CN103078419A - 一种新型永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种新型永磁电机，该新型永磁电机包括：定子铁芯、永磁体、线圈、端盖以及转子铁芯；所述的定子铁芯为凸极结构，沿圆周以预定间隔分布有若干个定子凸极，所述的线圈嵌入于定子铁芯的槽中，所述的端盖与定子铁心固定，所述的永磁体固定于端盖和定子铁芯之间；所述的转子铁芯为凸极结构，沿圆周以预定的间隔分布有若干个转子凸极，转子铁芯上无激励源；本发明一种新型永磁电机，其特征在于，所述的定子凸极和转子凸极数量上相同，所述的转子凸极相互错开一个角度，以及所述的定子凸极相互错开一个角度。

Description

一种新型永磁电机

技术领域

本发明涉及永磁电机，尤其涉及一种新型定子永磁型磁通切换电动机和发电机，属于电气驱动和电力产生设备以及电机制造领域。

背景技术

电机驱动设备消耗着工业能源的绝大部分，为提倡节能，国际上不断有新的电机标准出现，对效率和功率密度有更高的要求；目前异步电机在工业即日常生活电器领域仍旧占据一定的地位，消耗着大部分能源，要改进其效率，需要复杂的工艺，转子永磁型永磁电机由于永磁体在转子上，安装复杂，且不易调磁，以上两种交流电机都受限于调速范围的限制，且制造工艺复杂，维护困难，因此亟待开发新型电机去改善以上出现的问题。

在单相电机领域，已经出现了单相异步电机，以及单相永磁电机，单相异步电机效率低且启动慢，除此，结构亦较为复杂，目前的单相永磁电机由于永磁在转子上，安装复杂，且不易调磁，由于电励磁磁路和永磁磁路串联，致使永磁体易于退磁，因而降低寿命，亦有与永磁体在转子上，转子重量大，以增加了额外的惯性力矩克服需要。

近几年，亦出现了磁通切换型单相电机，永磁体内置于定子中，转子上午激励源，为双凸极结构，结构简单，扭力大，然而，电励磁磁路中包含了永磁体，使得交变的电励磁在永磁体中产生了较大的涡流损耗，此亦减低了永磁体的寿命，尤其在启动时，由于需要大电流，该损耗将变得更为明显，除此，还具有较大的扭矩波动，且槽满率低。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种新型永磁电机，其结构简单、可提高扭矩密度，和效率，并进一步降低成本。

为解决背景技术中所述的问题，本发明采用如下技术方案：

一种永磁电机（0），其特征在于，包括：

定子铁芯（1）、永磁体环（4-1、4-2）、线圈（3）、线圈支架（2）、端盖（5-1、5-2）以及转子铁芯（6）和轴（8），所述的定子铁芯为凸极结构，截面形状为U型，U型的两个侧面（1-1、1-2）上有若干沿圆周以预定间隔分布的定子凸极（1-0），U型两个侧面上的定子凸极极数相同；所述的线圈内嵌于U型槽中，所述的端盖与定子铁芯固定，所述的永磁体环（4-1、4-2）为环型结构，内置固定于端盖和定子铁芯之间，永磁体充磁方向为轴向，定子铁芯两侧的相邻永磁体充磁方向相反；所述的线圈支架与U型槽中的线圈固定；

所述的转子铁芯为凸极结构，轭部截面形状为U型，U型的两个侧面（6-1、6-2）上有若干沿圆周以预定间隔分布的转子凸极（6-0），两侧的转子凸极极数相同，所述的轴安装于转子铁芯与端盖的通孔中；

