一種永磁直流加能電機的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種永磁直流加能電機，包括機殼(13)、永磁轉子單元、換向系統(tǒng)組件以及永磁加能器定子極組件；機殼(13)內固定有永磁加能器定子極組件，永磁加能器定子極組件內側設有永磁轉子單元，永磁轉子單元通過軸承(2)安裝在前端蓋(15)和后端蓋(10)上，前端蓋(15)和后端蓋(10)分別安裝在機殼(13)的前后兩端上，永磁轉子單元的電機軸(1)上還安裝有換向系統(tǒng)組件。該永磁直流加能電機，永磁能量利用率高、節(jié)能效果顯著，結構簡單，成本低。
【專利說明】
一種永磁直流加能電機
技術領域
[0001]本實用新型屬于電機工程技術領域，尤其涉及一種永磁直流加能電機。
【背景技術】
[0002]電機是把電能轉換成機械能的一種裝置，從能源結構形式劃分，目前傳統(tǒng)的電機可分為二類:一類是只用一種電能驅動的電機，其能源結構為“一元”，例如交流電機、直流電機、磁阻電機等;另一類是用電能和永磁能共同驅動的電機其能源結構為“二元”參見圖1?2，例如永磁電機、永磁同步電機、永磁直流無刷電機等，由于二元電機從結構上增加了永磁能源層面，所以提高了永磁能的利用率，其節(jié)電率比一元電機普通提高10?20%，但由于其結構上的限制，故存在一定的不足之處:1、電勵磁鐵芯的兩個極只能利用其中一個極或一個層面工作。2、永磁體N、S兩個極也只能利用一個極面或一個層面工作。3、永磁體布置缺少聚磁作用其利用率不高，轉子電樞結構復雜，耗電多，溫升高;綜上所述，要提高永磁能的利用率。為此另辟溪徑探索新原理，尋求簡單合理的機體組合結構是一個重要的創(chuàng)新課題，其中永磁能量的開發(fā)利用成為問題的關鍵。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型所解決的技術問題是:克服二元永磁電機現(xiàn)有技術中的不足之處，提供了一種永磁能量利用率高、節(jié)能效果顯著，結構簡單，成本低的永磁直流加能電機。
[0004]本實用新型是通過以下技術方案來實現(xiàn):
[0005]—種永磁直流加能電機，包括機殼、永磁轉子單元、換向系統(tǒng)組件以及永磁加能器定子極組件;機殼內固定有永磁加能器定子極組件，永磁加能器定子極組件內側設有永磁轉子單元，永磁轉子單元通過軸承安裝在前端蓋和后端蓋上，前端蓋和后端蓋分別安裝在機殼的前后兩端上，永磁轉子單元的電機軸上還安裝有換向系統(tǒng)組件。
[0006]所述的永磁加能器定子極組件包括至少六組永磁加能器定子極單元，所述的永磁加能器定子極單元包括集磁鐵芯、繞組以及多塊并列以聚磁結構分布的定子永磁體，所述的集磁鐵芯上嵌放有繞組，集磁鐵芯內層小端面對應永磁轉子單元，外層大端面緊貼于定子永磁體內極面，定子永磁體的充磁方向為徑向，定子永磁體外極面固定在機殼內。
[0007]所述的永磁加能器定子極組件包括六組永磁加能器定子極單元，六組永磁加能器定子極單元按夾角60度分別均布于機殼內，集磁鐵芯由硅鋼片疊裝鉚固制成，集磁鐵芯形狀為“工”或“T”字形，集磁鐵芯小端面向內層對應永磁轉子單元，中間部分截面小，外層大端面緊貼于瓦片狀定子永磁體內極面，繞組嵌放在集磁鐵芯中間部分，六組永磁加能器定子極單元之間用壓塊及螺釘固連在機殼內圓上，壓塊16為非磁性材料，其中兩組為一相，六組組成三相，每相電夾角為120度均布。
[0008]每組永磁加能器定子極單元中包括按同一磁場方向并列4塊定子永磁體，4塊定子永磁體分兩排，每排兩塊定子永磁體。
