專利名稱：多向混合永磁節(jié)能電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多向混合永磁節(jié)能電機(jī)。
背景技術(shù)：
目前，公知的所有永磁電機(jī)都是或徑向磁化或軸向磁化或環(huán)向磁化單一結(jié)構(gòu)的永磁轉(zhuǎn)子或定子，其永磁磁場作用強(qiáng)度受到永磁體本身性能的制約，嚴(yán)重影響著永磁電機(jī)的進(jìn)步與發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于公開一種多向混合永磁節(jié)能電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)在電機(jī)中最大成度地提高永磁作用磁場和優(yōu)化驅(qū)動系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的目的。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的解決方案是多向混合永磁節(jié)能電機(jī)，為定、轉(zhuǎn)子雙凸極對且軸向雙饒組組合結(jié)構(gòu)；定子由非導(dǎo)磁機(jī)殼9、凸極電磁鐵5及其繞組6、導(dǎo)磁軛7和環(huán)向磁化永磁體8或軸向磁化永磁體13以及端蓋12等組成，電磁體5在非導(dǎo)磁機(jī)殼9的內(nèi)壁軸向雙組環(huán)向多排居中正交均勻分布，在環(huán)向間鑲嵌環(huán)向磁化永磁體8時(shí)，其軸向兩端電磁體向外極(靠機(jī)殼極)由導(dǎo)磁軛7并聯(lián)，或在軸向間鑲嵌軸向磁化永磁體13時(shí)，其軸向兩端的環(huán)向各極電磁體的向外極(靠機(jī)殼極)由導(dǎo)磁軛7并聯(lián)；轉(zhuǎn)子由非導(dǎo)磁軸芯1、導(dǎo)磁軛2和環(huán)向磁化永磁體3、軸向磁化永磁體10、徑向磁化永磁體4等組成，導(dǎo)磁軛2在非導(dǎo)磁軸芯1上與定子呈對應(yīng)關(guān)系軸向雙組環(huán)向多排均勻分布固定，軸向磁化永磁體10鑲嵌在軸向兩個(gè)導(dǎo)磁軛2(a/a’、b/b’、c/c’、d/d’、e/e’、f/f’)之間，環(huán)向磁化永磁體3鑲嵌在環(huán)向分布的導(dǎo)磁軛2(a、b、c、d、e、f和a’、b’、c’、d’、e’、f’)之間，徑向磁化永磁體4安裝于導(dǎo)磁軛2(a、b、c、d、e、f、a’、b’、c’、d’、e’、f’)的徑向氣隙端面上，與定子電磁極直接形成有效磁通氣隙，與軸向磁化永磁體10和環(huán)向磁化永磁體3的磁路串聯(lián)，從而使永磁轉(zhuǎn)子的氣隙磁通得到最大程度的提高；定子和轉(zhuǎn)子在端蓋12、軸承11和轉(zhuǎn)軸1的作用下呈相對運(yùn)動狀。在永磁恒定磁場的作用下，轉(zhuǎn)子磁極與定子磁極呈對稱性相互吸引和相互排斥的牽制狀態(tài)而靜止，運(yùn)行時(shí)，定子的軸向兩極或環(huán)向相鄰兩極與轉(zhuǎn)子軸向兩極或環(huán)向相鄰兩極磁路串聯(lián)，以進(jìn)一步增強(qiáng)定、轉(zhuǎn)子氣隙間的作用磁場強(qiáng)度；這樣，只要給與轉(zhuǎn)子磁極相吸和與指定方向的轉(zhuǎn)子極相吸的定子電磁體5通電，使該氣隙磁極與轉(zhuǎn)子磁極從相吸轉(zhuǎn)變成相斥，使本來軸向左右相鄰兩極同極性磁場或環(huán)向相鄰兩極同極性磁場改變成異極性磁場，并與該極通電繞組所產(chǎn)生的磁場與定子永磁磁場并聯(lián)組成合成磁場，這時(shí)，定子通電磁極和未通電磁極與轉(zhuǎn)子各極自然形成合成轉(zhuǎn)矩，從而驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)；這樣，按一定的順序給定子電磁繞組通電，轉(zhuǎn)子便能按一定方向運(yùn)轉(zhuǎn)。
