CN101005226A - 磁转化发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种由电动机和发电机组合而成的磁转化发动机，具体的说电动机的核心技术是改变现有电动机的结构，而形成的一种新型“高效节能”的电动机，经过磁转化而形成的发动机。由于在电动机转子上安装了永磁体，永磁场在电流磁场的作用下，增强和扩大了转矩磁场，提高电机的机械效率。电动机的驱动系统主要由电动机、功率变换器、控制器和位置检测器组成。该磁转化发动机体积小，结构简单，省电，比现有的无刷电机和异步电动机具有更高的效率，并且转速可调，用途广泛，能满足特殊负载及应用。

Description

磁转化发动机

技术领域

本发明涉及一种发动机，特别涉及一种将电动机与发电机组合为一体的磁转化发动机，属于电机技术领域。

背景技术

电机是现在普遍使用的实现电能-机械能相互转换的能量转换装置，在生活、生活的每一个领域都得到了广泛的应用。现代电机技术发展一百多年以来，技术上已经日益发展成熟，种类不断推陈出新，除了传统的变压器、直流电机、同步交流电机、异步交流电机外，近年来还发展出了步进电机、磁阻电机、直线电机等新型电机。

当前，随着人们环保意识的不断增强，为了保护大气不受污染，电动汽车的发展和普及已经成了必然的趋势。但是，目前发展电动汽车存在若干技术上的瓶颈，其中之一就是电机的问题。由于电动汽车使用的是蓄电池供电，在技术上最容易实现的是采用直流电机驱动，但传统的直流电机虽然调速方便，但存在转矩不足等缺陷，很难被在电动汽车中广泛使用。现在较为普遍的解决方式是通过电力电子变流技术将蓄电池输出的直流电转换为交流电，再通过交流电驱动车内安装的异步电动机。这主要是为了利用异步电动机工作转矩大的特气。但传统的异步电动机启动不是很方便，调速性能也没有直流电机好，在电动汽车需要突然启动加速时问题尤为突出，而且使用电力电子变流装置不仅成本会增加很多，而且其控制也颇为复杂，因此此项技术不是电动汽车的理想技术。

为了解决上述的问题，各大电动汽车厂商纷纷开发出新的电机驱动技术。有的大公司制造的电动汽车上另外安装了发电机组，用离合器切换，在汽车滑行时使其发电，向电池组充电，但这样使电动汽车造价提高，车身加重，加大了汽车的负担。也有用风力、太阳能发电来补充能量的，同样也存在价格高、车身重的缺陷。中国发明专利ZL98108693.4也公开了一种主要用于电动汽车的多功能永磁直流无刷电机。该电机由电机本体、位置传感器、控制电路组成，传感器输出的换向信号送控制电路，控制电机各绕组轮流导通，电机各绕组由一开关控制，使其或串连或并联。该电机可以利用绕组换向时产生的反电势回收的能量。当汽车在运行途中滑行时，该电机兼作发电机，向主电池组供电，从而减少能量的消耗，提高能源的使用效率。还有的发明创造利用永磁材料的特性，在电机的转子内增加永磁环和感应增势环来增加电动机在做功过程中的磁场强度，从而降低电机启动时的所需要的电流，增大其运们中的转矩。

但上述的各种改进无一例外是在现有电机结构和运行方式上的修修补补，上述直流电机和交流电机的根本性缺陷并没有得到真正的消除。电动汽车界和其他社会各界迫切需要一种对现有的电机结构有根本性改进的新型电机的出现。

本人发明的磁转化发动机ZL02159590.9。虽然该电动机的效率比现有电机效率有显著提高，但由于设计中存在缺陷，没有达到设计要求。经过技术创新与改造，根据样机的实验，已解决了不足之处，并达到满意效果。

发明内容

磁转化发动机中的电动机是经过特殊没计的，它可以用做电动机，也可用做发电机。根据不同用途，可以有以下组合：电动机与发电机的组合，电动机与现有交流发电机的组合及直流电动机的组合。

