本實(shí)用新型涉及發(fā)電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種新型的永磁電動機(jī)，該電動機(jī)與普通電動機(jī)相比，不但體積更小、重量更輕，功率更大，而且具有電動和發(fā)電雙向工作能力，在汽車及各類發(fā)電電動機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域中有著廣泛的用途。

背景技術(shù)：

近年來，由于盤式電動機(jī)既可以當(dāng)電動機(jī)又可以當(dāng)發(fā)電機(jī)，不需要勵磁線圈，結(jié)構(gòu)簡單，體積小功率大，得到快速發(fā)展。自上世紀(jì)80年代以來，超高速電機(jī)和超高速發(fā)電機(jī)的研發(fā)進(jìn)入了廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，我國在高速精準(zhǔn)加工和動車組方面已經(jīng)走到世界前列。不過，雖然其體積小功率大，但一來需要更好的材料和更高的加工精度，二來需要克服磨損和散熱以提高效率，因而成本相對較大，在普通機(jī)械領(lǐng)域暫時還沒有得到推廣使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的，就是要提供一種結(jié)構(gòu)簡單、體積輕小、功率強(qiáng)大而使用方便成本較低的同體并聯(lián)式電動機(jī)，可用于汽車及各類發(fā)電電動機(jī)械設(shè)備。

為達(dá)到上述技術(shù)目標(biāo)，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是：同體并聯(lián)式電動機(jī)的同體線圈是由M個線圈結(jié)構(gòu)完全相同的子機(jī)線圈在同一個母機(jī)電機(jī)的外殼內(nèi)并聯(lián)而成；該同體式電動機(jī)可以設(shè)置單側(cè)機(jī)軸兼做電動機(jī)軸或發(fā)電機(jī)軸，也可以在雙側(cè)設(shè)置電動機(jī)軸以及發(fā)電機(jī)軸。這里線圈結(jié)構(gòu)完全相同的子機(jī)的構(gòu)成數(shù)量并不是任意的，子機(jī)的構(gòu)成數(shù)量要等于電動機(jī)的磁極對數(shù)量，若電動機(jī)有2個磁極對最多只能具有2個子機(jī)、若電動機(jī)具有3個磁極對最多只能具有3個子機(jī)。所述同體線圈由M個子機(jī)線圈并聯(lián)而成，所指的是M個子機(jī)線圈整體并聯(lián)，即是將M個子機(jī)線圈的每一相輸出端引出線合股引出，同時將M個子機(jī)三相線圈的中心星點(diǎn)合股并聯(lián)，以保證同體線圈允許通過電流的能力，比每個子機(jī)線圈通過電流的能力增大M倍。所述同體線圈所述同體并聯(lián)式電動機(jī)在雙側(cè)設(shè)置電動機(jī)軸以及發(fā)電機(jī)軸，以一側(cè)設(shè)置電動機(jī)功率輸出軸，在另一側(cè)設(shè)置發(fā)電機(jī)驅(qū)動輸入軸，功率輸出軸和驅(qū)動輸入軸是一根通軸，可以同時連接負(fù)載和原動機(jī)，但發(fā)電和電動并不能同時進(jìn)行，在進(jìn)入電動模式工作時必須關(guān)閉原動機(jī)，在啟動原動機(jī)進(jìn)入發(fā)電工作模式時必須關(guān)閉負(fù)載，此時的電機(jī)輸出軸變成動力輸出軸，可將原動機(jī)發(fā)電剩余的功率轉(zhuǎn)化成機(jī)械能作為動力輸出。

本實(shí)用新型由于設(shè)計(jì)了在同一個母機(jī)電機(jī)的外殼內(nèi)由多個線圈結(jié)構(gòu)完全相同的子機(jī)并聯(lián)形成的組合體，實(shí)際上就是用M個相同的電機(jī)并聯(lián)而形成一個M倍功率的大電機(jī)，由于采用了M個子機(jī)線圈合股并聯(lián)的新方法，保證了同體電機(jī)在額定電壓、額定轉(zhuǎn)速工作下，當(dāng)負(fù)載功率增大M倍時其電動功率也成M倍增大；而且，在原動機(jī)M倍額定轉(zhuǎn)速的帶動下，本電機(jī)在保持額定電壓相同情狀下可輸出M倍發(fā)電功率。與普通電機(jī)相比，本實(shí)用新型體積更小、重量更輕、功率更強(qiáng)大，價廉物美，特別適合在汽車、電動汽車及各類發(fā)電電動機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域中使用，積極意義十分明顯。