[0009]所述的永磁轉子單元包括轉子體、電機軸和多塊轉子永磁體;所述的轉子體安裝在電機軸上，電機軸通過軸承安裝在前端蓋和后端蓋上，轉子體的外表面上粘接有轉子永磁體和絕緣條，絕緣條安裝在相鄰的兩個轉子永磁體之間，多塊轉子永磁體組成偶數(shù)個磁極，相鄰兩磁極的磁場方向相反，轉子永磁體為徑向充磁。
[0010]所述的換向系統(tǒng)組件包括支架、信號磁環(huán)、電路板、六個霍爾元件及相關的電子開關驅動電路組成;信號磁環(huán)安裝在電機軸后端，支架連接在后端蓋上，支架上設置有兩個電路板，支架上還裝有六個按圓周60度夾角均布在信號磁環(huán)上方的霍爾元件。
[0011]所述的轉子永磁體為瓦形結構，共八塊分兩排排列，每排按圓周90度夾角均布四塊轉子永磁體，多塊轉子永磁體組成四個磁極。
[0012]所述的換向系統(tǒng)組件包括導電電刷、換向電刷、換向器、換向半環(huán)、導電環(huán)、刷架和絕緣塊;換向器安裝在電機軸后端，換向器右邊安裝兩排換向半環(huán)，每排徑向上、下各安裝一個換向半環(huán)，上、下兩個換向半環(huán)開口夾角為180度，并在開口處置入絕緣塊，換向半環(huán)的正負極在徑向上、下和軸向并排之間極性相反;換向器左邊嵌入兩個導電環(huán)，導電環(huán)的正負極與換向半環(huán)的同性極連接;絕緣體刷架固定在后端蓋上，刷架上自左至右裝有4排電刷，其中左邊兩排為導電電刷，左邊兩排導電電刷與同極導電環(huán)分別接觸，右邊兩排為換向電刷，右邊兩排換向電刷分別與兩排同極性換向半環(huán)接觸，其中兩排換向電刷為一組，共設三組，三組沿圓周120度均布于刷架的右半部，三組換向電刷末端接線，并與對應的三相控制繞組依次連接。
[0013]所述的轉子永磁體為瓦形結構，共4塊分兩排排列，每排沿圓周180度均布兩塊轉子永磁體，兩塊轉子永磁體間嵌2個絕緣瓦，多塊轉子永磁體組成二個磁極。
[0014]所述的永磁轉子單元包括電機軸、軸承、套環(huán)、永磁塊和極靴；電機軸上間隔沿圓周安裝有永磁塊和極靴，永磁塊和極靴外圈安裝有套環(huán)。
[0015]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下有益的技術效果:
[0016]1、永磁加能器定子極組件的集磁鐵芯大端面將集聚的定子永磁體的靜磁能，在“正磁場”的狀態(tài)下與電磁能疊加親合成動磁能，通過小端作用于永磁轉子單元轉動，其磁路短，磁阻小，作用直接，永磁能釋放率高，體積小，成本低。
[0017]2、永磁直流加能電機為三元結構，永磁能/電能=2:1，多層次的能源保證了永磁能利用率的提尚;
[0018]3、永磁直流加能電機為內轉子，結構簡單成本低，永磁加能器定子極組件是相對靜止組件，避開了外轉子結構較復雜，成本高等不利因素，其內永磁轉子單元適用于較高轉速的運行。
[0019]4、定子永磁體按聚磁結構排列，局部提高了氣隙磁場強度，增加和增強了永磁利用層面，提高了永磁能的利用率。
[0020]5、與永磁電機比，在輸出功率相同的工作條件下，檢測數(shù)據(jù)表明永磁直流加能電機其節(jié)電率平均為26.62% ；
[0021 ] 6、本永磁加能電機和永磁加能器及其技術，是永磁能量釋放的形式之一，可作為一個獨立的組件或元件，應用于電機工程技術領域。
【附圖說明】

[0022]圖1是永磁直流電機能量轉換框圖；
[0023]圖2是永磁直流電機橫截面示意圖；
