CN202759306U - 永久磁铁旋转电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种产生更大磁场的永久磁铁旋转电机，其包含成为旋转体的底座的定子；可对定子旋转而支撑的转子；从转子的旋转中心部分向周方向Halbach排列的两列永久磁铁列；及以位于两列永久磁铁列之间的方式设于定子的电枢绕组；两列永久磁铁列的外侧永久磁铁的磁极方向与两列永久磁铁列的内侧永久磁铁的磁极方向，在径方向上的磁极方向朝同方向，在周方向上的磁极方向朝反方向；外侧永久磁铁列在磁铁内部构成的磁路长度乘上外侧永久磁铁列构成的磁路剖面积，与内侧永久磁铁列在磁铁内部构成的磁路长度乘上内侧永久磁铁列构成的磁路剖面积相同。

Description

永久磁铁旋转电机

技术领域

本实用新型涉及一种永久磁铁旋转电机。

背景技术

海尔贝克（Halbach）排列永久磁铁的永久磁铁旋转电机，具备在径方向交互配置N极与S极的主磁极磁铁；及在该主磁极磁铁的周方向两面磁化于径方向以外（例如周方向）的辅助磁铁。

Halbach排列永久磁铁的永久磁铁旋转电机的主磁极磁铁与辅助磁铁全体大致形成圆筒状，Halbach排列永久磁铁时，可增强特定方向的磁力。具有该Halbach排列的永久磁铁的旋转电机，为了无须增加磁铁数量即可谋求高输出化而正在进行。

但是先前的发明，因为定子及转子使用铁芯，导致转矩的脉动增大。再者，发生铁芯的磁性饱和，而限制转矩的输出。虽然使用产生强力磁场的磁铁，然而转矩的提高仍有限度。

实用新型内容

本实用新型所要解决的问题，是提供一种可产生更大磁场的永久磁铁旋转电机。

实施例的永久磁铁旋转电机，包含：定子，其成为旋转体的底座；转子，其可对该定子旋转而支撑；两列永久磁铁列，其从该转子的旋转中心部分向周方向Halbach排列；及电枢绕组，其以位于该两列永久磁铁列之间的方式设于该定子；该两列永久磁铁列的外侧永久磁铁的磁极方向与该两列永久磁铁列的内侧永久磁铁的磁极方向，在径方向上的磁极方向朝向同一方向，在周方向上的磁极方向朝向相反方向；该外侧永久磁铁列在磁铁内部构成的磁路长度乘上该外侧永久磁铁列构成的磁路剖面积，与该内侧永久磁铁列在磁铁内部构成的磁路长度乘上该内侧永久磁铁列构成的磁路剖面积相同。

附图说明

图1为本实用新型第一种实施例的构成的剖面图（轴方向）。

图2为本实用新型第一种实施例的构成的剖面图（径方向）。

图3为本实用新型第一种实施例的作用的磁通密度分布图。

图4为本实用新型第二种实施例的构成的剖面图（轴方向）。

图5为本实用新型第三种实施例的构成的剖面图（轴方向）。

图6为本实用新型第三种实施例的原理的磁铁内磁路。

图7为本实用新型第三种实施例的原理的磁铁列磁性回路。

图8为本实用新型第四种实施例的构成的剖面图（轴方向）。

图9为本实用新型第五种实施例的构成的剖面图（轴方向）。

主要部件附图标记：

1    旋转电机

2    外侧永久磁铁列

3    内侧永久磁铁列

4    电枢绕组

5    转子

6    定子

7    转轴

9    轴承

10   U相绕组

11   V相绕组

12   W相绕组

13   外侧磁铁与内侧磁铁的磁路

14   附肋条转子

15   附三角肋条转子

具体实施方式

以下，参照附图说明实施例的永久磁铁的旋转电机。

就第一种实施例参照附图详细作以说明。图1为说明第一种实施例的构成的剖面图（轴方向）。图2为说明第一种实施例的构成的剖面图（径方向）。图3为说明第一种实施例的作用的磁通密度分布图。

