專利名稱：永磁推挽無(wú)刷電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種永磁無(wú)刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)，既可作發(fā)電機(jī)，又可作電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
旋轉(zhuǎn)電機(jī)是基于磁能生電、電能生磁和磁場(chǎng)與磁場(chǎng)間同名磁極相斥、異名 磁極相吸的原理而制造的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置。現(xiàn)代電機(jī)產(chǎn)品種類繁多，應(yīng)用十 分廣泛，但是，現(xiàn)有電機(jī)或多或少都存在一些缺陷。例如交流異步電動(dòng)機(jī)雖 然具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、壽命長(zhǎng)、成本低、保養(yǎng)簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，但是，與直 流電機(jī)相比，它調(diào)速性能差，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，過(guò)載能力和效率低，其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的 產(chǎn)生需要從電網(wǎng)吸取無(wú)功功率，故功率因素低，無(wú)形中損失了大量電能。同歩 電機(jī)盡管工作效率高、噪音低、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小，但存在著啟動(dòng)困難，容易發(fā)生失 步和堵轉(zhuǎn)的問題。開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、啟動(dòng)性能好、調(diào)速性能 好，但存在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大、噪聲大、功率密度和效率相對(duì)永磁電機(jī)偏低的缺陷。 有刷直流電機(jī)雖有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、響應(yīng)快、噪音低、運(yùn)行效率高、調(diào)速性能好等 優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)也很明顯①換向時(shí)產(chǎn)生電磁干擾；②可靠性差，壽命短，維修 困難；③噪聲大。傳統(tǒng)的無(wú)刷直流電機(jī)既具有有刷直流電動(dòng)機(jī)同樣的性能，又 依靠電子換向，除去了電刷和換向器，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的變速范圍更寬， 運(yùn)行更穩(wěn)，而且起動(dòng)力矩大、過(guò)載能力強(qiáng)、效率高、體積小、壽命長(zhǎng)，但是需 要啟動(dòng)裝置，且存在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的問題，使無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用受到了限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為克服旋轉(zhuǎn)電機(jī)的缺點(diǎn)，提供了一種效率高、壽命長(zhǎng)、噪音低、啟 動(dòng)和運(yùn)行平穩(wěn)、無(wú)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、無(wú)需啟動(dòng)裝置、無(wú)電磁千擾的永磁推挽無(wú)刷電機(jī)。
本發(fā)明所述永磁推挽無(wú)刷電機(jī)(如圖1)由轉(zhuǎn)子1、定子2、轉(zhuǎn)軸3、軸承5、 端蓋6、機(jī)殼7、電子開關(guān)電路8、葉輪9、轉(zhuǎn)子位置傳感器H等部分組成。其 轉(zhuǎn)子和定子的組合可以是內(nèi)轉(zhuǎn)子外定子，也可以是內(nèi)定子外轉(zhuǎn)子，還可以是一個(gè)定子兩個(gè)轉(zhuǎn)子， 一個(gè)轉(zhuǎn)子兩個(gè)定子，或者是多定子多轉(zhuǎn)子組合。電機(jī)的外形 可以是圓柱狀、菱柱狀，或者是盤狀。既可作電動(dòng)機(jī)，又可作發(fā)電機(jī)。
本發(fā)明所述永磁推挽無(wú)刷電機(jī)是一種雙氣隙磁場(chǎng)電機(jī)，即定轉(zhuǎn)子磁極兩端 分別存在氣隙磁場(chǎng)的電機(jī)，其基本原理是通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子永磁體或定子電磁鐵進(jìn) 行變形處理(包括永磁體錯(cuò)開一定極距充磁、同繞組幾個(gè)上下徑向線圈錯(cuò)開一 定極距裝配等變形方法)，使轉(zhuǎn)子磁極(或者定子磁極)在兩端氣隙磁場(chǎng)錯(cuò)開一 定的極距，同時(shí)，通過(guò)擴(kuò)大氣隙的距離、減少線圈的匝數(shù)、減少永磁體的體積、 減少永磁體的面積、減少永磁體的充磁量、采用不同的永磁材料等方法，使電 機(jī)一端的氣隙磁場(chǎng)小于另一端的氣隙磁場(chǎng)。當(dāng)氣隙磁場(chǎng)強(qiáng)的那端的定子磁極與 轉(zhuǎn)子磁極在空間上對(duì)齊時(shí)，氣隙磁場(chǎng)弱的那端定子磁極或轉(zhuǎn)子磁極在空間上分 別對(duì)應(yīng)對(duì)方兩個(gè)l/2左右的磁極，或者對(duì)應(yīng)對(duì)方一個(gè)1/2左右的磁極(大于0， 小于1)并與對(duì)方另一磁極接近。則定子磁極對(duì)對(duì)應(yīng)或接近的轉(zhuǎn)子同名磁極產(chǎn)生 推力(排斥力)，對(duì)轉(zhuǎn)子異名磁極產(chǎn)生拉力(吸引力)，從而使轉(zhuǎn)子保持定向旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明所述永磁推挽無(wú)刷電機(jī)的關(guān)鍵還在于轉(zhuǎn)子永磁體(如圖2、圖3)和定
子電磁鐵(如圖9)的形狀及磁極的配置(如圖11和圖12)，且轉(zhuǎn)子永磁體和定
子電磁鐵的形狀具有互換性。當(dāng)轉(zhuǎn)子永磁體的形狀為"/" 、 " <"、" J""、"/"
等異形磁鐵，或者兩段永磁體以",i"形狀排列時(shí)，與"|"形或"！"形定子
電磁鐵配置；當(dāng)轉(zhuǎn)子永磁體為"l"形或"！"時(shí)，定子電磁鐵的形狀'為"/ "、
"<"、"J"" 、 " /"或"，卜形；當(dāng)轉(zhuǎn)子永磁體及定子電磁鐵均為"I"形
時(shí)， 一端或兩端采用"、" J""、或"/"形等異形磁軛進(jìn)行磁傳導(dǎo)。轉(zhuǎn)子磁 極與定子磁極分別成對(duì)設(shè)置，且轉(zhuǎn)子磁極與定子磁極之間的數(shù)量一般采用kl、
l:2或2:3的比例配置。
