CN109962535A - 带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对及其电机 - Google Patents

带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对及其电机 Download PDF

Info

Publication number
CN109962535A
CN109962535A CN201711334589.9A CN201711334589A CN109962535A CN 109962535 A CN109962535 A CN 109962535A CN 201711334589 A CN201711334589 A CN 201711334589A CN 109962535 A CN109962535 A CN 109962535A
Authority
CN
China
Prior art keywords
salient pole
permanent magnet
collection
motor
rotor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201711334589.9A
Other languages
English (en)
Inventor
不公告发明人
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201711334589.9A priority Critical patent/CN109962535A/zh
Publication of CN109962535A publication Critical patent/CN109962535A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/08—Salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/17—Stator cores with permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/24—Rotor cores with salient poles ; Variable reluctance rotors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/18—Windings for salient poles
    • H02K3/20—Windings for salient poles for auxiliary purposes, e.g. damping or commutating
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K37/00—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors
    • H02K37/10—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/03—Machines characterised by aspects of the air-gap between rotor and stator

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

一种带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对及其电机，电机定子上至少设置两副带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对组件，电机转子上布设适配的衔铁凸极组件，永磁电磁铁凸极对组件由U形永磁电磁铁凸极对和能量收集线圈构成，U形铁芯的底部段、两侧极臂段和永久磁铁磁路段之部段磁路中，至少其中一段磁路上适配安装能量收集线圈，U形永磁电磁铁凸极的两极臂端部磁靴构成一副永磁电磁铁凸极对。本发明结构简单，节能降耗、效率超高，实用性强、稳定可靠，可应用于各行各业，市场前景巨大。

