CN112968540B - 一种基于双层磁体提高转矩特性的永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于双层磁体提高转矩特性的永磁电机，包括机座、转子和定子，所述定子包括第一磁体和电刷装置，所述转子包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器和第二磁体，所述电枢绕组绕嵌在所述电枢铁芯表面，所述电枢绕组的两端分别与所述换向器相连，所述第一磁体设置于所述电枢绕组外侧并与所述机座固定相连，所述电刷装置设置于换向器两端用于连接静止电路与线圈电路，所述第二磁体设置于所述第一磁体外侧并与所述电枢铁芯连接。本发明通过第二磁体对电枢绕组产生的始终垂直于电枢绕组径向方向的作用力来提高电机的转矩特性。

Description

一种基于双层磁体提高转矩特性的永磁电机

技术领域

本发明涉及电力驱动技术领域，尤其涉及一种基于双层磁体提高转矩特性的永磁电机。

背景技术

永磁电动机是由一块或多块永磁体建立磁场的电动机，其性能与恒定励磁电流的他励直流电动机相似，可以由改变电枢电压来方便地调速，与他励式直流电动机相比，具有体积小、效率高、结构简单、用铜量少等优点，是小功率直流电动机的主要类型。

现在已经开发出了很多永磁电机，经过我们大量的检索与参考，发现现有的永磁电机有如公开号为KR101791544B1，KR101528026B1和KR101511908B1所公开的电机，包括定子组件和转子组件，定子组件包括定子芯，该定子芯构造成用于生成磁场且沿纵向轴线延伸，其中内表面限定腔，转子组件包括转子芯和转子轴，转子芯配置在定子腔的内侧且构造为围绕纵向轴线旋转，转子组件还包括用于生成磁场的多个永磁体，该磁场与定子磁场相互作用以产生转矩。但该电机在转动过程中的转矩会随角度的变化而减小，转矩特性有待提高。

发明内容

本发明的目的在于，针对所存在的不足，提出了一种基于双层磁体提高转矩特性的永磁电机，

为了克服现有技术的不足，本发明采用如下技术方案：

一种基于双层磁体提高转矩特性的永磁电机，包括机座、转子和定子，所述定子包括第一磁体和电刷装置，所述转子包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器和第二磁体，所述电枢绕组绕嵌在所述电枢铁芯表面，所述电枢绕组的两端分别与所述换向器相连，所述第一磁体设置于所述电枢绕组外侧并与所述机座固定相连，所述电刷装置设置于换向器两端用于连接静止电路与线圈电路，所述第二磁体设置于所述第一磁体外侧并与所述电枢铁芯连接；

进一步的，所述第一磁体为永磁铁，所述第二磁体为电磁铁，所述第二磁体通过连接架与所述电枢铁芯连接并能与所述电枢铁芯同步转动；

进一步的，所述换向器包括多个换向瓣，所述换向瓣上设有片间云母和换向片，所述换向片均匀的插在所述换向瓣上，所述换向片上设有接触槽，所述接触槽用于与所述电刷装置接触，所述片间云母设置于所述换向片之间起到绝缘作用；

进一步的，所述第一磁体包括3对磁极，磁极中的N极和S极交错均匀分布，相邻的N极和S极与所述电枢铁芯轴线的连线构成60度角，所述第二磁体包括3对铁芯，所述铁芯上绕有线圈且相邻铁芯上线圈的缠绕方向相反，相邻铁芯的轴心与所述电枢铁芯轴线的连线呈60度角；

进一步的，所述第一磁体的相邻磁极之间还设有换向极，所述换向极上设有换向绕组，所述换向绕组两端设有触点，所述电枢绕组上分出两段第一触线，当所述电枢绕组与电枢铁芯旋转至对应位置时，所述触线与所述触点接触；

进一步的，所述第二磁体铁芯上的线圈的两端分别与所述电枢绕组的两端相连，当所述第二磁体的铁芯从所述第一磁体中的N极上方转动至S极上方时，通过所述换向器使铁芯上线圈的电流方向改变，从而使铁芯形成的电极也发生相应的变化；

