CN218976424U - 轴向磁场三相交流永磁无刷电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供轴向磁场三相交流永磁无刷电机，与普通三相交流电机不同，其电机的定子和转子构成的平面与电机轴相垂直，定子和转子产生的磁力线与电机转轴相平行，其转子装有磁力线与电机转轴平行的永磁体，无需驱动器就可以直接在三相交流电源上使用，也可以经交流变频器进行速度调节，相对于径向磁场电机在同样规格情况下提高了电机效率和功率以及转矩，并且在每次驱动时都对含有永磁体的磁性转子的全部南北极都进行驱动，实现了高的电能驱动效率和高的功率密度。在日常工业动力应用上实现了节能减排，具有取代现在广泛使用的三相交流电机的应用前景和非常重大的意义。

Description

轴向磁场三相交流永磁无刷电机

本发明公开了轴向磁场三相交流永磁无刷电机。

技术领域

本发明涉及三相交流电机技术领域。

背景技术：

轴向磁场三相交流永磁无刷电机是一种新型的电能转化为机械能产品。

三相交流电机，是工业应用中电能转化为机械能典型的主要方式，其原理为在圆筒形定子上饶有三相绕组线圈，当通过三相交流电时，产生旋转磁场，并在鼠笼式转子上感应出电流并产生出转子上的磁场，定子和转子的磁场相互作用，驱动转子旋转，输出机械能。在现有的技术中，电机的定子上在鼠笼式转子上感应出电流过程中由于定子和转子之间的不得不存在的气隙使得感应电流减小而产生损耗，并且鼠笼式转子上感应出电流并产生出转子上的磁场也将再次存在损耗，使得电机效能下降。而本发明的轴向磁场三相交流永磁无刷电机将定子上三相交流电产生的旋转磁场直接作用于具有永磁体的转子上，驱动转子旋转，提高了电能到输出机械能的转换效率，并且相对于直流无刷电机，又去掉了高成本的驱动器。在本发明的轴向磁场三相交流永磁无刷电机中，采用的是定子和转子的磁力线与圆盘形转子转轴相平行的方式，具有电机机体很薄同时又有低转速大转矩的特点，在制造方式上将改变现有电机定子和转子采用冲片后叠片的方式(该方式很浪费硅钢片材料)，使材料利用率得以提高降低了成本并满足相应场合的使用。并且轴向磁场三相交流永磁无刷电机无需驱动器就可以直接在三相交流电源上使用，大大降低了使用成本，在要求要调速的地方也可以采用变频器进行速度调节，相对于传统的三相交流电机在同样规格情况下提高了电机功率和转矩，故命名为轴向磁场三相交流永磁无刷电机。这在工业动力应用中对于节能减排，绿色低碳都具有着很重要的意义。

发明内容

在本发明的轴向磁场三相交流永磁无刷电机，采用的是定子和转子的磁力线与圆盘形转子转轴相平行的方式，其电机圆盘形定子用导磁体材料构成，可用带状硅钢片卷绕成盘状后经加工而成，亦可以用导磁性材料经压铸，烧结等方式制造而成，完全改变了传统径向电机的制造方式和节约了原材料，其上定子线圈的绕制方式按分布方式围绕五个电枢齿齿槽绕制，定子和转子产生的磁力线与电机轴相垂直，圆盘形转子上永磁体的圆形安装平面与电机转轴相垂直，永磁体的磁力线按电机轴向分布，永磁体的磁极在安装平面上以南极北极相邻方式排列安装，形成南极北极相邻的轴向磁场。轴向磁场三相交流永磁无刷电机无需驱动器就可以直接在三相交流电源上使用，也可以经变频器进行速度调节，相对于传统的三相交流电机在同样规格情况下提高了电机效率和功率，并且在每次驱动时都对含有永磁体的圆盘形转子的全部南极和北极都进行驱动，增大了转矩和驱动功率，故命名为轴向磁场三相交流永磁无刷电机。

本发明的轴向磁场三相交流永磁无刷电机也可经由可调输出频率的三相交流变频器进行转速调节，交流变频器输出的三根相线接于轴向磁场三相交流永磁无刷电机的三根相线上，改变变频器输出的三相交流电的频率从而达到调节转速的目的。