本发明所要解决的技术问题是针对现实的迫切需要，提供一种新型的无污染、噪声低、起动速度快、性能可靠、使用成本低廉的磁转化发动机。除电动机和发电机之外，还包括功率变换器、控制器和位置检测器等组成部分。

为解决上述的技术问题，本发明采用下述的技术方案：

一种磁转化发动机，其特征在于：

所述磁转化发动机是由电动机与发电机组合为一体，其中端盖左(12)内设有轴承(10)，轴承(10)轴接有轴(9)，轴(9)上固定安装有转子左(15)和转子右(16)，机座(14)内固定安装有定子(5)；

所述电动机转子的圆周上均匀安装有永磁体(1)，转子磁极之间有缺口(4)，永磁体(1)与转子软磁极(2)之间设有缺口(35)；

所述电动机定子上均匀设有绕组铁芯(6)和绕组线圈(7)，用内模(8)固定绕组铁芯(6)后，加外模，内外模之间注射工程塑料连为一整体；

所述电动机的绕组铁芯(6)的心部为空心，绕组铁芯(6)的中间部分由硅钢带卷绕而成，两侧附加磁极(37)为软磁材料制成；

所述电动机定子(5)用内模(8)固定绕组铁芯(6)后，绕组铁芯(6)和附加磁极(37)固定为一整体，连同机座(14)，加外模，内外模之间注射工程塑料连为一整体。

所述电动机经功率变换器接入电源，电动机与位置检测器和电流检测器相连接，位置检测器和电流检测器接控制器，控制器接功率变换器；所述电动机定子各绕组并联在一起，各自由与之串接的功率变换器电路驱动，

本磁转化发动机具有如下突出的特点：

1.体积小，结构简单，省电，比现有的直流有刷电机和异步电动机具有更高的效率，转速可调，用途广泛，能满足特殊负载的需要。

2.电机的电磁转矩，只需要单方向电流，这样，在功率变换器中每相可以只用两个开关器件，而且开关器件都与电动机绕组串联，于是就避免了交流电动机和无刷直流电动机驱动系统等的逆变器中存在的桥臂上，下两个开关器件同时导通而产生电源短路的危险，因而对保护电路的要求也相对较低，而且功率变换器结构简单，成本低，可靠性高。

3.电机驱动系统有较大的调速范围。由于转子的转动惯量小，转矩/转动惯量比值高，因此电动机有良好的动态响应。另外，本电机有较大的起动转矩，同时又没有像异步电动机在高转差率下起动时那样大的起动电流，因此它适宜频繁起动，制动的场合。

4.电机驱动系统运行时，电动机绕组通电状态是与转子位置变化相同步的，所以不会产生失步现象。另外，电动机绕组电流脉冲波形的前、后沿以及电流幅值都可以控制，从而转矩的大小和方向都能得到控制，控制起来灵活方便。

5.本磁转化发动机在宽广的调速范围和功率范围内都具有高效率，可作为电源输出直流电或交流电。因此，不仅能适用于工、农业的生产，还可以用于解决城市，农村及边远地区用电的问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明

