CN1780119A - 斥吸式永磁（开关）磁阻电机 - Google Patents

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斥力式永磁开关磁阻电机，定子由导磁机壳和凸极电磁铁组成；转子由导磁花轴和永磁体组成，永磁体安装在花轴的凸极上，与定子凸极电磁铁形成有效磁通气隙；转子通过轴承与定子侧盖板啮合，使定、转子相互间呈相对运动状。未通电时的电磁铁心成为永磁体磁路闭合路径而产生相吸力，通电时的定子电磁体磁场与转子永磁体磁场产生相斥力，两者形成同一方向的转矩合力，从而拖动转子运动；这样，按一定的顺序给定子电磁绕组通、断电，转子便能按一定的方向运转。本发明着重在结构和磁路上做文章，巧妙并大量地应用永磁体，使新电机在节能、高效和驱动等多方面都比现有技术有了较大的提高。

Description

斥吸式永磁(开关)磁阻电机
技术领域
本发明属于电机技术领域，涉及一种斥吸式永磁(开关)磁阻电机。
背景技术
目前，公知的开关磁阻电机和其它磁阻电机虽然款式繁多，但都存在效率低和体积大等缺陷，从而影响推广和发展，其最根本的原因是未能采取有效的节能措施。
发明内容
本发明的目的在于公开一种斥吸式永磁(开关)磁阻电机，以实现高效节能，提高单位体积出力和优化驱动系统。
为了实现上述目的，本发明所采取的解决方案是：
斥吸式永磁(开关)磁阻电机，定子由导磁机壳5、端盖3和凸极电磁铁7组成，转子由导磁花轴1和永磁体2组成，永磁体2安置于花轴1上，与定子凸极电磁铁7形成有效磁通气隙8，转子通过轴承6和端盖3支撑与定子呈相对运动状。通以正相电流时的同相极电磁铁外磁路与相应的转子永磁体的外磁路形成闭合路径而产生相吸力，通以反向电流时的定子同相各极电磁体磁场与相应的转子永磁体磁场产生相斥力，其合力形成同一方向的转矩；这样，按一定的顺序给定子电磁绕组通电，转子便能按一定方向运转。
采取上述结构后，与现有技术相比，本发明在具备现有技术的特点外，还具有以下显著特点：
一、高效节能。由于高性能永磁体的介入以及独特的磁路和组合式结构设计，使新电机有着十分显著的节能效果。转子上的永磁体与定子电磁体磁极直接形成有效磁通气隙，从而减少了漏磁。在运行时，所有转子极都能同时与定子极产生同一方向的扭矩，其中永磁体起到了很大的作用；与同等条件的其它磁阻电机相比，节能效果明显提高。不仅如此，新电机还可实现多机组串联工作，联机时更能体现其优异的节能效果，因为，原来每个机组单独工作时，轴向侧凸极极对结构的定子电磁绕组都是左右配对，即左右两个定子电磁场对夹在其中间的转子凸极永磁体同时励磁；那么，一组是两个电磁体，两组是四个电磁体，三组是六个电磁体，……，然而，新电机在联机工作时，相邻两个机组可以共用一个电磁绕组，从而节省绕组而起到节能的效果；这样，当两个机组串联时只须三个绕组，可节能1/4，三个机组串联时只须四个绕组，可节能2/6(1/3)，……，因此，节能效果是显而易见的。
二、在同等条件下，单位体积出力比其它磁阻电机要高一倍以上。由于现有技术的磁阻电机运行时多以单相定子绕组励磁产生对转子的磁拉力，如四相磁阻电机(最常规的结构)，每行进一步只有1/4的电磁绕组元件工作，有3/4的绕组在等待轮换。于是，电机元件和机体空间都造成很大的浪费。而本发明的新电机每行进一步的转矩都是通过定子四相绕组同时通电励磁与转子永磁场同时产生相吸力和相斥力的同向合力转矩，这样，电机元件的利用率便达到了极致。再加上多机组联机串联工作，效果更加显著。
三、现有技术的磁阻电机每一通、断电周期内只行进一个步距，而新电机每一绕组的通、断电周期内则行进两个步距，即在同样极对数条件下，新电机转一圈的通、断电次数减少了一半。这样，更有利于调速和高速运行，也更有利于功率的转换和降低控制元件的损耗而提高电机的性能和寿命。
