 104不通電，電機(jī)仍然處于制動(dòng)狀態(tài)。綜上所述，傳統(tǒng)的永磁式直流電動(dòng)機(jī)，由于轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)不能跟隨電機(jī)的狀態(tài)而變 化，在電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中，有四次處于制動(dòng)狀態(tài)，從而造成了電能的浪費(fèi)，使得電動(dòng) 機(jī)的電能轉(zhuǎn)換效率不高。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決上述的問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種有效節(jié)約電能，提高電能 轉(zhuǎn)換效率的電動(dòng)機(jī)。本實(shí)用新型解決其問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種動(dòng)圈式電動(dòng)機(jī)，包括設(shè)置在底座上的機(jī)殼，所述機(jī)殼內(nèi)設(shè)有作為定子的永久 磁鐵和轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子的輪輻上設(shè)有線圈繞組，所述永久磁鐵水平方向放置，所述線圈繞組 可沿輪輻徑向方向移動(dòng)，所述轉(zhuǎn)子軸上設(shè)有線圈角度信號(hào)檢測(cè)器，所述輪輻上設(shè)有線圈位 置信號(hào)檢測(cè)器，所述線圈角度信號(hào)檢測(cè)器與線圈位置信號(hào)檢測(cè)器與控制器電連接。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述線圈繞組帶有能與其一起沿輪輻徑向方向移動(dòng)的鐵芯。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述角度信號(hào)檢測(cè)器為金屬片。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述位置信號(hào)檢測(cè)器為金屬片。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述輪輻為無(wú)磁性輪輻。本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型的動(dòng)圈式電動(dòng)機(jī)可以通過(guò)位置檢測(cè)器和角 度檢測(cè)器檢測(cè)出線圈的狀態(tài)并反饋給控制器，由控制器根據(jù)轉(zhuǎn)子線圈的位置，實(shí)時(shí)控制線 圈的通電時(shí)間和順序，而線圈繞組可以移動(dòng)，可以利用重力和永久磁鐵的吸引力避免制動(dòng) 過(guò)程，充分利用了電能，更加有效地實(shí)現(xiàn)了電能向動(dòng)能的轉(zhuǎn)換，提高了電動(dòng)機(jī)效率，達(dá)到了 節(jié)約電能的目的。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明圖1是傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)示意圖；圖2是傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程示意圖；圖3是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型運(yùn)行狀態(tài)示意圖；圖5是本實(shí)用新型單片機(jī)控制器示意圖；圖6是本實(shí)用新型轉(zhuǎn)子軸結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本實(shí)用新型線圈位置信號(hào)檢測(cè)器工作原理圖；圖8是本實(shí)用新型線圈角度信號(hào)檢測(cè)器工作原理圖；圖9是本實(shí)用新型線圈整流供電工作原理示意圖。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D3及圖4，本實(shí)用新型的一種動(dòng)圈式電動(dòng)機(jī)，包括設(shè)置在底座1上的機(jī)殼2， 所述機(jī)殼2內(nèi)設(shè)有作為定子的永久磁鐵3，4和轉(zhuǎn)子5，所述轉(zhuǎn)子5的輪輻51上設(shè)有線圈繞 組6，7，8，9，所述永久磁鐵3，4水平方向放置，所述線圈繞組6，7，8，9可沿輪輻51徑向方向 移動(dòng)，所述轉(zhuǎn)子軸52上設(shè)有線圈角度信號(hào)檢測(cè)器10，所述輪輻51上設(shè)有線圈位置信號(hào)檢測(cè) 器11，所述線圈角度信號(hào)檢測(cè)器10與線圈位置信號(hào)檢測(cè)器11與控制器電連接。