CN101820190A - 强弱气隙磁场相间分布的电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种成本低、节能高效、自启动、无堵转、不失步、无转矩脉动、应用范围广的强弱气隙磁场相间分布的电机。该电机基于磁场同名磁极相斥、异名磁极相吸的原理设计，定子(或转子)采用大小相同的磁铁均匀分布，其对应的转子(或定子)采用大小不同的磁铁且小号磁铁同向偏转相同的极距，或采用大小相同的磁铁但少数对称磁铁同向偏转相同的极距；或者定子与转子都采用大小不同的磁铁且小号磁铁同向偏转相同的极距；或者定子(或转子)采用大小相同的电磁铁均匀分布且各相绕组依次轮流循环导通和截止，其对应的转子(或定子)磁铁不论大小均不偏转磁极。使定子与转子间形成“强弱强弱……、强强弱强强弱……、强强强弱强强强弱……”等强弱气隙磁场沿圆周相间分布的格局，从而使电机能自启动并平稳运行。

Description

强弱气隙磁场相间分布的电机

技术领域

本发明涉及一种旋转电机，既可作发电机，又可作电动机。用作发电机时，既可作交流发电机，也可作直流发电机；用作电动机时，即可作交流电动机，也可作直流电动机。

背景技术

旋转电机是基于磁能生电、电能生磁而制造的机电能量转换装置。现代电机产品种类繁多，应用十分广泛，但是，现有电机或多或少都存在一些缺陷。例如：交流异步电动机虽然具有结构简单、工作可靠、寿命长、成本低、保养简便的优点，但是，与直流电机相比，它调速性能差，起动转矩小，过载能力和效率低，其旋转磁场的产生需要从电网吸取无功功率，故功率因素低，无形中损失了大量电能。同步电机尽管工作效率高、噪音低、转矩波动小，但存在着启动困难，容易发生失步和堵转的问题。开关磁阻电机结构简单、工作可靠、启动性能好、调速性能好，但存在转矩脉动大、噪声大、功率密度和效率相对永磁电机偏低的缺陷。传统有刷直流电机虽有启动转矩大、响应快、噪音低、运行效率高、调速性能好等优点，但缺点也很明显：①换向时产生电磁干扰；②可靠性差，寿命短，维修困难；③噪声大。传统的无刷直流电机既具有有刷直流电动机同样的性能，又依靠电子换向，除去了电刷和换向器，无刷直流电动机系统的变速范围更宽，运行更稳，而且起动力矩大、过载能力强、效率高、体积小、寿命长，但是，转矩脉动使无刷直流电动机的应用受到了限制。

发明内容

为了克服旋转电机的上述缺点，本发明提供了一种节能高效、成本低、寿命长、噪音小、自启动、无堵转、不失步、无转矩脉动、应用范围广范的强弱气隙磁场相间分布的电机。其发明内容如下：

1、本发明所述强弱气隙磁场相间分布的电机(如例图1)，由转子1、定子2、轴承3、轴承支承架5、端盖6、机壳7、电路8、叶轮9等部分组成。其转子和定子的组合可以是内转子外定子、内定子外转子，或者内外定子配一个转子、内外转子配一个定子；也可以是轴向定子与轴向转子平行安装，即定子一端或两端设转子，或者转子一端或两端设定子；还可以是多定子多转子组合。电机的外形可以是圆柱状、菱柱状或者是盘状，也可根据实际需要设计。

本发明所述强弱气隙磁场相间分布的电机，是一种基于磁场同名磁极相斥、异名磁极相吸的原理设计的旋转电机。其特征是定子(或转子)采用大小相同的磁铁均匀分布，而与之对应的转子(或定子)采用大小不同的两种或多种型号的磁铁搭配，且小号磁铁按顺(逆)时针相同的方向偏转相同的极距(如例图2a1-b6，例图3a1-b2)，或与之对应的转子(或定子)采用大小相同的磁铁但少数对称磁铁按顺(逆)时针相同的方向偏转相同的极距；或者定子与转子同时各自采用大小不同的两种或多种型号的磁铁搭配，且定子与转子小号磁铁分别按顺(逆)时针不同的方向偏转相同的极距(如例图2c1-c2)；或者定子(或转子)采用大小相同的电磁铁均匀分布且各相绕组依次轮流循环导通和截止，而与之对应的转子(或定子)无论采用大小相同的磁铁还是大小不同的磁铁，均不偏转磁极(如例图3c1-f)。从而使定子与转子之间的气隙磁场变成一个或多个强(或弱)气隙磁场搭配一个弱(或强)气隙磁场(或者只有一对弱气隙磁场，其它均为强气隙磁场)，形成“强弱强弱……、强强弱强强弱……、强强强弱强强强弱……”等强弱气隙磁场沿圆周相间分布的格局。当定子或转子大号磁铁(或大小相同但未偏转的磁铁)的磁极中心与对应的转子或定子磁铁的磁极中心对齐时(多个相邻且极性相同的定子或转子磁极可视为一个磁极，以其弧长中心线对齐)，小号磁铁(或大小相同但偏转一定极距的磁铁)的磁极中心与所对应磁铁的磁极中心一致地偏转一定的极距；或者定子或转子各相绕组依次轮流循环导通和截止，使其一个或多个相邻且极性相同的磁极与所对应的转子或定子一个或多个相邻且极性相同的磁极弧长的中心线瞬间一致地偏转一定的极距。从而使电机转子能随时相对定子保持定向旋转。

本发明所述强弱气隙磁场相间分布的电机，定子或转子磁铁分为永磁铁和电磁铁。其小号永磁铁与大号永磁铁比较，小号永磁铁分为磁铁的弧宽减少；或者磁铁与磁轭的弧宽同时减少；或者磁铁的弧宽相同仅磁轭弧宽减少；或者磁极的气隙面的一侧扩大气隙距离等情形。其小号电磁铁与大号电磁铁比较，小号电磁铁分为铁芯弧宽减少(线圈导线可以减少)；或者铁芯与极靴(或磁轭)弧宽同时减少(线圈导线可以减少)；或者铁芯弧宽和线圈导线与大号电磁铁相同仅极靴(或磁轭)弧宽减少；或者磁极的气隙面的一侧扩大气隙距离等情形。

本发明所述强弱气隙磁场相间分布的电机，采用转子稳极磁铁与定子变极磁铁搭配，或者转子变极磁铁与定子稳极磁铁搭配。所谓稳极磁铁，是指在电机工作时，其磁极极性持续保持稳定的磁铁，包括永磁铁、直流(含交流变直流)电磁铁；所谓变极磁铁，是指电机工作时，其磁极极性不断改变的磁铁，或者磁极极性不改变但各相绕组依次轮流呈现间隙磁场的磁铁，变极磁铁属于电磁铁类，包括交流电磁铁、直流(含交流变直流)电磁铁。交流电磁铁的电源为单相交流电，直流电磁铁的电源为单相或多相直流电。

本电机作专用发电机时，定子与转子分别采用大小相同的磁铁均匀分布，由稳极磁铁励磁，变极磁铁线圈发电。

本电机作电动机或电动发电机时，根据变极磁铁线圈的通电方式不同可分为换向电机、换流电机和换流换向混合电机。所谓换向电机，即利用交流电源自然换向，或者直流电源采用电子换向电路或机械换向器换向，使变极磁铁线圈的电流随时间的推移不断改变方向，从而不断改变变极磁铁之磁极极性的电机；所谓换流电机，即采用电子换流电路或机械换流器换流，使各相变极磁铁线圈绕组依次轮流循环导通和截止而不改变其电流的方向，从而使变极磁铁呈间隙磁场的电机；所谓换流换向混合电机，即采用电子换流换向电路或机械换流换向器，致变极磁铁各相线圈绕组依次轮流导通和截止后，改变电流的方向，再依次轮流导通和截止，再改变电流的方向……，如此不断循环，使变极磁铁线圈绕组电流既换向又换流的电机。

本发明所述强弱气隙磁场相间分布的电机，按其电路中是否有电刷可分为无刷电机和有刷电机。无刷电机即永磁无刷电机，其转子采用永磁铁作稳极磁铁，定子采用变极磁铁，且变极磁铁直接与交流电源连接，或者采用电子换流电路或电子换流换向电路与交流电源连接，或者采用电子换向电路或电子换流电路或电子换流换向电路与直流电源连接。有刷电机即在转子上安装有滑环或机械换向器或机械换流器或机械换流换向器(也可以另安装与转子同轴或不同轴的机械换向器或机械换流器或机械换流换向器)与转子或定子线圈绕组连接，并通过电刷与电源连接的电机。分为四种情况：一是转子采用永磁铁作稳极磁铁，而定子采用变极磁铁，且变极磁铁采用滑环和电刷与交流电源连接，或者采用机械换向器或机械换流器或机械换流换向器和电刷与直流电源连接；二是转子采用直流电磁铁(或直流电磁铁和永磁铁一起)作稳极磁铁，转子直流电磁铁用滑环、电刷与直流电源连接，而定子采用变极磁铁，且变极磁铁直接与交流电源连接，或者采用电子换流电路与交流电源连接，或者采用电子换向电路、电子换流电路或机械换向器、机械换流器、机械换流换向器和滑环、电刷与直流电源连接；三是定子采用永磁铁作稳极磁铁，而转子采用变极磁铁，且变极磁铁通过滑环、电刷直接与交流电源连接，或者采用电子换流电路和滑环、电刷与交流电源连接，或者采用机械换向器、机械换流器、机械换流换向器或电子换向电路、电子换流电路和滑环、电刷与直流电源连接；四是定子采用直流电磁铁(或直流电磁铁和永磁铁一起)作稳极磁铁，定子直流电磁铁直接与直流电源连接，而转子采用变极磁铁，且变极磁铁通过滑环、电刷直接与交流电源连接，或者采用电子换流电路和滑环、电刷与交流电源连接，或者采用机械换向器、机械换流器、机械换流换向器或电子换向电路、电子换流电路和滑环、电刷与直流电源连接。

本发明所述强弱气隙磁场相间分布的电机，按气隙磁场形式之不同可分为轴向气隙磁场电机(如例图1a-b)、径向气隙磁场电机(如例图1c、e、f、g)、斜向气隙磁场电机、混合气隙磁场电机(如例图1d)。其永磁铁可以轴向充磁、径向充磁或切向充磁，每个永磁铁可单极充磁或多极充磁；其电磁铁可以采用轴向线圈、径向线圈或切向线圈，电磁铁线圈可以是集中式绕组，也可以是分布式绕组。换流电机采用分布式绕组时，两个或多个磁极的部分齿极可以共用。本电机的稳极磁铁或变极磁铁的磁极既可以是显极式，也可以是隐极式。