附图1为发明的整体结构图

附图2为电动机定子结构图

附图3为图2的A-A线剖面图

附图4为电动机铁芯结构图

附图5为图4的A-A线剖面图

附图6为电动机转子结构图

附图7为电动机驱动系统的整体方框图

附图8为功率变换器实施例电路原理图

附图9为电动机磁极展开图

附图10为转子位置传感器信号波形图

附图11为绕组感生电势说明图

附图12为电动机绕组铁芯磁场分布图

附图13为图12的A-A线剖面图

附图14为电动机发电实验电路原理图

附图15为电动机与交流发电机的组合

附图16为电动机与直流发电机的组合

附图17为定、转子磁极位置图

附图18为发电波形示意图

具体实施方式

本发明所述的磁转化发动机的整体结构如图1所示，其中1为永磁体，2为转子软磁极，3为转子，4为转子缺口，5为定子，6为绕组铁芯，7为绕组线圈，  8为内模，9为轴，10轴承，11为轴承端盖，12为左端盖，13为螺栓，14为机座，15为转子左，16为转子右，17为隔板，18为发电机定子绕组，19为发电机定子，20为发电机转子，21为发电机转子绕组，22为滑环，23为右端盖，24为螺母，25为光电器件固定盘，26为光电器件，27为截光器，28为截光器紧固螺栓，29为垫圈，30为护罩，31为通风孔，32为油路，33为绕组框，34为换向器，35为软磁极与永磁极之间的缺口，36为绕组铁芯之间的缺口，37为定子附加磁极，38为左右转子定位环。从图中可以看出，本发明的重要特征在于发电机和电动机组合为一体。其中在左端盖12内设有轴承10，轴承10接有轴9，轴9上固定安装有转子左15、转子右16和节光器27。在右端盖(23)固定有光电器件固定盘(25)，光电器件固定盘上固定有光电器件(26)，机座14上固定安装定子5，定子5内绕组铁芯6的周围被绕组线圈7所环绕。由螺栓13贯穿左端盖12，机座14和右端盖23，由螺母24紧固为一整体；

下面对电动机的结构和工作原理详细说明如下：

一、电动机

电动机由机座14、定子5、转子3等组成。机座的材料选用铸铁，铸造铝合金及工程塑料制成。

转子3的材料选用软磁材料制成，转子3上设有永磁体1，转子软磁极2，转子3是由转子左15、转子右、定位环38、轴9连为一体的总称。转子左15、转子右16上设有永磁体1，转子软磁极2，并且左右对称。软磁极2的分体制作主要是为了便于加工，也可以与转子连为一体制作。转子磁极之间设有缺口4，转子软磁极与永磁极之间设有缺口35，如图6所示，转子左15、转子右16的材料选用软磁材料，定位环38选用不导磁材料。绕组铁芯6为了适应工艺流程的需要，绕组铁芯6分两部分制作，中间部分采用硅钢带卷绕而成，附加磁极37采用软磁材料制作。在绕组铁芯6的周围设有线框架33，为了保证油冷，在线框架33上设有油路32。为了使线框架33与绕组铁芯6紧密接触，采用绕组铁芯6为内模，加外模注射工程塑料而成，如图4所示。定子上设有绕组铁芯6。因为电机的大部分热量集中在定子5内，所以在定子5内部采用油冷却。为了便于加工采用模具化生产，先用内模8固定绕组铁芯6，铁芯6与两侧的附加磁极37固定连接为一体，加外模，内外模之间注射工程塑料连接为一整体，也可以与机座14合并成一体注射工程塑料，使机座14与定子5成为一个整体，定子5内部构成一个完全密封的空间为油的通路，如图2所示。

相数	相
						定子极数	6	9	12	18	36
转子极数	4	6	8	12	24
						步距角	30°	20°	15°	10°	5°

表1

从图2可以看到，在定子5的圆周上均匀安装9个绕组铁芯6，并且磁极间的角度等于绕组铁芯6的角度，这样有利于步距相切。如果把定子5中的绕组线圈7按Y、X、Z分别并联或串联起来，这样就形成Y、X、Z三相绕组。也可以设计多相。表1是三相绕组，定、转子磁极设计方案。这里需要指出的是：定子的磁极数量越多，定、转子的直径越大，步距角越小，运行越平稳，因此适用于低速大转矩的场合应用。反之定子磁极数量少，定、转子的直径越小，步距角大，适用于高速运行。为拓宽电动机的性能，可以改变磁极的分布。

为使电机根据用户的实际需要运行，本电动机还需要安装驱动控制系统，该系统包括功率变换器，控制器和位置检测器。图7显示了配备有驱动控制系统的电动机的整体系统框图。其中电源经功率变换器进入电动机，电动机带动机械负载。电动机与位置检测器相连，位置检测器接控制器，控制器控制功率变换器，控制指令输入控制器内，对整个电机的运行进行控制。电动机同时与电流检测器相连接，而电流检测器采集的信号送控制器。

