一種永磁直流加能電機(jī)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種永磁直流加能電機(jī)，包括機(jī)殼(13)、永磁轉(zhuǎn)子單元、換向系統(tǒng)組件以及永磁加能器定子極組件；機(jī)殼(13)內(nèi)固定有永磁加能器定子極組件，永磁加能器定子極組件內(nèi)側(cè)設(shè)有永磁轉(zhuǎn)子單元，永磁轉(zhuǎn)子單元通過(guò)軸承(2)安裝在前端蓋(15)和后端蓋(10)上，前端蓋(15)和后端蓋(10)分別安裝在機(jī)殼(13)的前后兩端上，永磁轉(zhuǎn)子單元的電機(jī)軸(1)上還安裝有換向系統(tǒng)組件。該永磁直流加能電機(jī)，永磁能量利用率高、節(jié)能效果顯著，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。
【專利說(shuō)明】
一種永磁直流加能電機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于電機(jī)工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種永磁直流加能電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]電機(jī)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種裝置，從能源結(jié)構(gòu)形式劃分，目前傳統(tǒng)的電機(jī)可分為二類:一類是只用一種電能驅(qū)動(dòng)的電機(jī)，其能源結(jié)構(gòu)為“一元”，例如交流電機(jī)、直流電機(jī)、磁阻電機(jī)等;另一類是用電能和永磁能共同驅(qū)動(dòng)的電機(jī)其能源結(jié)構(gòu)為“二元”參見圖1?2，例如永磁電機(jī)、永磁同步電機(jī)、永磁直流無(wú)刷電機(jī)等，由于二元電機(jī)從結(jié)構(gòu)上增加了永磁能源層面，所以提高了永磁能的利用率，其節(jié)電率比一元電機(jī)普通提高10?20%，但由于其結(jié)構(gòu)上的限制，故存在一定的不足之處:1、電勵(lì)磁鐵芯的兩個(gè)極只能利用其中一個(gè)極或一個(gè)層面工作。2、永磁體N、S兩個(gè)極也只能利用一個(gè)極面或一個(gè)層面工作。3、永磁體布置缺少聚磁作用其利用率不高，轉(zhuǎn)子電樞結(jié)構(gòu)復(fù)雜，耗電多，溫升高;綜上所述，要提高永磁能的利用率。為此另辟溪徑探索新原理，尋求簡(jiǎn)單合理的機(jī)體組合結(jié)構(gòu)是一個(gè)重要的創(chuàng)新課題，其中永磁能量的開發(fā)利用成為問(wèn)題的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題是:克服二元永磁電機(jī)現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供了一種永磁能量利用率高、節(jié)能效果顯著，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低的永磁直流加能電機(jī)。
[0004]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0005]—種永磁直流加能電機(jī)，包括機(jī)殼、永磁轉(zhuǎn)子單元、換向系統(tǒng)組件以及永磁加能器定子極組件;機(jī)殼內(nèi)固定有永磁加能器定子極組件，永磁加能器定子極組件內(nèi)側(cè)設(shè)有永磁轉(zhuǎn)子單元，永磁轉(zhuǎn)子單元通過(guò)軸承安裝在前端蓋和后端蓋上，前端蓋和后端蓋分別安裝在機(jī)殼的前后兩端上，永磁轉(zhuǎn)子單元的電機(jī)軸上還安裝有換向系統(tǒng)組件。
[0006]所述的永磁加能器定子極組件包括至少六組永磁加能器定子極單元，所述的永磁加能器定子極單元包括集磁鐵芯、繞組以及多塊并列以聚磁結(jié)構(gòu)分布的定子永磁體，所述的集磁鐵芯上嵌放有繞組，集磁鐵芯內(nèi)層小端面對(duì)應(yīng)永磁轉(zhuǎn)子單元，外層大端面緊貼于定子永磁體內(nèi)極面，定子永磁體的充磁方向?yàn)閺较颍ㄗ佑来朋w外極面固定在機(jī)殼內(nèi)。
[0007]所述的永磁加能器定子極組件包括六組永磁加能器定子極單元，六組永磁加能器定子極單元按夾角60度分別均布于機(jī)殼內(nèi)，集磁鐵芯由硅鋼片疊裝鉚固制成，集磁鐵芯形狀為“工”或“T”字形，集磁鐵芯小端面向內(nèi)層對(duì)應(yīng)永磁轉(zhuǎn)子單元，中間部分截面小，外層大端面緊貼于瓦片狀定子永磁體內(nèi)極面，繞組嵌放在集磁鐵芯中間部分，六組永磁加能器定子極單元之間用壓塊及螺釘固連在機(jī)殼內(nèi)圓上，壓塊16為非磁性材料，其中兩組為一相，六組組成三相，每相電夾角為120度均布。
[0008]每組永磁加能器定子極單元中包括按同一磁場(chǎng)方向并列4塊定子永磁體，4塊定子永磁體分兩排，每排兩塊定子永磁體。