采取上述結(jié)構(gòu)后，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在具備現(xiàn)有技術(shù)的特點(diǎn)外，還具有以下顯著特點(diǎn)一、節(jié)能效果得到了進(jìn)一步提高。由于高性能永磁體的介入以及獨(dú)特的定、轉(zhuǎn)子多向永磁混合串聯(lián)磁路和多段組合式結(jié)構(gòu)，使新電機(jī)的永磁作用磁場得到很大程度的提高，并且，在運(yùn)行時(shí)，通過定子軸向兩個(gè)電磁極間的相互作用而形成合成磁通，使電磁在這里能得到更合理和更有效的利用，無論銅損還是鐵損都可控制到最小，從而有著十分顯著的節(jié)能效果。
二、在同等條件下，單位體積出力也比現(xiàn)有技術(shù)有著很大程度的提高。由于現(xiàn)有永磁電機(jī)運(yùn)行時(shí)多以單相定子繞組勵(lì)磁產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子間的轉(zhuǎn)矩，至少有1/3甚至一半以上的繞組在等待換相，電機(jī)元件和機(jī)體空間都造成很大的浪費(fèi)。而新電機(jī)每行進(jìn)一步的轉(zhuǎn)矩都是定子所有極齒與轉(zhuǎn)子的合成轉(zhuǎn)矩，而且，其本身結(jié)構(gòu)等同于兩個(gè)電機(jī)組合在一起，從而節(jié)省了很大的機(jī)體空間。
三、簡化了驅(qū)動系統(tǒng)。由于本發(fā)明的新電機(jī)是多段組合結(jié)構(gòu)，克服了現(xiàn)有技術(shù)永磁電機(jī)必須通過全橋電路換向驅(qū)動才能實(shí)現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)矩的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了每相只需一個(gè)開關(guān)的半橋電路驅(qū)動，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了每一繞組的通、斷電周期內(nèi)行進(jìn)兩個(gè)步距，即在同樣極對數(shù)條件下，新電機(jī)轉(zhuǎn)一圈的通、斷電次數(shù)比現(xiàn)有技術(shù)減少了一半；這樣，不僅可以大大降低驅(qū)動電路的成本，也更有利于功率的轉(zhuǎn)換和降低控制元件的損耗而提高電機(jī)的壽命。


圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例內(nèi)轉(zhuǎn)子環(huán)向永磁定子多向混合永磁節(jié)能電機(jī)的截面圖；圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例內(nèi)轉(zhuǎn)子環(huán)向永磁定子多向混合永磁節(jié)能電機(jī)的剖面圖；圖3是本發(fā)明第二實(shí)施例內(nèi)轉(zhuǎn)子軸向永磁定子多向混合永磁節(jié)能電機(jī)的截面圖；圖4是本發(fā)明第二實(shí)施例內(nèi)轉(zhuǎn)子軸向永磁定子多向混合永磁節(jié)能電機(jī)的剖面圖。