首先就构成作以说明。如图1所示，在圆板状的定子6的中心部设有作为支撑轴而发挥作用的转轴7，及在外周上设有用于安装电枢绕组4的凸部。设置于凸部上的电枢绕组4，例如使用三相交流的情况，按U相－V相－W相的顺序卷绕，即如图2所示为U相绕组10、V相绕组11以及W相绕组12。在定子6与转子5之间，以转子绕定子6自由旋转而支撑的方式设置轴承9，转子5形成在定子6上旋转的构造。在转子5上于周方向构成两列以Halbach排列而构成的大致圆筒形状的永久磁铁列2，3。转子5在与定子相对侧的面具有两列凸部，在外侧的凸部上，例如通过接着等安装有外侧永久磁铁列2，在内侧的凸部上安装有内侧永久磁铁列3。在安装于转子5的永久磁铁列2，3之间，以配置设置于定子6的电枢绕组4的方式构成。安装于转子5的永久磁铁列2，3形成如图2所示的磁极排列。换言之，就磁化于径方向的磁极，以外侧永久磁铁列2与内侧永久磁铁列3的永久磁铁的磁极为同一方向的方式构成。就在磁化于径方向的磁极之间而磁化于周方向的永久磁铁，以外侧永久磁铁列2与内侧永久磁铁列3的磁极为相反方向的方式构成。在上述电枢绕组4上，例如通过流入三相交流而使转子5旋转。

其次就作用加以说明。按照图3，本实施例构成的永久磁铁旋转电机1，为永久磁铁列2，3的磁通磁链电枢绕组4，而产生磁铁列内的磁路13。通过外侧永久磁铁列2内部的磁路，依据图3的磁力线分布时，从磁化于径方向的磁极进入，通过磁化于周方向的磁极，而再度从磁化于径方向的磁极流出。此外，通过内侧永久磁铁列3内部的磁路亦同样如此。

磁化于径方向的永久磁铁中，许多磁通因外侧永久磁铁列2与内侧永久磁铁列3为相同方向，而以磁通彼此合并的方式动作。磁化于周方向的永久磁铁的磁通则因外侧永久磁铁列2与内侧永久磁铁列3为相反的方向，因而进行磁通彼此抵消的动作。

这样，外侧永久磁铁列在磁铁内部构成的磁路长度乘上外侧永久磁铁列构成的磁路的剖面积，与内侧永久磁铁列在磁铁内部构成的磁路长度乘上内侧永久磁铁列构成的磁路的剖面积相同时，外侧与内侧永久磁铁的磁动势相同，而在磁铁间的空隙中心可获得最大磁场。

按照以上所述的至少一个实施例的使用Halbach排列的永久磁铁旋转电机，可提供以最小磁铁量而在隔开外侧与内侧永久磁铁列的空隙获得更大磁场分布的永久磁铁旋转电机。因而可通过磁链于电枢绕组4而获得大的转矩。

就第二种实施例参照附图详细作以说明。图4为说明第二种实施例的构成的剖面图（轴方向）。另外，就与图1至图3取相同构成的部件，标记相同附图标记而省略说明。

本实施例是在Halbach排列于转子5的大致圆筒形状的永久磁铁列2，3中，使形成外侧永久磁铁列2的1个磁铁的周方向长度与径方向长度大致一致。

这样构成的永久磁铁旋转电机，通过外侧永久磁铁列2而产生的磁场，在隔开永久磁铁列2，3的空隙中心，以分布成正弦波状的方式作用。换言之，使形成外侧永久磁铁列2的1个磁铁的周方向长度与径方向长度大致一致时，磁铁间的空隙中心的磁通密度分布可获得正弦波。

