专利名称：一种回收能量式永磁电机的制作方法
1、本发明属于电磁技术领域。
2、本发明是利用定子、转子上的永磁和电感线圈上的铁蕊形成的相互吸、斥力作为机器的动力。
3、本发明由转子、定子、移子、转子位移传感器，光电驱动大功率晶体管开关电路，能量回收装置和支架组成。附图2-01是回收能量式永磁电机的结构示意图。1、3为转子，4为移子(由线圈铁蕊组成的能产生磁极的电感称为移子)，5为转子位移传感器，2为支架，定子由非导体材料(如电木)、永磁体组成。定子永磁体为空心圆柱形，两截面为磁极，沿圆周等分(根据机器尺寸大小可增减等分数)，沿轴线方向截去一部分永磁体，留下的空隙容纳移子，定子永磁体与嵌在永磁体空隙中的移子形成数对N、S磁极，两只转子分别置于定子的两侧，其结构为磨叠式，转子与定子的磁力作用面为平面，转子与定子的数目可以叠加增减。转子永磁场方向与定子的永磁磁场方向垂直，转子永磁体数目、圆心位置角度与定子永磁体截割后形成的数目和圆心位置角度相对应。转子上的永磁体的磁极同向，沿圆周等分排列嵌入转子的支架中，定子、转子的永磁体在一同心圆上，定子两侧的转子产生的力同转向。定子的永磁体的剩磁俞强机器动力俞大，但是移子要产生与定子永磁体同等的磁感应强度所需的励磁电流俞大，移子铁蕊材料俞接近饱和，电磁转换的效率俞低，损耗俞大。所以定子上的永磁体的剩余磁感应强度的选择和截面积是由所选用移子铁蕊材料和铁蕊截面积来决定，它们之间应满足如下关系B水＝KBr((1+30％)。B水为定子永磁体的剩余磁感应强度，K为移子铁蕊截面积与定子永磁体截面积比例系数，Br为移子铁蕊材料磁滞回线中的剩余磁感应强度。移子铁蕊为带绕矩形或带绕矩形切割铁蕊(矩形铁蕊中心留有窗口)，两只矩形铁蕊合拼，将线圈绕在其窗口中。移子铁蕊使用在强磁场中具有恒导磁率，低剩磁扁平磁滞回线的合金，如1J79h(Ni79Mo4Cu)Ni76Cr2Cu5。转子位移传感器如图2-02所示，由1转子位移盘；按转子永磁等分数目及对应同圆角度切割对应的孔。2提前角度调整器，3位移传感器支架，4组合式光电器件(两只光电器固定在提前角度调整器上)组成。
4、工作原理如
图1-01所示，1为定子，2为转子，在不通电时定子永磁与装在永磁体空隙中的移子形成数拾对N、S磁极。当转子在外力的作用下按顺时针方向移动，当转子中心线a越过移子中心线b时，转子的S磁极与定子的S磁极产生相斥力，转子的N磁极与定子的S磁极产生吸力，使转子按顺时针方向转动。当转子中心线a与前方移子中心线b′接近时，转子因永磁的相互作用会停止向前运动，把转子从b～b′移动的位置分为动力磁场区域，在这个区域转子与定子永磁体的作用力称为动力磁场。转子进入移子中心线b′后停止运行的位置到越过移子中心线b′后，转子在永磁的作用下向前运动的始点，把这一段距离称为阻力磁场区域，在这一区域内，阻碍转子运动的相对磁场称为阻力磁场，当转子进入阻力磁场区域时，移子通入直流电，产生与定子永磁磁极相同的极性；磁感应强度同等时，阻力磁场被消除，转子依其贯性通过阻力磁场区域。当转子进入动力磁场区域时断开移子电流，动力磁场使转子向前运动，依照上述循环工作，机器就可以利用永磁的磁能向外输出动力。在移子线圈两端接入电能回收变压器，移子断电时，因移子磁场收缩产生感应电流，经变压器回收储备于电容器中再次使用。
5、本发明的转子、定子上的永磁体在同心圆上用几何等分并相对应，等分数为2以上的任何整数。
6、实现本发明的最好方式如图3所示，启动时合上开关J1，用手将转子转动，机器转速提高后合上开关J2。当转子永磁体进入阻力磁场区域时，转子位移传感器D1驱动T1T2T3开通，T4关断，R1R2R3R4R5为阻流电阻，R6R7为分压电阻，脉冲变W1驱动T7T11T12开通，T9T10开通，W1通过R10T6使T8关断。60伏直流电经限流电阻R23、移子W2、开关T10回路，移子产生磁场消除阻力磁场，转子依其惯性通过阻力磁场区域，进入动力磁场区域时，转子位移传感器T1关断T3、T2关断，T4开通，脉冲变压器W1通过R8驱动T5开通，使T11、T12、T7关断，同时通过二级管D7使T8开通，电源E经过R12D11D10和T10的e极，T8构成回路给T10施加反冲电压，使T9、T10快速关断，同时移子W2释放电能，一路经回收能量变压器W3电容C2，二级管D12回路，将能量回收储存于电容C3，C4中再利用，电容C4的电压力为60伏，电容C3的电压为70伏，D14、D15为整流器。二路经二级管D13、电容C5、电池回路，给电容C5充电，永磁体进入动力磁场区域时，转子位移传感器D20、使T19比T1提前1-2度角关断，T19关断时，T16T18关断，T17开通，脉冲变压器W4经R15使T15开通，使T13T14比功率开关T10提前关断，防止T10关断时移子释放的电能经T14回路，R19、R20、R21、R22、R18为限流电阻，R17R16为分压电阻，二级管D4D17D7的作用是使开通信号自保，三极管T15T6T5的作用为释放关断信号，使开关时间与转子位移传感器同步，稳压管D2、D3、D5、D6、D8、D9、D16、D18、D19其作用是防止场效应管过电压击穿棚极。转子永磁体再次进入阻力磁场区域时，转子位移传感器使T19比T1提前开通，T16T18开通，T17关断，脉冲变压器W4经二极D17驱动T13T14开通，当开关T10开通时，电容C5经T18T14移子W2、T10放电，完成能量再次使用的过程，当T12T11开通时高于C4、电池10伏的分离电源C3瞬时过驱动施加入功率开关T10的基极，使T10的通态电压降小于0.01伏，有效地降低通态损耗。
