CN110212723A - 双向变磁电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双向变磁电机，其包括由外向内依次同轴套装的外定子、双向变磁转子、内定子；所述双向变磁转子包括由硅钢片叠装而成的导磁体、若干的永磁体，所述永磁体圆周阵列地设置在导磁体上，相邻所述永磁体的充磁方向相反，所述永磁体作为双向变磁转子的恒磁源，所述永磁体将导磁体分隔成内层导磁体以及外层导磁体，所述内层导磁体作为转子的内磁极，所述外层导磁体作为转子的外磁极，所述外定子采用现有内转子电机的定子结构，所述内定子采用现有外转子电机的定子结构，所述外定子与外层导磁体之间有间距以形成外气隙，所述内定子与内层导磁体之间有间距以形成内气隙。该双向变磁电机具有提高永磁电机的效率以及功率密度的优点。

Description

双向变磁电机
技术领域
本发明涉及电动机与发电机技术领域，特别是涉及一种双向变磁电机。
背景技术
电力是一种优良的能源，新技术的不断出现，使得电力已经成为人们的必需品。由于电动机比内燃机动力更加强劲、环保，也在人们的生产、生活中得到了广泛的应用。然而，当今世界上所有的电机都是由一个定子和一个转子组成，这种电机只有一个气隙磁场。在电机运行时，电机的定子与转子中总有一个的磁场是固定不变的，只能通过另一个的磁场变化来改变电机的气隙磁场以使电机工作。这就大幅度地限制了电机的效率以及功率密度。
发明内容
基于此，本发明的目的在于，提供一种具有两个气隙磁场的双向变磁电机，该双向变磁电机由外定子、转子、内定子构成，其转子部分采用一种具有内、外双面磁极以及双面变磁功能的双向变磁转子，内、外定子部分采用传统电机的定子结构，其转子外层磁极与外定子之间形成外气隙磁场，其转子内层磁极与内定子之间形成内气隙磁场。当外气隙磁场变化时，内气隙磁场也会跟随外气隙磁场的变化而变化；当内气隙磁场变化时，外气隙磁场也会跟随内气隙磁场的变化而变化。通过两个气隙磁场来提高电机的功率密度，由两个气隙磁场的相互作用来提高电机的效率。
一种双向变磁电机包括由外向内依次同轴套装的外定子、双向变磁转子、内定子；其中，所述双向变磁转子包括由硅钢片叠装而成的导磁体、若干的永磁体，所述永磁体圆周阵列地设置在导磁体上，相邻所述永磁体的充磁方向相反，所述永磁体将导磁体分隔成内层导磁体以及外层导磁体，所述内层导磁体作为转子的内磁极，所述外层导磁体作为转子的外磁极，所述外定子采用现有内转子电机的定子结构，所述内定子采用现有外转子电机的定子结构，所述外定子与外层导磁体之间有间距以形成外气隙，所述内定子与内层导磁体之间有间距以形成内气隙。
进一步地，所述外定子的内侧面与转子的外侧面之间的距离为0.2至1毫米，所述转子的内侧面与内定子的外侧面之间的距离为0.2至1毫米。
进一步地，还包括第一端盖、第二端盖、第三端盖、第四端盖、固定轴；所述第一端盖与第二端盖分别设置在外定子的两端，所述第一端盖的中部设有与外定子同轴的用于安装轴承的轴承孔；所述第三端盖与第四端盖分别设置在双向变磁转子的两端，所述第三端盖上设有与导磁体同轴的转轴及用于安装轴承的安装槽，所述转轴通过轴承孔以从外定子内伸出，所述第四端盖上设有与导磁体同轴的用于安装轴承的安装孔；所述固定轴与内定子同轴固定连接，所述固定轴的一端固定在第二端盖上，所述固定轴的另一端穿过安装孔后安装在安装槽内。
进一步地，所述永磁体的两端均设有由非导磁材料制成的隔离加强件；并且，所述内层导磁体的厚度为5至10毫米，所述永磁体的厚度为4至6毫米，所述外层导磁体的厚度与内层导磁体的厚度相同，所述相邻永磁体之间的两个隔离加强件之间的间距为1至3毫米。
进一步地，所述隔离加强件靠近永磁体的侧面上设有供永磁体嵌入的凹陷。
进一步地，所述隔离加强件靠近导磁体内壁的侧面到导磁体内壁的距离为0.5至1毫米，所述隔离加强件靠近导磁体外壁的侧面到导磁体外壁的距离为0.5至1毫米。
进一步地，所述隔离加强件在所述永磁体阵列方向上的厚度为5至10毫米。
进一步地，所述永磁体与导磁体之间通过凸凹结构进行连接。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1为本发明所述的双向变磁电机的组装示意图；
图2为本发明所述的双向变磁电机的结构示意图；
图3为本发明所述的双向变磁转子的结构示意图；
图4为本发明所述的双向变磁电机在定子绕组不通电流时的磁场分布示意图；
图5为本发明所述的双向变磁电机在定子绕组通电流时的磁场分布示意图；
附图说明：