四、由于转子是永磁场固定磁路结构，转子在运行时磁场不发生变化，于是，转子不发热也没有损耗，无须硅钢片冲压，从而在提高了效率的同时又降低了工艺要求和成本。
五、具有最简单的结构和最简单的控制电路以及一机多用的特性。
附图说明
图1是本发明第一实施例的剖面图；
图2是本发明第一实施例的截面图；
图3是本发明第二实施例的剖面图；
图4是本发明第二实施例的截面图；
图5是本发明第三实施例的截面图；
图6是本发明第四实施例的截面图。
具体实施方式
请参阅图1和图2，是本发明第一实施例的径向双凸极四相4/3极斥吸式永磁(开关)磁阻电机；定子由导磁机壳5、端盖3和电磁铁心7、7’及其绕组4组成；转子由导磁花轴(轴心)1和永磁体2组成；转子轴1通过轴承6与定子断盖3同心位置交合，使定、转子能保证相对运动；永磁体2安装在转子花轴1的左右凸极上，与定子电磁铁心形成有效磁通气隙8，左右两个永磁体2、2’径向内孤面按不同磁极平行排放，使左右两个永磁体的内磁极通过导磁花轴1形成闭合磁路(串联)，使通电后的左右两个电磁体磁极7、7’与转子永磁体2、2’磁极产生相斥力(或相吸力)；而未通电时的电磁铁心7、7’则成为转子左右两个永磁体2、2’的外磁路闭合路径而产生相吸力，与上述相斥力的合力形成同一方向的转矩。如图2状态，定子永磁铁心A与转子永磁体a已完全耦合，电磁铁心B、D与永磁体b、c分别耦合1/3，定子电磁铁心A、B、D与转子永磁体a、b、c处于牵制状态，此时，把定子电磁绕组A、B、C、D四极分成两相，即AC为同相BD为同相，同相绕组串联，使其向心两极不同极性，采用两相全桥电路，两相同时通电，A、B所产生的磁场与转子永磁体a和b产生相斥力，C、D所产生的磁场与转子b、c产生相吸力，从而使转子顺时针方向行走一个步距；至D与c耦合时，AC相不变，BD相换向，定子D、A与转子c、a产生相斥力，定子C、B与转子b、a产生相吸力，转子又行走一个步矩；至C与b耦合时，BD相不变，AC相换向，定子C、D与转子b、c产生相斥力，定子A、B与转子a、c产生相吸力，转子又行走一个步矩；至B与a耦合时，AC相不变，BD相换向，定子B、C与转子a、b产生相斥力，定子A、D与转b、c产生相吸力，转子又行走一个步距，此时是A与c耦合，A相开始新一轮的通电周期。通过对转子位置的监测，如此有规律地执行驱动电路，转子便能顺时针运行下去。
请参阅图3和图4，是本发明第二实施例的轴向侧凸极对4/3极多段串联组合斥吸式永磁(开关)磁阻电机，定子由导磁端盖3、机壳5和电磁铁心7及其绕组4组成；转子由传动花轴1和永磁体2组成；转子花轴1通过轴承6的作用与定子端盖3交合，使定、转子能保证相对运动；永磁体2安装在转子花轴1上，居于两个定子电磁铁磁极(7a、7’)之间，轴向磁化的永磁体2左右磁极与定子左右两个电磁铁心7a、7’形成有效磁通气隙8，通以正向电流时的电磁场与其相应的转子永磁体2的左右磁极产生相斥力，通以反向电流时的电磁铁与转子永磁体形成共同的外磁路闭合路径而产生相吸力。其驱动形式与第一实施例相同，这里就不再复述。
请参阅图5，是本发明第三实施例的单相单向8/4极斥吸式永磁(开关)磁阻电机。定子八极组成一相，各极相邻绕组串联，使向心各磁极异性；转子永磁体四极同性(与轴向另一端磁极相反)，且在转子极的端部有一单侧环向锥形延伸部分。如图5所示状态接通电源，转子便逆时针行进一个步矩，此时再换向通电，转子又行进一步，这样反复换向通电，转子便会逆时针运行。这种结构的电机既可用开关控制驱动，又可作为单相交流同步电机应用，还可作为步进电机应用等。
请参阅图6，是本发明第四实施例的单相单向2/6极斥吸式永磁(开关)磁阻电机。定子只有两极，且在其端部由一单侧环向锥形延伸部分，两极绕组串联，使向心各磁极异性；转子永磁体六极相邻各极异性分布。在如图6所示状态接通电源，并不断地变换电流方向，转子便会沿逆时针方向运行。驱动方式与第三实施例基本相同，同样可以作为同步电机和步进电机应用。