[0024]圖3是永磁直流加能電機能量轉換框圖；
[0025]圖4是永磁直流加能電機橫截面示意圖；
[0026]圖5是永磁直流加能電機電子換向無刷控制縱截面示意圖；
[0027]圖6是圖5的A-A橫截面示意圖。
[0028]圖7是嵌入式永磁轉子橫截面示意圖；
[0029]圖8是永磁直流加能電機機械換向有刷控制縱截面示意圖，注:換向組件為局部剖面；
[0030]圖9是圖8的B-B橫截面示意圖。
[0031 ]圖中:1-電機軸，2為軸承，3為轉子體;4為轉子永磁體;5為集磁鐵芯;6為定子永磁體;7為繞組;8為信號磁環(huán);9為電路板;10為后端蓋;11為支架；12為霍爾元件；13為機殼；14為螺釘;15為前端蓋;16為壓塊；17為絕緣條;18為絕緣瓦；19為導電電刷;20為換向電刷;21為絕緣塊;22為刷架;23為換向器;24為換向半環(huán);25為導電環(huán);26為電樞轉子;27為套環(huán);28為永磁塊;29為極靴。
【具體實施方式】
[0032]下面結合具體的實施例對本實用新型做進一步的詳細說明，所述是對本實用新型的解釋而不是限定。
[0033]參見圖3至圖9，一種永磁直流加能電機，包括機殼13、永磁轉子單元、換向系統(tǒng)組件以及永磁加能器定子極組件;機殼13內固定有永磁加能器定子極組件，永磁加能器定子極組件內側設有永磁轉子單元，永磁轉子單元通過軸承2安裝在前端蓋15和后端蓋10上，前端蓋15和后端蓋10分別安裝在機殼13的前后兩端上，永磁轉子單元的電機軸I上還安裝有換向系統(tǒng)組件。
[0034]其中，所述的永磁加能器定子極組件包括至少六組永磁加能器定子極單元，所述的永磁加能器定子極單元包括集磁鐵芯5、繞組7以及多塊并列以聚磁結構分布的定子永磁體6，所述的集磁鐵芯5上嵌放有繞組7，集磁鐵芯5內層小端面對應永磁轉子單元，外層大端面緊貼于定子永磁體6內極面，定子永磁體6的充磁方向為徑向，定子永磁體6外極面固定在機殼13內。
[0035]具體的，所述的永磁加能器定子極組件包括六組永磁加能器定子極單元，六組永磁加能器定子極單元按夾角60度分別均布于機殼13內，集磁鐵芯5由娃鋼片疊裝鉚固制成，集磁鐵芯5形狀為“工”或“T”字形，集磁鐵芯5小端面向內層對應永磁轉子單元，中間部分截面小，外層大端面緊貼于瓦片狀定子永磁體6內極面，繞組7嵌放在集磁鐵芯5中間部分，六組永磁加能器定子極單元之間用壓塊16及螺釘14固連在機殼13內圓上，壓塊16為非磁性材料，其中兩組為一相，六組組成三相，每相電夾角為120度均布，其中，每組永磁加能器定子極單元中包括按同一磁場方向并列4塊定子永磁體，4塊定子永磁體分兩排，每排兩塊定子永磁體。
[0036]所述的永磁轉子單元包括轉子體3、電機軸I和多塊轉子永磁體4;所述的轉子體3安裝在電機軸I上，電機軸I通過軸承2安裝在前端蓋15和后端蓋10上，轉子體3的外表面上粘接有轉子永磁體4和絕緣條17，絕緣條17安裝在相鄰的兩個轉子永磁體4之間，多塊轉子永磁體4可組成二、四或八等多個磁極，相鄰兩磁極的磁場方向相反，轉子永磁體為徑向充磁。
[0037]其中，電機的換向系統(tǒng)組件包括兩種:其一，電子換向(無刷)，具體的，所述的換向系統(tǒng)組件包括支架11、信號磁環(huán)8、電路板9、六個霍爾元件12及相關的電子開關驅動電路組成;信號磁環(huán)8安裝在電機軸I后端，支架11連接在后端蓋10上，支架11上設置有兩個電路板9，支架11上還裝有六個按圓周60度夾角均布在信號磁環(huán)8上方的霍爾元件12。