[0009]所述的永磁轉(zhuǎn)子單元包括轉(zhuǎn)子體、電機(jī)軸和多塊轉(zhuǎn)子永磁體;所述的轉(zhuǎn)子體安裝在電機(jī)軸上，電機(jī)軸通過(guò)軸承安裝在前端蓋和后端蓋上，轉(zhuǎn)子體的外表面上粘接有轉(zhuǎn)子永磁體和絕緣條，絕緣條安裝在相鄰的兩個(gè)轉(zhuǎn)子永磁體之間，多塊轉(zhuǎn)子永磁體組成偶數(shù)個(gè)磁極，相鄰兩磁極的磁場(chǎng)方向相反，轉(zhuǎn)子永磁體為徑向充磁。
[0010]所述的換向系統(tǒng)組件包括支架、信號(hào)磁環(huán)、電路板、六個(gè)霍爾元件及相關(guān)的電子開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路組成;信號(hào)磁環(huán)安裝在電機(jī)軸后端，支架連接在后端蓋上，支架上設(shè)置有兩個(gè)電路板，支架上還裝有六個(gè)按圓周60度夾角均布在信號(hào)磁環(huán)上方的霍爾元件。
[0011]所述的轉(zhuǎn)子永磁體為瓦形結(jié)構(gòu)，共八塊分兩排排列，每排按圓周90度夾角均布四塊轉(zhuǎn)子永磁體，多塊轉(zhuǎn)子永磁體組成四個(gè)磁極。
[0012]所述的換向系統(tǒng)組件包括導(dǎo)電電刷、換向電刷、換向器、換向半環(huán)、導(dǎo)電環(huán)、刷架和絕緣塊;換向器安裝在電機(jī)軸后端，換向器右邊安裝兩排換向半環(huán)，每排徑向上、下各安裝一個(gè)換向半環(huán)，上、下兩個(gè)換向半環(huán)開口夾角為180度，并在開口處置入絕緣塊，換向半環(huán)的正負(fù)極在徑向上、下和軸向并排之間極性相反;換向器左邊嵌入兩個(gè)導(dǎo)電環(huán)，導(dǎo)電環(huán)的正負(fù)極與換向半環(huán)的同性極連接;絕緣體刷架固定在后端蓋上，刷架上自左至右裝有4排電刷，其中左邊兩排為導(dǎo)電電刷，左邊兩排導(dǎo)電電刷與同極導(dǎo)電環(huán)分別接觸，右邊兩排為換向電刷，右邊兩排換向電刷分別與兩排同極性換向半環(huán)接觸，其中兩排換向電刷為一組，共設(shè)三組，三組沿圓周120度均布于刷架的右半部，三組換向電刷末端接線，并與對(duì)應(yīng)的三相控制繞組依次連接。
[0013]所述的轉(zhuǎn)子永磁體為瓦形結(jié)構(gòu)，共4塊分兩排排列，每排沿圓周180度均布兩塊轉(zhuǎn)子永磁體，兩塊轉(zhuǎn)子永磁體間嵌2個(gè)絕緣瓦，多塊轉(zhuǎn)子永磁體組成二個(gè)磁極。
[0014]所述的永磁轉(zhuǎn)子單元包括電機(jī)軸、軸承、套環(huán)、永磁塊和極靴；電機(jī)軸上間隔沿圓周安裝有永磁塊和極靴，永磁塊和極靴外圈安裝有套環(huán)。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0016]1、永磁加能器定子極組件的集磁鐵芯大端面將集聚的定子永磁體的靜磁能，在“正磁場(chǎng)”的狀態(tài)下與電磁能疊加親合成動(dòng)磁能，通過(guò)小端作用于永磁轉(zhuǎn)子單元轉(zhuǎn)動(dòng)，其磁路短，磁阻小，作用直接，永磁能釋放率高，體積小，成本低。
[0017]2、永磁直流加能電機(jī)為三元結(jié)構(gòu)，永磁能/電能=2:1，多層次的能源保證了永磁能利用率的提尚;
[0018]3、永磁直流加能電機(jī)為內(nèi)轉(zhuǎn)子，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低，永磁加能器定子極組件是相對(duì)靜止組件，避開了外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本高等不利因素，其內(nèi)永磁轉(zhuǎn)子單元適用于較高轉(zhuǎn)速的運(yùn)行。
[0019]4、定子永磁體按聚磁結(jié)構(gòu)排列，局部提高了氣隙磁場(chǎng)強(qiáng)度，增加和增強(qiáng)了永磁利用層面，提高了永磁能的利用率。
[0020]5、與永磁電機(jī)比，在輸出功率相同的工作條件下，檢測(cè)數(shù)據(jù)表明永磁直流加能電機(jī)其節(jié)電率平均為26.62% ；
[0021 ] 6、本永磁加能電機(jī)和永磁加能器及其技術(shù)，是永磁能量釋放的形式之一，可作為一個(gè)獨(dú)立的組件或元件，應(yīng)用于電機(jī)工程技術(shù)領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是永磁直流電機(jī)能量轉(zhuǎn)換框圖；
[0023]圖2是永磁直流電機(jī)橫截面示意圖；
[0024]圖3是永磁直流加能電機(jī)能量轉(zhuǎn)換框圖；
[0025]圖4是永磁直流加能電機(jī)橫截面示意圖；
[0026]圖5是永磁直流加能電機(jī)電子換向無(wú)刷控制縱截面示意圖；
[0027]圖6是圖5的A-A橫截面示意圖。
[0028]圖7是嵌入式永磁轉(zhuǎn)子橫截面示意圖；
[0029]圖8是永磁直流加能電機(jī)機(jī)械換向有刷控制縱截面示意圖，注:換向組件為局部剖面；