Claims (7)

1、斥吸式永磁(开关)磁阻电机，其特征在于：在内转子结构时，定子由导磁机壳(5)、端盖(3)和凸极电磁铁(7)组成，转子由导磁花轴(1)和永磁体(2)组成，永磁体(2)安置于花轴(1)的凸极极弧面或极颈上，使其与定子凸极电磁铁磁极(7)直接形成有效磁通气隙(8)，在外转子结构时，转子由导磁机壳(5)、端盖(3)和永磁磁块组成，定子由凸极花轴(1)和绕组组成，磁块安置于机壳(5)的内壁上，与定子花轴凸极极弧面直接形成有效磁通气隙，定、转子之间通过轴承(6)的作用呈相对运动状。
2、根据权利要求1所述的斥吸式永磁(开关)磁阻电机，其特征在于：定子和转子既是径向双凸极对(7、7’/2、2’)，同时又是轴向左右平行双凸极(2、2’)，且形成左右相邻两个磁场的气隙极面不同极性，定子轴向平行双凸极的左右两个磁场(7、7’)通过导磁机壳(5)(或轴心)形成串联磁路，转子轴向平行双凸极的左右两个磁场(2、2’)通过导磁花轴(1)(或机壳)形成串联磁路，通以正相电流或未通电时的同相极电磁铁(7、7’)与相应的转子(或定子)永磁体(2、2’)外磁路形成闭合路径而产生定、转子间的相吸力，通以反向电流后的同相各极电磁体磁极与相应的转子(或定子)永磁体磁极同时产生相斥力和相吸力。
3、根据权利要求1所述的斥吸式永磁(开关)磁阻电机，其特征在于：定子和转子为轴向双凸极对(7/2)，转子永磁体(2)居于轴向左右两个定子电磁体凸极(7、7’)之间，与之直接形成左右磁通气隙(8)，通以正向电流或未通电时的定子轴向左右两个电磁铁(7、7’)通过导磁机壳与转子永磁体(2)左右两个磁极的外磁路形成闭合路径而产生定、转子间的相吸力，通以反向电流后的定子轴向左右两个电磁体磁场(7、7’)与转子永磁体(2)的两个磁极同时产生相斥力和相吸力。
4、根据权利要求3所述的斥吸式永磁(开关)磁阻电机，其特征在于：其轴向双凸极对亦是多段组合，且多段轴向磁路串联。
5、根据权利要求1所述的斥吸式永磁(开关)磁阻电机，其特征在于：其定、转子理想极对数是：2/3(3/2)、2/6(6/2)、3/4、3/6(6/3)、4/3、4/8(8/4)极对以及它们的倍数极对。
6、根据权利要求1所述的斥吸式永磁(开关)磁阻电机，其特征在于：当定子与转子的极对数为倍数关系和2/3、2/6极对时，其定子或转子的一方各极气隙磁极端部的环向一侧有锥形的导磁延伸部分。
7、根据权利要求1、5所述的斥吸式永磁(开关)磁阻电机，其特征在于：其定、转子之间的相应关系是可以置换的，即不仅是其定子和转子的关系可以互换，其定子极对数与转子极对数亦可以互换，其永磁场与电磁场的对应关系亦可以互换。
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