[0038]所述的轉子永磁體4為瓦形結構，共八塊分兩排排列，每排按圓周90度夾角均布四塊轉子永磁體4，多塊轉子永磁體4組成四個磁極。
[0039]其二、機械換向(有刷)，具體的，所述的換向系統(tǒng)組件包括導電電刷19、換向電刷20、換向器23、換向半環(huán)24、導電環(huán)25、刷架22和絕緣塊21;換向器23安裝在電機軸I后端，換向器23右邊安裝兩排換向半環(huán)24，每排徑向上、下各安裝一個換向半環(huán)24，上、下兩個換向半環(huán)24開口夾角為180度，并在開口處置入絕緣塊21，換向半環(huán)24的正負極在徑向上、下和軸向并排之間極性相反;換向器23左邊嵌入兩個導電環(huán)25，導電環(huán)25的正負極與換向半環(huán)24的同性極連接;絕緣體刷架22固定在后端蓋10上，刷架22上自左至右裝有4排電刷，其中左邊兩排為導電電刷19，左邊兩排導電電刷19與同極導電環(huán)25分別接觸，右邊兩排為換向電刷20，右邊兩排換向電刷20分別與兩排同極性換向半環(huán)24接觸，其中兩排換向電刷20為一組，共設三組，三組沿圓周120度均布于刷架22的右半部，三組換向電刷20末端接線，并與對應的三相控制繞組7依次連接。
[0040]所述的轉子永磁體4為瓦形結構，共4塊分兩排排列，每排沿圓周180度均布兩塊轉子永磁體4，兩塊轉子永磁體4間嵌2個絕緣瓦18，多塊轉子永磁體4組成二個磁極。
[0041]此外，如果要獲得較高的氣隙磁場強度和提高永磁能的利用率，可采用嵌入式轉子磁極，參見圖7，所述的永磁轉子單元包括電機軸1、軸承2、套環(huán)27、四塊永磁塊28和四塊極靴29;電機軸I上間隔沿圓周安裝有永磁塊28和極靴29，永磁塊28和極靴29外圈安裝有套環(huán)27，四塊永磁塊28和四塊極靴29對外形成四個磁極，需要說明的是，永磁塊28和極靴29還可以是其它偶數(shù)個。
[0042]需要說明的是，電機繞組的控制相數(shù)有單相或多項；電子換向導通方式有“二二導通”或多項導通。但本實用新型的以上電子換向或機械換向的繞組相數(shù)均采用三相控制，導通方式采用“三三導通”，即三相的繞組同時通電工作，不論采用有刷或無刷控制其永磁加能的主要功能不變；
[0043]永磁加能器定子極組件工作狀態(tài)有二種:其一在“正磁場”狀態(tài)時，電磁場的動磁場與永磁場的靜磁場疊加為方向一致的增強磁場，作用于永磁轉子單元;其二在“反磁場”狀態(tài)時，電磁場單獨對永磁轉子單元作用，并同時阻擋永磁靜磁場的作用介入，其兩種狀態(tài)的工作變換為“二循環(huán)”，集磁鐵芯5起磁通開關作用。
[0044]進一步地，具體的，本實用新型的永磁直流加能電機，是由機殼、固定在機殼內的永磁加能器定子極組件與前端蓋、后端蓋、與軸承相連接的永磁轉子單元以及換向系統(tǒng)組件構成;本電機從能源層次配置上采用了三元結構，參見圖3?圖4，由內、中、外三層組成的能源比率為:永磁能/電磁能=2:1 ；
[0045]如圖5、6、8、9所示，電機軸I兩端的軸承2、以及前端蓋15、后端蓋10，分別由螺釘14連接在機殼兩端。定子永磁體為徑向充磁，由多塊(個)并列以聚磁結構分布，起到外層永磁源作用，繞組7和集磁鐵芯5起到中層電磁源的換向及永磁加能的作用，因此永磁加能器是具有中層及外層能源體的單元;轉子永磁體為徑向充磁，由多塊組成四個磁極，相鄰兩個磁極的極性相反，永磁轉子單元構成了內層的永磁源；內、中和外三層次能源分布比率為:永磁能/電磁能=2:1 ；