所述的定子凸极极数与转子凸极极数相同；

所述的线圈支架由导磁材料制成；

所述的端盖由导磁材料制成；

所述的转子铁芯和定子铁芯由导磁材料制成的冲片叠压固定而成；

有利地但可选地，本发明包括至少以下一个特征：

所述的永磁体环可为分段永磁体组成；

所述的转子槽两侧的转子凸极周向地错开一个预定的角度A，致使沿轴向看，转子凸极没有重叠，所述的定子槽两侧的定子凸极沿周向处于同一位置，致使沿轴向看，定子凸极重叠。

所述的定子槽两侧的定子凸极周向地错开一个预定的角度，致使沿轴向看，定子凸极没有重叠，所述的转子槽两侧的转子凸极沿周向处于同一位置，致使沿轴向看，转子凸极重叠。

所述的转子凸极两侧面中，与旋转方向相同的侧面上有一突出部件（6-3），所述的突出部件靠近气隙，所述的突出部件的极面与转子凸极极面平滑过渡和/或阶梯过渡，形成延伸转子凸极极面（6-4），以致定子凸极极面和延伸转子凸极极面（1-4）构成了渐近变化和/或阶梯变化的气隙结构；

所述的定子凸极的定子凸极极面两侧中，与转子铁芯旋转方向相同的定子凸极极面侧为二次曲面形状和/或倒角形状（1-3）。

所述的定子凸极两侧面中，与转子铁芯旋转方向相反的侧面上有一突出部件，所述的突出部件靠近气隙，所述的突出部件的极面与定子凸极极面平滑渐进过渡和/或阶梯过渡，形成延伸定子凸极极面，以致延伸定子凸极极面和转子凸极极面构成了渐近变化和/或阶梯变化的气隙结构。

所述的转子凸极的转子凸极极面两侧中，与转子铁芯旋转方向相反的转子凸极极面侧为二次曲面形状和/或倒角形状。

所述的转子凸极和定子凸极方向向内和/或向外，分别构成内转子电机和外转子电机，

内转子电机，定子凸极向内，转子凸极向外，所述的轴与转子铁芯固定，与所述的端盖以可自由转动配合安装，

外转子电机，定子凸极向外，转子凸极向内，所述的轴与定子铁芯固定，与所述的端盖以可自由转动配合安装；

端盖为导磁材料制成，端盖与永磁体环和定子铁芯固定，端盖与转子铁芯之间有导磁铁芯桥（7-1、7-2），所述的导磁铁芯桥与端盖固定，与转子铁芯之间有一微小气隙，致使该导磁铁芯桥与旋转的转子铁芯不形成接触。

连接线圈的电源为周期性变化的单相交流电。

连接线圈的电源为周期性变化的单相交流电以及变频装置；

所述的永磁电机连接整流装置，以输出电源。

多个所述的永磁电机沿轴向叠加，绕组串联，组成更大容量的单相电动机和发电机。

 

附图说明

图1是本发明一种新型电机截面示意图；

图2是本发明一种新型永磁电机定子铁芯结构示意图；

图3是本发明一种新型永磁电机的定子铁芯二维示意图；

图4是本发明一种新型永磁电机的转子铁芯结构示意图；

图5是本发明一种新型永磁电机转子铁芯二维示意图；

图6是本发明一种新型永磁电机端盖与导磁铁芯桥结构示意图

图7是本发明一种新型永磁电机单相供电时示意图；

图8是本发明一种新型永磁电机单相变频供电示意图；

图9是本发明一种新型永磁电机发电电力输出示意图；

图10是本发明一种新型永磁电机多个轴向叠加的示意图。

 

具体实施方式

现在将结合附图，对本发明进一步详细说明，附图中给出了本发明的实例。 

参考图1，为本发明一种新型永磁电机（0）的截面示意图，包括：

定子铁芯（1）、永磁体环（4-1、4-2）、线圈（3）、线圈支架（2）、端盖（5-1、5-2）以及转子铁芯（6）和轴（8），所述的定子铁芯为凸极结构，截面形状为U型，U型的两个侧面（1-1、1-2）上有若干沿圆周以预定间隔分布的定子凸极（1-0），U型两个侧面上的定子凸极数量相同；所述的线圈内嵌于U型槽中，所述的端盖与定子铁芯固定，所述的永磁体环（4-1、4-2）为环型结构，内置固定于端盖和定子铁芯之间，永磁体环充磁方向为轴向，定子铁芯两侧的相邻永磁体环充磁方向相反；所述的线圈支架与U型槽中的线圈固定；

所述的转子铁芯为凸极结构，轭部截面形状为U型，U型的两个侧面（6-1、6-2）上有若干沿圆周以预定间隔分布的转子凸极（6-0），两侧的转子凸极极数相同，所述的轴安装于转子铁芯与端盖的通孔中；

