CN107359767A - 一种Halbach型阵列永磁盘式无铁芯空心轴电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Halbach型阵列永磁盘式无铁芯空心轴电机，包括定子盘、转子盘、永磁体和轴，所述轴上沿径向对称设有定子盘一与定子盘二，所述定子盘一与定子盘二中间设有中间转子盘，所述中间转子盘顶部与外侧转子盘连接，所述外侧转子盘两侧内壁与对应的定子盘之间对称设有至少两个永磁体，所述永磁体一侧分别与外侧转子盘内壁连接，另一侧与对应定子盘沿轴向相隔；本发明研制的电机，电机重量小、效率高、振动小、噪声低；结构紧凑，适合一些要求比较特殊的应用场合，特别适合用于风力、水力发电和风光互补***，且本电机既可以当做发电机使用也可以当做电动机使用。

Description

一种Halbach型阵列永磁盘式无铁芯空心轴电机
技术领域
本发明涉及一种电机，具体是指一种Halbach型阵列永磁盘式无铁芯空心轴电机。
背景技术
盘式永磁同步电机是近几年发展起来的一种新型电机，但盘式永磁同步电机中为了减小磁路的磁阻，选用高磁导率的硅钢片叠压制成铁心，铁芯的存在往往会导致很多问题，比如：电机质量因为存在铁心而居高不下，铁心重量约占电机总质量的60％左右，而且体积庞大；铁心的存在会引起涡流损耗和磁滞损耗，这些损耗占电机总损耗的20％以上，降低了电机的效率：另外，对于将电枢绕组嵌放在铁心槽内的有齿槽电机来说，在电机运行时，齿槽效应将使电机的转矩产生脉动，降低了电机稳态运行时的功效。最终导致了体积大、重量大、损耗大、震动噪声大等问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种Halbach型阵列永磁盘式无铁芯空心轴电机，包括转子盘、线圈和轴一，所述轴一上设有线圈一，所述线圈一两侧对称设有轴承一和轴承二，所述轴承一外侧和转子盘一连接，所述轴承二外侧和转子盘二连接，所述转子盘一和转子盘二相连构成一个封闭的磁室一，所述转子盘一、线圈一和转子盘二沿轴向相隔；
所述转子盘一包括轴部一和磁盘部一，所述磁盘部一内侧设有磁铁一，所述转子盘二包括轴部二和磁盘部二，所述磁盘部二内侧设有磁铁二，所述磁铁一、线圈一和磁铁二沿轴向相隔；
所述永磁体一与永磁体二分别由若干个依次交替排列设置成Halbach型阵列的永磁体构成。
作为改进，所述线圈一设置于磁室一内。
作为改进，所述所述转子盘一的轴部一和转子盘二的轴部二上设有皮带轮，所述磁盘部一和磁盘部二外侧设有扇叶结构。
本发明另一方面提供一种Halbach型阵列永磁盘式无铁芯空心轴电机安装方案，包括定子盘、中间盘、线圈和轴，所述轴两侧设有轴承三与轴承四，所述轴上沿径向间隔对应设有线圈二和线圈三，所述线圈二和线圈三之间设有磁铁四，所述磁铁四顶部与“T”型中间盘的底部伸出端连接，所述中间盘两侧伸出端分别与转子盘三和转子盘四相连构成一个封闭的磁室二，所述转子盘三包括轴端三和磁盘端三，所述轴端三与轴承三外侧连接，所述磁盘端三内侧设有磁铁三，所述转子盘四包括轴端四和磁盘端四，所述轴端四与轴承四外侧连接，所述磁盘端四内侧设有磁铁五；
所述永磁体三、磁铁四和磁铁五分别由若干个依次交替排列设置成Halbach型阵列的永磁体构成。
作为改进，所述磁铁三、线圈二和磁铁四沿轴向相隔，所述磁铁四、线圈三和磁铁五沿轴向相隔，且在电机中对等放置，构成双侧气隙结构。
作为改进，所述转子盘三的轴端三和转子盘四的轴端四上设有皮带轮，所述磁盘端三和磁盘端四外侧设有扇叶结构。
采用以上结构后，本发明具有如下优点：
1、本发明研制的电机，不用硅钢片而制成无铁芯电机，不但电机重量可以大幅度下降、效率也可提高，而且振动、噪声大大降低且结构紧凑。
2、由于该电机具有无转矩波动、重量轻、效率高等一系列优点，适合一些要求比较特殊的应用场合，特别适合用于风力、水力发电和风光互补***。
3、由于转子没有铁芯不存在齿槽效应，因此在微风情况下就可启动，更加提高了该电机的使用效果。