Description

带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对及其电机
技术领域
本发明涉及永磁电磁铁、电机(含发电机和电动机)等技术领域，更进一步的涉及到磁 电变换技术、磁路技术、自耦/脉冲变压器技术、磁阻电动机技术和步进电动机技术，以及与 所述技术相适配的整流、逆变、驱动和智能控制等技术领域，特别是一种带能量收集线圈的 永磁电磁铁凸极对及其电机。
背景技术
在人们熟悉的工农业生产和日常生活中经常看到各种各样的系统和设备需要动力做支 撑，能够输出动力的动力装置是现代人类生活和工作的基础。随着节能减排、环境保护和绿 色经济的逐步深度推进和发展，创新新一代耗能少、效率超高的绿色动力装置，已上升到空 前且十分重要的地位，以适应新时代对动力装置的发展要求。因此，发明一种带能量收集线 圈的永磁电磁铁凸极对及其电机，顺应潮流，正逢其时。
发明内容
目前常用电磁和永磁材料发展迅速，高性能稀土永磁材料和超级永磁材料也日新月异， 各种新型磁性材料(如新型硅钢电工材料、非晶合金高导磁材料)和高温超导体材料的广泛 应用，以及精密角度/位置传感器、磁电变换、感应变压、电源整流、电源逆变和电控驱动技 术的快速发展，加速了各种永磁电机、非晶合金电机和新型电机(包括发电机和电动机)的 推广应用；同时，永磁磁路理论也与时俱进并得到了很大发展，稀土磁钢磁路的磁饱和理理 论、漏磁理论、永磁磁路可控及磁路叠加技术等研究成果，都为研制新型结构的带能量收集 线圈的永磁电磁铁凸极对型电机奠定了物资基础和坚实的理论基础。
本发明具体内容和技术方案如下：
一种带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对，其特征在于，它由永磁电磁铁凸极组件和衔 铁凸极组件两部分构成，永磁电磁铁凸极组件由U形永磁电磁铁凸极对和能量收集线圈构成， U形永磁电磁铁凸极对由U形铁芯、励磁线圈和U形铁芯两极臂之间设置的N/S永久磁铁构成， U形铁芯的底部段安装励磁线圈，励磁线圈施励磁时的N/S磁极性与永久磁铁的N/S磁极性同 端同极性设置，U形铁芯的底部段、两侧极臂段和永久磁铁磁路段之部段磁路中，至少其中一 段磁路上适配安装能量收集线圈，U形永磁电磁铁凸极的两极臂端部磁靴构成一副永磁电磁铁 凸极对，衔铁凸极组件有五种不同的结构分别为C形凸极衔铁、齿轮形凸极衔铁、永磁/混合 型凸极衔铁、U形永磁电磁铁凸极衔铁和带能量收集线圈的U形永磁电磁铁凸极衔铁，永磁电 磁铁凸极组件和衔铁凸极组件分别均布设置到电机转子和定子上，构建成带能量收集线圈的 永磁电磁铁凸极对型电机。
如上所述的带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对，其特征在于，N/S永久磁铁为单体或组 合体永磁铁组件，U形铁芯由单一的铁芯/软铁/硅钢材质构建而成或者由选用适配的导磁铁芯 模块和磁路介质模块组合构成组合体铁芯组件。
一种带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对电机，其特征在于，属于单段式带能量收集线 圈的永磁电磁铁凸极对型电机，电机定子由无磁性材质本体和其上布设的至少两副带能量收 集线圈的永磁电磁铁凸极组件构成，电机转子由轴系和其上适配布设的衔铁凸极组件构成， 依照传统单段式磁阻电机或永磁电机之磁极布局结构中相应的凸极更换成带能量收集线圈的 永磁电磁铁凸极组件，永磁电磁铁凸极组件和衔铁凸极组件分别依各自设定的凸极对数和角 间距布设在定子圆周和转子圆周上，永磁电磁铁凸极组件的数量和衔铁凸极组件的数量不能 相同，以形成依次励磁线圈上电励磁时呈现转子旋转步进的凸极对布局结构，永磁电磁铁凸 极对和衔铁凸极对的气隙磁场耦合之磁力线相对于电机轴中心线有三种布设方式，分别构建 成轴向气隙磁场耦合的单段盘式电机、径向气隙磁场耦合的单段筒式电机和斜向气隙磁场耦 合的单段锥筒式电机。
一种带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对电机，其特征在于，属于多段串联分相式带能 量收集线圈的永磁电磁铁凸极对型电机，每段电机定子上布设至少两副带能量收集线圈的永 磁电磁铁凸极组件，对应段的电机转子上布设适配同样数量的衔铁凸极组件，依照传统多段 分相式磁阻电机之磁极布局结构中相应的凸极更换成带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极组 件，永磁电磁铁铁凸极组件和衔铁凸极组件分别依各段相同的凸极对数、步进角间距均布在 定子圆周和转子圆周相应的段位置，邻段之间圆周错位设定的相位角布设，呈现分段依次励 磁线圈通电时转子旋转步进之凸极对布局结构，永磁电磁铁凸极组件和衔铁凸极组件的气隙 耦合磁场之磁力线相对于电机轴中心线有三种布设方式，分别构建成轴向气隙磁场耦合的多 段串联盘式电机、径向气隙磁场耦合的多段串联筒式电机和斜向气隙磁场耦合的多段串联锥 筒式电机。
