CN213817536U - 一种轴向磁场永磁直流电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种轴向磁场永磁直流电机，属于电机领域，包括一个或多个转子和定子、转轴、机壳、换向器以及电刷。转子和定子分别设置在机壳内，转子和转轴连接，转轴和换向器之间设置有传动装置，直流电通过换向器整流为定子线圈所需的交流电。本实用新型提供的一种轴向磁场永磁直流电机不仅结构紧凑，而且功率密度和转矩密度高，具有制造成本低的特点。这种电机可用于电力驱动设备，也可用于发电设备，应用广泛。

Description

一种轴向磁场永磁直流电机

技术领域

本实用新型涉及电机领域，具体而言，是一种轴向磁场永磁直流电机。

背景技术

轴向磁场电机区别于径向磁场电机，具有铁耗和铜耗低、功率密度和转矩密度高的优点，因其造价高工艺要求高等特点，未能得到广泛应用。随着电机对功率密度的要求不断提升，而且要求生产成本低，寻找高效电机及其相关技术，已成为本领域的发展方向。

发明内容

本实用新型提供了一种轴向磁场永磁直流电机，能有效改善上述问题。

本实用新型是这样实现的：

一种轴向磁场永磁直流电机，包括至少一个定子和至少一个转子，还包括转轴、机壳、换向器以及电刷，所述定子和所述转子在所述机壳内。

进一步地，所述定子固定在所述机壳内，所述定子包括线圈和铁芯，所述线圈和所述铁芯组合形成定子绕组，所述定子绕组数量为偶数个，所述定子绕组之间串联或并联且通电时N、S极沿轴向交替分布。

进一步地，所述转子与所述转轴连接，所述转子上设置有与所述定子绕组一一对应的永磁体，所述永磁体和所述定子绕组之间设置有气隙，所述气隙两端的定子绕组极数和转子永磁体极数相同。

进一步地，所述机壳与所述转轴之间设置有轴承，所述转轴的一端设置有主动轮，所述换向器的一端设置有从动轮，所述主动轮与所述从动轮连接，所述主动轮和所述从动轮可以是齿轮、链轮、皮带轮或同步轮等，所述主动轮与所述从动轮的传动比为转子永磁体极对数的倒数，（如转子永磁体极数是10极时，则极对数是5，相应的主动轮与从动轮的传动比为1/5，即转子转1圈换向器转5圈）。

进一步地，所述电刷包括电源电刷和线圈电刷；所述换向器包括两片换向片和两个金属环，所述换向片和换向片之间设置有绝缘层，所述换向片与所述金属环分别连接。所述电源电刷与所述金属环连接，所述线圈电刷的一端与所述换向片连接，另一端与所述定子绕组连接。

进一步地，所述转子或所述定子是多个时，所述转子和所述定子依次沿轴向交替分布。

这种轴向磁场永磁直流电机在工作时，电源电刷的正负极分别与金属环接触，换向片之间有绝缘层，金属环分别与换向片连接形成两个导电体。电流通过换向器给定子绕组通电，使得定子绕组产生磁场与转子永磁体相互作用，转子受到磁力旋转的同时也带动主动轮进行同步旋转，主动轮驱动从动轮使得换向器旋转。当转子永磁体旋转和定子绕组轴向重合时，此时线圈电刷与换向器的绝缘层接触使得定子绕组不通电，转子不受磁力；由于惯性作用，转子继续以原来的方向旋转，当转子永磁体和定子绕组轴向不重合时，线圈电刷与换向器的换向片接触，这时定子绕组通电产生磁场，使得转子永磁体前受到吸力后受到斥力作用（“前”和“后”相对于转子旋转方向而言），这样有利于提高电机的转矩密度和功率密度，如此循环使得转轴持续输出动力。

本实用新型提供的一种轴向磁场永磁直流电机的有益效果是：这种电机效率高，没有复杂的控制系统，制造成本低；和传统的轴向磁场电机相比，转矩密度和功率密度进一步提升，可应用于各种电力驱动设备上，其结构也可应用于直流发电设备。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种轴向磁场永磁直流电机的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种轴向磁场永磁直流电机的转子结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种轴向磁场永磁直流电机的定子结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种轴向磁场永磁直流电机的换向器结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种轴向磁场永磁直流电机的换向片和金属环结构示意图（1）；

图6为本实用新型实施例提供的一种轴向磁场永磁直流电机的换向片和金属环结构示意图（2）；

图7为本实用新型实施例提供的一种轴向磁场永磁直流电机的多个定子转子结构示意图。

图中标记分别为：

01-转子；02-定子；03-转轴；04-永磁体；05-线圈；06-铁芯；07-机壳；08-轴承；09-换向器；10-主动轮；11-从动轮；12-金属环；13-换向片；14-绝缘层；15-电源电刷；16-线圈电刷；17-气隙；18-定子绕组。

具体实施方式

为了使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完善地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型的保护范围。

实施例

请参阅图1，本实施例提供了一种轴向磁场永磁直流电机，这种电机包括定子02和转子01，还包括转轴03、机壳07、换向器09以及电刷，电刷包括电源电刷15和线圈电刷16，定子02和转子01在机壳07内。

