CN101989800A - 直流永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用永磁和电磁的关系所组成的直流永磁电机，本发明利用通电电磁和永磁构成异极相吸组合成一种新的磁场，此磁场比同样规格的电磁产生的磁场增强好几倍，通过换组器改变电磁电的通断而使转子转动。本发明主要由机体、定子、转子、换组器组成，本发明充分利用永磁和电磁互性的物性充分利用永磁，大大的节约用电量，达到节能的目的。

Description

直流永磁电机

技术领域

本发明涉及一种利用电磁和永磁的物理特性组合的一种新型动力，确切的说利用永磁和电磁串联组成复合磁极，提高电磁力，并使转子转动，从而大量降低用电量，节约能源的目的。

背景技术

目前人类为节约能源降低环境的污染，在做各种努力，而永磁具有永久的磁性，永磁的磁特性还没有被充分的发掘出来，现有的永磁直流电机的定子或转子其中一个是由永磁构成，而另一个是由电产生磁性，降低能耗有限，本发明解决了如何利用永磁和电磁异极相吸的方式组合成新的磁场，用永磁通过电磁铁心大量提高电磁力，使转子转动，节约用电量，且结构简单。

本发明的内容

本发明的目的是提供给人们一种节约电量的新型动力机械，它可以作为各种机械的动力源，且结构简单，使用安全，所用技术成熟，制造容易。

本发明包括机体、机体的前后盖、转子、定子、换组器组成，其前后盖上没有转子轴的轴承座外盖轴承盖。

作为永磁电机的转子、定子、换组器第一种实施方式其特征是：所述的定子共有三组，每组主磁极是由电磁铁心硅钢冲片叠压套上励磁线圈并与永磁以异极相吸的方式串联，组成复合的主磁极，主磁极永磁一方吸附在机体上，而电磁伸向转子并与转子外围有一间隙，可以方便转子轻易的转动，主磁极以交替极性的方式沿机体内圆均匀排列三组，第一组和第二组极对数相同，并且沿轴向为异极，第三组主磁极极对数是第二组极对数的两倍，前两组沿轴向主磁极异极相交处与第三组沿轴向主磁极异极相交处不在同一线，即错一定角度，每组励磁线圈引线正负极，根据磁极性来确定，引线的正极通过总引线引到机体外的接线盒内正极接线柱，每组沿轴向两侧的永磁有软磁隔板，用以隔断相邻永磁之间的影响。

转子是由散热风扇、三个与定子组相对应的转子组、换组器依次装在转子轴上，转子轴上两端套装轴承，每个转子组是由瓦形永磁以与定子磁极相同方式排列，且极对数对应相等，唯一不同的是第一组与第二组沿轴向瓦形永磁磁极相同，在转子组的第二组与第三组之间有一个转子外圆同圆的软磁隔板，用以隔断二、三组之间的磁性影响。

换组器是由开关器、片间绝缘和电刷组成，开关器分四个开关组，第四个开关组是圆环形铜环组成，其余三组开关组是由瓦形铜片和片间绝缘组成，前三组开关组对应三个定子组，前三组每组单个瓦形铜片孤度对应的比转子转组瓦形永磁单极孤度少一个电刷所占的孤度，每组瓦形铜片数与相应转子组极对数相等，每组瓦形铜片中心沿轴向与对应转子组永磁单极中心沿轴向对齐并均匀排列在换组器的片间绝缘，第一个开关组瓦形铜片与第二个开关组瓦形铜片错开，第三组开关组瓦形铜片对着第一和第二个开关组瓦形铜片错开处，前三组每组瓦形铜片相邻之间的孤度是片间绝缘，并且每个瓦形铜片通过导电片与第四组圆环形铜环相连，导电片嵌入片间绝缘并低于片间绝缘外圆。