如上所述带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对电机，其特征在于，属于其定子和转子上 分别布设永磁电磁铁凸极组件和衔铁凸极组件，永磁电磁铁凸极组件的永磁电磁凸极对上及 其适配的衔铁凸极组件的凸极对上均适配设置定子磁齿和转子磁齿，构建成为带能量收集线 圈的永磁电磁铁凸极对型步进电机，比照步进电机之工作结构设定相数、相距角、步距角、 凸极磁极对数。
如上所述的带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对电机，其特征在于，电机中选择适配设 置有端盖、轴承、底座、电刷组件、无刷供电/通讯组件、角度传感器、位置传感器、温度传 感器、转速传感器、电压传感器、电流传感器、风冷/水冷散热组件和/或接线端子盒，并配 置智能控制驱动器，智能控制驱动器主要由电机状态获取及其励磁控制驱动单元、能量收集 线圈开关整流单元以及备电组件构成。
如上所述的带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对电机，其特征在于，定转子结构分别有 外定子内转子筒式结构、内定子外转子筒式结构、左定子右转子盘式结构、右定子左转子盘 式结构、外定子内转子锥式结构、内定子外转子锥筒式结构，或者为提高单一装置的功率进 而由筒式结构、盘式结构和锥筒式结构之中的至少两种结构适配组合成组合式定转子结构、 多层定转子复合嵌套筒式结构，或制成多定转子单元同轴串级结构。
工作机理：①因磁力线最小磁阻路径闭合原理，当永磁电磁铁凸极组件中的励磁线圈没 有励磁电流时，U形铁芯的底部段没有电磁磁力线产生，永久磁铁的磁力线通过U形铁芯的 底部磁路闭合，也就是说，此时U形永磁电磁铁凸极磁靴或磁齿对外不产生磁性；②当给永 磁电磁铁凸极组件的励磁线圈上电并产生励磁电流时，U形铁芯的底部段产生电磁磁力线， 因电磁磁极性与永久磁铁的磁极性同端同向，因同磁极性磁力线相排斥和磁路饱和之性质， 使得电磁磁力线和永磁磁力线均通过铁芯极臂凸极、磁靴(和磁齿)及衔铁构建的磁路闭合； 同样，根据磁力线最小磁阻路径(磁阻电机)原理，定转子上的相应永磁电磁铁凸极和衔铁 凸极相互之间产生磁吸引力，致使分设在定转子上原本错位的凸极对之间产生扭矩，转子步 进，该凸极对对齐；与此同时，永磁电磁铁凸极组件中的能量收集线圈处于开关开路状态， 不产生感生电流，能量收集线圈此时不输出电能，能量收集线圈的存在也不会影响电机的正 常步进运行；③当永磁电磁铁凸极组件的励磁线圈之励磁电流再变回没有时，U形铁芯的底 部段产生的励磁电磁磁力线随着消失，永久磁铁的磁力线重新走U形铁芯的底部段磁路闭合； 此过程中，能量收集线圈因其铁芯中磁力线方向和大小发生了变化而产生感应电流，能量收 集线圈处于开关闭合整流输出状态，能量收集线圈输出电能，达到收集能量之功能。定转子 圆周上的永磁电磁铁凸极对依次分时顺序工作，也就是分别给每相励磁线圈分配施加脉冲电 平/激励电流时，转子正常步进旋转，同时各路能量收集线圈依次脉动输出电能。
附图说明
图1为实施例1一种单段反应式五相带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对型磁阻电机的 定转子结构示意图，以及A1相励磁线圈上电之后的电磁永磁磁力线闭合磁路示意图。
图2为图1之A1相励磁线圈断电和B1相励磁线圈上电之后的电磁永磁磁力线闭合磁路 及转子旋转步进示意图。
图3为图2之B1相励磁线圈断电和C1相励磁线圈上电之后的电磁永磁磁力线闭合磁路 及转子旋转步进示意图。
图4为图3之C1相励磁线圈断电和D1相励磁线圈上电之后的电磁永磁磁力线闭合磁路 及转子旋转步进示意图。
图5为图4之D1相励磁线圈断电和E1相励磁线圈上电之后的电磁永磁磁力线闭合磁路 及转子旋转步进示意图。
图6为实施例2一种单段反应式四相带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对型磁阻电机的 定转子结构示意图及A2相励磁线圈上电之后的电磁永磁磁力线闭合磁路示意图。
