專利名稱：多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)，屬于清潔能源風(fēng)力發(fā)電設(shè)備或節(jié)能 電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超級(jí)高效率的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中的盤式無鐵芯永磁發(fā)電機(jī)，其結(jié)構(gòu)中的永磁體是橫向分布的，因此， 受動(dòng)盤徑向截面積的限制，所以普遍存在著電機(jī)直徑大，效率低的問題；例如國(guó)際專利 W02009/034990A1中公開了一種永磁發(fā)電機(jī)，其不足之處在于由于受徑向圓面積的限制， 制作較大功率，多磁極、低轉(zhuǎn)速，較高電壓、頻率的發(fā)電機(jī)時(shí)，電機(jī)直徑會(huì)設(shè)計(jì)的很大，才能 滿足設(shè)置永磁體和無鐵芯線圈所需要的徑向面積，而且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，體積大、生產(chǎn)成本 尚ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述缺陷，采用永磁體縱向分布的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。一種多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)，包括轉(zhuǎn)子1中心開孔與主軸5固定，縱向圓面 積內(nèi)設(shè)有N道圓槽，每道圓槽的內(nèi)壁分別設(shè)置永磁體2，永磁體2隨主軸5旋轉(zhuǎn)，定子4，或 第二定子9中心設(shè)置軸承6支承主軸5，縱向圓面積內(nèi)設(shè)有與轉(zhuǎn)子1的N道圓槽對(duì)稱的M 個(gè)環(huán)形線圈架，每個(gè)線圈架中設(shè)置定子繞組3，其中N、M為自然數(shù)，定子繞組3位于N道圓 槽中相面對(duì)的兩組永磁體2的中間，永磁體2與定子繞組3之間設(shè)有氣隙7，導(dǎo)線8分別連 接定子繞組3，或霍爾元件10，通過定子4，或第二定子9上的接線盒弓I出，備置與控制器連 接；特征是所述多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)的多層次為一.每對(duì)磁極中縱向排列設(shè)置F 個(gè)線圈組成1個(gè)線圈片，其中F為自然數(shù)，通過改變F個(gè)線圈串聯(lián)，并聯(lián)或復(fù)式連接的方式， 以擴(kuò)展電壓或電流的適應(yīng)范圍，突破了傳統(tǒng)的一對(duì)磁極配一個(gè)線圈的界限，相當(dāng)于增加了 每對(duì)磁極F倍線圈的匝數(shù)和感應(yīng)磁通量，使輸出功率比同等直徑電機(jī)提高F倍；二 . 20或 20+F個(gè)線圈片串聯(lián)或復(fù)式連接成1層環(huán)形的線圈片繞組，3層或3k層線圈片繞組疊加壓制 成1個(gè)三相電的定子繞組3，其中K為自然數(shù)，進(jìn)一步提高了輸出功率；三.轉(zhuǎn)子1和定子4 中設(shè)置N道圓槽和M個(gè)線圈架，構(gòu)成多層的轉(zhuǎn)子永磁體2和定子繞組3，更進(jìn)一步提高了輸 出功率；四.轉(zhuǎn)子1和定子4中設(shè)置一對(duì)連體的兩個(gè)多層的轉(zhuǎn)子永磁體2和定子繞組3，再 進(jìn)一步提高了輸出功率；通過上述設(shè)計(jì)措施使電機(jī)輸出功率逐步升級(jí)達(dá)到超級(jí)高效率的目 標(biāo)。上述多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)，只要將定子4中的軸承6與轉(zhuǎn)子1互換位子，或 者，將定子繞組3和永磁體2互換設(shè)置位子，就可以方便地制成外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的多層次無鐵芯 線圈永磁電機(jī)，具體法案一種多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)，包括轉(zhuǎn)子1，或第二轉(zhuǎn)子9中心設(shè)置軸承6支 承主軸5，縱向圓面積內(nèi)設(shè)有N道圓槽，每道圓槽的內(nèi)壁分別設(shè)置永磁體2，永磁體隨轉(zhuǎn)子旋 轉(zhuǎn)成為外轉(zhuǎn)子，定子4中心開孔與主軸5固定，縱向圓面積內(nèi)設(shè)有與轉(zhuǎn)子的N道圓槽對(duì)稱的M個(gè)圓環(huán)形線圈架，每個(gè)線圈架中設(shè)置定子繞組3，定子繞組3位于N道圓槽中相面對(duì)的兩 組永磁體2的中間，永磁體2與定子繞組3之間設(shè)有氣隙7，導(dǎo)線8分別連接定子繞組3，或 霍爾元件10，通過主軸5中的風(fēng)道管路引出，備置與控制器連接；特征是所述多層次無鐵 芯線圈永磁電機(jī)的多層次為一.