CN1848607A

CN1848607A - 多向混合永磁节能电机

Info

Publication number: CN1848607A
Application number: CN 200510067520
Authority: CN
Inventors: 谢庆生
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-04-17
Filing date: 2005-04-17
Publication date: 2006-10-18

Abstract

本发明的目的在于公开一种多向混合永磁节能电机，其主要特征是利用轴向、环向和径向磁化的多向永磁体磁路串联叠加，使电机中的永磁作用磁场强度得到最大程度的提高，以建立理想的永磁恒定磁场，并通过电磁调控实现电磁场与永磁场串联、并联混合驱动，从而达到高效节能的目的。

Description

多向混合永磁节能电机

所属技术领域

本发明属于电机技术领域，涉及一种多向混合永磁节能电机。

背景技术

目前，公知的所有永磁电机都是或径向磁化或轴向磁化或环向磁化单一结构的永磁转子或定子，其永磁磁场作用强度受到永磁体本身性能的制约，严重影响着永磁电机的进步与发展。

发明内容

本发明的目的在于公开一种多向混合永磁节能电机，以实现在电机中最大成度地提高永磁作用磁场和优化驱动系统，从而实现高效节能的目的。

为了实现上述目的，本发明所采取的解决方案是：

多向混合永磁节能电机，为定、转子双凸极对且轴向双饶组组合结构；定子由非导磁机壳9、凸极电磁铁5及其绕组6、导磁轭7和环向磁化永磁体8或轴向磁化永磁体13以及端盖12等组成，电磁体5在非导磁机壳9的内壁轴向双组环向多排居中正交均匀分布，在环向间镶嵌环向磁化永磁体8时，其轴向两端电磁体向外极(靠机壳极)由导磁轭7并联，或在轴向间镶嵌轴向磁化永磁体13时，其轴向两端的环向各极电磁体的向外极(靠机壳极)由导磁轭7并联；转子由非导磁轴芯1、导磁轭2和环向磁化永磁体3、轴向磁化永磁体10、径向磁化永磁体4等组成，导磁轭2在非导磁轴芯1上与定子呈对应关系轴向双组环向多排均匀分布固定，轴向磁化永磁体10镶嵌在轴向两个导磁轭2(a/a’、b/b’、c/c’、d/d’、e/e’、f/f’)之间，环向磁化永磁体3镶嵌在环向分布的导磁轭2(a、b、c、d、e、f和a’、b’、c’、d’、e’、f’)之间，径向磁化永磁体4安装于导磁轭2(a、b、c、d、e、f、a’、b’、c’、d’、e’、f’)的径向气隙端面上，与定子电磁极直接形成有效磁通气隙，与轴向磁化永磁体10和环向磁化永磁体3的磁路串联，从而使永磁转子的气隙磁通得到最大程度的提高；定子和转子在端盖12、轴承11和转轴1的作用下呈相对运动状。在永磁恒定磁场的作用下，转子磁极与定子磁极呈对称性相互吸引和相互排斥的牵制状态而静止，运行时，定子的轴向两极或环向相邻两极与转子轴向两极或环向相邻两极磁路串联，以进一步增强定、转子气隙间的作用磁场强度；这样，只要给与转子磁极相吸和与指定方向的转子极相吸的定子电磁体5通电，使该气隙磁极与转子磁极从相吸转变成相斥，使本来轴向左右相邻两极同极性磁场或环向相邻两极同极性磁场改变成异极性磁场，并与该极通电绕组所产生的磁场与定子永磁磁场并联组成合成磁场，这时，定子通电磁极和未通电磁极与转子各极自然形成合成转矩，从而驱动转子旋转；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、节能效果得到了进一步提高。由于高性能永磁体的介入以及独特的定、转子多向永磁混合串联磁路和多段组合式结构，使新电机的永磁作用磁场得到很大程度的提高，并且，在运行时，通过定子轴向两个电磁极间的相互作用而形成合成磁通，使电磁在这里能得到更合理和更有效的利用，无论铜损还是铁损都可控制到最小，从而有着十分显著的节能效果。