本电机的单个磁铁两端磁极的物理尺寸的大小和在气隙磁场的磁场强度相同(若磁铁的一端或两端磁极采用极靴或磁轭分离为若干个小磁极，则小磁极的磁场强度之和等于另一端的磁场强度或小磁极的磁场强度之和)。

本电机每套定子与转子之间圆周只有一排气隙磁场即称为单气隙磁场电机(如例图1e、g)；每套定子与转子之间圆周存在两排气隙磁场即称为双气隙磁场电机(如例图1a、b、c、f)；每套定子与转子之间的存在三排及以上气隙磁场即称为多气隙磁场电机(如例图1d)。

本电机永磁铁和电磁铁可制成

形或瓦形、扇形等任意形状，或者多个永磁铁、电磁铁以

等形状沿圆周排列。

2、本发明所述所述强弱气隙磁场相间分布的电机，其所谓换向电机，即变极磁铁线圈的电流随时间的推移不断改变方向的电机，其变极磁铁既可以是定子磁铁，也可以是转子磁铁。换向电机属于单相电机，其定子磁铁与转子磁铁在每排气隙磁场的磁极排列状况和磁极数如下表：

换向电机每排气隙磁场的磁极的强弱配置分以下几种情况：一是转子采用均匀磁极，定子采用强弱磁极搭配(如例图2a1-a8)，即当转子采用大小相同的磁铁沿转子体圆周均匀分布时，定子采用大小不同型号的磁铁；二是定子采用均匀磁极，转子采用强弱磁极搭配(如例图2b1-b6)，即当定子采用大小相同的磁铁沿定子体圆周均匀分布时，转子采用大小不同型号的磁铁；三是定子磁极与转子磁极都采用强弱磁极搭配(如例图2c1-c2)；四是定子与转子都采用大小相同的磁铁，但定子(或转子)少数对称磁铁同向偏转相同的极距；五是定子与转子分别采用大小相同的磁铁，但部分变极磁铁分别在电机正转和倒转时通电。

当定子磁极与转子磁极都分别采用均匀磁极(磁极极性排列和极数如上表中第2一第n行)时，若变极磁铁数≥4，即可做成换流换向混合电机(如例图2d1-d4)。

3、本发明所述所述强弱气隙磁场相间分布的电机，其所谓换流电机，即变极磁铁线圈内电流的方向不改变，各相绕组线圈依次轮流循环导通和截止的电机。其变极磁铁可以是定子磁铁或者是转子磁铁，每排气隙磁场通电变极磁铁的极性相同，即全部为N极或S极，未通电变极磁铁的极性相反(利用定子本体或转子本体导磁的磁场较强，反之较弱)。变极磁铁的磁极数量为“大于等于4且能被电源相数(含单相或几相电源分解为2相或多相电源)整除的整数”。变极磁铁与稳极磁铁的磁极的配置有四种情形：

〔1〕、当电源相数为2相时，稳极磁铁的磁极数量与变极磁铁的磁极数量相同或者是变极磁铁磁极的一半。

当稳极磁铁的磁极按“N、S……”排列(磁极数大于等于4)成对设置时，每排气隙磁场稳极磁铁的磁极与变极磁铁的磁极的数量相同(如例图3a1-a5)。若稳极磁铁采用大小相同的磁铁沿转子或定子圆周均匀分布，则变极磁铁采用大小不同的磁铁，或者变极磁铁采用大小相同的磁铁但少数对称磁铁同向偏转相同的极距。若变极磁铁采用大小相同的磁铁沿转子或定子圆周均匀分布，则稳极磁铁采用大小不同的磁铁，或者稳极磁铁采用大小相同的磁铁但少数对称磁铁同向偏转相同的极距。

当稳极磁铁的磁极在一排(或几排)气隙磁场全部为N极，在另一排(或几排)全部为S极时，则每排气隙磁场稳极磁铁的磁极数为变极磁铁的磁极数的一半(如例图3b1-b2)。这时，稳极磁铁采用大小相同的磁铁沿转子或定子圆周均匀分布，变极磁铁采用大小不同的磁铁，或者变极磁铁采用大小相同的磁铁但少数对称磁铁同向偏转相同的极距。

〔2〕、当电源相数超过2相时，变极磁铁采用大小相同的磁铁沿转子或定子圆周均匀分布，由于变极磁铁各相绕组线圈依次轮流循环导通和截止，所以变极磁铁的磁极自然形成强弱磁极相间分布的格局。其稳极磁铁的磁极数为“2P÷M”或“P÷M”的整数(P为变极磁铁的磁极数，M为电源相数；P≥6)。

当稳极磁铁的磁极在一排(或几排)气隙磁场为“N、S……”分布，在另一排(或几排)为“S、N……”分布时，采用大小不同的磁铁，则每排气隙磁场稳极磁铁的磁极数量为“2P÷M”(如例图3c1-c3)。这时，小号稳极磁铁的磁极与所对应的变极磁铁的磁极的极性相同，且每个小号稳极磁铁的磁极只对应一个变极磁铁的磁极；大号稳极磁铁的磁极与所对应的变极磁铁的磁极的极性相异，且每个大号稳极磁铁对应“M-1”个变极磁铁。

当稳极磁铁的磁极在一排(或几排)气隙磁场全部为N极(前述S磁极位置空缺)，在另一排(或几排)全部为S极(前述N磁极位置空缺)时，采用大小和磁场强度相同的磁铁，则每排气隙磁场稳极磁铁的磁极数量为“P÷M”(如例图3d1-d4)。这时，稳极磁铁的磁极与所对应的变极磁铁的磁极的极性相异，且每个稳极磁铁的磁极对应“M-1”个变极磁铁的磁极。

〔3〕、当电源相数超过2相时，其稳极磁铁的磁极数还可以是“P”或者“P-P÷M”的整数(P为变极磁铁的磁极数，M为电源相数；P≥6)。

当稳极磁铁的磁极数等于“P”时(如例图3e1-e3)，则在变极磁铁的磁极全部为N极的气隙磁场，稳极磁铁的磁极设置为连续“M-1”个S磁极配一个N磁极；在变极磁铁的磁极全部为S极的气隙磁场，稳极磁铁的磁极设置为连续“M-1”个N极配一个S极。

当稳极磁铁的磁极数等于“P-P÷M”时(如例图3f)，则在变极磁铁的磁极全部为N极的气隙磁场，稳极磁铁的磁极设置为连续“M-1”个S磁极后空一个磁极的位置(前述N磁极位置空缺，靠近空缺位置的S磁极可适当扩大)；在变极磁铁的磁极全部为S极的气隙磁场，稳极磁铁的磁极设置为连续“M-1”个N极后空一个磁极的位置(前述S磁极位置空缺，靠近空缺位置的N磁极可适当扩大)。

〔4〕、按前三种方法确定换流电机变极磁铁和稳极磁铁的基本数量后，在不改变磁铁磁极极性的前提下，可以将部分或全部的变极磁铁或(和)稳极磁铁分设成若干极性相同的磁铁(如例图3a6就是由a5变化而成、c4就是由c3变化而成)。其中，2相换流电机可能变为变极磁铁与稳极磁铁分别采用大小相同的磁铁(如例图3a6)；相数超过2相的换流电机，采用大小不同磁铁的可能变为采用大小相同的磁铁，采用大小相同磁铁的可能变为采用大小不同的磁铁。

4、本发明所述强弱气隙磁场相间分布的电机，如果需要电动机倒转，分两种情况处理：

〔1〕、若电机为换向电机或2相换流电机，要使电机倒转，则变极磁铁(或直流电稳极磁铁)采用大小不同的磁铁配置的(如例图2a1-a3、a8，图3a4)，在一对(或多对)对称的大号磁铁的位置设置两组小号磁铁；或者变极磁铁(或直流电稳极磁铁)采用大小相同磁铁配置的(如例图3a6)，选用其中两对(或多对)按所对应(定子对应转子或转子对应定子)磁铁的相同侧边分设成两组对称的磁铁。当电机顺转时，接通其中一组磁铁的线圈，倒转时则通过手动倒顺开关(如例图4a、b)或电子倒顺开关截止顺转的那组磁铁的线圈而导通另一组磁铁的线圈。

有位置传感器电机可以设置两组传感器(如例图10b1)连接倒顺开关，并与电源倒顺开关同步开关。

有刷电机可以设置两组与电源倒顺开关联动的电刷装置，顺转时接通一组，倒转时接通另一组。

〔2〕、若电机为换流换向混合电机或变极磁铁相数超过2相的换流电机，要使电机倒转，采用手动倒顺开关(如例图4c)或电子倒顺开关，将变极磁铁各相绕组电源依顺序调换即可。

5、本发明所述所述强弱气隙磁场相间分布的电机，其转子(如例图1和例图6)由转轴10、转子本体13、永磁铁11或(和)转子线圈铁芯及线圈16等部件构成。转轴与转子本体采用铸造、注塑、焊接、卡接或其它机械方式连接。转子本体(如例图5a1-a5)分导磁转子本体和非导磁转子本体两种。利用转子本体导磁的，转子本体用硅钢片叠压或导磁率及电阻率较高的合金铸造；不利用转子本体导磁的，采用高强度塑料(如加玻璃纤维、碳纤维等材料增强)注塑成型或者用铝合金等非导磁的金属或非金属材料压铸而成。

采用永磁铁的转子(如例图6c)，有一个或以上永磁铁，其转子永磁铁沿转子本体圆周贴于转子表面、或粘接镶嵌于转子本体的凹槽内、或埋设于转子本体内。大号永磁铁和小号永磁铁可以采用同一种永磁材料，也可以分别采用不同的永磁材料。单纯采用永磁铁的转子可在转子上加装鼠笼导条和短路环。转轴、转子本体、转子永磁铁可用塑料(可加玻璃纤维、碳纤维等材料增强)或非导磁合金模制成一个整体。转子体外可加套高强度非导磁箍12用于防止电机高速旋转时磁体脱落。高强度非导磁箍分为无缝式和腰带式两种，无缝式采用过盈配合装配，腰带式采用铆接、螺接或焊接装配。