每對(duì)磁極中縱向排列設(shè)置F個(gè)線圈組成1個(gè)線圈片，通過 改變F個(gè)線圈串聯(lián)，并聯(lián)或復(fù)式連接的方式，以擴(kuò)展電壓或電流的適應(yīng)范圍，相當(dāng)于增加了 每對(duì)磁極F倍線圈的匝數(shù)和感應(yīng)磁通量，使輸出功率比同等直徑電機(jī)提高F倍；二 . 20或 20+F個(gè)線圈片串聯(lián)或復(fù)式連接成1層環(huán)形的線圈片繞組，3層或3k層線圈片繞組疊加壓制 成1個(gè)三相電的定子繞組3，進(jìn)一步提高了輸出功率；三.轉(zhuǎn)子1和定子4中設(shè)置N道圓槽 和M個(gè)線圈架，構(gòu)成多層的轉(zhuǎn)子永磁體2和定子繞組3，更進(jìn)一步提高了輸出功率；四.轉(zhuǎn) 子1和定子4中設(shè)置一對(duì)連體的兩個(gè)多層的轉(zhuǎn)子永磁體2和定子繞組3，再進(jìn)一步提高了輸 出功率；通過上述設(shè)計(jì)措施使電機(jī)輸出功率逐步升級(jí)達(dá)到超級(jí)高效率的目標(biāo)。所述多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)，制作1千瓦以上的電機(jī)時(shí)可設(shè)置通風(fēng)散熱裝 置，該通風(fēng)散熱裝置由設(shè)在第二定子或第二轉(zhuǎn)子9中的進(jìn)風(fēng)口 902，或主軸5中的通風(fēng)道 501構(gòu)成，進(jìn)風(fēng)口 902為若干個(gè)圓孔，圓孔中設(shè)有空氣過濾網(wǎng)。所述轉(zhuǎn)子1，或第二轉(zhuǎn)子9由金屬材料或金屬、導(dǎo)磁材料制成，中心圓孔供主軸5穿 過固定，或設(shè)置軸承支承主軸5，其余中間部分設(shè)置若干個(gè)減重孔，以減輕重量，縱向圓面積 內(nèi)設(shè)有N道圓槽，該圓槽可以加工成單面或上下兩面，每道圓槽的內(nèi)壁分別設(shè)置永磁體2。所述永磁體2為稀土釹鐵硼永磁、釤鈷永磁或鋁鎳鈷永磁體，制成長(zhǎng)方體或長(zhǎng) 瓦形體形狀，20或20+H塊的永磁體組成一組，其中H為自然數(shù)，永磁體2的磁場(chǎng)極性按 S-N-S-N……S的順序圓形排列；或者按S-N-導(dǎo)磁塊-N-S-導(dǎo)磁塊-S-N-導(dǎo)磁塊-N-S…… S的順序圓形排列，每?jī)蓧K永磁體2中間設(shè)有間隙或者設(shè)置一片隔磁片或一塊導(dǎo)磁塊，固定 在轉(zhuǎn)子的圓槽內(nèi)，隨轉(zhuǎn)子并列設(shè)置在定子線圈3面對(duì)的兩側(cè)。所述定子4，或第二定子9，由無磁材料，或金屬和絕緣材料制成，中心設(shè)置軸承6 支承主軸5，或者中心開孔與主軸5固定，縱向圓面積內(nèi)設(shè)有與轉(zhuǎn)子的N道圓槽對(duì)稱的，M個(gè) 圓環(huán)形線圈架，線圈架中設(shè)置定子繞組3，每個(gè)定子繞組3位于N道圓槽中相面對(duì)的兩組永 磁體2的中間。所述定子繞組3為無鐵芯線圈，由漆包線或粘漆包線繞制成圓形、方形或多邊形 體的線圈，F(xiàn)個(gè)線圈縱向排列，通過串聯(lián)，并聯(lián)或復(fù)式連接的方式組成或直接繞制成F個(gè)線 圈縱向排列的1個(gè)線圈片，將20或20+F個(gè)線圈片串聯(lián)或復(fù)式連接成1層圓環(huán)形的線圈片 繞組，或者直接繞制成20或20+F個(gè)線圈片串聯(lián)的1層圓環(huán)形的線圈片繞組，一相1層，三 相電機(jī)為3層或3k層，3k層時(shí)，并聯(lián)連接成三相，按電相角均勻分布固定在定子4，或第二 定子9的圓面積內(nèi)，三相繞組的頭、尾端連接成Y或Δ形接法后，由導(dǎo)線8引出。所述主軸5由不銹鋼管，無縫鋼管或圓鋼加工制成，用鋼管時(shí)內(nèi)孔為通風(fēng)道501， 供通風(fēng)散熱和導(dǎo)線8通過，主軸外徑設(shè)有可供軸承6、定子4固定的凸擋靠山，以精確控制上 述各部件和氣隙7的定位尺寸。所述永磁體2與定子繞組3之間的氣隙7寬度，根據(jù)電機(jī)功率大小設(shè)定，選擇為 0. 2mm 5mm范圍，精密度越高空隙越小，則越利于提高電機(jī)的輸出效率。所述霍爾元件10，根據(jù)不同類型的電機(jī)需要可選擇設(shè)置或不設(shè)置，選擇設(shè)置時(shí) 設(shè)在1個(gè)定子中面對(duì)永磁體2的位子上，作為轉(zhuǎn)速傳感器，采集到的信號(hào)由導(dǎo)線傳遞給控制器內(nèi)的單片機(jī)系統(tǒng)，隨機(jī)檢測(cè)控制電機(jī)的工作狀態(tài)，確保運(yùn)行安全。