[0030]圖9是圖8的B-B橫截面示意圖。
[0031 ]圖中:1-電機(jī)軸，2為軸承，3為轉(zhuǎn)子體;4為轉(zhuǎn)子永磁體;5為集磁鐵芯;6為定子永磁體;7為繞組;8為信號(hào)磁環(huán);9為電路板;10為后端蓋;11為支架；12為霍爾元件；13為機(jī)殼；14為螺釘;15為前端蓋;16為壓塊；17為絕緣條;18為絕緣瓦；19為導(dǎo)電電刷;20為換向電刷;21為絕緣塊;22為刷架;23為換向器;24為換向半環(huán);25為導(dǎo)電環(huán);26為電樞轉(zhuǎn)子;27為套環(huán);28為永磁塊;29為極靴。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0033]參見圖3至圖9，一種永磁直流加能電機(jī)，包括機(jī)殼13、永磁轉(zhuǎn)子單元、換向系統(tǒng)組件以及永磁加能器定子極組件;機(jī)殼13內(nèi)固定有永磁加能器定子極組件，永磁加能器定子極組件內(nèi)側(cè)設(shè)有永磁轉(zhuǎn)子單元，永磁轉(zhuǎn)子單元通過(guò)軸承2安裝在前端蓋15和后端蓋10上，前端蓋15和后端蓋10分別安裝在機(jī)殼13的前后兩端上，永磁轉(zhuǎn)子單元的電機(jī)軸I上還安裝有換向系統(tǒng)組件。
[0034]其中，所述的永磁加能器定子極組件包括至少六組永磁加能器定子極單元，所述的永磁加能器定子極單元包括集磁鐵芯5、繞組7以及多塊并列以聚磁結(jié)構(gòu)分布的定子永磁體6，所述的集磁鐵芯5上嵌放有繞組7，集磁鐵芯5內(nèi)層小端面對(duì)應(yīng)永磁轉(zhuǎn)子單元，外層大端面緊貼于定子永磁體6內(nèi)極面，定子永磁體6的充磁方向?yàn)閺较?，定子永磁體6外極面固定在機(jī)殼13內(nèi)。
[0035]具體的，所述的永磁加能器定子極組件包括六組永磁加能器定子極單元，六組永磁加能器定子極單元按夾角60度分別均布于機(jī)殼13內(nèi)，集磁鐵芯5由娃鋼片疊裝鉚固制成，集磁鐵芯5形狀為“工”或“T”字形，集磁鐵芯5小端面向內(nèi)層對(duì)應(yīng)永磁轉(zhuǎn)子單元，中間部分截面小，外層大端面緊貼于瓦片狀定子永磁體6內(nèi)極面，繞組7嵌放在集磁鐵芯5中間部分，六組永磁加能器定子極單元之間用壓塊16及螺釘14固連在機(jī)殼13內(nèi)圓上，壓塊16為非磁性材料，其中兩組為一相，六組組成三相，每相電夾角為120度均布，其中，每組永磁加能器定子極單元中包括按同一磁場(chǎng)方向并列4塊定子永磁體，4塊定子永磁體分兩排，每排兩塊定子永磁體。
[0036]所述的永磁轉(zhuǎn)子單元包括轉(zhuǎn)子體3、電機(jī)軸I和多塊轉(zhuǎn)子永磁體4;所述的轉(zhuǎn)子體3安裝在電機(jī)軸I上，電機(jī)軸I通過(guò)軸承2安裝在前端蓋15和后端蓋10上，轉(zhuǎn)子體3的外表面上粘接有轉(zhuǎn)子永磁體4和絕緣條17，絕緣條17安裝在相鄰的兩個(gè)轉(zhuǎn)子永磁體4之間，多塊轉(zhuǎn)子永磁體4可組成二、四或八等多個(gè)磁極，相鄰兩磁極的磁場(chǎng)方向相反，轉(zhuǎn)子永磁體為徑向充磁。
[0037]其中，電機(jī)的換向系統(tǒng)組件包括兩種:其一，電子換向(無(wú)刷)，具體的，所述的換向系統(tǒng)組件包括支架11、信號(hào)磁環(huán)8、電路板9、六個(gè)霍爾元件12及相關(guān)的電子開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路組成;信號(hào)磁環(huán)8安裝在電機(jī)軸I后端，支架11連接在后端蓋10上，支架11上設(shè)置有兩個(gè)電路板9，支架11上還裝有六個(gè)按圓周60度夾角均布在信號(hào)磁環(huán)8上方的霍爾元件12。
[0038]所述的轉(zhuǎn)子永磁體4為瓦形結(jié)構(gòu)，共八塊分兩排排列，每排按圓周90度夾角均布四塊轉(zhuǎn)子永磁體4，多塊轉(zhuǎn)子永磁體4組成四個(gè)磁極。
[0039]其二、機(jī)械換向(有刷)，具體的，所述的換向系統(tǒng)組件包括導(dǎo)電電刷19、換向電刷20、換向器23、換向半環(huán)24、導(dǎo)電環(huán)25、刷架22和絕緣塊21;換向器23安裝在電機(jī)軸I后端，換向器23右邊安裝兩排換向半環(huán)24，每排徑向上、下各安裝一個(gè)換向半環(huán)24，上、下兩個(gè)換向半環(huán)24開口夾角為180度，并在開口處置入絕緣塊21，換向半環(huán)24的正負(fù)極在徑向上、下和軸向并排之間極性相反;換向器23左邊嵌入兩個(gè)導(dǎo)電環(huán)25，導(dǎo)電環(huán)25的正負(fù)極與換向半環(huán)24的同性極連接;絕緣體刷架22固定在后端蓋10上，刷架22上自左至右裝有4排電刷，其中左邊兩排為導(dǎo)電電刷19，左邊兩排導(dǎo)電電刷19與同極導(dǎo)電環(huán)25分別接觸，右邊兩排為換向電刷20，右邊兩排換向電刷20分別與兩排同極性換向半環(huán)24接觸，其中兩排換向電刷20為一組，共設(shè)三組，三組沿圓周120度均布于刷架22的右半部，三組換向電刷20末端接線，并與對(duì)應(yīng)的三相控制繞組7依次連接。