采用电磁铁的转子(如例图6a-b)有一个或以上线圈，其线圈铁芯(如例图5b1-b4)用硅钢片叠压或导磁率及电阻率较高的合金精密铸造而成，线圈铁芯可单独制造，也可与转子本体一体制造(利用转子本体导磁的，如例图5b1)。线圈绕于转子线圈铁芯上，线圈与铁芯之间用耐高温绝缘套(架、垫)或涂层隔离。采用液体降温或用于潮湿环境或需要防爆的电机，对线圈及连接线进行严格的防水绝缘处理。非一体化制造的铁芯绕好线圈后，采用螺接、卡接、焊接或其它机械的方法与转子本体紧固连接。

转子上可设置导引转子磁铁磁力线的磁轭18(如例图5c1-d5)，磁轭由铁氧体、纯铁、低碳钢或导磁率及电阻率较高的合金制造，转子磁轭采用卡接、螺接、铆接或焊接于转子本体上。内转子外定子电机设置转子磁铁磁轭18(如例图6)，可径向延长磁轭增大转子半径，延伸着力点，以增长杠杆的动力臂达到省力节电之目的。转子两端可加装非导磁压板(或压环)15，采用螺栓、拉杆固定于转子本体上，以增强转子磁轭的机械强度。采用电磁铁的转子，其转子磁轭可与铁芯一体制造(如例图5b3)。内转子的形状为

等形状，外转子的形状为

和

等形状。

有刷电机转可在转轴上安装(或不同轴安装)径向或轴向的导电滑环、机械换向器、机械换流器或机械换流换向器17(如例图1b、如例图6a-b)。采用传感器控制电子开关的电机可另安装与电机转子同轴(或不同轴)的径向或轴向感应转子19(如例图1a)。

6、本发明所述强弱气隙磁场相间分布的电机，其定子(如例图8)由定子本体20、定子线圈铁芯21、定子线圈22等部件构成。定子本体(如例图7a1-a8)分为导磁定子本体和非导磁定子本体两种。利用定子本体导磁的，定子本体用硅钢片叠压或导磁率及电阻率较高的合金精密铸造而成；不利用定子本体导磁的，采用高强度塑料(如加玻璃纤维、碳纤维等材料增强)注塑成型或者用铝合金等非导磁的金属材料精密铸造而成。外定子电机的定子本体可由机壳代替。采用永磁铁的定子有一个或以上永磁铁，其永磁铁粘、卡镶嵌于定子本体的凹槽内、或埋设于定子本体内。采用电磁铁的定子，其定子本体设有接线槽，便于相关绕组之间和绕组与电源之间接线连接，连接线均加套绝缘套后粘嵌入槽内。定子本体的结构分为整体式和分体式两种，整体式为整体铸造(如例图7a1-a2)；分体式为两个或两个以上部件组装而成(如例图7a3-a6)。采用分布式绕组的电机以定子本体为铁芯，线圈直接镶嵌于带有齿槽的且能导磁的电机本体上。采用集中式绕组的电机应制造专门的定子线圈铁芯(如例图7b1-b11)，其铁芯用硅钢片叠压或导磁率及电阻率较高的合金精密铸造而成，可单独制造，也可与定子本体一体制造(需要利用定子本体导磁时，如例图7b6)。采用电磁铁的定子有一个或以上线圈，线圈绕于定子线圈铁芯上，线圈与铁芯之间用耐高温绝缘套(架)或涂层隔离。采用液体降温或用于潮湿环境或需要防爆的电机，对线圈及连接线进行严格的防水绝缘处理。非一体化制造的铁芯绕好线圈后，采用螺接、卡接、焊接或其它机械的方法与定子本体紧固连接。定子线圈铁芯与定子本体的连接方式可分为内接式、外接式及内外共接式。采用非导磁定子本体的电机，定子电磁铁可另外配置线圈磁轭(如例图7c1-c4，与图7b11配套)与背轭，以减少漏磁损失。定子铁芯和磁轭、背轭可一体制造，或者分开制造后组装成一体(如例图7d1-d3)。单纯采用永磁铁的定子可在定子上加装鼠笼导条和短路环。

作为特例，外定子内转子电机作专用发电机时，将定子磁轭向内延伸到转子磁极面，可减小转子的磁滞阻力，以较少的机械能转化为更多的电能。

7、本发明所述所述强弱气隙磁场相间分布的电机，其电路分为电动机电路和发电机电路，电动机电路又分为换流电路、换向电路、换流换向混合电路。电动机需要倒转时可在电路中加手动或电子倒顺开关电路。交流电机为单相电源、单相和二相或多相输出，直流电机可采用单相、二相或多相电源或输出。

〔1〕、电动机换流电路。使变极磁铁各相绕组线圈依次轮流循环导通和截止且不改变电流方向的电路，即电动机换流电路。它包含直流换流电路和交流换流电路，其中直流换流电路又分为直流电子换流电路和直流机械换流电路，交流换流电路又分为交流电子换流电路和交流机械换流电路。

①、直流电子换流电路，即利用电子开关使变极磁铁各相绕组线圈依次轮流循环导通和截止的直流电路。可分为有位置传感器直流换流电路和无位置传感器直流换流电路。

A、有位置传感器直流换流电路(如例图10a1)。该电路是通过位置传感器H获取转子位置信号，并由传感器控制电子换流开关的导通和截止，从而使变极磁铁各相绕组线圈依次轮流循环导通和截止的直流电路。由转子位置传感器、电子换流开关、续流二极管等部分组成。每相绕组(含单相电源分解为二相或多相，或几相分解为多相)安装一个或两个传感器(可以是磁敏传感器、电感式传感器或光电传感器)，传感器(或通过放大电路)与电子换流开关相连，电子换流开关与电源和线圈绕组相连。电子换流开关为三极管(包括达林顿管)、光电耦合器、场效应管、可关断晶体管、绝缘栅双极晶体管以及IGBT等电子开关。可在电源或电能储存装置与绕组线圈之间连接续流二极管(消除反电动势的影响，或作绕组发电的输出通道。下同)。其变速控制可采用手动操作或电子与机械调节可变电阻，实行有级或无级调速；也可采用线圈抽头串联开关改变变极磁铁的磁极对数，进行有级调速；也可采用调节可变电阻和改变变极磁铁的磁极对数进行混合调速。另外安装与电机转子不同轴的传感器感应转子的，还可通过调节感应转子的转速对电机进行调速。

B、无位置传感器直流换流电路(如例图10a2)。此电路是采用各种多路同频时序脉冲信号发生电路或者无位置传感器的转子位置检测电路产生信号，控制电子换流开关的导通和截止，从而使变极磁铁各相绕组线圈依次轮流循环导通和截止的直流电路。将有位置传感器直流换流电路中的传感装置用多路同频时序脉冲信号发生电路或者无位置传感器的转子位置检测电路替换，就变成了本电路。采用多路同频时序脉冲信号发生电路的电机可通过调节信号频率进行调速，同时，可通过调节占空比调整绕组通电时间长短，从而控制同时通电绕组数量，使能耗与负载匹配，利于节电。采用无位置传感器的转子位置检测电路的电机可调节可变电阻进行调速。

多路同频时序脉冲信号发生电路，由震荡、移相、整形等电路构成，其输出的多路脉冲信号的频率和占空比相同，且各路信号按相同的时间间隔依次轮流循环输出。

②、直流机械换流电路，即变极磁铁各相绕组线圈通过机械换流器和电刷与直流电源连接(如例图9c、e、f)，从而实现变极磁铁各相绕组线圈依次轮流循环导通和截止的电路。可在电源或电能储存装置与绕组线圈之间连接续流二极管。其调速与有位置传感器直流换流电路基本相同，另行安装与电机转子不同轴的机械换流器的，还可通过调节机械换流器的转速对电机进行调速。

③、交流电子换流电路(如例图10a3)，即利用二极管或者其它电子开关，在交流电正、负半周时分别单向导通和截止不同变极磁铁绕组的电路。可在电能储存装置与绕组线圈之间连接续流二极管。其调速可采用可控硅调速或变频调速。

〔2〕、电动机换向电路。使变极磁铁线圈的电流随时间的推移而不断改变方向的电路即电动机换向电路。它包括直流换向电路和交流换向电路，其中直流换向电路又分为直流电子换向电路和直流机械换向电路。

①、直流电子换向电路，即利用电子开关使变极磁铁线圈的电流随时间的推移而不断改变方向的直流电路。可分为有位置传感器直流换向电路和无位置传感器直流换向电路。

A、有位置传感器直流换向电路(如例图10b1)。该电路是通过位置传感器H获取转子位置信号，并由传感器控制电子换向开关的导通和截止，从而改变变极磁铁线圈电流方向的直流电路。由转子位置传感器、电子换向开关等部分组成，其电子元器件与有位置传感器直流换流电路基本相同。其调速与有位置传感器直流换流电路相同。

B、无位置传感器直流换向电路(如例图10b2)。即有位置传感器直流换向电路中的传感器用相位相反的对称方波电路替代即可，可通过调节方波的频率进行调速。

②、直流机械换向电路，即利用机械换向器使变极磁铁线圈的电流随时间的推移而不断改变方向的直流电路(如例图9b)。其调速与有位置传感器直流换流电路基本相同，另行安装与电机转子不同轴的机械换向器的，还可通过调节导电机械换向器的转速对电机进行调速。

③、交流换向电路。若定子采用变极磁铁，即利用交流电周期自然改变电流方向的特性，将交流工频电源或变频电源直接与定子变极磁铁绕组相连即可(如例图10b3)；若转子采用变极磁铁，可采用滑环、电刷将交流工频电源或变频电源与转子变极磁铁绕组相连即可(如例图9a)。可采用可控硅调速或变频调速。

〔3〕、换流换向混合电路。电流在变极磁铁各相绕组线圈依次轮流导通和截止后，改变电流的方向，再依次轮流导通和截止，然后再改变电流的方向……，如此不断循环的电路即电动机换流换向混合电路。它包括直流换流换向电路和交流换流换向电路。

①、直流换流换向电路，即以直流电为电源的电机，同时采用电子换流电路和电子换向电路，或者采用机械换流换向器(如例图9d)，使变极磁铁各相绕组线圈依次轮流导通和截止后，改变电流的方向，再依次轮流导通和截止的电路。其变速控制可采用手动操作或电子与机械调节可变电阻，实行有级或无级调速；也可采用线圈抽头串联开关改变变极磁铁的磁极对数，进行有级调速；也可采用调节可变电阻和改变变极磁铁的磁极对数进行混合调速。另行安装与电机转子不同轴的机械换流换向器的，还可通过调节机械换流向器的转速对电机进行调速。