附图说明

图1是本发明的轴向磁场三相交流永磁无刷电机结构示意图。

图2是一个三相24个电枢齿定子按分布式绕制方式的圆盘形定子示意图。

图3是另一个与图2相对的三相24电枢齿定子按分布式绕制方式的圆盘形定子示意图，它位于圆盘形转子的另一边。

图4是本发明的轴向磁场三相交流永磁无刷电机的24个电枢齿圆盘形定子相对应的4磁极圆盘形转子上的磁极示意图。

图5是本发明的轴向磁场三相交流永磁无刷电机的三相定子绕组当分别由起始端到尾端通电时各个电枢齿上的磁性图。

图6是为了便于理解而把图2分解只显示圆盘形定子上一相绕组(U相)的绕制图。

图7是U相电流为0度时三相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图8是U相电流为30度时三相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图9是U相电流为60度时三相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图10是U相电流为90度时三相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图11是U相电流为120度时三相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图12是U相电流为150度时三相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图13是U相电流为180度时三相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图14是U相电流为210度时三相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图15是U相电流为240度时三相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图16是U相电流为270度时三相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图17是U相电流为300度时三相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图18是U相电流为330度时三相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。·

具体实施方式

本发明的轴向磁场三相交流永磁无刷电机，包括圆盘形电机定子和圆盘形转子，其构成方式是采用其电机圆盘形定子平面与电机转轴相垂直，用导磁体材料构成的圆盘形定子在径向上构造有用于绕制定子绕组的电枢齿和电枢槽，电枢齿和电枢槽构成的平面也与电机转轴相垂直，电枢齿之间有用于绕制三相定子绕组的电枢槽，定子上绕组在通电驱动时产生轴向磁场，其磁力线沿电机转轴的轴向分布；圆盘形转子上有与电机转轴相垂直并且由导磁体材料构成的圆形安装平面，在圆形安装平面安装有永磁体，圆形安装平面上的永磁体也与电机转轴相垂直，圆盘形转子上永磁体的磁力线沿电机转轴的轴向分布，圆盘形转子上永磁体的各个磁极在圆形安装平面上以南极北极相邻方式排列，定子绕组通电时在其各个电枢齿上分别产生南极和北极磁极，圆盘形定子电枢齿上面向圆盘形转子的磁极和转子上面向电枢齿的永磁体的磁极按照同性磁极产生相互推开的排斥力(同为南极，同为北极都相互排斥)，异性磁极产生相互拉近的吸引力(一个为南极与另一个为北极)的方式驱动转子上每一个南极和北极永磁体，圆盘形定子上绕组的绕制方式使得在通以三相交流电时产生旋转磁场进而驱动转子旋转。定子线圈由三相交流电源供电驱动。

本发明的轴向磁场三相交流永磁无刷电机其圆盘形转子上与电机转轴相垂直并且由导磁材料构成的圆盘形安装平面上所安装的永磁体南极和北极数量与所面向的圆盘形定子的电枢槽槽数的关系是：圆盘形定子上电枢槽槽数等于所面向的圆盘形转子上永磁体的南极和北极的数量之和乘以6。具体可以在图4和图5中可以看到，以三相绕组，转子上二个南极和二个北极共4个磁极为例，数量和是4，其槽数等于4乘6为24槽；如果采用六个南极和六个北极共12个磁极，就为72槽。

本发明的轴向磁场三相交流永磁无刷电机圆盘形定子的绕组的绕制方式是按分布方式绕制并按跨过六个齿槽的五个电枢齿间绕制，并且同一相绕组的相邻二个线圈绕制方向相反，并且当不计二个线圈中心所在的电枢齿时，相邻二个线圈的中心相隔5个电枢齿，如此保持同一相绕组的相邻二个线圈绕制方向相反直到绕制完毕，对于其余二相的绕组也用同样的方式绕制，当不计绕组起点所在的电枢槽时，相邻相绕组相隔3个电枢槽放置，这在图1和图2中可以看到。各相绕组的起始端部引出去接三相交流电的相线，如图2中的U+，V+，和W+，各相绕组的尾部相连接在一起，在图2中就是将U-，V-和W-相接在一起，形成传统的星形接法(在电机领域，三角形接法和星形接法都是公知的说法)，当通以三相交流电时，各相绕组上相位不同，而圆盘形定子上三相绕组的绕制方式使得在通以三相交流电产生旋转磁场从而驱动圆盘形转子旋转。

