CN102594070B - 一种自耦型永磁双凸极电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自耦型永磁双凸极电机，包括定子组合、转子组合以及驱动控制单元，所述转子组合固定在转轴上，所述定子组合与设置在转轴两端的轴承座连接，所述定子组合包括定子座以及固定在定子座上且均匀分布在至少一个相同圆周之上的数个独立工作的电磁驱动单元，所述电磁驱动单元与驱动控制单元控制其磁场产生变化的输出端口相连接；所述转子组合包括与转轴固定连接的转子座以及分别对应设置在转子座上的凸极定位安装槽中的至少一组转子凸极结构，所述转子凸极结构对称分布且按轴向排列。本发明利用自然磁能与电磁驱动单元所产生的工作磁场相互间的直接作用，使机械动力装置产生更好的节能效果，以此降低对电力的消耗，对节能减排做出贡献。
Description
技术领域
本发明属于新能源电机技术领域，特别涉及一种采用自解耦模式工作的新型永磁双凸极电机。
背景技术
在现有的各种类型的双凸极电机中，虽然其结构形式不尽相同，但其工作的方式却基本相类似，其采用的基本原理都是依靠电流产生磁场的模式来做功，在某些类型的电机中虽然也采用了永磁体的结构，以产生各种不同类型的附加磁场，但其产生的只是间接的作用，而真正推动转子旋转，却还是要靠线圈中电流产生的磁场的作用，这也就是现有的各种双凸极电机的工作电流为什么都比较大的主要原因。
为了缓解对石油资源的依赖，人们将会越来越多的使用电力。然而在现有的电力机械中，由于其所需要的工作电流都比较大，因而使得现有的电力机械在使用以其它形式（如太阳能、蓄电池等）获得能量的电力系统中，对以其它形式获得能量的新能源的容量都提出了较高的要求，使新能源的广泛应用受到了制约。例如现今各种电动车、电动汽车已被市场所接受，但阻碍其所获得更广泛应用的瓶颈就是其续航能力，这是由于电机所需要的工作电流较大，而蓄电池又受到其容量限制的缘故。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能尽量降低本身消耗，依靠自然磁能和电机线圈中电流产生的磁场直接相互作用的新型动力机械。利用电磁铁的基本工作原理，将多个电磁驱动单元通过合理的磁场布局排列，通过控制多个相应电磁驱动单元中的铁芯线圈电流方向的变化，使其产生的磁场与固定在转子上的永磁体所产生的磁场直接发生相互作用，以此推动转子转动输出机械能。
本发明的技术方案是这样实现的：一种自耦型永磁双凸极电机，包括定子组合、转子组合以及驱动控制单元，所述转子组合固定在转轴上，所述定子组合与设置在转轴两端的轴承座连接，其特征在于：所述定子组合包括定子座以及固定在定子座上且均匀分布在至少一个相同圆周之上的数个独立工作的电磁驱动单元，所述电磁驱动单元包括至少一个沿轴线方向排列的铁芯和数个线圈，所述数个线圈绕在固定在铁芯上的线圈骨架上，所述电磁驱动单元与驱动控制单元控制其磁场产生变化的输出端口相连接；所述转子组合包括与转轴固定连接的转子座以及分别对应设置在转子座上的凸极定位安装槽中的至少一组转子凸极结构，所述转子凸极结构对称分布且按轴向排列，通过电磁驱动单元中磁场的变化形成一个有规律布置、且能够连续变化的旋转磁场，以驱动转子组合持续旋转。
本发明所述的自耦型永磁双凸极电机，其所述至少两个线圈分别绕在铁芯的相邻两个凸极之间，且其连接方式应满足在工作时，使铁芯的相邻两个凸极所形成的磁极相异且与固定在转子座上的转子凸极结构相对应。
本发明所述的自耦型永磁双凸极电机，其所述铁芯呈E字型或王字型，中间部位的凸极端面的截面积是两侧凸极端面截面积的两倍。
本发明所述的自耦型永磁双凸极电机，其所述转子凸极结构为由铁磁材料制成的整体结构，或由永磁材料制成的整体结构，或由永磁材料和铁磁材料共同构成的永磁体组合结构。