本發(fā)明所述永磁推挽無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子1由轉(zhuǎn)子本體10、永磁體11、高強(qiáng) 度非導(dǎo)磁箍12、轉(zhuǎn)子永磁體磁軛13等部分構(gòu)成。轉(zhuǎn)子本體IO用硅鋼片疊壓而 成，也可以用塑料注塑成型或者用鋁合金等金屬材料鑄造而成。轉(zhuǎn)子本體的結(jié) 構(gòu)(如圖7)可以是整體式，也可以由分體式組裝而成。轉(zhuǎn)子永磁體11的材料 為釹鐵硼或其它高磁能積永磁材料，其基本形狀如圖2、圖3所示，永磁體可采 用徑向充磁或軸向充磁方式充磁。轉(zhuǎn)子永磁體沿轉(zhuǎn)子本體圓周間隔相等的貼于 轉(zhuǎn)子表面，或粘接鑲嵌于轉(zhuǎn)子本體的凹槽內(nèi)或埋設(shè)于轉(zhuǎn)子本體內(nèi)，磁極按"N、 S、……"成對(duì)相間排列。轉(zhuǎn)子體外可加套高強(qiáng)度非導(dǎo)磁箍12用于防止電機(jī)高
8速旋轉(zhuǎn)時(shí)磁體脫落，或用于固定分體式轉(zhuǎn)子本體及永磁體。必要時(shí)，可根據(jù)需 要配置轉(zhuǎn)子永磁體磁軛(如圖4)，以減少漏磁損失，同時(shí)，還可以通過(guò)延長(zhǎng)磁 軛增大轉(zhuǎn)子半徑，延伸著力點(diǎn)，達(dá)到省力節(jié)電的目的。磁軛由鐵氧體、純鐵或 低碳鋼制造，采用插入粘接或螺栓等方式連接于轉(zhuǎn)子本體上。也可以將轉(zhuǎn)子本 體10、轉(zhuǎn)子永磁體11、轉(zhuǎn)子永磁體磁軛13用樹脂模制成一個(gè)整體(可包括轉(zhuǎn)
軸)。內(nèi)轉(zhuǎn)子的形狀為"本"、"T(r"、"巾"形，外轉(zhuǎn)子的形狀為"V "和
"屮"形。
本發(fā)明所述永磁推挽無(wú)刷電機(jī)的定子2由定子本體20、定子線圈鐵芯21、 定子線圈22、定子磁軛23、定子背軛24等部分構(gòu)成。定子本體20的基本形狀 如圖6所示，可采用精密鑄造或硅鋼片疊壓而成，外定子電機(jī)可由機(jī)殼7替代。 定子線圈鐵芯21的基本形狀如圖5所示，可采用硅鐵粉末冶金制造或硅鋼片疊 壓而成。本電機(jī)定子繞組可釆用分布式繞組或者集中式繞組(含螺線形線圈)， 每相繞組內(nèi)的各個(gè)線圈可串聯(lián)或并聯(lián)連接，線圈分為軸向線圈和徑向線圈兩種， 其基本形狀如圖9所示。線圈22繞于鐵芯21上，線圈22與鐵芯21之間用耐 高溫絕緣套(架、墊)或涂層隔離。鐵芯21采用粘接、焊接等方法直接與定子 本體20連接固定，軸向螺線形線圈還可先裝配于連接環(huán)、鉸鏈板(如圖8)等 支承裝置，再與定子本體20連接固定。必要時(shí)，可根據(jù)需要配置定子線圈背軛 24 (如圖2和圖3)或磁軛23 (如圖4)，以減少漏磁損失。定子鐵芯21和磁軛 23、背軛24可一體制造，或者分開制造后組裝連成 一體。線圈22之間或者線 圈22與定子本體20間有通風(fēng)道，用于降低電機(jī)溫度。
本發(fā)明所述永磁推挽無(wú)刷電機(jī)的定子按線圈磁極排列不同有換流式定子和 換向式定子之分所謂換流式定子，即線圈磁極的極性不改變，而是通過(guò)電子 換流開關(guān)使線圈產(chǎn)生間歇磁場(chǎng)的定子，該定子一端所有線圈的極性都一樣(全 部為N極或者S極，另一端全部為S極或N極)。換流式定子的磁極成對(duì)排列， 且無(wú)論電源為多少相，其磁極對(duì)數(shù)應(yīng)能被電源相數(shù)整除(單相電源分解為多相 電源亦同)，每相電源依次連接一組繞組。所謂換向式定子，即線圈磁極的極性 隨電流方向的改變而改變的定子。換向式定子線圈磁極的極性按"N、 S、……" 成對(duì)相間排列，交流換向式定子的磁極還可按"N、 N、 S、 S……成對(duì)相間排列。無(wú)論電源為多少相，換向式定子磁極的對(duì)數(shù)應(yīng)能被電源相數(shù)整除(單相電源分 解為多相電源亦同)，每相電源依次連接一組繞組。
本發(fā)明所述永磁推挽無(wú)刷電機(jī)電路的控制信號(hào)可以由轉(zhuǎn)子位置傳感器H獲 得，或者由方波信號(hào)發(fā)生器、正弦波信號(hào)發(fā)生器、梯形波信號(hào)發(fā)生器等信號(hào)發(fā) 生電路產(chǎn)生。轉(zhuǎn)子位置傳感器H可以是霍爾傳感器、電感式傳感器或光電傳感 器。傳感器可以徑向安裝也可以軸向安裝，可以直接以電機(jī)轉(zhuǎn)子為感應(yīng)對(duì)象，或 者另外與電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸安裝專門的傳感信號(hào)感應(yīng)轉(zhuǎn)子。若需要，可在傳感器非 感應(yīng)面周邊設(shè)置隔磁裝置。
本發(fā)明所述永磁推挽無(wú)刷電機(jī)的電路分為電動(dòng)機(jī)電路和發(fā)電機(jī)電路，電動(dòng) 機(jī)電路又分為換流電路、換向電路和換流換向混合電路。直流電機(jī)可采用單相、 二相及多項(xiàng)電源供電或輸出電流。交流電機(jī)采用單相或單相分為若干相供電或 輸出電流。
(一)、電動(dòng)機(jī)換流電路(如圖13)。電流在電路中各支路間轉(zhuǎn)移且不改變 電流方向的電路，即換流電路。它包含直流換流電路和交流換流電路，其中直 流換流電路又分為有位置傳感器直流換流電路和無(wú)位置傳感器直流換流電路。
1、 有位置傳感器直流換流電路。該電路是通過(guò)位置傳感器獲取轉(zhuǎn)子位置信 號(hào)，并由傳感器直接控制電子換流開關(guān)的接通和關(guān)斷，從而使電流在各支路間 切換的直流電路。由轉(zhuǎn)子位置傳感器、電子換流開關(guān)、續(xù)流二極管等部分組成。 其位置傳感器可以是霍爾傳感器、電感式傳感器或光電傳感器。根據(jù)傳感器輸 出信號(hào)波形的不同，每相繞組(含單相分解為多相)安裝一個(gè)或二個(gè)傳感器； 當(dāng)電源為二相(或單相分解為二相)時(shí)，可分別安裝三個(gè)、二個(gè)或一個(gè)傳感器。 傳感器與電子換流開關(guān)相連，電子開關(guān)與電源和線圈繞組相連。電子換流開關(guān) 可以是三極管(包括達(dá)林頓管)、光電耦合器、場(chǎng)效應(yīng)管、可關(guān)斷晶體管、絕緣 柵雙極晶體管以及IGBT等電子開關(guān)。續(xù)流二極管在電源與線圈之間連接。若需 要電機(jī)倒轉(zhuǎn)，采用手動(dòng)倒順開關(guān)或電子倒順開關(guān)將電源反接，或者將電子開關(guān)
控制信號(hào)源電線調(diào)換連接即可(特別說(shuō)明三相電源將其中兩相調(diào)換位置即可， 下同)。其變速控制可采用手動(dòng)操作或電子自動(dòng)控制可變電阻，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。
2、 無(wú)位置傳感器直流換流電路。此電路是采用方波信號(hào)發(fā)生器、正弦波信
