CN101969285A - 电桥式磁动机 - Google Patents

Abstract

电桥式磁动机主要由壳体、端盖、定子和两个转子所组成，定子位于壳体的中间，其上相间排列着横向磁通的定子磁块和电磁铁，两个转子位于定子的左右，其上镶嵌着切向磁通的转子磁块，定子磁块的外表面和电磁铁的极靴在一个平面内，并与两侧转子磁块的外表面面呈微间隙吻合，每个转子上的转子磁块的个数等于或少于电磁铁个数的一半。定子上相邻的电磁铁极性不同，而定子磁块的极性相同，通入直流电后，每两个定子磁块和中间的电磁铁就形成了一个组合极面(N极或S极)，对转子磁块的双极面产生持续的磁场作用使转子旋转。本发明可应用于电力、交通、航空航天和机械动力领域。

Description

电桥式磁动机 

技术领域

本发明属永磁能开发机械领域，具体涉及永磁能利用的电力磁动机。 

背景技术

人类生存的地球存在两大恒久性能源，一个是太阳能，另一个就是永磁能，太阳能是表面能源，能源密度较低，开发成本高，受时间、地理和气候因素影响较大，不具备完全替代化石能源的可能性，那么，人类未来能源的最大希望就寄予对永磁能的开发，第一，通过稀土永磁发电机和节能电动机的研发成功，永磁能的存在已被证实，第二，全世界稀土钕铁硼年产量可达15万吨，永磁铁氧体产量超过100万吨，可以满足不同种类、不同功率永磁能转换设备的需求，第三，永磁铁可以反复充磁使用，人工合成的钕铁硼强磁铁表面吸力可以达到自身重量的640倍，现已应用于诸多领域，世界最先进的永磁节能电机节能效率已达40％，但把永磁能作为主体能源的开发性研究还没有实质性突破，全世界机电领域的专家、学者和工程技术人员还没有从电与磁这个传统研究的框框中走出来。 

开发永磁能，不能一味的研究磁和电的关系，研究的方向应该确定为永磁体之间的力学特征和相互作用关系，通过对不同形状、不同规格、不同特点的永磁体进行各种位置与结构关系的组合性力学实验，深入细致的归纳、整理和提炼，然后逐步形成全新的设计方案。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用少量的电能来开发和转换永磁能的机械设备。 

本发明主要由端盖I 1、壳体2、定子3、定子磁块4、转子磁块5、转子I 6、端盖II 7、电磁铁10、转子II 12和中心轴13所组成，其中定子3通过螺栓I 9与壳体2固接；中心轴13与转子I 6和转子II 12键接并通过轴承8支撑于端盖I 1和端盖II 7；端盖I 1和端盖II 7通过螺栓II 11与壳体2固接，定子3内固接有定子磁块4和电磁铁10，转子I 6和转子II 12内固接有转子磁块5。 

定子3为圆环形结构，其横截面呈工字型，其中间竖板部分按圆周分布通孔，电磁铁10与通孔嵌合并固接，电磁铁10之间按线圈方向首尾连接，使相邻的电磁铁10极性相反，定子3两侧固接定子磁块4于电磁铁10之间，定子3每一侧排列的定子磁块4极性相同，其中一个主极面向内嵌入与定子3的竖板表面同接，另一个主极面向外露出与定子3的工字框平行。 

转子I 6和转子II 12设有轴套14与中心轴13键接，转子I 6和转子II 12上设有凹槽按圆周等布，转子磁块5固接于凹槽内，并使N极和S极共有面裸露在外。 

定子3位于转子I 6和转子II 12之间，定子磁块4和电磁铁10向外的两个主极面分别与左右两侧转子磁块5的双极面呈微间隙吻合，形成三极作用状态，每个转子上转子磁块5的个数等 于电磁铁10个数的一半。 