定子凸极极数与转子凸极极数相同；

参考图2和图3，为本具体实施例定子铁芯示意图，定子铁芯截面为U型，U型两侧（1-1、1-2）沿圆周以预定的间隔分布有20个定子凸极（1-0），该定子凸极（1-0）极面（1-4）两端中，旋转方向的一端为一个二次曲面（1-3），以获得磁通切换过程中的扭矩输出平稳。

两个永磁体环分别压紧固定在定子铁芯的两侧，其极性相对，致使，电机静态时，定子铁芯中的永磁体磁场极性为单一极性；

缠绕好的线圈嵌入于定子铁芯的U型槽中，并用线圈支架（2）固定，为电励磁磁路的优化，该线圈支架为导磁材料制成，致使当一边旋转至非共线是，使得电励磁磁通不经过永磁体，而是经过线圈支架闭合。

参考图5和图4本具体实施例中，转子铁芯（6）U型两侧面（6-1、6-2）的转子凸极（6-0）轴向错开一个角度A，转子凸极极面的两端中，旋转方向的一端有一个突出部件（6-3），该突出部件为二次曲面形状，与定子凸极极面形成渐变的气隙结构，该突出部件延伸了转子极面，形成延伸转子凸极极面（6-4），保证磁通过缓过程中的扭矩输出平稳。

参考图6，端盖（5-1）的结构中固定有一个导磁铁芯桥（7-1），端盖与永磁体环和定子铁芯压紧固定，而导磁铁芯桥与转子铁芯侧面保持有一微小气隙，致使转子转动时，导磁铁心桥与转子铁芯不接触，永磁体磁通经过端盖、导磁铁芯桥和导磁铁芯桥与转子铁芯侧面之间的气隙和转子铁芯以及定子铁芯和转子铁芯之间的气隙以及转子铁芯闭合；由于电励磁的作用，通过定子铁芯和转子铁芯之间气隙磁通的变化，从而输出扭力做功；从周期交变反电动波形可知，当通以周期交流电时，永磁体磁通路径将在定子铁芯U型两侧面之间变换；另一端的端盖结构相同，此处不再赘述。

输出轴（8）与转子铁芯固定，与端盖形成可自由转动的连接。

参考图7，为本发明的一个接线示意图，外部的两相交流电接入电机线圈的两根出线头，致使电机不断旋转工作。

参考图8，为本发明的另一个接线示意图，不同的是，多了一个变频装置，通过变频，调节该电机的旋转速度。

由于转子铁芯的旋转，致使定子铁芯两侧的永磁体磁通路径不断发生周期变化，因此本发明亦可用于电力输出单元的目的用途，输出的是单相交流电，参考图9，为本发明的新型永磁电机发电电力输出接线示意图，由电机输出的单相交流电经过整流后输入电力储存设备，亦可对整流出来的直流电进行逆变，直接输出使用。

参考图10，为本发明一种新型永磁电机多个轴向叠加截面示意图（01），永磁体（m-2）内置固定于两个定子铁芯（si-1、si-2）之间，永磁体环（m-1、m-3）分别压紧固定于两个定子铁芯的另一侧，线圈（c-1、c-2）分别内嵌于两个定子铁芯的槽中，两个线圈皆通入单相交流电，或者通入单相频率可变的交流电，或者连接整流以及逆变装置实现发电电力输出；转子铁芯（ri）截面为三个并排U型，致使，当转子铁芯旋转时，磁通路径实现周期性的交变，从而输出扭矩或者输出电力；多个轴向叠加的新型永磁电机和单个新型永磁电机在其他方面相同，此处不再赘述。

另外，还需要说明的，尽管本发明的具体实施例揭露如上所述，但本发明可应用其他形式的，例如外转子等结构，应用本发明的内外转子均与以上结构类似，这里不再赘述，定子和转子的凸极组合亦可采用其他，例如1/1、2/2、3/3、…...等，其具体原理和实施与以上类同，这里亦不再赘述。

虽然本发明的实施例已揭露如上，本发明并不受限于上述实施例，任何本技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的范围内，当可作相应的改动与调整。