进一步地，请参阅图3，定子02固定在机壳07内，定子02包括线圈05和铁芯06，铁芯06由高导磁率的硅钢片叠加而成，线圈05和铁芯06组合形成定子绕组18，定子绕组18数量为偶数个，各个定子绕组18之间采用串联或者并联的方式连接，定子绕组18通电时N、S极沿轴向交替分布。

进一步地，请参阅图1和图2，转子01和转轴03连接，转子01上设置有与定子绕组18一一对应的永磁体04，永磁体04N、S极沿轴向均匀地交替分布，定子绕组18和永磁体04之间设置有气隙17，气隙17两端的定子绕组18极数和转子永磁体04极数相同。

进一步地，机壳07与转轴03之间设置有轴承08，转轴03的一端设置有主动轮10，换向器09的一端设置有从动轮11，主动轮10与从动轮11连接。其中，主动轮10和从动轮11可以是齿轮、链轮、皮带轮、同步轮等，主动轮10与从动轮11的传动比为转子永磁体04极对数的倒数。比如转子永磁体04的极数是八极时，也就是极对数为四，则相应的主动轮10与从动轮11的传动比为四分之一，即转子01转一圈换向器09转四圈，这样通入的直流电才能满足定子绕组18正常工作所需的交流电。

进一步地，请参阅图4、图5和图6，换向器09包括两片换向片13和两个金属环12，换向片13之间设置有绝缘层14，两个换向片13和两个金属环12分别连接形成两个导电体。电源电刷15与金属环12接触，线圈电刷16的一端与换向片13接触，另一端与定子绕组18连接。

请参阅图7，转子01或定子02数量在两个或两个以上时，转子01和定子02依次沿轴向交替分布，这样的效果则是功率更高、转矩更大。

这种轴向磁场永磁直流电机在工作时，电源电刷15的正负极分别与金属环12接触，电流通过换向器09给定子绕组18通电，使定子绕组18产生磁场通过气隙17与转子永磁体04相互作用，永磁体04受到磁力带动转子01旋转，转子01旋转的同时也带动主动轮10进行同步旋转，主动轮10驱动从动轮11使得换向器09旋转。当转子永磁体04旋转和定子绕组18轴向重合时，此时线圈电刷16与换向器09的绝缘层14接触使得定子绕组18不通电，转子永磁体04不受磁力；由于惯性作用，转子01继续以原来的方向旋转，当转子永磁体04和定子绕组18轴向不重合时，线圈电刷16与换向器09的换向片13接触，这时定子绕组18通电产生磁场，使得转子永磁体04前受到吸力后受到斥力作用（“前”和“后”相对于转子旋转方向而言），这样有利于提高电机的转矩密度和功率密度，如此循环使得转轴03持续输出动力。

在本实用新型的描述中，需要理解的是：

在附图中元件的数目并不是指示或暗示所指的设备里必须是这个数目，实际使用时，元件数目也可以是其它数目，因此不能理解为对本实用新型的限制。“多”、“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

术语“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来讲，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种轴向磁场永磁直流电机，其特征在于，所述轴向磁场永磁直流电机包括至少一个定子和至少一个转子，还包括转轴、机壳、换向器以及电刷，所述定子和所述转子在所述机壳内；

所述定子固定在所述机壳内，所述定子包括线圈和铁芯，所述线圈和所述铁芯组合形成定子绕组，所述定子绕组数量为偶数个，所述定子绕组之间串联或并联且通电时N、S极沿轴向交替分布；

所述转子与所述转轴连接，所述转子上设置有与所述定子绕组一一对应的永磁体，所述永磁体的N、S极沿轴向均匀地交替分布，所述永磁体和所述定子绕组之间设置有气隙，所述气隙两端的所述定子绕组极数和所述永磁体极数相同。

2.根据权利要求1所述的一种轴向磁场永磁直流电机，其特征在于，所述机壳与所述转轴之间设置有轴承，所述转轴的一端设置有主动轮，所述换向器的一端设置有从动轮，所述主动轮与所述从动轮连接，所述主动轮和所述从动轮为齿轮、链轮、皮带轮或同步轮，所述主动轮与所述从动轮的传动比为所述转子上的所述永磁体极对数的倒数。

3.根据权利要求1所述的一种轴向磁场永磁直流电机，其特征在于，所述电刷包括电源电刷和线圈电刷；所述换向器包括两片换向片和两个金属环，所述两个换向片之间设置有绝缘层，所述换向片与所述金属环分别连接；所述电源电刷与所述金属环接触，所述线圈电刷的一端与所述换向器接触，另一端与所述定子绕组连接。

4.根据权利要求3所述的一种轴向磁场永磁直流电机，其特征在于，当所述永磁体磁极与所述定子绕组轴向重合时，所述线圈电刷和所述绝缘层接触；当所述永磁体磁极与所述定子绕组轴向不重合时，所述线圈电刷和所述换向片接触。

5.根据权利要求1所述的一种轴向磁场永磁直流电机，其特征在于，所述转子或所述定子是多个时，所述转子和所述定子依次沿轴向交替分布。

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