图1展示了本发明的轴向磁场三相交流永磁无刷电机结构示意图，1是永磁体的安装平面和与电机轴7相垂直的圆盘形转子，磁力线按轴向分布，1上S和N是永磁体的南极和北极，永磁体在圆形安装平面上如图4所示磁极南极北极相邻排列。2是由导磁体材料构成的圆盘形定子，其圆盘形定子平面与电机轴相垂直。3是电机二端的端盖。4是电机轴与端盖相接的轴承。5是电机壳体。6是圆盘形定子上围绕电枢齿绕制的绕组线圈。左下边小图上是三相绕组按星形连接图，U，V和W是相线，分别接到三相交流电的A，B和C三条相线。

图2是一个三相24个电枢齿定子按分布式绕制方式的圆盘形定子2示意图，圆盘形定子在径向构造有用于绕制三相定子线圈的电枢齿和电枢槽。图中绕组上的箭头表示绕制方向，绕制方式是跨过六个齿槽的五个电枢齿间绕制，同一相绕组相邻二个线圈绕向相反，并且当不计二个线圈中心所在的电枢齿时，二个线圈的中心相隔5个电枢齿。当不计绕组起点所在的电枢槽时，相邻相的绕组相隔3个电枢槽。图中1是二个南极和二个北极的共四个磁极的圆盘形转子，2是圆盘形定子。

U相绕组由U+开始，绕组线圈从电枢齿1的左边电枢槽开始按顺时针方向绕到电枢齿J5的右边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿J3)，绕到要求圈数后从电枢齿J5的右边电枢槽转出，引到电枢齿J11的右边电枢槽，按反时针方向绕到电枢齿J7的左边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿J9，与前一个线圈的中心相隔5个电枢齿)，绕到要求圈数后从电枢齿J7的左边电枢槽转出，引到电枢齿J13的左边电枢槽，按顺时针方向绕到电枢齿J17的右边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿J15，与前一个线圈的中心相隔5个电枢齿)，绕到要求圈数后从电枢齿J17的右边电枢槽转出，引到电枢齿J23的右边电枢槽，按反时针方向绕到电枢齿J19的左边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿J21，与前一个线圈的中心也相隔5个电枢齿，同时该线圈的中心与中心在电枢齿J3的第一个线圈也相隔5个电枢齿)，绕到要求圈数后从电枢齿J19的左边电枢槽转出为端头U-。

V相绕组由V+开始，绕组线圈从电枢齿5的左边电枢槽开始按顺时针方向绕到电枢齿J9的右边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿J7)，绕到要求圈数后从电枢齿J9的右边电枢槽转出，引到电枢齿J15的右边电枢槽，按反时针方向绕到电枢齿J11的左边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿J13，与前一个线圈的中心相隔5个电枢齿)，绕到要求圈数后从电枢齿J13的左边电枢槽转出，引到电枢齿J17的左边电枢槽，按顺时针方向绕到电枢齿J21的右边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿J19，与前一个线圈的中心相隔5个电枢齿)，绕到要求圈数后从电枢齿J21的右边电枢槽转出，引到电枢齿J3的右边电枢槽，按反时针方向绕到电枢齿J23的左边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿J1，与前一个线圈的中心也相隔5个电枢齿，同时该线圈的中心与中心在电枢齿J7的第一个线圈也相隔5个电枢齿)，绕到要求圈数后从电枢齿J23的左边电枢槽转出为端头V-。

W相绕组由W+开始，绕组线圈从电枢齿9的左边电枢槽开始按顺时针方向绕到电枢齿J13的右边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿J11)，绕到要求圈数后从电枢齿J13的右边电枢槽转出，引到电枢齿J19的右边电枢槽，按反时针方向绕到电枢齿J15的左边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿J17，与前一个线圈的中心相隔5个电枢齿)，绕到要求圈数后从电枢齿J15的左边电枢槽转出，引到电枢齿J21的左边电枢槽，按顺时针方向绕到电枢齿J1的右边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿J23，与前一个线圈的中心相隔5个电枢齿)，绕到要求圈数后从电枢齿J1的右边电枢槽转出，引到电枢齿J7的右边电枢槽，按反时针方向绕到电枢齿J3的左边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿J5，与前一个线圈的中心也相隔5个电枢齿，同时该线圈的中心与中心在电枢齿J11的第一个线圈也相隔5个电枢齿)，绕到要求圈数后从电枢齿J3的左边电枢槽转出为端头W-。