②、交流换流换向电路，即利用交流电源自然换向，并采用电子换流换向电路(如例图10c1-c2)在电源正负半周时分别进行换流，使变极磁铁线圈电流既换向又换流的电路。其变速控制可采用可控硅调速或变频调速。

〔4〕、发电机电路。当本电机作为直流发电机发电时，可通过变压、滤波等电路将电流输送到电能储存设备(蓄电池或超级电容等)或直接供用电器使用；当本电机作为交流发电机发电时，可经过整流器、变压器、逆变器等设备后将电源输送到电网或直接供用电器使用。

作电动发电机使用时(换流电机作电动机时未通电绕组处于发电状态)，续流二极管在电源或电能储存设备与线圈之间连接，所发电能可输入电源或电能储存设备。

〔5〕、本电机在不同时间分别执行电动机或发电机功能(如电动车辆使用时)，可同时将电动机电路和发电机电路一并连接于绕组的两端，并分别安装电动机开关和发电机开关，通过开关实现发电/电动功能转换。即作电动机时，开启电动机开关，关闭发电机开关；作发电机时，开启发电机开关，关闭电动机开关。其电动机开关和发电机开关可以是手动开关，也可以是电子开关。

〔6〕、本电机电路可根据需要增加变压、整流、滤波、稳压、过流保护、过热保护、漏电保护、温度补偿电路、偏置电路等电路，也可以根据电路的需要增加必要的元器件(如通交隔直电容)。电机印刷电路板可封装于电机壳内，也可另安装于专门的机外接线盒内。

8、本发明所述所述强弱气隙磁场相间分布的电机，其特征是延伸动力臂的电动机和减少阻力的发电机同轴安装或通过增速机构连接(可以是多级电动机与发电机组合)，能将较小的电能或机械能通过杠杆进行放大，实现更大电能或机械能输出。若配备若干蓄电池、超级电容等电能储存设备和控制装置，可组合为不需要外力的独立发电系统。

9、本发明所述所述强弱气隙磁场相间分布的电机，其特征是设置有轴承支承架5(可由端盖6替代，也可在轴承支承架5上覆盖网纱作端盖6)，轴承支承架5与定子本体20或机壳7连接。有刷电机的电刷支承机构和电刷52或者有位置传感器的无刷电机的传感器H及其支承机构51可安装在轴承支承架5上(也可安装在定子本体20上)，传感器非感应面周边可设置隔磁装置。连接转轴10与轴承支承架5的轴承3可以是普通轴承，也可以是磁悬浮轴承或非导磁材料轴承；小功率电机也可采用耐高温、耐磨的滑动轴承。

10、本发明所述所述强弱气隙磁场相间分布的电机，其特征是有一叶轮9与转轴10同轴紧固安装，或者将转子磁轭边缘制造成风叶形状9，作为电机降温的风扇或作泵类产品的泵叶轮，定子或(和)转子上可设置轴向或径向通风道，端盖设通风孔，通过空气或液体流过带走热量，有效抑制电机的温升。小功率电机或利用机壳散热的电机可以不设置风扇。

技术优势

本发明所述强弱气隙磁场相间分布的电机，具备现有电机难以企及的优势。

第一，作为电动机，本电机具有如下优势：

首先，本电机启动和运行平稳。由于转子能随时相对定子保持定向旋转，所以无需另装启动装置，启动平稳。而且，由于转子能随时相对定子保持定向旋转，所以在额定负载条件下，电机不存在堵转和失步问题。同时，本电机能保持恒转矩，电机无转矩脉动，所以电机运行十分平稳。

其次，本电机作电动机时，具有明显的节能优势：

1、反电势得到有效利用。一是由于反电势与线圈电流方向相反，所以换向电动机线圈电流换向后，其通电电流方向与原反电势相同，因此其反电势被换相电机得以利用；二是由于换流电动机装有续流二极管，使通电线圈产生的反电势和发电线圈(未通电线圈)产生的电能通过续流二极管回馈电源或者输入电能储存装置，既减少磁滞损失又增加了电能。

2、作为电动机的优选方式之装有转子磁轭的内转子外定子电动机，将内转子磁铁的磁轭径向延伸到外定子磁铁的磁极面，增加了转子的动力臂，从而能以较小的电能消耗获得较大的机械能或者消耗相同的电能获得更多的机械能。转子与定子轴向平行安装的电机亦有异曲同工之妙。

3、作为电动机的优选方式之永磁转子电机，以高磁能积永磁铁取代电磁铁，省去了转子电磁铁电能消耗，更是本节能电机中的佼佼者。

再次，本电机应用范围非常广泛。本电机作为电动机可以根据需要做成大功率电机，也可以做成小功率电机或微电机，几乎适用于任何需要电动机的领域。

第二，本电机作为发电机，优选内转子励磁外定子线圈发电的结构，其外定子线圈可将磁轭径向延伸至内转子磁铁的磁极面，从而减少转子的磁滞阻力，以较少的机械能获得更多的电能。

第三，本发明所述延长转子动力臂的电动机和减少转子磁滞阻力的发电机同轴安装或通过增速机构连接(可以是多级电动机与发电机组合)，能将较小的电能或机械能通过杠杆进行放大，实现更大电能或机械能输出。若配备若干蓄电池、超级电容等电能储存设备和控制装置，可组合为不需要外力的独立发电系统。

附图说明

图1：强弱气隙磁场相间分布电机剖面例图(a、b为内转子外定子轴向气隙电机例图；c、e为内转子外定子径向气隙电机例图；d内转子外定子径向气隙和斜向气隙混合电机例图；f为内定子外转子径向气隙电机例图；g为内转子外定子切向线圈径向气隙电机例图)。

图2：轴向气隙换向电机定子与转子磁极在一个气隙磁场的配置示意例图(a1-a8为内转子均匀磁极与外定子强弱磁极配置例图；b1-b6为外定子均匀磁极与内转子强弱磁极配置例图；c1-c2为外定子磁极与内转子磁极都采用强弱磁极配置例图，其中c1可以倒转；d1-d4为外定子变极磁铁与内转子稳极磁铁分别采用均匀磁极的换流换向混合电机的磁极配置例图)。

图3：轴向气隙换流电机外定子变极磁铁与内转子稳极磁铁的磁极在一个气隙磁场的配置示意例图(a1-a5为内转子磁铁与2相外定子磁铁磁极数量相同的例图；a 6为每个变极磁铁分设成2个后采用大小相同磁铁配置的例图；b1-b2为内转子磁铁是2相外定子磁铁磁极数量一半的例图；c1-c4为内转子磁铁的磁极数等于“2P÷M”、外定子磁铁超过2相的换流电机磁极的例图；d1-d4为内转子磁铁的磁极数等于“P÷M”、外定子超过2相的换流电机磁极的例图；e1-e3为内转子磁铁与外定子磁铁的磁极数相同的超过2相的换流电机磁极的例图；f为内转子磁铁的磁极数等于“P-P÷M”、外定子超过2相的换流电机磁极的例图)。

图4：机械倒顺开关例图(a为换向电机倒顺开关例图；b为2相换流电机倒顺开关例图；c为换流换向混合电机或超过2相的换流电机的倒顺开关例图)。

图5：转子部件例图(a1-a4为内转子本体轴向视图例图；a5为外转子本体横截面例图；b1-b2为径向内转子线圈铁芯冲片例图；b3-b4为轴向转子铁芯例图；c1-c 3为与b4配套的转子磁轭例图；d1-d4为内转子永磁铁磁轭例图；d5为d1-d2的剖面例图)。

图6：内转子例图(a、b为电磁转子例图；c为永磁转子例图)。

图7：定子部件例图(a1-a2为整体式外定子本体例图；a3-a6为分体式外定子本体例图；a7-a8为内定子本体例图；b1-b4为外定子径向线圈铁芯冲片例图；b5为外定子径向磁极切向线圈铁芯冲片例图；b6-b7为内定子径向线圈铁芯冲片例图；b8为铸造内定子轴向线圈铁芯例图；b9-b10为铸造外定子轴向线圈铁芯例图；b11为硅钢片轴向定子线圈铁芯例图；c1-c4为与b11形状铁芯配套的定子线圈磁轭例图；d1-d4为铸造组装的外定子径向线圈铁芯、磁轭及背轭例图)。

图8：外定子例图(a1为径向气隙电机均匀磁铁定子例图；a2-a3为径向气隙电机大小不同磁铁定子例图；b1-b2为轴向气隙电机均匀磁铁定子例图；b3为轴向气隙电机大小不同磁铁定子例图)。

图9：径向导电滑环、机械换流器、机械换向器、机械换流换向器展开及电路例图(a为转子导电滑环例图；b为转子直流换向器例图；c为转子2相直流换流器例图；d为转子直流换流换向器例图；e为定子四相直流换流器例图；f为转子四相直流换流器例图)。

图10：电子控制电路原理例图(a1为有位置传感器直流换流电路例图；a2为能手动控制倒转电机的无位置传感器直流换流电路例图；a3为交流换流电路例图；b1为能手动控制倒转电机的有位置传感器直流换向电路例图；b2为能手动控制倒转电机的无位置传感器直流换向电路例图；b3交流换向电机例图；c1-c2为交流换流换向电路例图)。

图2、图3、图10中定子(或转子)上有花纹的是大磁铁，无花纹的是小磁铁；定子(或转子)全部无花纹，表示磁铁大小相同。

图中主要部分的符号说明：1转子、10转轴、11转子永磁体、12高强度非导磁箍、13转子本体、15转子压板(环)、16转子线圈铁芯及线圈、17导电滑环或机械换流器或机械换向器、18转子磁轭、19转子位置感应转子、2定子、20定子本体、21定子线圈铁芯、22定子线圈、23定子磁轭、24定子背轭、3轴承、5轴承支承架、51传感器支承架、52电刷支承机构及电刷、6端盖、7机壳、8电路板及接线盒、9叶轮或扇叶、H转子位置传感器，各相电源分别用A、B、C、D、E表示。