定子磁块4的主极面为扇形，并与电磁铁10相间排列在定子的两侧，二者呈微间隙排列。 

转子磁块5的双极面为扇形，两个转子磁块5间距所占的圆心角不小于定子磁块4和电磁铁10所占的圆心角之和。 

电磁铁10的主极面积可以是定子磁块4主极面积的20％-50％不等，电磁铁10的表面用金属板制成。 

本发明所依据的实验： 

如17所示：将矩形磁块固定，使N极面向外露出，将方形磁块的N极和S极共有面垂直放在矩形磁块的左端的位置上，使方形磁块的中心线与矩形磁块的左边重合，S极在左，N极在右，方形磁块便会沿两极重合的方向，从矩形磁块左端迅速滑向右端18所示的位置停下；如果使方形磁块N极在左，S极在右，从矩形右端垂直放入，便会迅速的滑向左端停下，这个力的大小与相同面积的主极侧面引力大小相仿，具有一定的利用价值，经过反复实验，掌握了其运行原理和力学特征，本发明依据所发现的永磁体之间这种新的作用特点和运动规律，利用现有的磁性材料、电力电子器件和微机控制三项技术与之组合创新，逐步完成结构方案设计。 

本发明工作原理： 

本发明通入直流电流后，通过位置传感器和电子换向器的控制，如15所示：由于定子3上所有相邻的电磁铁10极性不同，而定子磁块4的极性却完全相同，那么必有一半的电磁铁10的磁极与其两边定子磁块4的极性相同，因此，每两个定子磁块4和中间的电磁铁10就形成了一个组合极面(N极或S极)，对转子磁块5的双极面产生作用，通过电磁铁10极性的交替变化，转子磁块5会受到这个旋转组合极面的持续作用，带动转子不停的旋转，如16所示：当转子磁块5的前沿转到下一个电磁铁10中间位置时，电流方向改变，使电磁铁10改变了极性，又形成了新的组合极面与转子磁块5继续对应并产生接力性作用，使转子不停的旋转下去，也就是说，在电流换向信号的交替控制下，转子磁块5的双极面在旋转过程中，所对应的永远是旋转的组合极面，本发明也因此而成立，电磁铁10在这里起到一个桥梁的作用，没有这个桥梁，转子磁块5就不能进入或离开定子磁块4的磁场，因此，电磁铁10所需额定电流的大小必须保证其两极的磁力强度达到定子磁块4的90％左右。 

本发明采取以电能为导向、磁能为主力的磁动机设计方案，电磁铁10的两个主极面都得到充分利用，与磁力总量6倍于已的定子磁块4形成组合极面(H极或S极)，对永磁转子的双极面产生持续推动力，通过电力电子器件和微机控制，不但达到超倍节能的目的，还可以较少的电能消耗开发永磁能，带动发电机以电产电，能量产出比高达5倍以上。 

本发明通过电磁铁的桥梁作用，将永磁能转换为机械能，根据不同用途，可以选择多种永磁材料进行设计，最大功率可达500千瓦以上，而能耗在100千瓦以下。。 

图1为电桥式磁动机总体结构主视图 

图2为电桥式动机总体结构左视图 

图3为定子3的主视图 

图4为定子3的左视图 

图5转子I 6的主视图 

图6转子Ⅰ6的左视图

图7电桥式磁动机运行原理示意图

图8电桥式磁动机运行原理示意图

图9永磁体三极作用原理示意图

图10永磁体三极作用原理示意图 

其中：1.左端盖2.壳体3.定子4.定子磁块5.转子磁块6.右转子7.右端盖8.轴承9.螺栓I  10.电磁铁11.螺栓II  12.左转子13.中心轴14.轴套 

具体实施方式

本发明经如下方式进行装配： 

将电磁铁10装入定子3的通孔并粘固，使两端与工字框平行，把电磁铁10之间的电路首尾相连，使相邻的电磁铁呈现不同的极性；把定子磁块4的S极向内粘接在定子3工字框的左边，把定子磁块4的N极向内粘接在定子3工字框的右边，两边的定子磁块4与电磁铁10吻合为一体并填满定子3的整个工字框；用螺栓II 11将定子3与壳体2固接；将转子磁块5粘接在转子I 6、转子II 12的凹槽内，两个转子分别从壳体2的两边装入后，再将中心轴13穿过转子I 6和转子II 12的轴套14并键接，两个轴套14向内顶合在一起；然后将端盖I1和端盖II 7从中心轴13两端装入后，再用螺栓9与壳体2固接。 

