CN103973046A - 旋盘供电式永磁电机 - Google Patents

Abstract

一种旋盘式永磁电机，包括：机壳内壁安装的数对永久磁极与数个轮形架，机壳的两端连接左、右两轴承盖两轴承盖的中心均制有轴承孔，两轴承孔内均安装陶瓷轴承，两陶瓷轴承作为转子芯轴的两简支架；转子芯轴一侧安装镶崁电枢绕组的叠层铁芯，另一侧安装数个绝缘材质的供电盘，供电盘上有合金环，通过数个空心滚子连接送电杯，数个送电杯连接数个接线柱，电流经过送电杯、空心滚子、供电盘的合金环输送到电机的电枢，工作气隙中永久磁场与旋转磁场的作用力产生旋转力矩，拖动电机的转子输出转矩；电机的永久磁场强度易检测、调整与励磁，无电刷机构，无电磁火花产生，具有多种使用功能，工作寿命较长，尤其适合作为电动汽车的驱动电机。

Description

旋盘供电式永磁电机

所属技术领域

本发明涉及一种永磁电机，特别涉及一种旋盘供电式永磁电机。

背景技术

众所周知，1831年，法拉第发现了电磁感应现象，奠定了电机历史上的基本理论基础。1833年，法国发明家皮克西制造了世界上第一台旋转磁极式直流电机。发电机是把动能转换成电能的装置，电动机是把电能转换成机械能的装置。永久磁电机是依赖永久磁体作为磁场的电机。永磁电机具有很好的机械特性与调节特性：体积小、效率高、转速变化范围大、有较大的启动力矩。直流电机的特点是采用了换向器与电刷机构，缺点是：在使用碳刷时，尤其是由粘合剂碳粉制作的碳刷时，由于粘接剂的存在，在电流伴随磁场能量的变化时，换向延时，多余的能量以电磁火花的形式强行放出，其电磁波对周边的电器产生较大的干扰，还会造成碳刷与换向器的表面烧毁、碳刷因膨胀卡在刷槽内不能导电，产生停机故障，碳刷与换向器的摩擦会产生运行噪音，因此电机的工作寿命较短。

交流异步电动机是一种将交变电能转化为机械能的装置，主要由定子、转子和它们之间的工作气隙构成，交流电源输入定子绕组后，产生旋转磁场，磁力线切割电机的封闭式鼠笼转子，获得转矩。交流异步电动机结构简单、运行可靠、价格便宜、不会产生电磁火花，对周边的电器不会产生干扰，运行噪音小，使用、安装、维护方便、制造成本较低、交流电机可直接从市电或变频器取得电源供应等优点；缺点是：体积较大、能量转换效率较低、调速的技术手段比较繁琐、价格昂贵，机械特性较差、启动力矩较小。

无刷直流电机是基于电子技术创新的一种新型直流电机。无刷直流电机以法拉第电磁感应理论为基础，加入电力电子的新技术，数字电子技术与新兴的磁极材料学作为支持的，是新时代的电机产物。无刷直流电机具有定子绕线组和安装永久磁极的转子，驱动电流受电子电路的控制，无刷电机的最大特点是机构中不设置换向器与电刷机构。因此无刷直流电机在运行中不产生换向火花，对周边的电器干扰较小，运行寿命长，调速性能好，控制方法多有多样，输出转矩大，过载能力强，调速范围宽，运行平稳，启动响应快，能量转换效率较高等优点。其缺点是：与有刷电机相比较，电磁转矩波动较大，供电电源电路较为复杂，因此制造成本较高，由于转子为永久磁极结构，磁极材料的性能与电机腔内部的空间限制了此类电机的结构形式不利于制造功率较大的电机。

高电压电机是指额定电压在1000V以上电动机。高电压电机产生是基于电机的功率正比于输入电压与输入电流的乘积，使用低电压的电机在功率增大到一定程度，输入电流受到导线截面的允许承载能力的限制，难于制作大功率电机。高压电机优势是：在相同的电机体积下，电枢绕组采用较小的导线截面的线材，可输出较大的功率，绕组采用铁氟龙三层绝缘线绕制，绕组的层间无需设置绝缘层，绕组的体积小，降低了贵金属的使用量，也降低了电机的制造成本，转子的转动惯量变小。高压电机的抗突变电流冲击的能力较强，但启动与制动时的控制比较困难。

目前在城市污染中pm2.5产生的主要来源，人们把它们归结为：日常发电、有毒物质，及汽车尾气的排放；工业生产、汽车尾气排放等过程中经过燃烧而排 放的残留物，大多含有重金属等有害物质，因此为消除汽车尾气的污染，人们推崇电动汽车在城市的使用。电动汽车的主要组成包括：电力驱动及动力传动系统。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制等主要装置组成。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同；电动汽车的研究与应用成为汽车工业的一个新的“热点”。