圖5是本發(fā)明第一和第二實(shí)施例多向混合永磁節(jié)能電機(jī)的內(nèi)轉(zhuǎn)子環(huán)向展開圖；圖6是本發(fā)明第一實(shí)施例多向混合永磁節(jié)能電機(jī)環(huán)向永磁定子的環(huán)向展開圖；圖7是本發(fā)明第二實(shí)施例多向混合永磁節(jié)能電機(jī)軸向永磁定子的環(huán)向展開圖；圖8是本發(fā)明第三實(shí)施例多向混合永磁節(jié)能電機(jī)外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的截面圖；圖9是本發(fā)明第三實(shí)施例多向混合永磁節(jié)能電機(jī)外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖10是本發(fā)明第一實(shí)施例多向混合永磁節(jié)能電機(jī)的驅(qū)動電路圖；圖11是本發(fā)明第二和第三實(shí)施例多向混合永磁節(jié)能電機(jī)的驅(qū)動電路圖。
具體實(shí)施例方式
請參閱圖1、圖2和圖5、圖6，是本發(fā)明第一實(shí)施例內(nèi)轉(zhuǎn)子環(huán)向永磁定子的4/6極多向混合永磁節(jié)能電機(jī)，為定、轉(zhuǎn)子雙凸極對且軸向雙組、環(huán)向多排組合結(jié)構(gòu)；定子由非導(dǎo)磁機(jī)殼9、凸極電磁鐵5及其繞組6、導(dǎo)磁軛7和環(huán)向磁化永磁體8以及端蓋12等組成，電磁體5在非導(dǎo)磁機(jī)殼9的內(nèi)壁中線軸向雙組、環(huán)向雙列四排正交均勻分布固定，在環(huán)向?qū)Т跑?間鑲嵌環(huán)向磁化永磁體8，其軸向兩組電磁體由導(dǎo)磁軛7并聯(lián)；轉(zhuǎn)子由非導(dǎo)磁軸芯1、導(dǎo)磁軛2和環(huán)向磁化永磁體3、軸向磁化永磁體10以及徑向磁化永磁體4等組成，導(dǎo)磁軛2在非導(dǎo)磁軸芯1上與定子極齒呈相應(yīng)關(guān)系軸向雙組、環(huán)向雙列六排均勻分布固定，軸向磁化永磁體10鑲嵌在軸向兩個(gè)導(dǎo)磁軛2(a/a’、b/b’、c/c’、d/d’、e/e’、f/f’)之間，環(huán)向磁化永磁體3鑲嵌在環(huán)向分布的導(dǎo)磁軛2(a、b、c、d、e、f和a’、b’、c’、d’、e’、f’)之間，徑向磁化永磁體4安裝于導(dǎo)磁軛2(a、b、c、d、e、f、a’、b’、c’、d’、e’、f’)的徑向氣隙極端面上，與定子電磁極直接形成有效磁通氣隙，與軸向磁化永磁體10和環(huán)向磁化永磁體3的磁路串聯(lián)；定子和轉(zhuǎn)子在端蓋12、軸承11和轉(zhuǎn)軸1的作用下呈相對運(yùn)動狀。其驅(qū)動電路方案是首先分別把A相和C’相并聯(lián)、A’相和C相并聯(lián)、B相和D’相并聯(lián)、B’相和D相并聯(lián)，然后把并聯(lián)后的A、C’兩相和B、D’兩相串聯(lián)、A’、C兩相和B’、D兩相串聯(lián)，最后再把串聯(lián)后的兩組中間聯(lián)結(jié)(如圖10)；為了保證A、A’、C、C’兩相四個(gè)繞組和B、B’、D、D’兩相四個(gè)繞組在氣隙極所產(chǎn)生的磁場極性總是相反，即如圖結(jié)構(gòu)的A、A’、C、C’四繞組總是正向?qū)?，使其氣隙極產(chǎn)生“N”極，B、B’、D、D’四繞組總是反向?qū)?