所述多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)，只要配置脈沖式直流電機(jī)控制器，就可以成為 節(jié)能高效的多層次無鐵芯線圈永磁直流電動(dòng)機(jī)或直流/交流轉(zhuǎn)換機(jī)；作為直流電動(dòng)機(jī)時(shí) 直流電源通過導(dǎo)線8與控制器11連接，控制器與多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)12連接，其中 控制器11采用一種可以與相位60°或120°電機(jī)自動(dòng)兼容的雙?？刂破?，或者直流無刷電 機(jī)控制器；作為直流/交流轉(zhuǎn)換機(jī)或電瓶汽車一遍運(yùn)行一遍發(fā)電時(shí)直流電源通過控制器 11與定子4中的定子繞組3連接，當(dāng)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，或者電瓶汽車空載負(fù)荷或下坡路時(shí)，由 第二定子9中的定子繞組3通過導(dǎo)線8輸出交流電源，或者交流電源調(diào)制后供電瓶充電蓄 能。電機(jī)的外殼、轉(zhuǎn)子1、定子4的外露部分設(shè)有隔磁層以保護(hù)和防止磁場(chǎng)外泄。有益效果多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)與現(xiàn)有技術(shù)相比，大幅度地節(jié)省原材料，實(shí) 現(xiàn)了體積小、量重輕、成本低、無磁阻、頻率高、效率高，能在微風(fēng)風(fēng)速< lm/s的情況下啟動(dòng) 發(fā)電；采用永磁體縱向分布和多層次設(shè)計(jì)的新穎技術(shù)方案，突破了傳統(tǒng)的一對(duì)磁極配一個(gè) 中心線圈，一個(gè)轉(zhuǎn)子配一個(gè)定子繞組的界限，使同等直徑電機(jī)的輸出功率提高數(shù)倍以上，達(dá) 到體積小高效率的目標(biāo)。


附圖1.
附圖2.
附圖3.
附圖4.
附圖5.
附圖6.
附圖7.
附圖8.
附圖9.
附圖10
附圖11
附圖12
附圖13
附圖14
一種單軸承多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)的縱向剖視示意圖。 一種單軸承雙層型多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)縱向剖視示意圖。 一種雙軸承三層型多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)的縱向剖視示意圖。 直流/交流轉(zhuǎn)換的多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)的縱向剖視示意圖( 一種外轉(zhuǎn)子單軸承多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)的縱向剖視示意圖( 一種外轉(zhuǎn)子雙軸承多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)的縱向剖視示意圖( 一種外轉(zhuǎn)子雙重型多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)的縱向剖視示意圖( 一種外轉(zhuǎn)子大功率多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)的縱向剖視示意圖( 一種多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)橫向斷面剖視示意圖。 一種雙層型多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)橫向斷面剖視示意圖。 一種多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)的圓形線圈片示意圖。 一種多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)的方形線圈片示意圖。 一種多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)的3層線圈片示意圖。 一種多層次無鐵芯線圈永磁電動(dòng)機(jī)的電氣原理接線圖。
具體實(shí)施例方式附圖中1.轉(zhuǎn)子，2.永磁體，3.定子繞組，4.定子，5.主軸，501.通風(fēng)道，6.軸承， 7.氣隙，8.導(dǎo)線，9.第二定子或第二轉(zhuǎn)子，10.霍爾元件。以下實(shí)施例并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的任何限止。實(shí)施例附圖1. 一種單軸承多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)縱向剖視示意圖。