发明内容

本发明的目的就是要克服在背景技术中涉及的电机在技术上的缺陷，采用了旋转式导电装置给转子的电枢绕组供电，提供一种旋盘供电式永磁电机。

本发明采取的技术方案是：一种旋盘供电式永磁电机，包括空心圆柱形的机壳，机壳的顶部安装起重环，机壳的两端连接左、右端盖，两端盖的中心均制有轴承孔。

电机机壳：所述的空心圆柱形的机壳由轻型合金铸造制成，机壳一侧的内壁上安装数对用稀土材质制成的永久磁极。

进一步的，本发明的机壳另一侧的内壁上用螺栓连接多个轮形架的外圈。

进一步的，本发明的多个轮形架均采用轻质合金铸制，中心的内圈通过数条轮辐与外圈相连接，外圈、轮辐与内圈为一体化结构。

进一步的，本发明的机壳上安装与多个轮形架数量相等的接线柱，各接线柱均与机壳相绝缘，各接线柱的位置与各轮形架的位置相对应。

进一步的，本发明的左、右两端盖中心的轴承孔内均安装陶瓷轴承。

电机转子：所述的电机转子芯轴由40Gr合金钢制成，芯轴上安装铁芯与多个供电盘。

进一步的，本发明的芯轴轴身制有两段与陶瓷轴承内孔直径相配合的精磨轴颈。

进一步的，本发明的芯轴的左轴伸上制有预定直径的轴颈与键槽。

进一步的，本发明的芯轴在叠层铁芯与多个供电盘的安装位置的表面采用打筋或者滚花方法加工。

进一步的，本发明的叠层铁芯采用高导磁率的硅钢片冲制成，冲片的边缘有偶数槽口，中心有与芯轴表面打筋或者滚花部位直径相配合的通孔，冲片上还冲制有均布的多条凸痕。

进一步的，本发明的叠层铁芯利用中心孔与芯轴上打筋或者滚花的部位做套嵌安装连接。

进一步的，本发明的叠层铁芯与数对永久磁极之间，预留工作气隙。

进一步的，本发明的电枢绕组的绝缘线采用铁氟龙三层绝缘线绕制，镶崁在叠层铁芯的偶数槽口内。

进一步的，本发明的多个供电盘采用优质绝缘性能的板材制为圆盘状。

进一步的，本发明的多个绝缘圆盘的中心均制有与芯轴上打筋或者滚花的部位直径相配合的通孔。

进一步的，本发明的绝缘圆盘上镶崁用银铜合金板冲制的圆环。

进一步的，本发明的合金圆环与转子芯轴之间是绝缘的。

进一步的，本发明的各供电盘之间的距离相等，供电盘的数量与电枢的绕组 数量相同。

进一步的，本发明的电枢各绕组同名端线首分别连接到各供电盘的合金圆环上，同名端线尾连接在同一接点上，电枢的绕组成为Y形接法。

进一步的，本发明的电枢各绕组的线首与各绕组的线尾两两相连，将各接点分别连接到各供电盘的合金圆环上，电枢的绕组成为Δ形接法。

进一步的，本发明的轮形架的数量与转子轴上供电盘的数量相等。

进一步的，本发明的各轮形架与转子轴上各供电盘的位置一一对应。

进一步的，本发明的各轮形架的内圈上均安装用绝缘板制作的圆环。

进一步的，本发明的绝缘圆环的环面上制有数个导向孔。

进一步的，本发明的送电杯的边缘用银铜合金冲制为筒状，中心有通孔。

进一步的，本发明的送电杯的杯底安装数个导向柱，数量与绝缘圆环上导向孔的数量相等，分布位置相同。

进一步的，本发明的送电杯底的各导向柱均穿入绝缘圆环的各导向孔内。

进一步的，本发明的多个圆柱弹簧均套在各送电杯底的导向柱上。

进一步的，本发明的圆柱弹簧的两端抵在送电杯底与绝缘圆环之间。

进一步的，本发明的送电杯与供电盘的合金圆环之间由多个空心金属滚子相连接。

进一步的，本发明的多个金属滚子之间用金属保持架隔离。

进一步的，本发明的送电杯的筒状边缘包罗携带多个滚子的保持架与供电盘，成为与推力滚子轴承相同的结构。

进一步的，本发明的芯轴上两段精磨的轴颈，分别安装在左、右两端盖轴承孔陶瓷轴承的内孔中。

进一步的，本发明的芯轴的轴伸处于左端盖之外。

进一步的，本发明的各送电杯均用电源线分别连接到与各绝缘支架相对应的各接线柱上。

进一步的，本发明的电机采用高电压直流驱动电流能源。

进一步的，本发明的高压直流驱动电源由交流市电或者蓄电瓶组合提供，通过输入电子开关电路与数字信号处理器组成的控制器输出可控电流，连接到本发明电机的多个绝缘接线柱上。

进一步的，本发明的磁极位置检测方法采用无位置传感器的反电动势过零点的检测方法。

本发明的有益效果是：本发明克服了在背景技术中所述的电机在技术上的缺陷，采用旋转式导电装置给转子的电枢提供电流。一种旋盘供电式永磁电机，包括：空心圆柱形的机壳，机壳的顶部安装起重环，机壳的两端连接左、右端盖，两端盖的中心均制有轴承孔。空心圆柱形的机壳由轻型合金铸造制成，可减轻电机的自重；在机壳的顶部安装起重环，目的是电机在移动与运输的过程中起吊搬运的便利；机壳一侧的内壁上安装数对用稀土材质制成的永久磁极，目的是在机腔一侧的空间内形成环状闭合磁场；机壳另一侧内壁上安装多个轮形架的目的是作为多个绝缘环的承接架，机壳上安装与多个轮形架数量相等的接线柱，各接线柱均与机壳相绝缘，各接线柱的位置与各轮形架的位置相对应，目的是通过多个接线柱，将驱动电源的电流输送到多个轮形架上绝缘圆环连接的送电杯上；左、 右两端盖中心的轴承孔内均安装陶瓷轴承，目的是利用两陶瓷轴承的内孔作为转子芯轴两段精磨轴颈处的简支梁承架。陶瓷轴承是耐腐蚀的可以工作在有腐蚀性气体的环境中，陶瓷滚动体的密度小，在转动时对外圈的离心摩擦破坏作用小，具有较长的使用寿命陶瓷的热膨胀系数小，可适应温差变化较大的工作环境，陶瓷的弹性模量较高受力不易变性，可在较高的转速下用较高的精度运行。