功率变换器是电机控制技术中常用的电力电子设备，用来为电机提供运行所需要的电能。它可用蓄电池供电，也可用发电机供电，在实际应用中则常用交流整流供电。功率变换器主要由电力电子器件及驱动电路，整流二极管等组成。本电动机所用的一种功率变换器的主电路如图8所示，图中S1-S6为开关器件，VD1-VD6为续流二极管，标有Y，X，Z的三个电感线圈代表电动机的三相绕组。每组有两个功率开关器件作为可控的主开关，图中Y相为S1和S4，X相的S2和S5，Z相的S3和S6。每相又有两只二极管用来在开关关断时为绕组中的电流提供续流通路。功率变换器可以有多种形式，由于都是现有的成熟技术，此处不再详述。

控制器综合处理位置检测器，电流检测器提供的电机转子位置，速度和电流等反馈信息及外部输入的指令，实现对电机运行状态的控制，是驱动系统的指挥中枢。控制器由单片机及外围接口电路等组成。在驱动系统中，要求控制器具有下述性能：1.调压控制；2.角度位置控制；3.斩波腔制；4.起动、制动、停车，及速度调节。这种控制器的实现也是现有成熟的技术，此处不多赘述。

位置传感器向控制器提供转子位置及速度等信号，使控制器能正确地决定绕组的导通和关断时刻。该电动机采用光电器件26，节光器27上开有与电动机转子上的永磁体1数量相等的缺口，固定在轴9的右侧，随着转子的转动，决定绕组7的开通与关断时刻，光电器件26固定在光电器件固定盘25上，如图1所示。

下面对电动机的运行原理进行说明：

该电动机的转矩是磁阻性质的，其运行原理遵循“磁阻最小原理”——磁通总是要沿最小的路径闭合的，磁场扭曲而产生的切向磁拉力，即电磁转矩。

对图9的说明：

1.图9是电动机定子、转子磁极的展开图，图中的A、B、C是电动机由静止状态，在一个通电角度内定、转子磁极分布的三种变化过程。

2.为了便于分辨，按图中定子展开直径Ф展开，不包括软磁极。

该转子向顺时针方向转动。图10是转子位置传感器波形图，从图中看到，位置传感器信号触发图8中的功率变换器开关S3和S6导通，Z相绕组处于导通阶段。Y相位置传感器发出导通信号(这个位置相当图9中A的Y相定、转子磁极位置)，使开关S1和S4导通，则Y相绕组开始通电。在Y相铁芯中产生电流磁场，其磁场方向与转子永磁场的方向相反，使电流磁场切割永磁磁通线，这样在Y相铁芯两侧建立电磁与永磁的合成磁场，该磁场的方向与转子磁场的方向相同，产生切向磁拉力，拉动转子向顺时针方向转动。当转子转到图9中C的Y相位置时，位置传感器发出关断信号，使Y相绕组关断，定、转子之间的切向磁拉力消失，转子不受转矩的作用。只要是按照位置传感器对Y、X、Z发出开通与关断位置信号，使三相绕组轮流通电，转子就会不停的转动。从图10中看到，因为绕组的通电角度为35°，步距角为20°，三相绕组开始通电的位置相同，所以在转子旋转一周时，经过计算，有两相绕组同时通电累计角度是315°，永磁转矩为45°。图9中的细实线是定、转子之间产生转矩时相闭合的磁力线分布，从磁极分布中可以看到，该电动机只能单向运行。

从图9中A可以看到，Y相与Z相绕组处于通电阶段，因为Y相与Z相中定、转子磁极所处的位置不同，各自产生的磁拉力不同，所以在给三相绕组轮流通电时，磁拉力交替变化，可使平均磁拉力保持不变。因此，电机在低速运行时可以消除转矩脉动。