結(jié)合圖3，在靜止?fàn)顟B(tài)下，四個(gè)線圈均未通電，線圈6和線圈8在永久磁鐵3和4的 作用下，變成兩個(gè)小磁鐵，呈現(xiàn)出N極和S極。這時(shí)線圈6和線圈8被永久磁鐵3，4吸引， 線圈6和線圈8的重力對(duì)轉(zhuǎn)子的扭矩相互抵消，而線圈7和線圈9的重力不產(chǎn)生扭矩，電機(jī) 處于制動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)線圈1通電時(shí)，線圈6的左邊是S極，右邊是N極，這時(shí)線圈6受到了永久磁鐵 3的排斥，由于線圈8被永久磁鐵4吸引，電動(dòng)機(jī)不會(huì)旋轉(zhuǎn)，只是線圈6向右移動(dòng)，在這一段 時(shí)間內(nèi)電力作了功。當(dāng)線圈1移動(dòng)內(nèi)側(cè)以后，線圈3夾在兩個(gè)N極磁性的中間，磁場(chǎng)相互抵 消，重力開(kāi)始做功。另一方面由于永久磁鐵3，4的作用，線圈7和線圈9受到永久磁鐵3和 4的吸引，迫使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)際上，永久磁鐵也在做功。且重力和永久磁鐵所做的功大于 電能所做的功。由于線圈6的右邊是N極，永久磁鐵4又是N極，線圈8處于兩個(gè)N極磁場(chǎng)的中間，磁場(chǎng)之間相互抵消，線圈8不受磁場(chǎng)的影響，只受到重力的作用。由于線圈8和線圈6相對(duì)于軸芯的位置發(fā)生的變化，在重力的作用下，轉(zhuǎn)子5產(chǎn)生了扭矩，轉(zhuǎn)子5開(kāi)始順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。圖4是轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°度時(shí)的情況，這時(shí)線圈6和線圈8都帶電。在電流的 作用下，變成兩個(gè)電磁鐵。而線圈7和線圈9不帶電，但是在永久磁鐵3，4的作用下，也變 成兩個(gè)小磁鐵。這時(shí)兩個(gè)通電的線圈6和線圈8受到永久磁鐵3，4的排斥，而兩個(gè)不通電 的線圈7和線圈9受到永久磁鐵3，4的吸引，使電動(dòng)機(jī)按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。對(duì)于線圈7和 線圈9來(lái)說(shuō)，是永久磁鐵3，4在做功。綜上所述，在電動(dòng)機(jī)未轉(zhuǎn)動(dòng)之前，首先線圈做水平運(yùn)動(dòng)，是電能在做功。在電動(dòng)機(jī) 開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)的45°度內(nèi)，重力吸引線圈8，使其向下運(yùn)動(dòng)，是重力在做功。在45° 90°度之 間，永久磁鐵吸引線圈7和線圈9，迫使線圈7和線圈9處于水平狀態(tài)，這一時(shí)期是永久磁鐵 3，4在做功。動(dòng)圈式電動(dòng)機(jī)起動(dòng)旋轉(zhuǎn)45°度時(shí)，四個(gè)線圈都受到磁場(chǎng)的影響，線圈6通電后產(chǎn) 生的電磁力推動(dòng)轉(zhuǎn)子按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。線圈7沒(méi)有通電，但是受到永久磁鐵4的吸引；線 圈8通電后，產(chǎn)生的極性剛好與永久磁鐵4的極性相同，產(chǎn)生的排斥力推動(dòng)轉(zhuǎn)子順時(shí)針?lè)较?旋轉(zhuǎn)。線圈9沒(méi)有通電，受到永久磁鐵3的吸引，吸引力推動(dòng)轉(zhuǎn)子順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。綜上所述，四個(gè)線圈所產(chǎn)生的力都是推動(dòng)轉(zhuǎn)子按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，線圈6，8是電 力做功，線圈7，9是永久磁鐵做功。