圖 中轉(zhuǎn)子1由圓鋼制成，中心開孔供主軸5穿過固定，縱向圓面積內(nèi)加工1道圓槽，圓槽的內(nèi) 壁兩面分別設(shè)置36塊為1圈的2圈永磁體2，永磁體2隨主軸5旋轉(zhuǎn)，定子4由鋁合金制成，中心部位設(shè)有鋼套，鋼套內(nèi)設(shè)置軸承6，主軸5穿過軸承蓋、軸承6由擋圈定位，螺絲將軸 承蓋與定子4固定，以限制主軸縱向串動(dòng)；定子4的縱向圓面積內(nèi)設(shè)有1個(gè)絕緣材料制成的 環(huán)形線圈架，線圈架中設(shè)置定子繞組3，定子繞組3由36個(gè)線圈片串聯(lián)繞制成1層，3層環(huán) 形線圈片，分別按120°電相角疊加壓制成形后注塑制成，位于圓槽中相面對(duì)的兩組永磁體 2的中間，永磁體2與定子繞組3之間設(shè)有氣隙7，導(dǎo)線8分別連接定子繞組3，通過定子4 上的接線盒引出，備置與控制器連接；其中，定子4的外端面設(shè)有若干個(gè)可供外接部件連接 固定的螺絲孔。實(shí)施例附圖2. —種單軸承雙層型多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)縱向剖視示 意圖。圖中轉(zhuǎn)子1和定子4的結(jié)構(gòu)與附圖1基本相同，不同之處在于，一.轉(zhuǎn)子1和定子 4中設(shè)有2套永磁體2和鎧裝定子繞組3的圓環(huán)型線圈架，定子繞組3中每極設(shè)有4個(gè)線圈 復(fù)式連接。二.主軸5由不銹鋼管制成，管孔為通風(fēng)道501，并設(shè)有1個(gè)斜形排氣口，主軸5 穿過定子4中的軸承6，由螺絲將1個(gè)軸承蓋與定子4固定，以限制主軸縱向串動(dòng)，并且在主 軸5的尾端設(shè)有1個(gè)保險(xiǎn)螺帽。實(shí)施例附圖3. —種雙軸承三層型多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)的縱向剖視示意 圖。圖中的結(jié)構(gòu)與附圖2基本相同，不同之處在于，一.轉(zhuǎn)子1和定子4中設(shè)有3套永磁體 2和鎧裝定子繞組3的圓環(huán)型線圈架，定子繞組3中每極設(shè)有串聯(lián)繞制的2個(gè)線圈。二.增 設(shè)了 1個(gè)第二定子9，第二定子9中設(shè)有1個(gè)與定子4連接的外殼901和進(jìn)風(fēng)口 902，中心 位子設(shè)置軸承6供主軸5穿過，外端面設(shè)有若干個(gè)可供外接部件連接的螺絲孔。實(shí)施例附圖4. 一種直流/交流轉(zhuǎn)換的多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)的縱向剖 視示意圖。圖中轉(zhuǎn)子1由圓鋼制成，中心開孔供不銹鋼管制成的主軸5穿過固定，其余中 間部分設(shè)置若干個(gè)減重孔，以減輕重量，縱向圓面積中加工一對(duì)靠背連體的圓槽，圓槽的內(nèi) 壁兩面分別設(shè)置永磁體2 ；作為優(yōu)選，每組永磁體2為48塊，永磁體2隨主軸5旋轉(zhuǎn)，定子4 和第二定子9由鋁合金制成，中心部位設(shè)有鋼套，鋼套內(nèi)設(shè)置軸承6支承主軸5，在縱向圓面 積內(nèi)設(shè)有與轉(zhuǎn)子1的圓槽對(duì)稱的絕緣體環(huán)形線圈架，線圈架中設(shè)置定子繞組3，作為優(yōu)選， 定子繞組3中每極設(shè)有2個(gè)線圈串聯(lián)繞制的線圈片，48個(gè)線圈片串聯(lián)繞制成1層的環(huán)形線 圈片，3層環(huán)形線圈片分別按120°電相角疊加壓制成形后注塑制成，設(shè)置在轉(zhuǎn)子圓槽中相 面對(duì)的兩組永磁體2的中間，永磁體2與定子繞組3之間設(shè)有氣隙7，導(dǎo)線8連接定子繞組 3，通過定子4上的接線盒引出與控制器11連接，電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，由第二定子9中的定子 繞組3通過導(dǎo)線8輸出交流電源，實(shí)現(xiàn)直流/交流電轉(zhuǎn)換或電瓶汽車一遍運(yùn)行一遍發(fā)電的 功能；其中，定子外殼901上設(shè)有一圈可供外接部件固定的螺栓孔。實(shí)施例附圖5. —種外轉(zhuǎn)子單軸承多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)的縱向剖視 示意圖。圖中轉(zhuǎn)子1中心設(shè)置軸承6支承主軸5，縱向圓面積內(nèi)設(shè)有1道圓槽，圓槽外環(huán) 101的內(nèi)壁設(shè)置1圈永磁體201，圓槽內(nèi)環(huán)102的外壁設(shè)置另1圈永磁體202，作為優(yōu)選，每 組永磁體2為36塊，永磁體隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)成為外轉(zhuǎn)子，定子4中心開孔與主軸5固定，縱向圓 面積內(nèi)設(shè)有1個(gè)圓環(huán)形絕緣體線圈架，線圈架中設(shè)置定子繞組3，作為優(yōu)選，定子繞組3中每 極設(shè)有2個(gè)線圈串聯(lián)繞制的線圈片，36個(gè)線圈片串聯(lián)繞制成301、302、303，的3層環(huán)形線圈 片，分別按120°電相角疊加壓制成形后注塑制成，設(shè)置在圓槽中相面對(duì)的兩組永磁體2的 中間，永磁體2與定子繞組3之間分別設(shè)有氣隙701、702，導(dǎo)線8連接定子繞組3通過主軸 5中的風(fēng)道管路引出，備置與控制器連接；其中，主軸5的端部設(shè)有1個(gè)保險(xiǎn)螺帽。