转子的芯轴由优质碳钢制成，芯轴输出的是扭矩，应具有足够的强度与抗扭模量，40Gr合金钢是制作转子芯轴的首选，热处理时不易产生裂纹，芯轴上安装铁芯是作为电枢绕组的承架，也是通电后产生磁场的主要载体，安装多个供电盘的目的是利用旋转导电通路机构给转子铁芯上的电枢绕组供电；转子芯轴的轴伸上制有标配的轴径与键槽，目的是利用轴伸与平键连接传动件的方式，输出电机的扭矩；转子芯轴在铁芯与数个供电盘的安装位置的表面上采用打筋或者滚花工艺处理，目的是使铁芯与数个供电盘的芯孔与转子轴上打筋或者滚花的表面做套嵌连接，不产生轴向位移。铁芯采用高导磁率的硅钢片冲制为偶数槽口冲片，目的是使电机的定位转矩大，电流大，振动小，噪音小。硅钢冲片上冲制多条凸痕，目的是把各冲片多条凸痕的位置对应叠放，达到预定的层数，使用机械的压力，将各冲片上正面的凸痕与各冲片上背面的凹痕嵌合到平整无隙，制成具有叠层结构的铁芯，即使不采用穿钉两端铆合锁紧叠层冲片的工艺，采用此结构的叠层铁芯也不会发生片间松散的现象；叠层铁芯与机壳内壁上安装的数对永久磁极之间，留有空气间隙，目的是避免叠层铁芯在转动中与永久磁极产生摩擦破坏，空气间隙的直径与电机输出力矩的大小成正比。电枢绕组采用铁氟龙三层绝缘线绕制，镶嵌在叠层铁芯的各偶数槽口内，电枢绕组采用铁氟龙三层绝缘线绕制，不仅可比传统的绝缘线节约1/3的体积，还可以耐受8000V左右高压电流，即使电枢绕组的绕层间不设置绝缘隔离层，也不会产生层间击穿破坏，可节约大量铜线材料，降低制造成本；多个供电盘采用绝缘性能优良的材料制成片状圆盘，目的是作为镶崁在圆盘上的铜银合金圆环的承接架，使铜银合金圆环与转子的芯轴相隔离绝缘。多个片状圆盘的中心均制有与芯轴上打筋或者滚花的部位直径相配合的通孔，目的是使片状圆盘与芯轴表面打筋或者滚花的安装位置做套嵌连接定位，不发生轴向位移。各供电盘之间的距离相等，与各轮形架的位置一一对应，目的是预留空间与多个轮形架中心绝缘环上的送电杯通过多个空心滚子相连接；供电盘与电枢绕组的组数数量相等，将电枢各绕组的同名线首端分别连结到各供电盘上的合金圆环上，各同名线尾端连接在同一接点上，成为电枢绕组的Y接法；电枢绕组的各首尾端两两连接，将接头分别连结到各供电盘上的合金圆环上，成为电枢绕组的Δ接法。轮形架采用轻型合金制做成一体化结构，目的是便于轮缘与电机的外壳用螺栓连接，轮形架具有较好的刚度，在内圈上固定绝缘环，可使绝缘环有较好的稳定性，芯轴穿入绝缘环的环心，绝缘环上制有多个导向孔，作为送电杯的多个导向柱的承接架；送电杯用银铜合金板冲制，有筒状的边缘与中心孔，具有良好的导电性能，刚度与表面硬度，送电杯底面安装的多个导向柱与绝缘环的多个导向孔的数量相等，位置一一对应，各导向柱穿入各相应的导向孔做配合连接，目的是使送电杯在做轴向位移时，不产生偏斜与错位；多个圆柱弹簧均套在送电杯的多个导向柱上，弹簧的两端分别抵在送电杯底面与绝缘环上，目的是用多个圆柱弹簧的张力压迫送电杯底，迫使送电杯的内底面、保持架隔离的数个空心金属滚子与供电环的合金环之间保持紧密的连接，使送电杯、保持架 隔离的数个空心滚子与供电环上的合金环组成的推力滚子轴承，作为旋转导电通路，将电流输送到转子的电枢；弹簧组具有缓和冲击与震动的功能，即使供电盘在转动中产生轴向或径向的跳动，也不会发生送电杯内底面与供电盘合金环之间通过数个金属滚子构成的旋转导电通路的中断；推力滚子轴承承受以轴向载荷为主的轴、径向联合载荷，径向载荷一般不超过轴向载荷的55％与其它类推力滚子轴承相比较，推力滚子轴承的摩擦因数较低，可以使用较高的转速，并具有较好的调心性能；作为旋转导电连通电路的推力滚子轴承结构，所承受的仅有弹簧组提供的张力的轴向载荷，本发明的旋转导通电路的结构，即使在空心滚子的表面发生了点蚀破坏，也不会影响其导电的功能，旋转导电通路结构中的运动件之间，产生磨损是必然的，但弹簧组可用其贮蓄的势能，及时将弹簧组的压缩长度展长，补偿受到磨损的间隙，因此这种旋转导电通路机构在弹簧组的辅助下具有较长的使用寿命，可以超过两端盖上陶瓷轴承的使用寿命；高压直流驱动电流可由市供交流电源或者蓄电瓶组合的直流电源提供，输入电子开关电路和数字信号处理器组成的控制器，通过内部电路的调整，输出电机所需的工作电流。由于本发明的控制器内设计的电子开关电路和数字信号处理器组成的控制器可以经过其内部智能电子元件的功能控制、调整提供不同性能的电流输出供给电机使用；既可以使用市供的交流电源，也可以使用由蓄电瓶组提供的直流电源，因此既可以作为固定场所电机，提供输出转矩的动力源；也可以作为可移动的运输工具的驱动电机，例如向电动汽车提供转矩动力源，也就是电动汽车的驱动电机；本发明中电机的磁极位置检测方法采用无位置传感器的反电动势过零点的检测手段，通过判断不导通相绕组反电动势的过零点，是较为常用的无转子位置传感器的的检测手段，电路简洁可靠，电机工作稳定。

