CN208078846U - 一种变流变速无刷无换向永磁直流电动机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种变流变速无刷无换向永磁直流电动机，属于直流电机领域，以解决现有电机调速特性不佳，耗电量大，制造成本高昂的问题。一种变流变速无刷无换向永磁直流电动机，包括机座、永磁内转子、永磁外转子、线圈内定子、线圈外定子，所述线圈内定子内设有转子轴，转子轴的右端设有转子轴支座轴承和同极性的永磁磁悬浮内套及永磁磁悬浮外套，永磁磁悬浮内套套装在与永磁磁悬浮外套之中，线圈内定子的两端外径口里紧固套装有线圈内定子永磁磁悬浮内套，永磁内转子的两端内径口里紧固套装有同极性的线圈内定子永磁磁悬浮外套。本实用新型定子线圈无铁芯、无铁损、转矩响应快、永磁能利用率高、耗电量小，通过变流就可变速，并且可以超高速运转。
Description
技术领域
本实用新型属于直流电机领域，具体涉及一种变流变速无刷无换向永磁直流电动机。
背景技术
直流电动机根据磁场结构分径向磁场和轴向磁场，励磁方式分永磁励磁和绕组铁芯励磁，它们有一个共同点，由于受尺寸等结构性限制，永磁材料的永磁能利用率低。如电动汽车直流永磁同步驱动电机，它弱磁困难，调速特性不佳，低速效率较低，超高速运转困难，电机驱动控制系统复杂，还得对电流进行换向，耗电量大，制造成本高昂。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种变流变速无刷无换向永磁直流电动机，以解决现有电机调速特性不佳，耗电量大，制造成本高昂的问题。
本实用新型采用的技术方案是：一种变流变速无刷无换向永磁直流电动机，包括机座、永磁内转子、永磁外转子、线圈内定子、线圈外定子，所述线圈内定子设置在永磁内转子的内腔中，永磁内转子设置在线圈外定子的内腔中，线圈外定子设置在永磁外转子的内腔中，永磁外转子设置在机座的内腔中，所述线圈内定子内设有转子轴，转子轴的右端设有转子轴支座轴承和同极性的永磁磁悬浮内套及永磁磁悬浮外套，永磁磁悬浮内套套装在与永磁磁悬浮外套之中，线圈内定子的两端外径口里紧固套装有线圈内定子永磁磁悬浮内套，永磁内转子的两端内径口里紧固套装有同极性的线圈内定子永磁磁悬浮外套，线圈内定子永磁磁悬浮内套位于线圈内定子永磁磁悬浮外套中。
做为本实用新型的进一步改进，线圈内定子两端内径口紧固套装有左定子法兰盘和右定子法兰盘，左定子法兰盘和右定子法兰盘内径圆里外都有轴向突出端口，转子轴的两端分别套装有法兰盘轴承，在线圈内定子和永磁内转子的两端口分别紧固套装有线圈内定子轴承。
做为本实用新型的进一步改进，所述线圈内定子的两端分别设有线圈内定子轴承卡槽。
做为本实用新型的进一步改进，转子轴与线圈内定子的内腔中心保持10毫米圆周间隙，转子轴与线圈内定子保持5毫米圆周间隙。
做为本实用新型的进一步改进，所述右定子法兰盘的右端外侧转子轴上套装有永磁外转子法兰盘，永磁外转子的一端套装在永磁外转子轴承的内径口里，另一端紧固安装在永磁外转子法兰盘上；永磁外转子轴承紧固在机座左端的内径口处。
做为本实用新型的进一步改进，所述永磁内转子和永磁外转子都是由同心圆的铁磁性材料制成的圆钢桶，内转子外径套装永磁桶、外转子内径套装永磁桶构成，永磁内转子充磁为S极或N极、永磁外转子侧充磁为N极或S极。