[0040]所述的轉(zhuǎn)子永磁體4為瓦形結(jié)構(gòu)，共4塊分兩排排列，每排沿圓周180度均布兩塊轉(zhuǎn)子永磁體4，兩塊轉(zhuǎn)子永磁體4間嵌2個(gè)絕緣瓦18，多塊轉(zhuǎn)子永磁體4組成二個(gè)磁極。
[0041]此外，如果要獲得較高的氣隙磁場(chǎng)強(qiáng)度和提高永磁能的利用率，可采用嵌入式轉(zhuǎn)子磁極，參見圖7，所述的永磁轉(zhuǎn)子單元包括電機(jī)軸1、軸承2、套環(huán)27、四塊永磁塊28和四塊極靴29;電機(jī)軸I上間隔沿圓周安裝有永磁塊28和極靴29，永磁塊28和極靴29外圈安裝有套環(huán)27，四塊永磁塊28和四塊極靴29對(duì)外形成四個(gè)磁極，需要說(shuō)明的是，永磁塊28和極靴29還可以是其它偶數(shù)個(gè)。
[0042]需要說(shuō)明的是，電機(jī)繞組的控制相數(shù)有單相或多項(xiàng)；電子換向?qū)ǚ绞接小岸?dǎo)通”或多項(xiàng)導(dǎo)通。但本發(fā)明的以上電子換向或機(jī)械換向的繞組相數(shù)均采用三相控制，導(dǎo)通方式采用“三三導(dǎo)通”，即三相的繞組同時(shí)通電工作，不論采用有刷或無(wú)刷控制其永磁加能的主要功能不變；
[0043]永磁加能器定子極組件工作狀態(tài)有二種:其一在“正磁場(chǎng)”狀態(tài)時(shí)，電磁場(chǎng)的動(dòng)磁場(chǎng)與永磁場(chǎng)的靜磁場(chǎng)疊加為方向一致的增強(qiáng)磁場(chǎng)，作用于永磁轉(zhuǎn)子單元;其二在“反磁場(chǎng)”狀態(tài)時(shí)，電磁場(chǎng)單獨(dú)對(duì)永磁轉(zhuǎn)子單元作用，并同時(shí)阻擋永磁靜磁場(chǎng)的作用介入，其兩種狀態(tài)的工作變換為“二循環(huán)”，集磁鐵芯5起磁通開關(guān)作用。
[0044]進(jìn)一步地，具體的，本發(fā)明的永磁直流加能電機(jī)，是由機(jī)殼、固定在機(jī)殼內(nèi)的永磁加能器定子極組件與前端蓋、后端蓋、與軸承相連接的永磁轉(zhuǎn)子單元以及換向系統(tǒng)組件構(gòu)成;本電機(jī)從能源層次配置上采用了三元結(jié)構(gòu)，參見圖3?圖4，由內(nèi)、中、外三層組成的能源比率為:永磁能/電磁能=2:1 ；
[0045]如圖5、6、8、9所示，電機(jī)軸I兩端的軸承2、以及前端蓋15、后端蓋10，分別由螺釘14連接在機(jī)殼兩端。定子永磁體為徑向充磁，由多塊(個(gè))并列以聚磁結(jié)構(gòu)分布，起到外層永磁源作用，繞組7和集磁鐵芯5起到中層電磁源的換向及永磁加能的作用，因此永磁加能器是具有中層及外層能源體的單元;轉(zhuǎn)子永磁體為徑向充磁，由多塊組成四個(gè)磁極，相鄰兩個(gè)磁極的極性相反，永磁轉(zhuǎn)子單元構(gòu)成了內(nèi)層的永磁源；內(nèi)、中和外三層次能源分布比率為:永磁能/電磁能=2:1 ；
[0046]上述永磁加能器定子極組件由6個(gè)單元分別均布于機(jī)殼內(nèi)，其集磁鐵芯5用娃鋼片制成，根據(jù)需要其形狀可為“工”或“T”字形，小端向內(nèi)層對(duì)應(yīng)永磁轉(zhuǎn)子單元，中間部分截面較小，繞組7嵌放其中，大端面的面積最大，緊貼于瓦片狀定子永磁體6內(nèi)極面，所有定子永磁體的充磁方向?yàn)閺较?，參見圖中N、S標(biāo)識(shí)，按同一磁場(chǎng)方向并列4塊或多塊，見圖4?6，這種聚磁排列增加了永磁靜磁勢(shì)能，并由集磁鐵芯5的大端集聚起來(lái)，再集中到中段繼而傳導(dǎo)到小端作用于永磁轉(zhuǎn)子單元旋轉(zhuǎn)；
[0047]需要說(shuō)明的是，上述六組永磁加能器定子極單元中的多塊定子永磁體6，其安裝的磁場(chǎng)方向有兩種結(jié)構(gòu):其一，每組永磁加能器定子極單元中的定子永磁體6按圓周均布，每相鄰的兩組永磁加能器定子極單元之間磁場(chǎng)方向相反間隔排列，磁極按N、S、N、S、N、S;其二，每組永磁加能器定子極單元的定子永磁體6按圓周均布，每相鄰的兩組永磁加能器定子極單元之間磁場(chǎng)方向同一向軸心排列，磁極按N、N、N、N、N、N，以上兩種結(jié)構(gòu)都不影響永磁加能的功能作用。由于永磁轉(zhuǎn)子單元的磁極數(shù)和轉(zhuǎn)動(dòng)的角度不同，所以永磁加能器定子極組件受控的磁場(chǎng)方向也不同，因此在圓周位置上會(huì)同時(shí)產(chǎn)生磁吸引力和排斥力驅(qū)動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子單元轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0048]以上所述的結(jié)構(gòu)原理適用于無(wú)刷和有刷控制的永磁直流加能電機(jī)，參見圖6和圖9。