本发明的优点是：旋盘供电式永磁电机，摒弃了传统的直流无刷电机的软肋；电刷及滑环机构。电流不是输入定子的电枢绕组，而是输入转子电枢绕线组，采用全新的供电盘上的合金环、送电杯与金属保持架上相互隔离数个空心滚子，组合成与推力滚子轴承相同的结构，实现可靠的旋转导电连通电路，这种旋转导电连通电路具有缓和冲击与震动的能力，供电盘在转动中产生轴向或径向的跳动，也不会产生送电杯与供电盘的合金环之间通过数个金属滚子构成的旋转导电连通电路的中断，这种连接方式具有可靠的、较长的使用寿命；有效地避免了因使用传统的碳刷结构产生的电磁火花，不产生电磁干扰，不会引起电机控制传感信号对相位的误判，有效地克服了使用碳刷系统造成的使用寿命短，需要经常维护、维修，延误电机的工作时间，需要较高的维护维修费用等弊病，突破了永磁电机向制造大功率电机方向发展的瓶颈；体积小、重量轻、与同体积的电机相比较功率大，永磁定子结构的采用，使得发电机内部结构设计排列得紧凑，体积、重量大为减少。转子结构的简化设计，使得转子转动惯量降低转速增加，作为同步发电机使用中、低速发电性能较好，在功率等级相同的情况下怠速时，永磁式发电机要比励磁式发电机的输出功率高一倍以上。永磁式发电机是一种节能产品。结构中舍弃了励磁绕组、碳刷和滑环等零部件，减少了因磨擦造成的的机械损耗，使得永磁式发电机的效率大为提升。普通励磁式发电机在1500转/分至6000转/分之间的转速范围内平均效率只有45％至55％，而永磁式发电机则可高达75％至80％。永磁发电机因其无碳刷、无滑环的结构，消除了碳刷与滑环在磨擦中产生的电磁火花与无线电杂波干扰的现象发生，可以工作在爆炸性、危险性等恶劣的 环境下，发电机对温度、湿度的要求相对降低，在潮湿或粉尘存在的环境下可正常工作，是一种性能优良的新式永磁发电机。

附图说明下面将结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。

图1是本发明的主视剖视示意图。

图2是图1的A-A剖视示意图。

图3是图2的结构示意图。

图4是供电盘的结构示意图。

图5是实施例1的电路示意图。

图6是实施例2的电路示意图。

图7是实施例3的电路示意图。

图8是实施例4.1的电路示意图。

图9是实施例4.2的电路示意图。

图10是实施例4.3的电路示意图。

图11是实施例6的电路示意图。

图中：1.机壳，2.接线柱，3.起重环，4.永久磁极，5.电枢，6.轴承孔，7.铁芯，8.右端盖，9.工作气隙，，10.机座，11.供电盘，12.合金圆环，13.轮形架，14.绝缘环，15.陶瓷轴承，16.左端盖，17.芯轴，18.键槽，19.导向孔，20.电源线，21.送电杯，22.空心滚子，23.保持架，24.导向柱，25.圆柱弹簧。

具体实施方式

现在结合附图与优选实施例，对本发明作进一步详细说明。此附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，仅显示与本发明有关的构造。

新型永磁电机的实施例1，结构原理图如图1-4所示，以输入交流市电三相电为能源，作为交流同步电机：电路原理图如图5所示，一种旋盘供电式永磁电机，包括；机壳1，接线柱2，起重环3，永久磁极4，电枢5，轴承孔6，铁芯7，右端盖8，工作气隙9，机座10，供电盘11，合金圆环12，轮形架13，绝缘环14，陶瓷轴承15，左端盖16，芯轴17，键槽18，导向孔19，电源线20，送电杯21，空心滚子22，保持架23，导向柱24，圆柱弹簧25。