4、本发明研制的电机，既可以当做发电机使用，也可以当做电动机使用。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的Halbach型阵列永磁盘式无铁芯空心轴电机的截面图。
图2是本发明第二实施例提供的Halbach型阵列永磁盘式无铁芯空心轴电机的截面图。
图3是本发明Halbach型阵列永磁盘式无铁芯空心轴电机径向截面磁场方向示意图。
图4是本发明Halbach型阵列永磁盘式无铁芯空心轴电机轴向截面磁场方向示意图。
具体实施方式
结合附图1，一种Halbach型阵列永磁盘式无铁芯空心轴电机，包括转子盘、线圈和轴一8，所述轴一8上设有线圈一5，所述线圈一5两侧对称设有轴承一6和轴承二7，所述轴承一6外侧和转子盘一1连接，所述轴承二7外侧和转子盘二2连接，所述转子盘一1和转子盘二2相连构成一个封闭的磁室一21，所述转子盘一1、线圈一5和转子盘二2沿轴向相隔；
所述转子盘一1包括轴部一1a和磁盘部一1b，所述磁盘部一1b内侧设有磁铁一3，所述转子盘二2包括轴部二2a和磁盘部二2b，所述磁盘部二2b内侧设有磁铁二4，所述磁铁一3、线圈一5和磁铁二4沿轴向相隔；
所述永磁体一3与永磁体二4分别由若干个依次交替排列设置成Halbach型阵列的永磁体构成。
作为本实施例较佳实施方案的是，所述线圈一5设置于磁室一21内。
作为本实施例较佳实施方案的是，所述转子盘一1的轴部一1a和转子盘二2的轴部二2a上设有皮带轮，所述磁盘部一1b和磁盘部二(2b)外侧设有扇叶结构。
结合图2，一种Halbach型阵列永磁盘式无铁芯空心轴电机，包括定子盘、中间盘、线圈和轴，其特征在于：所述轴15两侧设有轴承三18与轴承四19，所述轴15上沿径向间隔对应设有线圈二16和线圈三17，所述线圈二16和线圈三17之间设有磁铁四13，所述磁铁四顶部与“T”型中间盘11的底部伸出端连接，所述中间盘11两侧伸出端分别与转子盘三9和转子盘四10相连构成一个封闭的磁室二20，所述转子盘三9包括轴端三9a和磁盘端三9b，所述轴端三9a与轴承三18外侧连接，所述磁盘端三9b内侧设有磁铁三12，所述转子盘四10包括轴端四10a和磁盘端四10b，所述轴端四10a与轴承四19外侧连接，所述磁盘端四10b内侧设有磁铁五14；
所述永磁体三12、磁铁四13和磁铁五14分别由若干个依次交替排列设置成Halbach型阵列的永磁体构成。
作为本实施例较佳实施方案的是，所述磁铁三12、线圈二16和磁铁四13沿轴向相隔，所述磁铁四13、线圈三17和磁铁五14沿轴向相隔，且在电机中对等放置，构成双侧气隙结构。
作为本实施例较佳实施方案的是，所述转子盘三9的轴端三9a和转子盘四10的轴端四10a上设有皮带轮，所述磁盘端三9b和磁盘端四10b外侧设有扇叶结构。
本发明在具体实施时，永磁体依次交替排列设置成Halbach型阵列，Halbach型永磁体阵列，能够获得较好的磁场空间，Halbach型永磁体阵列两侧磁场强度不同，能减少电机漏磁提高气隙磁密。本发明研制的一种Halbach型阵列永磁盘式无铁芯空心轴电机，既可以当做发电机使用也可以当做电动机使用。
结合图1，当作为发电机使用时，磁铁一3和磁铁二4产生闭合磁场，转子盘1的轴部一1a和转子盘二2的轴部二2a作为轴带动转子盘1和转子盘二2转动，即磁场旋转，电机的轴一8固定不动，线圈一5与轴一8连接，固定不动，在旋转的磁场中不断切割磁感线，产生电动势，线圈一5与外部形成闭合回路，输出电流。
当作为电动机使用时，线圈一5连接外部换向电路并产生磁场，当磁铁一3和磁铁二4产生的磁场与其方向相反时，会产生磁斥力，可推动转子盘一1和转子盘二2发生旋转，当线圈一5与磁铁一3和磁铁二4产生的磁场方向平行且同向时，此时的磁斥力最小，换向电路改变线圈一5中的电流，换向后磁斥力增大，继续推动转子盘一1和转子盘二2发生旋转，转子盘一1和转子盘二2通过轴部一1a和轴部二2a不断输出动力。