电刷组共有四个电刷装置沿轴向排列在刷杆上，电刷装置由刷盒、压紧弹簧、铜丝辫、电刷组成，四个电刷装置对应换组器四个开关组，电刷沿轴向与定子第一组相邻主极沿轴向交会处同线，刷杆固定在后盖内的电刷组支座，第一、二、三个电刷铜丝辫与对应的第一、二、三组电磁励磁线圈负极端引线相连，第四个电刷铜丝辫与接线盒的负极端相连，每个电刷不与相邻开关组的瓦形铜片接触。

作为永磁电机转子、定子、换组器第二种实施方式其特征是：所述的定子是由瓦形永磁组成三组，前两组规格和极对数相同的瓦形永磁以交替极性的方式均匀排列在机体内，第三组瓦形永磁极对数是前一组的两倍也以交替极性的方式均匀排列在机体内，第一组沿轴向永磁与第二组永磁沿轴向永磁为同极，第三组永磁沿轴向异极相吸交会处与第二组永磁沿轴向异极交会处错开不在同一线，错开的角度大于两个电刷所占的角度，三组永磁定子与转子三个转子组相对应，第三组和第二组定子之间有一软磁隔板，用以阻断之间的磁性影响。

转子也是由风扇、三个转子组、换组器依次固定在转子轴上，三个转子组每组的磁极是永磁和电磁以异极相吸的方式串联组成复合转子磁极，电磁是由铁心硅钢片叠加坚固绕上励磁线圈，复合转子磁极永磁一端向着圆心，复合转子电磁一端向着定子并与定子保有一定间隙，以方便转子转动。每组转子组复合磁极的极对数和相应永磁定子组极对数相同，并且复合磁极沿转子轴均匀排列方法与定子相同，唯一不同的是第一组沿转子磁极和第二组转子磁极沿轴向的极性为异极，每组转子的永磁沿轴的两边有软磁隔板，用于防止漏磁。

换组器是由四个开关组、片间绝缘和四个电刷装置组成，第四组开关组是圆环形铜环，其余三组是瓦形铜片组成，前三组瓦形铜片数与相对应转子组极对数相等，每组瓦形铜片中心与相对应转子组磁单极中心沿轴向同线并均匀排列在片间绝缘，单个瓦形铜片所占孤度比转子复合磁单极所占孤度小一个电刷所占孤度，第一组瓦形铜片与第二组瓦形铜片是错开方式排列，第三组瓦形铜片对着第一组与第二组瓦形铜片错开处，第四组的铜环与转子各组励磁线圈的正极引线相连，前三组每组的瓦形铜片通过连接片相连，连接片低于片间绝缘的外圆，每一开关组的瓦形铜片之间空当是片间绝缘，开关组与组之间由片间绝缘而不相通，前三组开关组瓦形铜片分别对应连接转子组励磁线圈的负极引线。

电刷组有四个电刷装置依次与换组器四个开关组相对应，每个电刷不与相邻开关组的瓦形铜片接触，第四个电刷装置的铜丝辫与接线盒内的正极相接，其余三个电刷装置的铜丝辫与接线盒的负极端相接。