100、外定子；110、外气隙；200、双向变磁转子；210、导磁体；211、内层导磁体；212、外层导磁体；213、凸条；220、永磁体；221、凹槽；230、隔离加强件；231、凹陷；300、内定子；310、内气隙；400、第一端盖；410、轴承孔；500、第二端盖；600、第三端盖；610、转轴；620、安装槽；700、第四端盖；710、安装孔；800、固定轴；900、轴承。
具体实施方式
一种双向变磁电机，参见图1与图2，其包括由外向内依次同轴套装的外定子100、双向变磁转子200、内定子300，其还包括第一端盖400、第二端盖500、第三端盖600、第四端盖700、固定轴800。其中，第一端盖400通过法兰、螺栓安装在外定子100的左端面，并且在第一端盖400的中部设有轴承900孔410，该轴承900孔410用于安装轴承900，该轴承900孔410的轴线与外转子的轴线位于同一直线上。第二端盖500通过法兰、螺栓安装在外定子100的右端面。第三端盖600通过法兰、螺栓安装在双向变磁转子200的左端面。在第三端盖600的左端面的中部设有转轴610，该转轴610的轴线与双向变磁转子200的轴线位于同一直线上，该转轴610从外定子100的内腔穿过轴承900孔410后伸出外定子100的外侧。在第三端盖600的右端面的中部设有圆柱状的安装槽620，该安装槽620用于安装轴承900，该安装槽620的轴线与双向变磁转子200的轴线位于同一直线上。第四端盖700通过法兰、螺栓安装在双向变磁转子200的右端面，并且在第四端盖700的中部设有安装孔710，该安装孔710用于安装轴承900，该安装孔710的轴线与转子的轴线位于同一直线上。固定轴800与内定子300同轴固定连接，固定轴800的一端固定在第二端盖500的左端面的中部，固定轴800的另一端通过安装孔710后安装在安装槽620内，固定轴800的轴线与转子的轴线位于同一直线上。
参见图1与图2，外定子100的极掌与内定子300的极掌相对设置，且通电时相对设置的两极掌的磁极相反。双向变磁转子200包括导磁体210、若干的永磁体220。导磁体210由硅钢片叠加制成，其为圆筒状的立体结构，该导磁体210的中心空腔用于放置内定子300，该导磁体210的外侧用于放置外定子100。永磁体220为弧形结构，永磁体220镶嵌在导磁体210上，永磁体220等间距地圆周阵列在导磁体210上。并且，各永磁体220与导磁体210的轴线相平行，且相邻的永磁体220磁极的充磁方向相反。
具体地，外定子100与转子之间有一定间隙以形成外气隙110，该外气隙110为0.2至1毫米。内定子300与转子之间也有一定间隙以形成内气隙310，该内气隙310为0.2至1毫米。在本事实例中，该外气隙110为0.5毫米，内气隙310为0.5毫米。另外，为了使外定子100、内定子300通过一个控制器进行控制，外定子100的定子绕组与内定子300的定子绕组的方向相反。
参见图2与图3，永磁体220在导磁体210内的分布构成与导磁体210同轴的圆形，并且该圆形将导磁体210分隔成内外两部分，分别为内层导磁体211与外层导磁体212，外层导磁体212的厚度与内层导磁体211的厚度相同；具体地，将内层导磁体211的厚度设为a，将永磁体220的厚度设为b，将外层导磁体212的厚度设为c，而a的取值范围为5至10毫米，b的取值范围为4至6毫米，c的取值范围为5至10毫米，在本实施例中，a为6毫米，b为4毫米，c为6毫米。另外，在永磁体220的两端均设有由非导磁材料制成的隔离加强件230。该隔离加强件230由非导磁材料制成，其靠近永磁体220的侧面上设有凹陷231，该凹陷231供永磁体220的端部嵌入；具体地，将相邻的两个永磁体220之间的两个隔离加强件230之间的间距设为d，将隔离加强件230靠近导磁体210内壁的侧面到导磁体210内壁的垂直距离设为e，将隔离加强件230靠近导磁体210外壁的侧面到导磁体210外壁的垂直距离设为f，将隔离加强件230在永磁体220阵列方向上的厚度设为g，而d的取值范围为1至3毫，e的取值范围为0.5至1毫米，f的取值范围为0.5至1毫米，g的取值范围为5至10毫米，在本实施例中，d为2毫米，e为0.8毫米，f为0.8毫米，g为8毫米。
参见图2与图3，为了提高永磁体220与导磁体210之间的连接强度，永磁体220与导磁体210之间通过凸凹结构进行连接，在本实施例中，在永磁体220靠近内层导磁体211的面上设有凹槽221，在内层导磁体211靠近永磁体220的面上设有与凹槽221相配合的凸条213。