二、在同等条件下，单位体积出力也比现有技术有着很大程度的提高。由于现有永磁电机运行时多以单相定子绕组励磁产生与转子间的转矩，至少有1/3甚至一半以上的绕组在等待换相，电机元件和机体空间都造成很大的浪费。而新电机每行进一步的转矩都是定子所有极齿与转子的合成转矩，而且，其本身结构等同于两个电机组合在一起，从而节省了很大的机体空间。

三、简化了驱动系统。由于本发明的新电机是多段组合结构，克服了现有技术永磁电机必须通过全桥电路换向驱动才能实现连续转矩的缺点，实现了每相只需一个开关的半桥电路驱动，同时还实现了每一绕组的通、断电周期内行进两个步距，即在同样极对数条件下，新电机转一圈的通、断电次数比现有技术减少了一半；这样，不仅可以大大降低驱动电路的成本，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寿命。

附图说明

图1是本发明第一实施例内转子环向永磁定子多向混合永磁节能电机的截面图；

图2是本发明第一实施例内转子环向永磁定子多向混合永磁节能电机的剖面图；

图3是本发明第二实施例内转子轴向永磁定子多向混合永磁节能电机的截面图；

图4是本发明第二实施例内转子轴向永磁定子多向混合永磁节能电机的剖面图。

图5是本发明第一和第二实施例多向混合永磁节能电机的内转子环向展开图；

图6是本发明第一实施例多向混合永磁节能电机环向永磁定子的环向展开图；

图7是本发明第二实施例多向混合永磁节能电机轴向永磁定子的环向展开图；

图8是本发明第三实施例多向混合永磁节能电机外转子结构的截面图；

图9是本发明第三实施例多向混合永磁节能电机外转子结构的剖面图；

图10是本发明第一实施例多向混合永磁节能电机的驱动电路图；

图11是本发明第二和第三实施例多向混合永磁节能电机的驱动电路图。

具体实施方式

请参阅图1、图2和图5、图6，是本发明第一实施例内转子环向永磁定子的4/6极多向混合永磁节能电机，为定、转子双凸极对且轴向双组、环向多排组合结构；定子由非导磁机壳9、凸极电磁铁5及其绕组6、导磁轭7和环向磁化永磁体8以及端盖12等组成，电磁体5在非导磁机壳9的内壁中线轴向双组、环向双列四排正交均匀分布固定，在环向导磁轭7间镶嵌环向磁化永磁体8，其轴向两组电磁体由导磁轭7并联；转子由非导磁轴芯1、导磁轭2和环向磁化永磁体3、轴向磁化永磁体10以及径向磁化永磁体4等组成，导磁轭2在非导磁轴芯1上与定子极齿呈相应关系轴向双组、环向双列六排均匀分布固定，轴向磁化永磁体10镶嵌在轴向两个导磁轭2(a/a’、b/b’、c/c’、d/d’、e/e’、f/f’)之间，环向磁化永磁体3镶嵌在环向分布的导磁轭2(a、b、c、d、e、f和a’、b’、c’、d’、e’、f’)之间，径向磁化永磁体4安装于导磁轭2(a、b、c、d、e、f、a’、b’、c’、d’、e’、f’)的径向气隙极端面上，与定子电磁极直接形成有效磁通气隙，与轴向磁化永磁体10和环向磁化永磁体3的磁路串联；定子和转子在端盖12、轴承11和转轴1的作用下呈相对运动状。其驱动电路方案是：首先分别把A相和C’相并联、A’相和C相并联、B相和D’相并联、B’相和D相并联，然后把并联后的A、C’两相和B、D’两相串联、A’、C两相和B’、D两相串联，最后再把串联后的两组中间联结(如图10)；为了保证A、A’、C、C’两相四个绕组和B、B’、D、D’两相四个绕组在气隙极所产生的磁场极性总是相反，即如图结构的A、A’、C、C’四绕组总是正向导通，使其气隙极产生“N”极，B、B’、D、D’四绕组总是反向导通，使其气隙极产生“S”极；这样，其驱动电路等于把AC’、A’C两组正向导通的两相半桥电路和BD’、B’C两组反向导通的两相半桥电路串联起来，两个开关控制正向电流，两个开关控制反向电流；这时，如图1状态，转子a、d极与定子A、C极对齐，我们给与转子磁极相吸的绕组A、C’通以正向电流(V1导通)使其与转子磁极相斥(该两极所产生的磁场与原有的永磁场并联到其轴向另一端的A’、C极同样与该两极对应的转子极产生相斥力)，同时，给定子绕组B、D’通以反向电流(V4导通)改变其气隙磁极原来的永磁场极性(其磁场也象绕组A、C’一样与原有磁场并联到其轴向另一端的B’、D极)使其与转子磁极合成产生逆时针方向的转矩，从而使转子行进一个步距；当转子c、f极转至与定子B、D极对齐时，断开B、D’绕组(V4开)换相接通B’、D绕组(V3导通)，绕组A、C’不变，与上一步原理相同，转子又行进一步；当转子b、e极转至与定子A、C极对齐时，断开A、C’绕组(V1开)换相接通A’、C绕组(V2导通)，绕组B’、D不变，与上原理相同，转子又行进一个步距；当转子a、d极转至与定子B、D极对齐时，断开B’、D绕组(V3开)换相接通B、D’绕组(V4导通)，与上原理相同，转子又行进一个步距，此时已完成一个通断电周期，接下来按顺序重复以上四个步骤，转子就会逆时针连续运转。