U相第一个线圈的起点在电枢齿J1和J24中间的电枢槽，V相第一个线圈的起点在电枢齿J4和J5中间的电枢槽，中间相隔了电枢齿J1和J2，电枢齿J2和J3以及电枢齿J3和J4之间的3个电枢槽；W相第一个线圈的起点在电枢齿J8和J9中间的电枢槽，与V相起点在电枢齿J4和J5中间的电枢槽相比，中间相隔了电枢齿J5和J6，电枢齿J6和J7以及电枢齿J7和J8之间的3个电枢槽；由此可以看到当不计绕组起点所在的电枢槽时，其U，V和W相是相隔3个电枢槽排列。三相绕组的另一端U-，V-和W-端头相连接导通，形成星形连接。

图3是另一个与图2相对的三相24电枢齿圆盘形定子按分布式绕制方式的定子示意图，从图1可见，它位于圆盘形转子的另一边，与图3的圆盘形定子在同一通电驱动状态下产生相异的磁性，驱动圆盘形转子的另一面相异的磁性，图上箭头也表示绕制方向，为清晰起见，圆盘形转子的另一边的定子这一部分后面不再描述。

图4是安装有永磁体的圆盘形转子的平面示意图(也是图1中永磁体的安装平面1和与电机轴7相垂直的转子)，由导磁体材料构成的圆形安装平面与其中心的电机转轴相垂直，在圆形安装平面安装有永磁体，同时安装平面上的永磁体也与电机转轴相垂直，圆盘形转子上永磁体的磁力线沿电机转轴的轴向分布，圆盘形转子上永磁体的各个磁极在安装平面上以南极S北极N相邻方式排列(如图上的南极S1相邻北极N1，北极N1相邻南极S2，南极S2相邻北极N2，北极N2相邻南极S1)，圆形安装平面另外一面上的与之对应位置的磁极是磁性相反的磁极，某一位置当安装平面的这边是南极S时，其安装平面另外一面对应位置是北极N。

图5是本发明的轴向磁场三相交流永磁无刷电机的三相定子绕组U+--U-，V+--V-和W+--W-，当直流电流A+分别流入于U+，V+和W+时和电流A-流出于U-，V-和W-相时各个电枢齿上的磁性图，图上绕组上的箭头表示电流方向，J1到J24是其定子的电枢齿，US，UN，VS，VN，和WS，WN分别表示U，V和W相在各个电枢齿上产生的磁性示意图，S为南极，N是北极，如US和UN分别表示U相上产生的南极US和北极UN。

图6是为了便于理解而把图2分解只显示定子上一相绕组(U相)的绕制图，图上箭头也表示绕制方向和电流流入方向，绕制方式是跨过六个齿槽的五个电枢齿间绕制，绕组线圈从电枢齿J1的左边电枢槽开始按顺时针方向绕到电枢齿J5的右边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿J3)，绕到要求圈数后从电枢齿J5的右边电枢槽转出，引到电枢齿J11的右边电枢槽，按反时针方向绕到电枢齿J7的左边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿J9，当不计二个线圈中心所在的电枢齿J3和J9时，与前一个线圈的中心相隔5个电枢齿，也就是相隔了电枢齿J4，J5，J6，J7和J8)，绕到要求圈数后从电枢齿J7的左边电枢槽转出，引到电枢齿J13的左边电枢槽，按顺时针方向绕到电枢齿J17的右边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿J15，当不计二个线圈中心所在的电枢齿J9和J15时，与前一个线圈的中心相隔5个电枢齿，也就是相隔了电枢齿J10，J11，J12，J13和J14)，绕到要求圈数后从电枢齿J17的右边电枢槽转出，引到电枢齿J23的右边电枢槽，按反时针方向绕到电枢齿J19的左边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿J21，当不计二个线圈中心所在的电枢齿J15和J21时，与前一个线圈的中心也相隔5个电枢齿，也就是相隔了电枢齿J16，J17，J18，J19和J20；同时当不计二个线圈中心所在的电枢齿J21和J3时，该线圈的中心与中心在电枢齿J3的第一个线圈也相隔5个电枢齿，也就是相隔了电枢齿J22，J23，J24，J1和J2)，绕到要求圈数后从电枢齿J19的左边电枢槽转出。当电流A+从U+流入到U-流出A-时，图中电枢齿上US和UN分别是绕组在电枢齿产生的南极S和北极N。