图7为实施例3一种单段反应式六相带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对型磁阻电机的 定转子结构示意图及A3相励磁线圈上电之后的电磁永磁磁力线闭合磁路示意图。
图8为实施例4一种单段反应式式三相带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极磁齿型步进电 机的定转子结构示意图及A4相励磁线圈上电之后的电磁永磁磁力线闭合磁路示意图。
图9为实施例5一种单段反应式五相带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对型磁阻电机的 定转子结构示意图及A5相励磁线圈上电之后的电磁永磁磁力线闭合磁路示意图。
图10为实施例6一种单段五相定转子双永磁电磁铁凸极对型混合步进电机的定转子结 构示意图及A6相励磁线圈上电之后的电磁永磁磁力线闭合磁路示意图。
图11为实施例7一种单段八相带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对型电机的定转子结 构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1、图2、图3、图4和图5所示，它为一种径向气隙磁场耦合的筒式单段反应式五相带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对型磁阻电机的定转子结构，给出了转子步进旋转工作 过程、依次励磁线圈上电励磁时呈现转子旋转步进之定转子凸极对布局结构，以及每相励磁 线圈上电前后及能量收集线圈铁芯所通过的电磁永磁磁力线方向和闭合磁路示意图。永磁电 磁铁凸极组件和衔铁凸极组件分别设置在定子(1)本体(2)和转子(15)轴上，永磁电磁 铁凸极组件由U形永磁电磁铁凸极对和能量收集线圈(5、6)构成，U形永磁电磁铁凸极对 由U形铁芯(3)、励磁线圈(4)和U形铁芯(3)两极臂之间设置的N/S永久磁铁(7)构 成，U形铁芯(3)的底部段安装励磁线圈(4)，励磁线圈(4)施加励电流时的N/S磁极性 与永久磁铁(7)的N/S磁极性同端同极性设置，U形铁芯的底部段和两侧极臂段，适配安装 了4个能量收集线圈(5、6)，U形永磁电磁铁凸极组件的两极臂端部磁靴(12)构成一副U 形永磁电磁铁凸极对，衔铁凸极组件为C形凸极衔铁(17)，分别与永磁电磁铁凸极组件中 的U形永磁电磁铁凸极(12)适配组合成永磁电磁铁凸极对，定子(1)由无磁性材质本体(2) 和其上布设的五副带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极组件构成，电机转子圆周上均布四个C 形凸极衔铁(17)。另外，该实施例中还根据需要配置有端盖、轴承、底座、位置传感器(霍 尔器件或编码器)、接线端子盒、五相智能控制驱动器、五相十路能量收集线圈开关整流单 元以及备电组件等。图中所示，每副U形永磁电磁铁凸极铁芯(3)上设置有四个能量收集线 圈(5、6)，两个相同的能量收集线圈(5)的同名端并联或异名端串联成一路，两个设置在 U形铁芯(3)的铁芯极臂上能量收集线圈(6)同名端并联或异名端串联成一路，依此，系 统中分设有十路能量收集线圈，以便开关整流单元进行电路开/关控制和整流处理。
工作原理和过程：
①当B1、C1、D1和E1永磁电磁铁凸极组件的励磁线圈(4)没有励磁电流时，因磁力线最小磁阻路径闭合原理，对应的U形铁芯(3)的底部段没有电磁磁力线产生，对应的永久磁铁(7)的磁力线通过U形铁芯的底部段磁路闭合，U形永磁电磁铁凸极磁靴(12)对外不 产生磁性即没有磁力线经凸极磁靴进出；
②当给A1永磁电磁铁凸极组件的励磁线圈(4)上电并产生励磁电流，其U形铁芯(3) 的底部段产生电磁磁力线(8)，因电磁磁极性与永久磁铁的磁极性同端同向，因同磁极性磁 力线相排斥和磁路饱和之性质，使得电磁磁力线(8)和永磁磁力线(9)均通过铁芯极臂凸 极磁靴(12)及C形凸极衔铁(16、17)构建的磁路(10)形成闭合，据磁力线最小磁阻路径(磁阻电机)原理，定子永磁电磁铁凸极(12)和转子衔铁凸极(17)相互之间产生磁吸 引力，致使分设在定转子上原本错位的永磁电磁铁凸极对(12、17)之间产生磁扭矩，转子 步进旋转，A1永磁电磁铁凸极对(12、17)对齐，与此同时，A1永磁电磁铁凸极组件中的能 量收集线圈(5、6)两端处于开关开路状态，不产生感生电流，能量收集线圈此时不输出电 能，能量收集线圈的存在也不会影响电机的正常步进运行；