，使其氣隙極產(chǎn)生“S”極；這樣，其驅(qū)動電路等于把AC’、A’C兩組正向?qū)ǖ膬上喟霕螂娐泛虰D’、B’C兩組反向?qū)ǖ膬上喟霕螂娐反?lián)起來，兩個(gè)開關(guān)控制正向電流，兩個(gè)開關(guān)控制反向電流；這時(shí)，如圖1狀態(tài)，轉(zhuǎn)子a、d極與定子A、C極對齊，我們給與轉(zhuǎn)子磁極相吸的繞組A、C’通以正向電流(V1導(dǎo)通)使其與轉(zhuǎn)子磁極相斥(該兩極所產(chǎn)生的磁場與原有的永磁場并聯(lián)到其軸向另一端的A’、C極同樣與該兩極對應(yīng)的轉(zhuǎn)子極產(chǎn)生相斥力)，同時(shí)，給定子繞組B、D’通以反向電流(V4導(dǎo)通)改變其氣隙磁極原來的永磁場極性(其磁場也象繞組A、C’一樣與原有磁場并聯(lián)到其軸向另一端的B’、D極)使其與轉(zhuǎn)子磁極合成產(chǎn)生逆時(shí)針方向的轉(zhuǎn)矩，從而使轉(zhuǎn)子行進(jìn)一個(gè)步距；當(dāng)轉(zhuǎn)子c、f極轉(zhuǎn)至與定子B、D極對齊時(shí)，斷開B、D’繞組(V4開)換相接通B’、D繞組(V3導(dǎo)通)，繞組A、C’不變，與上一步原理相同，轉(zhuǎn)子又行進(jìn)一步；當(dāng)轉(zhuǎn)子b、e極轉(zhuǎn)至與定子A、C極對齊時(shí)，斷開A、C’繞組(V1開)換相接通A’、C繞組(V2導(dǎo)通)，繞組B’、D不變，與上原理相同，轉(zhuǎn)子又行進(jìn)一個(gè)步距；當(dāng)轉(zhuǎn)子a、d極轉(zhuǎn)至與定子B、D極對齊時(shí)，斷開B’、D繞組(V3開)換相接通B、D’繞組(V4導(dǎo)通)，與上原理相同，轉(zhuǎn)子又行進(jìn)一個(gè)步距，此時(shí)已完成一個(gè)通斷電周期，接下來按順序重復(fù)以上四個(gè)步驟，轉(zhuǎn)子就會逆時(shí)針連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
請參閱圖3、圖4和圖5、圖7，是本發(fā)明第二實(shí)施例內(nèi)轉(zhuǎn)子軸向永磁定子的4/6極多向混合永磁節(jié)能電機(jī)，為定、轉(zhuǎn)子雙凸極對且軸向雙組、環(huán)向多排組合結(jié)構(gòu)；定子由非導(dǎo)磁機(jī)殼9、凸極電磁鐵5及其繞組6、導(dǎo)磁軛7和軸向磁化永磁體13以及端蓋12等組成，電磁體5在非導(dǎo)磁機(jī)殼9的內(nèi)壁中線軸向雙組、環(huán)向雙列四排正交均勻分布固定，在軸向?qū)Т跑?間鑲嵌軸向磁化永磁體13，其環(huán)向兩組電磁體由導(dǎo)磁軛7并聯(lián)；轉(zhuǎn)子與第一實(shí)施例完全相同；定子和轉(zhuǎn)子在端蓋12、軸承11和轉(zhuǎn)軸1的作用下呈相對運(yùn)動狀。其驅(qū)動方案是首先分別把定子軸向兩極(A/A’、B/B’、C/C’、D/D’)繞組串聯(lián)分成四相，采用四相半橋電路(如圖11)，A、B、C、D端接正電，A’、B’、C’、D’端接負(fù)電，使A、B、C、D各氣隙極在導(dǎo)通的情況下其磁場總是為“N”極，使A’、B’、C’、D’各氣隙極在導(dǎo)通的情況下其磁場總是為“S”極。一個(gè)開關(guān)控制一個(gè)串聯(lián)的兩個(gè)繞組。