上面讲解了本发明的轴向磁场三相交流永磁无刷电机的具体绕制结构，下面就轴向磁场三相交流永磁无刷电机接于三相交流电，当三相交流电流的各个相位变化时并结合图7到图18对所在定子的电枢齿上产生的磁极变化从而产生的旋转磁场以及对转子上永磁体磁场的作用力进行分析，以描述本电机的原理和作用机理。

图7到图18中，各个绕组上的箭头表示电流方向，电流由正极A+流入到负极A-流出；各图中虚线表示磁力线方向，磁力线由北极到南极，为了展示清楚三相交流电在各个相位时磁力线情况，我们有意将圆盘形转子画小一些以便于展示磁力线在这个相位时的情况。为进行理论分析，我们将定子和转子的磁极可以等效在某一点，这种方法在电动力学中作为普遍分析方法都是常常采用的。另外，为清晰起见，对于没有电流流动的相(相位在0，180度)我们在相应的图中隐去。对于各图中出现的在某一个电枢齿上出现一相绕组通电让它产生南极，而另一相绕组通电让它产生北极的情况，我们在该一个电枢齿以一个小圆圈进行标记，如图7上的电枢齿J3，J9，J15和J21，我们称之为电损(电能损失)。为在电枢齿好标明归一化磁场强度的大小，以0.9来表明0.866值。下面图7到图18中，所谓“左边”和“右边”是以电枢齿J13的中心的左边位置和右边位置来定义的，以便统一观察的方向。

由三相交流电的基础知识我们得知，三相交流电各相在相位上相差120度，这共有知识我们就不给出三相交流电的图了，如当A相为0度时B相是-120度，而C相是120度，为了便于理解我们用无刷电机常用的U，V，W符号来代表A，B，C相。

同时，下面描述的都是磁极单面的情况，圆盘形定子上的的磁极是指是朝向圆盘形转子磁极的方向，为显示清晰，定子电枢齿我们用虚线画出以突出电枢齿上的磁场变化。

圆盘形转子上的磁极是相应的面向圆盘形定子电枢齿的方向，并且用点画线表示相邻二个磁体的分界线。

下面以30度为单位来描述各个驱动时刻的定子转子磁极驱动情况(电枢齿上磁场强度大小均按归一化理论，最大值是1，电流为1时，电枢齿上磁场强度也为1，并以U相为相位基准来描述)：

0度时，如图7所示，U相为0度，其磁场强度为0；V相为-120度，其磁场强度为-0.866；W相为120度时，其磁场强度为0.866；U相无电流通过，电流由W+流入，W-流出并流入V-，经V+流出。产生如图7所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿J12，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿J18，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿J18的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿J24的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿J24的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿J6，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿J6的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿J12的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿J9，J15，J21和J3因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。

30度时，如图8所示，U相为30度，其磁场强度为0.5；V相为-90度，其磁场强度为-1；W相为150度时，其磁场强度为0.5；电流由W+和U+流入，W-和U-流出并流入V-，经V+流出。产生如图8所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿J13，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿J19，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿J19的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿J1的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿J1的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿J7，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿J7的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿J13的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿J10，J16，J22和J4因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。

60度时，如图9所示，U相为60度，其磁场强度为0.866；V相为-60度，其磁场强度为-0.866；W相为180度时，其磁场强度为0；电流由U+流入，U-流出并流入V-，经V+流出。产生如图9所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿J14，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿J20，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿J20的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿J2的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿J2的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿J8，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿J8的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿J14的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿J11，J17，J23和J5因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。