电动机关键部位解释

转子磁极之间的缺口

前面已经介绍过，磁通总是要沿磁阻最小的路径闭合，加大缺口的宽度就增大了磁阻，反之缺口小，磁阻小，用缺口的大小调节磁路磁阻的变化，使磁场按照比较理想的路径闭合。从图9中C可以看到，把转子分成六等份，每份之间的空隙，被称为缺口4。缺口4的宽度一般为5-10毫米，如果没有这个缺口4，永磁磁通线自由形成闭合回路，缺口4直接影响电机的转矩。从图9中C可以看到，磁通线绕过缺口后闭合，可以加大闭合面，并增大转矩，也有利于续流磁通线与转子产生转矩。其余的缺口要根据定、转子之间的间隙(也可称为工作气隙)而定，工作气隙确定之后，就可以确定缺口36的宽度，缺口36的宽度为工作气隙的3倍，这个缺口越大，定、转子之间产生的制动力越大，因此缺口36的间隙，根据磁阻最小闭合原理，以定子磁极之间的磁通线不形成闭合为标准，缺口越小永磁体与定子铁芯产生的制动力越小。缺口35的宽度主要是用来调节定子铁芯与永磁场产生的制动转矩。

定子铁芯与附加磁极

定子铁芯：

由于永磁体的磁极在扩大与缩小时，中心磁场不变，铁芯磁铁的心部磁场要想达到周边的磁场强度，必须增大电流密度，其中心磁场才能不变。如果电流磁场保证不了铁芯心部的磁场强度，电流磁场不能完全切割永磁磁通线，当永磁通减少时，就会有一部分永磁通产生制动转矩。

为了降低绕组电流，消除铁芯心部的永磁通，唯一的方法采用空心铁芯如图12所示。根据磁阻最小闭合原理，空心铁芯可使心部磁阻增大，定、转子之间的气隙变小，有利于永磁通与转子磁极相闭合，这样即降低绕组电流，也有利于电流切割永磁通线。由于铁芯面积减少，必须提高铁芯磁导率，才能保证电机转矩。

当绕组开通与关断时刻，穿过铁芯的磁通量是变化的，这样必然在铁芯中产生旋涡。由于铁芯为空心，可以采用整体的硅钢带卷绕而成，这样就增加了涡流路径的长度，相当增大对涡流的电阻，因而可使涡流减少。这不仅提高铁芯的效率，降低铁芯温度，而且有利于优化工艺流程，提高生产率，降低成本。

附加磁极

从图12中不难看出，在铁芯两端的磁场是由电磁场与永磁场共同建立的。该磁场不仅磁场强，而且磁压也很大，引起磁场周边扩散，造成磁损，降低效率。于是在定子铁芯的两侧安装了附加磁极。该磁极的主要作用是扩大相切面，引导周边磁场与转子产生转矩，降低磁损，提高效率。

由于永磁场是恒定的，电磁场随电流的变化很大，当电磁场强时向铁芯的两端压缩永磁场，当永磁场强时，永磁场向铁芯的内部压缩电磁场。这样在电机的调速过程中起到至关重要的作用。由于永磁通是经过定子附加磁极与转子磁极相闭合，定子附加磁极就相当给永磁体安装了极靴，这不仅防止永磁体的失磁，而且也不会降低永磁转矩。

转子磁极

从图9磁极展开图中看到，转子的永磁场与定子磁场相互作用产生转矩时的磁场方向是不改方向的。由于磁场的方向不变，磁场强度变化也不是很大，这样可以减少涡流的产生。因为定子磁极的磁通线都是和转子左、转子右形成闭合回路，转子左和转子右定位环采用不导磁材料，所以可以减少永磁通经过转子的心部形成闭合回路，造成磁损。转子上安装的永磁体表面积大于绕组铁芯面积，这样可以提高永磁转矩。

绕组通电情况

感生电流

设转子顺时针方向转动。从图17中A可以看到，转子上安装的永磁体a、a’引起Y相铁芯的磁通量增加，在Y相绕组中产生感生电流，其感生电流的磁场方向与转子永磁极的磁场方向相反，阻碍原来的磁通量增加，感生电流方向和磁场方向如图11中A所示。当转子上的永磁极与Y相铁芯相对齐时，铁芯中没有磁通变化，绕组感生电流为零。随转子转动，Y相铁芯的磁通减少，在Y相绕组中产生反方向电流，其感生电流磁场方向与永磁极的磁场方向相同，阻碍原来磁通量减少，感生电流磁场和电流方向如图11中B所示。