本发明所述的自耦型永磁双凸极电机，其所述永磁体组合结构包括三个等间距分布且相邻磁极的极性相异的永磁体以及铁磁底座，所述三个永磁体固定设置在铁磁底座上整体呈E型，所述永磁体分别与对应铁芯的凸极对应。
本发明所述的自耦型永磁双凸极电机，其所述永磁体组合结构包括三个等间距分布的轭铁，在所述相邻两个轭铁之间设置有永磁体，其整体结构呈E型，相邻两个轭铁的磁极极性相异，所述轭铁的磁极端部分别与对应铁芯的凸极对应。
本发明所述的自耦型永磁双凸极电机，其所述永磁体组合结构包括由永磁材料和铁磁材料共同构成的E型结构，且所述E型结构的凸起部为铁磁材料，在所述E型结构的凸起部至少一侧设置有永磁体。
本发明所述的自耦型永磁双凸极电机，其所述两组转子凸极结构对称分布整体呈王字型，所述两组转子凸极结构的磁极端部分别与外圈的电磁驱动单元构成的外定子组合以及内圈的电磁驱动单元构成的内定子组合对应。
本发明所述的自耦型永磁双凸极电机，其所述驱动控制单元为电子换向装置或机械换向装置，以控制电磁驱动单元中驱动电流的变化，对应的两组电磁驱动单元相互连接形成一个闭合回路，相邻两组闭合回路同时对转子组合作用且相邻两组闭合回路中电流方向相反。
本发明所述的自耦型永磁双凸极电机，其所述定子座和转子座由金属材料或非金属材料制成。
本发明产生的有益效果是：充分发挥稀土合金永磁体的强磁作用，利用自然磁能与电磁驱动单元所产生的工作磁场相互间的直接作用，使机械动力装置产生更好的节能效果，以此降低对电力的消耗，对节能减排做出贡献。
现今各种电动车、电动汽车已被市场所接受，但阻碍其所获得更广泛应用的瓶颈就是其续航能力，这是由于电机所需要的工作电流较大，而蓄电池又受到其容量限制的缘故。本发明所提供的这种依靠自然磁能与电磁驱动单元所产生的工作磁场相互间的直接作用来做功的新型动力机械，则能克服和打破上述的瓶颈，使各种电动车、电动汽车能获得更大的利用，呈现更好的节能效果。
附图说明
图1和图2是本发明实施例1的剖视图。
图3是本发明实施例1中铁芯与永磁体组合结构对应的结构示意图。
图4是实施例1中逆时针转动的控制时序图。
图5是本发明实施例2中永磁体组合结构的结构示意图。
图6是本发明实施例3的结构示意图。
图7是本发明实施例4中铁芯呈王字型的结构示意图。
图中标记：1为转轴，2为定子座，3为电磁驱动单元，4为铁芯，4a、4b、4c为铁芯的凸极，5为线圈，6为转子座，7为转子凸极结构，7a、7b、7c为永磁体，7d为铁磁底座，8a、8b 、8c为轭铁，9为外定子组合，10为内定子组合。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：如图1、2和3所示，以三相6/4结构的自耦型永磁双凸极电机的结构为例，其包括定子组合、转子组合以及驱动控制单元，所述转子组合固定在转轴1上，所述定子组合与设置在转轴1两端的轴承座连接，所述定子组合包括定子座2以及固定在定子座2上且均匀分布在同一圆周之上的六个独立工作的电磁驱动单元3，所述电磁驱动单元3包括一个沿轴线方向排列的铁芯4和两个线圈5，所述铁芯由导磁良好的硅钢片冲制后叠成E字型，其开口的凸起端部朝向轴心，铁芯中间部位的凸极端面的截面积是两侧凸极端面截面积的两倍；所述两个线圈5通过固定在铁芯4上的线圈骨架分别绕在铁芯4的相邻两个凸极之间，且其连接方式应满足在工作时，使铁芯4的相邻两个凸极所形成的磁极相异且与固定在转子座6上的转子凸极结构7的磁极相对应，电磁驱动单元中的铁芯线圈可沿轴线方向延伸组合，以满足不同功率的需求。
所述驱动控制单元为电子换向装置或机械换向装置，以控制电磁驱动单元中驱动电流的变化，所述电磁驱动单元3与驱动控制单元控制其磁场产生变化的输出端口相连接，通过电磁驱动单元3中磁场的变化形成一个有规律布置、且能够连续变化的旋转磁场，以驱动转子组合持续旋转；其中，对应的两组电磁驱动单元3相互连接形成一个闭合回路，如本实施例中的A相、B相和C相，相邻两组闭合回路同时对转子组合作用且相邻两组闭合回路中电流方向相反。
