CN201197098Y

CN201197098Y - 悬浮叶轮式直流电机

Info

Publication number: CN201197098Y
Application number: CNU2008200049037U
Authority: CN
Inventors: 刘新广
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-03-14
Filing date: 2008-03-14
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2018-03-14

Abstract

本实用新型由定子、转子组成。转子由叶轮和固套在叶轮叶尖上的用在导磁环上围成的永磁体凸环形组成，凸环形外表面为单性磁极；定子由线圈和永磁体沿周向相间组拼成的U形环槽和外壳组成；定子隔间隙包围着转子，定子与转子同轴，且使定子上的U槽形永磁体与转子永磁体外表面同性极平行相对，则由于磁斥力，转子被完全悬浮于定子之中。本实用新型既能作为轴流泵或风机使用，又能作为汽轮发电机、风力发电机、水轮发电机等流体发电机。本实用新型无换向器、无电刷、结构简单、体积小、重量轻、成本小、铁损很小、节能、效率极高、易调速、免润滑、振动小、噪音小、寿命长，因而用途广。

Description

悬浮叶轮式直流电机

技术领域

本实用新型涉及电机、泵或风机技术，特别是一种悬浮叶轮式直流电机。

背景技术

传统的泵或风机、电机是两种独立的设备，常用联轴器联接在一起工作。如图1，为一种现有的弯管式轴流泵或风机与电机联接在一起的结构示意图。轴流泵或风机由叶轮1、支架2、轴承3、弯管道4、轴5、轴承6组成，轴流泵或风机用联轴器7与电机8联接在一起。这种泵或风机在管道4内需安装支架2，支架2和轴5对流体有不小的阻力，因而效率不高；在轴承6处需要密封，此密封是动态密封，密封件受转动的轴5的摩擦，易失效造成泄漏。

如图2，为另一种现有的常规的轴流泵或风机的示意图。将叶轮9直接安装在电机12的轴上，用支架11支撑固定电机于直管道10内。因电机12的外径比前一种泵或风机的轴5的直径大，所以这种泵或风机的支架11和电机12对流体的阻力更大，效率更低。

这两种泵或风机连同电机若逆向使用，就是发电机，动力来自流动的流体，如蒸汽、风力、水力等。

发明内容

本实用新型旨在克服现有轴流泵或风机的上述缺陷，提高效率，将转子设计成叶轮式，将泵或风机与电机融为一体，形成一种悬浮式叶轮直流电机，。

本实用新型按下述技术方案实现。

本实用新型由定子、转子组成，如图3至图5所示。

转子构成—在导磁环22的凸沿上固结沿轴向充磁的永磁圆盘I21、II24、III25、IV27和沿径向充磁的永磁圆环23、26，且使永磁圆盘I21、永磁圆环23、永磁圆盘II24的外表面为N极，使永磁圆盘III25、永磁圆环26、永磁圆盘IV27的外表面为S极；叶片17的顶端固定于导磁环22的内圆，叶片17的另一端固定在两端带锥的圆柱体19的外圆，从而组成叶轮，圆柱体19的中心线与导磁环22的轴线重合，导磁环22内圆左端为锥口，以减小对流体的阻力；当导磁环22的内圆尺寸较大时，叶轮做成图6所示，在圆环35的内圆固定叶片36，在圆环35的外圆固定叶片34，叶片34的顶端固定于导磁环22的内圆；在导磁环22的右端固结非磁性锥形导流环28。

定子构成—在高电阻率导磁圆筒15内沿轴向依次装入并若干U槽形线圈14、若干沿轴向充磁的扇形永磁板30、若干沿径向充磁的瓦片形永磁块29a、若干沿轴向充磁的扇形永磁板31、高电阻率导磁圆圈16、若干U槽形线圈18，若干沿轴向充磁的扇形永磁板32、若干沿径向充磁的瓦片形永磁块29b、若干沿轴向充磁的扇形永磁板33；扇形永磁板30、永磁块29a及扇形永磁板31拼接成左U槽形永磁体，且使其内腔壁为N极，扇形永磁板32、永磁块29b及扇形永磁板33拼接成右U槽形永磁体，且使其内腔壁为S极；U槽形线圈14与左U槽形永磁体沿周向相间组拼成一个大小一致的左U形环槽，U槽形线圈18与右U槽形永磁体沿周向相间组拼成一个大小一致的右U形环槽，U槽形线圈14与U槽形线圈18沿轴向对齐，左U槽形永磁体与右U槽形永磁体沿轴向对齐；导磁圆筒15有数个径向散热小孔15-1、导磁圆圈16上有数个径向散热小孔16-1，散热小孔15-1与散热小孔16-1对正；环槽形线圈14的外圆、高电阻率导磁圆圈16的外圆、环槽形线圈18的外圆、瓦片形永磁块29a的外圆及瓦片形永磁块29b的外圆与导磁圆筒15的内圆固定；圆圈13与导磁圆筒15的左端面联接，并紧贴U槽形线圈14和永磁板扇形30的左端面，圆圈20与导磁圆筒15的右端面联接，并紧贴U槽形线圈18和扇形永磁板33的右端面；所有U槽形线圈14并联连接，所有U槽形线圈18并联连接，再将并联连接后的U槽形线圈14与并联连接后的U槽形线圈18串联连接，从而引出两个外接线端。