[0049]需要說(shuō)明的是，永磁加能器定子極組件簡(jiǎn)稱永磁加能器;永磁轉(zhuǎn)子單元簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)子或永磁轉(zhuǎn)子。
[0050]上述永磁加能器定子極組件的工作原理是:當(dāng)繞組7通正電勵(lì)磁，集磁鐵芯5的電磁場(chǎng)方向與定子永磁體6的磁場(chǎng)方向相同，這時(shí)永磁和電磁場(chǎng)親合后疊加磁通增強(qiáng)，并通過(guò)集磁鐵芯中部達(dá)到小端作用于永磁轉(zhuǎn)子單元轉(zhuǎn)動(dòng)，這種增強(qiáng)磁場(chǎng)為“正磁場(chǎng)”；反之當(dāng)繞組7通負(fù)電勵(lì)磁，集磁鐵芯5電磁場(chǎng)方向與定子永磁體6的磁場(chǎng)方向相反，這時(shí)中層電磁場(chǎng)就阻擋外層的定子永磁場(chǎng)磁力通過(guò)，永電兩磁場(chǎng)處于對(duì)斥隔離狀態(tài)，這時(shí)只有電磁力對(duì)轉(zhuǎn)子做功，這種未增強(qiáng)的亞強(qiáng)磁場(chǎng)為“反磁場(chǎng)”，永磁加能器這種正磁場(chǎng)和反磁場(chǎng)的持續(xù)交替稱“二循環(huán)”，集磁鐵芯5起到對(duì)外層永磁能輸入的開關(guān)功能;傳統(tǒng)電機(jī)的電勵(lì)磁定子只有一種推拉轉(zhuǎn)子作用，永磁加能器既有推、拉轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)作用，也有永磁加能的功能，而且還具有三元結(jié)構(gòu)電機(jī)多層面提高永磁能利用率的作用；
[0051]上述永磁轉(zhuǎn)子單元，如圖6所示，轉(zhuǎn)子永磁體4、充磁方向?yàn)閺较?，轉(zhuǎn)子永磁體4與絕緣條17粘接在轉(zhuǎn)子體3外表面、轉(zhuǎn)子體3內(nèi)孔連接在電機(jī)軸I上，相鄰兩磁極方向相反，共構(gòu)成四個(gè)極;轉(zhuǎn)子永磁體可由多塊組成，如果要獲得較高的氣隙磁場(chǎng)強(qiáng)度和提高永磁能的利用率，可采用嵌入式轉(zhuǎn)子磁極，參見圖7。
[0052]進(jìn)一步地，上述換向系統(tǒng)采用二種方式:1、電子換向(無(wú)刷)如圖5所示，電子換向是借助位置傳感器霍爾元件12、信號(hào)磁環(huán)8、電路板9及邏輯驅(qū)動(dòng)電路來(lái)完成的，其性能好，成本較高;2、機(jī)械換向(有刷)則是以導(dǎo)電電刷19、換向器23、換向半環(huán)24來(lái)完成的，其成本低、適用于稍大功率，以上有刷和無(wú)刷控制各有所長(zhǎng)、可根據(jù)需要選擇使用;本電機(jī)無(wú)論采用電子換向或機(jī)械換向，其繞組相數(shù)均采用三相控制和“三三導(dǎo)通”方式，三相繞組同時(shí)通電工作，不論采用有刷或無(wú)刷控制其永磁加能的主要功能不變。
[0053 ]上述永磁直流加能電機(jī)的永磁加能器定子極組件的數(shù)量可設(shè)6、9、12等多個(gè);永磁轉(zhuǎn)子單元的極數(shù)可設(shè)2、4、8等多個(gè)。本永磁直流加能電機(jī)采用的方案為:相數(shù)/定子極數(shù)/轉(zhuǎn)子極數(shù)，電子換向(無(wú)刷)為3/6/4;機(jī)械換向(有刷)3/6/2。參見圖6和圖9。
[0054]實(shí)施例1
[0055]本發(fā)明的永磁直流加能電機(jī)采用電子換向(無(wú)刷控制)如圖5?6所示:包括機(jī)殼
13、固連在機(jī)殼內(nèi)的永磁加能器定子極組件、永磁轉(zhuǎn)子單元、軸承、前端蓋、后端蓋以及與之連接的電子換向系統(tǒng)組件構(gòu)成；
[0056]其中，永磁加能器定子極組件包括集磁鐵芯5由硅鋼片疊裝鉚固，集磁鐵芯的中部嵌入繞組7、集磁鐵芯的大端面粘貼定子永磁體6、定子永磁體徑向充磁、磁場(chǎng)方向見圖6中標(biāo)識(shí)，按聚磁結(jié)構(gòu)并列排列，上述零件構(gòu)成永磁加能器定子極單元，永磁加能器定子極單元共有6組，按機(jī)械夾角60度在機(jī)殼13內(nèi)均布，以上6組之間用壓塊16及螺釘14固連在機(jī)殼內(nèi)圓上。壓塊16為非磁性材料。
[0057]其中，永磁轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子永磁體4、轉(zhuǎn)子永磁體4為徑向充磁、轉(zhuǎn)子永磁體4形狀為瓦形，分兩排共8塊，每排4塊，每排中的4塊按圓周90度夾角均布，相鄰兩極磁場(chǎng)方向相反而構(gòu)成四個(gè)極，絕緣條17有4個(gè)填在四塊轉(zhuǎn)子永磁體4之間，轉(zhuǎn)子永磁體4與絕緣條17—起用環(huán)氧樹脂膠粘接在轉(zhuǎn)子體3外表面上，再將電機(jī)軸I與其固連。