第一种实施方式的永磁直流电机工作原理是：先假设一下：第一、二个电刷在换组器第一组与第二组开关组瓦形铜片的错开处的片间绝缘上，而第三个电刷正在第三个开关组的瓦形铜片上，电流流向为电机接线盒正极、励磁线圈各对应的电刷装置铜丝辫、电刷、第三组开关组瓦形铜片、连接片、第一组铜环、第一组电刷、接线盒负极构成回路，使第三组定子励磁线圈通电而与永磁串联产生增强的复合磁场使第三组永磁转子受力转动，而第一组与第二组的励磁电流至换组器开关组的片间绝缘而中断，无法构成回路，因此无电流使第一组和第二组产生复合磁场，永磁的磁性被电磁铁心阻断不能与相对应的转子永磁产生影响，当转子转动一点时，第二个电刷接触第二个开关组的瓦形铜片，使其与第三组励磁电流相同的流经方式，使第二组定子励磁线圈与接线盒的负极构成回路，使第二组定子产生增强的电磁力与转子第二组永磁转子变成同极同斥，第二组定子与第二组转子的极中心相对错开点，因此使第二组转子受第二组定子磁场力的作用下与第三组一起工作，而第一组的电刷还在瓦形铜片与瓦形铜片之间的片间绝缘上，因此无法工作，转子继续转动，由于第一组和第二组的极对数是第三组极对数的一半，因此单极孤长比第三组的单极孤长大一倍，当第三组永磁转子磁力与第三组定子磁极完全相吸时，第三个电刷与第三个开关组的瓦形铜片拖离而与片间绝缘接触，使第三组定子励磁线圈无电流经过停止，以防止定子与转子的反作用力。而第二组继续工作，当转子一起转动一定角度使其第三组转子永磁与第三组励磁线圈产生的极性错开异极相吸的一个单极孤度多点时，第三个电刷又开始与第三组开关组的瓦形铜片而接触，使第三组定子励磁极与转子永磁极变成同极相斥且各单极极中心错开一点使其第三组又开始工作，当转子继续转动时，第二组转子与定子变成完全异极相吸时，第二个电刷与第二个开关组的瓦形铜片拖开而与片间绝缘接触，断开第二组定子励磁电流，使其断开异极相吸的反作用力，当转子再转动一点时，第一个电刷与第一个开关组瓦形铜片接触，使其定子励磁线圈和永磁一起产生复合磁力，其定子磁极和转子磁极变成同极，其极中心错开一点，使第一组转子受第一组定子复合磁力而转动，第一组与第三组一起工作，使转子转动，当第三组转子永磁与第三组定子复合磁极变成完全相吸了而第三组又断电，依此类推，通过断开各组定子与转子异极相吸的反作用力，使其交替工作。在一定电流范围内，同电流电压复合主极所产生的磁力比去掉永磁后纯电磁产生的电磁力要大2倍以上，由于转子使用永磁，那么这种组合成的直流永磁电机就比现有的直流永磁电机同等功率下节约用电量。

而第二种实施方式的永磁直流电机转动时原理与第一种相同，只不过永磁变定子，复合磁极变成转子磁极，换组器第四个电刷接正极端，第四个开关铜环都与转子组的励磁线圈正极相连，而转子组励磁线圈负极分别对应开关组的瓦形铜片相连，而前三个电刷的铜丝辫都与接线盒的负极相连，第四个电刷的铜丝辫与接线盒的正极相连，其工作方法是通断转子励磁线圈电流，使转子组与定子组永磁异极相吸的反作用力错开，从而使转子工作，其原理与第一组实施方式相同，在此不重复。对于这种直流电机的调速与现有直流电机的调速方法相同，其方法是改变励磁的电流或端电压等。

当然本发明还可用一组定子、转子，利用转子的惯性错开异极相吸的反作用力，其起动时用普通的起动机就行了，当转子转动时对于不工作的定子或转子，电磁铁心和电磁线圈所受的交变磁场无输出端，因此只产生很小的涡流损失，远没有复合磁场产生的电磁力所增加的能量大，而定子或转子永磁由于被电磁铁心阻断了磁性，因此它们之间的影响可以忽略不计，本发明可以有效的节约用电量，充分利用永磁磁性，所用技术成熟，材料充足，其结构简单。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明永磁直流电机第一种实施方式的纵向上半部剖视图。