當(dāng)轉(zhuǎn)子5順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°度時(shí)，線圈6、7、8和9都不帶電，在永久磁鐵的作用下， 線圈7會(huì)向永久磁鐵4靠近，再次處于靜止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)，與啟動(dòng)前狀態(tài)相同，只是線圈的位 置發(fā)生了變化。圖3中，線圈6、8是水平方向，線圈7、9是垂直方向；而轉(zhuǎn)過(guò)90°后，線圈 6，8變成了垂直方向，線圈7、9變成了水平方向。這也說(shuō)明，一個(gè)四極的電動(dòng)機(jī)，變化過(guò)程是 旋轉(zhuǎn)90°度為一個(gè)周期。動(dòng)圈式電動(dòng)機(jī)和普通電動(dòng)機(jī)相比，其主要特點(diǎn)是消除了傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)狀態(tài)。對(duì)于傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，水平方向的兩個(gè)線圈繞組沒(méi)有通電，被永久磁鐵磁化后 和永久磁鐵吸在一起，這是一種制動(dòng)狀態(tài)；而在動(dòng)圈式電動(dòng)機(jī)中，水平方向線圈6，8通電 后，線圈產(chǎn)生的磁性與永久磁鐵3，4是同一極性，產(chǎn)生排斥力，從而消除了電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)狀 態(tài)。動(dòng)圈式電動(dòng)機(jī)和普通的電動(dòng)機(jī)相比，其還具有實(shí)現(xiàn)勢(shì)能向動(dòng)能轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)。當(dāng)線 圈6通電后會(huì)向右移動(dòng)，移到轉(zhuǎn)子的內(nèi)側(cè)(軸芯的位置)，線圈6產(chǎn)生的磁場(chǎng)恰巧抵消了永 久磁鐵3的磁場(chǎng)，使得線圈8不再受永久磁鐵的吸引，這時(shí)重力對(duì)線圈8起作用，線圈8開(kāi) 始向下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了勢(shì)能向動(dòng)能的轉(zhuǎn)換。動(dòng)圈式電動(dòng)機(jī)和普通的電動(dòng)機(jī)相比，其利用永久磁鐵提高了線圈的勢(shì)能。永久磁 鐵的吸引力不僅可以克服地球的引力，而且可以提高線圈的勢(shì)能。本來(lái)地球?qū)€圈8和線 圈9的引力都會(huì)給轉(zhuǎn)子5產(chǎn)生扭矩，但由于這兩個(gè)線圈對(duì)稱于中軸心，所以會(huì)相互抵消。但 是，當(dāng)線圈8通電以后，其不但受到地球的引力，而且還受到永久磁鐵4排斥。線圈9沒(méi)有 通電，一方面受到地球的引力，另一方面受到永久磁鐵3的引力，這兩個(gè)引力對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的 扭矩是相反的。只是永久磁鐵離轉(zhuǎn)子非常近，磁鐵的引力大于地球的引力，轉(zhuǎn)子5還是沿著 順時(shí)針的方向旋轉(zhuǎn)，從而提高線圈9的勢(shì)能。[0037]此外，由圖2可知，傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)在45°度角時(shí)，是四個(gè)線圈都通電，產(chǎn)生的電磁力 需要乘以系數(shù)cos45° =0.7。而動(dòng)圈式電動(dòng)機(jī)利用地球的引力和永久磁鐵的吸引力，迫使 轉(zhuǎn)子自動(dòng)旋轉(zhuǎn)。這相當(dāng)于利用了地球的引力和永久磁鐵的吸力，從而使得動(dòng)圈式電動(dòng)機(jī)與 傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)相比在效率上有很大的提高。當(dāng)電動(dòng)機(jī)沒(méi)有通電時(shí)，永久磁鐵3、4兩個(gè)磁極首先將線圈6和線圈8磁化，并吸著 6、8兩個(gè)線圈，使電動(dòng)機(jī)很難轉(zhuǎn)動(dòng)。線圈7和線圈9通電后，產(chǎn)生的電磁力克服永久磁鐵對(duì) 線圈6、8的吸引力的情況下才能使轉(zhuǎn)子5轉(zhuǎn)起來(lái)。從另一個(gè)角度來(lái)看，在電流和永久磁鐵的作用下，線圈7和線圈8呈現(xiàn)S極，線圈 6、9呈現(xiàn)N極，四個(gè)繞組的合成磁場(chǎng)向右偏轉(zhuǎn)45°度。