CN101442244B - 永磁电动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种由双边永磁体驱动，直流电流调控的永磁电动机。该机为两组两极交叉驱动方式，其定子和转子均采用冲磁方向相互垂直的永磁体为驱动源。每组定子永磁体(2)和电磁线圈(3)间隔衔接成环形结构，由于径向冲磁的转子永磁体(1)单极受到切向冲磁的定子永磁体(2)两极的推力和吸力，使转子产生转矩，然后电磁线圈(3)则产生与定子永磁体(2)冲磁方向相同的磁场，形成环形闭合磁路，转子自由旋转。由于两组定子部分错位排列，转子永磁体(1)并列排列，各磁极之间的磁极方向互为相反，电磁线圈(3)与另一组定子永磁体同步做功，使另一组双边永磁体产生同一方向的转矩，周而复始，使转子连续旋转，达到大扭矩低耗电效果。

Description

永磁电动机

技术领域

本发明涉及一种永磁直流电动机。

背景技术

无论有着一百多年发展历史的各式各样的交直流电动机和近年来出现永磁电动机，从理论及设计不断进步和完善，相关技术有了很大的发展，但就电动机本身的原理与基本结构而言没有大的变化，都是通过双边或单边励磁产生转矩完成把电能转换成机械能，而各类电动机本身如何高效率而低耗电的技术问题有待进一步解决。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种利用磁性能，以永磁体做驱动源，以直流电做辅助源的节能型永磁电动机。

为解决上述技术问题，本发明的永磁电动机采用两组合多磁级交叉驱动方式，其定子磁极和转子磁极均采用永磁体材料，每一组合有极数对等而充磁方向相互垂直的定子永磁体和转子永磁体。定子永磁体为切向充磁并与电磁线圈根据极数间隔衔接成环形定子结构，两组合的环形定子结构排列的位置相对错位〔360/极数×2〕度，转子永磁体为径向充磁，两组合转子永磁体并列排列。为了使两组合的永磁体所产生的转矩为同一方向，两组合之间的定子永磁体的磁极方向和转子永磁体的磁极方向以及电磁线圈输入电流的正负极都互为相反。假设转子顺时针旋转，当其中一组合定子的永磁体两侧衔接的电磁线圈未输入直流电流时，利用定子永磁体的磁路和漏磁特性，转子永磁体的单性磁极受到靠近定子永磁体同性磁极一侧的磁推力和另一側异性磁极的磁拉力，既推拉作用，两种作用使转子产生转矩，使转子旋转〔360/极数×2〕度，转矩大小是根据永磁体材料的磁积能、体积大小、设计形状所决定。为了使转子连续旋转，定子永磁体两侧的电磁线圈输入直流电流，使电磁线圈产生与定子永磁体充磁方向相同的磁场，形成闭合环形串联磁路，对转子失去推拉作用。由于其中一组合的定子永磁体与另一组合的电磁线圈其工作点都在同一角度，使转子连续从另一组合两极永磁体得到同一旋转方向上的转矩，转子从〔360/极数×2〕度旋转到〔360/极数〕度，如此循环往复。从外部供给的直流电流通过电刷-换向装置或电子位置传感器件，控制两组合的电磁线圈交替产生磁场，变换定子磁路，使两组合双边永磁体交替产生转矩，使转子连续旋转。

作为本发明所述的电磁线圈输入直流电流后，其作用为：1.产生磁通，改变定子永磁体的磁路，使其形成环形闭合串联磁路。2.对定子永磁体起到充磁作用。3.通过输入线圈电流的大小所产生的磁通量，可以调控转子的转数。

作为本发明所述主要驱动部件之间的比例关系：以定子永磁体和转子永磁体之间的气隙圆周为准，定子永磁体两极弧长为转子单极永磁体弧长的3/2，电磁线圈弧长为转子单极永磁体弧长的1/2。

本发明所述的永磁电动机，结构简单，如果采用现行无刷直流电动机的位置传感装置，可以成为无刷永磁电动机。由于是采用双边永磁体产生转矩，用调压或限流方法控制电机转数，达到低能耗效果，适合在采用移动电源的机械设备及家用电器上使用。

附图说明

下面结合附图和本发明的实施方式作进一步详细说明。

图1为双组合永磁电动机结构图。

图2为双组合永磁电动机结构图，其中一组合的做功状态。

图3为双组合永磁电动机结构图，另外一组合的转子过渡状态。

图4为单组合永磁电动机结构图。

图5为单组合永磁电动机沿A-A线的剖视图。

图6为盘式永磁电动机结构图。

图7为盘式永磁电动机结构图，定子部分。

图8为盘式永磁电动机结构图，转子部分。

具体实施方式

图1图2图3所示第一种实施方式的永磁电动机结构图。该机为双组合交叉驱动方式，每一组合的两片径向充磁的瓦片形转子永磁体1对称安装，两组合磁极方向相反的转子永磁体1并列装配在同一铁心6上。铁心6是磁路的一部分，采用实体纯铁结构，铁心6一侧连接分电器9并固定在机轴8上。每一组合两片切向充磁的瓦片形定子永磁体2和由软铁11、绕组12组成断面为长方形的圆弧状的两个电磁线圈3间隔衔接成环形定子结构，两组合磁极方向相反的定子永磁体2和输入电流正负极相反的电磁线圈3按圆周相对错位90度，并镶嵌在具有隔磁作用而采用非导磁材料制成的固定环4内径的两排凹槽内。为了安装和维修方便，固定环4采用三环叠加组合式，外径用轴向凹凸槽13与机座5插接固定，和电刷10、滑动轴承7、机轴8等部件构成完整电机。