所述定子隔间隙包围着所述转子，定子与转子同轴，且使定子上的U槽形永磁体与转子永磁体外表面同性极平行相对，则由于磁斥力，转子被完全悬浮于定子之中。工作时，转子跟转子与定子之间隙中的流体摩擦产生的微热流通过散热小孔15-1和散热小孔16-1逸出。对使用在较低温度的环境或流体温度较低时，可取消散热小孔15-1和散热小孔16-1。

所述U槽形线圈与在其中的转子永磁体组组数相等，根据实际情况，可设计成若干组，但最少为两组。

在图3中，大粗箭头指流体流动方向。

本实用新型作为轴流泵或风机，其工作原理是：电磁学揭露，磁场中的通电导体会受到作用力，作用力的大小由关系式F＝BIL计算，其中B表示磁感应强度，I表示导体中的电流强度，L表示与磁场的磁力线垂直的导体在磁场中的总长度尺寸，对线绕线圈，L等于电枢线圈匝数与每圈平均周长之积；作用力的方向依左手定则判定，即伸开左手，使大拇指与其余四指在同一手掌平面内垂直，让手心正对磁场的N极，四指指向与导体中的电流方向一致，这时大拇指就指示出导体的受力方向。在本实用新型中，如图3示，若给U槽形线圈14通入的直流电在线圈剖面的上部看是顺时针方向的，而在下部看就是逆时针方向的，同时，给U槽形线圈18通入的同样大小的直流电在线圈剖面的上部看是逆时针方向的，而在下部看就是顺时针方向的，用左手定则容易判定出，两线圈上半部分在磁场中每边受到的作用力方向都离开观看者而去，即垂直指向纸里，而两个线圈下半部分在磁场中每边受到的作用力方向都向着观看者而来，即垂直指向纸外，这样，两个线圈同时产生相对转子的同向转矩，但线圈被固定，所以转子将相对线圈转动。若同时改变两线圈中的电流方向，转子转动方向就改变。所述的电机，一旦造就，B、L就为相对的定值，显然，只改变I的大小就可改变转子的转速，而改变I的大小是容易实现的技术。

当所述转子运行时切断电源后，转子有惯性运动，那么线圈中的感生电流的磁场与转子永磁场相互作用，将阻碍转子转动，因而只要减小线圈中的电流强度，不但减少了动力，而且同时产生制动力，实现刹车减速，所以线圈能辅助刹车。由此，可将电源设计制作成具有双向可调功能的——既能给线圈供电，又能从线圈回收感应电能。

本实用新型作为直流发电机，工作原理与现有的直流发电机相同，遵循电磁感应原理，即当所述叶轮被外界流动的流体驱动带动所述转子旋转，所述线圈相对于转子做切割转子磁场磁力线的运动，从而在线圈中产生感生电动势，其方向用右手定则判定(这里不赘述)，若线圈外接负载，则在闭合电路中形成感生电流。

以上所述线圈还可以用非磁性导电材料制作成整体的。

由于转子完全悬浮于定子之中，转子不需要对流体产生阻力的支架支撑，因此无机械摩擦能量损耗、流体运动无阻力损耗。

由于将转子设计成叶轮式，形成一种无轴悬浮式叶轮直流电机，将泵或风机与电机融为一体，所以结构简单、紧凑、体积小、重量轻、成本小、便于工程应用安装。

现有的电磁式直流电机既有换向器，又有电刷；现有的永磁直流电机要么有换向器，要么有电刷，要么既有换向器，又有电刷；电刷和换向器影响着现有直流电机的使用寿命。现有的直流电机中围绕电枢的磁极沿圆周极性交替分布，且相邻的磁极隔有间隙，由于相邻的磁极隔有间隙，电枢相对定子转一周，与电枢发生作用的磁力线不充分多，因而效率不充分高。现有的直流发电机，工作时，电枢线圈种的磁场交替变化，除了能产生欲求的感应电动势(大小和方向是变化的)，还在电枢铁心中产生涡流和磁滞效应，这里的涡流和磁滞效应必然产生铁损和有害的热量；电机的使用是可逆的，直流电机作为电动机，结构与直流发电机完全相同，现有的直流电动机工作时，因为电枢中的电流方向不断交替变化而产生交变磁场，所以同直流发电机一样，也会产生铁损和有害的热量。

