一種采用分立電磁鐵定子結(jié)構(gòu)的永磁電機，電機的定子線圈是由多個獨立的電磁鐵線圈構(gòu)成，獨立的電磁鐵安裝在相應的保持架上，電機定子通電后對轉(zhuǎn)子上的永磁體產(chǎn)生磁作用力，磁作用力的一個分力方向沿著電機的軸向方向，為軸向磁場電機。電磁鐵鐵心的兩個端面同時對轉(zhuǎn)子上安裝的永磁體產(chǎn)生磁力的作用，功能上相當于兩個軸向磁場電機的并聯(lián)。具有效率高，起動轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
隨著永磁體技術的發(fā)展，永磁電機相對于傳統(tǒng)的交流異步電機，由于電能轉(zhuǎn)換機械能轉(zhuǎn)換效率高，較低的起動電流和大起動轉(zhuǎn)矩等技術優(yōu)勢，使永磁電機在社會各方面都得到了廣泛的應用，尤其在電動汽車，電瓶車和電梯等領域得到廣泛應用。
技術介紹
永磁電機包括直流無刷電機、交流同步電機、步進電機、伺服電機、……等，市場上的永磁電機是如直流無刷電機或交流同步電機在傳統(tǒng)的異步電機的結(jié)構(gòu)基礎上發(fā)展提高 的，這些永磁電機根據(jù)轉(zhuǎn)子上永磁體的磁力線的方向可劃分為兩大類別，即以徑向磁力線方式的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式電機和軸向磁場方向的碟式結(jié)構(gòu)電機。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的永磁電機的定子鐵心利用一定形狀的硅鋼片沖壓后組裝一定厚度的圓筒狀鐵心結(jié)構(gòu)，在硅鋼片鐵心的外側(cè)或內(nèi)側(cè)有大小相等的繞組布線槽，布線槽內(nèi)放置一定匝數(shù)的絕緣銅導線，構(gòu)成電機的定子繞組。傳統(tǒng)的永磁電機，是由轉(zhuǎn)子和定子組成，包括外轉(zhuǎn)子型和內(nèi)轉(zhuǎn)子型對于內(nèi)轉(zhuǎn)子電機，轉(zhuǎn)子通常包括軸承，轉(zhuǎn)軸，永磁體和磁軛等；定子包括線圈繞組，定子鐵心，電機外蓋和端蓋等；對于外轉(zhuǎn)子電機轉(zhuǎn)子通常包括軸承，永磁體和磁軛等；定子包括線圈繞組，定子鐵心，轉(zhuǎn)軸，電機外蓋和端蓋等。定子鐵心軟磁材料采用硅鋼片等沖壓制作而成，根據(jù)電機設計，使用場合和電機諧波抑制的需求的不同，傳通電機的繞組布置方式有單層繞組，雙層繞組和分數(shù)槽繞組等，繞組間的連接方式包括鏈式、交叉式和同心式等，且定子通常固定在機殼內(nèi)，技術資料如《永磁電機的理論和設計》，《無刷直流電機原理和應用》等技術資料等對傳統(tǒng)的永磁電機設計和應用有著詳盡的描述和指導。傳統(tǒng)電機的定子硅鋼片的截面圖如圖I所示，圖中101為硅鋼片，102為定子線圈固定槽，內(nèi)部放置一定匝數(shù)的絕緣銅線，組成內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁電機的定子，103為定子鐵心內(nèi)圓面，即磁體氣隙作用面。如果線圈固定槽102在圓筒狀鐵心的外側(cè)，就構(gòu)成外轉(zhuǎn)子永磁電機的定子。電機定子上的繞組通過電流后，導線中的電流在磁體氣隙范圍內(nèi)垂直于磁感應強度方向產(chǎn)生電磁作用力，作用的方向可以用左手定則去判斷。由于電機的定子固定不動，所以通電電流導線在磁場中產(chǎn)生的作用力會通過反作用力的方式作用于安裝在轉(zhuǎn)子上的永磁體上，永磁體上的電磁反作用對應與轉(zhuǎn)動軸心的距離范圍內(nèi)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩一轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，使電機輸出機械能，完成電能和機械能的轉(zhuǎn)換。