一种旋盘供电式永磁电机，包括：空心圆柱形的机壳1，由轻型合金铸造制成，降低电机的自重；机壳1的顶部安装起重环3，提供电机在移动与运输的过程中升高起吊时的便利；机壳1的两端连接右端盖8与左端盖16，两端盖的中心均制有轴承孔6，右端盖8与左端盖16，对电机的内腔起到密封、保护的作用，轴承孔6作为陶瓷轴承15的轴承座；两陶瓷轴承15的内孔作为芯轴17两段精磨轴颈处的简支梁承架；机壳1一侧的内壁上安装数对用稀土材质制成的永久磁极4，在机壳1一侧的空间内形成环状闭合磁场；机壳1另一侧内壁上安装多个轮形架13，作为多个绝缘环14的承架，机壳1上安装与多个与轮形架13数量相等的接线柱2，各接线柱2均与机壳1绝缘，各接线柱2的位置与各轮形架13的位置相对应，通过多个接线柱2，用电源线20把驱动电源的电流输送到各轮形架13上绝缘环14连接的送电杯21上。电机转子的芯轴17由40Gr合金钢制成，具有较好的强度与抗扭模量，电机芯轴17上安装铁芯7是作为电枢5的承架，铁芯7是产生磁场的主要载体；电 枢5的绕组可以连接成Δ或者Y接法，用多个供电盘11的合金环12连接各端线；芯轴17的轴伸上制有预制的轴颈与键槽18，利用轴伸与平键可接传动件输出电机的砖矩；转子芯轴17在铁芯7与数个供电盘11的安装位置的表面上采用打筋或者滚花方法加工，铁芯7与数个供电盘11的芯孔与芯轴17上打筋或者滚花的表面做套嵌连接定位，不产生轴向位移；铁芯7采用高导磁率的硅钢片冲制为多片偶数槽口冲片组合，可使电机获得较大的定位转矩，使用较大的电流时，振动小，噪音小；硅钢冲片上冲制多条凸痕，把预定的数量的冲片按各凸痕对应的位置整齐叠放，使用机械压力，将冲片正面的凸痕与另一片冲片上背面的凹痕嵌合到平整无隙，制成叠层铁芯7，采用此结构的铁芯7不会发生片间松散脱离的现象；铁芯7的外缘与机壳1内壁上安装的数对永久磁极4之间，留有工作气隙9，是永久磁极4的磁场与电枢5的旋转磁场交汇的空间的，工作气隙9的直径与电机输出力矩的大小成正比；电枢绕组5采用铁氟龙三层绝缘线绕制，镶崁在叠层铁芯7的各槽口内，电枢5的绕组采用铁氟龙三层绝缘线绕制，不仅可比传统的绝缘线节约1/3的体积，还可以耐受8000V左右高压电流，即使电枢5绕组的绕层间不设置绝缘隔离层，也不会产生层间击穿破坏，因此可节约大量铜线材料，降低电枢5绕组的转动惯量，减少材料成本；多个供电盘11采用优质绝缘性能的板材制成，铜银合金圆环12镶崁在圆盘上，合金圆环12与芯轴7绝缘；多个供电盘11的中心均制通孔，可与芯轴17上打筋或者滚花的部位做套嵌配合定位，不发生轴向位移，各供电盘11之间的距离相等，与各轮形架13的位置一一对应；供电盘8的数量与电枢绕组5的数量相等，将绕组5的同名线首端分别连结到各供电盘11上的合金环圆12上，各同名线尾端连接在同一接点上，连接为电枢5绕组的Y形接法；电枢5绕组的各首尾端两两连接，将接头分别连结到各供电盘11的合金圆环12上，成为电枢5绕组的Δ形接法；轮形架13采用轻型合金制做成一体化结构，便于轮缘与机壳1用螺栓连接，轮形架13具有较好的刚度，轮形架13的内圈上固定绝缘环14，可使绝缘环14有较好的稳定性，芯轴17穿入绝缘环14的环心，绝缘环14上制有多个导向孔19，作为送电杯21的多个导向柱24的承接孔；送电杯21用银铜合金板冲制，具有良好的导电性能、刚度与表面硬度，送电杯21的杯底安装的多个导向柱24与绝缘环14上的多个导向孔18的数量相同，位置一一对应，各导向柱24穿入各相应的导向孔19做配合连接，送电杯21在做轴向位移时，不产生偏斜与错位，多个圆柱弹簧25均套在送电杯21的多个导向柱24上，圆柱弹簧25的两端分别抵在送电杯21的底面与绝缘环14上，用圆柱弹簧25组的张力压紧送电杯21的底面，使送电杯21的内底面、保持架23隔离的数个金属空心滚子22与供电盘11上的合金环12之间保持紧密的连接，送电杯21、保持架23隔离的数个空心滚子22与供电盘11上的合金环12组成推力滚子轴承，作为旋转导电通路将电流输送到的电枢5；圆柱弹簧25具有缓和冲击与震动的功能，供电盘11在转动中产生轴向或径向的跳动，不会发生送电杯21内底面与供电盘11合金圆环12之间通过数个金属空心滚子22构成的旋转导电通路的中断；推力滚子轴承用于承受以轴向载荷为主的轴、径向复合载荷，径向载荷一般不超过轴向载荷的55％与其它类推力滚子轴承相比较，推力滚子轴承的摩擦因数极低，可以承受较高速率的转速，具有较好的调心性能；作为旋转导电连通电路的推力滚子轴承，所承受的仅有圆柱弹簧25组提供的轴向载荷，本发明的旋转导通电路的结构，即使在空心滚子22的表面发生点蚀破坏，也不会影响其导电的功能，旋转导电通路结构中的运动件之间，发生表面 的的磨损，圆柱弹簧14组可用其贮蓄的势能，将弹簧25组的压缩长度展开，作为磨损间隙的补偿，这种旋转导电通路的机构在弹簧25组的辅助下具有较长的使用寿命，可以超过电机两陶瓷轴承15的使用寿命。当本发明的旋盘供电式永磁电机直接采用市供交流电源作为电能输入时，作为交流正弦波永磁同步电机。本实例中，机壳1内安装的永久磁极4的对数为p对，电机的转速n＝60f/p，其中电机转速(n)，电流频率(f)磁极对数(p)。将本发明的旋盘式永磁电机的机座10固定在需求提供转矩动力源的固定架上，把机壳1上安装的三个接线柱2分别连接到三相市电三位闸刀开关下方的的接线孔内，合上三位闸刀开关，将三相交流电输入三个接线柱2，三个接线柱2分别连接三个送电杯21，在多个圆柱弹簧25组的张力的控制下，压紧数个金属空心滚子22，与数个金属空心滚子22与三个供电盘11上的合金圆环12连接，三个合金环12分别连接芯轴17上固定的铁芯7上镶嵌的电枢5绕组的三个绕组的同名端线首，电枢5绕组的三个组的同名端线尾连接在同一接点，三相交流正弦波电流进入电枢5的绕组，电枢5的绕组激励铁芯7产生旋转磁场，与机壳1一侧内壁上安装的P对永久磁极4的闭合环路磁场在工作气隙9相互作用，电磁力矩推动铁芯7与电枢5的绕组旋转，铁芯7与芯轴17之间由铁芯7的内孔与芯轴17表面上打筋或滚花的部位做套嵌连接，芯轴17被拖曳旋转，芯轴17表面上的与芯轴17做套嵌连接的三个供电盘11被拖曳旋转，送电杯21的杯底安装的导向柱24与绝缘环14的多个导向孔19的数量相同，位置一一对应，各导向柱24穿入各相应的导向孔19做配合连接，送电杯21在做轴向位移时，不产生偏斜与错位；多个圆柱弹簧25均套在送电杯21的多个导向柱24上，圆柱弹簧25的两端分别抵在送电杯21的底面与绝缘环14上，用多个圆柱弹簧25的张力压紧送电杯21的底面，使送电杯21的内底面、保持架23隔离的数个金属空心滚子22与供电盘11上的合金环12之间保持紧密的连接，送电杯21、保持架23隔离的数个空心滚子22与供电盘11上的合金环13组成了推力滚子轴承，作为旋转导电通路将电流输送到的电枢5的绕组；圆柱弹簧25组具有缓和冲击与震动的功能，三个供电盘11在转动中产生轴向或径向的跳动，不会发生送电杯21内底面与供电盘11合金圆环12之间通过数个金属空心滚子22构成的旋转导电通路的中断；三相交流市电无间断地输入三个接线柱2，本发明的电机就会连续地旋转，输出转矩做功，三相对称正弦波电源加到三组对称的转子电枢5的绕组，当作为Y形连接时，每组绕组两端的电压是220V，转子电枢5的绕组激励铁芯7产生同步旋转磁场，电机芯轴17的转速与外部的电源频率保持严格的同步，与负载的大小无关。