请参阅图3、图4和图5、图7，是本发明第二实施例内转子轴向永磁定子的4/6极多向混合永磁节能电机，为定、转子双凸极对且轴向双组、环向多排组合结构；定子由非导磁机壳9、凸极电磁铁5及其绕组6、导磁轭7和轴向磁化永磁体13以及端盖12等组成，电磁体5在非导磁机壳9的内壁中线轴向双组、环向双列四排正交均匀分布固定，在轴向导磁轭7间镶嵌轴向磁化永磁体13，其环向两组电磁体由导磁轭7并联；转子与第一实施例完全相同；定子和转子在端盖12、轴承11和转轴1的作用下呈相对运动状。其驱动方案是：首先分别把定子轴向两极(A/A’、B/B’、C/C’、D/D’)绕组串联分成四相，采用四相半桥电路(如图11)，A、B、C、D端接正电，A’、B’、C’、D’端接负电，使A、B、C、D各气隙极在导通的情况下其磁场总是为“N”极，使A’、B’、C’、D’各气隙极在导通的情况下其磁场总是为“S”极。一个开关控制一个串联的两个绕组。如图3状态，转子a、d极与定子A、C极对齐，我们给与转子磁极相吸的绕组A、A’导通(V1导通)使其与转子磁极相斥(该两极所产生的磁场与原有的永磁场并联到其环向相邻或相对未导通极同样与该两极对应的转子极产生同向转矩)，同时，给定子绕组D、D’导通(V4导通)改变其气隙磁极原来的永磁场极性(其磁场也象绕组A、A’一样与原有磁场并联到其环向未通电极)使其与转子磁极合成产生逆时针方向的转矩，从而使转子行进一个步距；当转子c、f极转至与定子B、D极对齐时，断开D、D’绕组(V4开)换相接通B、B’绕组（V2导通)，绕组A、A’不变，与上一步原理相同，转子又行进一步；当转子b、e极转至与定子A、C极对齐时，断开A、A’绕组(V1开)换相接通C、C’绕组(V3导通)，绕组B、B’不变，与上原理相同，转子又行进一个步距；当转子a、d极转至与定子B、D极对齐时，断开B、B’绕组(V2开)换相接通D、D’绕组(V4导通)，与上原理相同，转子又行进一个步距，此时已完成一个通断电周期，接下来按顺序重复以上四个步骤，转子就会逆时针连续运转。