③当A1永磁电磁铁凸极组件的励磁线圈(4)之励磁电流再变没有时，U形铁芯(3)的底部段产生的励磁电磁磁力线(8)随之消失，永久磁铁(7)的磁力线(9)重新走U形铁 芯(3)的底部段磁路(11)闭合，此过程中，能量收集线圈(5、6)因其铁芯中磁力线方向 和大小发生了变化而产生感应电流，能量收集线圈(5、6)两端处于闭合整流输出状态，各 路能量收集线圈(5、6)接驳开关整流单元，经整流、滤波或变换处理，输出电能，达到收 集能量之功能。
五相智能控制驱动器分别接驳A1、B1、C1、D1和E1永磁电磁铁凸极组件的励磁线圈， 按设定频率、节拍和脉宽，依次分时分相顺序工作，也就是分别给每相励磁线圈分配脉冲电 平/励磁电流，转子步进旋转，同时各相能量收集线圈脉动输出电能，充电到备电组件里。
实施例2
如图6所示，它为一种径向气隙磁场耦合的筒式单段反应式四相带能量收集线圈的永磁 电磁铁凸极对型磁阻电机的定转子结构，与实施例1不同之处在于，U形铁芯(23)由两块 导磁铁芯模块凸极臂和一块磁路介质模块(33)组合而成组合体铁芯组件(23)，励磁线圈 (24)由两侧两个线圈串联构成，有一个能量收集线圈(25)设置在永磁铁(27)磁路上，转子(35)为设置有三副凸极的一体化齿轮形凸极衔铁(36)，适配的是四相智能控制驱动器、四相八路能量收集线圈开关整流单元。其中，导磁铁芯模块可选择使用无向/定向硅钢片、 软铁磁钢、铁氧体磁钢、稀土磁钢或非晶合金材质等导磁材料构建而成，磁路介质模块可选 择使用无磁金属/合金(如铝、铜、钛合金、铜合金、无磁钢、不锈钢等)、陶瓷、塑料等无机/有机介质膜/片或者气隙构建而成。该实施例的工作原理与实施例1基本相同。
实施例3
如图7所示，它为一种径向气隙磁场耦合的筒式单段反应式六相带能量收集线圈的永磁 电磁铁凸极对型磁阻电机的定转子结构，与实施例1不同之处在于，U形铁芯(43)的铁芯底 部段分别设置有一相励磁线圈(44)和一路能量收集线圈(45)，有另外两个能量收集线圈 (46)设置在U形铁芯(43)的铁芯极臂上并且同名端并联或异名端串联成另一路，转子(55) 为设置有五副十齿的衔铁凸极的一体化齿轮形凸极衔铁(56)，适配的是六相智能控制驱动 器、六相十二路能量收集线圈开关整流单元。其工作原理与实施例1基本相同。
实施例4
如图8所示，它为一种径向气隙磁场耦合的筒式单段反应式三相带能量收集线圈的永磁 电磁铁凸极对型步进电机的定转子结构，与实施例1不同之处在于，每个U形铁芯(63)的 凸极臂磁靴上设置三个磁齿，励磁线圈(64)由两侧的两个线圈串联构成，轴对称的A4和A4’、B4和B4’、C4和C4’，每两副永磁电磁铁凸极组件中的励磁线圈作为一相，系统中共分三 相励磁绕组A4-A4’、B4-B4’和C4-C4’；轴对称的每相的两副永磁电磁铁凸极组件中的四 个能量收集线圈(66)同名端并联或异名端串联成一路，这样，系统中共分三路能量收集线 圈；转子(75)为设置有五十个磁齿凸极(77)的一体化齿轮形凸极衔铁(76)，适配的是三相智能控制驱动器、三相三路能量收集线圈开关整流单元。其工作原理与实施例1基本相同，步距可以设计得更小，旋转步进机理类似于传统单段反应式步进电机。
实施例5
如图9所示，它为一种单段五相定转子双电磁永磁凸极对型混合步进电机的定转子结构 示意图，该实施例与实施例1的不同之处主要有三个方面：一是，适配电刷组件以便电气连 接，或者另外适配转子嵌入式智能控制驱动器和开关整流器等，用于转子励磁线圈控制驱动 等；二是，在定子永磁铁(107)磁路上设置一路能量收集线圈(100)，配置五相十五路能 量收集线圈开关整流单元；三是，本实施例的衔铁凸极组件采用带能量收集线圈的U形永磁 电磁铁凸极衔铁，也就是定子(101)和转子(115)上均设置同样结构的带能量收集线圈的 U形永磁电磁铁凸极对，构成带能量收集线圈双永磁电磁铁凸极对结构，即定子上设置A5、 B5、C5、D5和E5带能量收集线圈(105、106、100)的U形永磁电磁铁凸极组件五副，转子 上设置带能量收集线圈(119)的U形永磁电磁铁凸极衔铁四副，其中衔铁凸极组件由U形铁 芯(116)、励磁线圈(118)和U形铁芯(116)两极臂之间设置的N/S永久磁铁(114)构 成，U形铁芯(116)的底部段安装励磁线圈(118)，励磁线圈(118)施加励电流时的N/S 磁极性与永久磁铁(114)的N/S磁极性同端同极性设置，U形铁芯的底部段适配安装了一个 能量收集线圈(119)，U形永磁电磁铁凸极组件的两极臂端部磁靴(117)构成一副U形永 磁电磁铁凸极衔铁，A5励磁线圈(104、118)同时上电产生励磁电流时，相邻对应凸极磁靴 的磁极性相异相吸产生磁扭矩。