的新型永磁电机的实施例2，除以下不同外，本实施例具有与实施例1完全相同的结构。电路原理图如图6所示，本实施例的装置中的的电枢5的绕组可用Δ接线方法连接供电盘11上的合金环12，即将三组对称的电枢5绕组的各的首、尾端相连接，将各连接点分别连接三个不同的供电盘11上的合金环12上。三相对称正弦波电源加到三组对称的电枢5绕组上，各绕组两端的电压均为380V，电枢5的绕组产生同步旋转磁场，电机芯轴17的转速与外部的电源频率保持严格的同步，与负载的大小无关，电机使用Δ接线方法比用Y接线方法的实际转速略高，输出功率为Y接线方法的3倍。

新型永磁电机的实施例3，除以下不同外，本实施例具有与实施例1完全相同的结构。电路原理图如图7所示，本实施例的新型永磁电机输入设定的方波电流相位区间可控的电源，作为方波自控式直流电机。本实施例采用的电源电路模式 由三相整流桥、三相逆变器、数字电子控制器及转子位置传感器构成。50～60Hz的交流市电经整流后，送入三相逆变器，输出设定相位、频率的方波电流，通过三个接线柱2加到电枢5的三组对称的绕组，三绕组的同名线首分别连接到各供电盘11的合金圆环12上，电枢5三绕组的同名线尾连接在同一接点，连接成Y形接线方式；电枢5的绕组激励铁芯7产生的旋转磁场与与机壳1一侧内壁上安装的P对永久磁极4的闭合环路磁场在工作气隙9间相互作用，电磁转矩拖动芯轴17同步旋转，电机的磁极位置检测方法采用无转子位置传感器的反电动势过零点的检测手段，通过判断不导通相反电动势的过零点，转变成电信号，控制逆变器的功率电子开关元件，调节电流的频率和相位，使电枢5的绕组激励铁芯7的旋转磁场与与机壳1一侧内壁上安装的P对永久磁极4的闭合环路磁场，保持稳定的位置关系，产生恒定的转矩；电枢5的绕组中电流强度的变化是由负载决定的，电枢5绕组中三相电流的频率和相位随电枢5绕组激励的铁芯7的位置变化而变化，产生同步旋转磁场。控制器由功率开关元件和数字电路等构成，接收电机的启动、停止、制动信号，控制电动机的启动、停止和制动；接收过零位点位置信号和正反转信号，控制逆变桥各功率电子开关元件的通断，接收速度指令和速度的反馈信号，控制和调整转速；控制器中还设有保护和显示屏信息等电路。