请参阅图8和图9，是本发明第三实施例外转子轴向永磁定子的4/6极多向混合永磁节能电机，为定、转子双凸极对且轴向双组、环向多排组合结构；定子由凸极电磁铁5及其绕组6、导磁轭7和轴向磁化永磁体13以及轴芯1等组成，四极电磁体5与磁轭7为一体，分轴向左右两块，相对并排固定在非磁性轴芯1上，中间嵌放轴向磁化环形永磁体13；转子由非导磁机壳9、导磁轭2、轴向磁化永磁体10、环向磁化永磁体3、径向磁化永磁体4和端盖12等组成，导磁轭2在非导磁机壳9的内壁中线与定子极呈相应关系轴向双组环向双列六排正交均匀分布固定，在导磁轭2轴向间镶嵌轴向磁化永磁体10，在导磁轭2环向间镶嵌环向磁化永磁体3，在导磁轭2的径向气隙端安装径向磁化永磁体4，与定子电磁极直接形成有效磁通气隙；定子和转子在端盖12、轴承11和转轴1的作用下呈相对运动状。其驱动方案与第二实施例完全相同。

Claims

1、多向混合永磁节能电机，主要由非磁性机壳(9)、端盖(12)、轴承(11)、凸极电磁体(5)及其绕组(6)、定子磁轭(7)、转子磁轭(2)、非磁性轴芯(1)和定子环向磁化永磁体(8)、转子环向磁化永磁体(3)、定子轴向磁化永磁体(10)、转子轴向磁化永磁体(13)、径向磁化永磁体(4)等组成，其特征在于：多向混合永磁节能电机，为定、转子双凸极对且轴向双组环向双列多排组合结构，定子由非导磁机壳(9)、凸极电磁铁(5)及其绕组(6)、导磁轭(7)和环向磁化永磁体(8)或轴向磁化永磁体(13)以及端盖(12)等组成，电磁体(5)在非导磁机壳(9)的内壁轴向双组环向双列多排居中正交均匀分布固定，在定子环向间镶嵌环向磁化永磁体(8)时，其轴向两端电磁体的向外极(靠机壳极)由导磁轭7并联，或在定子轴向间镶嵌轴向磁化永磁体(13)时，其轴向两端的环向各极电磁体的向外极(靠机壳极)由导磁轭(7)并联，转子由非导磁轴芯(1)、导磁轭(2)和环向磁化永磁体(3)、轴向磁化永磁体(10)、径向磁化永磁体(4)等组成，导磁轭(2)在非导磁轴芯(1)上与定子呈相应关系轴向双组环向双列多排均匀分布固定，轴向磁化永磁体(10)镶嵌在轴向两个导磁轭(2)(a/a’、b/b’、c/c’、d/d’、e/e’、f/f’)之间，环向磁化永磁体(3)镶嵌在环向分布的导磁轭(2)(a、b、c、d、e、f和a’、b’、c’、d’、e’、f’)之间，径向磁化永磁体(4)安装在导磁轭(2)(a、b、c、d、e、f、a’、b’、c’、d’、e’、f’)的径向气隙端面上，与定子电磁极直接形成有效磁通气隙，与轴向磁化永磁体(10)和环向磁化永磁体(3)的磁路串联，定子和转子在端盖(12)、轴承(11)和转轴(1)的作用下呈相对运动状。

2、根据权利要求1所述的多向混合永磁节能电机，其特征在于：定、转子关系置换，为外转子结构，定子电磁极在非磁性轴芯上轴向双组环向双列多排正交分布固定，在轴向间镶嵌轴向磁化永磁体时，其轴向两端的环向各极电磁体向心极与磁轭为一体，分轴向左右两块，在环向间镶嵌环向磁化永磁体时，其轴向两端电磁极的向心极由导磁轭并联，转子导磁轭在非导磁机壳的内壁中线与定子呈相应关系轴向双组环向双列多排正交均匀分布固定，在导磁轭轴向间镶嵌轴向磁化永磁体，在导磁轭环向间镶嵌环向磁化永磁体，在导磁轭的径向气隙端安装径向磁化永磁体，与定子电磁极直接形成有效磁通气隙，定子和转子在端盖、轴承和转轴的作用下呈相对运动状。