如圖3狀態(tài)，轉(zhuǎn)子a、d極與定子A、C極對齊，我們給與轉(zhuǎn)子磁極相吸的繞組A、A’導(dǎo)通(V1導(dǎo)通)使其與轉(zhuǎn)子磁極相斥(該兩極所產(chǎn)生的磁場與原有的永磁場并聯(lián)到其環(huán)向相鄰或相對未導(dǎo)通極同樣與該兩極對應(yīng)的轉(zhuǎn)子極產(chǎn)生同向轉(zhuǎn)矩)，同時(shí)，給定子繞組D、D’導(dǎo)通(V4導(dǎo)通)改變其氣隙磁極原來的永磁場極性(其磁場也象繞組A、A’一樣與原有磁場并聯(lián)到其環(huán)向未通電極)使其與轉(zhuǎn)子磁極合成產(chǎn)生逆時(shí)針方向的轉(zhuǎn)矩，從而使轉(zhuǎn)子行進(jìn)一個(gè)步距；當(dāng)轉(zhuǎn)子c、f極轉(zhuǎn)至與定子B、D極對齊時(shí)，斷開D、D’繞組(V4開)換相接通B、B’繞組(V2導(dǎo)通)，繞組A、A’不變，與上一步原理相同，轉(zhuǎn)子又行進(jìn)一步；當(dāng)轉(zhuǎn)子b、e極轉(zhuǎn)至與定子A、C極對齊時(shí)，斷開A、A’繞組(V1開)換相接通C、C’繞組(V3導(dǎo)通)，繞組B、B’不變，與上原理相同，轉(zhuǎn)子又行進(jìn)一個(gè)步距；當(dāng)轉(zhuǎn)子a、d極轉(zhuǎn)至與定子B、D極對齊時(shí)，斷開B、B’繞組(V2開)換相接通D、D’繞組(V4導(dǎo)通)，與上原理相同，轉(zhuǎn)子又行進(jìn)一個(gè)步距，此時(shí)已完成一個(gè)通斷電周期，接下來按順序重復(fù)以上四個(gè)步驟，轉(zhuǎn)子就會逆時(shí)針連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
請參閱圖8和圖9，是本發(fā)明第三實(shí)施例外轉(zhuǎn)子軸向永磁定子的4/6極多向混合永磁節(jié)能電機(jī)，為定、轉(zhuǎn)子雙凸極對且軸向雙組、環(huán)向多排組合結(jié)構(gòu)；定子由凸極電磁鐵5及其繞組6、導(dǎo)磁軛7和軸向磁化永磁體13以及軸芯1等組成，四極電磁體5與磁軛7為一體，分軸向左右兩塊，相對并排固定在非磁性軸芯1上，中間嵌放軸向磁化環(huán)形永磁體13；轉(zhuǎn)子由非導(dǎo)磁機(jī)殼9、導(dǎo)磁軛2、軸向磁化永磁體10、環(huán)向磁化永磁體3、徑向磁化永磁體4和端蓋12等組成，導(dǎo)磁軛2在非導(dǎo)磁機(jī)殼9的內(nèi)壁中線與定子極呈相應(yīng)關(guān)系軸向雙組環(huán)向雙列六排正交均勻分布固定，在導(dǎo)磁軛2軸向間鑲嵌軸向磁化永磁體10，在導(dǎo)磁軛2環(huán)向間鑲嵌環(huán)向磁化永磁體3，在導(dǎo)磁軛2的徑向氣隙端安裝徑向磁化永磁體4，與定子電磁極直接形成有效磁通氣隙；定子和轉(zhuǎn)子在端蓋12、軸承11和轉(zhuǎn)軸1的作用下呈相對運(yùn)動狀。其驅(qū)動方案與第二實(shí)施例完全相同。
權(quán)利要求
1.多向混合永磁節(jié)能電機(jī)，主要由非磁性機(jī)殼(9)、端蓋(12)、軸承(11)、凸極電磁體(5)及其繞組(6)、定子磁軛(7)、轉(zhuǎn)子磁軛(2)、非磁性軸芯(1)和定子環(huán)向磁化永磁體(8)、轉(zhuǎn)子環(huán)向磁化永磁體(3)、定子軸向磁化永磁體(10)、轉(zhuǎn)子軸向磁化永磁體(13)、徑向磁化永磁體(4)等組成，其特征在于多向混合永磁節(jié)能電機(jī)，為定、轉(zhuǎn)子雙凸極對且軸向雙組環(huán)向雙列多排組合結(jié)構(gòu)，定子由非導(dǎo)磁機(jī)殼(9)、凸極電磁鐵(5)及其繞組(6)、導(dǎo)磁軛(7)和環(huán)向磁化永磁體(8)或軸向磁化永磁體(13)以及端蓋(12)等組成，電磁體(5)在非導(dǎo)磁機(