新型永磁电机的实施例4，除以下不同外，本实施例具有与实施例1完全相同的结构原理。电路原理图如图8，图9，图10所示，作为多绕组自控电机。

如图8所示，新型永磁电机机构中的接线柱2、轮形架13，送电杯21及芯轴17上套崁连接的供电盘11的数量与电枢5的绕组数量相等，新型永磁电机芯轴17上电枢5的绕组形式与交流电机的定子绕组相似，主要有星形绕组与封闭式绕组两大类；供电换相电路，可分为桥接式与非桥接式电路，电路组合时，可以有多种类型。星形绕组就是把所有绕组的同名首端分别连接到各供电盘11的合金环12上，所有的尾端连接在一起，与桥式或非桥式换相线路配合。

如图9所示，封闭绕组就是把各绕组的同名首线端与各同名尾线端依次连接，形成闭合的回路，各首尾的连接线分别连接到各供电盘11的合金环12上，与桥接式或非桥接式的换相线路配合。

如图10所示新型永磁电机电枢5的绕组的特殊绕组连接方式。

新型永磁电机的实施例5，除以下不同外，本实施例具有与实施例1完全相同的结构。作为三相交流同步发电机。

由外界的动力源(蒸汽机、水轮机、内燃机)的动力输出轴用皮带轮或同步带轮提供稳定的转矩，连接皮带或同步带，将转矩输送给本发明的新型永磁电机芯轴17键槽18上连接的皮带轮或者同步带轮，轮毂内的键槽用平键连接芯轴17上的键槽18，转子芯轴17拖动铁芯7上的电枢5的绕组旋转，电枢5的绕组在机壳1一侧内壁上安装的P对永久磁极4的闭合环路磁场中做旋转运动，工作气隙9中的磁场被电枢5的绕组有效边切割，三相电枢5的绕组中产生感应交流电势，通过电枢5的绕组各端头连接线，连接到三个供电盘11上的三个合金圆环12，三个合金圆环12与数个金属空心滚子22相连接，三个送电杯21在多个圆柱弹簧25的张力的控制下压紧数个金属空心滚子22，作为旋转导电通路，将三相感生电动势输送到三个送电杯21，三个送电杯21的电源线20分别连接在三个接线柱2上，通过三个接线柱2向负载输出三相正弦波交流电流，频率由动力源的转速决定。

如图10所示的新型永磁电机的实施例6，除以下不同外，本实施例具有与实施例1完全相同的结构。电路原理图如图11所示，使用由蓄电瓶组提供的直流电源，作为可移动的运输工具的动力源，把转矩动力输入电动汽车的行走系统。蓄电池组的直流电流经锁相环控制器内部的电子器件：通过电子振荡器转化为交流高频电流，升压后，整流，输出高压直流电。其驱动流程与新型永磁电机的实施例3的自控式电压型的流程完全相同，新型永磁电机的控制器受到来自位置传感器的驱动信号，按照设定的模式，使控制器内的功率电子开关元件在某一时段的瞬间导通或者截止，送出遵循设定规律的逻辑电流，新型永磁电机的电枢5的绕组5的电流发生跃变，电枢5的绕组与铁芯7的磁场极性随电枢绕组5内电流的跃变而变化，电枢5的绕组内的这种电流变化的过程，在物理学中称之为换相，每一次的换相，电枢5的绕组与铁芯6的磁场极性均会发生瞬变；这样，在工作气隙9内就会产生跃变的旋转磁场。在目前的无刷永磁电机中，转子的永磁磁场是由永磁体建立的，永磁体在电机中既是磁源，又是磁路的组成部分。永磁体的磁性能不仅与生产厂的制造工艺有关，还与永磁体的形状和尺寸、充磁设备的容量和充磁方法有关，具体性能数据的离散性很大，而且永磁体在电机中所能提供的磁通量和磁动势还会随磁路其余部分的材料性能、尺寸和电机运行状态而变化，永磁发电机的磁路结构多种多样，漏磁路十分复杂，而且漏磁通占的比例较大，铁磁材料部分又比较容易饱和，磁导是非线性的。这些都增加了目前无刷永磁电机电磁场数据计算的复杂性，计算结果的准确度远低于励磁式电机。必须建立新的设计概念，重新分析和改进磁路结构和控制系统，必须应用现代设计方法，研究新的分析计算方法，以提高设计计算的准确度；必须研究采用先进的测试方法和制造工艺。永磁转子电机制成后不需外界能量即可维持其磁场，但也造成从外部调节、控制其磁场的手段极为困难。这些因素使永磁转子电机的应用范围受到了限制。本发明的新型永磁电机的电路具有准确的换相过程，保障了本发明的新型永磁电机可靠、稳定地运行，本发明的新型永磁电机，数对永久磁极4安装在外壳的内壁，可以方便地对电机磁场的磁通量和磁动势进行检查、测量、调节或充磁。

目前在城市污染中pm2.5产生的主要来源，人们把它们归结为：日常发电、工业生产、汽车尾气排放等过程中经过燃烧而排放的残留物，大多含有重金属等有毒物质；为消除汽车尾气的污染，人们推崇电动汽车在城市的使用。电动汽车的主要组成包括：电力驱动及动力传动系统。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制等主要装置组成。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同；电动汽车的研究和应用成为汽车工业的一个新的“热点”。