绕组通电位置的选择

经过实验，绕组的开通范围很大，转子从图17中的A、B、C位置都可以开通。这主要是利用转子永磁极引起绕组铁芯磁通变化产生的正向电势，加强通电电流磁场，使之加快切割永磁磁通线。由于绕组的开通位置不同，各有利弊，因此，根据电机的使用性能选择开通位置。

1、在图17中B位置开通

从图17中B看到，随转子转动，永磁体a，a’引起Y相铁芯的磁通增多，在Y相绕组中产生感生电动势，这时给Y相绕组通电。请参照图11中A，电源由开关控制，电源接通后，电源的正极与感生电压的负极串联，经过Y相绕组与电源的负极形成回路。由于通电电流的方向与感生电流的方向相同，且磁场方向也相同，这样感生电流加强了绕组电流强度，使绕组电流加快切割永磁磁通线。当铁芯中永磁磁通完全消失后，绕组感生电流几乎为零。

当绕组电流减少时，自感电压和正向感应电动势极性就调过来，又加强了绕组电流。当转子转到图17中D的位置，永磁体a的N极和a’的S极分别与永磁体b的S极和b’的N极相闭合的磁通线减少，永磁体b’的N极经过电磁极与永磁体b的S极相闭合的磁通线增多，使绕组电流下降。从图17中D中还可以看出，永磁体a，a’在一个通电角之内，只要引起Y相铁芯磁通变化，Y相绕组中仍然产生正向感生电压，加强绕组电流。

从图17中B看到，这时X相绕组铁芯续流已经结束。由于永磁体b，b’的磁通线自闭合的磁阻大于永磁体b的N极经过X相铁芯与永磁体b’的S极相闭合的磁阻，并且永磁体b的N极经过X相铁芯的磁场方向与转子磁场方向相反，这样永磁体b，b’的磁通有一部分自闭合形成回路，永磁体b的N极大部分磁通经过X相铁芯与永磁体b’的S极相闭合。Y相绕组通电后，电流磁场与永磁场在铁芯的两端建立的合成磁场，且磁场较强，这样永磁体b，b’的大部分磁通与Y相磁通相闭合。根据磁阻最小闭合原理，电流磁场与永磁场各自选择那条路经闭合，都会引起定转子之间产生切向磁拉力即电磁转矩。

2、在图17中C的位置开通

从图17中A的Y相可以看出，随转子转动，Y相绕组中产生感生电动势，如果Y相绕组为开路，绕组中没有电流流动，永磁体a的N极的磁通经过Y相铁芯与永磁体a’的S极相闭合，产生永磁磁阻转矩；如果Y相绕组为闭合，就会在Y相绕组中产生电流磁场，该磁场的方向与永磁场的方向相反，方向相反的磁场恰好是产生转矩的磁场，如果要是给Y相绕组通电，同前面介绍的绕组通电情况是一样的。

图18是感生电流波形示意图，图18中的E点的位置就是图17中A的Y相绕组的通电位置。如果从图18中E点到F点的感生电流以供它用，那么感生电流磁场和部分永磁磁场与转子磁场相互作用产生转矩。当转子转到图17中C的Y相铁芯与永磁体a，a’的位置时，其感生电流大约是图F点的位置。这时还有一部分永磁磁通没有闭合，在绕组中还存在正向电势，这时给绕组通电，这不但有利于磁路的开通，而且使图E点到F点的感生电流也得到回收利用。随转子转动，由于转子永磁体b的S极，b’的N极的磁通线与永磁体a，a’相闭合磁通线减少，永磁体b的S极，b’的N极的磁通线与电磁极相闭合磁通线增多，绕组电流下降，参照图9中B的Y相。