按照以上所述的至少一个实施例的使用Halbach排列的永久磁铁旋转电机，可通过正弦波状的磁场分布抑制转矩的脉动。

就第三种实施例参照附图详细作以说明。图5为说明第三种实施例的构成的剖面图（轴方向）。图6为说明第三种实施例的原理的磁铁内磁路。图7为说明第三种实施例的原理的磁铁列磁性回路。另外，就与图1至图4取相同构成的部件，标记相同附图标记而省略说明。

本实施例将隔开外侧永久磁铁列2与内侧永久磁铁列3的空隙的宽度，形成外侧永久磁铁列2的径方向的长度的1/2以下。

通过将隔开Halbach排列于转子5的大致圆筒形状的永久磁铁列2，3的空隙宽度，形成外侧永久磁铁列2的径方向长度的1/2，可使空隙中产生的最大磁通密度产生永久磁铁列2，3采用的永久磁铁材料的剩余磁通密度的85%以上。

其根据使用图6及图7作以说明。图6为切下永久磁铁列2，3的一部分，而近似直线状。图6中的磁路13的回路方程式，若将磁铁的一边长度设为lm，将隔开磁铁间的空隙宽度设为lg，空气中的磁阻为Rg，磁铁中的磁阻为Rm，磁铁的磁动势为Hmlm，磁通为f时，可以下式表示。

【数学式1】

$(\frac{R_m}{2}\mathrm{\φ}+\frac{H_m{l}_m}{2})+H_m{l}_n+2R_m\mathrm{\φ}+(\frac{R_m}{2}\mathrm{\φ}+\frac{H_m{l}_m}{2})+R_g\mathrm{\φ}+$

$(\frac{R_m}{2}\mathrm{\φ}+\frac{H_m{l}_m}{2})+H_m{l}_n+2R_m\mathrm{\φ}+(\frac{R_m}{2}\mathrm{\φ}+\frac{H_m{l}_m}{2})+R_g\mathrm{\φ}=0$

上述式因磁通f而变化时，成为

【数学式2】

$\mathrm{\φ}=\frac{6H_m{l}_m}{6R_m+{2R}_g}$

设磁路的剖面积为S时，由于磁铁的磁阻表示为Rm=lm/m₀S，空隙的磁阻表示为Rg=lg/m₀S，因此代入式时则为

【数学式3】

$\mathrm{\φ}=\frac{{\mathrm{\μ}}_{0}6H_m{l}_{m}S}{6l_m+2l_g}$

由于空隙中的磁通密度B为B=f/S，因此成为

【数学式4】

$B=\frac{\mathrm{\φ}}{S}=\frac{{\mathrm{\μ}}_{0}6H_m{l}_m}{6l_m+2l_g}$

该式中，可缩小磁铁间空隙长lg，亦可增大间隙中的磁通密度。例如lg=lm/2时，数学式4表示为

【数学式5】

$B=\frac{{\mathrm{\μ}}_{0}6H_m{l}_m}{6l_m+2l_g}=\frac{{\mathrm{\μ}}_0{6H}_m{l}_m}{7l_m}=\frac{6}{7}{\mathrm{\μ}}_0{H}_m$

即为，空隙的磁通密度成为磁铁剩余磁通密度m₀Hm的6/7=85%。

换言之，将磁铁间的空隙宽度设为形成外侧永久磁铁列的径方向剖面的大致正方形的一边长度的1/2以下时，可在空隙中心产生永久磁铁的剩余磁数密度为85%以上的磁通密度。

按照以上所述的至少一个实施例的使用Halbach排列的永久磁铁旋转电机，在规定磁铁量时，可获得产生更大磁通密度的构成。

就第四种实施例参照附图详细作以说明。图8为说明第四种实施例的构成的剖面图（轴方向）。另外，就与图1至图7取相同构成的部件，标记相同附图标记而省略说明。

本实施例将永久磁铁列2，3的周方向剖面设有凹形状的沟，并在转子13上设有配合永久磁铁的沟形状的肋条。

形成这样的构成时，使用设于永久磁铁列2，3的沟与设于转子14的肋条，具有固定永久磁铁列2，3的作用。

按照以上所述的至少一个实施例的使用Halbach排列的永久磁铁旋转电机，可稳固地固定永久磁铁列2，3。再者，贴合磁铁时，可轻易地实施定位，可减少制造成本。再者，通过在永久磁铁的径方向面上设沟，可防止磁性特性降低。