10號(hào)發(fā)生器、梯形波信號(hào)發(fā)生器等信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生信號(hào)，控制電子換流開關(guān)的 接通和關(guān)斷，從而使電流在各支路間切換的直流電路。將有位置傳感器直流換 流電路中的傳感器用信號(hào)發(fā)生電路替換，就變成了本電路。采用正弦波信號(hào)發(fā) 生器、梯形波信號(hào)發(fā)生器等信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生信號(hào)時(shí)，應(yīng)設(shè)置一定的提前導(dǎo)通 角，以保證電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。其變速控制可采用可變電容或者可變電阻兩種器件 進(jìn)行調(diào)速，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。其倒轉(zhuǎn)原理與有位置傳感器直流換流電路相同。
3、交流換流電路。交流換流電路即電子換流開關(guān)在交流電正、負(fù)半周時(shí)， 分別單向?qū)ê完P(guān)斷不同支路的電路。電子換流開關(guān)可以是二極管、三極管(包 括達(dá)林頓管)、光電耦合器、場(chǎng)效應(yīng)管、普通晶閘管、可關(guān)斷晶體管、絕緣柵雙
極晶體管以及IGBT等電子開關(guān)。除二極管以外，其它開關(guān)控制極的信號(hào)取自電
源。其調(diào)速可采用變頻調(diào)速。正半周繞組和負(fù)半周繞組各自再進(jìn)行分相的電機(jī) 可實(shí)現(xiàn)倒轉(zhuǎn)(原理與有位置傳感器直流換流電路相同)，否則不能倒轉(zhuǎn)。
(二) 、電動(dòng)機(jī)換向電路(如圖14)。電路內(nèi)的電流隨時(shí)間的推移而不斷改
變方向的電路即換向電路(特別說(shuō)明換向電機(jī)不能倒轉(zhuǎn)，但功率較大)。它包 括直流換向電路和交流換向電路，其中直流換向電路又分為有位置傳感器直流 換向電路和無(wú)位置傳感器直流換向電路。
1、 有位置傳感器直流換向電路。該電路是通過(guò)位置傳感器獲取轉(zhuǎn)子位置信 號(hào)，并由傳感器直接控制電子換向開關(guān)的接通和關(guān)斷，從而改變電路中電流方 向的直流電路。由轉(zhuǎn)子位置傳感器、電子換向開關(guān)等部分組成。其電子元器件 與換流電路基本相同。
2、 無(wú)位置傳感器直流換向電路。即有位置傳感器直流換向電路中的傳感器
用方波信號(hào)發(fā)生器、正弦波信號(hào)發(fā)生器、梯形波信號(hào)發(fā)生器等信號(hào)發(fā)生電路替 代即可。
3、 交流換向電路。即利用交流電周期自然改變電流方向的特性，將交流電
源直接與電機(jī)繞組相連。
(三) 、電動(dòng)機(jī)換流換向混合電路(如圖15)。該電路將單相交流電進(jìn)行分
相，并通過(guò)電子換流開關(guān)在各相間進(jìn)行換流(可用無(wú)極件電容替代后通電繞組 的電子開關(guān))，然后利用交流電自然換向現(xiàn)象進(jìn)行換向。該電路換流開關(guān)的控制 信號(hào)可由轉(zhuǎn)子位置傳感器產(chǎn)生，也可由方波信號(hào)發(fā)生器、正弦波信號(hào)發(fā)牛器或 梯形波信號(hào)發(fā)生器等信號(hào)發(fā)生裝置產(chǎn)生。其定子可以是換流定子，也可以是換電子開關(guān)控制信號(hào)線路反接，或?qū)㈦姍C(jī)電源反接。 (四)、發(fā)電機(jī)電路。當(dāng)本電機(jī)作為直流發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)，可通過(guò)二極管等電 子器件將電流輸送到儲(chǔ)能設(shè)備(蓄電池或超級(jí)電容等)或直接供用電器使用； 當(dāng)本電機(jī)作為交流發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)，可經(jīng)過(guò)變壓器、整流器、逆變器等設(shè)備后將 電流輸送到電網(wǎng)或直接供用電器使用。
必要時(shí)(如電動(dòng)車輛作為動(dòng)力使用時(shí))，本發(fā)明所述永磁推挽無(wú)刷電機(jī)可同 時(shí)將電動(dòng)機(jī)電路和發(fā)電機(jī)電路一并連接于定子繞組的兩端，并分別安裝電動(dòng)機(jī) 開關(guān)和發(fā)電機(jī)開關(guān)，通過(guò)開關(guān)實(shí)現(xiàn)發(fā)電/電動(dòng)功能轉(zhuǎn)換。即作電動(dòng)機(jī)時(shí)，閉合電 動(dòng)機(jī)開關(guān)，斷開發(fā)電機(jī)開關(guān)；作發(fā)電機(jī)時(shí)，閉合發(fā)電機(jī)開關(guān)，斷開電動(dòng)機(jī)開關(guān)。
其電動(dòng)機(jī)開關(guān)和發(fā)電機(jī)開關(guān)可以是手動(dòng)開關(guān)，也可以是電子開關(guān)。
本發(fā)明所述永磁推挽無(wú)刷電機(jī)的電子開關(guān)電路，可根據(jù)需要增加變壓、整 流、濾波、穩(wěn)壓、過(guò)流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、溫度補(bǔ)償?shù)入娐芳半娮釉秒娐罚?br> 也可以根據(jù)電路的需要(如級(jí)間耦合)增加必要的元器件。電機(jī)印刷電路板8
可封裝于電機(jī)殼內(nèi)，也可另安裝于專門的機(jī)外接線盒內(nèi)。
本發(fā)明所述的永磁推挽無(wú)刷電機(jī)，轉(zhuǎn)子軸3與定子2或機(jī)殼7連接部位為 軸承5連接或間隙配合，其中大功率或高速電機(jī)根據(jù)電機(jī)的結(jié)構(gòu)采用軸向軸承 或徑向軸承連接，小功率低速電機(jī)可采用間隙配合。軸承5可以是普通軸承， 也可以是磁懸浮軸承或非導(dǎo)磁材料軸承。
本發(fā)明所述永磁推挽無(wú)刷電機(jī)有一葉輪9與轉(zhuǎn)軸3同軸緊固安裝，或者將 轉(zhuǎn)子磁軛13邊緣設(shè)計(jì)成風(fēng)葉形狀，可作電機(jī)降溫的風(fēng)輪或作泵類產(chǎn)品的泵葉輪， 通過(guò)空氣或液體流過(guò)帶走熱量，能有效抑制電機(jī)的溫升。采用分布式繞組的電 機(jī)，若通過(guò)機(jī)殼散熱，可不配置風(fēng)扇。
本發(fā)明所述永磁推挽無(wú)刷電機(jī)具有非常明顯的優(yōu)點(diǎn)
首先，本電機(jī)作電動(dòng)機(jī)時(shí)，其轉(zhuǎn)子能相對(duì)于定子保持定向旋轉(zhuǎn)，所以無(wú)須 啟動(dòng)裝置，而且啟動(dòng)平穩(wěn)，其控制電路因?yàn)閮H僅只需要輪流開關(guān)各支路電源或 者輪番改變電流方向而變得非常簡(jiǎn)單。同時(shí)，由于轉(zhuǎn)子能定向旋轉(zhuǎn)，所以在額 定負(fù)載條件下，電機(jī)不存在堵轉(zhuǎn)和失步的問題。