线圈内定子的漆包铜导线通电后，电流从线圈内定子的右端进入，从左端出来进入线圈外定子的左端，然后从线圈外定子的右端出来再回到内线圈定子的右端，依次环绕流动，所以处在磁场中的线圈导线的电流都是同一方向，又因为永磁内转子与永磁外转子磁场是单一的S极吸引N极或N极吸引S极的磁场，线圈外定子的各个铜导线受到的磁力矩方向相同，所以转子旋转时，不需要换向，又因为线圈固定不动，所以也不需要电刷。
一种变流变速无刷无换向永磁直流电动机可做为直流发电机使用。
本实用新型有益效果是：与现有直流电动机相比，定子线圈无铁芯、无铁损、转矩响应快、永磁能利用率高、耗电量小，通过变流就可变速，并且可以超高速运转，无电刷，无换向系统，改变了永磁直流电动机电流换向的历史，是一种新型高效节能直流电动机，根据要求可制造出大功率超高速直流电动机或发电机，适合电动汽车、工矿企业等需要动力或发电的领域。
附图说明
图1本实用新型的结构示意图；
图2本实用新型的中定子和转子及机座分解示意图；
图3是本实用新型法兰盘、永磁磁悬浮套及支座的分解示意图；
图4是本实用新型前半段的装配图；
图5是本实用新型后半段的装配图；
图6是线圈内、外定子绕组示意图。
图中：1A-左定子法兰盘，1B-左定子法兰盘螺栓孔，2-线圈内定子轴承，3A-线圈内定子永磁磁悬浮内套，3B-线圈内定子永磁磁悬浮外套，4A-线圈内定子导电板紧固螺栓孔，4B-线圈外定子导电板紧固螺栓孔,5-线圈内定子，6-转子轴，7-永磁内转子，8-线圈外定子，9-永磁外转子轴承，10-永磁外转子，11A-右定子法兰盘，11B-右定子法兰盘螺栓孔，12A-永磁外转子法兰盘，12B-永磁外转子法兰盘螺栓孔，13-永磁转子法兰盘键，14A-永磁磁悬浮外套，14B-永磁磁悬浮内套，15A-转子轴支座轴承，15B-转子轴支座轴承座，16-永磁转子法兰盘键槽，17Ａ-转子轴支座，17Ｂ-转子轴支座螺栓孔，18-导电板，19-法兰盘轴承，20-机座，21-左定子法兰盘与机座紧固螺栓孔，22-左法兰盘与线圈外定子紧固螺栓孔，23-线圈内定子轴承卡簧，24-转子轴键槽，25-线圈内定子轴承卡槽，26-紧固螺栓，27-左定子法兰盘与机座螺栓孔，28-轴承端盖，29-电源接线孔。
具体实施方式
现结合附图和对本实用新型做进一步详细说明。
本实施方式采用的是线圈固定，永磁场旋转的方式。
如图所示，一种变流变速无刷无换向永磁直流电动机，包括机座20、永磁内转子7、永磁外转子10、线圈内定子5、线圈外定子8，线圈内定子5设置在永磁内转子7的内腔中，永磁内转子7设置在线圈外定子8的内腔中，线圈外定子8设置在永磁外转子10的内腔中，永磁外转子10设置在机座20的内腔中，线圈内定子5内设有转子轴6，转子轴6的右端设有转子轴支座轴承15A和同极性的永磁磁悬浮内套14B及永磁磁悬浮外套14A，永磁磁悬浮内套14B套装在与永磁磁悬浮外套14A之中，线圈内定子5的两端外径口里紧固套装有线圈内定子永磁磁悬浮内套3A，永磁内转子7的两端内径口里紧固套装有同极性的线圈内定子永磁磁悬浮外套3B，线圈内定子永磁磁悬浮内套3A位于线圈内定子永磁磁悬浮外套3B中。
线圈内定子5两端内径口紧固套装有左定子法兰盘1A和右定子法兰盘11A，左定子法兰盘1A和右定子法兰盘11A内径圆里外都有轴向突出端口，转子轴6的两端分别套装有法兰盘轴承19，在线圈内定子5和永磁内转子7的两端口分别紧固套装有线圈内定子轴承2。线圈内定子5的两端分别设有线圈内定子轴承卡槽25。