本发明所述强弱气隙磁场相间分布的电机是一个较大的电机系列，包含但不限于附图所示内容，在不超出本电机的基本原理和权利要求范围内所作的任何改动，均受到本专利的保护。本电机不排除使用现有的公共技术。

具体实施方案

本发明所述强弱气隙磁场相间分布电机的实施方案种类繁多，现略举几例内转子外定子轴向气隙电机对其基本原理加以说明(例图磁极为电机一排气隙磁场的状态)。

实施例一：如例图10a1，是一种四极永磁稳极磁铁转子配四相八极变极磁铁定子的有位置传感器直流换流电机，该电机有四个传感器H1-H4检测转子位置信号，分别控制VT1-VT4四个NPN三极管开关，三极管开关分别连接A、B、C、D四相绕组。如图所示，H1感应到转子磁极N，无信号输出，VT1截止，A相绕组断电，失去对转子磁极S的吸引力；H4感应到转子磁极S，输出正信号，VT4导通，D相绕组通电，使定子磁极DN产生对转子磁极N的排斥力(且DN部分磁力线穿过AN使AN呈S极性，对转子磁极S产生排斥力，以下断电绕组同理)；同时，H2、H3因感应转子磁极S，VT2和VT3继续保持导通，B相和C相绕组继续保持通电，对转子磁极S产生吸引力。由于B、C、D三相绕组同时通电，使定子磁极BN、CN、DN(可视为一个磁极)与相吸的转子磁极S的中心线产生一个磁极距的偏差，加之定子磁极DN对转子磁极N的排斥力，定子磁极AN对转子磁极S的排斥力，使转子顺时针旋转。当转子磁极S接近DN后，定子磁极DN在吸引转子磁极S的同时继续排斥转子磁极N，直到转子旋转45°，转子磁极S与定子磁极BN、CN、DN对齐。紧接着，H1感应到转子磁极S，H2感应到转子磁极N，H3、H4保持感应转子磁极S的状态，使B绕组断电，C、D、A绕组通电，使定子磁极CN、DN、AN(可视为一个磁极)与相吸的转子磁极S的中心线产生一个磁极距的偏差，加之定子磁极AN对转子磁极N的排斥力和对转子磁极S的吸引力，使转子顺时针旋转45°，直到定子磁极CN、DN、AN与转子磁极S对齐……。如此，随着转子的转动，定子各相绕组依次轮流循环导通和截止，形成旋转磁场，从而使转子不断旋转。

实施例二：如例图10a2，是一种四极永磁稳极磁铁转子配四相八极变极磁铁定子的无位置传感器直流换流电机，其工作原理与实施例一基本相同，只是电子开关的控制信号由转子位置传感器产生改为由四路同频时序脉冲发生电路产生。如图所示，四路同频时序脉冲发生电路按相等的间隔时间依次轮流循环输出四路频率相同、占空比相同的脉冲信号，依次轮流循环导通和截止VT1-VT4四个NPN三极管开关，继而依次轮流循环导通和截止A、B、C、D四相定子绕组，形成定子旋转磁场，从而使转子不断旋转。同时，该电机安装有机械到顺开关，电机顺时针旋转时，倒顺开关如图接通，需要电机逆时针旋转时，将倒顺开关反接，则电子开关VT1-VT4所连接的绕组分别由A、B、C、D变为D、C、B、A，由此导致定子绕组形成逆时针旋转磁场，使转子逆时针旋转。

实施例三：如例图10a3，是一种八极永磁稳极磁铁转子配二相八极变极磁铁定子的无位置传感器交流换流电机，该电机利用二极管的单向导电性能，通过四个二极管将二相定子绕组分别与单向交流电源连接。如图所示，当电源正半周时，电流由

经VD1、A绕组、VD4流向

使定子磁极AN与转子磁极S相吸；当电源负半周时，电流由

经VD2、B绕组、VD3流向

使定子磁极BN与转子磁极N相排斥，由于对应定子小磁铁的转子磁铁靠顺时针一侧，所以转子顺时针旋转，继而定子磁极BN与转子磁极S相吸，直到其磁极中心对齐；当电源再到正半周时，A绕组通电，定子磁极AN先与转子磁极N相排斥，再与转子磁极S相吸，直到定子磁极AN与转子磁极S的磁极中心对齐……。如此，A、B两相定子绕组分别在交流电源正负半周时通电，使定子磁极不断从对转子同名磁极排斥到对转子异名磁极吸引，从而推动转子不断顺时针旋转。

实施例四：如例图10b1，是一种可以倒转的六极永磁稳极磁铁转子配六极变极磁铁定子的有位置传感器直流换向电机，该电机有四个电压相位相反的双霍尔传感器H1-H4检测转子位置信号，H1、H3在顺时针旋转时接通其电源或输出信号，H2、H4在逆时针旋转时接通其电源或输出信号。如图所示，该电机的倒顺开关处于接通顺时针旋转电路的状态，当前，H1感应到转子磁极N，无信号输出，VT1、VT4截止；同时，H3感应到转子磁极S，VT2、VT3分别接收到正、负信号，得以导通，则定子绕组反向通电，定子磁极N变为S、S变为N，与所对应的转子磁极极性相同，于是对转子产生排斥力，由于对应定子小磁铁的转子磁铁靠顺时针一侧，所以推动转子顺时针旋转，转过一定角度后，定子磁铁在对转子同名磁极排斥的同时，开始吸引转子异名磁极，直到转子转过60°，定子大磁极与转子异名磁极对齐；接下来，H3感应到转子磁极N，无信号输出，VT2、VT3截止；同时，H1感应到转子磁极S，VT1、VT4分别接收到正、负信号，得以导通，则定子绕组正向通电，定子磁极N还原为S、S还原为N，与所对应的转子磁极极性相同，于是对转子产生排斥力，由于对应定子小磁铁的转子磁铁靠顺时针一侧，所以推动转子顺时针旋转，转过一定角度后，定子磁铁在对转子同名磁极排斥的同时，开始吸引转子异名磁极，直到转子转过60°，定子大磁极与转子异名磁极对齐……。如此，由于定子绕组不断正向、反向通电，使定子磁极不断从对转子同名磁极排斥到对转子异名磁极吸引，从而推动转子不断顺时针旋转。如果需要电机倒转，只需将倒顺开关反接即可。

实施例五：如例图10b2，是一种可以倒转的四极永磁稳极磁铁转子配四极变极磁铁定子的无位置传感器电子直流换向电机，该电机采用相位相反的对称方波电路控制VT1-VT4四个电子换向开关。如图所示，当输出信号①为正、②为负时，VT1、VT4导通，定子绕组正向通电，定转子异名磁极相吸，转子不转；当输出信号①为负、②为正时，VT2、VT3导通，定子绕组反向通电，定子磁极N变为S、S变为N，与所对应的转子磁极极性相同，于是对转子产生排斥力，由于对应定子小磁铁的转子磁铁靠顺时针一侧，所以推动转子顺时针旋转，转过一定角度后，定子磁铁在对转子同名磁极排斥的同时，开始吸引转子异名磁极，直到转子转过90°，定子大磁极与转子异名磁极对齐；当输出信号再次变成①为正、②为负时，VT1、VT4导通，定子绕组正向通电，定子磁极N还原为S、S还原为N，与所对应的转子磁极极性相同，于是对转子产生排斥力，由于对应定子小磁铁的转子磁铁靠顺时针一侧，所以推动转子顺时针旋转，转过一定角度后，定子磁铁在对转子同名磁极排斥的同时，开始吸引转子异名磁极，直到转子转过90°，定子大磁极与转子异名磁极对齐……。如此，由于定子绕组不断正向、反向通电，使定子磁极不断从对转子同名磁极排斥到对转子异名磁极吸引，从而推动转子不断顺时针旋转。如果需要电机倒转，只需将倒顺开关反接即可。

实施例六：如例图10b3，是一种四极永磁稳极磁铁转子配四极变极磁铁定子的交流换向电机，该电机因利用交流电源自然换向的特性，所以直接与交流电源连接。如图所示，当交流电源负半周时，电流由

流向定子绕组反向通电，定子磁极N变为S、S变为N，与所对应的转子磁极极性相同，于是对转子产生排斥力，由于对应定子磁铁的转子小磁铁靠顺时针一侧，所以推动转子顺时针旋转，转过一定角度后，定子磁铁在对转子同名磁极排斥的同时，开始吸引转子异名磁极，直到转子转过90°，定子磁极与转子异名大磁极对齐；当交流电源正半周时，电流由

流向

定子绕组正向通电，定子磁极N还原为S、S还原为N，与所对应的转子磁极极性相同，于是对转子产生排斥力，由于对应定子磁铁的转子小磁铁靠顺时针一侧，所以推动转子顺时针旋转，转过一定角度后，定子磁铁在对转子同名磁极排斥的同时，开始吸引转子异名磁极，直到转子再次转过90°，定子磁极与转子异名大磁极对齐……。如此，由于定子绕组不断正向、反向通电，使定子磁极不断从对转子同名磁极排斥到对转子异名磁极吸引，从而推动转子不断顺时针旋转。

实施例七：如例图10c，是一种二极永磁稳极磁铁转子配四极变极磁铁定子的交流换流换向电机，该电机另与转子同轴安装“N、S、N、S”四极感应转子，其感应定子圆周相隔90°安装两个转子位置传感器，一个与光耦1、光耦2相连，一个与双向晶闸管VS相连。如图所示，B绕组刚刚正向通电完毕，因电压过零VS截止，B绕组断电。接下来，交流电源反向由

流向

同时，因H1感应磁极S，输出正信号，光耦2导通，H2感应磁极N，无信号输出，VS保持截止，所以A绕组反向通电。因此，定子磁极AS变为AN，排斥转子磁极N，吸引转子磁极S；定子磁极AN变为AS，排斥转子磁极S，吸引转子磁极N，从而推动转子顺时针旋转90°，使定子磁极AS(反向后的)与转子磁极N的磁极中心对齐，使定子磁极AN(反向后的)与转子磁极S的磁极中心对齐。紧接着，H1感应磁极N，无信号输出，光耦2截止，A绕组断电；H2感应磁极S，输出正信号，VS导通，B绕组反向通电。因此，定子磁极BS变为BN，排斥转子磁极N，吸引转子磁极S；定子磁极BN变为BS，排斥转子磁极S，吸引转子磁极N，从而推动转子再顺时针旋转90°，使定子磁极BS(反向后的)与转子磁极N的磁极中心对齐，使定子磁极BN(反向后的)与转子磁极S的磁极中心对齐。然后，VS因电压过零而截止，B绕组断电。随之而来，交流电源正向通电由