實(shí)施例附圖6. —種外轉(zhuǎn)子雙軸承多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)的縱向剖視 示意圖。圖中轉(zhuǎn)子1和第二轉(zhuǎn)子9中心分別設(shè)置軸承6支承主軸5，轉(zhuǎn)子1和外殼901的 縱向圓面積內(nèi)組合成1道圓槽，圓槽的內(nèi)壁分別設(shè)置由64塊永磁體為1組的永磁體2，永磁 體2隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)成為外轉(zhuǎn)子，定子4中心開孔與主軸5固定，其余中間部分設(shè)置若干個(gè)減重 孔，縱向圓面積內(nèi)設(shè)有與轉(zhuǎn)子的圓槽對(duì)稱的1個(gè)圓環(huán)形絕緣體線圈架，線圈架中設(shè)置定子 繞組3，定子繞組3由64個(gè)線圈串聯(lián)繞制成1組的3組環(huán)形線圈，分別按120°電相角疊 加壓制成形后注塑制成，位于圓槽中相面對(duì)的兩組永磁體2的中間，永磁體2與定子繞組3 之間設(shè)有氣隙7，導(dǎo)線8分別連接定子繞組3、霍爾元件10，通過主軸5中的風(fēng)道管路引出， 備置與控制器連接。實(shí)施例附圖7. —種外轉(zhuǎn)子雙重型多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)的縱向剖視 示意圖。圖中轉(zhuǎn)子1、第二轉(zhuǎn)子9中心分別設(shè)置軸承6支承主軸5，轉(zhuǎn)子1、第二轉(zhuǎn)子9和 殼體901組合成上下2道縱向圓槽，圓槽的內(nèi)壁分別縱向設(shè)置由72塊永磁體為1組的永磁 體2，永磁體隨轉(zhuǎn)子1旋轉(zhuǎn)成為外轉(zhuǎn)子，定子4中心開孔與主軸5固定，其余中間部分設(shè)置 若干個(gè)減重圓孔，縱向圓面積內(nèi)設(shè)有與轉(zhuǎn)子的2道圓槽對(duì)稱的2個(gè)環(huán)形線圈架，每個(gè)線圈架 中設(shè)置定子繞組3，作為優(yōu)選，定子繞組3中每極設(shè)有2個(gè)線圈串聯(lián)繞制的線圈片，72個(gè)線 圈片串聯(lián)繞制成1層環(huán)形線圈片，3層環(huán)形線圈片分別按120°電相角疊加壓制成形后注塑 制成，位于2道圓槽中相面對(duì)的兩組永磁體2的中間，永磁體2與定子繞組3之間設(shè)有氣隙 7,導(dǎo)線8分別連接定子繞組3、霍爾元件10，通過主軸5中的風(fēng)道管路引出，備置與控制器 連接；其中主軸5由不銹鋼管制成，外徑設(shè)有可供軸承6、定子4固定的凸擋靠山，管孔為通 風(fēng)道501，并設(shè)有1個(gè)斜形排氣口，主軸5穿過第二定子中的軸承6，在主軸5的尾端設(shè)有定 位銷或緊固螺母；轉(zhuǎn)子1、第二轉(zhuǎn)子9的外端部設(shè)有一圈可供外接部件連接的螺絲孔。實(shí)施例附圖8. —種外轉(zhuǎn)子大功率多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)的縱向剖視 示意圖。轉(zhuǎn)子和定子中設(shè)置4對(duì)連體的4個(gè)多層的轉(zhuǎn)子永磁體2和定子繞組3 ；圖中102、 103,104,105為轉(zhuǎn)子1的圓環(huán)，圓環(huán)與殼體901構(gòu)成4道圓槽；201、202、203、204、205、206、 207、208 為 8 組永磁體 2 ；031、032、033、034 為 4 個(gè)定子繞組 3 ；701、702、703、704 為氣隙 7， 其余部分與附圖7基本相同。實(shí)施例附圖9AA. —種多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)橫向斷面剖視示意圖。顯示了附圖5中定子線圈3在永磁體2中的橫向分布情況；轉(zhuǎn)子1中的圓槽外環(huán) 101的內(nèi)壁設(shè)置1圈永磁體201，圓槽內(nèi)環(huán)102的外壁設(shè)置另1圈永磁體202，定子線圈3由 301、302、303，的3層環(huán)形線圈片，分別按120°電相角疊加壓制注塑而成，設(shè)置在圓槽中相 面對(duì)的兩組永磁體201和202的中間，永磁體2與定子繞組3之間分別設(shè)有氣隙701、702。實(shí)施例附圖10BB. —種雙層型多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)橫向斷面剖視示意 圖。顯示了附圖8中定子線圈3在永磁體2中的橫向分布情況；102、103分別為轉(zhuǎn)子1圓 槽的內(nèi)環(huán)和第二內(nèi)環(huán)，與殼體901構(gòu)成2道圓槽；201、202、203、204為4組永磁體2，分別設(shè) 置在殼體901的內(nèi)壁、內(nèi)環(huán)102的內(nèi)、外壁、第二內(nèi)環(huán)的外壁；031、032為2個(gè)定子繞組3，分 別設(shè)置在永磁體201和202，203和204的中間，701、702、703、704為永磁體2與定子線圈3 之間的氣隙。實(shí)施例附圖11. 一種多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)的圓形線圈片示意圖。圖中第 一線圈311與第二線圈312并聯(lián)連接為一個(gè)線圈片。