附圖說明

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。

圖1-1是本實(shí)用新型提出的同體各子機(jī)線圈結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1-2是本實(shí)用新型提出的子機(jī)線圈并聯(lián)成同體線圈結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2-1是本實(shí)用新型提出的一種轉(zhuǎn)子4磁極對結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2-2是本實(shí)用新型提出的4磁極對12槽同體線圈分布結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型提出的4磁極對36槽同體線圈分布結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本實(shí)用新型提出的設(shè)置雙側(cè)機(jī)軸結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1-1中，Q1、Q2、Q3、Q4分別是同一母機(jī)電機(jī)外殼內(nèi)各子機(jī)線圈， M=4即4個子機(jī)，τ為每個線槽的橫截面，Τ為定子線槽總的截面積。

圖1-2中，A、B、C為相差120°的三相線圈，其構(gòu)成情況分別是：M個子機(jī)線圈中的Q1A、Q2A、Q3A、Q4A…并聯(lián)構(gòu)成同體并聯(lián)線圈的A相線圈，Q1B、Q2B、Q3B、Q4B…并聯(lián)構(gòu)成同體并聯(lián)線圈的B相線圈，Q1C、Q2C、Q3C、Q4C…并聯(lián)構(gòu)成同體并聯(lián)線圈的C相線圈。

圖2-1中，N、S分別為磁鋼。

圖2-2所示為軸向磁場12槽定子。

圖3所示為徑向磁場36槽定子。

圖4中，1為同體并聯(lián)式電動機(jī)，2是電動機(jī)功率輸出軸，3是原動機(jī)驅(qū)動輸入軸。

具體實(shí)施方式

如圖1-1、圖1-2所示，同體并聯(lián)式電動機(jī)首先是盤式永磁電動機(jī)，具有軸向磁場和徑向磁場兩種不同的結(jié)構(gòu)，無論是軸向磁場還是徑向磁場結(jié)構(gòu)，同體并聯(lián)式電動機(jī)的同體線圈Q是由M個線圈結(jié)構(gòu)完全相同的子機(jī)線圈Q1、Q2、Q3、Q4…在同一個母機(jī)電機(jī)的外殼內(nèi)并聯(lián)而成，同體線圈Q所形成的三相線圈結(jié)構(gòu)是：M個子機(jī)線圈中的Q1A、Q2A、Q3A、Q4A…并聯(lián)構(gòu)成同體并聯(lián)線圈的A相線圈， Q1B、Q2B、Q3B、Q4B…并聯(lián)構(gòu)成同體并聯(lián)線圈的B相線圈， Q1C、Q2C、Q3C、Q4C…并聯(lián)構(gòu)成同體并聯(lián)線圈的C相線圈。在這里，線圈結(jié)構(gòu)完全相同的M個子機(jī)的構(gòu)成數(shù)量并不是任意的，子機(jī)的構(gòu)成數(shù)量M要等于電動機(jī)的磁極對數(shù)量p，若電動機(jī)有p=2個磁極對最多只能具有M=2個子機(jī)、若電動機(jī)具有p=3個磁極對最多只能具有p=3個子機(jī)。同體線圈由M個子機(jī)線圈并聯(lián)而成，所指的是M個子機(jī)線圈要整體并聯(lián)，即是將M個子機(jī)線圈的每一相輸出端引出線合股引出，同時將M個子機(jī)三相線圈的中心星點(diǎn)合股并聯(lián)，以保證同體線圈允許通過電流的能力，比每個子機(jī)線圈通過電流的能力增大M倍。上面所述子機(jī)線圈Q1、Q2、Q 3、Q 4結(jié)構(gòu)完全相同具有三方面的含義：第一是所有子機(jī)線圈中每項(xiàng)所對應(yīng)的A相線圈Q1A、Q2A、Q3A、Q4A…，B相線圈Q1B、Q2B、Q3B、Q4B…，C相線圈Q1A、Q2A、Q3A、Q4A…的相位要完全相同；第二是所有相位上的所有線圈，必須具有相同的匝數(shù)n、相同的橫截面Δ、相同的繞線方向、相同的層數(shù)、相同的長度、相同的材料、相同的線徑以及相同的電阻；第三是各子機(jī)在每相線圈上所占有槽數(shù)都完全相等，而且上述三相線圈所占有的槽數(shù)的總和要等于電機(jī)定子所具有的槽數(shù)。

如圖2-1、圖2-2所示的實(shí)施例1：該轉(zhuǎn)子具有8個磁極即4個磁極對，定子具有12個線槽，因而子機(jī)數(shù)量應(yīng)為M=p=4，12個線槽由4個子機(jī)分配，則每個子機(jī)每相線圈應(yīng)占1個線槽，這樣上述三相線圈所占有的槽數(shù)的總和相加正好等于電機(jī)定子所具有的總槽數(shù)12個。

如圖3所示的實(shí)施例2：若該轉(zhuǎn)子仍具有8個磁極即4個磁極對，定子具有36個線槽，因而子機(jī)數(shù)量仍為M=p=4，36個線槽由4個子機(jī)分配，則每個子機(jī)每相線圈應(yīng)占3個線槽，這樣上述三相線圈所占有的槽數(shù)的總和相加正好等于電機(jī)定子所居有的總槽數(shù)36個。