[0058]其中電子換向系統(tǒng)組件包括裝在電機(jī)軸I后端的信號(hào)磁環(huán)8、信號(hào)磁環(huán)8首先與永磁轉(zhuǎn)子四個(gè)極的位置準(zhǔn)確定位，6個(gè)霍爾元件12按圓周60度夾角均布，電路板9安裝在支架11上，支架11連接在后端蓋上;換向控制按三相、導(dǎo)通方式采用“三三導(dǎo)通”、6個(gè)繞組按三相接線，以上每一換向位置都有相應(yīng)的信號(hào)放大，邏輯控制及驅(qū)動(dòng)電路。
[0059 ]本發(fā)明永磁直流加能電機(jī)的工作原理如圖5?6所示:
[0060]當(dāng)永磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，信號(hào)電流及轉(zhuǎn)換路徑為:信號(hào)磁環(huán)8—霍爾元件12—信號(hào)放大器—邏輯控制電路—驅(qū)動(dòng)電路—二相繞組—集磁鐵芯—永磁加能—永磁轉(zhuǎn)子—機(jī)械能輸出；同時(shí)在此工作路徑和過(guò)程中，永磁加能器定子極組件與永磁轉(zhuǎn)子單元之間產(chǎn)生的磁吸引力和排斥力都按順時(shí)針?lè)较蛲?、拉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，在O度?60度的角度內(nèi)，永磁加能器所處的磁場(chǎng)狀態(tài)為“正磁場(chǎng)”時(shí)，電磁和永磁疊加，增加磁場(chǎng)強(qiáng)度、起永磁加能的作用，反之，永磁加能器處于的磁場(chǎng)狀態(tài)為“反磁場(chǎng)”時(shí)，集磁鐵芯5的電磁對(duì)內(nèi)層永磁轉(zhuǎn)子作用，同時(shí)將定子永磁體的磁作用阻擋在外層，這種二循環(huán)的“正反”兩磁場(chǎng)共同作用轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)轉(zhuǎn)子順時(shí)轉(zhuǎn)至60度時(shí)，三相控制的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)進(jìn)入下一相位，同前相位同理工作，依次換向，反復(fù)循環(huán)，繼續(xù)不斷使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)輸出機(jī)械能。
[0061 ]電子(無(wú)刷)控制的永磁直流加能電機(jī)，主要特點(diǎn)是節(jié)能，性能好，適用于驅(qū)動(dòng)類電機(jī)。
[0062]實(shí)施例2
[0063]本發(fā)明的永磁直流加能電機(jī)如圖8?9所示;包括機(jī)殼13、固連在機(jī)殼內(nèi)的永磁加能器定子極組件、永磁轉(zhuǎn)子單元、軸承2、前端蓋15、后端蓋10以及與之連接的機(jī)械換向(有刷控制)系統(tǒng)組件組成；
[0064]其中永磁加能器定子極組件包括:集磁鐵芯5由硅鋼片疊裝鉚固、鐵芯中部嵌入繞組7、鐵芯的大端面粘帖定子永磁體6、定子永磁體6其徑向充磁、磁場(chǎng)方向見圖中標(biāo)識(shí)、并按聚磁結(jié)構(gòu)排列，上述永磁加能器共有六組、按機(jī)械夾角60度均布，每組中定子永磁體6由4塊構(gòu)成，其中兩組為一相，每相電夾角為120度均布，三相控制線路連接三組(6個(gè))換向電刷20;六組之間由壓塊16及螺釘14沿機(jī)殼內(nèi)固連；
[0065]其中，永磁轉(zhuǎn)子單元包括轉(zhuǎn)子永磁體4為徑向充磁、轉(zhuǎn)子永磁體4形狀為瓦形，共4塊，分兩排，每排兩塊，兩塊沿圓周180度均布，轉(zhuǎn)子永磁體兩極方向相反，兩極間嵌2個(gè)絕緣瓦18、同粘帖在轉(zhuǎn)子體3外圓上，并與電機(jī)軸I連接；
[0066]其中，機(jī)械換向系統(tǒng)包括裝在電機(jī)軸I后端的換向器23，換向器23由絕緣材料制作，右邊嵌入換向半環(huán)24，每排徑向上、下共兩個(gè)，上、下兩換向半環(huán)24開口夾角為180度，換向半環(huán)24中心與永磁轉(zhuǎn)子磁極中心重合，并在開口處置入絕緣塊21，換向半環(huán)24和絕緣塊21—同粘接在換向器23槽中，換向半環(huán)24軸向分布為兩排，換向半環(huán)24共4件，換向半環(huán)24的正負(fù)極在徑向上、下和軸向并排之間極性相反。
[0067]換向器23左邊嵌入導(dǎo)電環(huán)25，導(dǎo)電環(huán)25數(shù)量?jī)蓚€(gè)，導(dǎo)電環(huán)25分兩排粘接，導(dǎo)電環(huán)25的正負(fù)極與換向半環(huán)24的同性極連接;其中，固定在后端蓋10上的刷架22為絕緣體，刷架22上自左至右裝有4排電刷，其中左邊兩排為導(dǎo)電電刷19，導(dǎo)電電刷19與同極導(dǎo)電環(huán)25分別接觸;右邊兩排為換向電刷20，換向電刷20分別與兩排同極性換向半環(huán)24接觸，其兩排換向電刷20為一組，共設(shè)三組，共6個(gè)，沿圓周120度均布于刷架22的右半部，三組換向電刷末端接線，按設(shè)定與對(duì)應(yīng)的三相控制繞組依次連接。