[0046]上述永磁加能器定子極組件由6個單元分別均布于機殼內，其集磁鐵芯5用娃鋼片制成，根據(jù)需要其形狀可為“工”或“T”字形，小端向內層對應永磁轉子單元，中間部分截面較小，繞組7嵌放其中，大端面的面積最大，緊貼于瓦片狀定子永磁體6內極面，所有定子永磁體的充磁方向為徑向，參見圖中N、S標識，按同一磁場方向并列4塊或多塊，見圖4?6，這種聚磁排列增加了永磁靜磁勢能，并由集磁鐵芯5的大端集聚起來，再集中到中段繼而傳導到小端作用于永磁轉子單元旋轉；
[0047]需要說明的是，上述六組永磁加能器定子極單元中的多塊定子永磁體6，其安裝的磁場方向有兩種結構:其一，每組永磁加能器定子極單元中的定子永磁體6按圓周均布，每相鄰的兩組永磁加能器定子極單元之間磁場方向相反間隔排列，磁極按N、S、N、S、N、S;其二，每組永磁加能器定子極單元的定子永磁體6按圓周均布，每相鄰的兩組永磁加能器定子極單元之間磁場方向同一向軸心排列，磁極按N、N、N、N、N、N，以上兩種結構都不影響永磁加能的功能作用。由于永磁轉子單元的磁極數(shù)和轉動的角度不同，所以永磁加能器定子極組件受控的磁場方向也不同，因此在圓周位置上會同時產生磁吸引力和排斥力驅動永磁轉子單元轉動。
[0048]以上所述的結構原理適用于無刷和有刷控制的永磁直流加能電機，參見圖6和圖9。
[0049]需要說明的是，永磁加能器定子極組件簡稱永磁加能器;永磁轉子單元簡稱轉子或永磁轉子。
[0050]上述永磁加能器定子極組件的工作原理是:當繞組7通正電勵磁，集磁鐵芯5的電磁場方向與定子永磁體6的磁場方向相同，這時永磁和電磁場親合后疊加磁通增強，并通過集磁鐵芯中部達到小端作用于永磁轉子單元轉動，這種增強磁場為“正磁場”；反之當繞組7通負電勵磁，集磁鐵芯5電磁場方向與定子永磁體6的磁場方向相反，這時中層電磁場就阻擋外層的定子永磁場磁力通過，永電兩磁場處于對斥隔離狀態(tài)，這時只有電磁力對轉子做功，這種未增強的亞強磁場為“反磁場”，永磁加能器這種正磁場和反磁場的持續(xù)交替稱“二循環(huán)”，集磁鐵芯5起到對外層永磁能輸入的開關功能;傳統(tǒng)電機的電勵磁定子只有一種推拉轉子作用，永磁加能器既有推、拉轉子的轉動作用，也有永磁加能的功能，而且還具有三元結構電機多層面提高永磁能利用率的作用；
[0051]上述永磁轉子單元，如圖6所示，轉子永磁體4、充磁方向為徑向，轉子永磁體4與絕緣條17粘接在轉子體3外表面、轉子體3內孔連接在電機軸I上，相鄰兩磁極方向相反，共構成四個極;轉子永磁體可由多塊組成，如果要獲得較高的氣隙磁場強度和提高永磁能的利用率，可采用嵌入式轉子磁極，參見圖7。
[0052]進一步地，上述換向系統(tǒng)采用二種方式:1、電子換向(無刷)如圖5所示，電子換向是借助位置傳感器霍爾元件12、信號磁環(huán)8、電路板9及邏輯驅動電路來完成的，其性能好，成本較高;2、機械換向(有刷)則是以導電電刷19、換向器23、換向半環(huán)24來完成的，其成本低、適用于稍大功率，以上有刷和無刷控制各有所長、可根據(jù)需要選擇使用;本電機無論采用電子換向或機械換向，其繞組相數(shù)均采用三相控制和“三三導通”方式，三相繞組同時通電工作，不論采用有刷或無刷控制其永磁加能的主要功能不變。
[0053 ]上述永磁直流加能電機的永磁加能器定子極組件的數(shù)量可設6、9、12等多個;永磁轉子單元的極數(shù)可設2、4、8等多個。本永磁直流加能電機采用的方案為:相數(shù)/定子極數(shù)/轉子極數(shù)，電子換向(無刷)為3/6/4;機械換向(有刷)3/6/2。參見圖6和圖9。