工作原理：
①当定转子上的励磁线圈(104、118)没有励磁电流时，对应的U形铁芯(103、116)的底部段没有电磁磁力线产生，因磁力线最小磁阻路径闭合，对应的永久磁铁(107、114)的磁力线通过各自的U形铁芯的底部段磁路闭合，U形永磁电磁铁凸极磁靴(112、117)对 外均不产生磁性即没有磁力线经各自凸极磁靴进出；
②当定子上的A1永磁电磁铁凸极组件的励磁线圈(104)及其相对应最邻近的转子上的 衔铁励磁线圈(118)同时上电并产生励磁电流时，U形铁芯(103、116)的底部段均产生电 磁磁力线，因电磁磁极性与永久磁铁的磁极性同端同向，根据磁力线饱和机理、同磁极性磁 力线相排斥及异磁极性磁力线相吸原理，使得电磁磁力线(108、120)和永磁磁力线(109、 110)，均通过各自的铁芯极臂凸极磁靴(112、117)构建的磁路形成闭合，定子永磁电磁铁 凸极(112)和转子衔铁凸极(117)相互之间产生永磁电磁吸引力，致使分设在定转子上原 本错位的永磁电磁铁凸极对(112、117)之间产生扭矩，转子步进旋转，A5永磁电磁铁凸极 对(112、117)对齐，与此同时，永磁电磁铁凸极组件中的能量收集线圈(105、106、100)两端处于开关开路状态，不产生感生电流，能量收集线圈此时不输出电能，能量收集线圈的存在也不会影响电机的正常步进运行；
③当定子上的A1永磁电磁铁凸极组件的励磁线圈(104)及其相对齐的转子上的衔铁励 磁线圈(118)之励磁电流时变没有时，U形铁芯(103、106)的底部段产生的励磁电磁磁力 线随之消失，永久磁铁(107、114)产生的磁力线重新走各自U形铁芯底部段磁路闭合，此过程中，能量收集线圈(105、106、100)两端处于闭合整流输出状态，因能量收集线圈(105、106、100)之铁芯中磁力线方向和大小发生变化而产生感应电流，各路能量收集线圈(105、105、100)接驳各路开关整流单元，经整流、滤波或变换处理，输出电能，达到收集能量之 功能。转子上的能量收集线圈所产生的电能可供本身转子嵌入式智能控制驱动器所需。
实施例6
如图10所示，它为一种径向气隙磁场耦合的筒式单段反应式八相带能量收集线圈的永磁 电磁铁凸极对型电机的定转子结构，定子上设置有A6、B6、C6、D6、E6、F6、G6和H6八副 “带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对”，转子上设置有七副“U形永磁电磁铁凸极衔铁”。 工作原理类似于实施例5。
实施例7
如图11所示，它为一种径向气隙磁场耦合的筒式单段反应式六相带能量收集线圈的永磁 电磁铁凸极对型电机的定转子结构，定子上设置有A-A’、B-B’、C-C’、D-D’、E-E’、F-F’ 六相十二副“带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对”，转子上设置有十副“U形永磁电磁铁凸 极衔铁”。工作原理类似于实施例5。
特别指出的还有以下三点：
其一，有关传统单段反应式磁阻电机之磁极布局结构、传统多段反应式磁阻电机之磁极 布局结构或传统永磁/混合型电机之磁极布局结构及其工作原理，可参阅电机领域的相关技术 丛书，书中均有详细介绍，特别是：①《图解步进电机和伺服电机的应用于维修》/杜增辉孙 克军著2016年7月第一版化学工业出版社出版；②《步进电机应用技术》/[日]坂本正文 著王自强译2010年5月第一版科学出版社出版。
其二，上述七个实施例仅仅给出了本发明中的具有示范代表性结构的具体实施技术方案， 利用权利要求书中所述技术特征实施，可排列组合出很多种不同的实施例和产品技术方案。 因此只要未背离本发明技术方案的实质而作出的改变、修饰、替代、融合、各种技术特征的 搭配组合及简化的技术方案，都应受到本发明的权利约束和保护。
其三，说明：①本说明书和本案的权利要求书中多处使用了标点符号“/”，它代表“或 者”或“并列”的意思，即“A/B”表示有A或者有B两种情况，“A或/和B”表示既有A或 者有B、也有A和B三种情况；②本文中“至少一个”、“至少一种”、“至少一对”、“至 少一副”等表述用语，指的是既可以由一个、一种、一对、一副等相关特征构成，也可以由 两个及两个以上、两种及两种以上、两对及两对以上、两副及两副以上相关特征构成。