12其次，節(jié)能是本電機(jī)的顯著特點(diǎn)。因?yàn)榈谝?，由于采用高磁能積的永磁 體作為勵(lì)磁源，省去了勵(lì)磁或電樞繞阻，減少了電能勵(lì)磁損耗；第二，作電動(dòng) 機(jī)時(shí)，由于繞組兩端與正負(fù)電路之間分別接有續(xù)流二極管，高速旋轉(zhuǎn)的永磁體 使未通電的定子線圈產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢(shì)，能通過(guò)續(xù)流二極管回饋電源，不僅減 少了磁滯損耗，還增加了電能；第三，本電機(jī)轉(zhuǎn)子省去了電刷、滑環(huán)、換向器， 不僅減少了銅耗，而且大大延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命；第四，本電機(jī)裝有葉輪， 電機(jī)定子上留有通風(fēng)孔，使電機(jī)溫升小，從而降低了電阻提高了電機(jī)功率；第 五，設(shè)置定子或轉(zhuǎn)子磁軛(含背軛)約束磁力線，增強(qiáng)氣隙磁場(chǎng)的磁通量，提 高電動(dòng)機(jī)效率，部分電機(jī)還可通過(guò)延長(zhǎng)磁軛增大轉(zhuǎn)子半徑，延伸著力點(diǎn)，達(dá)到 省力節(jié)電的目的。
再次，本電機(jī)能保持恒轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，運(yùn)行平穩(wěn)，噪音小。
再其次，因?yàn)橛来朋w的存在，所以停機(jī)時(shí)定子線圈的反電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的制動(dòng) 力矩，對(duì)轉(zhuǎn)子的磁滯增大，所以電機(jī)的慣量小。
最后，本發(fā)明所述永磁推挽無(wú)刷電機(jī)不僅可作為高效率的電動(dòng)機(jī)，也可以 作發(fā)電機(jī)使用，尤其在電動(dòng)車輛領(lǐng)域，可根據(jù)車輛運(yùn)行需要進(jìn)行發(fā)電/電動(dòng)功能 轉(zhuǎn)換，做到一機(jī)二用，提高電機(jī)的使用效率。
本發(fā)明所述永磁推挽無(wú)刷電機(jī)可廣泛用于電動(dòng)車輛、家用電器、航空、航 海、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及家用供電系統(tǒng)等領(lǐng)域。


圖1:永磁推挽無(wú)刷電機(jī)軸向剖面例圖(a、 b為內(nèi)轉(zhuǎn)子外定子軸向線圈軸 向氣隙電機(jī)例圖；c為外轉(zhuǎn)子內(nèi)定子軸向線圈軸向氣隙電機(jī)例圖；d、 e為內(nèi)轉(zhuǎn) 子外定子徑向線圈徑向氣隙電機(jī)例圖；f為外轉(zhuǎn)子內(nèi)定子徑向線圈徑向氣隙電機(jī) 例圖)。
圖2:轉(zhuǎn)子永磁體及徑向充磁永磁體背軛的徑向基本形狀例圖。 圖3:轉(zhuǎn)子永磁體及徑向充磁永磁體背軛的軸向基本形狀例圖。 圖4:軸向線圈磁軛或軸向充磁永磁體磁軛的軸向基本形狀例圖(al、 bl 為內(nèi)轉(zhuǎn)子或內(nèi)定子插入粘接式磁軛例圖；a2、 a3、 b2、 b3為內(nèi)轉(zhuǎn)子及內(nèi)定子鉚 接或螺栓連接式磁軛例圖；cl外轉(zhuǎn)子插入粘接式磁軛例圖；c2、 c3為外轉(zhuǎn)子鉚 接或螺栓連接式磁軛例圖)。圖5:定子線圈鐵芯基本形狀例圖(al、 a4為外定子徑向線圈鐵芯例圖； bl、 b2為內(nèi)定子徑向線圈鐵芯例圖；c1-c4為軸向線圈鐵芯例圖)。
圖6:定子本體軸向橫截面例圖(a為連接徑向線圈的外定子本休例圖；bl、 b2為連接軸向線圈的外定子本體例圖；c為連接徑向線圈的內(nèi)定子本體例圖)。
圖7:轉(zhuǎn)子本體軸向橫截面例圖(al-a4為內(nèi)轉(zhuǎn)子本體例圖；b為外轉(zhuǎn)子端
面例圖；Cl-C4為分割式內(nèi)轉(zhuǎn)子本體例圖)。
圖8:外定子軸向線圈鉸鏈板例圖(al-a4為徑向例圖；bl-b4為軸向例圖)。 圖9:定子線圈徑向形狀例圖(al-a9為軸向線圈例圖；bl-bl5為徑向線圈 例圖)。
圖10:軸向線圈軸向氣隙電機(jī)端面例圖(al-a2為"I "形線圈配"I " 永磁體且一端采用"J""形永磁體磁軛的電機(jī)，停機(jī)時(shí)轉(zhuǎn)子永磁體與定子線圈 對(duì)齊的內(nèi)轉(zhuǎn)子外定子兩端結(jié)構(gòu)例圖；bl-b2為停機(jī)時(shí)轉(zhuǎn)子永磁體與定子線圈錯(cuò)開 半個(gè)極距的內(nèi)轉(zhuǎn)子外定子兩端結(jié)構(gòu)例圖；c為轉(zhuǎn)子永磁體磁極與定子電磁極按
2/3配置時(shí)的例圖；d為外轉(zhuǎn)子內(nèi)定子例圖)。
圖11:換流式定子與轉(zhuǎn)子磁極配置例圖(al-a4為一對(duì)永磁體轉(zhuǎn)子配置一
對(duì)電磁鐵定子例圖；bl-b4為二對(duì)永磁體轉(zhuǎn)子配置二對(duì)電磁鐵定子例圖；Cl-c2
為二對(duì)永磁體轉(zhuǎn)子配置三對(duì)電磁鐵定子例圖；d為三對(duì)永磁體轉(zhuǎn)子配置三對(duì)電磁
鐵定子例圖；el-e2為四對(duì)永磁體轉(zhuǎn)子配置四對(duì)電磁鐵定子例圖；)。
圖12:換向式定子與轉(zhuǎn)子磁極配置例圖(al-a8為一對(duì)永磁體轉(zhuǎn)子配置一對(duì)
電磁鐵定子例圖；bl-b3為二對(duì)永磁體轉(zhuǎn)子配置二對(duì)電磁鐵定子例圖；c為單相變
二相交流換向電機(jī)一對(duì)永磁體轉(zhuǎn)子配置二對(duì)電磁鐵例圖)。
圖13:電動(dòng)機(jī)換流電路例圖(al-a5為單相變二相有位置傳感器直流換流
電路；a6為單相變?nèi)嘤形恢脗鞲衅髦绷鲹Q流電路；b為單相變二相交流換流
電路)。
圖14:電動(dòng)機(jī)換向電路例圖(a為單相有位置傳感器直流換向電路；b為單
相交流換向電路)。
圖15:交流換流換向混合電路例圖(a為二對(duì)永磁體轉(zhuǎn)子配置二對(duì)電磁鐵單 向變二相電路例圖；b為一對(duì)永磁體轉(zhuǎn)子配置二對(duì)電磁鐵單相變二相電路例圖)。 圖中主要部分的符號(hào)說(shuō)明l轉(zhuǎn)子、IO轉(zhuǎn)子本體、ll轉(zhuǎn)子永磁體、12高強(qiáng)
度非導(dǎo)磁箍、13轉(zhuǎn)子磁軛，2定子、20定子本體、21定子線圈鐵芯、22定子線圈、23定子磁軛、24定子背軛，3轉(zhuǎn)軸，5軸承，6端蓋、61端蓋通風(fēng)孔，7機(jī) 殼，8電路板，9葉輪，H轉(zhuǎn)子位置傳感器。
本發(fā)明所述永磁推挽無(wú)刷電機(jī)是一個(gè)電機(jī)系列，包括但不限于附圖所示內(nèi) 容，在不超出本電機(jī)的基本原理和權(quán)利要求范圍內(nèi)所作的任何改動(dòng)，均受到本 專利的保護(hù)。本電機(jī)的制造不排除使用已成熟的公共技術(shù)。
具體實(shí)施方案
本發(fā)明所述永磁推挽無(wú)刷電機(jī)是一個(gè)電機(jī)系列，其具體實(shí)施方式
很多，現(xiàn) 略舉幾例加以說(shuō)明。
實(shí)施例一如圖llbl為"二對(duì)'/ ，形軸向充磁轉(zhuǎn)子永磁體配置二對(duì)'I ，