這說(shuō)明電流產(chǎn)生的電磁力要乘以系 數(shù)cos45° = 0. 707。幾乎有30%的電能被浪費(fèi)了，這是由于傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)上的缺陷造成 的。對(duì)于動(dòng)圈電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，可以避開(kāi)電動(dòng)機(jī)在制動(dòng)情況下起動(dòng)的問(wèn)題。動(dòng)圈式電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，線圈6首先通電，由于永久磁鐵4吸引著線圈8，轉(zhuǎn)子不會(huì)轉(zhuǎn) 動(dòng)，只能是線圈6向右移動(dòng)。當(dāng)線圈6移動(dòng)到右邊時(shí)，線圈6的右邊是N極，永久磁鐵5也 是N極，兩個(gè)磁極相互抵消，線圈8不再受磁場(chǎng)的影響，這時(shí)地球的引力占主導(dǎo)地位。本來(lái) 線圈6與線圈8對(duì)稱于軸芯，重力產(chǎn)生的扭矩相互抵消，而現(xiàn)在線圈6移到右邊以后，線圈 8的重力產(chǎn)生的扭矩大于線圈6所產(chǎn)生的扭矩，使轉(zhuǎn)子按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。綜上所述，傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中，由于永久磁鐵的作用，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)一周有四次 制動(dòng)的過(guò)程；而動(dòng)圈式電動(dòng)機(jī)由于線圈可以移動(dòng)，利用了重力和永久磁鐵的吸引力，避免了 制動(dòng)過(guò)程，充分利用了電能，更加有效地實(shí)現(xiàn)了電能向動(dòng)能的轉(zhuǎn)換。由于動(dòng)圈式電動(dòng)機(jī)利用了地球的重力和永久磁鐵的吸引力，至少可以把電動(dòng)機(jī)從 70 %提高到90 %，甚至可以把效率提高到95 %。動(dòng)圈式電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)的瞬間，線圈8與線圈6在重力的作用下，對(duì)于軸芯來(lái)說(shuō)已經(jīng) 失去了平衡，線圈8產(chǎn)生的扭矩大于線圈6產(chǎn)生的扭矩，電動(dòng)機(jī)順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，這時(shí)是重 力做功。而傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)的瞬間，線圈103與線圈101在重力的作用下，對(duì)于軸芯來(lái)說(shuō) 是完全平衡的，線圈103產(chǎn)生的扭矩等于線圈101產(chǎn)生的扭矩，這種情況下，重力不做功。綜上所述，傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上的各點(diǎn)對(duì)稱于轉(zhuǎn)子的軸芯，重力產(chǎn)生的扭矩相互抵 消，而永久磁鐵對(duì)未通電的線圈又產(chǎn)生了制動(dòng)作用。雖然線圈8產(chǎn)生的重力做了功，但是線圈9上升的高度與線圈8下降的高度一樣， 實(shí)際上是相互抵消了。但是，在時(shí)，永久磁鐵3正在吸引線圈9，提高了線圈9的勢(shì)能，實(shí)際 上永久磁鐵也在做功。這是由于永久磁鐵3非?？拷€圈9，所以永久磁鐵3對(duì)線圈9的 提升力大于線圈9所產(chǎn)生的重力，因?yàn)榫€圈9沒(méi)有通電，線圈9的上升只能是永久磁鐵做的 功。可以看出兩種電動(dòng)機(jī)的推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的力的方向是一致的，但是，傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的 四個(gè)繞組都帶電，而動(dòng)圈式電動(dòng)機(jī)只有兩個(gè)繞組帶電，而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的原因更大程度上取決 于地球的重力和永久磁鐵的吸引力。這就達(dá)到了節(jié)約電能的目的。