流向

由于H1感应磁极S，输出正信号，光耦1导通，H2感应磁极N，无信号输出，VS保持截止，所以A绕组正向通电，定子磁极AS还原为AN，排斥转子磁极N，吸引转子磁极S；定子磁极AN还原为AS，排斥转子磁极S，吸引转子磁极N，从而推动转子顺时针旋转90°。接着，B绕组正向通电，转子再顺时针旋转90°……。如此，定子A、B绕组在电源正半周依次通电后又在负半周依次通电，从而推动转子不断顺时针旋转。

交流换流换向电机在实际运用中，应提高开关器件的耐压能力，或者增加浪涌吸收电路，防止开关断开时感应过大的电压而损坏。

Claims (10)

1.一种强弱气隙磁场相间分布的电机，由转子、定子、轴承、轴承支承架、端盖、机壳、电路、叶轮等部分组成。其转子和定子的组合可以是内转子外定子、内定子外转子，或者内外定子配一个转子、内外转子配一个定子；也可以是轴向定子与轴向转子平行安装，即定子一端或两端设转子，或者转子一端或两端设定子；还可以是多定子多转子组合。电机的外形可以是圆柱状、菱柱状或者是盘状，也可根据实际需要设计。既可作交流电机，也可作直流电机。

本发明所述强弱气隙磁场相间分布的电机，是一种基于磁场同名磁极相斥、异名磁极相吸的原理设计的旋转电机。其特征是定子(或转子)采用大小相同的磁铁均匀分布，而与之对应的转子(或定子)采用大小不同的两种或多种型号的磁铁搭配，且小号磁铁按顺(逆)时针相同的方向偏转相同的极距，或与之对应的转子(或定子)采用大小相同的磁铁但少数对称磁铁按顺(逆)时针相同的方向偏转相同的极距；或者定子与转子同时各自采用大小不同的两种或多种型号的磁铁搭配，且定子与转子小号磁铁分别按顺(逆)时针不同的方向偏转相同的极距；或者定子(或转子)采用大小相同的电磁铁均匀分布且各相绕组依次轮流循环导通和截止，而与之对应的转子(或定子)无论采用大小相同的磁铁还是大小不同的磁铁，均不偏转磁极。从而使定子与转子之间的气隙磁场变成一个或多个强(或弱)气隙磁场搭配一个弱(或强)气隙磁场(或者只有一对弱气隙磁场，其它均为强气隙磁场)，形成“强弱强弱……、强强弱强强弱……、强强强弱强强强弱……”等强弱气隙磁场沿圆周相间分布的格局。当定子或转子大号磁铁(或大小相同但未偏转的磁铁)的磁极中心与对应的转子或定子磁铁的磁极中心对齐时(多个相邻且极性相同的定子或转子磁极可视为一个磁极，以其弧长中心线对齐)，小号磁铁(或大小相同但偏转一定极距的磁铁)的磁极中心与所对应磁铁的磁极中心一致地偏转一定的极距；或者定子或转子各相绕组依次轮流循环导通和截止，使其一个或多个相邻且极性相同的磁极与所对应的转子或定子一个或多个相邻且极性相同的磁极弧长的中心线瞬间一致地偏转一定的极距。从而使电机转子能随时相对定子保持定向旋转。

本发明所述强弱气隙磁场相间分布的电机，定子或转子磁铁分为永磁铁和电磁铁。其小号永磁铁与大号永磁铁比较，小号永磁铁分为磁铁的弧宽减少；或者磁铁与磁轭的弧宽同时减少；或者磁铁的弧宽相同仅磁轭弧宽减少；或者磁极的气隙面的一侧扩大气隙距离等情形。其小号电磁铁与大号电磁铁比较，小号电磁铁分为铁芯弧宽减少(线圈导线可以减少)；或者铁芯与极靴(或磁轭)弧宽同时减少(线圈导线可以减少)；或者铁芯弧宽和线圈导线与大号电磁铁相同仅极靴(或磁轭)弧宽减少；或者磁极的气隙面的一侧扩大气隙距离等情形。

本发明所述强弱气隙磁场相间分布的电机，采用转子稳极磁铁与定子变极磁铁搭配，或者转子变极磁铁与定子稳极磁铁搭配。所谓稳极磁铁，是指在电机工作时，其磁极极性持续保持稳定的磁铁，包括永磁铁、直流(含交流变直流)电磁铁；所谓变极磁铁，是指电机工作时，其磁极极性不断改变的磁铁，或者磁极极性不改变但各相绕组依次轮流呈现间隙磁场的磁铁，变极磁铁属于电磁铁类，包括交流电磁铁、直流(含交流变直流)电磁铁。交流电磁铁的电源为单相交流电，直流电磁铁的电源为单相或多相直流电。

本电机作专用发电机时，定子与转子分别采用大小相同的磁铁均匀分布，由稳极磁铁励磁，变极磁铁线圈发电。

本电机作电动机或电动发电机时，根据变极磁铁线圈的通电方式不同可分为换向电机、换流电机和换流换向混合电机。所谓换向电机，即利用交流电源自然换向，或者直流电源采用电子换向电路或机械换向器换向，使变极磁铁线圈的电流随时间的推移不断改变方向，从而不断改变变极磁铁之磁极极性的电机；所谓换流电机，即采用电子换流电路或机械换流器换流，使各相变极磁铁线圈绕组依次轮流循环导通和截止而不改变其电流的方向，从而使变极磁铁呈间隙磁场的电机；所谓换流换向混合电机，即采用电子换流换向电路或机械换流换向器，致变极磁铁各相线圈绕组依次轮流导通和截止后，改变电流的方向，再依次轮流导通和截止，再改变电流的方向……，如此不断循环，使变极磁铁线圈绕组电流既换向又换流的电机。

本发明所述强弱气隙磁场相间分布的电机，按其电路中是否有电刷可分为无刷电机和有刷电机。无刷电机即永磁无刷电机，其转子采用永磁铁作稳极磁铁，定子采用变极磁铁，且变极磁铁直接与交流电源连接，或者采用电子换流电路或电子换流换向电路与交流电源连接，或者采用电子换向电路或电子换流电路或电子换流换向电路与直流电源连接。有刷电机即在转子上安装有滑环或机械换向器或机械换流器或机械换流换向器(也可以另安装与转子同轴或不同轴的机械换向器或机械换流器或机械换流换向器)与转子或定子线圈绕组连接，并通过电刷与电源连接的电机。分为四种情况：一是转子采用永磁铁作稳极磁铁，而定子采用变极磁铁，且变极磁铁采用滑环和电刷与交流电源连接，或者采用机械换向器或机械换流器或机械换流换向器和电刷与直流电源连接；二是转子采用直流电磁铁(或直流电磁铁和永磁铁一起)作稳极磁铁，转子直流电磁铁用滑环、电刷与直流电源连接，而定子采用变极磁铁，且变极磁铁直接与交流电源连接，或者采用电子换流电路与交流电源连接，或者采用电子换向电路、电子换流电路或机械换向器、机械换流器、机械换流换向器和滑环、电刷与直流电源连接；三是定子采用永磁铁作稳极磁铁，而转子采用变极磁铁，且变极磁铁通过滑环、电刷直接与交流电源连接，或者采用电子换流电路和滑环、电刷与交流电源连接，或者采用机械换向器、机械换流器、机械换流换向器或电子换向电路、电子换流电路和滑环、电刷与直流电源连接；四是定子采用直流电磁铁(或直流电磁铁和永磁铁一起)作稳极磁铁，定子直流电磁铁直接与直流电源连接，而转子采用变极磁铁，且变极磁铁通过滑环、电刷直接与交流电源连接，或者采用电子换流电路和滑环、电刷与交流电源连接，或者采用机械换向器、机械换流器、机械换流换向器或电子换向电路、电子换流电路和滑环、电刷与直流电源连接。

本发明所述强弱气隙磁场相间分布的电机，按气隙磁场形式之不同可分为轴向气隙磁场电机、径向气隙磁场电机、斜向气隙磁场电机、混合气隙磁场电机。其永磁铁可以轴向充磁、径向充磁或切向充磁，每个永磁铁可单极充磁或多极充磁；其电磁铁可以采用轴向线圈、径向线圈或切向线圈，电磁铁线圈可以是集中式绕组，也可以是分布式绕组。换流电机采用分布式绕组时，两个或多个磁极的部分齿极可以共用。本电机的稳极磁铁或变极磁铁的磁极既可以是显极式，也可以是隐极式。

本电机的单个磁铁两端磁极的物理尺寸的大小和在气隙磁场的磁场强度相同(若磁铁的一端或两端磁极采用极靴或磁轭分离为若干个小磁极，则小磁极的磁场强度之和等于另一端的磁场强度或小磁极的磁场强度之和)。

本电机每套定子与转子之间圆周只有一排气隙磁场即称为单气隙磁场电机；每套定子与转子之间圆周存在两排气隙磁场即称为双气隙磁场电机；每套定子与转子之间的存在三排及以上气隙磁场即称为多气隙磁场电机。

本电机永磁铁和电磁铁可制成

形或瓦形、扇形等任意形状，或者多个永磁铁、电磁铁以

等形状沿圆周排列。

2.根据权利要求1所述强弱气隙磁场相间分布的电机，其特征是所谓换向电机，即变极磁铁线圈的电流随时间的推移不断改变方向的电机，其变极磁铁既可以是定子磁铁，也可以是转子磁铁。换向电机属于单相电机，其定子磁铁与转子磁铁在每排气隙磁场的磁极排列状况和磁极数如下表：

换向电机每排气隙磁场的磁极的强弱配置分以下几种情况：一是转子采用均匀磁极，定子采用强弱磁极搭配，即当转子采用大小相同的磁铁沿转子体圆周均匀分布时，定子采用大小不同型号的的磁铁；二是定子采用均匀磁极，转子采用强弱磁极搭配，即当定子采用大小相同的磁铁沿定子体圆周均匀分布时，转子采用大小不同型号的的磁铁；三是定子磁极与转子磁极都采用强弱磁极搭配；四是定子与转子都采用大小相同的磁铁，但定子(或转子)少数对称磁铁同向偏转相同的极距；五是定子与转子分别采用大小相同的磁铁，但部分变极磁铁分别在电机正转和倒转时通电。