进一步的，所述电枢绕组线圈所在平面与所述第一磁体的一对磁极的夹角为θ，所述电枢绕组线圈的封闭面积为S，匝数为n，所述线圈中流过的电流为I_d，则形成的电磁转矩T为：

T＝nI_d(B₁+B_d)Scosθ+nI_dB₂S；

其中，其中，B₁、B₁分别为第一磁体与第二磁体产生的磁通密度，B_d为电枢绕组产生的磁通密度，θ的取值范围为0°～60°，所述第二磁体产生的转矩nI_dB₂S与θ角无关，从而提高了电机的转矩特性；

进一步的，所述定子与转子之间留有间隙，所述间隙的长度为所述电枢铁芯内径的

本发明所取得的有益效果是：

本发明中通过第一磁体对电枢绕组产生基础的转矩，而通过设置与电枢铁芯同步转动的第二磁体对电枢绕组产生第二转矩，第二转矩中力的方向始终与电枢绕组的平面垂直，使得第二转矩不会因转子的转动而减小，从而提高了电机的转矩特性。

附图说明

从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。

图1为整体结构框架示意图。

图2为第一磁体与电枢绕组产生的磁通密度示意图。

图3为电枢绕组展开连接示意图。

图4为第一磁体与第二磁体对电枢绕组作用力方向示意图。

图5为转矩特性效果示意图。

具体实施方式

为了使得本发明的目的.技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，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用于解释本发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统.方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统.方法.特征和优点都包括在本说明书内.包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例一。

一种基于双层磁体提高转矩特性的永磁电机，包括机座、转子和定子，所述定子包括第一磁体和电刷装置，所述转子包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器和第二磁体，所述电枢绕组绕嵌在所述电枢铁芯表面，所述电枢绕组的两端分别与所述换向器相连，所述第一磁体设置于所述电枢绕组外侧并与所述机座固定相连，所述电刷装置设置于换向器两端用于连接静止电路与线圈电路，所述第二磁体设置于所述第一磁体外侧并与所述电枢铁芯连接；

所述第一磁体为永磁铁，所述第二磁体为电磁铁，所述第二磁体通过连接架与所述电枢铁芯连接并能与所述电枢铁芯同步转动；

所述换向器包括多个换向瓣，所述换向瓣上设有片间云母和换向片，所述换向片均匀的插在所述换向瓣上，所述换向片上设有接触槽，所述接触槽用于与所述电刷装置接触，所述片间云母设置于所述换向片之间起到绝缘作用；

所述第一磁体包括3对磁极，磁极中的N极和S极交错均匀分布，相邻的N极和S极与所述电枢铁芯轴线的连线构成60度角，所述第二磁体包括3对铁芯，所述铁芯上绕有线圈且相邻铁芯上线圈的缠绕方向相反，相邻铁芯的轴心与所述电枢铁芯轴线的连线呈60度角；

所述第一磁体的相邻磁极之间还设有换向极，所述换向极上设有换向绕组，所述换向绕组两端设有触点，所述电枢绕组上分出两段第一触线，当所述电枢绕组与电枢铁芯旋转至对应位置时，所述触线与所述触点接触；

所述第二磁体铁芯上的线圈的两端分别与所述电枢绕组的两端相连，当所述第二磁体的铁芯从所述第一磁体中的N极上方转动至S极上方时，通过所述换向器使铁芯上线圈的电流方向改变，从而使铁芯形成的电极也发生相应的变化；

所述电枢绕组线圈所在平面与所述第一磁体的一对磁极的夹角为θ，所述电枢绕组线圈的封闭面积为S，匝数为n，所述线圈中流过的电流为I_d，则形成的电磁转矩T为：

T＝nI_d(B₁+B_d)Scosθ+nI_dB₂S；

其中，其中，B₁、B₁分别为第一磁体与第二磁体产生的磁通密度，B_d为电枢绕组产生的磁通密度，θ的取值范围为0°～60°，所述第二磁体产生的转矩nI_dB₂S与θ角无关，从而提高了电机的转矩特性；