Claims (10)

1.一种新型永磁电机（0），其特征在于，包括：

定子铁芯（1）、永磁体环（4-1、4-2）、线圈（3）、线圈支架（2）、端盖（5-1、5-2）以及转子铁芯（6）和轴（8），所述的定子铁芯为凸极结构，截面形状为U型，U型的两个侧面（1-1、1-2）上有若干沿圆周以预定间隔分布的定子凸极（1-0），U型两个侧面上的定子凸极数量相同；所述的线圈内嵌于U型槽中，所述的端盖与定子铁芯固定，所述的永磁体环（4-1、4-2）为环型结构，内置固定于端盖和定子铁芯之间，永磁体充磁方向为轴向，定子铁芯两侧的相邻永磁体充磁方向相反；所述的线圈支架与U型槽中的线圈固定；

所述的转子铁芯为凸极结构，轭部截面形状为U型，U型的两个侧面（6-1、6-2）上有若干沿圆周以预定间隔分布的转子凸极（6-0），两侧的转子凸极极数相同，所述的轴安装于转子铁芯与端盖的通孔中；

所述的定子凸极极数与转子凸极极数相同；

所述的永磁体环可为分段永磁体组成；

所述的线圈支架由导磁材料制成；

所述的端盖由导磁材料制成；

所述的转子铁芯和定子铁芯由导磁材料制成的冲片叠压固定而成。

2.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述的转子槽两侧的转子凸极周向地错开一个预定的角度A，致使沿轴向看，转子凸极没有重叠，所述的定子槽两侧的定子凸极沿周向处于同一位置，致使沿轴向看，定子凸极重叠。

3.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述的定子槽两侧的定子凸极周向地错开一个预定的角度，致使沿轴向看，定子凸极没有重叠，所述的转子槽两侧的转子凸极沿周向处于同一位置，致使沿轴向看，转子凸极重叠。

4.根据权利要求1和2所述的永磁电机，其特征在于，所述的转子凸极极面的两端中，与旋转方向相同的一端有一突出部件（6-3），所述的突出部件靠近气隙的极面与转子凸极极面平滑过渡和/或阶梯过渡，形成延伸转子凸极极面（6-4），以致定子凸极极面和延伸转子凸极极面（1-4）构成了渐近变化和/或阶梯变化的气隙结构；

所述的定子凸极的定子凸极极面两端中，与转子铁芯旋转方向相同的一端为二次曲面形状和/或倒角形状（1-3）。

5.根据权利要求1和3所述的永磁电机，其特征在于，所述的定子凸极极面两端中，与转子铁芯旋转方向相反的一端有一突出部件，所述的突出部件靠近气隙的极面与定子凸极极面平滑渐进过渡和/或阶梯过渡，形成延伸定子凸极极面，以致延伸定子凸极极面和转子凸极极面构成了渐近变化和/或阶梯变化的气隙结构；

所述的转子凸极的转子凸极极面的两端中，与转子铁芯旋转方向相反的一端为二次曲面形状和/或倒角形状。

6.根据权利要求1、2和3所述的永磁电机，其特征在于，所述的转子凸极和定子凸极方向向内和/或向外，分别构成内转子电机和外转子电机，

内转子电机，定子凸极向内，转子凸极向外，所述的轴与转子铁芯固定，与所述的端盖以可自由转动配合安装；

外转子电机，定子凸极向外，转子凸极向内，所述的轴与定子铁芯固定，与所述的端盖以可自由转动配合安装。

7.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，端盖为导磁材料制成，端盖与永磁体环和定子铁芯固定，端盖与转子铁芯之间有导磁铁芯桥（7-1、7-2），所述的导磁铁芯桥与端盖固定，与转子铁芯之间有一微小气隙，致使该导磁铁芯桥与旋转的转子铁芯不形成接触。

8.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，连接线圈的为周期性变化的单相交流电。

9.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，连接线圈的为周期性变化的单相交流电变频装置和/或整流以及逆变装置。

10.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，多个所述的永磁电机沿轴向叠加，绕组串联，组成更大容量的单相电动机和发电机。

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