綜合以上，本實(shí)用新型的動(dòng)圈式電動(dòng)機(jī)可以通過(guò)位置檢測(cè)器和角度檢測(cè)器檢測(cè)出 線圈的狀態(tài)并反饋給控制器，而根據(jù)轉(zhuǎn)子線圈的位置，由控制器實(shí)時(shí)控制線圈的通電時(shí)間 和順序，由于線圈可以移動(dòng)，利用重力和永久磁鐵的吸引力，避免了制動(dòng)過(guò)程，充分利用了電能，更加有效地實(shí)現(xiàn)了電能向動(dòng)能的轉(zhuǎn)換，有效地利用了地球和永久磁鐵的引力，提高了電動(dòng)機(jī)效率，達(dá)到了節(jié)約電能的目的。當(dāng)然，如自行車只能幫助人省力而不能產(chǎn)生能量一 樣，動(dòng)圈式電動(dòng)機(jī)它只能節(jié)約電能，而不會(huì)產(chǎn)生能量。此外，作為優(yōu)選實(shí)施方式，在本實(shí)施例中所述線圈繞組6，7，8，9帶有能與其一起 沿輪輻51徑向方向移動(dòng)的鐵芯。當(dāng)線圈不帶電時(shí)，受永久磁鐵的影響。帶電時(shí)又受到線圈 電流的影響。參考圖5，本實(shí)施例中，所述控制器為一個(gè)單片機(jī)控制器。其中Pl 口作為輸入口， 用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子線圈的位置與轉(zhuǎn)子角度，P3 口作為輸出口，用于控制電動(dòng)機(jī)線圈的通電。作為優(yōu)選，本實(shí)施例中所述輪輻為無(wú)磁性輪輻，例如銅、鋁或塑料等，但是不能用 鐵。參考圖6，對(duì)于本實(shí)用新型的具有四極的動(dòng)圈式電動(dòng)機(jī)，共需要八個(gè)整流片、八個(gè) 碳刷、四個(gè)線圈位置檢測(cè)片和四個(gè)線圈角度檢測(cè)片。轉(zhuǎn)子5上的線圈可能在轉(zhuǎn)子的內(nèi)側(cè)，也可能在轉(zhuǎn)子的外側(cè)。線圈在不同的位置，決 定了線圈的帶電情況。線圈位置的檢測(cè)，可以在轉(zhuǎn)子的外側(cè)安裝相應(yīng)的金屬片，四個(gè)磁極的 外側(cè)放置了四個(gè)金屬片，這四個(gè)金屬片與軸上的四個(gè)金屬片相對(duì)應(yīng)，而軸上的四個(gè)金屬片 對(duì)應(yīng)著四個(gè)碳刷。無(wú)論轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到任何角度，碳刷都能與金屬片接觸。其中，放在轉(zhuǎn)子5軸上的四個(gè)線圈位置檢測(cè)片12，它們對(duì)應(yīng)著轉(zhuǎn)子外側(cè)輪輻51上 的四個(gè)線圈位置信號(hào)檢測(cè)器11，當(dāng)線圈位于轉(zhuǎn)子外側(cè)時(shí)，線圈位置檢測(cè)片12對(duì)地短路，位 置檢測(cè)信號(hào)輸出低電平。當(dāng)線圈位于轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)時(shí)，線圈位置檢測(cè)片12與地?cái)嚅_(kāi)，位置檢測(cè) 信號(hào)輸出高電平。作為優(yōu)選，所述的線圈位置檢測(cè)片12為金屬片，分別對(duì)應(yīng)著單片機(jī)的 P14、P15、P16和P17四個(gè)端口。需要說(shuō)明的是，軸上的四個(gè)金屬片與線圈的外殼是連在一 起的，而這四個(gè)金屬片又是與三極管的基極連在一起的，在磁極外側(cè)的金屬片又是與地是 連在一起的。參考圖7，當(dāng)線圈與金屬片接觸時(shí)，三極管Tl截止，光電耦合器14不工作，線圈角 度檢測(cè)器11的輸出為高電平，單片機(jī)的Pl 口得到高電平“1”信號(hào)。轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)后，線圈 脫離金屬片，三極管基極得到高電平，三極管Tl導(dǎo)通，光電耦合器14開(kāi)始工作，線圈角度檢 測(cè)器11的輸出為低電平，單片機(jī)的Pi 口得到低電平“0”信號(hào)。線圈角度信號(hào)檢測(cè)器10由四個(gè)金屬檢測(cè)片組成，對(duì)應(yīng)著單片機(jī)的P10、P11、P12和 P13四個(gè)端口，需要注意的是，軸上的四個(gè)金屬片與線圈的外殼是連在一起的，而這四個(gè)金 屬片又是與三極管的基極連在一起的，在磁極外側(cè)的金屬片又是與地是連在一起的。