绕组的关断续流

在图17中E，定、转子磁极的位置关断Y相，产生感生电流磁场，该磁场加强原来的磁场，当续流磁场减弱时，永磁体b、b’的磁场就去加强续流磁场，当续流磁场消失后，永磁体b、b’的磁通自身闭合形成闭合回路产生转矩，如图17中A中的X相的磁力线分布。Y相绕组关断后，由于永磁场的作用，续流的峰值电压和感生电流的强度不会很大，并且在这一瞬间无论磁场怎样变化，转子磁通线与铁芯基本处于平行状态，不会产生切向磁拉力。因此，不会产生制动转矩。实际当中绕组关断续流范围很大，并且可以实现随转数的变化对开通角与关断角自动调节。

机械能发电

设转子向顺时针方向旋转。从图9中A不难看出，X相铁芯磁通量逐渐增加，在绕组中产生正向感生电流。当转子永磁极与电磁极横向对齐时，没有磁通量的变化，感生电流为零。随着转子转动，X相铁芯磁通量逐渐减少，在绕组中感应出负方向电流，在X相铁芯中的磁通量由增多到减少的变化过程，就是交流电的一个周期。这里需要说明一下，从图9中可以看到，转子永磁极分别同时引起两相绕组铁芯磁通量的变化，因此两相绕组分别同时输出交流电。在实际应用中，只利用反向电流使产生正向电流绕组开路，永磁极与绕组铁芯产生永磁转矩，用永磁转矩克服大部分反向电流磁场产生的制动转矩，这样在三相绕组上分别串联二极管只允许反向电流导通，正向二极管截止，如图14所示。这样可以降低发电时的能量损耗。

二、发电机

磁转化发动机可以根据不同的需要选用各种型号的发电机，例如：直流发电机、同步交流电动机、异步交流发电机现有的发电机都是成熟技术，在这里不做介绍。

本磁转化发动机的组合运行方式可以有三种，分别针对不同的场合和需要，下面分述如下：

1、本磁转化发动机，如图1所示。由于电机的磁极面积，绕组圈数相同这样可以按照定子绕组的同相位并联在一起供电。这种组合的优点是能够满足特殊负载的需要，例如电动汽车的应用。当电动汽车起动、超车、爬坡时，给电动机两个定子同时通电运行。当电动汽车维持车速或者低速行驶时给电动机一组定子通电，另一组利用磁阻发电对电池补充能量，这样既可以节约电能，又有利于电动汽车高速及低速行驶时对功率的调整，另外，本磁转化发动机的电磁噪声，通过实验，在一个步距角内加载后给绕组通电，离电机一米几乎听不到噪声，同现有电机相比，电磁噪声是最低的。电机在高度运行时噪声的产生主要是轴承摩擦引起的。

2、利用该电动机与现在技术同步交流发电机或者异步交流发电机组合在一体的磁转化发动机，如图15所示。轴9上固定安装发电机转子20和滑环22，在机座14内固定安装发电机定子19，在机座14之间装有隔板17，在机壳的圆周上设有通风孔31。

这种组合是利用该电动机的永磁转矩转化为电能，满足城市居民、广大农村，特别是边远地区的用电，例如：冬季取暖、夏季制冷、烧饭等的需要。由于该电动机的转子是与发电机的转子固定在同一轴上，与电机对外输出功率相比较可以减少轴承的负荷，从而减少轴承的磨损及功率损耗。由于轴承磨损小，这样可以减少电动机定、转子之间的气隙，气隙的大小直接影响转矩，减少气隙可以提高电机转矩。我们都知道，同步交流发电机的转数决定电源频率和定子绕组的磁极对数。例如：磁极对数是6，转数为500转/分。由于降低了转数可以降低机械磨损和空气摩擦产生的热量，对于磁转化发动机的长期运行是有利的。