90度时，如图10所示，U相为90度，其磁场强度为1；V相为-30度，其磁场强度为-0.5；W相为210度时，其磁场强度为-0.5；电流由U+流入，U-流出并流入V-和W-，经V+和W+流出。产生如图10所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿J15，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿J21，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿J21的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿J3的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿J3的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿J9，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿J9的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿J15的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿J12，J18，J24和J6因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。

120度时，如图11所示，U相为120度，其磁场强度为0.866；V相为0度，其磁场强度为0；W相为240度时，其磁场强度为-0.866；电流由U+流入，U-流出并流入W-，经W+流出。产生如图11所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿J16，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿J22，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿J22的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿J4的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿J4的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿J10，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿J10的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿J16的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿J13，J19，J1和J7因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。

150度时，如图12所示，U相为150度，其磁场强度为0.5；V相为30度，其磁场强度为0.5；W相为270度时，其磁场强度为-1；电流由U+和V+流入，U-和V-流出并流入W-，经W+流出。产生如图12所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿J17，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿J23，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿J23的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿J5的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿J5的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿J11，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿J11的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿J17的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿J14，J20，J2和J8因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。

180度时，如图13所示，U相为180度，其磁场强度为0；V相为60度，其磁场强度为0.866；W相为300度时，其磁场强度为-0.866；电流由V+流入，V-流出并流入W-，经W+流出。产生如图13所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿J18，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿J24，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿J24的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿J6的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿J6的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿J12，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿J12的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿J18的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿J15，J21，J3和J9因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。

210度时，如图14所示，U相为210度，其磁场强度为-0.5；V相为90度，其磁场强度为1；W相为330度时，其磁场强度为-0.5；电流由V+流入，V-流出并流入W-和U-，经W+和U+流出。产生如图14所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿J19，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿J1，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿J1的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿J7的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿J7的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿J13，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿J13的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿J19的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿J16，J22，J4和J10因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。

240度时，如图15所示，U相为240度，其磁场强度为-0.866；V相为120度，其磁场强度为0.866；W相为360度时，其磁场强度为0；电流由V+流入，V-流出并流入U-，经U+流出。产生如图15所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿J20，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿J2，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿J2的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿J8的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿J8的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿J14，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿J14的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿J20的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿J17，J23，J5和J11因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。

270度时，如图16所示，U相为270度，其磁场强度为-1；V相为150度，其磁场强度为0.5；W相为30度时，其磁场强度为0.5；电流由V+和W+流入，V-和W-流出并流入U-，经U+流出。产生如图16所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿J21，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿J3，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿J3的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿J9的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿J9的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿J15，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿J15的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿J21的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿J18，J24，J6和J12因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。

300度时，如图17所示，U相为300度，其磁场强度为-0.866；V相为180度，其磁场强度为0；W相为60度时，其磁场强度为-0.866；电流由W+流入，W-流出并流入U-，经U+流出。产生如图17所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿J22，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿J4，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿J4的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿J10的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿J10的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿J16，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿J16的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿J22的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿J19，J1，J7和J13因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。

330度时，如图18所示，U相为330度，其磁场强度为-0.5；V相为210度，其磁场强度为-0.5；W相为90度时，其磁场强度为1；电流由W+流入，W-流出并流入U-和V-，经U+和V+流出。产生如图18所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿J23，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿J5，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿J5的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿J11的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿J11的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿J17，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿J17的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿J23的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿J20，J2，J8和J14因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。

经过上述三相电源的相位变化和引起的对转子上永磁体的驱动，使转子上永磁体S2的位置转到了在U相为0度时S1的位置，完成了一次电角度的驱动，后面过程就是重复这一过程，实现了电机转子的转动。从上面过程可以看到，电机转子的转动速度是由三相交流电的相位变化所产生的旋转磁场引起的，而相位变化的快慢取决于三相交流电的频率，也就是说明轴向磁场三相交流永磁无刷电机可以由三相交流变频器来对其进行转速调节。

本发明提供了轴向磁场三相交流永磁无刷电机的各相绕组的绕制方式和对各相绕组在三相交流电输入时在各个相位情况下产生的旋转磁场对安装有永磁体的电机转子进行了直接驱动，达到了提高三相交流电实现电能和机械能的转换效率，满足相应的工业应用并具有重大的意义。