形換流式定子軸向磁極"的電機(jī)，采用圖13al所示"單相變二相直流換流電路"， 由二個(gè)傳感器(單極型或雙極型均可)采集信號(hào)控制電路。當(dāng)電動(dòng)機(jī)未啟動(dòng)時(shí)， 由于定子線圈鐵芯被轉(zhuǎn)子永磁體吸引，使傳感器Hl和H2總有一個(gè)轉(zhuǎn)到對(duì)準(zhǔn)轉(zhuǎn) 子S磁極的位置。所以如圖llbl和圖13al所示，當(dāng)傳感器H2感應(yīng)到轉(zhuǎn)子磁極 S2時(shí)，輸出正信號(hào)，VT3和VT4導(dǎo)通，B繞組通電，定子磁極麗l、 BN2與轉(zhuǎn)子 磁極N1、 N2相排斥，定子磁極BS①、BS②分別與轉(zhuǎn)子磁極S②、S①相排斥， 幾乎同時(shí)BS①、BS②分別與N②、N①相吸引；當(dāng)BS①、BS②將S②、S①排斥 出它們的"勢(shì)力范圍"時(shí)，麗l、 BN2開始與Sl、 S2相吸引；當(dāng)轉(zhuǎn)子向右旋轉(zhuǎn) 90"時(shí)，S1與BN1、 S2與BN2位置重疊，H2感應(yīng)到轉(zhuǎn)子磁極N1，輸出負(fù)信號(hào)(單 極性傳感器不輸出信號(hào)，下同)，VT3和VT4截止，B繞組斷電；與此同時(shí)，Hl 感應(yīng)到轉(zhuǎn)子S1磁極，輸山正信號(hào)，VT1和VT2導(dǎo)通，A繞組通電，定子磁極AN1、 AN2分別與轉(zhuǎn)子磁極N2、 Nl相排斥，定子磁極AS①、AS②分別與轉(zhuǎn)子磁極S①、 S②相排斥，幾乎同時(shí)，AS①、AS②分別與N①、N②相吸；當(dāng)AS①和AS②分別 將S①、S②排斥出"勢(shì)力范圍"時(shí)，認(rèn)l禾t!AN2分別與S2、 Sl產(chǎn)生吸引力，轉(zhuǎn) 子再向右旋轉(zhuǎn)90、當(dāng)AN1與S2、 AN2與S1位置重疊時(shí)，H1感應(yīng)到轉(zhuǎn)子磁極N2， 輸出負(fù)信號(hào)，VT1和VT2截止，A繞組斷電，B繞組如前述通電……，由此不斷 重復(fù)上述過(guò)程，則電動(dòng)機(jī)連續(xù)作向右旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。若要電機(jī)倒轉(zhuǎn)，可采用倒順開 關(guān)將電源反接，則定子線圏磁極與原來(lái)的磁極相反，定子線圈磁場(chǎng)與永磁休的 作用力相反，因而電機(jī)改為向左旋轉(zhuǎn)。若要對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，可在電源串接一個(gè)可變電阻，通過(guò)調(diào)節(jié)可變電阻實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。
實(shí)施例二如圖iib4為"二對(duì)'r形轉(zhuǎn)子永磁體配置二對(duì)'r形換流
式定子徑向磁極"的電機(jī)，其定子線圈靠近機(jī)殼的那端采用"/ "形磁軛，對(duì)磁 路進(jìn)行軸向延伸，與此對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子相同端采用扇形磁軛，將磁軛進(jìn)行徑向延伸。
該電機(jī)采用圖13a3所示"單相變二相直流換流電路"，用一個(gè)雙極型傳感器控 制電路，其開關(guān)為一對(duì)NPN和PNP三極管。當(dāng)H感應(yīng)到轉(zhuǎn)子磁極S1時(shí)，輸出正 信號(hào)，VT1導(dǎo)通，定子A繞組通電，轉(zhuǎn)子向右旋轉(zhuǎn)90°;當(dāng)H感應(yīng)到轉(zhuǎn)子磁極N2 時(shí)，輸出負(fù)信號(hào)，則VT1截止，同時(shí)VT2因其控制極感應(yīng)負(fù)電信號(hào)而導(dǎo)通，定 子B繞組通電，轉(zhuǎn)子再向右旋轉(zhuǎn)90";接著，H感應(yīng)到轉(zhuǎn)子磁極S2， A繞組再次 通電……，如此不斷重復(fù)上述過(guò)程，則電動(dòng)機(jī)連續(xù)作向右旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。倒轉(zhuǎn)與調(diào) 速如實(shí)施例一所述。
實(shí)施例三如圖llcl為"二對(duì)？，形轉(zhuǎn)子永磁體配置三對(duì)'！，形換流 式定子徑向磁極"的電機(jī)，采用圖13a6所示"單相變?nèi)嘀绷鲹Q流電路"，采 用三個(gè)單極型傳感器控制電路。參見圖示，傳感器H2感應(yīng)到轉(zhuǎn)子磁極S2時(shí)， 輸出正信號(hào)，VT3、 VT4導(dǎo)通，B繞組通電，轉(zhuǎn)子向右旋轉(zhuǎn)60、接著，傳感器 H2感應(yīng)不到轉(zhuǎn)子磁極，輸出信號(hào)停止，VT3、 VT4截止，B繞組斷電，同時(shí)傳感 器H3感應(yīng)到轉(zhuǎn)子磁極S2，輸出正信號(hào)，VT5、 VT6導(dǎo)通，C繞組通電，轉(zhuǎn)子又 向右旋轉(zhuǎn)60、接下來(lái)傳感器H3感應(yīng)不到轉(zhuǎn)子磁極，輸出信號(hào)停止，VT5、 VT6 截止，C繞組斷電，同時(shí)傳感器H1感應(yīng)到轉(zhuǎn)子磁極S1，輸出正信號(hào)，VT1、 VT2 導(dǎo)通，A繞組通電，轉(zhuǎn)子再向右旋轉(zhuǎn)60"……；如此不斷重復(fù)上述過(guò)程，則電動(dòng) 機(jī)連續(xù)作向右旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。如需要倒轉(zhuǎn)，將其中兩相電源交換連接即可。其調(diào)速 與實(shí)施例一相同。
實(shí)施例四如圖llel為"四對(duì)'/，形轉(zhuǎn)子永磁體配置四對(duì)'I，形換流 式定子軸向磁極"的電機(jī)，采用圖13b所示"單相變—相交流換流電路"。當(dāng)電 源正半周時(shí)，VD1、 VD3正向?qū)ǎ珹繞組通電，轉(zhuǎn)子向右旋轉(zhuǎn)45、當(dāng)電源負(fù)半 周時(shí)，VD1、 VD3反向截止，A繞組斷電，同時(shí)VD2、 VD4正向?qū)?，B繞組通電， 轉(zhuǎn)子再向右旋轉(zhuǎn)45"; A、 B繞組如此循環(huán)通電，則電動(dòng)機(jī)連續(xù)作向右旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其調(diào)速方法是采用變頻調(diào)速，但本電機(jī)不能倒轉(zhuǎn)。
實(shí)施例五如圖12b3為"二對(duì)'I ，形轉(zhuǎn)子永磁體配置二對(duì)'J"，形換向 式定子徑向磁極"的電機(jī)，采用圖14b所示"單相交流換向電路"。電源正半周 時(shí)，電流從"+"流向"-"，轉(zhuǎn)子與定子磁極產(chǎn)生排斥和吸引力，向左旋轉(zhuǎn)9(A 這時(shí)，所有定子磁極和轉(zhuǎn)子磁極都處于相吸的狀態(tài)；當(dāng)電源負(fù)半周時(shí)，電流從
"-"流向"+"，線圈內(nèi)的電流方向與原來(lái)的電流方向相反，使線圈磁極與原來(lái) 相反，打破了先前轉(zhuǎn)子與定子磁極處于相吸的狀態(tài)，再次從相互排斥到相互吸