其中，所述转子组合包括与转轴1固定连接的转子座6以及分别对应设置在转子座6上的凸极定位安装槽中的一组转子凸极结构7，所述转子凸极结构对称分布且按轴向排列，所述转子凸极结构为由永磁材料和铁磁材料共同构成的永磁体组合结构，所述永磁体组合结构包括三个等间距分布且相邻磁极的极性相异的永磁体7a、7b、7c以及铁磁底座7d，所述三个永磁体7a、7b、7c固定设置在铁磁底座7d上整体呈E型，所述永磁体7a、7b、7c分别与对应铁芯4的凸极4a、4b 、4c对应。
其中，所述定子座2和转子座6由金属材料或非金属材料制成。
在本发明中，可以看出电磁驱动单元构成了一个E字型的电磁铁，固定在转子座上的由永磁体构成的凸极则构成了电磁铁的磁路通道，电磁驱动单元产生的磁场与转子上固定的与其相对应的永磁体磁极共同作用，产生吸力或斥力以此拉动（或推动）转子旋转。由于在定子座上固定的电磁驱动单元相互之间没有电或磁的联系，而是通过固定在转子上的由永磁体构成的凸极形成相互的直接作用和通道，故此称为自耦型永磁双凸极电机。
下面结合图1来介绍自耦型永磁双凸极电机的工作过程：假定条件：图1所示的位置为初始的0°位置，布置在转子座上永磁体为N极向外，线圈通以正向电流时产生的磁通方向为S极，线圈通以反向电流时产生的磁通方向为N极。
在0°～30°的区间，A相线圈接通正向电流产生磁通方向为S极吸引转子向逆时针方向转动，C相线圈接通反向电流产生磁通方向为N极推动转子向逆时针方向转动，则在4组电磁驱动单元的共同作用下转子逆时针转动。
在每组电磁驱动单元中，磁力线通过E型铁芯及布置在转子上的永磁体自行耦合，磁力一直牵引转子转到30度为止，到了30度转子不再转动。
在30°～60°的区间，为了使转子继续转动，C相线圈被关闭，在转子转到30°前已切断C相电源，并在30°时使B相接通正向电流产生磁通方向为S极吸引转子向逆时针方向转动，产生磁通方向为S极吸引转子向逆时针方向转动，而A相线圈接通反向电流产生磁通方向为N极开始推动转子继续向逆时针方向转动，于是转子继续转动。磁力一直牵引转子转到60°为止。
在60°～90°的区间，在转子转到60度前切断A相电源，并在60°时使C相接通正向电流产生磁通方向为S极吸引转子向逆时针方向转动，而B相线圈接通反向电流产生磁通方向为N极开始推动转子继续向逆时针方向转动，于是转子继续转动，磁力一直牵引转子转到90°为止。
当转子转到90°前切断B相电源，转子在90°的状态与前面0度开始时一样，重复前面过程，分别接通A-C相电源，转子继续转动，这样不停的重复下去，转子就会不停的旋转。这就是三相6/4结构的自耦型永磁双凸极电机的工作原理。如图4所示，为上述逆时针转动的控制时序图。
同理，上述的工作过程也适合其它极数的自耦型永磁双凸极电机，如8/6结构、12/8结构等。
实施例2：如图5所示，所述永磁体组合结构包括三个等间距分布的轭铁8a、8b 、8c，在所述相邻两个轭铁之间设置有永磁体，其整体结构呈E型，相邻两个轭铁的磁极极性相异，所述轭铁8a、8b 、8c的磁极端部分别与对应铁芯4的凸极4a、4b 、4c对应。其他结构及工作原理与实施例1基本相同。
实施例3：如图6所示，所述定子组合包括外定子组合9和内定子组合10，在外定子组合和内定子组合之间设置有由两组对称分布的转子凸极结构7构成的王字型转子结构，所述两组转子凸极结构7的磁极端部分别与外圈的电磁驱动单元3构成的外定子组合以及内圈的电磁驱动单元3构成的内定子组合对应。其中，所述转子凸极结构7采用实施例1和实施例2中转子凸极结构均可。
实施例4：如图7所示为铁芯呈王字型的结构示意图，其中在铁芯凸极对应端分别设置有转子组合与之对应，根据不同功率的需求，铁芯可沿轴线方向延伸组合，其他结构及工作原理与实施例1基本相同。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自耦型永磁双凸极电机，包括定子组合、转子组合以及驱动控制单元，所述转子组合固定在转轴（1）上，所述定子组合与设置在转轴（1）两端的轴承座连接，其特征在于：所述定子组合包括定子座（2）以及固定在定子座（2）上且均匀分布在至少一个相同圆周之上的数个独立工作的电磁驱动单元（3），所述电磁驱动单元（3）包括至少一个沿轴线方向排列的铁芯（4）和数个线圈（5），所述数个线圈（5）绕在固定在铁芯（4）上的线圈骨架上，所述铁芯（4）开口的凸起端部朝向轴心，所述电磁驱动单元（3）与驱动控制单元控制其磁场产生变化的输出端口相连接；所述转子组合包括与转轴（1）固定连接的转子座（6）以及分别对应设置在转子座（6）上的凸极定位安装槽中的至少一组转子凸极结构（7），所述转子凸极结构对称分布且按轴向排列，通过电磁驱动单元（3）中磁场的变化形成一个有规律布置、且能够连续变化的旋转磁场，以驱动转子组合持续旋转。
2.根据权利要求1所述的自耦型永磁双凸极电机，其特征在于：至少两个线圈（5）分别绕在铁芯（4）的相邻两个凸极之间，且其连接方式应满足在工作时，使铁芯（4）的相邻两个凸极所形成的磁极相异且与固定在转子座（6）上的转子凸极结构（7）相对应。
3.根据权利要求2所述的自耦型永磁双凸极电机，其特征在于：所述铁芯（4）呈E字型或王字型，中间部位的凸极端面的截面积是两侧凸极端面截面积的两倍。
4.根据权利要求3所述的自耦型永磁双凸极电机，其特征在于：所述转子凸极结构（7）为由铁磁材料制成的整体结构，或由永磁材料制成的整体结构，或由永磁材料和铁磁材料共同构成的永磁体组合结构。
5.根据权利要求4所述的自耦型永磁双凸极电机，其特征在于：所述永磁体组合结构包括三个等间距分布且相邻磁极的极性相异的永磁体（7a、7b、7c）以及铁磁底座（7d），所述永磁体（7a、7b、7c）固定设置在铁磁底座（7d）上整体呈E型，所述永磁体（7a、7b、7c）分别与对应铁芯（4）的凸极（4a、4b 、4c）对应。
6.根据权利要求4所述的自耦型永磁双凸极电机，其特征在于：所述永磁体组合结构包括三个等间距分布的轭铁（8a、8b 、8c），在所述相邻两个轭铁之间设置有永磁体，其整体结构呈E型，相邻两个轭铁的磁极极性相异，所述轭铁（8a、8b 、8c）的磁极端部分别与对应铁芯（4）的凸极（4a、4b 、4c）对应。
7.根据权利要求4所述的自耦型永磁双凸极电机，其特征在于：所述永磁体组合结构包括由永磁材料和铁磁材料共同构成的E型结构，且所述E型结构的凸起部为铁磁材料，在所述E型结构的凸起部至少一侧设置有永磁体。
8.根据权利要求4至7中任意一项所述的自耦型永磁双凸极电机，其特征在于：两组转子凸极结构（7）对称分布整体呈王字型，所述两组转子凸极结构（7）的磁极端部分别与外圈的电磁驱动单元（3）构成的外定子组合（9）以及内圈的电磁驱动单元（3）构成的内定子组合（10）对应。
9.根据权利要求8所述的自耦型永磁双凸极电机，其特征在于：所述驱动控制单元为电子换向装置或机械换向装置，以控制电磁驱动单元中驱动电流的变化，对应的两组电磁驱动单元（3）相互连接形成一个闭合回路，相邻两组闭合回路同时对转子组合作用且相邻两组闭合回路中电流方向相反。
10.根据权利要求1所述的自耦型永磁双凸极电机，其特征在于：所述定子座（2）和转子座（6）由金属材料或非金属材料制成。
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