這四 個(gè)轉(zhuǎn)子角度信號(hào)檢測(cè)器10分布在轉(zhuǎn)子5軸上不同的角度上，對(duì)應(yīng)著四個(gè)碳刷，四個(gè)碳刷排 列在一條直線上，當(dāng)碳刷與角度信號(hào)檢測(cè)器10接觸時(shí)，轉(zhuǎn)子角度信號(hào)檢測(cè)器10對(duì)地短路， 角度檢測(cè)信號(hào)輸出低電平；當(dāng)碳刷與檢測(cè)器斷開(kāi)時(shí)，轉(zhuǎn)子角度信號(hào)檢測(cè)器10對(duì)地?cái)嚅_(kāi)，角 度檢測(cè)信號(hào)輸出高電平。并且，當(dāng)碳刷與檢測(cè)片接通時(shí)，光電耦合器不工作，PlO 口呈現(xiàn)高 電平。參考圖8，碳刷與金屬片接觸時(shí)，三極管Tl截止，光電耦合器不工作，線圈角度檢 測(cè)器11的輸出為高電平，單片機(jī)的Pl 口得到高電平“1”信號(hào)。轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)后，碳刷脫離 金屬片，三極管基極得到高電平，三極管Tl導(dǎo)通，光電耦合器14開(kāi)始工作，線圈角度檢測(cè)器 11的輸出為低電平，單片機(jī)的Pl 口得到低電平“0”信號(hào)。[0058]此外，轉(zhuǎn)子5軸上還設(shè)有八個(gè)線圈供電整流片13，它們對(duì)應(yīng)著四個(gè)線圈，線圈的頭 和尾分別接在相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)整流片13上，確保線圈能在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的180°度內(nèi)導(dǎo)電。至于 導(dǎo)電多少時(shí)間，由控制器完成。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)180°度后，線圈的頭和尾對(duì)調(diào)一次，線圈中的電 流就會(huì)反向流動(dòng)。結(jié)合圖4，轉(zhuǎn)子上的線圈在軸的上部和下部所呈現(xiàn)的極性不同。當(dāng)線圈在上部時(shí)， 外側(cè)呈S極；轉(zhuǎn)到下部時(shí)，外側(cè)呈N極。線圈相對(duì)于永久磁鐵的位置決定了線圈的帶電情 況，其變化周期為180°度。線圈何時(shí)通電與兩個(gè)因素有關(guān)，一是轉(zhuǎn)子相對(duì)于永久磁鐵的角度，二是線圈是在 轉(zhuǎn)子的內(nèi)側(cè)還是外側(cè)。由于線圈在磁場(chǎng)中的位置不同，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)中的極性也不同，電流 的方向也不同。本實(shí)用新型仍然采用傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的方法改變電流的方向，一個(gè)線圈對(duì)應(yīng)于 兩片整流片，對(duì)應(yīng)于線圈的頭和尾。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一周，剛好兩個(gè)整流片和電源的正負(fù)極發(fā)生一 次變化。也就是電流方向的變化由轉(zhuǎn)子自動(dòng)完成，而線圈何時(shí)通電由單片機(jī)控制器完成。參考圖9，可以看出，當(dāng)單片機(jī)P30 口輸出為高電平，三極管Tl導(dǎo)通，光電耦合器開(kāi) 始工作，T3和T4都導(dǎo)通，線圈Ll通過(guò)碳刷gll和gl2兩個(gè)碳刷對(duì)地產(chǎn)生電流。碳刷帶電 的極性不變，一個(gè)碳刷接地，另一個(gè)碳刷接三極管的發(fā)射極。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)180°度時(shí)，線圈 的頭和尾剛好也旋轉(zhuǎn)180°度，也就是說(shuō)，a、b兩點(diǎn)對(duì)換一次，本來(lái)是a點(diǎn)與碳刷gll相接， 而在旋轉(zhuǎn)180°度后，b點(diǎn)與碳刷gll相接，a點(diǎn)與碳刷gl2相接。對(duì)于線圈位置信號(hào)檢測(cè) 器11，當(dāng)線圈6處于轉(zhuǎn)子的外側(cè)時(shí)，光電耦合器不工作，P14 口呈現(xiàn)高電平。單片機(jī)通過(guò)輸 入指令，采集信號(hào)，經(jīng)過(guò)軟件處理后，P30 口輸出高電平，光電耦合器開(kāi)始工作，線圈6通電， 電機(jī)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一定的角度，碳刷與檢測(cè)片脫離接觸，與此同時(shí)，線圈6也已經(jīng) 移動(dòng)到轉(zhuǎn)子的內(nèi)側(cè)，單片機(jī)通過(guò)輸出指令，使P30 口輸出低電平，光電耦合器不工作，線圈6 不通電。