引，從而再向左旋轉(zhuǎn)90、由此，電流的方向不斷改變，使定子線圈的磁極不斷 改變，從而使電機(jī)不斷的旋轉(zhuǎn)。其調(diào)速方法為變頻調(diào)速，這種電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向 具有恒定性，不能倒轉(zhuǎn)，但這種電機(jī)較同類型電機(jī)具有較大的功率。
實(shí)施例六如圖12c為"一對(duì)'/'形轉(zhuǎn)子永磁體配置二對(duì)'I '形換向
式定子軸向磁極"的電機(jī)，采用圖15b所示"單相變二相交流換流換向混合電 路"，另與轉(zhuǎn)子同軸設(shè)置"N、 S、 N、 S"四極感應(yīng)轉(zhuǎn)子，定子圓周相隔90°安裝 兩個(gè)轉(zhuǎn)子位置傳感器(雙極性、單極性均可)， 一個(gè)與VT1、 VT2相連，另一個(gè) 與BCR相連。當(dāng)電源在正半周時(shí)，電流由"+ "經(jīng)定子線圈流向"-"，若與VT1、 VT2相連的轉(zhuǎn)子位置傳感器感應(yīng)到S極，輸出正信號(hào)，貝ljVTl導(dǎo)通，A繞組正向 通電，轉(zhuǎn)子向左旋轉(zhuǎn)90°;當(dāng)轉(zhuǎn)子位置傳感器感應(yīng)到N極，輸出負(fù)信號(hào)或不輸出 信號(hào)，則VTI截止，A繞組斷電，同時(shí)，另一轉(zhuǎn)子位置傳感器感應(yīng)到S極，輸出 正信號(hào)，貝UBCR導(dǎo)通，B繞組正向通電，轉(zhuǎn)子再向左旋轉(zhuǎn)90°，電壓過(guò)零時(shí)截止； 當(dāng)電源負(fù)半周時(shí)，電流由"-"經(jīng)定子線圈流向"+ "，與VT1、 VT2相連的轉(zhuǎn)子 位置傳感器感應(yīng)到S極，輸出正信號(hào)，貝ljVT2導(dǎo)通，A繞組反向通電，A繞組磁 極與原磁極相反，轉(zhuǎn)子又向左旋轉(zhuǎn)90。；當(dāng)轉(zhuǎn)子位置傳感器感應(yīng)到N極，輸出負(fù) 信號(hào)或不輸出信號(hào)，則VT2截止，A繞組斷電，同時(shí)，另一轉(zhuǎn)子位置傳感器感應(yīng) 到S極，輸出正信號(hào)，則BCR導(dǎo)通，B繞組反向通電，B繞組磁極與原磁極相反， 轉(zhuǎn)子再向左旋轉(zhuǎn)9(A電壓過(guò)零時(shí)截止；接下來(lái)A繞組再正向通電……，由此使 電機(jī)不斷的旋轉(zhuǎn)。其調(diào)速方法是采用變頻調(diào)速。若要電機(jī)倒轉(zhuǎn)，只需采用倒順 開關(guān)將電源反接即可。
權(quán)利要求
1、一種永磁推挽無(wú)刷電機(jī)，由定子、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸、軸承、葉輪、電子開關(guān)電路、端蓋、機(jī)殼等部分組成。其轉(zhuǎn)子和定子的組合可以是內(nèi)轉(zhuǎn)子外定子，也可以是內(nèi)定子外轉(zhuǎn)子，還可以是一個(gè)定子兩個(gè)轉(zhuǎn)子，一個(gè)轉(zhuǎn)子兩個(gè)定子，或者是多定子多轉(zhuǎn)子組合。電機(jī)的外形可以是圓柱狀、菱柱狀，或者是盤狀。既可作電動(dòng)機(jī)，也可作發(fā)電機(jī)。本發(fā)明所述永磁推挽無(wú)刷電機(jī)是一種雙氣隙磁場(chǎng)電機(jī)，即定轉(zhuǎn)子磁極兩端分別存在氣隙磁場(chǎng)的電機(jī)，其基本原理是通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子永磁體或定子電磁鐵進(jìn)行變形處理(包括永磁體錯(cuò)開一定極距充磁、同繞組幾個(gè)上下徑向線圈錯(cuò)開一定極距裝配等變形方法)，使轉(zhuǎn)子磁極(或者定子磁極)在兩端氣隙磁場(chǎng)錯(cuò)開一定的極距，同時(shí)，通過(guò)擴(kuò)大氣隙的距離、減少線圈的匝數(shù)、減少永磁體的體積、減少永磁體的面積、減少永磁體的充磁量、采用不同的永磁材料等方法，使電機(jī)一端的氣隙磁場(chǎng)小于另一端的氣隙磁場(chǎng)。當(dāng)氣隙磁場(chǎng)強(qiáng)的那端的定子磁極與轉(zhuǎn)子磁極在空間上對(duì)齊時(shí)，氣隙磁場(chǎng)弱的那端定子磁極或轉(zhuǎn)子磁極在空間上分別對(duì)應(yīng)對(duì)方兩個(gè)1/2左右的磁極，或者對(duì)應(yīng)對(duì)方一個(gè)1/2左右的磁極(大于0，小于1)并與對(duì)方另一磁極接近。則定子磁極對(duì)對(duì)應(yīng)或接近的轉(zhuǎn)子同名磁極產(chǎn)生推力(排斥力)，對(duì)轉(zhuǎn)子異名磁極產(chǎn)生拉力(吸引力)，從而使轉(zhuǎn)子保持定向旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明所述永磁推挽無(wú)刷電機(jī)的關(guān)鍵還在于轉(zhuǎn)子永磁體和定子電磁鐵的形狀及磁極的配置，且轉(zhuǎn)子永磁體和定子電磁鐵的形狀具有互換性。當(dāng)轉(zhuǎn)子永磁體的形狀為等異形磁鐵，或者兩段永磁體以形狀排列時(shí)，與形或形定子電磁鐵配置；當(dāng)轉(zhuǎn)子永磁體為形或時(shí)，定子電磁鐵的形狀為或形；當(dāng)轉(zhuǎn)子永磁體及定子電磁鐵均為形時(shí)，一端或兩端采用或形等異形磁軛進(jìn)行磁傳導(dǎo)。轉(zhuǎn)子磁極與定子磁極分別成對(duì)設(shè)置，且轉(zhuǎn)子磁極與定子磁極之間的數(shù)量一般采用1∶1、1∶2或2∶3的比例配置。本發(fā)明所述永磁推挽無(wú)刷電機(jī)電路的控制信號(hào)可以由轉(zhuǎn)子位置傳感器獲得，或者由方波信號(hào)發(fā)生器、正弦波信號(hào)發(fā)生器、梯形波信號(hào)發(fā)生器等信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生。轉(zhuǎn)子位置傳感器可以是霍爾傳感器、電感式傳感器或光電傳感器。傳感器可以徑向安裝也可以軸向安裝，可以直接以電機(jī)轉(zhuǎn)子為感應(yīng)對(duì)象，或者另外與電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸安裝專門的傳感信號(hào)感應(yīng)轉(zhuǎn)子。若需要，可在傳感器非感應(yīng)面周邊設(shè)置隔磁裝置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述永磁推挽無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子，其特征是轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子本 體、永磁體、高強(qiáng)度非導(dǎo)磁箍、轉(zhuǎn)子永磁體磁軛等部分構(gòu)成。轉(zhuǎn)子本體用硅鋼 片疊壓而成，也可以用塑料注塑成型或者用鋁合金等金屬材料鑄造而成。轉(zhuǎn)子 本體的結(jié)構(gòu)可以是整體式，也可以由分體式組裝而成。轉(zhuǎn)子永磁體的材料為釹 鐵硼或其它高磁能積永磁材料，其基本形狀如"/"、 "<"、 " J""、 "/"、 " ，1"、"!"、 " I"等，永磁體可采用徑向充磁或軸向充磁方式充磁。