右定子法兰盘11A的右端外侧转子轴6上套装有永磁外转子法兰盘12A，永磁外转子10的一端套装在永磁外转子轴承9的内径口里，另一端紧固安装在永磁外转子法兰盘12A上；永磁外转子轴承9紧固在机座20左端的内径口处。
关于法兰盘的设置如下：左定子法兰盘1A的中心设有左定子法兰盘螺栓孔1B，左定子法兰盘1A的边沿设有左定子法兰盘与机座螺栓孔27，线圈外定子8的外沿设有线圈外定子导电板紧固螺栓孔4B和左法兰盘与线圈外定子紧固螺栓孔22；左定子法兰盘1A的右侧紧固套装在线圈内定子5左端的内径口里，左定子法兰盘1A用紧固螺栓26经左定子法兰盘螺栓孔1B与左法兰盘与线圈外定子紧固螺栓孔22紧固。紧固螺栓26经左定子法兰盘螺栓孔27与左定子法兰盘1A与机座20上的机座紧固螺栓孔21紧固在一起，将左定子法兰盘1A紧固安装在机座20上。
右定子法兰盘11A的中心设有右定子法兰盘螺栓孔11B，右定子法兰盘11A的左侧紧固套装在线圈内定子5右端的内径口。将右定子法兰盘11A经右定子法兰盘螺栓孔11B到外线圈定子8右端的紧固螺栓孔将两者紧固在一起。线圈外定子8一端紧固在左定子法兰盘1A上，使其线圈内、外定子固定不动，另一端紧固安装在右定子法兰盘11A上，该法兰盘起支撑作用。
转子轴6的右端部设置在转子轴支座17Ａ上，转子轴6无接触穿过线圈内定子5。
左定子法兰盘1A和右定子法兰盘11A外侧轴向突出端口的内径口里分别设置安装有法兰盘轴承19。
永磁外转子法兰盘12A上设有永磁外转子法兰盘螺栓孔12B和永磁转子法兰盘键槽16；转子轴6设置在法兰盘轴承19、永磁外转子法兰盘12A、永磁磁悬浮内套14B、转子轴支座轴承15A之中。永磁外转子法兰盘12A与永磁外转子10由螺栓经永磁外转子法兰盘螺栓孔12B将两者紧固，永磁外转子法兰盘12A由永磁转子法兰盘键13紧固嵌入转子轴键槽23与永磁转子法兰盘键槽16之间。
图5所示，将线圈内定子和线圈外定子的每路导线中的漆包铜线连接成一内一外一根的内、外绕组线圈串联电路，根据功率需要线圈可制成N匝，N组。
永磁内转子7和永磁外转子10都是由同心圆的铁磁性材料制成的圆钢桶，内转子外径套装永磁桶、外转子内径套装永磁桶构成，永磁内转子充磁为S极或N极、永磁外转子侧充磁为N极或S极。
线圈内定子5和线圈外定子8的每路漆包铜导线都是一内、一外一根联接成的内、外绕组线圈串联回路电路。线圈内、外定子为单匝，铜制螺栓经线圈内定子导电板紧固螺栓孔4A、线圈外定子导电板紧固螺栓孔4B,用导电板18将线圈内、外定子一内一外一根连接成串联电路，此适用于低电压大电流。如线圈采用多匝，适用于高电压小电流。
永磁外转子是由轴向同心圆钢桶内腔套装永磁材料制成的圆桶构成，充磁后内腔形成单一的S极或N极。永磁内转子是由轴向同心圆的钢桶外径套装永磁材料制成的圆桶构成，充磁后外径形成单一的N极或S极，两个转子为相互吸引的磁场，在受到通电导线电磁力矩时，它们一起转动。线圈内定子内径是由同心圆的圆钢桶制成，中间是由同心圆的楔形铜导条经过绝缘处理拼制而成，外径是由同心圆的两个半圆钢桶制成，线圈外定子是由N根漆包铜线制成的互相绝缘的长直铜导线与无导磁性、无导电性、耐高温的高分子复合材料（或其它材料）制成的轴向同心圆的鼠笼式圆桶。