所述定子与转子之间留有间隙，所述间隙的长度为所述电枢铁芯内径的

实施例二。

一种基于双层磁体提高转矩特性的永磁电机，包括机座、转子和定子，所述定子包括第一磁体和电刷装置，所述转子包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器和第二磁体，所述电枢绕组绕嵌在所述电枢铁芯表面，所述电枢绕组的两端分别与所述换向器相连，所述第一磁体设置于所述电枢绕组外侧并与所述机座固定相连，所述电刷装置设置于换向器两端用于连接静止电路与线圈电路，所述第二磁体设置于所述第一磁体外侧并与所述电枢铁芯连接；

所述第一磁体为永磁铁，所述第二磁体为电磁铁，所述第二磁体通过连接架与所述电枢铁芯连接并能与所述电枢铁芯同步转动；

所述换向器包括多个换向瓣，所述换向瓣上设有片间云母和换向片，所述换向片均匀的插在所述换向瓣上，所述换向片上设有接触槽，所述接触槽用于与所述电刷装置接触，所述片间云母设置于所述换向片之间起到绝缘作用；

所述第一磁体包括3对磁极，磁极中的N极和S极交错均匀分布，相邻的N极和S极与所述电枢铁芯轴线的连线构成60度角，所述第二磁体包括3对铁芯，所述铁芯上绕有线圈且相邻铁芯上线圈的缠绕方向相反，相邻铁芯的轴心与所述电枢铁芯轴线的连线呈60度角；

所述第一磁体的相邻磁极之间还设有换向极，所述换向极上设有换向绕组，所述换向绕组两端设有触点，所述电枢绕组上分出两段第一触线，当所述电枢绕组与电枢铁芯旋转至对应位置时，所述触线与所述触点接触；

所述第二磁体铁芯上的线圈的两端分别与所述电枢绕组的两端相连，当所述第二磁体的铁芯从所述第一磁体中的N极上方转动至S极上方时，通过所述换向器使铁芯上线圈的电流方向改变，从而使铁芯形成的电极也发生相应的变化；

所述电枢绕组线圈所在平面与所述第一磁体的一对磁极的夹角为θ，所述电枢绕组线圈的封闭面积为S，匝数为n，所述线圈中流过的电流为I_d，则形成的电磁转矩T为：

T＝nI_d(B₁+B_d)Scosθ+nI_dB₂S；

其中，其中，B₁、B₁分别为第一磁体与第二磁体产生的磁通密度，B_d为电枢绕组产生的磁通密度，θ的取值范围为0°～60°，所述第二磁体产生的转矩nI_dB₂S与θ角无关，从而提高了电机的转矩特性；

所述定子与转子之间留有间隙，所述间隙的长度为所述电枢铁芯内径的

基于此设计了一种基于双层磁体提高转矩特性的永磁电机，包括机座、转子和定子，所述定子包括第一磁体和电刷装置，所述转子包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器、转轴、轴承和第二磁体，所述电枢绕组绕嵌在所述电枢铁芯表面，所述电枢绕组的两端分别与所述换向器相连，所述转轴贯穿所述电枢铁芯的轴心，所述转轴两端设有轴承，所述第一磁体设置于所述电枢绕组外侧并与所述机座固定相连，所述电刷装置设置于换向器两端用于连接静止电路与线圈电路，所述第二磁体设置于所述第一磁体外侧并与所述转轴连接，所述第二磁体能与所述转轴同步转动提供与所述电枢绕组所在平面相垂直的电磁力，从而提高所述电机的转矩特性，所述第一磁体为永磁体，所述第二磁体为电磁体；

所述电枢铁芯由涂过绝缘漆的硅钢片叠压而成，所述电枢铁芯表面设有槽纹用于放置所述电枢绕组，所述电枢绕组由绝缘导线绕制成的线圈联接组成，每个线圈的两个有效边分别嵌放在所述电枢铁芯表面的槽纹内；