實(shí)施例附圖12. —種多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)的方形線圈片示意圖。圖中第 一線圈311與第二線圈312，第三線圈313與第四線圈314分別串聯(lián)繞制以后，并聯(lián)連接成 為一個(gè)線圈片。實(shí)施例附圖13. —種多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)的3層線圈片示意圖。顯示了 一個(gè)磁極中3個(gè)線圈片在疊加壓制時(shí)的排列情況示意，圖中a、b、c為三相定子繞組3的頭 端，其尾端①、②、③供與下1組3個(gè)線圈片頭端串聯(lián)連接，依次循環(huán)；其中，2個(gè)線圈311和 312串聯(lián)連接成1片，每個(gè)磁極中設(shè)置3個(gè)線圈片，20+F個(gè)線圈片串聯(lián)成1層圓環(huán)形的線圈 片繞組，一相1層，三相電機(jī)為3層按電相角均勻分布固定在定子4或第二定子9的線圈架 的圓面積內(nèi)。實(shí)施例附圖14. 一種多層次無鐵芯線圈永磁電動(dòng)機(jī)的電氣原理接線圖。作為直 流電動(dòng)機(jī)時(shí)直流電源通過導(dǎo)線8與控制器11連接，控制器與多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī) 12連接，其中控制器11采用一種可以與相位60°或120°電機(jī)自動(dòng)兼容的直流無刷電機(jī)控 制器。上述實(shí)施例的電機(jī)外殼901、轉(zhuǎn)子1、定子4、第二定子9的外露部分設(shè)有鋁合金隔 磁層以保護(hù)和防止磁場(chǎng)外泄。多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)由于體積小、重量輕、節(jié)能高效率、輸出功率大的特 點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于軍工、航天、風(fēng)電、電動(dòng)汽車、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、機(jī)械等需要傳動(dòng)的各個(gè)技術(shù) 領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用范圍和發(fā)展?jié)摿Α?br> 權(quán)利要求
1.一種多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)，包括轉(zhuǎn)子(1)中心開孔與主軸(5)固定，縱向圓 面積內(nèi)設(shè)有N道圓槽，每道圓槽的內(nèi)壁分別設(shè)置永磁體(2)，永磁體⑵隨主軸(5)旋轉(zhuǎn)，定 子G)，或第二定子(9)中心設(shè)置軸承(6)支承主軸(5)，縱向圓面積內(nèi)設(shè)有與轉(zhuǎn)子(1)的 N道圓槽對(duì)稱的M個(gè)環(huán)形線圈架，每個(gè)線圈架中設(shè)置定子繞組(3)，其中N、M為自然數(shù)，定子 繞組C3)位于N道圓槽中相面對(duì)的兩組永磁體O)的中間，永磁體( 與定子繞組(3)之 間設(shè)有氣隙(7)，導(dǎo)線(8)分別連接定子繞組(3)，或霍爾元件(10)，通過定子(4)或第二定 子(9)上的接線盒引出，備置與控制器連接；特征是所述多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)的多 層次為一.每對(duì)磁極中縱向排列設(shè)置F個(gè)線圈組成1個(gè)線圈片，其中F為自然數(shù)，通過改 變F個(gè)線圈串聯(lián)，并聯(lián)或復(fù)式連接的方式，以擴(kuò)展電壓或電流的適應(yīng)范圍，突破了傳統(tǒng)的一 對(duì)磁極配一個(gè)線圈的界限，相當(dāng)于增加每對(duì)磁極F倍線圈的匝數(shù)和感應(yīng)磁通量，使輸出功 率比同等直徑電機(jī)提高F倍；二 .20或20+F個(gè)線圈片串聯(lián)或復(fù)式連接成1層環(huán)形的線圈片 繞組，3層或3k層線圈片繞組疊加壓制成1個(gè)三相電的定子繞組(3)，其中K為自然數(shù)，進(jìn) 一步提高了輸出功率；三.轉(zhuǎn)子(1)和定子(4)中設(shè)置N道圓槽和M個(gè)線圈架，構(gòu)成多層的 轉(zhuǎn)子永磁體( 和定子繞組(3)，更進(jìn)一步提高了輸出功率；四.轉(zhuǎn)子(1)和定子中設(shè) 置一對(duì)連體的兩個(gè)多層的轉(zhuǎn)子永磁體( 和定子繞組(3)，再進(jìn)一步提高了輸出功率；通過 上述設(shè)計(jì)措施使電機(jī)輸出功率逐步升級(jí)達(dá)到超級(jí)高效率的目標(biāo)。