Claims (7)

1.一种带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对，其特征在于，它由永磁电磁铁凸极组件和衔铁凸极组件两部分构成，永磁电磁铁凸极组件由U形永磁电磁铁凸极对和能量收集线圈构成，U形永磁电磁铁凸极对由U形铁芯、励磁线圈和U形铁芯两极臂之间设置的N/S永久磁铁构成，U形铁芯的底部段安装励磁线圈，励磁线圈施励磁时的N/S磁极性与永久磁铁的N/S磁极性同端同极性设置，U形铁芯的底部段、两侧极臂段和永久磁铁磁路段之部段磁路中，至少其中一段磁路上适配安装能量收集线圈，U形永磁电磁铁凸极的两极臂端部磁靴构成一副永磁电磁铁凸极对，衔铁凸极组件有五种不同的结构分别为C形凸极衔铁、齿轮形凸极衔铁、永磁/混合型凸极衔铁、U形永磁电磁铁凸极衔铁和带能量收集线圈的U形永磁电磁铁凸极衔铁，永磁电磁铁凸极组件和衔铁凸极组件分别均布设置到电机转子和定子上，构建成带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对型电机。
2.根据权利要求1所述的带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对，其特征在于，N/S永久磁铁为单体或组合体永磁铁组件，U形铁芯由单一的铁芯/软铁/硅钢材质构建而成或者由选用适配的导磁铁芯模块和磁路介质模块组合构成组合体铁芯组件。
3.一种带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对电机，其特征在于，属于单段式带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对型电机，电机定子由无磁性材质本体和其上布设的至少两副带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极组件构成，电机转子由轴系和其上适配布设的衔铁凸极组件构成，依照传统单段式磁阻电机或永磁电机之磁极布局结构中相应的凸极更换成带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极组件，永磁电磁铁凸极组件和衔铁凸极组件分别依各自设定的凸极对数和角间距布设在定子圆周和转子圆周上，永磁电磁铁凸极组件的数量和衔铁凸极组件的数量不能相同，以形成依次励磁线圈上电励磁时呈现转子旋转步进的凸极对布局结构，永磁电磁铁凸极对和衔铁凸极对的气隙磁场耦合之磁力线相对于电机轴中心线有三种布设方式，分别构建成轴向气隙磁场耦合的单段盘式电机、径向气隙磁场耦合的单段筒式电机和斜向气隙磁场耦合的单段锥筒式电机。
4.一种带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对电机，其特征在于，属于多段串联分相式带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对型电机，每段电机定子上布设至少两副带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极组件，对应段的电机转子上布设适配同样数量的衔铁凸极组件，依照传统多段分相式磁阻电机之磁极布局结构中相应的凸极更换成带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极组件，永磁电磁铁铁凸极组件和衔铁凸极组件分别依各段相同的凸极对数、步进角间距均布在定子圆周和转子圆周相应的段位置，邻段之间圆周错位设定的相位角布设，呈现分段依次励磁线圈通电时转子旋转步进之凸极对布局结构，永磁电磁铁凸极组件和衔铁凸极组件的气隙耦合磁场之磁力线相对于电机轴中心线有三种布设方式，分别构建成轴向气隙磁场耦合的多段串联盘式电机、径向气隙磁场耦合的多段串联筒式电机和斜向气隙磁场耦合的多段串联锥筒式电机。
5.根据权利要求3或4所述的带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对电机，其特征在于，属于其定子和转子上分别布设永磁电磁铁凸极组件和衔铁凸极组件，永磁电磁铁凸极组件的永磁电磁凸极对上及其适配的衔铁凸极组件的凸极对上均适配设置定子磁齿和转子磁齿，构建成为带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对型步进电机，比照步进电机之工作结构设定相数、相距角、步距角、凸极磁极对数。
6.根据权利要求3或4所述的带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对电机，其特征在于，电机中选择适配设置有端盖、轴承、底座、电刷组件、无刷供电/通讯组件、角度传感器、位置传感器、温度传感器、转速传感器、电压传感器、电流传感器、风冷/水冷散热组件和/或接线端子盒，并配置智能控制驱动器，智能控制驱动器主要由电机状态获取及其励磁控制驱动单元、能量收集线圈开关整流单元以及备电组件构成。
7.根据权利要求3或4所述的带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对电机，其特征在于，定转子结构分别有外定子内转子筒式结构、内定子外转子筒式结构、左定子右转子盘式结构、右定子左转子盘式结构、外定子内转子锥式结构、内定子外转子锥筒式结构，或者为提高单一装置的功率进而由筒式结构、盘式结构和锥筒式结构之中的至少两种结构适配组合成组合式定转子结构、多层定转子复合嵌套筒式结构，或制成多定转子单元同轴串级结构。
CN201711334589.9A 2017-12-14 2017-12-14 带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对及其电机 Pending CN109962535A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711334589.9A CN109962535A (zh) 2017-12-14 2017-12-14 带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对及其电机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711334589.9A CN109962535A (zh) 2017-12-14 2017-12-14 带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对及其电机