参见图4，当定子绕组不通电流时，相邻的永磁体220之间构成闭合的磁回路，永磁体220在内气隙310、外气隙110内建立了恒定不变的磁场。
参见图5，将永磁体220对应内定子300的异性极掌的内气隙310部分定义为i气隙，将永磁体220对应外定子100的异性极掌的外气隙110部分定义为I气隙，将永磁体220对应内定子300的同性极掌的内气隙310部分定义为j气隙，将永磁体220对应外定子100的同性极掌的外气隙110部分定义为J气隙。当定子绕组通电流时，永磁体220的i气隙的磁力线指向该永磁体220的I气隙，然后该永磁体220的I气隙的磁力线通过外定子100指向相邻的永磁体220的I气隙，接着相邻的该永磁体220的I气隙的磁力线指向其i气隙，最后相邻的该永磁体220的i气隙的磁力线通过内定子300指向原永磁体220的i气隙。通过该磁路，增强了i气隙、I气隙的磁场，减弱了j气隙、J气隙的磁场，从而提高电机的效率以及功率密度。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种双向变磁电机，其特征在于：包括由外向内依次同轴套装的外定子(100)、双向变磁转子(200)、内定子(300)；其中，所述双向变磁转子(200)包括由硅钢片叠装而成的导磁体(210)、若干的永磁体(220)，所述永磁体(220)圆周阵列地设置在导磁体(210)上，相邻所述永磁体(220)的充磁方向相反，所述永磁体(220)将导磁体(210)分隔成内层导磁体(211)以及外层导磁体(212)，所述内层导磁体(211)作为转子的内磁极，所述外层导磁体(212)作为转子的外磁极，所述外定子(100)采用现有内转子电机的定子结构，所述内定子(300)采用现有外转子电机的定子结构，所述外定子(100)与外层导磁体(212)之间有间距以形成外气隙(110)，所述内定子(300)与内层导磁体(211)之间有间距以形成内气隙(310)。
2.根据权利要求1所述的双向变磁电机，其特征在于：所述外定子(100)的内侧面与转子的外侧面之间的距离为0.2至1毫米，所述转子的内侧面与内定子(300)的外侧面之间的距离为0.2至1毫米。
3.根据权利要求1所述的双向变磁电机，其特征在于：还包括第一端盖(400)、第二端盖(500)、第三端盖(600)、第四端盖(700)、固定轴(800)；所述第一端盖(400)与第二端盖(500)分别设置在外定子(100)的两端，所述第一端盖(400)的中部设有与外定子(100)同轴的用于安装轴承(900)的轴承(900)孔(410)；所述第三端盖(600)与第四端盖(700)分别设置在双向变磁转子(200)的两端，所述第三端盖(600)上设有与导磁体(210)同轴的转轴(610)及用于安装轴承(900)的安装槽(620)，所述转轴(610)通过轴承(900)孔(410)以从外定子(100)内伸出，所述第四端盖(700)上设有与导磁体(210)同轴的用于安装轴承(900)的安装孔(710)；所述固定轴(800)与内定子(300)同轴固定连接，所述固定轴(800)的一端固定在第二端盖(500)上，所述固定轴(800)的另一端穿过安装孔(710)后安装在安装槽(620)内。
4.根据权利要求1所述的双向变磁电机，其特征在于：所述永磁体(220)的两端均设有由非导磁材料制成的隔离加强件(230)；并且，所述内层导磁体(211)的厚度为5至10毫米，所述永磁体(220)的厚度为4至6毫米，所述外层导磁体(212)的厚度与内层导磁体(211)的厚度相同，所述相邻永磁体(220)之间的两个隔离加强件(230)之间的间距为1至3毫米。
5.根据权利要求4所述的双向变磁电机，其特征在于：所述隔离加强件(230)靠近永磁体(220)的侧面上设有供永磁体(220)嵌入的凹陷(231)。
6.根据权利要求4所述的双向变磁电机，其特征在于：所述隔离加强件(230)靠近导磁体(210)内壁的侧面到导磁体(210)内壁的距离为0.5至1毫米，所述隔离加强件(230)靠近导磁体(210)外壁的侧面到导磁体(210)外壁的距离为0.5至1毫米。
7.根据权利要求4所述的双向变磁电机，其特征在于：所述隔离加强件(230)在所述永磁体(220)阵列方向上的厚度为5至10毫米。
8.根据权利要求4所述的双向变磁电机，其特征在于：所述永磁体(220)与导磁体(210)之间通过凸凹结构进行连接。
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