CN209730911U - 双永磁高效直流节电电机 - Google Patents

Abstract

一种双永磁高效直流节电电机，包括电机外壳、定子磁极、转子磁极、电磁极、换向器及附件，定子磁极为至少两套相同的、同心固定于外壳内、磁极位于两侧端面、在同一端面上极性的二分之一为S极、二分之一为N极、相同极性磁极面相邻、间隔排列、相同极性磁极角位一致的圆环形定子永磁体；转子磁极为至少两套相同的、同心固定于电机中心转轴上、磁极位于两侧端面、在同一端面上极性的二分之一为S极二分之一为N极、相反极性磁极面相邻、顺序排列、相反极性磁极角位差角度一致、磁极厚度及排列间距与圆环形定子永磁体磁极厚度及排列间距相等、在圆环形定子永磁体内圆中同心转动、其两侧磁极与圆环形定子永磁体两侧磁极分别产生磁作用力的圆环形转子永磁体；该电机具有比功率高、转速高、无脉动、铁损小、噪音小、结构简单等特性。

Description

双永磁高效直流节电电机

技术领域

本发明涉及一种定子、转子磁极同为永磁体的节电电机。

背景技术

稀土永磁电机是公认的高效节电电机。目前现有的稀土永磁电机基本采用可变电磁极磁场作用于固定永磁磁场的磁构建方式：或定子可变电磁极磁场作用于转子永磁磁场、或转子可变电磁极磁场作用于定子永磁磁场，在定子和转子之间的交替变换磁作用力相互作用下形成转子的定向转动、产生动能输出。若将现有永磁电机的定子和转子磁极都设置为可持久产生磁作用力的永磁体、使永磁体定子磁场与永磁体转子磁场相互作用形成转子的动能输出，岂不是能更充分地利用永磁体固有的磁能、使永磁电机能在更大程度上提高能效比、更多地节省宝贵的电能。然而，众所周知：当永磁体之间产生磁作用力时，由于其磁极的极性固定不变，其磁场形成磁作用力的方向便固定不变，导致其永磁定子对永磁转子的磁作用力不能在排斥和吸引之间形成交替变化、而不能所产生出所需的、持续定向的磁作用力使永磁转子转动输出动能。为了使定子和转子磁极同为永磁体的电机、其永磁体定子磁场与永磁体转子磁场在相互作用时的磁场作用力能产生交替变换而形成转子的定向转动及输出动能、能更充分地利用永磁体固有的磁能使永磁电机能在更大程度上提升能效比、更多地节省宝贵的电能，本发明提供一种“双永磁高效直流节电电机”，该电机的永磁体定子磁场与永磁体转子磁场在相互作用时的磁场作用力能产生交替变化、从而形成转子的定向转动及输出动能。

发明内容

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：包括电机外壳、定子磁极、转子磁极、电磁极、换向器及附件，其特征是：所述的定子磁极为至少两套相同的、同心固定于外壳内、磁极位于两侧端面、在同一端面上极性的二分之一为S极、二分之一为N 极、相同极性磁极面相邻、间隔排列、相同极性磁极角位一致的圆环形定子永磁体；所述的转子磁极为至少两套相同的、同心固定于电机中心转轴上、磁极位于两侧端面、在同一端面上极性的二分之一为S极二分之一为N 极、相反极性磁极面相邻、顺序排列、相反极性磁极角位差角度一致、磁极厚度及排列间距与圆环形定子永磁体磁极厚度及排列间距相等、在圆环形定子永磁体内圆中同心转动、其两侧磁极与圆环形定子永磁体两侧磁极分别产生磁作用力的圆环形转子永磁体；所述的电磁极为固定于外壳内、其各极靴分别单独对应圆环形定子永磁体两侧端面各二分之一极性的磁极面、对其产生磁作用的半圆形电磁极；所述的换向器为与位置传感器、直流电源及各半圆形电磁极的绕组电联、当圆环形转子永磁体转动至其端面磁极与圆环形定子永磁体相同极性和相反极性的磁极面处于同一角度位置时、将各半圆形电磁极的绕组循环换向通电、使各半圆形电磁极的极靴产生与其对应的圆环形定子永磁体磁极面极性相同和极性相反、循环变换的电磁场的电子换向装置。当转子永磁体与定子永磁体端面相反极性磁极处于同一角度位置时，定子永磁体二分之一端面磁极通过电磁极铁芯与另二分之一端面磁极构成磁通回路，转子永磁体端面磁极受定子永磁体端面磁极侧向吸引永磁作用力锐减；当转子永磁体与定子永磁体端面相同极性磁极处于同一角度位置时，电磁极靴产生与定子永磁体端面磁极相同极性的电磁场、造成定子永磁体端面磁极磁场开路，使转子永磁体端面磁极受定子永磁磁场与电磁磁场作用力的共同作用由排斥向吸引方向形成转矩输出，导致该电机在额定输入状态下增加了一个额定永磁转矩输出。