图2所示该电机其中一组合的定子永磁体两极对转子永磁体单极施加推拉作用而产生转矩的做功状态。

图3所示该电机另一组合的电磁线圈输入直流电流产生磁场使定子形成环形闭合串联磁路，使转子失去推拉作用的自由旋转状态。

图4图5所示第二种实施方式的永磁电动机，该机为单组合驱动方式，与图1所示永磁电动机工作原理相同。由三片切向充磁的瓦片形定子永磁体2a、2b、2c和三组电磁线圈3a、3b、3c间隔衔接成环形定子结构，镶嵌在具有隔磁作用而采用非导磁材料制成的固定环4内径的凹槽内。固定环4采用两环叠加组合式，外径用轴向凹凸槽13与机座5固定插接，两片径向充磁及磁极方向相同的的瓦片形转子永磁体1a、1b对称安装在采用非导磁材料的轴心6上。假设转子为顺时针旋转，当电磁线圈3a、3b断路，电磁线圈3c连通直流电流后所产生的磁场使相邻的定子永磁体2b、2c形成串联磁路，定子永磁体2a两极则对转子永磁体1a单极施加推拉作用而产生转矩，使机轴8从0°旋转到60°。当电磁线圈3a、3c断路，由电磁线圈3b连通直流电流后所产生的磁场使相邻的定子永磁体2a、2b形成串联磁路，定子永磁体2c两极则对转子永磁体1b单极施加推拉作用而产生转矩，使机轴8从60°旋转到120°。当电磁线圈3b、3c断路，电磁线圈3a连通直流电流后所产生的磁场使相邻的定子永磁体2a、2c形成串联磁路，定子永磁体2b两极则对转子永磁体1a单极施加推拉作用而产生转矩，使转轴8从120°旋转到180°。周而复始，机轴8便不断旋转。

图6图7图8所示第三种实施方式的盘式永磁电动机结构图，该机与图1所示永磁电动机工作原理相同。转子永磁体1、定子永磁体2、电磁线圈3均采用扇形体结构。转子永磁体1为轴向充磁，定子永磁体2为切向充磁，两组合定子永磁体2和电磁线圈3间隔形成环形体位于转子的两侧，方位相差90度，也就是说其中一组合的定子永磁体和另一组合的电磁线圈相互对应，两侧定子永磁体2的磁极方向和两侧电磁线圈(3)所输入直流电流的正负极相反，机座5和转子14均采用非导磁材料。

本发明不局限于上述具体实施方式，任何形式的动力装置的定子和转子采用永磁体结构产生转距，由电磁线圈控制磁路，或采用多组多极驱动以及外转子方式等结构，均落在本发明的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种永磁电动机，包括转子磁极(1)、定子磁极(2)、与所述定子磁极(2)相互衔接的电磁线圈(3)、固定环(4)、电刷-换向装置(9、10)、机座(5)，其特征在于：采用以永磁体为驱动源直流电为辅助源的组合式多磁极交叉驱动方式，转子磁极(1)和定子磁极(2)均采用永磁体材料，每组合定子磁极和转子磁极均为两极，每组合定子驱动部分由定子永磁体(2)和电磁线圈(3)按照极数间隔衔接成环形结构，两组合定子结构按圆周错位排列90度角，定子永磁体(2)为切向充磁，两组合定子永磁体(2)磁极方向互为相反，转子永磁体(1)为径向充磁，两组合磁极方向互为相反的转子永磁体(1)并列排放，用螺拴或固定套固定在同一铁心(6)外径上，定子磁极和转子磁极的充磁方向相互垂直，使定子永磁体(2)两极对转子永磁体(1)单极施加推拉作用而产生转矩，然后由直流电流通过电磁线圈(3)产生磁场，使定子部分形成环形闭合的串联磁路，失去对转子的推拉作用，由于其中一组合电磁线圈和另一组合定子永磁体工作点在同一角度，可以连续得到两组合交替产生的转矩，如此循环往复，使转子连续旋转。

2.按照权利要求1所述的永磁电动机，其特征在于：所述电磁线圈(3)与相衔接的定子永磁体(2)和转子永磁体(1)均采用瓦片形体，电磁线圈的绕组(11)内部镶有软铁(12)。

3.按照权利要求1所述的永磁电动机，其特征在于：所述固定环(4)外径与机座(5)之间用凹凸槽(13)插接固定，固定环(4)内径设有轴向若干排凹槽，用于镶嵌若干组合的定子永磁体(2)和电磁线圈(3)，固定环(4)为叠加组合式并采用非导磁材料制成。

4.按照权利要求1所述的永磁电动机，其特征在于：以定子永磁体(2)和转子永磁体(1)之间的气隙圆周为准，定子永磁体(2)两极弧长为转子永磁体(1)单极弧长的3/2，电磁线圈(3)弧长为转子永磁体(1)单极弧长的1/2。

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