這時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)子已轉(zhuǎn)過(guò)了 90°度。另外三個(gè)90°度的工作過(guò)程與第一個(gè)90°度是 一樣的。當(dāng)然，本發(fā)明創(chuàng)造并不局限于上述實(shí)施方式，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本 實(shí)用新型精神的前提下還可作出等同變形或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請(qǐng) 權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求一種動(dòng)圈式電動(dòng)機(jī)，包括設(shè)置在底座(1)上的機(jī)殼(2)，所述機(jī)殼(2)內(nèi)設(shè)有作為定子的永久磁鐵(3，4)和轉(zhuǎn)子(5)，所述轉(zhuǎn)子(5)的輪輻(51)上設(shè)有線圈繞組(6，7，8，9)，其特征在于所述永久磁鐵(3，4)水平方向放置，所述線圈繞組(6，7，8，9)可沿輪輻(51)徑向方向移動(dòng)，所述轉(zhuǎn)子軸(52)上設(shè)有線圈角度信號(hào)檢測(cè)器(10)，所述輪輻(51)上設(shè)有線圈位置信號(hào)檢測(cè)器(11)，所述線圈角度信號(hào)檢測(cè)器(10)與線圈位置信號(hào)檢測(cè)器(11)與控制器電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)圈式電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述線圈繞組(6，7，8，9)帶有 能與其一起沿輪輻(51)徑向方向移動(dòng)的鐵芯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)圈式電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述角度信號(hào)檢測(cè)器(10)為金屬片ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)圈式電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述位置信號(hào)檢測(cè)器(11)為金屬片ο
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的動(dòng)圈式電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述輪輻(51)為無(wú)磁性輪輻ο
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種動(dòng)圈式電動(dòng)機(jī)。包括設(shè)置在底座上的機(jī)殼，機(jī)殼內(nèi)設(shè)有作為定子的永久磁鐵和轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子的輪輻上設(shè)有線圈繞組，永久磁鐵水平方向放置，線圈繞組可沿輪輻徑向方向移動(dòng)，轉(zhuǎn)子軸上設(shè)有線圈角度信號(hào)檢測(cè)器，輪輻上設(shè)有線圈位置信號(hào)檢測(cè)器，線圈角度信號(hào)檢測(cè)器與線圈位置信號(hào)檢測(cè)器與控制器電連接。本實(shí)用新型的動(dòng)圈式電動(dòng)機(jī)可以通過(guò)位置檢測(cè)器和角度檢測(cè)器檢測(cè)出線圈的狀態(tài)并反饋給控制器，由控制器根據(jù)轉(zhuǎn)子線圈的位置，實(shí)時(shí)控制線圈的通電時(shí)間和順序，而線圈繞組可以移動(dòng)，可以利用重力和永久磁鐵的吸引力避免制動(dòng)過(guò)程，充分利用了電能，更加有效地實(shí)現(xiàn)了電能向動(dòng)能的轉(zhuǎn)換，提高了電動(dòng)機(jī)效率，達(dá)到了節(jié)約電能的目的。
文檔編號(hào)H02K29/12GK201577014SQ20092026480
公開(kāi)日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者于斌, 史曉強(qiáng), 張建超, 胡成偉 申請(qǐng)人:廣州民航職業(yè)技術(shù)學(xué)院