所述换向器包括多个换向瓣，所述换向瓣包括套筒、云母环、片间云母和换向片，所述云母环套在所述套筒外侧，所述套筒上设有梯形槽，所述所述换向片上设有对应的梯形插块，所述换向片均匀地插在所述梯形槽中，所述片间云母设置于所述换向片之间起到绝缘作用，所述换向片上设有接触槽，所述接触槽用于与所述电刷装置接触；

所述第一磁体包括3对磁极，磁极中的N极和S极交错均匀分布，相邻的N极和S极与所述电枢铁芯轴线的连线构成60度角，所述N极与S极之间还设有换向极，所述换向极上设有换向绕组，所述换向绕组两端设有触点，所述电枢绕组上分出两段第一触线，当所述电枢绕组与电枢铁芯旋转至对应位置时，所述触线与所述触点接触，所述换向绕组并联至线圈电路中并产生电流，所述电流在换向绕组中产生电磁性，并对所述电枢绕组产生斥力，进而完成换向，而当所述第一触线因所述电枢绕组的转动与所述触点脱离时，所述换向极上的换向绕组上不再有电流通过，故不会产生磁场干扰所述电枢绕组的转动。

实施例三。

一种基于双层磁体提高转矩特性的永磁电机，包括机座、转子和定子，所述定子包括第一磁体和电刷装置，所述转子包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器和第二磁体，所述电枢绕组绕嵌在所述电枢铁芯表面，所述电枢绕组的两端分别与所述换向器相连，所述第一磁体设置于所述电枢绕组外侧并与所述机座固定相连，所述电刷装置设置于换向器两端用于连接静止电路与线圈电路，所述第二磁体设置于所述第一磁体外侧并与所述电枢铁芯连接；

所述第一磁体为永磁铁，所述第二磁体为电磁铁，所述第二磁体通过连接架与所述电枢铁芯连接并能与所述电枢铁芯同步转动；

所述换向器包括多个换向瓣，所述换向瓣上设有片间云母和换向片，所述换向片均匀的插在所述换向瓣上，所述换向片上设有接触槽，所述接触槽用于与所述电刷装置接触，所述片间云母设置于所述换向片之间起到绝缘作用；

所述第一磁体包括3对磁极，磁极中的N极和S极交错均匀分布，相邻的N极和S极与所述电枢铁芯轴线的连线构成60度角，所述第二磁体包括3对铁芯，所述铁芯上绕有线圈且相邻铁芯上线圈的缠绕方向相反，相邻铁芯的轴心与所述电枢铁芯轴线的连线呈60度角；

所述第一磁体的相邻磁极之间还设有换向极，所述换向极上设有换向绕组，所述换向绕组两端设有触点，所述电枢绕组上分出两段第一触线，当所述电枢绕组与电枢铁芯旋转至对应位置时，所述触线与所述触点接触；

所述第二磁体铁芯上的线圈的两端分别与所述电枢绕组的两端相连，当所述第二磁体的铁芯从所述第一磁体中的N极上方转动至S极上方时，通过所述换向器使铁芯上线圈的电流方向改变，从而使铁芯形成的电极也发生相应的变化；

所述电枢绕组线圈所在平面与所述第一磁体的一对磁极的夹角为θ，所述电枢绕组线圈的封闭面积为S，匝数为n，所述线圈中流过的电流为I_d，则形成的电磁转矩T为：

T＝nI_d(B₁+B_d)Scosθ+nI_dB₂S；

其中，其中，B₁、B₁分别为第一磁体与第二磁体产生的磁通密度，B_d为电枢绕组产生的磁通密度，θ的取值范围为0°～60°，所述第二磁体产生的转矩nI_dB₂S与θ角无关，从而提高了电机的转矩特性；