轉(zhuǎn)子永磁體沿 轉(zhuǎn)子本體圓周間隔相等的貼于轉(zhuǎn)子表面，或粘接鑲嵌于轉(zhuǎn)子本體的凹槽內(nèi)或埋 設(shè)于轉(zhuǎn)子本體內(nèi)，磁極按"N、 S、……"成對(duì)相間排列。轉(zhuǎn)子體外可加套高強(qiáng) 度非導(dǎo)磁箍用于防止電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)磁體脫落，或用于固定分體式轉(zhuǎn)子本體及 永磁體。必要時(shí)，可根據(jù)需要配置轉(zhuǎn)子永磁體磁軛，以減少漏磁損失，同時(shí)，還 可以通過(guò)延長(zhǎng)磁軛增大轉(zhuǎn)子半徑，延伸著力點(diǎn)，達(dá)到省力節(jié)電的目的。磁軛由 鐵氧體、純鐵或低碳鋼制造，釆用插入粘接或螺栓等方式連接于轉(zhuǎn)子本體上。 也可以將轉(zhuǎn)子本體、轉(zhuǎn)子永磁體、轉(zhuǎn)子永磁體磁軛用樹脂模制成一個(gè)整體(可包括轉(zhuǎn)軸)。內(nèi)轉(zhuǎn)子的形狀為"本"、""4r"、"巾"形，外轉(zhuǎn)子的形狀為"屮"禾口 "屮，，形。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述永磁推挽無(wú)刷電機(jī)的定子，其特征是定子由定子本 體、定子線圈鐵芯、定子線圈、定子磁軛、定子背軛等部分構(gòu)成。定子本體可 采用精密鑄造或硅鋼片疊壓而成，外定子電機(jī)可由機(jī)殼替代。定子線圈鐵芯可 采用硅鐵粉末冶金制造或硅鋼片疊壓而成。本電機(jī)定子繞組可采用分布式繞組 或者集中式繞組(含螺線形線圈)，每個(gè)繞組內(nèi)的各個(gè)線圈可串聯(lián)或并聯(lián)連接， 線圈分為軸向線圈和徑向線圈兩種，線圈繞于鐵芯上，線圈與鐵芯之間用耐高 溫絕緣套(架、墊)或涂層隔離。鐵芯采用粘接、焊接或其它機(jī)械的方法直接 與定子本體連接固定，軸向螺線形線圈還可先裝配于連接環(huán)、鉸鏈板等支承裝 置，再與定子本體連接固定。必要時(shí)，可根據(jù)需要另外配置定子線圈背軛與磁 軛，以減少漏磁損失。定子鐵芯和磁軛、背軛可一體制造，或者分開制造后組裝 連成一體。線圈之間或者線圈與定子本體間有通風(fēng)道，用于降低電機(jī)溫度。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述永磁推挽無(wú)刷電機(jī)的定子，其特征是定子按線圈磁極排列不同有換流式定子和換向式定子之分所謂換流式定子，即線圈磁極的 極性不改變，而是通過(guò)電子換流開關(guān)使線圈產(chǎn)生間歇磁場(chǎng)的定子，該定子一端 所有線圈的極性都一樣(全部為N極或者S極，另一端全部為S極或N極)。換 流式定子的磁極成對(duì)排列，且無(wú)論電源為多少相，其磁極對(duì)數(shù)應(yīng)能被電源相數(shù) 整除(單相電源分解為多相電源亦同)，每相電源依次連接一組繞組。所謂換向 式定子，即線圈磁極的極性隨電流方向的改變而改變的定子，換向式定子線圈磁極的極性按"N、 S……"成對(duì)相間排列，交流換向式定子的磁極還可按"N、 N、 S、 S……成對(duì)相間排列。無(wú)論電源為多少相，換向式定子磁極的對(duì)數(shù)應(yīng)能被電源相數(shù)整除(單相電源分解為多相電源亦同)，每相電源依次連接一組繞組。
5、根據(jù)權(quán)利要求l所述永磁推挽無(wú)刷電機(jī)的電子開關(guān)電路，其特征是電子 開關(guān)電路分為電動(dòng)機(jī)電路和發(fā)電機(jī)電路，電動(dòng)機(jī)電路又分為換流電路、換向電 路和換流換向混合電路。直流電機(jī)可采用單相、二相及多項(xiàng)電源供電或輸出電 流。交流電機(jī)采用單相或單相分為若干相供電或輸出電流。(1)、電動(dòng)機(jī)換流電路。電流在電路中各支路間轉(zhuǎn)移且不改變電流方向的 電路，即換流電路。它包含直流換流電路和交流換流電路，其中直流換流電路 又分為有位置傳感器直流換流電路和無(wú)位置傳感器直流換流電路。① 、有位置傳感器直流換流電路。該電路是通過(guò)位置傳感器獲取轉(zhuǎn)子位置 信號(hào)，并由傳感器直接控制電子換流開關(guān)的接通和關(guān)斷，從而使電流在各支路 間切換的直流電路。由轉(zhuǎn)子位置傳感器、電子換流開關(guān)、續(xù)流二極管等部分組 成。根據(jù)傳感器輸出信號(hào)波形的不同，每相繞組(含單相分解為多相)安裝一 個(gè)或二個(gè)傳感器；當(dāng)電源為二相(或單相分解為二相)時(shí)，可分別安裝三個(gè)、 二個(gè)或一個(gè)傳感器。傳感器與電子換流開關(guān)相連，電子開關(guān)與電源和線圈繞組 相連。電子換流開關(guān)為三極管(包括達(dá)林頓管)、光電耦合器、場(chǎng)效應(yīng)管、可關(guān) 斷晶體管、絕緣柵雙極晶體管以及IGBT等電子開關(guān)。續(xù)流二極管在電源與線圈 之間連接。若需要電機(jī)倒轉(zhuǎn)，采用手動(dòng)倒順開關(guān)或電子倒順開關(guān)將電源反接，或者將電子開關(guān)控制信號(hào)源電線調(diào)換連接即可(特別說(shuō)明三相電源將其中兩相調(diào)換位置即可，下同)。其變速控制可采用手動(dòng)操作或電子自動(dòng)控制可變電阻， 實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。② 、無(wú)位置傳感器直流換流電路。此電路是采用方波信號(hào)發(fā)生器、正弦波信號(hào)發(fā)生器、梯形波信號(hào)發(fā)生器等信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生信號(hào)，控制電子換流開關(guān) 的接通和關(guān)斷，從而使電流在各支路間切換的直流電路。將有位置傳感器直流 換流電路中的傳感器用信號(hào)發(fā)生電路替換，就變成了本電路。采用正弦波信號(hào) 發(fā)生器、梯形波信號(hào)發(fā)生器等信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生信號(hào)時(shí)，應(yīng)設(shè)置一定的提前導(dǎo) 通角，以保證電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。其變速控制可采用可變電容或者可變電阻兩種器 件進(jìn)行調(diào)速，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。其倒轉(zhuǎn)原理與有位置傳感器直流換流電路相同。③、交流換流電路。交流換流電路即電子換流開關(guān)在交流電正、負(fù)半周時(shí)， 分別單向?qū)ê完P(guān)斷不同支路的電路。電子換流開關(guān)可以是二極管、三極管(包 括達(dá)林頓管)、光電耦合器、場(chǎng)效應(yīng)管、普通晶閘管、可關(guān)斷晶體管、絕緣柵雙 極晶體管以及IGBT等電子開關(guān)。除二極管以外，其它開關(guān)控制極的信號(hào)取自電 源。其調(diào)速可采用變頻調(diào)速。