当定子磁极与转子磁极都分别采用均匀磁极(磁极极性排列和极数如上表中第2-第n行)时，若变极磁铁数≥4，即可做成换流换向混合电机。

3.根据权利要求1所述强弱气隙磁场相间分布的电机，其特征是所谓换流电机，即变极磁铁线圈内电流的方向不改变，各相绕组线圈依次轮流循环导通和截止的电机。其变极磁铁可以是定子磁铁或者是转子磁铁，每排气隙磁场通电变极磁铁的极性相同，即全部为N极或S极，未通电变极磁铁的极性相反(利用定子或转子本体导磁的磁场较强，反之较弱)。变极磁铁的磁极数量为“大于等于4且能被电源相数(含单相或几相电源分解为2相或多相电源)整除的整数”。变极磁铁与稳极磁铁的磁极的配置有四种情形：

〔1〕、当电源相数为2相时，稳极磁铁的磁极数量与变极磁铁的磁极数量相同或者是变极磁铁磁极的一半。

当稳极磁铁的磁极按“N、S……”排列(磁极数大于等于4)成对设置时，每排气隙磁场稳极磁铁的磁极与变极磁铁的磁极的数量相同。若稳极磁铁采用大小相同的磁铁沿转子或定子圆周均匀分布，则变极磁铁采用大小不同的磁铁，或者变极磁铁采用大小相同的磁铁但少数对称磁铁同向偏转相同的极距。若变极磁铁采用大小相同的磁铁沿转子或定子圆周均匀分布，则稳极磁铁采用大小不同的磁铁，或者稳极磁铁采用大小相同的磁铁但少数对称磁铁同向偏转相同的极距。

当稳极磁铁的磁极在一排(或几排)气隙磁场全部为N极，在另一排(或几排)全部为S极时，则每排气隙磁场稳极磁铁的磁极数为变极磁铁的磁极数的一半。这时，稳极磁铁采用大小相同的磁铁沿转子或定子圆周均匀分布，变极磁铁采用大小不同的磁铁，或者变极磁铁采用大小相同的磁铁但少数对称磁铁同向偏转相同的极距。

〔2〕、当电源相数超过2相时，变极磁铁采用大小相同的磁铁沿转子或定子圆周均匀分布，由于变极磁铁各相绕组线圈依次轮流循环导通和截止，所以变极磁铁的磁极自然形成强弱磁极相间分布的格局。其稳极磁铁的磁极数为“2P÷M”或“P÷M”的整数(P为变极磁铁的磁极数，M为电源相数；P≥6)。

当稳极磁铁的磁极在一排(或几排)气隙磁场为“N、S……”分布，在另一排(或几排)为“S、N……”分布时，采用大小不同的磁铁，则每排气隙磁场稳极磁铁的磁极数量为“2P÷M”。这时，小号稳极磁铁的磁极与所对应的变极磁铁的磁极的极性相同，且每个小号稳极磁铁的磁极只对应一个变极磁铁的磁极；大号稳极磁铁的磁极与所对应的变极磁铁的磁极的极性相异，且每个大号稳极磁铁对应“M-1”个变极磁铁。

当稳极磁铁的磁极在一排(或几排)气隙磁场全部为N极(前述S磁极位置空缺)，在另一排(或几排)全部为S极(前述N磁极位置空缺)时，采用大小和磁场强度相同的磁铁，则每排气隙磁场稳极磁铁的磁极数量为“P÷M”。这时，稳极磁铁的磁极与所对应的变极磁铁的磁极的极性相异，且每个稳极磁铁的磁极对应“M-1”个变极磁铁的磁极。

〔3〕、当电源相数超过2相时，其稳极磁铁的磁极数还可以是“P”或者“P-P÷M”的整数(P为变极磁铁的磁极数，M为电源相数；P≥6)。

当稳极磁铁的磁极数等于“P”时，则在变极磁铁的磁极全部为N极的气隙磁场，稳极磁铁的磁极设置为连续“M-1”个S磁极配一个N磁极；在变极磁铁的磁极全部为S极的气隙磁场，稳极磁铁的磁极设置为连续“M-1”个N极配一个S极。

当稳极磁铁的磁极数等于“P-P÷M”时，则在变极磁铁的磁极全部为N极的气隙磁场，稳极磁铁的磁极设置为连续“M-1”个S磁极后空一个磁极的位置(前述N磁极位置空缺，靠近空缺位置的S磁极可适当扩大)；在变极磁铁的磁极全部为S极的气隙磁场，稳极磁铁的磁极设置为连续“M-1”个N极后空一个磁极的位置(前述S磁极位置空缺，靠近空缺位置的N磁极可适当扩大)。

〔4〕、按前三种方法确定换流电机变极磁铁和稳极磁铁的基本数量后，在不改变磁铁磁极极性的前提下，可以将部分或全部的单个变极磁铁或(和)稳极磁铁分设成若干极性相同的磁铁。其中，2相换流电机可能变为变极磁铁与稳极磁铁分别采用大小相同的磁铁；相数超过2相的换流电机，采用大小不同磁铁的可能变为采用大小相同的磁铁，采用大小相同磁铁的可能变为采用大小不同的磁铁。

4.根据权利要求1、2或3所述强弱气隙磁场相间分布的电机，其特征是如果需要电动机倒转，分两种情况处理：

〔1〕、若电机为换向电机或2相换流电机，要使电机倒转，则变极磁铁(或直流电稳极磁铁)采用大小不同的磁铁配置的，在一对(或多对)对称的大号磁铁的位置设置两组小号磁铁；或者变极磁铁(或直流电稳极磁铁)采用大小相同磁铁配置的，选用其中两对(或多对)按所对应(定子对应转子或转子对应定子)磁铁的相同侧边分设成两组对称的磁铁。当电机顺转时，接通其中一组磁铁的线圈，倒转时则通过手动倒顺开关或电子倒顺开关截止顺转的那组磁铁的线圈而导通另一组磁铁的线圈。

有位置传感器电机可以设置两组传感器连接倒顺开关，并与电源倒顺开关同步开关。

有刷电机可以设置两组与电源倒顺开关联动的电刷装置，顺转时接通一组，倒转时接通另一组。

〔2〕、若电机为换流换向混合电机或变极磁铁相数多于2相的换流电机，要使电机倒转，采用手动倒顺开关或电子倒顺开关，将变极磁铁各相绕组电源依顺序调换即可。

5.根据权利要求1所述强弱气隙磁场相间分布的电机，其特征是转子由转轴、转子本体、永磁铁或(和)转子线圈铁芯及线圈等部件构成。转轴与转子本体采用铸造、注塑、焊接、卡接或其它机械方式连接。转子本体分导磁转子本体和非导磁转子本体两种。利用转子本体导磁的，转子本体用硅钢片叠压或导磁率及电阻率较高的合金铸造；不利用转子本体导磁的，采用高强度塑料(如加玻璃纤维、碳纤维等材料增强)注塑成型或者用铝合金等非导磁的金属或非金属材料压铸而成。

采用永磁铁的转子，有一个或以上永磁铁，其转子永磁铁沿转子本体圆周贴于转子表面、或粘接镶嵌于转子本体的凹槽内、或埋设于转子本体内。大号永磁铁和小号永磁铁可以采用同一种永磁材料，也可以分别采用不同的永磁材料。单纯采用永磁铁的转子可在转子上加装鼠笼导条和短路环。转轴、转子本体、转子永磁铁可用塑料(可加玻璃纤维、碳纤维等材料增强)或非导磁合金模制成一个整体。转子体外可加套高强度非导磁箍用于防止电机高速旋转时磁体脱落。高强度非导磁箍分为无缝式和腰带式两种，无缝式采用过盈配合装配，腰带式采用铆接、螺接或焊接装配。

采用电磁铁的转子有一个或以上线圈，其线圈铁芯用硅钢片叠压或导磁率及电阻率较高的合金精密铸造而成，线圈铁芯可单独制造，也可与转子本体一体制造(利用转子本体导磁的)。线圈绕于转子线圈铁芯上，线圈与铁芯之间用耐高温绝缘套(架)或涂层隔离。采用液体降温或用于潮湿环境或需要防爆的电机，对线圈及连接线进行严格的防水绝缘处理。非一体化制造的铁芯绕好线圈后，采用螺接、卡接、焊接或其它机械的方法与转子本体紧固连接。

转子上可设置导引转子磁铁磁力线的磁轭，磁轭由铁氧体、纯铁、低碳钢或导磁率及电阻率较高的合金制造，转子磁轭采用卡接、螺接、铆接或焊接于转子本体上。内转子外定子电机设置转子磁铁磁轭，可径向延长磁轭增大转子半径，延伸着力点，以增长杠杆的动力臂达到省力节电之目的。转子两端可加装非导磁压板(或压环)，采用螺栓、拉杆固定于转子本体上，以增强转子磁轭的机械强度。采用电磁铁的转子，其转子磁轭可与铁芯一体制造。

内转子的形状为

等形状，外转子的形状为

和

等形状。

有刷电机转可在转轴上安装(或不同轴安装)径向或轴向的导电滑环、机械换向器、机械换流器或机械换流换向器。采用传感器控制电子开关的电机可另安装与电机转子同轴(或不同轴)的径向或轴向感应转子。

6.根据权利要求1所述强弱气隙磁场相间分布的电机，其特征是定子由定子本体、定子线圈铁芯、定子线圈等部件构成。定子本体分为导磁定子本体和非导磁定子本体两种。利用定子本体导磁的，定子本体用硅钢片叠压或导磁率及电阻率较高的合金精密铸造而成；不利用定子本体导磁的，采用高强度塑料(如加玻璃纤维、碳纤维等材料增强)注塑成型或者用铝合金等非导磁的金属材料精密铸造而成。外定子电机的定子本体可由机壳代替。采用永磁铁的定子有一个或以上永磁铁，其永磁铁粘、卡镶嵌于定子本体的凹槽内、或埋设于定子本体内。采用电磁铁的定子本体设有接线槽，便于相关绕组之间和绕组与电源之间接线连接，连接线均加套绝缘套后粘嵌入槽内。定子本体的结构分为整体式和分体式两种，整体式为整体铸造；分体式为两个或两个以上部件组装而成。采用分布式绕组的电机以定子本体为铁芯，线圈直接镶嵌于带有齿槽的且能导磁的电机本体上。采用集中式绕组的电机应制造专门的定子线圈铁芯，其铁芯用硅钢片叠压或导磁率及电阻率较高的合金精密铸造而成，可单独制造，也可与定子本体一体制造(需要利用定子本体导磁时)。采用电磁铁的定子有一个或以上线圈，线圈绕于定子线圈铁芯上，线圈与铁芯之间用耐高温绝缘套(架)或涂层隔离。采用液体降温或用于潮湿环境或需要防爆的电机，对线圈及连接线进行严格的防水绝缘处理。非一体化制造的铁芯绕好线圈后，采用螺接、卡接、焊接或其它机械的方法与定子本体紧固连接。定子线圈铁芯与定子本体的连接方式可分为内接式、外接式及内外共接式。采用非导磁定子本体的电机，定子电磁铁可另外配置线圈磁轭与背轭，以减少漏磁损失。定子铁芯和磁轭、背轭可一体制造，或者分开制造后组装成一体。单纯采用永磁铁的定子可在定子上加装鼠笼导条和短路环。