所述定子与转子之间留有间隙，所述间隙的长度为所述电枢铁芯内径的

基于此设计了一种基于双层磁体提高转矩特性的永磁电机，包括机座、转子和定子，所述定子包括第一磁体和电刷装置，所述转子包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器、转轴、轴承和第二磁体，所述电枢绕组绕嵌在所述电枢铁芯表面，所述电枢绕组的两端分别与所述换向器相连，所述转轴贯穿所述电枢铁芯的轴心，所述转轴两端设有轴承，所述第一磁体设置于所述电枢绕组外侧并与所述机座固定相连，所述电刷装置设置于换向器两端用于连接静止电路与线圈电路，所述第二磁体设置于所述第一磁体外侧并与所述转轴连接，所述第二磁体能与所述转轴同步转动提供与所述电枢绕组所在平面相垂直的电磁力，从而提高所述电机的转矩特性，所述第一磁体为永磁体，所述第二磁体为电磁体；

所述电枢铁芯由涂过绝缘漆的硅钢片叠压而成，所述电枢铁芯表面设有槽纹用于放置所述电枢绕组，所述电枢绕组由绝缘导线绕制成的线圈联接组成，每个线圈的两个有效边分别嵌放在所述电枢铁芯表面的槽纹内；

所述换向器包括多个换向瓣，所述换向瓣包括套筒、云母环、片间云母和换向片，所述云母环套在所述套筒外侧，所述套筒上设有梯形槽，所述所述换向片上设有对应的梯形插块，所述换向片均匀地插在所述梯形槽中，所述片间云母设置于所述换向片之间起到绝缘作用，所述换向片上设有接触槽，所述接触槽用于与所述电刷装置接触；

所述第一磁体包括3对磁极，磁极中的N极和S极交错均匀分布，相邻的N极和S极与所述电枢铁芯轴线的连线构成60度角，所述N极与S极之间还设有换向极，所述换向极上设有换向绕组，所述换向绕组两端设有触点，所述电枢绕组上分出两段第一触线，当所述电枢绕组与电枢铁芯旋转至对应位置时，所述触线与所述触点接触，所述换向绕组并联至线圈电路中并产生电流，所述电流在换向绕组中产生电磁性，并对所述电枢绕组产生斥力，进而完成换向，而当所述第一触线因所述电枢绕组的转动与所述触点脱离时，所述换向极上的换向绕组上不再有电流通过，故不会产生磁场干扰所述电枢绕组的转动；

所述第二磁体包括3对铁芯，所述铁芯通过连接架与所述电枢铁芯固定相连，相邻铁芯的轴心与所述电枢铁芯的轴心连线呈60度角，所述铁芯上绕有线圈且相邻铁芯的绕线方式相反使得线圈通电时相邻的铁芯呈现不同的电极，所述电枢铁芯与所述换向器之间设有导电环，所述导电环上设有环槽，所述环槽的横截面为圆形与矩形，所述圆形截面位于所述导电环内部，所述矩形截面与所述导电环外部相通，且圆形截面的直径大于矩形截面的宽度，所述铁芯上的线圈一端通过导电杆插入所述环槽内，当所述电枢铁芯与第二磁体转动时，所述导电杆在所述环槽内进行相应的移动，所述导电环与所述电枢绕组的一端电性相连，所述铁芯上的线圈另一端与所述电枢绕组的另一端电性相连，当所述第二磁体的铁芯从所述第一磁体中的N极上方转动至S极上方时，通过所述换向器与导电环使铁芯上线圈的电流方向改变，从而使铁芯形成的电极也发生相应的变化，所述第二磁体始终对所述电枢绕组产生同一方向的安培力；

所述定子与转子之间留有一定大小的间隙，所述间隙内存在的磁场称为气隙磁场，当电枢绕组中通过电流时，会产生电枢磁通势，所述电枢磁通势与所述气隙磁场相互作用，产生电磁转矩，所述气隙磁场的磁密与间隙长度呈反比，所述第一磁体磁极下的间隙小且均匀，气隙磁密分布均匀，第一磁体磁极极靴尖上，所述磁密因气隙的增大而下降，在磁极极靴尖外，气隙迅速增大，气隙磁密相应地迅速下降，在相邻的两极空间分界线上，磁密降为0。