具体应用范围： 

1.电力领域：通过科学设计，本发明可以达到以电产电的目标，单机输出最大功率可设定在500千瓦左右，可带动400千瓦的发电机，自耗能100千瓦左右，单机占地面积10平方米左右，本发明易维修，造价低，为同功率风力发电机造价的30％，也可用廉价的铁氧体磁铁开发小功率的发电机供用户使用，单机功率从几百瓦到上百千瓦。 

2.交通领域：可设计成各种型号的牵引动力机，通过终端的发电机，电能可以自给，并有较大的动力输出，应用于船舶、汽车、农用车和军工车辆等各种交通工具和功能设备上，如装配在轿车上的设备，输出功率为150千瓦，终端发电机耗能为40千瓦，其它能耗10千瓦，还有100千瓦的动力输出，因本发明转动扭矩大，机械性能超过现有的汽车发动机，调速功能与传统调速电机相似。 

3.航空航天领域：由于本发明的产能效果，可以应用在航天发动机上，因为自发电的功能，不受时间和气候环境因素的影响，是替代太阳帆的优选设备；应用在小型飞机上，可以保持长久的续航能力，可为各种侦察机、小型客机、飞艇和动力伞等提供动力。 

4.机械动力领域：可为泵类、压缩机、风机、抽油机、机床等所有机械提供动力，替代传统的电机，达到高效节能的效益。 

Claims (8)

1.本发明主要由端盖I 1、壳体2、定子3、定子磁块4、转子磁块5、转子I 6、端盖II7、电磁铁10、转子II 12和中心轴13所组成，其中定子3通过螺栓I 9与壳体2固接；中心轴13与转子I 6和转子II 12键接并通过轴承8支撑于端盖I 1和端盖II 7；端盖I 1和端盖II7通过螺栓II 11与壳体2固接，定子3内固接有定子磁块4和电磁铁10，转子I 6和转子II12的凹槽内固接有转子磁块5。

2.按权利要求1所述的电桥式磁动机，其特征在于所述的定子3为圆环形结构，其横截面呈工字型，其中间竖板部分按圆周分布通孔，电磁铁10与通孔嵌合并固接于工字框内，定子3两侧固接定子磁块4于电磁铁10之间，定子3每一侧排列的定子磁块4极性相同，其中一个主极面向内与定子3工字框的竖板表面固接，另一个主极面向外露出与定子3的工字框平行。

3.按权利要求1所述的电桥式磁动机，其特征在于所述的转子I 6和转子II 12设有轴套14与中心轴13键接，转子I 6和转子II 12上设有凹槽按圆周等布，转子磁块5固接于凹槽内，并使N极和S极共有面裸露在外。

4.按权利要求1所述的电桥式磁动机，其特征在于所述的定子3位于转子I 6和转子II 12之间，其定子磁块4和电磁铁10向外的主极面可与转子I 6、转子II 12上转子磁块5的双极面呈微间隙吻合的三极作用状态，每个转子上转子磁块5的个数可以等于或少于其相对应的定子磁块4和电磁铁10的个数的一半。

5.按权利要求1所述的电桥式磁动机，其特征在于所述的定子磁块4的主极面可以是扇形或梯形，并与电磁铁10相间排列在定子3的两侧，二者呈微间隙排列。

6.按权利要求1所述的电桥式磁动机，其特征在于所述的转子磁块5的双极面可为扇形、梯形等与定子磁块4相匹配的几何形状，转子磁块5之间的间距所占的圆心角不小于定子磁块4和电磁铁10所占的圆心角之和。

7.按权利要求1所述的电桥式磁动机，其特征在于所述的电磁铁10的主极面积可以是定子磁块4主极面积的20％-50％不等，电磁铁10的线路连接保证相邻电磁铁10极性相反。

8.按权利要求1所述的电桥式磁动机，在换向电流交替作用下，始终有一半电磁铁10与两个定子磁块4形成组合极面(N极或S极)，与所对应的转子磁块5的双极面产生磁力作用。

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