[0068]上述永磁直流加能電機(jī)工作原理如圖8?9所示:當(dāng)電機(jī)的永磁轉(zhuǎn)子于初始O度位置開始工作時(shí)，三組換向電刷20與三相繞組分別同時(shí)通電，電流轉(zhuǎn)換通徑為:直流電源—導(dǎo)電電刷—導(dǎo)電環(huán)—換向半環(huán)—換向電刷—二相繞組—集磁鐵芯—永磁加能—永磁轉(zhuǎn)子—機(jī)械能輸出；由于換向半環(huán)與三組換向電刷在圓周接觸時(shí)所處的位置不同，致使三相繞組控制的電流方向也就不同，所以集磁鐵芯的磁場(chǎng)方向不同，所產(chǎn)生的對(duì)永磁轉(zhuǎn)子的吸、斥力正是設(shè)計(jì)所規(guī)定的，它們分別驅(qū)動(dòng)兩極轉(zhuǎn)子按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，在O度?60度的角度內(nèi)永磁加能器處于“正磁場(chǎng)”狀態(tài)下，永磁和電磁疊加，親合磁通增大，集磁鐵芯5對(duì)永磁轉(zhuǎn)子磁作用力增強(qiáng)，起到永磁加能作用；反之當(dāng)永磁加能器處于“反磁場(chǎng)”狀態(tài)下，集磁鐵芯5對(duì)內(nèi)層永磁轉(zhuǎn)子只起電磁力的作用，同時(shí)將定子永磁體的作用阻擋在外層，這種二循環(huán)的“正、反”磁場(chǎng)共同作用轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)轉(zhuǎn)至60度時(shí)，換向器組件依次進(jìn)入下一相位，轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，輸出功率，這樣反復(fù)循環(huán)，電機(jī)持續(xù)工作。
[0069]機(jī)械(有刷)控制的永磁直流加能電機(jī)主要特點(diǎn)是節(jié)能、成本低、適用于驅(qū)動(dòng)類電機(jī)。
[0070]本發(fā)明公開的永磁直流加能電機(jī)，主要由轉(zhuǎn)子永磁體以及永磁加能器定子極組件三個(gè)層次(三元)能源結(jié)構(gòu)組成，當(dāng)永磁轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，換向器向永磁加能器供電，集磁鐵芯繞組勵(lì)磁，產(chǎn)生電磁和永磁疊加的耦合磁通，共同作用于永磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，合成轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，在這種電磁能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中同時(shí)完成了永磁加能，大幅提高了永磁能量的利用率;永磁直流加能電機(jī)結(jié)構(gòu)為三元，原理為兩循環(huán)，以永磁加能的技術(shù)利用永磁能量，特點(diǎn)高效節(jié)能，機(jī)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，是一種新型電機(jī)。
[0071]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種永磁直流加能電機(jī)，其特征在于，包括機(jī)殼(13)、永磁轉(zhuǎn)子單元、換向系統(tǒng)組件以及永磁加能器定子極組件;機(jī)殼(13)內(nèi)固定有永磁加能器定子極組件，永磁加能器定子極組件內(nèi)側(cè)設(shè)有永磁轉(zhuǎn)子單元，永磁轉(zhuǎn)子單元通過(guò)軸承(2)安裝在前端蓋(15)和后端蓋(10)上，前端蓋(15)和后端蓋(10)分別安裝在機(jī)殼(13)的前后兩端上，永磁轉(zhuǎn)子單元的電機(jī)軸(I)上還安裝有換向系統(tǒng)組件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁直流加能電機(jī)，其特征在于，所述的永磁加能器定子極組件包括至少六組永磁加能器定子極單元，所述的永磁加能器定子極單元包括集磁鐵芯(5)、繞組(7)以及多塊并列以聚磁結(jié)構(gòu)分布的定子永磁體(6)，所述的集磁鐵芯(5)上嵌放有繞組(7)，集磁鐵芯(5)內(nèi)層小端面對(duì)應(yīng)永磁轉(zhuǎn)子單元，外層大端面緊貼于定子永磁體(6)內(nèi)極面，定子永磁體(6)的充磁方向?yàn)閺较?，定子永磁體(6)外極面固定在機(jī)殼(13)內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的永磁直流加能電機(jī)，其特征在于，所述的永磁加能器定子極組件包括六組永磁加能器定子極單元，六組永磁加能器定子極單元按夾角60度分別均布于機(jī)殼(13)內(nèi)，集磁鐵芯(5)由硅鋼片疊裝鉚固制成，集磁鐵芯(5)形狀為“工”或“T”字形，集磁鐵芯(5)小端面向內(nèi)層對(duì)應(yīng)永磁轉(zhuǎn)子單元，中間部分截面小，外層大端面緊貼于瓦片狀定子永磁體(6)內(nèi)極面，繞組(7)嵌放在集磁鐵芯(5)中間部分，六組永磁加能器定子極單元之間用壓塊(16)及螺釘(14)固連在機(jī)殼(13)內(nèi)圓上，壓塊16為非磁性材料，其中兩組為一相，六組組成三相，每相電夾角為120度均布。