本发明的新型旋盘供电式永磁电机，具备的优点尤其适合作为电动汽车的大功率驱动电机。

综上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种旋盘供电式永磁电机，包括：由轻型合金铸造空心圆柱形的机壳(1)，机壳(1)的顶部安装起重环(3)，机壳(1)的两端分别连接右端盖(8)与左端盖(16)，两端盖中心孔内的陶瓷轴承(15)的内孔作为芯轴(17)两段精磨轴颈处的简支梁承架，机壳(1)上安装数个接线柱(2)，芯轴(17)的左轴伸上制有键槽(18)，转子芯轴(17)在铁芯(7)与数个供电盘(11)的安装位置的表面上采用打筋或者滚花工艺处理，铁芯(7)与数个供电盘(11)的芯孔与芯轴(17)做套嵌连接，叠层铁芯(7)的外缘与数对永久磁极(4)之间，留有工作气隙(9)，铜银合金圆环(12)与芯轴(17)隔离绝缘，多个供电盘(11)的中心均制有通孔，可与芯轴上打筋或者滚花的部位做套嵌配合定位，各供电盘(11)之间的距离相等，与各轮形架(13)的位置一一对应，供电盘(11)的数量与电枢(5)绕组的数量相等，将电枢(5)各绕组的同名线首端分别连结到各供电盘(11)上的合金圆环(12)上，各同名线尾端连接在同一接点上，成为电枢(5)绕组的Y形接法，电枢(5)绕组的各首、尾端两两相连，把各接点分别连结到各供电盘(11)的合金圆环(12)上，成为电枢(5)绕组的Δ形接法，轮形架(13)采用轻型合金制做成一体化结构，轮缘与机壳(1)用螺栓连接，芯轴(17)穿入绝缘环(14)的环心，送电杯(21)用银铜合金板冲制，送电杯(21)的内底面、保持架(23)隔离的数个金属空心滚子(22)与供电盘(11)上的合金环(12)之间保持紧密、可靠地接触连接，作为旋转导电连通电路的推力滚子轴承结构，仅承受圆柱弹簧(25)组合张力的轴向负载，即使空心滚子(22)的表面发生了点蚀破坏，也不会影响其导电的功能，旋转导电通路结构中各个零件产生了磨损间隙，圆柱弹簧(25)组可伸展其被压缩的长度，补偿磨损的间隙，圆柱弹簧(25)组具有缓和冲击与震动的功能，供电盘(11)在工作中产生轴向或径向的跳动时，圆柱弹簧(25)组伸长或缩短，保证了送电杯(21)的内底面与供电盘(11)合金圆环(12)之间通过被保持架(22)隔离的数个金属空心滚子(22)连接构成的旋转导电通路接触连接的可靠性，因此这种旋转导电通路的机构具有较长的使用寿命，可超过电机两陶瓷轴承(15)的使用寿命，其特征是：机壳(1)一侧的内壁上安装多对用稀土材质制成的永久磁极(4)，形成环状闭合磁场。

2.根据权利要求1所述的一种旋盘供电式永磁电机，其特征是：机壳(1)另一侧的内壁安装多个轮形架(13)，轮形架(13)的内圈上安装绝缘环(14)。

3.根据权利要求2所述的一种旋盘供电式永磁电机，其特征是：绝缘环(14)上制有多个导向孔(19)，送电杯(21)的底部安装多个导向柱(24)。

4.根据权利要求3所述的一种旋盘供电式永磁电机，其特征是：送电杯(21)底部的多个导向柱(24)与绝缘环(14)上多个导向孔(19)的数量相同，位置一一对应。

5.根据权利要求4所述的一种旋盘供电式永磁电机，其特征是：各导向柱(24)穿入各相应的导向孔(19)做配合连接，可使送电杯(21)作轴向位移时，不发生偏斜与错位。

6.根据权利要求5所述的一种旋盘供电式永磁电机，其特征是：多个圆柱弹簧(25)均套在送电杯(21)的多个导向柱(24)上，圆柱弹簧(25)的两端分别抵在送电杯(21)的底面与绝缘环(14)上，圆柱弹簧(25)组合的张力压紧送电杯(21)的底面。

7.根据权利要求1所述的一种旋盘供电式永磁电机，其特征是：铁芯(7)采用高导磁率的硅钢片冲制为偶数槽口冲片，硅钢冲片上冲制多条凸痕，把预定的数量的冲片按各凸痕对应的位置叠放，使用机械压力，将冲片正面的凸痕与另一冲片上背面的凹痕嵌合到平整无隙，制成叠层的铁芯(7)。

8.根据权利要求7所述的一种旋盘供电式永磁电机，其特征是：芯轴(7)上安装的叠层铁芯(7)内镶崁电枢(5)的绕组，电枢(5)的绕组采用铁氟龙三层绝缘线绕制。

9.根据权利要求1所述的一种旋盘供电式永磁电机，其特征是：多个供电盘(11)采用优质绝缘性能的板材制成圆盘，铜银合金圆环(12)镶崁在圆盘上。

10.根据权利要求9所述的一种旋盘供电式永磁电机，其特征是：送电杯(21)、保持架(23)隔离的数个空心滚子(22)与供电盘(11)上的合金圆环(12)组成与推力滚子轴承相同的结构，构成旋转导电通路。