图2是本发明永磁直流电机第一种实施方式的横向剖视图。

图3是本发明永磁直流电机第二种实施方式的纵向上半部剖视图。

图4是本发明永磁直流电机第二种实施方式的横向剖视图。

参见附图1-2，机体1内依次排列3个定子组，第1个定子组2，第2个定子组3，第3个定子组4，每个定子组单个磁极是由永磁5和电磁6以异极相吸的方式串联组成复合磁极7，那么复合磁极7通电后就变成带两极的，一个极是电磁6的另一端，另一极是永磁5的另一端，电磁6是由硅钢冲片叠压紧固后作铁心8并套上励磁线圈9而成，复合主磁极7永磁6的一端吸向机体1并和电磁6一起固定在机体1内，机体1作为复合磁极7的极轭，复合磁极7的电磁6的一端伸向转子10，用于向转子10提供磁场，第一个定子组2伸向转子10的4个复合磁7电磁6的磁极以S.N.S.N交替均匀排列，第二个定子组3的4个复合磁7电磁6的磁极以N.S.N.S交替均匀排列，第三个定子组4的8个复合磁极7电磁6的磁极以N.S.N.S.N.S.N.S方式交替均匀排列，在定子永磁5的两边各有两块软磁护板11，机体1有前盖12、后盖13，在前12后13盖上设有转子轴14两端轴承15的轴承座16，轴承15的轴承盖52分别对应盖在前12后13盖的轴承座16外，机体1的前12、后13盖上分别有进17、排18风口，后盖13内有电刷组50的固定支架34。

转子10的转子轴14依次装有风扇19与定子相对应三个定子组的三个转子组，第一个转子组20、第二个转子组21与第三组转子组22、第二个转子组21与第三个转子组22之间的软磁隔板23、换组器24组成，每组转子组是由数个瓦形永磁25组成，第一组20的4个瓦形永磁25伸向第一个定子组2的磁性以N.S.N.S极交替均匀排列在转子轴14上，第二个转子组21的4个瓦形永磁25伸向第二个定子组3的磁极以N.S.N.S极性交替均匀排列在转子轴14上，第三个转子组22以N.S.N.S.N.S.N.S极性排列在转子轴14上。

换组器24由开关器51的四个开关组，片间绝缘32，电刷组50组成，第一个开关组26，二个开关组27，三个开关组28，前三组开关组是由瓦形铜片30组成，第四个开关组29是圆环形铜环31，前三组开关组26、27、28的瓦形铜片30通过低于片间绝缘32的连接片33与第四组铜环34相连。

电刷组17共有4个电刷装置36分别对应开关器51的四个开关组，四个电刷装置36沿轴向排列在刷杆37，电刷杆37固定在后盖13的固定支架51上，第四个电刷装置38的铜丝辫引线和定子组励磁线圈9引线接入机体1外的接线盒35的正、负极接线柱上。

作为第二种实施方式的永磁直流电机参见附图3-4，其特征是定子组是在机体1内排有3个永磁定子组39、40、41，每组定子组有瓦形永磁42组成，第一个定子组39的4个瓦形永磁42伸向转子10以S.N.S.N交替极性的方式均匀排列在机体1内，第二个定子组40的4个瓦形永磁42以S.N.S.N的方式排列在机体1内，第三个定子组41的8个瓦形永磁42以S.N.S.N.S.N.S.N交替极性的方式均匀排列，作为永磁电机第二种实施方式的转子磁极45是由永磁43和转子电磁44以异极相吸串联而成复合转子磁极45转子磁极45，复合转子磁极45的电磁44的一极伸向定子，转子磁极45的永磁43的一极伸向转子轴46，电磁44以硅钢片冲片叠压紧固作铁心53并绕上线圈54而成，转子磁极45以均匀排列在转子轴46上共排三组，每组与定子每组相对应，第一个转子组47伸向定子的4个复合转子磁极45以N.S.N.S交替极性的方式均匀排列，第二个转子组48以S.N.S.N交替极的方式均匀排列，第三个转子组49以S.N.S.N.S.N.S.N的方式排列，转子永磁43沿轴向两则各有一片软磁护片56，防止永磁向外漏磁。

换组器24由开关器51的四个开关组26、27、28、29，第四个开关组29是圆铜环31，前三组26、27、28每组的瓦形铜片30之间用低于片间绝缘32的连接片55相连。

Claims (2)