7、现有的抗饱和电路使三极管在低饱和状态下工作，以达到减小关断损耗，这一方法的缺陷在于通态电压降高(达林顿在1.7-2.5伏以上)，在大电流，大电感负载的情况下，通态损耗最为突出。本发明着重在于高效率回收能量，最低限度减小损耗，为此本发明提出了三点新的有效的方案一是在组成达林顿时，应满足如下关系；Ic＝1/5I集，Ic为达林顿工作时的电流值，I集为达林顿分立元件集电极标称电流的总和，这一方法的目的是使达林顿在小电流下工作，为使达林顿实现通态零压降提供前提条件。二是在达林顿开通时使用高于ce极工作电源电压值的分离电源(不受达林顿ce极电压影响的另一电源)加在达林顿的基极，这一瞬时的高压大电流使得达林顿达到最大深度饱和导通，使通态电压降小于0.01伏。通态饱和俞深，关断时间俞长，关断损耗俞大。为了减小关断损耗，除采用施加反电压关断措施外，本发明采取在达林顿ce极并接二极管，大电容吸收电路，电容容量俞大，达林顿关断时的电压上升率俞小。根据电容两端电压不能突变的原理，大容量电容吸收电路使达林顿在很低的电压下关断，从而效好地解决由于达林顿深度饱和导通关断损耗增大的矛盾。三是为了提高效率，本发明还提出将吸收电路储存的能量返还再次使用的方案。为了避免移子释放电能时从开关T14回路而产生高电压，使开关T14损耗增大的问题，让开关T14比T10提前关断，效好地解决了开关T14关断损耗问题。
8、现有的同步永磁电机是在通电时使转子上的爪极产生磁极与定子上的永磁体磁极产生相斥、吸力，并不断改变电流方向变换爪极的极性使电机运转，整个过程都是将电变为磁，而且由于爪极的空隙很大，电磁转换率低。而本发明是转子永磁体进入动力磁场区域时，定子、转子的永磁体与移子形成吸、斥力使电机运转，这一过程是不耗电的。移子铁芯由于使用高磁导率无汽隙带绕矩形铁芯，电磁转换率高，通电与断电的过程为电变为磁，磁变为电的转换过程。本发明注重高效率回收能量。现有的单相异步电动机的效率为37％，无刷直流换流电机最高效率为64.7％，而本发明不存在电能转换为机械能的机理，输出的能为永磁体的相互吸、斥力。根据电磁原理，使用最佳的软磁材料作移子铁芯，回收能量的效率可达95％以上。所以本发明耗电少则可以输出很大的功率。
权利要求
1.一种利用定子、转子上的永磁体形成的吸、斥力向外输出动力，用移子产生的磁极克服阻力磁场，回收能量再次使用的电机，其特征在于a、定子、转子上的永磁体在同心圆上用几何等分，等分数为2以上的任何整数。转子上的永磁体的磁极同向，在同心圆上环绕等分嵌在支架中。定子、转子的永磁体磁极互相垂直。b、基础机型为一个定子两个转子，其结构为磨叠式，定子、转子磁力作用面为圆柱截平面。在基础机型上可以任意增加定子、转子数目。c、用转子位移传感双检测器和电压型低功耗光电过驱动大功率晶体管开关、三极管c、e极接大容量电容吸收、能量返还再次使用电路。d、用公式B水＝KBr(1+30％)确定定子、移子有关参数，使机器回收能量达到最高效率。e、移子铁蕊为带绕矩形和带绕矩形切割铁蕊，其材料使用恒磁导率，低剩磁Br扁平磁滞回线的软磁合金。
2.根据权利要求(1、c)所述的电路，其特征是转子位移传感器双检测其作用是使吸收电路开关(T14)在移子释放电能之前关断，减小开关损耗。驱动电路使用二级管自保开通信号和三级管释放关断信号确保功率开关的开与关的时间与转子位移传感器同步。瞬时过压过流驱动、反施加电压关断，大容量电容吸收、返还能量使用等电路组成一个低通态电压降、总损耗小的大功率开关电路。
全文摘要
一种回收能量式永磁电机,属于电磁学领域。本发明是一种利用转子、定子上的永磁体的吸、斥力向外输出动力,回收能量再次使用的电机。该电机的特点是:用转子位移传感器双检测,低功耗大功率开关电路。移子(电感)铁芯用恒磁导率、低剩磁扁平磁滞回线合金的带绕矩形和带绕矩形切割铁芯,能耗小,回收能量效率高。本发明的转子、定子上的永磁体为2以上任意整数等分。转子、定子组成磨叠式结构。
文档编号H02N11/00GK1173071SQ9611111
公开日1998年2月11日 申请日期1996年8月3日 优先权日1996年8月3日
发明者王秉平 申请人:王秉平