本发明的有益效果是：该电机的永磁体定子磁场与永磁体转子磁场在相互作用时的磁场作用力能产生交替变化、从而形成转子的永磁磁作用力加电磁磁作用力的联合磁转矩输出动能，更充分有效地利用永磁体固有的磁能，使永磁电机能在更大程度上进一步提高能效及节电率，且具有比功率高、转速高、无脉动、铁损小、噪音小、结构简单等特性，可广泛应用于电动汽车、家用电器无人飞行器等节能环保领域。

附图说明

下面结合附图对其技术方案作进一步的说明。

图1为双永磁高效直流节电电机的立面剖图。

图2为图1d-d线的剖图。

图3为图1d-d线的演示剖图。

在附图中 1.后侧电磁极绕组，2.前侧电磁极绕组，3.后侧圆环形定子永磁体，4.前侧圆环形定子永磁体，5.不锈钢卡环，6.后侧半圆环形卷铁芯电磁极，7.前侧半圆环形卷铁芯电磁极，8.不锈钢中心转轴，9. 圆锥不锈钢卡盘，10.中间电磁极绕组，11.前侧圆环形转子永磁体，12.后侧圆环形转子永磁体，13.圆锥面斜，14.铝质外壳，15.电磁极扼部，16.中间半圆环形卷铁芯电磁极。

具体实施方式

将两个相同的、各由两个半环形组成的、其磁极位于两侧端面、其同一侧端面磁极的二分之一极性为S极、另二分之一极性为N 极的前侧圆环形定子永磁体（4）和后侧圆环形定子永磁体（3）同心、间隔排列固定于电机的铝质外壳（14）内，前侧圆环形定子永磁体和后侧圆环形定子永磁体之间相邻的端面磁极极性相同、半圆角位一致呈相互排斥状态。将两个相同的、各由两个半环形组成的、其磁极位于两侧端面、其同一侧端面磁极的二分之一极性为S极、另二分之一极性为N 极的前侧圆环形转子永磁体（11）和后侧圆环形转子永磁体（12）用圆锥不锈钢卡盘（9）同心、间隔、顺序排列固定于电机的不锈钢中心转轴（8）上，前侧圆环形转子永磁体和后侧圆环形转子永磁体之间相邻的端面磁极极性相反、半圆角位差为10度以内；前侧和后侧圆环形转子永磁体与前侧和后侧圆环形定子永磁体的磁极厚度及排列间距相等，前侧和后侧圆环形转子永磁体分别在前侧和后侧圆环形定子永磁体的内圆中同心转动，形成前侧和后侧两组定子永磁体与前侧和后侧两组转子永磁体各端面磁极之间产生的侧向永磁作用力的平衡。转子永磁体之间10度以内的半圆角位差即可形成前侧圆环形转子永磁体（11）和后侧圆环形转子永磁体（12）与前侧圆环形定子永磁体（4）和后侧圆环形定子永磁体（3）各半环形磁极前后各小于5度的定向启动角和换向角度。将圆环形定子永磁体和圆环形转子永磁体的端面制成状凹状和凸状圆锥斜面（13）磁极能有效固定永磁体并可加大其定子与转子之间的永磁作用力从而增加磁转矩输出。将两个中间半圆环形卷铁芯电磁极（16）对称安装于前侧和后侧圆环形定子永磁体内侧端面磁极之间、其各两端的半圆环形的极靴单独与各对应的两侧圆环形定子永磁体内侧端面、各二分之一极性的半圆环形磁极面气隙导磁，其磁导气隙小于与圆环形定子永磁体与圆环形转子永磁体之间的磁导气隙。中间半圆环形卷铁芯电磁极（16）由固定于外壳内的不锈钢卡环（5）对其极靴卡位固定。对称固定于铝质外壳（14）内的、各由一个圆环形电磁极扼部（15）和两个半圆环形电磁极齿部组成的前侧半圆环形卷铁芯电磁极（7）和后侧半圆环形卷铁芯电磁极（6）的各半圆环形极靴、分别对应于前侧圆环形定子永磁体（4）和后侧圆环形定子永磁体（3）外侧、各二分之一极性的半圆环形磁极端面单独气隙导磁，其磁导气隙小于与圆环形定子永磁体与圆环形转子永磁体之间的磁导气隙。采用卷铁芯可进一步降低定子和转子在切向磁场相互作用状态下的漏磁通、以增加输出转矩。固定于外壳内的磁敏位置传感器与电子换向器、直流电源、前侧电磁极绕组（2）、后侧电磁极绕组（1）及中间电磁极绕组（10）电联，磁敏位置传感器对圆环形转子永磁体N、S磁极的角度转动位置做信号反应。当前侧圆环形转子永磁体（11）的S和N磁极与前侧圆环形定子永磁体（4）的N和S磁极的相反极性处于同一角位呈侧向相互吸引状态、后侧圆环形转子永磁体（12）的S和N磁极与后侧圆环形定子永磁体（3）的S和N磁极的相同极性的磁极处于同一角位呈侧向相互排斥状态（图2）时，中间电磁极绕组（10）和后侧电磁极绕组（1）通电，前侧电磁极绕组（2）则断电，使两个中间半圆环形卷铁芯电磁极（16）与前侧圆环形定子永磁体（4）内侧端面两个半圆环磁极气隙导磁的极靴产生与其极性相反的吸引磁场、屏蔽前侧圆环形定子永磁体（4）和前侧圆环形转子永磁体（11）内侧端面磁极之间的相互吸引磁作用力，同时、两个与前侧圆环形定子永磁体（4）外侧两个半环形端面磁极气隙导磁的前侧半圆环形卷铁芯电磁极（7）极靴在无电状态下通过电磁极扼部（15）将前侧圆环形定子永磁体（4）外侧端面两个半环形的S和N磁极构成磁通回路、屏蔽了前侧圆环形定子永磁体（4）和前侧圆环形转子永磁体（11）外侧端面磁极之间的相互吸引磁作用力；则两个后侧半圆环形卷铁芯电磁极（6）的极靴对其对应的后侧圆环形定子永磁体（3）外侧端面两个半环形磁极产生极性相同的电磁场，中间半圆环形卷铁芯电磁极（16）的另一端极靴对其对应的后侧圆环形定子永磁体（3）内侧端面磁极产生相同极性的磁场，使后侧圆环形定子永磁体（3）两侧端面永磁磁场加与其等量磁场的中间半圆环形卷铁芯电磁极（16）一侧磁极和后侧半圆环形卷铁芯电磁极（6）产生的共同开放磁场对后侧圆环形转子永磁体（12）产生由排斥向吸引方向旋转的磁作用力，从而形成前侧圆环形转子永磁体（12）空转、后侧圆环形转子永磁体（11）做180度的转矩输出。当前侧圆环形转子永磁体（11）的S和N磁极与前侧圆环形定子永磁体（4）的N和S磁极的相同极性处于同一角位呈侧向相互排斥状态、后侧圆环形转子永磁体（12）的S和N磁极与后侧圆环形定子永磁体（3）的S和N磁极的相反极性的磁极处于同一角位呈侧向相互吸引状态（图3）时，后侧电磁极绕组（1）断电、前侧电磁极绕组（2）通电电流方向不变，磁敏位置传感器变换信号、指令电子换向器将中间电磁极绕组（10）换向通电，使后侧圆环形转子永磁体（12）空转、前侧圆环形定子永磁体（4）磁场作用力加电磁作用力产生对前侧圆环形转子永磁体（11）由排斥向吸引方向旋转的共同磁作用力，形成前后永磁体转子循环交替输出转矩的连续定向转动。

Claims (8)

1.一种双永磁高效直流节电电机，包括电机外壳、定子磁极、转子磁极、电磁极、换向器及附件，其特征是：所述的定子磁极为至少两套相同的、同心固定于外壳内、磁极位于两侧端面、在同一端面上极性的二分之一为S极、二分之一为N 极、相同极性磁极面相邻、间隔排列、相同极性磁极角位一致的圆环形定子永磁体；所述的转子磁极为至少两套相同的、同心固定于电机中心转轴上、磁极位于两侧端面、在同一端面上极性的二分之一为S极二分之一为N 极、相反极性磁极面相邻、顺序排列、相反极性磁极角位差角度一致、磁极厚度及排列间距与圆环形定子永磁体磁极厚度及排列间距相等、在圆环形定子永磁体内圆中同心转动、其两侧磁极与圆环形定子永磁体两侧磁极分别产生磁作用力的圆环形转子永磁体；所述的电磁极为固定于外壳内、其各极靴分别单独对应各圆环形定子永磁体两侧端面各二分之一极性的磁极面、对其产生磁作用的半圆环形电磁极；所述的换向器为与位置传感器、直流电源及各半圆环形电磁极的绕组电联、当圆环形转子永磁体转动至其端面磁极与圆环形定子永磁体相同极性和相反极性的磁极面处于同一角度位置时、将各半圆环形电磁极的绕组循环换向通电、使各半圆环形电磁极的极靴产生与其对应的圆环形定子永磁体磁极面极性相同和极性相反、循环变换的电磁场的电子换向装置。

2.依据权利要求1所述的一种双永磁高效直流节电电机，其特征是：所述的半圆环形电磁极的极靴与圆环形定子永磁体两侧端面磁极产生的磁作用为气隙磁导。

3.依据权利要求2所述的一种双永磁高效直流节电电机，其特征是：所述的气隙磁导的气隙小于圆环形定子永磁体与圆环形转子永磁体之间的磁导气隙。

4.依据权利要求1所述的一种双永磁高效直流节电电机，其特征是：所述的半圆环形电磁极为半圆环形卷铁芯电磁极。

5.依据权利要求4所述的一种双永磁高效直流节电电机，其特征是：所述的位于圆环形定子永磁体外侧磁极的半圆环形卷铁芯电磁极有圆环形卷铁扼部。

6.依据权利要求5所述的一种双永磁高效直流节电电机，其特征是：所述的有圆环形卷铁扼部的半圆环形卷铁芯电磁极的绕组在其对应的圆环形定子永磁体磁极与圆环形转子永磁体的相反极性磁极位于同一角度位置时断电。

7.依据权利要求1所述的一种双永磁高效直流节电电机，其特征是：所述的圆环形转子永磁体之间相反极性磁极角位差角度小于10度。

8.依据权利要求1所述的一种双永磁高效直流节电电机，其特征是：所述的圆环形定子永磁体和圆环形转子永磁体的磁极端面为凹状和凸状的圆锥斜面。