实施例四。

一种基于双层磁体提高转矩特性的永磁电机，包括机座、转子和定子，所述定子包括第一磁体和电刷装置，所述转子包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器和第二磁体，所述电枢绕组绕嵌在所述电枢铁芯表面，所述电枢绕组的两端分别与所述换向器相连，所述第一磁体设置于所述电枢绕组外侧并与所述机座固定相连，所述电刷装置设置于换向器两端用于连接静止电路与线圈电路，所述第二磁体设置于所述第一磁体外侧并与所述电枢铁芯连接；

所述第一磁体为永磁铁，所述第二磁体为电磁铁，所述第二磁体通过连接架与所述电枢铁芯连接并能与所述电枢铁芯同步转动；

所述换向器包括多个换向瓣，所述换向瓣上设有片间云母和换向片，所述换向片均匀的插在所述换向瓣上，所述换向片上设有接触槽，所述接触槽用于与所述电刷装置接触，所述片间云母设置于所述换向片之间起到绝缘作用；

所述第一磁体包括3对磁极，磁极中的N极和S极交错均匀分布，相邻的N极和S极与所述电枢铁芯轴线的连线构成60度角，所述第二磁体包括3对铁芯，所述铁芯上绕有线圈且相邻铁芯上线圈的缠绕方向相反，相邻铁芯的轴心与所述电枢铁芯轴线的连线呈60度角；

所述第一磁体的相邻磁极之间还设有换向极，所述换向极上设有换向绕组，所述换向绕组两端设有触点，所述电枢绕组上分出两段第一触线，当所述电枢绕组与电枢铁芯旋转至对应位置时，所述触线与所述触点接触；

所述第二磁体铁芯上的线圈的两端分别与所述电枢绕组的两端相连，当所述第二磁体的铁芯从所述第一磁体中的N极上方转动至S极上方时，通过所述换向器使铁芯上线圈的电流方向改变，从而使铁芯形成的电极也发生相应的变化；

所述电枢绕组线圈所在平面与所述第一磁体的一对磁极的夹角为θ，所述电枢绕组线圈的封闭面积为S，匝数为n，所述线圈中流过的电流为I_d，则形成的电磁转矩T为：

T＝nI_d(B₁+B_d)Scosθ+nI_dB₂S；

其中，其中，B₁、B₁分别为第一磁体与第二磁体产生的磁通密度，B_d为电枢绕组产生的磁通密度，θ的取值范围为0°～60°，所述第二磁体产生的转矩nI_dB₂S与θ角无关，从而提高了电机的转矩特性；

所述定子与转子之间留有间隙，所述间隙的长度为所述电枢铁芯内径的

基于此设计了一种基于双层磁体提高转矩特性的永磁电机，包括机座、转子和定子，所述定子包括第一磁体和电刷装置，所述转子包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器、转轴、轴承和第二磁体，所述电枢绕组绕嵌在所述电枢铁芯表面，所述电枢绕组的两端分别与所述换向器相连，所述转轴贯穿所述电枢铁芯的轴心，所述转轴两端设有轴承，所述第一磁体设置于所述电枢绕组外侧并与所述机座固定相连，所述电刷装置设置于换向器两端用于连接静止电路与线圈电路，所述第二磁体设置于所述第一磁体外侧并与所述转轴连接，所述第二磁体能与所述转轴同步转动提供与所述电枢绕组所在平面相垂直的电磁力，从而提高所述电机的转矩特性，所述第一磁体为永磁体，所述第二磁体为电磁体；

所述电枢铁芯由涂过绝缘漆的硅钢片叠压而成，所述电枢铁芯表面设有槽纹用于放置所述电枢绕组，所述电枢绕组由绝缘导线绕制成的线圈联接组成，每个线圈的两个有效边分别嵌放在所述电枢铁芯表面的槽纹内；