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的電機定子采用的分立的電磁鐵結(jié)構(gòu)方式，電磁鐵是由一定匝數(shù)的螺線管線圈、線圈支座和內(nèi)部的軟磁鐵心構(gòu)成。電機定子所需的分立電磁鐵的個數(shù)需要根據(jù)電機的磁極對數(shù)來決定，而且分立的電磁鐵的個數(shù)采用6n (n=l, 2，3……)的方式，即6的自然數(shù)(不包括零)倍數(shù)關系而確定，分立的電磁鐵固定在特定設計的保持架上，安裝固定，再配上電機的其他附件組裝成定子機構(gòu)。分立電磁鐵的結(jié)構(gòu)模型如說明書附圖2和圖3所示，在圖2和圖3中I與51為螺線管線圈繞組，繞組的匝數(shù)和繞組的長度，根據(jù)電機設計的直徑，電機的功率，電機的額定電壓，電機的額定電流等綜合確定；2為軟磁鐵心上的擋圈裝置，用以限位和固定電磁鐵，防止軟磁鐵心在永磁體作用力下從螺線管線圈中固定座3中脫離；3和201為螺線管線圈的線圈固定座，采用耐高溫的絕緣材料制作而成，內(nèi)部穿過軟磁鐵心；4和202為電磁鐵鐵心氣隙處的端面，電磁鐵線圈通電時電能轉(zhuǎn)換為磁能,鐵心端面處的磁體強度最大，從而對磁氣隙處的永磁體產(chǎn)生磁作用力；5和50為軟磁鐵心，磁體磁隙的端面形狀為梯形形狀(未倒角狀態(tài)時)或扇面形狀，軟磁鐵心為直線型形狀或‘C’形結(jié)構(gòu)設計，軟磁鐵心的加工采用沖片結(jié)構(gòu)疊壓制作，防止軟磁鐵心在頻繁變化的磁場作用下產(chǎn)生強渦流而發(fā)熱，影響電機性能。在圖I和圖2的電磁鐵中，電磁鐵的鐵心采用磁導率高的軟磁材料制作而成，由于軟磁材料的具有優(yōu)良導磁性能和抗磁飽和性能，電磁鐵線圈通電時電能轉(zhuǎn)換為磁能，軟磁鐵心將線圈內(nèi)部的磁場有效傳遞到端面位置，并且端面處的磁體強度最大，對轉(zhuǎn)子上對應位置區(qū)域的永磁體產(chǎn)生有效的磁作用力。永磁體產(chǎn)生的作用力的一個分力方向和定子的軸向方向相同，所以又成為軸向磁力電機，但是引起電機轉(zhuǎn)動的是磁作用力的切向分力的合力作用，即電磁鐵線圈對永磁體的磁作用力的切向作用力的合力是推動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的有效作用力。轉(zhuǎn)子上永磁體個數(shù)的選擇原則是根據(jù)電機的定子電磁鐵鐵心的形狀和分立電磁鐵的個數(shù)，分立電磁鐵線圈的連接方式等確定的。根據(jù)電機理論，電機定子線圈經(jīng)過一個通電周期后，定子的磁場旋轉(zhuǎn)的角度等于轉(zhuǎn)子上一對磁極的角度。因此轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)為2n(n=l, 2，3……)的方式，即2的自然數(shù)(不包括零)倍數(shù)關系而確定。相鄰磁體極性在圓周范圍內(nèi)交錯排列的方式布置，即N-S-N-S-N……S-或S-N-S-N-S……N-，對于步進電機，分立電磁鐵的個數(shù)可以和永磁體的個數(shù)相同，對于直流無刷電機或三相交流永磁同步電機來說，分立電磁鐵的個數(shù)要大于轉(zhuǎn)子上永磁體的個數(shù)，(可以按照5/6或2/6的關系確定永磁體的個數(shù)，但是使用2/6確定個數(shù)的永磁體的扇形面積約為軟磁鐵心端面面積的3倍)，永磁體采用粘接或采用弱磁性材料制作的壓條的方式固定在轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)子的材料通常使用鑄鐵或鋁合金材料。電磁鐵線圈在通過直流或交變電流后，電磁鐵將電能轉(zhuǎn)換為磁能，并且鐵心端面處的磁感應強度最大，并且端面處的磁感應強度大小和方向跟隨通電電流大小和方向產(chǎn)生變化。電磁體產(chǎn)生的磁場不僅對轉(zhuǎn)子上的軟磁體產(chǎn)生磁力作用，還可能對轉(zhuǎn)子上兩永磁體之間的鐵磁型材料進行磁化和產(chǎn)生磁吸力，這種吸引力的存在會影響電機的運轉(zhuǎn)性能。