就第五种实施例参照附图详细作以说明。图9为说明第五种实施形态的构成的剖面图（轴方向）。另外，就与图1至图8取相同构成的部件，标记相同附图标记而省略说明。

本实施例是将设于永久磁铁列2，3的沟的形状，及对应于其设于转子15的肋条形状形成大致直角三角形状。

形成这样的构成时，使用设于永久磁铁列2，3的沟与设于转子14的肋条，具有固定永久磁铁列2，3的作用。

按照以上所述的至少一个实施例的使用Halbach排列的永久磁铁旋转电机，可稳固地固定永久磁铁列2，3。再者，贴合磁铁时，可轻易地实施定位，可减少制造成本。再者，通过固定部分的面积比第四种实施例少，更可防止磁性特性降低。

本实用新型在上文中虽已以较佳实施例揭露，然而本领域技术人员应理解的是，该实施例仅用于描绘本实用新型，而不应解读为限制本实用新型的范围。应注意的是，凡是与该实施例等效的变化与置换，均应视为涵盖于本实用新型的范畴内。因此，本实用新型的保护范围当以权利要求书所限定的内容为准。

Claims (7)

1.一种永久磁铁旋转电机，其特征在于，包含：

定子，其成为旋转体的底座；

转子，其可对该定子旋转而支撑；

两列永久磁铁列，其从该转子的旋转中心部分向周方向海尔贝克排列；及

电枢绕组，其以位于该两列永久磁铁列之间的方式设于该定子；

该两列永久磁铁列的外侧永久磁铁的磁极方向与该两列永久磁铁列的内侧永久磁铁的磁极方向，在径方向上的磁极方向朝向同一方向，在周方向上的磁极方向朝向相反方向；

该外侧永久磁铁列在磁铁内部构成的磁路长度乘上该外侧永久磁铁列构成的磁路剖面积，与该内侧永久磁铁列在磁铁内部构成的磁路长度乘上该内侧永久磁铁列构成的磁路剖面积相同。

2.如权利要求1所述的永久磁铁旋转电机，其特征在于，该外侧永久磁铁列的周方向长度与径方向长度一致。

3.如权利要求1或2所述的永久磁铁旋转电机，其特征在于，隔开该外侧永久磁铁列与该内侧永久磁铁列的空隙宽度，为构成该外侧永久磁铁列的径方向剖面的一边长度的1/2以下。

4.如权利要求1或2所述的永久磁铁旋转电机，其特征在于，该外侧永久磁铁列的周方向剖面与该内侧永久磁铁列的周方向剖面具有凹形状，在固定该永久磁铁列的转子的框架上具有凸形状的肋条，永久磁铁列的凹部通过转子框架的凸部而固定。

5.如权利要求3所述的永久磁铁旋转电机，其特征在于，该外侧永久磁铁列的周方向剖面与该内侧永久磁铁列的周方向剖面具有凹形状，在固定该永久磁铁列的转子的框架上具有凸形状的肋条，永久磁铁列的凹部通过转子框架的凸部而固定。

6.如权利要求4所述的永久磁铁旋转电机，其特征在于，设于该转子框架的肋条形状是直角等边三角形，且对应于其永久磁铁列的凹部形成同样形状。

7.如权利要求5所述的永久磁铁旋转电机，其特征在于，设于该转子框架的肋条形状是直角等边三角形，且对应于其永久磁铁列的凹部形成同样形状。

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