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109962535A true CN109962535A (zh) 2019-07-02

Family

ID=67017507

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711334589.9A Pending CN109962535A (zh) 2017-12-14 2017-12-14 带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对及其电机

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109962535A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114938087A (zh) * 2022-06-06 2022-08-23 河北工业大学 一种高频变压器一体化双模块磁通切换电机

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114938087A (zh) * 2022-06-06 2022-08-23 河北工业大学 一种高频变压器一体化双模块磁通切换电机
CN114938087B (zh) * 2022-06-06 2024-04-23 河北工业大学 一种高频变压器一体化双模块磁通切换电机

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103199661B (zh) 一种磁通切换型内置式永磁记忆电机
CN105164903A (zh) 同步电机
CN106911237A (zh) 一种少稀土类多励磁源双定子磁通切换记忆电机
CN110048569A (zh) 机器人用双层halbach阵列的定子无铁心伺服电机
CN104467333A (zh) 转子励磁多相磁阻电机及其控制方法
CN203278585U (zh) Halbach并列转子混合励磁同步电机
CN107591979A (zh) 转子轴向磁化永磁开关磁阻电机
CN208257638U (zh) 倍极式永磁型两相开关磁阻电机
CN104506005B (zh) 一种电动汽车轮毂式永磁电机
CN104335465A (zh) 磁性转移励磁的电力电动机-发电机
CN105703663A (zh) 交流全磁动力机
CN109962535A (zh) 带能量收集线圈的永磁电磁铁凸极对及其电机
CN109494890B (zh) 一种基于磁耦合谐振的无芯电机及其控制方法
CN207410198U (zh) 转子轴向磁化永磁开关磁阻电机
CN110417223A (zh) 一种永磁电机调磁机构及其调磁方法
KR20030039945A (ko) 유도전류를 이용한 회전기의 자기회로
CN113346638A (zh) 一种三相并行磁路电机
CN207884468U (zh) 一种永磁直驱电机
CN207292416U (zh) 一种便携式无人机的机翼连接装置
RU2366063C1 (ru) Магнитоэлектрическая машина
CN100449914C (zh) 一体化无刷直流测速发电机及其制作方法
CN104901508B (zh) 一种采用中间磁极结构的直线旋转永磁作动器及控制方法
CN110120732A (zh) 一种感应串联式无刷励磁电机
CN108448754A (zh) 双结构开关磁阻直流电机
CN218473009U (zh) 一种具有励磁绕组机构的同步无磁电动机

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190702

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication