CN201048309Y - 一种嵌合式无刷电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种嵌合式无刷电机的结构，包括定子上半径为R的环形支架及其上排列的线包，还包括转子上两个半径分别为R1和R2的环形支架及其上排列的永久磁铁，R2＞R＞R1。定子环形支架上等间距地排列M个线包，M≥2。转子的两个环形支架上分别等间距地排列N个永久磁铁，N≥2。作为发电机，转子旋转形成旋转磁场，在定子线包中感应出电动势，将机械能转化为电能。作为电动机，定子线包在驱动电路的时序波形电流驱动下产生旋转磁场，驱动转子旋转运动，将电能转化为机械能。本方案能实现定、转子轴向间距可调，控制定、转子间的磁耦合程度从而改变机械驱动力矩。作为电动、发电二合一电机，可实现回收煞车能再利用。

Description

一种嵌合式无刷电机

【技术领域】

本发明涉及一种电机，具体涉及一种高效率的嵌合式无刷电机。

【背景技术】

传统的无刷电机，采用冲压、清洗、铆压成型等多道工序将多片冲压好的无取向硅钢片制作成铁心，再在其上绕制漆包线制作成电机转子。这种方案使用硅钢料多量重，设备昂贵，加工环节多，成本居高不下。由于使用铁心，铁损不可避免，电机总效率难以提得更高。由于所有线包中磁路相通，故难以实现独立线包分布式控制概念，无法实现高效率低成本分布式数字化控制。又由于硅钢片结构，使得要制造较大尺寸的电机定、转子以达到在相同线包驱动电流下获得更大力矩的技术方案的成本急剧上升。还由于铁心与永久磁铁之间巨大的吸引力，不仅启动阻力大，而且改变其耦合系数成为困难，也就难以实现改变电机驱动机械力矩的目的。这种结构的电机一般只用作为普通发电机，如果要作为高性能电动机，需要高性能的半导体功率器件以及嵌入式智能化控制系统，成本较高，推广阻力大，特别是难以实现发电机与电动机的二合一架构。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是提供一种电机，可以实现重量轻、成本低、控制容易，并能实现发电机与电动机二合一架构的优化方案，达到高效率发电、高效率用电的目的。

为了解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：一种高效率的嵌合式无刷电机，包括其上有J个环形支架、每个环形支架上等间距安装了M个线包的定子，J≥1，M≥2；还包括其上有K个环形支架、每个环形支架上等间距安装了N个永久磁铁的转子，K≥1，N≥2；还包括能控制定子和转子之间轴向距离的机构。定子和转子通过中心轴相连。安装在定子上的线包，其轴线方向与其所在环形支架位置的半径方向平行，至少是与该方向的夹角不大于60°。当J≥2时，同一支架上的线包按相等弧度排列，不同支架环上的线包沿半径方向对齐。安装在转子上的永久磁铁，其磁场轴线方向与其所在环形支架位置的半径方向平行，至少是与该方向的夹角不大于60°。当K≥2时，同一支架上的永久磁铁按相等弧度排列，相邻的永久磁铁按磁场极性交错排列，沿半径方向对齐的不同支架环上的永久磁铁极性方向相同。

将定子和转子嵌合装配好的电机，可以用作为高效率发电机；配备适当的驱动器，可以用作为高效率电动机。当用作为发电机时，施加机械力驱动转子产生旋转磁场，在定子线包中产生电动势，高效率地将机械能转化为电能。当作为电动机时，驱动电路在定子线包中施加时序电流，组合产生旋转磁场，驱动转子旋转，高效率地将电能转化为机械能。如果装配可控制定、转子轴向间距的调节机构，并配以整流电路、开关电路以及智能驱动电路，可以构成具有回收煞车能的高效率电动、发电二合一电机，其应用前景广阔，市场潜力巨大，具有极好的经济和社会效益。

一种高效率的嵌合式无刷电机的转子结构示意图如图1所示。转子1的环形支架2和3上开有可供安装永久磁铁的插槽5和6，永久磁铁块按照极性要求插入槽中并固定好。转轴4与定子的转轴同轴良好装配。

嵌合式无刷电机转子中的永久磁铁结构示意图如图2所示。

嵌合式无刷电机的定子结构示意图如图3所示。定子1的环形支架2上开有可供安装线包的插槽3，线包按要求插入槽中并固定好。转轴4与定子的转轴同轴良好装配。

嵌合式无刷电机定子中的线包结构示意图如图4所示。

采用上述技术方案，本发明有益的技术效果在于：1)减少甚至根本消除电机的铁损，减轻重量、降低成本、提高效率；2)易于实现不增加驱动电流而提升力矩，便于采用质优价廉的小功率半导体器件组合式控制，达到既降低成本又提高性能的目的；3)易于实现发电机和电动机的统一，有利于能量回收，更好地节能降耗，大大提升电机的品质；4)总体材料成本和制造成本大大下降，可制造优质高效产品；5)所有材料和制造工艺节能环保；6)所有零部件易于逆向回收，不会造成环境污染。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：