所述换向器包括多个换向瓣，所述换向瓣包括套筒、云母环、片间云母和换向片，所述云母环套在所述套筒外侧，所述套筒上设有梯形槽，所述所述换向片上设有对应的梯形插块，所述换向片均匀地插在所述梯形槽中，所述片间云母设置于所述换向片之间起到绝缘作用，所述换向片上设有接触槽，所述接触槽用于与所述电刷装置接触；

所述第一磁体包括3对磁极，磁极中的N极和S极交错均匀分布，相邻的N极和S极与所述电枢铁芯轴线的连线构成60度角，所述N极与S极之间还设有换向极，所述换向极上设有换向绕组，所述换向绕组两端设有触点，所述电枢绕组上分出两段第一触线，当所述电枢绕组与电枢铁芯旋转至对应位置时，所述触线与所述触点接触，所述换向绕组并联至线圈电路中并产生电流，所述电流在换向绕组中产生电磁性，并对所述电枢绕组产生斥力，进而完成换向，而当所述第一触线因所述电枢绕组的转动与所述触点脱离时，所述换向极上的换向绕组上不再有电流通过，故不会产生磁场干扰所述电枢绕组的转动；

所述第二磁体包括3对铁芯，所述铁芯通过连接架与所述电枢铁芯固定相连，相邻铁芯的轴心与所述电枢铁芯的轴心连线呈60度角，所述铁芯上绕有线圈且相邻铁芯的绕线方式相反使得线圈通电时相邻的铁芯呈现不同的电极，所述电枢铁芯与所述换向器之间设有导电环，所述导电环上设有环槽，所述环槽的横截面为圆形与矩形，所述圆形截面位于所述导电环内部，所述矩形截面与所述导电环外部相通，且圆形截面的直径大于矩形截面的宽度，所述铁芯上的线圈一端通过导电杆插入所述环槽内，当所述电枢铁芯与第二磁体转动时，所述导电杆在所述环槽内进行相应的移动，所述导电环与所述电枢绕组的一端电性相连，所述铁芯上的线圈另一端与所述电枢绕组的另一端电性相连，当所述第二磁体的铁芯从所述第一磁体中的N极上方转动至S极上方时，通过所述换向器与导电环使铁芯上线圈的电流方向改变，从而使铁芯形成的电极也发生相应的变化，所述第二磁体始终对所述电枢绕组产生同一方向的安培力；

所述定子与转子之间留有一定大小的间隙，所述间隙内存在的磁场称为气隙磁场，当电枢绕组中通过电流时，会产生电枢磁通势，所述电枢磁通势与所述气隙磁场相互作用，产生电磁转矩，所述气隙磁场的磁密与间隙长度呈反比，所述第一磁体磁极下的间隙小且均匀，气隙磁密分布均匀，第一磁体磁极极靴尖上，所述磁密因气隙的增大而下降，在磁极极靴尖外，气隙迅速增大，气隙磁密相应地迅速下降，在相邻的两极空间分界线上，磁密降为0；

以相邻两个磁极所在的范围为例，将其对应的间隙展开成横向距离为[-L，L]的空间，所述第一磁体产生的气隙磁场的磁通密度B₁为：

其中，k₁、k₂为系数，通过实际测试得出，而B′满足：

而电枢绕组在上述空间内产生的气隙磁场的磁通密度B_d为：

其中，k₃为系数，通过实际测试得出，而B′₀满足：

而第二磁体随着所述电枢绕组同步转动，其磁极在下方对应位置上产生的气隙磁场的磁通密度B₂为：

其中，N为第二磁体铁芯上绕有的线圈匝数，I为所述线圈上通过的电流强度，L为电枢绕组与所述第二磁体的距离；

所述电枢绕组线圈所在平面与所述第一磁体的一对磁极的夹角为θ，所述电枢绕组线圈的封闭面积为S，匝数为n，所述线圈中流过的电流为I_d，则形成的电磁转矩T为：

T＝nI_d(B₁+B_d)Scosθ+nI_dB₂S；

其中，θ的取值范围为0°～60°，所述第二磁体产生的转矩nI_dB₂S与θ角无关，从而提高了电机的转矩特性。

虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种部件。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合，如可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术发展其中的元素可以更新，即许多元素是示例，并不限制本公开或权利要求的范围。