本实用新型装配过程如下：线圈内定子5设置在永磁内转子7内腔中，线圈内定子5两端外径口安装线圈内定子轴承2，并由线圈内定子轴承卡簧23卡入线圈内定子轴承卡槽25将其卡定，永磁内转子7两端内径口套装在该轴承上，永磁内转子7设置在线圈外定子8的内腔中，线圈外定子8设置在永磁外转子10的内腔中，永磁外转子轴承9紧固安装在机座20左端内径口，永磁外转子10设置在机座20的内腔中，永磁外转子10的左端套装在永磁外转子轴承9的内径口。图5所示；将线圈内定子5和线圈外定子8的每路漆包铜导线一内、一外一根由导电板18经内、外定子螺栓孔4A、4B连接串联成一组内、外绕组线圈的串联回路电路。
转子轴6的左端套装法兰盘轴承19，并在该轴承上套装左线圈定子法兰盘1A，紧固螺栓26经该法兰盘与外线圈定子螺栓孔1B 至线圈外定子与法兰盘紧固螺栓孔22紧固，紧固螺栓26经法兰盘与线圈外定子螺栓孔27至左定子法兰盘与机座紧固螺栓孔21将其紧固在机座20上。
转子轴6右端套装法兰盘轴承19，右定子法兰盘11A右侧内径口套装该轴承并用卡簧卡定，左侧外径口端紧固套装在内线圈定子5的右端内径口里，用紧固螺栓26通过线圈内定子法兰盘螺栓孔11B至线圈外定子8的右侧线圈外定子与法兰盘紧固螺栓孔22将线圈外定子8和右定子法兰盘11A紧固安装在一起。
永磁外转子法兰盘12A套装在右定子法兰盘11A的右侧，永磁外转子法兰盘键13紧固嵌入转子轴键槽24和永磁外转子法兰盘键槽16中，紧固螺栓26经该盘上的永磁外转子螺栓孔12B至永磁外转子10右端紧固螺栓孔将永磁外转子10与永磁外转子法兰盘12A紧固安装在一起，永磁磁悬浮外套14A与转子轴支座轴承15A紧固套装在转子轴支座17A上的转子轴支座轴承座15B内，转子轴右端紧固套装同极性的永磁磁悬浮内套14B，并套装在转子轴支座轴承15A与永磁磁悬浮外套14A之中。
转子轴支座17A与机座20右端由紧固螺栓26经转子轴支座螺栓孔17B与机座右端紧固螺栓孔将其紧固在一起，最后盖上轴承端盖28，将电源正、负极从电源接线孔29引入电机内。
在制做成微小功率永磁直流电机应用中，外转子为永磁转子时，永磁内转子也可用高导磁材料制成的的转子，永磁内转子为永磁材料制成时，永磁外转子也可用高导磁材料制成的转子。
本实施方式中转子轴6与线圈内定子5的内腔中心保持10毫米圆周间隙，转子轴6与线圈内定子5保持5毫米圆周间隙。
实施例
本实用新型是根据通电导线在磁场中会受到力的作用而设计的，以本实用新型线圈内、外定子单匝技术参数为列；线圈外定子（8）两口端径向直径为400mm，其圆周长为1256mm，以19mm一根可轴向布置66根，导线在磁场中有效轴向长度1000mm，线径为70mm2，线圈内定子（5）的楔形铜导条线径为70 mm2，其只起导通电流作用，为降低电阻损耗，可增大其线径，导电板（18）线径70 mm2，长度为100mm，永磁内、外转子的磁感强度为0·3特斯拉。以串联电路计算电流通过线圈内、外定子及导电板的导线总长度为145·2米，其电阻为0·0363欧姆（20℃时），如通过200安电流那么电压为7·26V，那么电功率为1452W。处在永磁内、外转子磁场中的线圈外定子（8）的每匝导线受到的磁场力为；1米×200安×0·3特=60牛，66匝×60牛/匝=3960牛，那么转子轴（6）的扭矩为3960牛×0·2米=792牛·米。
总结以上所述，本实用新型充分利用了永磁能，耗电量小，其只有导线的电阻损耗，在电功率不变时，永磁内、外转子的磁感强度增大一倍时，转子轴的扭矩就增大一倍，因无刷、无换向，变流变速响应快，可超高速运转。在实际应用中，抗堵转能力强，导线在额定电流下，转子转速下降或停止也不会发热烧毁电机。