2.一種多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)，包括轉(zhuǎn)子(1)，或第二轉(zhuǎn)子(9)中心設(shè)置軸承 (6)支承主軸(5)，縱向圓面積內(nèi)設(shè)有N道圓槽，每道圓槽的內(nèi)壁分別設(shè)置永磁體O)，永磁 體(2)隨轉(zhuǎn)子(1)旋轉(zhuǎn)成為外轉(zhuǎn)子，定子(4)中心開孔與主軸(5)固定，縱向圓面積內(nèi)設(shè)有 與轉(zhuǎn)子(1)的N道圓槽對(duì)稱的M個(gè)圓環(huán)形線圈架，每個(gè)線圈架中設(shè)置定子繞組(3)，定子繞 組⑶位于N道圓槽中相面對(duì)的兩組永磁體⑵的中間，永磁體(2)與定子繞組(3)之間設(shè) 有氣隙(7)，導(dǎo)線(8)分別連接定子繞組(3)，或霍爾元件(10)，通過主軸( 中的風(fēng)道管路 引出，備置與控制器連接；特征是所述多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)的多層次為一.每對(duì) 磁極中縱向排列設(shè)置F個(gè)線圈組成1個(gè)線圈片，通過改變F個(gè)線圈串聯(lián)，并聯(lián)或復(fù)式連接的 方式，以擴(kuò)展電壓或電流的適應(yīng)范圍，相當(dāng)于增加每對(duì)磁極F倍線圈的匝數(shù)和感應(yīng)磁通量， 使輸出功率比同等直徑電機(jī)提高F倍；二 . 20或20+F個(gè)線圈片串聯(lián)或復(fù)式連接成1層環(huán)形 的線圈片繞組，3層或3k層線圈片繞組疊加壓制成1個(gè)三相電的定子繞組C3)，進(jìn)一步提高 了輸出功率；三.轉(zhuǎn)子(1)和定子(4)中設(shè)置N道圓槽和M個(gè)線圈架，構(gòu)成多層的轉(zhuǎn)子永磁 體(2)和定子繞組(3)，更進(jìn)一步提高了輸出功率；四.轉(zhuǎn)子(1)和定子中設(shè)置一對(duì)連 體的兩個(gè)多層的轉(zhuǎn)子永磁體( 和定子繞組(3)，再進(jìn)一步提高了輸出功率；通過上述設(shè)計(jì) 措施使電機(jī)輸出功率逐步升級(jí)達(dá)到超級(jí)高效率的目標(biāo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)，特征是所述多層次無鐵 芯線圈永磁電機(jī)，制作1千瓦以上的電機(jī)時(shí)可設(shè)置通風(fēng)散熱裝置，該通風(fēng)散熱裝置由設(shè)在 第二定子或第二轉(zhuǎn)子(9)中的進(jìn)風(fēng)口(902)，或主軸(5)中的通風(fēng)道(501)構(gòu)成，進(jìn)風(fēng)口 (902)為若干個(gè)圓孔，圓孔中設(shè)有空氣過濾網(wǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)，特征是所述轉(zhuǎn)子(1)，或 第二轉(zhuǎn)子(9)由金屬材料或金屬、導(dǎo)磁材料制成，中心圓孔供主軸(5)穿過固定，或設(shè)置軸 承支承主軸(5)，其余中間部分設(shè)置若干個(gè)減重孔，以減輕重量，縱向圓面積內(nèi)設(shè)有N道圓 槽，該圓槽可以加工成單面或上下兩面，每道圓槽的內(nèi)壁分別設(shè)置永磁體(2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)，特征是所述永磁體(2) 為稀土釹鐵硼永磁、釤鈷永磁或鋁鎳鈷永磁體，制成長(zhǎng)方體或長(zhǎng)瓦形體形狀，20或20+H塊 永磁體組成一組，其中H為自然數(shù)，永磁體⑵的磁場(chǎng)極性按S-N-S-N……S的順序圓形排 列；或者按S-N-導(dǎo)磁塊-N-S-導(dǎo)磁塊-S-N-導(dǎo)磁塊-N-S……S的順序圓形排列，每?jī)蓧K永 磁體2中間設(shè)有間隙或者設(shè)置一片隔磁片或一塊導(dǎo)磁塊，固定在轉(zhuǎn)子的圓槽內(nèi)，隨轉(zhuǎn)子并 列設(shè)置在定子線圈(3)的兩側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)，特征是所述定子，或 第二定子(9)，由無磁材料，或金屬和絕緣材料制成，中心位子設(shè)置軸承(6)支承主軸(5)， 或者中心開孔與主軸(5)固定，縱向圓面積內(nèi)設(shè)有與轉(zhuǎn)子的N道圓槽對(duì)稱的，M個(gè)圓環(huán)形線 圈架，線圈架中設(shè)置定子繞組(3)，每個(gè)定子繞組C3)位于N道圓槽中相面對(duì)的兩組永磁體 (2)的中間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)，特征是所述定子繞組(3) 為無鐵芯線圈，由漆包線或粘漆包線繞制成圓形、方形或多邊形體的線圈，F(xiàn)個(gè)線圈縱向 排列繞制組成1個(gè)線圈片，將20或20+F個(gè)線圈片串聯(lián)或復(fù)式連接成1層圓環(huán)形的線圈片 繞組，或者直接繞制成20或20+F個(gè)線圈片串聯(lián)的1層圓環(huán)形的線圈片繞組，一相1層，三 相電機(jī)為3層或3k層，3k層時(shí)，并聯(lián)連接成三相，按電相角均勻分布固定在定子(4)或第二 定子(9)的圓面積內(nèi)，三相繞組的頭、尾端連接成Y或Δ形接法后，由導(dǎo)線(8)引出。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)，特征是所述主軸(5)由不 銹鋼管，無縫鋼管或圓鋼加工制成，用鋼管時(shí)內(nèi)孔為通風(fēng)道(501)，供通風(fēng)散熱和導(dǎo)線(8) 通過，主軸外徑設(shè)有可供軸承(6)、定子固定的凸擋靠山，以精確控制上述各部件和氣 隙(7)的定位尺寸，氣隙(7)的選擇范圍為0. 2mm 5mm，精密度越高氣隙越小，則越利于提 高電機(jī)的輸出效率。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)，特征是所述霍爾元件 (10)，根據(jù)不同類型的電機(jī)需要可選擇設(shè)置或不設(shè)置，選擇設(shè)置時(shí)設(shè)在1個(gè)定子中面對(duì)永 磁體O)的位子上，作為轉(zhuǎn)速傳感器，采集到的信號(hào)由導(dǎo)線傳遞給控制器內(nèi)的單片機(jī)系統(tǒng)， 隨機(jī)檢測(cè)控制電機(jī)的工作狀態(tài)，確保運(yùn)行安全。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)，特征是所述多層次無鐵 芯線圈永磁電機(jī)，只要配置脈沖式直流電機(jī)控制器，就可以成為節(jié)能高效的多層次無鐵芯 線圈永磁直流電動(dòng)機(jī)或直流/交流轉(zhuǎn)換機(jī)；作為直流電動(dòng)機(jī)時(shí)直流電源通過導(dǎo)線(8)與 控制器(11)連接，控制器與多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)(1 連接，其中控制器(11)采用 一種可以與相位60°或120°電機(jī)自動(dòng)兼容的雙?？刂破?，或者直流無刷電機(jī)控制器；作 為直流/交流轉(zhuǎn)換機(jī)或電瓶汽車一遍運(yùn)行一遍發(fā)電時(shí)直流電源通過控制器(11)與定子 (4)中的定子繞組C3)連接，當(dāng)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，或者電瓶汽車空載負(fù)荷或下坡路時(shí)，由第二 定子(9)中的定子繞組C3)通過導(dǎo)線(8)輸出交流電源，或者交流電源調(diào)制后供電瓶充電 蓄能。
全文摘要
一種多層次無鐵芯線圈永磁電機(jī)，屬于發(fā)電設(shè)備或節(jié)能電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，包括轉(zhuǎn)子中心開孔與主軸固定，徑向圓面積內(nèi)設(shè)有N道圓槽，圓槽的內(nèi)壁設(shè)置永磁體隨主軸旋轉(zhuǎn)；定子中心設(shè)置軸承支承主軸，縱向圓面積內(nèi)設(shè)有M道線圈架，每個(gè)線圈架中設(shè)置定子繞組由導(dǎo)線引出；特征是每對(duì)磁極中縱向排列設(shè)置F個(gè)線圈組成的1個(gè)線圈片；20+F個(gè)線圈片串聯(lián)連接成1層環(huán)形線圈，3層線圈疊加壓制成1個(gè)三相定子繞組；N道圓槽和M個(gè)線圈架以及一對(duì)連體的兩個(gè)多層的轉(zhuǎn)子永磁體和定子繞組的設(shè)計(jì)，使同等直徑電機(jī)的輸出功率提高數(shù)倍以上；可廣泛應(yīng)用于軍工、航天、風(fēng)電、電動(dòng)汽車、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、機(jī)械等需要傳動(dòng)的各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用范圍和發(fā)展?jié)摿Α?br> 文檔編號(hào)H02K1/27GK102097906SQ201110023559
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2011年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月11日
發(fā)明者陳國(guó)寶 申請(qǐng)人:陳國(guó)寶