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的永磁直流加能電機(jī)，其特征在于，每組永磁加能器定子極單元中包括按同一磁場(chǎng)方向并列4塊定子永磁體，4塊定子永磁體分兩排，每排兩塊定子永磁體。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的永磁直流加能電機(jī)，其特征在于，所述的永磁轉(zhuǎn)子單元包括轉(zhuǎn)子體(3)、電機(jī)軸(I)和多塊轉(zhuǎn)子永磁體(4);所述的轉(zhuǎn)子體(3)安裝在電機(jī)軸(I)上，電機(jī)軸(I)通過(guò)軸承(2)安裝在前端蓋(15)和后端蓋(10)上，轉(zhuǎn)子體(3)的外表面上粘接有轉(zhuǎn)子永磁體(4)和絕緣條(17)，絕緣條(17)安裝在相鄰的兩個(gè)轉(zhuǎn)子永磁體(4)之間，多塊轉(zhuǎn)子永磁體(4)組成偶數(shù)個(gè)磁極，相鄰兩磁極的磁場(chǎng)方向相反，轉(zhuǎn)子永磁體為徑向充磁。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的永磁直流加能電機(jī)，其特征在于，所述的換向系統(tǒng)組件包括支架(11)、信號(hào)磁環(huán)(8)、電路板(9)、六個(gè)霍爾元件(12)及相關(guān)的電子開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路組成;信號(hào)磁環(huán)(8)安裝在電機(jī)軸(I)后端，支架(11)連接在后端蓋(10)上，支架(11)上設(shè)置有兩個(gè)電路板(9)，支架(11)上還裝有六個(gè)按圓周60度夾角均布在信號(hào)磁環(huán)(8)上方的霍爾元件(⑵。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的永磁直流加能電機(jī)，其特征在于，所述的轉(zhuǎn)子永磁體(4)為瓦形結(jié)構(gòu)，共八塊分兩排排列，每排按圓周90度夾角均布四塊轉(zhuǎn)子永磁體(4)，多塊轉(zhuǎn)子永磁體(4)組成四個(gè)磁極。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的永磁直流加能電機(jī)，其特征在于，所述的換向系統(tǒng)組件包括導(dǎo)電電刷(19)、換向電刷(20)、換向器(23)、換向半環(huán)(24)、導(dǎo)電環(huán)(25)、刷架(22)和絕緣塊(21);換向器(23)安裝在電機(jī)軸(I)后端，換向器(23)右邊安裝兩排換向半環(huán)(24)，每排徑向上、下各安裝一個(gè)換向半環(huán)(24)，上、下兩個(gè)換向半環(huán)(24)開口夾角為180度，并在開口處置入絕緣塊(21)，換向半環(huán)(24)的正負(fù)極在徑向上、下和軸向并排之間極性相反;換向器(23)左邊嵌入兩個(gè)導(dǎo)電環(huán)(25)，導(dǎo)電環(huán)(25)的正負(fù)極與換向半環(huán)(24)的同性極連接;絕緣體刷架(22)固定在后端蓋(10)上，刷架(22)上自左至右裝有4排電刷，其中左邊兩排為導(dǎo)電電刷(19)，左邊兩排導(dǎo)電電刷(19)與同極導(dǎo)電環(huán)(25)分別接觸，右邊兩排為換向電刷(20)，右邊兩排換向電刷(20)分別與兩排同極性換向半環(huán)(24)接觸，其中兩排換向電刷(20)為一組，共設(shè)三組，三組沿圓周120度均布于刷架(22)的右半部，三組換向電刷(20)末端接線，并與對(duì)應(yīng)的三相控制繞組(7)依次連接。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的永磁直流加能電機(jī)，其特征在于，所述的轉(zhuǎn)子永磁體(4)為瓦形結(jié)構(gòu)，共4塊分兩排排列，每排沿圓周180度均布兩塊轉(zhuǎn)子永磁體(4)，兩塊轉(zhuǎn)子永磁體(4)間嵌2個(gè)絕緣瓦(18)，多塊轉(zhuǎn)子永磁體(4)組成二個(gè)磁極。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁直流加能電機(jī)，其特征在于，所述的永磁轉(zhuǎn)子單元包括電機(jī)軸(1)、軸承(2)、套環(huán)(27)、永磁塊(28)和極靴(29);電機(jī)軸(I)上間隔沿圓周安裝有永磁塊(28)和極靴(29)，永磁塊(28)和極靴(29)外圈安裝有套環(huán)(27)。
【文檔編號(hào)】H02K23/04GK105896865SQ201610428577
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年6月16日
【發(fā)明人】趙鑫堂, 拓海亮, 曾光華, 王勤生
【申請(qǐng)人】趙鑫堂