如圖4所示，所述同體式電動機(jī)1可以設(shè)置單側(cè)機(jī)軸兼做電動機(jī)軸或發(fā)電機(jī)軸，也可以在雙側(cè)設(shè)置電動機(jī)軸以及發(fā)電機(jī)軸，圖中左側(cè)2設(shè)為電動機(jī)功率輸出軸，右側(cè)3設(shè)為原動機(jī)驅(qū)動輸入軸。功率輸出軸2和驅(qū)動輸入軸3是一根通軸，可以同時連接負(fù)載和原動機(jī)，但發(fā)電和電動并不能同時進(jìn)行，在進(jìn)入電動模式工作時必須關(guān)閉原動機(jī)，在啟動原動機(jī)進(jìn)入發(fā)電工作模式時必須關(guān)閉負(fù)載，此時的電機(jī)輸出軸變成動力輸出軸，可將原動機(jī)發(fā)電剩余的功率轉(zhuǎn)化成機(jī)械能作為動力輸出。

本實(shí)用新型的同體并聯(lián)式結(jié)構(gòu)，在同一個母機(jī)電機(jī)的外殼內(nèi)由M個線圈結(jié)構(gòu)完全相同的子機(jī)并聯(lián)形成的組合體，實(shí)際上就是用M個相同的電機(jī)并聯(lián)而形成一個M倍功率的大電機(jī)。這種并聯(lián)式結(jié)構(gòu)的概念，是整機(jī)并聯(lián)的概念，即并聯(lián)后線圈輸出線的橫截面增大了M倍，通過電流的能力也同時增大了M倍，因而當(dāng)電機(jī)的負(fù)載增大M倍時，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)仍然是安全正常的，換句話說，該電機(jī)的功率可增大M倍。而且，由于M個子機(jī)線圈Q1、Q2、Q3、Q4…的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，線路中的實(shí)際電阻減小了M倍，電機(jī)的阻抗和感抗都大大減小，電機(jī)的效率明顯提高，工作穩(wěn)定而不易發(fā)熱。因此本電機(jī)在額定電壓、額定轉(zhuǎn)速工作下，當(dāng)負(fù)載功率增大M倍時其電動功率也成M倍增大。另一方面，由于每個子機(jī)線圈Q1、Q2、Q3、Q4…所占用的定子線圈槽數(shù)是同體并聯(lián)式電動機(jī)定子線槽總數(shù)的1/M，在進(jìn)入發(fā)電模式工作時，所產(chǎn)生的電動勢必然也是電動機(jī)額定電壓的1/M倍，具體說，每個子機(jī)線圈占有的槽數(shù)都完全相等截面積為τ，則每相線圈所占有的槽數(shù)截面積就是Mτ，而且上述三相線圈所占有的槽數(shù)的總和要等于電機(jī)定子所具有的槽數(shù)，則總截面積為Τ。而在同體線圈中，這Mτ都是并聯(lián)的，則同體線圈的有效面積實(shí)際上都減小了M倍，即：Τ /M，由此，在發(fā)電模式中，當(dāng)原動機(jī)的轉(zhuǎn)速保持額定轉(zhuǎn)速ω時，根據(jù)法拉第定律，電動勢E1=nB(Τ/M) ω= (nBΤω)/M= E/M；而當(dāng)原動機(jī)的轉(zhuǎn)速提高到額定轉(zhuǎn)速ω的M倍時，電動勢EQ=nB(Τ/M) (ωM)= nBΤω = E；由于同體線圈的整體并聯(lián)結(jié)構(gòu)， M倍子機(jī)并聯(lián)通過電流能力增大M倍，因此允許轉(zhuǎn)速ω提高M(jìn)倍，電動勢保持額定電壓的水平，滿足電流通過能力增大M倍的安全范圍。很顯然，發(fā)電功率也增大了M倍。在這里，雖然磁材料沒有改變，磁場強(qiáng)度沒有變化，電機(jī)的體積和重量都沒有變化，但轉(zhuǎn)速的提高等于增大了能量密度，從而彌補(bǔ)了線圈匝數(shù)或線圈面積的損失。這種技術(shù)方案，是在沒有增加投資的情況下，大大提高了現(xiàn)有資源的利用率，達(dá)到了高效節(jié)能的目的。同樣道理，由于M個子機(jī)線圈的并聯(lián)，阻抗和感抗都大大減小，發(fā)電效率明顯提高。所以，在電動和發(fā)電兩方面的能力上，與普通電機(jī)相比，本實(shí)用新型體積更小、重量更輕、功率更強(qiáng)大，價廉物美，特別適適合在汽車、電動汽車及各類發(fā)電電動機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域中使用。