1.一种直流永磁电机，包括机体、机体前后盖、定子、转子、换组器组成，其特征在于：

a.所述机体的前后盖设有转子轴的轴承座和进排风口，在后盖内设有固定电刷组的支座，前、后盖轴承座外盖轴承盖。

b.所述的定子是由永磁和电磁以异极相吸的方式串联的复合主磁极组成，电磁是由硅钢冲片叠压坚固并套上励磁线圈而成，复合主磁极电磁一方伸向转子，并与转子保持一点空隙，复合主磁极永磁一方吸附在机体内并和电磁一起固定在机体内，复合主磁电磁伸向转子的以交替极性的方式均匀排列在机体内共三组，第一组和第二组极对数相同，并且沿轴向为异极，第三组主磁极极对数是第二组极对数的两部，第三组沿轴向主磁极异极相交与前一组沿轴向异极相交处不在同一线上，错开一定的角度。每组励磁线圈引线之间根据磁极极性需要接正极一端引到机体外的接线盒内，负极一端相接对应的电刷装置的铜丝辫上。

c.转子是由散热风扇，三个与定子相对应转子组，换组器依次装在转子轴上，每个转子组是由瓦形永磁以与定子组相对应的方式均匀排列，第一组与第二组沿轴向瓦形永磁极性相同，第二组与第三组之间有一个软磁隔板，用以隔断二、三组永磁之间的影响，换组器是由开关器、片间绝缘和电刷组组成，开关器分四个组，第四组是圆铜环，其余三个开关组是由瓦形铜片组成，三组开关组对应三个定子组，前三组每组的单个瓦形铜片孤长与对应转子每组永磁单极孤长稍短一个电刷所占的孤度，前三组每组的瓦形铜片与相对应每组定子极对数相等并均匀嵌放在片间绝缘内，与片间绝缘外圆似等，第一个开关组与第二个开关组的瓦形铜片错开，第三组开关组瓦形铜片对着第一组开关组与第二组开关组的瓦形铜片错开处，前三组开关组的瓦形铜片都通过导电片与第四组圆铜环相连，导电片嵌在片间绝缘内并低于片间绝缘外圆。电刷组共有四个电刷装置沿轴向排列在刷杆上，电刷装置是由刷盒、压紧弹簧、铜丝辫、电刷组成，四个电刷装置对应四个开关组，电刷沿轴向与定子第一组相邻主极沿轴向交会处同线，并通过刷杆固定在后盖内的电刷支架上，第一、二、三个电刷铜丝辫与对应的第一、二、三定子组电励磁线圈负极引线相连，第四个电刷铜丝辫与接线盒的负极端相接，每个电刷不与相邻瓦形铜片接触。

2.一种永磁直流电机，包括机体、机体前后盖、定子、转子、换组器，其特征在于：

a.所述的定子是由瓦形永磁组成三组，前两组规格和极对数相同的瓦形永磁以交替极性的方式排列在机体内，第三组瓦形永磁极对数是前一组瓦形永磁极对数的两倍，第一组沿轴向与第二组沿轴向的瓦形永磁同极。第三组瓦形永磁沿轴向异极相吸交会处与第二组瓦形永磁沿轴向异极交会处错开不在同一线上，三组永磁定子与转子三个转子组相对应。

b.所述的转子是由风扇、三个转子组、换组器依次固定在转子轴上，三个转子组每组的磁极是由永磁和电磁以异极相吸的方式串联组成复合转子磁极，电磁是由铁心硅钢片叠加坚固并绕上励磁线圈。复合转子磁极永磁一端向着转子轴，另一端电磁向着定子，每组转子组的复合转子磁极极对数和相应永磁定子组的极对数相同，并且复合磁极沿转子轴均匀排列方法与定子组也相同，唯一不同的是第一组转子组和第二组转子组磁极沿轴向的极性为异极。换组器是由开关器、片间绝缘和电刷装置组成，开关器分四个组，第四组是圆铜环，其余三组开关组是由瓦形铜片与片间绝缘组成，前三组瓦形铜片分别对应三组转子组，前三组每组瓦形铜片之间通过导电片相连，异电片低于片间绝缘，前三组开关组分别对应连接转子组励磁线圈的正极，开关组组与组之间是绝缘的，电刷组共有4个电刷装置沿轴向排列并分别对应四个开关组，第四个电刷装置的铜丝辫与机体外接线盒内的正极端相接，其余三个电刷装置的铜丝辫与接线盒内的负极端相接。

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