正半周繞組和負(fù)半周繞組各自再進(jìn)行分相的電機(jī) 可實(shí)現(xiàn)倒轉(zhuǎn)(原理與有位置傳感器直流換流電路相同)，否則不能倒轉(zhuǎn)。(2) 、電動(dòng)機(jī)換向電路。電路內(nèi)的電流隨時(shí)間的推移而不斷改變方向的電路即換向電路(特別說(shuō)明換向電機(jī)不能倒轉(zhuǎn)，下同)。它包括直流換向電路和 交流換向電路，其中直流換向電路又分為有位置傳感器直流換向電路和無(wú)位置 傳感器直流換向電路。① 、有位置傳感器直流換向電路。該電路是通過(guò)位置傳感器獲取轉(zhuǎn)子位置 信號(hào)，并由傳感器直接控制電子換向開關(guān)的接通和關(guān)斷，從而改變電路中電流 方向的直流電路。由轉(zhuǎn)子位置傳感器、電子換向開關(guān)等部分組成。其電子元器 件與換流電路基本相同。② 、無(wú)位置傳感器直流換向電路。即有位置傳感器直流換向電路中的傳感 器用方波信號(hào)發(fā)生器、正弦波信號(hào)發(fā)生器、梯形波信號(hào)發(fā)生器等信號(hào)發(fā)生電路 替代即可。③ 、交流換向電路。即利用交流電周期自然改變電流方向的特性，將交流 電源直接與電機(jī)繞組相連。(3) 、電動(dòng)機(jī)換流換向混合電路。該電路將單相交流電分相，并通過(guò)電子換流開關(guān)在各相間進(jìn)行換流(可用無(wú)極性電容替代后通電繞組的電子開關(guān))，然 后利用交流電自然換向現(xiàn)象進(jìn)行換向。該電路換流開關(guān)的控制信號(hào)可由轉(zhuǎn)子位 置傳感器產(chǎn)生，也可由方波信號(hào)發(fā)生器、正弦波信號(hào)發(fā)生器或梯形波信號(hào)發(fā)生 器等信號(hào)發(fā)生裝置產(chǎn)生。其定子可以是換流定子，也可以是換向定子。若需電機(jī)倒轉(zhuǎn)，可將電子開關(guān)控制信號(hào)線路反接，或?qū)㈦姍C(jī)電源反接。(4)、發(fā)電機(jī)電路。當(dāng)本電機(jī)作為直流發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)，可通過(guò)變壓、整流 等電路將電流輸送到儲(chǔ)能設(shè)備(蓄電池或超級(jí)電容等)或直接供用電器使用； 當(dāng)本電機(jī)作為交流發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)，可經(jīng)過(guò)變壓器、整流器、逆變器等設(shè)備后將 電源輸送到電網(wǎng)或直接供用電器使用。
6、 根據(jù)權(quán)利耍求5所述永磁推挽無(wú)刷電機(jī)的電子開關(guān)電路，其特征是所述 電子開關(guān)電路可根據(jù)需要增加變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓、過(guò)流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、 溫度補(bǔ)償?shù)入娐芳半娮釉秒娐?，也可以根?jù)電路的需要(如級(jí)間耦合) 增加必要的元器件。電機(jī)印刷電路板可封裝于電機(jī)殼內(nèi)，也可另安裝于專門的 機(jī)外接線盒內(nèi)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述永磁推挽無(wú)刷電機(jī)的電子開關(guān)電路，其特征是若需 耍所述永磁推挽無(wú)刷電機(jī)在不同時(shí)間分別執(zhí)行電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)功能(如電動(dòng)車 輛作為動(dòng)力使用時(shí))，可同時(shí)將電動(dòng)機(jī)電路和發(fā)電機(jī)電路一并連接于繞組的兩 端，并分別安裝電動(dòng)機(jī)開關(guān)和發(fā)電機(jī)開關(guān)，通過(guò)開關(guān)實(shí)現(xiàn)發(fā)電/電動(dòng)功能轉(zhuǎn)換。 即作電動(dòng)機(jī)時(shí)，閉合電動(dòng)機(jī)開關(guān)，斷開發(fā)電機(jī)開關(guān)；作發(fā)電機(jī)時(shí)，閉合發(fā)電機(jī) 開關(guān)，斷開電動(dòng)機(jī)開關(guān)。其電動(dòng)機(jī)開關(guān)和發(fā)電機(jī)開關(guān)可以是手動(dòng)開關(guān)，也可以 是電子開關(guān)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的永磁推挽無(wú)刷電機(jī)，轉(zhuǎn)子軸與定子連接部位為軸 承連接或間隙配合，其中大功率或高速電機(jī)根據(jù)電機(jī)的結(jié)構(gòu)采用軸向軸承或徑 向軸承連接，小功率低速電機(jī)可采用間隙配合。軸承可以是普通軸承，也可以 是磁懸浮軸承或非導(dǎo)磁材料軸承。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的永磁推挽無(wú)刷電機(jī)，其特征是有一葉輪與轉(zhuǎn)軸同 軸緊固安裝，或者將轉(zhuǎn)子磁軛邊緣設(shè)計(jì)成風(fēng)葉形狀，可作電機(jī)降溫的風(fēng)扇或作 泵類產(chǎn)品的泵葉輪，定子線圈之間或者線圈與定子本體間有通風(fēng)道，端蓋設(shè)有 通風(fēng)孔，通過(guò)空氣或液體流過(guò)帶走熱量，能有效抑制電機(jī)的溫升。采用分布式 繞組的電機(jī)，若通過(guò)機(jī)殼散熱，可不配置風(fēng)扇。
全文摘要
本發(fā)明提供一種節(jié)能、高效、啟動(dòng)和運(yùn)行平穩(wěn)、成本低的永磁無(wú)刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)。該電機(jī)是一種在兩端磁極存在兩個(gè)氣隙磁場(chǎng)的電機(jī)，變形的轉(zhuǎn)子永磁體或定子電磁鐵使轉(zhuǎn)子磁極(或者定子磁極)在兩端氣隙磁場(chǎng)錯(cuò)開一定的極距，并通過(guò)技術(shù)手段使電機(jī)一端的氣隙磁場(chǎng)小于另一端的氣隙磁場(chǎng)，從而使電機(jī)無(wú)須啟動(dòng)裝置就能保持定向旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子磁極按“N、S……”成對(duì)相間排列。定子分換流式定子和換向式定子換流式定子一端所有線圈的極性都一樣(全部為N極或者S極，另一端全部為S極或N極)；換向式定子線圈磁極的極性按“N、S……”成對(duì)相間排列，交流換向式定子的磁極還可按“N、N、S、S……成對(duì)相間排列。轉(zhuǎn)子磁極與定子磁極之間的數(shù)量一般采用1∶1、1∶2或2∶3的比例配置。
文檔編號(hào)H02K57/00GK101499700SQ200810197440
公開日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2008年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月30日
發(fā)明者王鉑仕 申請(qǐng)人:王鉑仕