jī)殼(9)的內(nèi)壁軸向雙組環(huán)向雙列多排居中正交均勻分布固定，在定子環(huán)向間鑲嵌環(huán)向磁化永磁體(8)時(shí)，其軸向兩端電磁體的向外極(靠機(jī)殼極)由導(dǎo)磁軛7并聯(lián)，或在定子軸向間鑲嵌軸向磁化永磁體(13)時(shí)，其軸向兩端的環(huán)向各極電磁體的向外極(靠機(jī)殼極)由導(dǎo)磁軛(7)并聯(lián)，轉(zhuǎn)子由非導(dǎo)磁軸芯(1)、導(dǎo)磁軛(2)和環(huán)向磁化永磁體(3)、軸向磁化永磁體(10)、徑向磁化永磁體(4)等組成，導(dǎo)磁軛(2)在非導(dǎo)磁軸芯(1)上與定子呈相應(yīng)關(guān)系軸向雙組環(huán)向雙列多排均勻分布固定，軸向磁化永磁體(10)鑲嵌在軸向兩個(gè)導(dǎo)磁軛(2)(a/a’、b/b’、c/c’、d/d’、e/e’、f/f’)之間，環(huán)向磁化永磁體(3)鑲嵌在環(huán)向分布的導(dǎo)磁軛(2)(a、b、c、d、e、f和a’、b’、c’、d’、e’、f’)之間，徑向磁化永磁體(4)安裝在導(dǎo)磁軛(2)(a、b、c、d、e、f、a’、b’、c’、d’、e’、f’)的徑向氣隙端面上，與定子電磁極直接形成有效磁通氣隙，與軸向磁化永磁體(10)和環(huán)向磁化永磁體(3)的磁路串聯(lián)，定子和轉(zhuǎn)子在端蓋(12)、軸承(11)和轉(zhuǎn)軸(1)的作用下呈相對運(yùn)動狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多向混合永磁節(jié)能電機(jī)，其特征在于定、轉(zhuǎn)子關(guān)系置換，為外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，定子電磁極在非磁性軸芯上軸向雙組環(huán)向雙列多排正交分布固定，在軸向間鑲嵌軸向磁化永磁體時(shí)，其軸向兩端的環(huán)向各極電磁體向心極與磁軛為一體，分軸向左右兩塊，在環(huán)向間鑲嵌環(huán)向磁化永磁體時(shí)，其軸向兩端電磁極的向心極由導(dǎo)磁軛并聯(lián)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁軛在非導(dǎo)磁機(jī)殼的內(nèi)壁中線與定子呈相應(yīng)關(guān)系軸向雙組環(huán)向雙列多排正交均勻分布固定，在導(dǎo)磁軛軸向間鑲嵌軸向磁化永磁體，在導(dǎo)磁軛環(huán)向間鑲嵌環(huán)向磁化永磁體，在導(dǎo)磁軛的徑向氣隙端安裝徑向磁化永磁體，與定子電磁極直接形成有效磁通氣隙，定子和轉(zhuǎn)子在端蓋、軸承和轉(zhuǎn)軸的作用下呈相對運(yùn)動狀。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于公開一種多向混合永磁節(jié)能電機(jī)，其主要特征是利用軸向、環(huán)向和徑向磁化的多向永磁體磁路串聯(lián)疊加，使電機(jī)中的永磁作用磁場強(qiáng)度得到最大程度的提高，以建立理想的永磁恒定磁場，并通過電磁調(diào)控實(shí)現(xiàn)電磁場與永磁場串聯(lián)、并聯(lián)混合驅(qū)動，從而達(dá)到高效節(jié)能的目的。
文檔編號H02K1/27GK1848607SQ200510067520
公開日2006年10月18日 申請日期2005年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月17日
發(fā)明者謝慶生 申請人:謝慶生