在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践配置例如，已经示出了众所周知的电路，过程，算法，结构和技术而没有不必要的细节，以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围，适用性或配置。相反，前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (1)

1.一种基于双层磁体提高转矩特性的永磁电机，包括机座、转子和定子，所述定子包括第一磁体和电刷装置，所述转子包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器和第二磁体，所述电枢绕组绕嵌在所述电枢铁芯表面，所述电枢绕组的两端分别与所述换向器相连，所述第一磁体设置于所述电枢绕组外侧并与所述机座固定相连，所述电刷装置设置于换向器两端用于连接静止电路与线圈电路，所述第二磁体设置于所述第一磁体外侧并与所述电枢铁芯连接；

所述第一磁体为永磁铁，所述第二磁体为电磁铁，所述第二磁体通过连接架与所述电枢铁芯连接并能与所述电枢铁芯同步转动；

所述换向器包括多个换向瓣，所述换向瓣上设有片间云母和换向片，所述换向片均匀的插在所述换向瓣上，所述换向片上设有接触槽，所述接触槽用于与所述电刷装置接触，所述片间云母设置于所述换向片之间起到绝缘作用；

所述第一磁体包括3对磁极，磁极中的N极和S极交错均匀分布，相邻的N极和S极与所述电枢铁芯轴线的连线构成60度角，所述第二磁体包括3对铁芯，所述铁芯上绕有线圈且相邻铁芯上线圈的缠绕方向相反，相邻铁芯的轴心与所述电枢铁芯轴线的连线呈60度角；

所述第一磁体的相邻磁极之间还设有换向极，所述换向极上设有换向绕组，所述换向绕组两端设有触点，所述电枢绕组上分出两段第一触线，当所述电枢绕组与电枢铁芯旋转至对应位置时，所述触线与所述触点接触；

所述第二磁体铁芯上的线圈的两端分别与所述电枢绕组的两端相连，当所述第二磁体的铁芯从所述第一磁体中的N极上方转动至S极上方时，通过所述换向器使铁芯上线圈的电流方向改变，从而使铁芯形成的电极也发生相应的变化；

所述电枢铁芯与所述换向器之间设有导电环，所述导电环上设有环槽，所述环槽的横截面包括圆形截面和矩形截面，所述圆形截面位于所述导电环内部，所述矩形截面与所述导电环外部相通，且圆形截面的直径大于矩形截面的宽度，所述铁芯上的线圈一端通过导电杆插入所述环槽内，当所述电枢铁芯与第二磁体转动时，所述导电杆在所述环槽内进行相应的移动，所述导电环与所述电枢绕组的一端电性相连，所述铁芯上的线圈另一端与所述电枢绕组的另一端电性相连；

所述电枢绕组线圈所在平面与所述第一磁体的一对磁极的夹角为

，所述电枢绕组线圈的封闭面积为S，匝数为n，所述线圈中流过的电流为

，则形成的电磁转矩T为：

；

其中，

、

分别为第一磁体与第二磁体产生的磁通密度，

为电枢绕组产生的磁通密度，

的取值范围为

，所述第二磁体产生的转矩

与

角无关，从而提高了电机的转矩特性；

所述电枢铁芯由涂过绝缘漆的硅钢片叠压而成，所述电枢铁芯表面设有槽纹用于放置所述电枢绕组，所述电枢绕组由绝缘导线绕制成的线圈联接组成，每个线圈的两个有效边分别嵌放在所述电枢铁芯表面的槽纹内；所述定子与转子之间留有间隙，所述间隙的径向长度为所述电枢铁芯内径的

。

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