与现有的直流电机相比，本实用新型有以下优点：

1、无换向器，无电刷，无硅钢片叠成的铁心，所以结构简单，造价低；

2、电机中的涡流损耗和磁滞损耗，即铁损，只发生在电机启停过程或调速过程中，若电机稳定工作(电动机通恒稳直流电，发电机输入转矩和转速不变)时，处在恒定磁场中的电枢线圈中是恒稳直流电，所以几乎无铁损，节能，效率极高；

3、因为无电刷、铁损很小、生热少，所以可以连续工作较长的时间；

4、易调速；

5、由于转子悬浮于定子中，因而免润滑、振动小、噪音小、寿命长。

总之，本实用新型既能作为轴流泵或风机使用，又能作为汽轮发电机、风力发电机、水轮发电机等流体发电机，一机多用，所以比现有的直流电机或轴流泵或风机适应性更强、灵活、应用更广阔，将使轴流泵或风机发生显著进步地变革，将给风力、水力发电机带来革命。

附图说明

图1为一种现有的弯管式轴流泵或风机与电机联接在一起的结构示意图；

图2为现有的另一种现有的常规的轴流泵或风机的示意图；

图3为本实用新型的结构示意图；

图4为图3的A-A或A1-A1剖视图；

图5为图4的B-B剖视旋转图；

图6为本实用新型的另一种叶轮结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式进一步说明。

具体实施方式：如图3至图5所示。本实用新型由定子、转子组成。

Claims

1.一种悬浮叶轮式直流电机，其特征是：由定子、转子组成；

转子构成—在导磁环(22)的凸沿上固结沿轴向充磁的永磁圆盘(I21)、(II24)、(III25)、(IV27)及沿径向充磁的永磁圆环(23)和(26)，且使永磁圆盘(I21)、永磁圆环(23)、永磁圆盘(II24)的外表面为N极，使永磁圆盘(III25)、永磁圆环(26)、永磁圆盘(IV27)的外表面为S极；叶片(17)的顶端固定于导磁环(22)的内圆，叶片(17)的另一端固定在两端带锥的圆柱体(19)的外圆，从而组成叶轮，圆柱体(19)的中心线与导磁环(22)的轴线重合，导磁环(22)内圆左端为锥口；在导磁环(22)的右端固结非磁性锥形导流环(28)；

定子构成—在高电阻率导磁圆筒(15)内沿轴向依次装入并若干U槽形线圈(14)、若干沿轴向充磁的扇形永磁板(30)、若干沿径向充磁的瓦片形永磁块(29a)、若干沿轴向充磁的扇形永磁板(31)、高电阻率导磁圆圈(16)、若干U槽形线圈(18)，若干沿轴向充磁的扇形永磁板(32)、若干沿径向充磁的瓦片形永磁块(29b)、若干沿轴向充磁的扇形永磁板(33)；扇形永磁板(30)、永磁块(29a)及扇形永磁板(31)拼接成左U槽形永磁体，且使其内腔壁为N极，扇形永磁板(32)、永磁块(29b)及扇形永磁板(33)拼接成右U槽形永磁体，且使其内腔壁为S极；U槽形线圈(14)与左U槽形永磁体沿周向相间组拼成一个大小一致的左U形环槽，U槽形线圈(18)与右U槽形永磁体沿周向相间组拼成一个大小一致的右U形环槽，U槽形线圈(14)与U槽形线圈(18)沿轴向对齐，左U槽形永磁体与右U槽形永磁体沿轴向对齐；导磁圆筒(15)有数个径向散热小孔(15-1)、导磁圆圈(16)上有数个径向散热小孔(16-1)，散热小孔(15-1)与散热小孔(16-1)对正，或者不打小孔(15-1)和小孔(16-1)；环槽形线圈(14)的外圆、高电阻率导磁圆圈(16)的外圆、环槽形线圈(18)的外圆、瓦片形永磁块(29a)的外圆及瓦片形永磁块(29b)的外圆与导磁圆筒(15)的内圆固定；圆圈(13)与导磁圆筒(15)的左端面联接，并紧贴U槽形线圈(14)和永磁板扇形(30)的左端面，圆圈(20)与导磁圆筒(15)的右端面联接，并紧贴U槽形线圈(18)和扇形永磁板(33)的右端面；所有U槽形线圈(14)并联连接，所有U槽形线圈(18)并联连接，再将并联连接后的U槽形线圈(14)与并联连接后的U槽形线圈(18)串联连接，从而引出两个外接线端；

所述定子隔间隙包围着所述转子，定子与转子同轴，且使定子上的U槽形永磁体与转子永磁体外表面同性极平行相对。

2.根据权利要求1所述的悬浮叶轮式直流电机，其特征是：在圆环(35)的内圆固定叶片(36)，在圆环(35)的外圆固定叶片(34)，叶片(34)的顶端固定于导磁环(22)的内圆。

3.根据权利要求1所述的悬浮叶轮式直流电机，其特征是：所述U槽形线圈与在其中的转子永磁体组组数相等，最少为两组。