结合图2，当作为发电机使用时，磁铁三12、磁铁四13和磁铁五14产生闭合磁场，转子盘三9的轴部三9a和转子盘四10的轴部四10a作为轴带动转子盘三9和转子盘四10转动，即磁场旋转，电机的轴二15固定不动，线圈二16、线圈三17与轴二15连接，固定不动，在旋转的磁场中不断切割磁感线，产生电动势，线圈二16、线圈三17与外部形成闭合回路，输出电流。
当作为电动机使用时，线圈二16、线圈三17连接外部换向电路并产生磁场，当其与磁铁三9、磁铁四13、磁铁五14产生的磁场方向相反时，可推动转子盘三9和转子盘四10发生旋转，当两磁场方向平行且同向时，此时的磁斥力最小，换向电路改变线圈一5中的电流，换向后磁斥力增大，继续推动转子盘三9和转子盘四10发生旋转，转子盘三9和转子盘四10通过轴部三9a和轴部四10a不断输出动力。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，本发明的电机可以做成单盘或多盘式，可根据需要做成相应的内转子外定子式结构或是外转子内定子式结构，转子上可直接安装轮胎、皮带轮或联轴器等进行动力传动；总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种Halbach型阵列永磁盘式无铁芯空心轴电机，包括转子盘、线圈和轴一，其特征在于：所述轴一(8)上设有线圈一(5)，所述线圈一(5)两侧对称设有轴承一(6)和轴承二(7)，所述轴承一(6)外侧和转子盘一(1)连接，所述轴承二(7)外侧和转子盘二(2)连接，所述转子盘一(1)和转子盘二(2)相连构成一个封闭的磁室一(21)，所述转子盘一(1)、线圈一(5)和转子盘二(2)沿轴向相隔；
所述转子盘一(1)包括轴部一(1a)和磁盘部一(1b)，所述磁盘部一(1b)内侧设有磁铁一(3)，所述转子盘二(2)包括轴部二(2a)和磁盘部二(2b)，所述磁盘部二(2b)内侧设有磁铁二(4)，所述磁铁一(3)、线圈一(5)和磁铁二(4)沿轴向相隔；
所述永磁体一(3)与永磁体二(4)分别由若干个依次交替排列设置成Halbach型阵列的永磁体构成。
2.根据权利要求1所述的一种Halbach型阵列永磁盘式无铁芯空心轴电机，其特征在于：所述线圈一(5)设置于磁室一(21)内。
3.根据权利要求1所述的一种Halbach型阵列永磁盘式无铁芯空心轴电机，其特征在于：所述转子盘一(1)的轴部一(1a)和转子盘二(2)的轴部二(2a)上设有皮带轮，所述磁盘部一(1b)和磁盘部二(2b)外侧设有扇叶结构。
4.一种Halbach型阵列永磁盘式无铁芯空心轴电机，包括定子盘、中间盘、线圈和轴，其特征在于：所述轴(15)两侧设有轴承三(18)与轴承四(19)，所述轴(15)上沿径向间隔对应设有线圈二(16)和线圈三(17)，所述线圈二(16)和线圈三(17)之间设有磁铁四(13)，所述磁铁四顶部与“T”型中间盘(11)的底部伸出端连接，所述中间盘(11)两侧伸出端分别与转子盘三(9)和转子盘四(10)相连构成一个封闭的磁室二(20)，所述转子盘三(9)包括轴端三(9a)和磁盘端三(9b)，所述轴端三(9a)与轴承三(18)外侧连接，所述磁盘端三(9b)内侧设有磁铁三(12)，所述转子盘四(10)包括轴端四(10a)和磁盘端四(10b)，所述轴端四(10a)与轴承四(19)外侧连接，所述磁盘端四(10b)内侧设有磁铁五(14)；
所述永磁体三(12)、磁铁四(13)和磁铁五(14)分别由若干个依次交替排列设置成Halbach型阵列的永磁体构成。
5.根据权利要求4所述的一种Halbach型阵列永磁盘式无铁芯空心轴电机，其特征在于：所述磁铁三(12)、线圈二(16)和磁铁四(13)沿轴向相隔，所述磁铁四(13)、线圈三(17)和磁铁五(14)沿轴向相隔，且在电机中对等放置，构成双侧气隙结构。
6.根据权利要求4所述的一种Halbach型阵列永磁盘式无铁芯空心轴电机，其特征在于：所述转子盘三(9)的轴端三(9a)和转子盘四(10)的轴端四(10a)上设有皮带轮，所述磁盘端三(9b)和磁盘端四(10b)外侧设有扇叶结构。
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