该电动机与现有的直流电动机组合而成的磁转化发动机，如图16所示，轴9上固定安装发电机转子20和换向器34，在机座14之间装有隔板17，在机座14内固定安装发电机定子19，在机壳的圆周上设有通风孔31。该电机与直流电机的组合有以下优点：1、电动机带动发电机发电，发电机输出的直流电，可用作电源，以供它用。2、该电动机与发电机都属于直流电动机，供电方式同属调压调速，这样同时给电动机与发电机同时供电容易实现，并且控制可靠性高，成本低，也可以单蚀给电动机供电，能够满足特殊负载，这种组合也同样适用于电动汽车，并可以解决电动汽车的几个关键问题。1、由于该磁转化发动机在保证额定转矩的情况下，它的起动功率是很小的，这样就减少电动汽车在频繁起动时的能耗。当电动汽车在加速，超车及爬坡时，给电动机、发电机同时供电，满足特殊负载的需要。2、由于磁转化发动机具备自发电特性，随时都可以对电池能量补充，而且也可以利用汽车的惯性对电池充电。这样起动电源的能量补充不需要外电源提供，并且可以减少电池的容量。因此电动汽车不受行使里程的限制。

需要声明的是，本发明的特定实施方案已经对本发明进行了详细描述，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1、一种磁转化发动机，其特征在于：

磁转化发动机是由电动机与发电机组合为一体，其中轴(9)上固定安装有转子左(15)和转子右(16)，机座(14)内固定安装有电动机定子(5)，定子(5)内绕组铁芯(6)的周围被绕组线圈(7)所环绕；

所述电动机定子(5)内均匀设有绕组铁芯(6)和绕组线圈(7)；

所述电动机转子的圆周上均匀安装有永磁体(1)和软磁极(2)，转子磁极之间有缺口(4)，永磁体(1)与转子软磁极(2)之间设有缺口(35)；

所述电动机经功率变换器接入电源，电动机与位置检测器和电流检测器相连接，位置检测器和电流检测器接控制器，控制器接功率变换器；所述电动机定子各绕组并联在一起，各自由与之串接的功率变换器电路驱动；

所述电动机的绕组铁芯(6)为空心，绕组铁芯(6)的中间部分由硅钢带卷绕而成，两侧部分为软磁材料制成，在绕组铁芯(6)上设有绕组框(33)和油路(32)。

2、如权利要求1所述的磁转化发动机，其特征在于：

所述磁转化发动机中的发电机为直流发电机。

3、如权利要求1所述的磁转化发动机，其特征在于：

所述磁转化发动机中的发电机为交流发电机。

4、如权利要求1所述的磁转化发动机，其特征在于：

所述电动机轴(9)的另一端固定安装有截光器(27)垫圈(29)由螺栓(28)与轴(9)紧固一体，右端盖(23)固定有光电器件固定盘(25)，光电器件固定盘(25)上固定有光电器件(26)。

5、如权利要求1所述的磁转化发动机，其特征在于：

所述磁转化发动机由螺拴(13)贯穿左端盖(12)、机座(14)和右端盖(23)用螺母(24)紧固为一整体。

6、如权利要求1所述的磁转化发动机，其特征在于：

所述电动机定子(5)用内模(8)固定绕组铁芯(6)后，绕组铁芯(6)和附加磁极(37)固定为一整体，连同机座(14)，加外模，内外模之间注射工程塑料连为一整体。

7、如权利要求1所述的磁转化发动机，其特征在于：

所述电动机定子(5)用内模(8)固定绕组铁芯(6)后，加外模，内外模之间注射工程塑料连为一整体，绕组铁芯之间有缺口(36)。

8、如权利要求1所述的磁转化发动机，其特征在于：

与所述定子绕组相串接功率变换器电路包括两个功率开关器件，两个二极管和一个电感，其中一个功率开关器件的阳极接一个二极管的阳极，另一个功率开关器件的阴极接另一个二极管的阴极，它们之间并接在一起，与转子绕组相串接；所述两个功率开关器件的阴极和阳极之间接有电感。

9、如权利要求1所述的磁转化发动机，其特征在于：

所述电动机的定子内部安装有油冷装置，外部安装有散热器。

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