為了防止或弱化這種磁吸力作用，在永磁體之間需要采用非(弱)磁性材料(包括順磁性物質(zhì)或抗磁性物質(zhì))，如空氣、鋁或銅等材料進行隔離或填充，或直接其他固化性質(zhì)的粘接劑進行填充。由多個分立電磁鐵組成的永磁電機定子，分立電磁鐵之間的接線方式可參考成熟的直流無刷電機繞組布線規(guī)則和交流永磁同步電機繞組布線規(guī)則去進行和完成，定子繞組通過電機上的接線盒連接電機控制器或驅(qū)動器輸送符合設計要求的直流或三相交流電源，這樣電機的定子軟磁鐵心端面上會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)和變化的磁場，對轉(zhuǎn)子上的永磁體產(chǎn)生磁作用力。永磁體磁作用力的切向方向上的合力是讓電機轉(zhuǎn)子圍繞定子軸心產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩的有效作用力，轉(zhuǎn)子在磁作用力轉(zhuǎn)矩的作用下同步跟隨磁場而轉(zhuǎn)動，從而讓電機完成電能到機械能的轉(zhuǎn)換輸出。電磁鐵鐵心的兩個端面同時對轉(zhuǎn)子上 固定的永磁體產(chǎn)生磁力的作用，相當于兩個軸向磁場電機(電機的參數(shù)相同的情況下)的并聯(lián)，有著啟動轉(zhuǎn)矩上的優(yōu)勢。同時由于采用分立的電磁鐵結(jié)構(gòu)方式，相對于現(xiàn)在通用的永磁電機，可以節(jié)省定子線圈的端部接線，具有一定的成本優(yōu)勢。同時分立電磁鐵定子結(jié)構(gòu)的永磁電機的轉(zhuǎn)速計算和旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生機理，旋轉(zhuǎn)方向調(diào)整的方式等同于現(xiàn)有的交流永磁同步電機永磁電機或直流無刷電機等。附圖說明說明書附圖說明如下圖I :傳統(tǒng)電機的定子硅鋼片的截面圖；圖2 :直線型鐵心分立電磁鐵的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3 : ‘C’形鐵心分立電磁鐵的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4 :分立電磁鐵外轉(zhuǎn)子永磁電機示意圖；圖5 :分立電磁鐵外轉(zhuǎn)子永磁電機剖視圖；圖6 :外轉(zhuǎn)子電機定子保持架示意圖；圖7 :外轉(zhuǎn)子電機分立電磁鐵定子示意圖；圖8 :分立電磁鐵定子結(jié)構(gòu)外轉(zhuǎn)子電機的轉(zhuǎn)子視角圖(視角I)；圖9 :分立電磁鐵定子結(jié)構(gòu)外轉(zhuǎn)子電機的轉(zhuǎn)子視角圖(視角2)；圖10 :分立電磁鐵定子結(jié)構(gòu)的內(nèi)轉(zhuǎn)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
一種分立電磁鐵定子結(jié)構(gòu)的新型永磁電機，其特征是：新型永磁電機的定子使用單個的分立電磁鐵，即使用繞制好的一定匝數(shù)的單個螺線管線圈，內(nèi)部穿過軟磁材料加工制作的導磁鐵心，組裝成單個的分立電磁鐵，將多個相同型號的分立電磁鐵在空間圓周上等距分布并固定在特有的保持架上，組裝成新型內(nèi)、外轉(zhuǎn)子永磁電機的定子；分立電磁鐵定子結(jié)構(gòu)的新型永磁電機的定子電磁鐵鐵心氣隙位置的兩個端面同時對轉(zhuǎn)子上固定的永磁體產(chǎn)生磁力的作用，功能上相當于兩個軸向磁場電機的并聯(lián)。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：李必春，
申請(專利權)人：李必春，
類型：實用新型
國別省市：
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