Claims (6)
1.一种变流变速无刷无换向永磁直流电动机，包括机座、永磁内转子、永磁外转子、线圈内定子、线圈外定子，所述线圈内定子设置在永磁内转子的内腔中，永磁内转子设置在线圈外定子的内腔中，线圈外定子设置在永磁外转子的内腔中，永磁外转子设置在机座的内腔中，其特征在于：所述线圈内定子（5）内设有转子轴（6），转子轴（6）的右端设有转子轴支座轴承（15A）和同极性的永磁磁悬浮内套（14B）及永磁磁悬浮外套（14A），永磁磁悬浮内套（14B）套装在与永磁磁悬浮外套（14A）之中，线圈内定子（5）的两端外径口里紧固套装有线圈内定子永磁磁悬浮内套（3A），永磁内转子（7）的两端内径口里紧固套装有同极性的线圈内定子永磁磁悬浮外套（3B），线圈内定子永磁磁悬浮内套（3A）位于线圈内定子永磁磁悬浮外套（3B）中。
2.根据权利要求1所述的一种变流变速无刷无换向永磁直流电动机，其特征在于：线圈内定子（5）两端内径口紧固套装有左定子法兰盘（1A）和右定子法兰盘（11A），左定子法兰盘（1A）和右定子法兰盘（11A）内径圆里外都有轴向突出端口，转子轴（6）的两端分别套装有法兰盘轴承(19），在线圈内定子（5）和永磁内转子（7）的两端口分别紧固套装有线圈内定子轴承（2）。
3.根据权利要求2所述的一种变流变速无刷无换向永磁直流电动机，其特征在于：所述线圈内定子(5)的两端分别设有线圈内定子轴承卡槽(25)。
4.根据权利要求3所述的一种变流变速无刷无换向永磁直流电动机，其特征在于：转子轴（6）与线圈内定子（5）的内腔中心保持10毫米圆周间隙，转子轴（6）与线圈内定子（5）保持5毫米圆周间隙。
5.根据权利要求2-4中任何一项所述的一种变流变速无刷无换向永磁直流电动机，其特征在于：所述右定子法兰盘（11A）的右端外侧转子轴(6)上套装有永磁外转子法兰盘（12A），永磁外转子（10）的一端套装在永磁外转子轴承（9）的内径口里，另一端紧固安装在永磁外转子法兰盘（12A）上；永磁外转子轴承（9）紧固在机座（20）左端的内径口处。
6.根据权利要求5所述的一种变流变速无刷无换向永磁直流电动机，其特征在于：所述永磁内转子（7）和永磁外转子（10）都是由同心圆的铁磁性材料制成的圆钢桶，内转子外径套装永磁桶、外转子内径套装永磁桶构成，永磁内转子充磁为S极或N极、永磁外转子侧充磁为N极或S极。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN108288898A (zh) * | 2018-04-08 | 2018-07-17 | 甘肃永动电子科技发展有限公司 | 一种变流变速无刷无换向永磁直流电动机 |
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2018
- 2018-04-08 CN CN201820487354.7U patent/CN208078846U/zh not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108288898A (zh) * | 2018-04-08 | 2018-07-17 | 甘肃永动电子科技发展有限公司 | 一种变流变速无刷无换向永磁直流电动机 |
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