作为特例，外定子内转子电机作专用发电机时，将定子磁轭向内延伸到转子磁极面，可减小转子的磁滞阻力，以较少的机械能转化为更多的电能。

7.根据权利要求1、2或3所述强弱气隙磁场相间分布的电机的电路，其特征是电路分为电动机电路和发电机电路，电动机电路又分为换流电路、换向电路、换流换向混合电路。电动机需要倒转时可在电路中加手动或电子倒顺开关电路。交流电机为单相电源、单相和二相或多相输出，直流电机可采用单相、二相或多相电源或输出。

〔1〕、电动机换流电路。使变极磁铁各相绕组线圈依次轮流循环导通和截止且不改变电流方向的电路，即电动机换流电路。它包含直流换流电路和交流换流电路，其中直流换流电路又分为直流电子换流电路和直流机械换流电路，交流换流电路又分为交流电子换流电路和交流机械换流电路。

①、直流电子换流电路，即利用电子开关使变极磁铁各相绕组线圈依次轮流循环导通和截止的直流电路。可分为有位置传感器直流换流电路和无位置传感器直流换流电路。

A、有位置传感器直流换流电路。该电路是通过位置传感器获取转子位置信号，并由传感器控制电子换流开关的导通和截止，从而使变极磁铁各相绕组线圈依次轮流循环导通和截止的直流电路。由转子位置传感器、电子换流开关、续流二极管等部分组成。每相绕组(含单相电源分解为二相或多相，或几相分解为多相)安装一个或两个传感器(可以是磁敏传感器、电感式传感器或光电传感器)，传感器(或通过放大电路)与电子换流开关相连，电子换流开关与电源和线圈绕组相连。电子换流开关为三极管(包括达林顿管)、光电耦合器、场效应管、可关断晶体管、绝缘栅双极晶体管以及IGBT等电子开关。可在电源或电能储存装置与绕组线圈之间连接续流二极管(消除反电动势的影响，或作绕组发电的输出通道。下同)。其变速控制可采用手动操作或电子与机械调节可变电阻，实行有级或无级调速；也可采用线圈抽头串联开关改变变极磁铁的磁极对数，进行有级调速；也可采用调节可变电阻和改变变极磁铁的磁极对数进行混合调速。另外安装与电机转子不同轴的传感器感应转子的，还可通过调节感应转子的转速对电机进行调速。

B、无位置传感器直流换流电路。此电路是采用各种多路同频时序脉冲信号发生电路或者无位置传感器的转子位置检测电路产生信号，控制电子换流开关的导通和截止，从而使变极磁铁各相绕组线圈依次轮流循环导通和截止的直流电路。将有位置传感器直流换流电路中的传感装置用多路同频时序脉冲信号发生电路或者无位置传感器的转子位置检测电路替换，就变成了本电路。采用多路同频时序脉冲信号发生电路的电机可通过调节信号频率进行调速，同时，可通过调节占空比调整绕组通电时间长短，从而控制同时通电绕组数量，使能耗与负载匹配，利于节电。采用无位置传感器的转子位置检测电路的电机可调节可变电阻进行调速。

多路同频时序脉冲信号发生电路，由震荡、移相、整形等电路构成，其输出的多路脉冲信号的频率和占空比相同，且各路信号按相同的时间间隔依次轮流循环输出和。

②、直流机械换流电路，即变极磁铁各相绕组线圈通过机械换流器和电刷与直流电源连接，从而实现变极磁铁各相绕组线圈依次轮流循环导通和截止的电路。可在电源或电能储存装置与绕组线圈之间连接续流二极管。其调速与有位置传感器直流换流电路基本相同，另行安装与电机转子不同轴的机械换流器的，还可通过调节机械换流器的转速对电机进行调速。

③、交流电子换流电路，即利用二极管或者其它电子开关，在交流电正、负半周时分别单向导通和截止不同变极磁铁绕组的电路。可在电能储存装置与绕组线圈之间连接续流二极管。其调速可采用可控硅调速或变频调速。

〔2〕、电动机换向电路。使变极磁铁线圈的电流随时间的推移而不断改变方向的电路即电动机换向电路。它包括直流换向电路和交流换向电路，其中直流换向电路又分为直流电子换向电路和直流机械换向电路。

①、直流电子换向电路，即利用电子开关使变极磁铁线圈的电流随时间的推移而不断改变方向的直流电路。可分为有位置传感器直流换向电路和无位置传感器直流换向电路。

A、有位置传感器直流换向电路。该电路是通过位置传感器获取转子位置信号，并由传感器控制电子换向开关的导通和截止，从而改变变极磁铁线圈电流方向的直流电路。由转子位置传感器、电子换向开关等部分组成，其电子元器件与有位置传感器直流换流电路基本相同。其调速与有位置传感器直流换流电路相同。

B、无位置传感器直流换向电路。即有位置传感器直流换向电路中的传感器用相位相反的对称方波电路替代即可，可通过调节方波的频率进行调速。

②、直流机械换向电路，即利用机械换向器使变极磁铁线圈的电流随时间的推移而不断改变方向的直流电路。其调速与有位置传感器直流换流电路基本相同，另行安装与电机转子不同轴的机械换向器的，还可通过调节机械换向器的转速对电机进行调速。

③、交流换向电路。若定子采用变极磁铁，即利用交流电周期自然改变电流方向的特性，将交流工频电源或变频电源直接与定子变极磁铁绕组相连即可；若转子采用变极磁铁，可采用滑环、电刷将交流工频电源或变频电源与转子变极磁铁绕组相连即可。可采用可控硅调速或变频调速。

〔3〕、换流换向混合电路。电流在变极磁铁各相绕组线圈依次轮流导通和截止后，改变电流的方向，再依次轮流导通和截止，然后再改变电流的方向……，如此不断循环的电路即电动机换流换向混合电路。它包括直流换流换向电路和交流换流换向电路。

①、直流换流换向电路，即以直流电为电源的电机，同时采用电子换流电路和电子换向电路，或者采用机械换流换向器，使变极磁铁各相绕组线圈依次轮流导通和截止后，改变电流的方向，再依次轮流导通和截止的电路。其变速控制可采用手动操作或电子与机械调节可变电阻，实行有级或无级调速；也可采用线圈抽头串联开关改变变极磁铁的磁极对数，进行有级调速；也可采用调节可变电阻和改变变极磁铁的磁极对数进行混合调速。另行安装与电机转子不同轴的机械换流换向器的，还可通过调节机械换流换向器的转速对电机进行调速。

②、交流换流换向电路，即利用交流电源自然换向，并采用电子换流换向电路在电源正负半周时分别进行换流，使变极磁铁线圈电流既换向又换流的电路。其变速控制可采用可控硅调速或变频调速。

〔4〕、发电机电路。当本电机作为直流发电机发电时，可通过变压、滤波等电路将电流输送到电能储存(蓄电池或超级电容等)或直接供用电器使用；当本电机作为交流发电机发电时，可经过整流器、变压器、逆变器等设备后将电源输送到电网或直接供用电器使用。

作电动发电机使用时(换流电机作电动机时未通电绕组处于发电状态)，续流二极管在电源或电能储存设备与线圈之间连接，所发电能可输入电源或电能储存设备。

〔5〕、本电机在不同时间分别执行电动机或发电机功能(如电动车辆使用时)，可同时将电动机电路和发电机电路一并连接于绕组的两端，并分别安装电动机开关和发电机开关，通过开关实现发电/电动功能转换。即作电动机时，开启电动机开关，关闭发电机开关；作发电机时，开启发电机开关，关闭电动机开关。其电动机开关和发电机开关可以是手动开关，也可以是电子开关。

〔6〕、本电机电路可根据需要增加变压、整流、滤波、稳压、过流保护、过热保护、漏电保护、温度补偿电路、偏置电路等电路，也可以根据电路的需要增加必要的元器件(如通交隔直电容)。电机印刷电路板可封装于电机壳内，也可另安装于专门的机外接线盒内。

8.根据权利要求5、6所述强弱气隙磁场相间分布的电机，其特征是延伸动力臂的电动机和减少阻力的发电机同轴安装或通过增速机构连接(可以是多级电动机与发电机组合)，能将较小的电能或机械能通过杠杆进行放大，实现更大电能或机械能输出。若配备若干蓄电池、超级电容等电能储存设备和控制装置，可组合为不需要外力的独立发电系统。

9.根据权利要求1所述强弱气隙磁场相间分布的电机，其特征是设置有轴承支承架(可由端盖替代，也可在轴承支承架上覆盖网纱作端盖)，轴承支承架与定子本体或机壳连接。有刷电机的电刷支承机构和电刷或者有位置传感器的无刷电机的传感器及其支承机构可安装在轴承支承架上(也可安装在定子本体上)，传感器非感应面周边可设置隔磁装置。连接转轴与轴承支承架的轴承可以是普通轴承，也可以是磁悬浮轴承或非导磁材料轴承；小功率电机也可采用耐高温、耐磨的滑动轴承。

10.根据权利要求1所述强弱气隙磁场相间分布的电机，其特征是有一叶轮与转轴同轴紧固安装，或者将转子磁轭边缘制造成风叶形状，作为电机降温的风扇或作泵类产品的泵叶轮，定子或(和)转子上可设置轴向或径向通风道，端盖设通风孔，通过空气或液体流过带走热量，有效抑制电机的温升。小功率电机或利用机壳散热的电机可以不设置风扇。

Images