【附图说明】

图1是嵌合式无刷电机的转子结构示意图。

图2是嵌合式无刷电机转子中永久磁铁结构示意图，永久磁铁外形尺寸相同，充磁方向相反。

图3是嵌合式无刷电机的定子结构示意图。

图4是嵌合式无刷电机定子中的线包结构示意图。

【具体实施方式】

实施例一、嵌合式无刷发电机，可用于各种机械能转化为电能的发电场合，例如：风力发电、内燃机发电、水力发电、汽轮机发电等。突出的优点是：成本低、重量轻、效率高、发热少、寿命长、易于维护、便于安装和拆卸。具体实例为一微型无刷发电机：采用ABS塑料制造转子骨架如图1所示，转子外径60mm，其上有永磁插槽N对，N＝12，将图2所示永磁24块插入环状排列的转子槽5、6中，沿环状直径排列的两块磁铁极性沿直径方向，极性相同，环形排列相邻磁铁的极性相反，磁铁为N35超强钕铁硼材料，预充强磁；定子环形骨架部分如图3所示，定子沿圆环排列有M个形如图4所示的线包，M＝9，线包骨架为ABS塑料，内插0.23mm厚无取向硅钢片压制铁心，线包用直径0.1mm漆包线绕3000匝，首尾抽头；9个线包均匀排列，分成3组：相邻120度的3个线包导线首尾连接，构成发电机一相，共分三相；如此结构的微型无刷发电机，体积小、重量轻、制造工艺简单、成本低。

实施例二、嵌合式无刷电动机，优点是：定子的线包数量与转子的磁铁数量的比值选取范围宽，容易实现低转速大力矩电机设计和制造，简化、甚至省去变速箱，进一步大大降低电动系统总成本。

实施例三、煞车能回收电动发电二合一电机，以其简单的结构、巧妙的控制、极低的成本实现电动与发电二合一设计，将所驱动车辆在刹车时的速度惯性动能、下坡时的落差势能转化为电能，重新储存到蓄电池中，成为实现低成本回收动能势能的典范。

Claims (10)

1.一种嵌合式无刷电机，其特征是：定子和转子上有环形的支架，用以安装定子线包、转子永久磁铁，定、转子环形支架半径不等，尺寸不限，可嵌扣组合，同轴装配成电机。

2.根据权利要求1所述的嵌合式无刷电机，其特征是：定子上有J个环形支架，转子上有K个环形支架，J≥1，K＝J+1，作为变化设计，J≥2，J+1≥K≥J-1。

3.根据权利要求1所述的嵌合式无刷电机，其特征是：同轴嵌套的定子和转子之间，设有控制定、转子轴向间距的机构，用以控制定、转子之间的耦合程度来改变机械力矩。

4.根据权利要求1所述的嵌合式无刷电机，其特征是：定子有J个用于安装线包的环形支架，每个支架上有M个线包，M≥2，线包在各支架上沿环形等间距排列；当J＞1时，各环形支架上的线包数量相等，不同支架上线包按等弧度排列，沿相同半径方向对齐。

5.根据权利要求1所述的嵌合式无刷电机，其特征是：定子线包的轴线方向平行于其所处环形支架位置的半径的方向，至少是与该方向的夹角不大于60°。

6.根据权利要求1所述嵌合式无刷电机，其特征是：转子有K个用于安装永久磁铁的环形支架，每个支架上有N个永久磁铁，N≥2，永久磁铁沿环形等间距排列；当K＞1时，各支架上的永久磁铁沿相同半径方向对齐。

7.根据权利要求1所述嵌合式无刷电机，其特征是：转子沿着该半径方向安装在转子不同半径环型支架上的永久磁铁，磁场极性方向相同，而在同一环形支架上相邻永久磁铁的极性方向相反，交错排列；永久磁铁的磁场极性方向平行于其所处环形支架位置的半径方向，至少是与该方向的夹角不大于60°。

8.根据权利要求1所述嵌合式无刷电机，其特征是：当转子环形支架数K＝J+1，在转子最大半径支架外侧、最小半径支架里侧有导磁材料制做用于提供磁路的环形部件。

9.根据权利要求4所述的定子，其特征是：定子线包的骨架为无铁心骨架。

10.根据权利要求4所述的定子，其特征是：定子线包的骨架为有铁心骨架。

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