对于本领域技术人员而言，显然本发明包含但不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。特别要指出的是，圆盘形转子上永磁体有许多不同的结构形状和制造方式，如圆环按需要的磁极数在平面充磁后安装和表面贴磁片等，圆盘形定子可用带状硅钢片卷绕成盘状后经加工而成，亦可以用导磁性材料经压铸，烧结等方式制造而成，只要其磁力线与电机转轴相平行而不是垂直，就应视为是相同的轴向磁场方式的电机，并且从上面图1结构可以看到，轴向磁场三相交流永磁无刷电机其定子和转子可以按定子与转子相互多个叠加组合排列以增大功率。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.轴向磁场三相交流永磁无刷电机，包括圆盘形电机定子和圆盘形转子，其特征是：轴向磁场三相交流永磁无刷电机其电机圆盘形定子平面与电机转轴相垂直，导磁体材料构成的圆盘形定子在径向上构造有用于绕制定子绕组的电枢齿和电枢槽，电枢齿构成的平面与电机转轴相垂直，电枢齿之间有用于绕制定子绕组的电枢槽，定子上绕组在通电驱动时产生轴向磁场，其磁力线沿电机转轴的轴向分布；圆盘形转子上有与电机转轴相垂直并且由导磁材料构成的圆形安装平面，在圆形安装平面安装有永磁体，同时安装平面上的永磁体也与电机转轴相垂直，永磁体的磁力线沿电机转轴的轴向分布，定子绕组通电时在其各个电枢齿上分别产生南极和北极磁极，定子电枢齿上面向转子的磁极和转子上面向电枢齿的永磁体的磁极按照同性磁极产生相互推开的排斥力，异性磁极产生相互拉近的吸引力的方式驱动转子上每一个南极和北极永磁体，圆盘形定子上绕组的绕制方式使得在通以三相交流电产生时产生旋转磁场进而驱动转子旋转，定子线圈由三相交流电源供电驱动。

2.根据权利要求1所述的轴向磁场三相交流永磁无刷电机，其特征是：圆盘形定子用导磁体材料构成，并且圆盘形定子上按径向构造有用于绕制三相定子绕组的电枢齿和电枢槽。

3.根据权利要求1所述的轴向磁场三相交流永磁无刷电机，其特征是：导磁体材料构成的圆盘形定子其电枢齿上同一相绕组的绕制方式是按分布方式绕制，绕组采用跨过六个电枢槽的五个电枢齿间绕制，同一相绕组相邻二个线圈绕向相反，并且当不计二个线圈中心所在的电枢齿时，相邻二个线圈的中心相隔5个电枢齿；三相绕组的绕制方式相同，当不计绕组起点所在的电枢槽时，相邻相的绕组相隔3个电枢槽放置；三相绕组的一端用于接三相交流电源，三相绕组的另一端都相连接在一起，形成星形接法。

4.根据权利要求1所述的轴向磁场三相交流永磁无刷电机，其特征是：圆盘形转子上永磁体的圆形安装平面与电机转轴相垂直，圆形安装平面上安装的永磁体的磁力线沿电机转轴的轴向分布，圆盘形转子上永磁体的磁极在圆形安装平面上以南极北极相邻方式排列安装，形成南极北极相邻的轴向磁场。

5.根据权利要求1所述的轴向磁场三相交流永磁无刷电机，其特征是：轴向磁场三相交流永磁无刷电机其圆盘形转子上与电机转轴相垂直并且由导磁材料构成的圆形安装平面上所安装的永磁体南极和北极数量与所面向的圆盘形定子电枢槽槽数的关系是：圆盘形定子上电枢槽槽数等于所面向的圆盘形转子上永磁体的南极和北极的数量之和乘以6。

6.根据权利要求1所述的轴向磁场三相交流永磁无刷电机，其特征是：三相绕组的起始端分别接于各相相位相差120度的三相交流电的三根相线上，由三相交流电源供电驱动电机转子旋转。

7.根据权利要求1所述的轴向磁场三相交流永磁无刷电机，其特征是：电机转子转动速度由能改变输出频率的各相相位相差120度的三相交流变频器进行调节，三相交流变频器输出的三根相线接于轴向磁场三相交流永磁无刷电机的三根相线上。

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