[0054]實施例1
[0055]本實用新型的永磁直流加能電機采用電子換向(無刷控制)如圖5?6所示:包括機殼13、固連在機殼內的永磁加能器定子極組件、永磁轉子單元、軸承、前端蓋、后端蓋以及與之連接的電子換向系統(tǒng)組件構成；
[0056]其中，永磁加能器定子極組件包括集磁鐵芯5由硅鋼片疊裝鉚固，集磁鐵芯的中部嵌入繞組7、集磁鐵芯的大端面粘貼定子永磁體6、定子永磁體徑向充磁、磁場方向見圖6中標識，按聚磁結構并列排列，上述零件構成永磁加能器定子極單元，永磁加能器定子極單元共有6組，按機械夾角60度在機殼13內均布，以上6組之間用壓塊16及螺釘14固連在機殼內圓上。壓塊16為非磁性材料。
[0057]其中，永磁轉子包括轉子永磁體4、轉子永磁體4為徑向充磁、轉子永磁體4形狀為瓦形，分兩排共8塊，每排4塊，每排中的4塊按圓周90度夾角均布，相鄰兩極磁場方向相反而構成四個極，絕緣條17有4個填在四塊轉子永磁體4之間，轉子永磁體4與絕緣條17—起用環(huán)氧樹脂膠粘接在轉子體3外表面上，再將電機軸I與其固連。
[0058]其中電子換向系統(tǒng)組件包括裝在電機軸I后端的信號磁環(huán)8、信號磁環(huán)8首先與永磁轉子四個極的位置準確定位，6個霍爾元件12按圓周60度夾角均布，電路板9安裝在支架11上，支架11連接在后端蓋上;換向控制按三相、導通方式采用“三三導通”、6個繞組按三相接線，以上每一換向位置都有相應的信號放大，邏輯控制及驅動電路。
[0059]本實用新型永磁直流加能電機的工作原理如圖5?6所示:
[0060]當永磁轉子轉動時，信號電流及轉換路徑為:信號磁環(huán)8—霍爾元件12—信號放大器—邏輯控制電路—驅動電路—二相繞組—集磁鐵芯—永磁加能—永磁轉子—機械能輸出；同時在此工作路徑和過程中，永磁加能器定子極組件與永磁轉子單元之間產生的磁吸引力和排斥力都按順時針方向推、拉轉子轉動，在O度?60度的角度內，永磁加能器所處的磁場狀態(tài)為“正磁場”時，電磁和永磁疊加，增加磁場強度、起永磁加能的作用，反之，永磁加能器處于的磁場狀態(tài)為“反磁場”時，集磁鐵芯5的電磁對內層永磁轉子作用，同時將定子永磁體的磁作用阻擋在外層，這種二循環(huán)的“正反”兩磁場共同作用轉子轉動；當轉子順時轉至60度時，三相控制的旋轉磁場進入下一相位，同前相位同理工作，依次換向，反復循環(huán)，繼續(xù)不斷使轉子旋轉輸出機械能。
[0061 ]電子(無刷)控制的永磁直流加能電機，主要特點是節(jié)能，性能好，適用于驅動類電機。
[0062]實施例2
[0063]本實用新型的永磁直流加能電機如圖8?9所示;包括機殼13、固連在機殼內的永磁加能器定子極組件、永磁轉子單元、軸承2、前端蓋15、后端蓋10以及與之連接的機械換向(有刷控制)系統(tǒng)組件組成；
[0064]其中永磁加能器定子極組件包括:集磁鐵芯5由硅鋼片疊裝鉚固、鐵芯中部嵌入繞組7、鐵芯的大端面粘帖定子永磁體6、定子永磁體6其徑向充磁、磁場方向見圖中標識、并按聚磁結構排列，上述永磁加能器共有六組、按機械夾角60度均布，每組中定子永磁體6由4塊構成，其中兩組為一相，每相電夾角為120度均布，三相控制線路連接三組(6個)換向電刷20;六組之間由壓塊16及螺釘14沿機殼內固連；
[0065]其中，永磁轉子單元包括轉子永磁體4為徑向充磁、轉子永磁體4形狀為瓦形，共4塊，分兩排，每排兩塊，兩塊沿圓周180度均布，轉子永磁體兩極方向相反，兩極間嵌2個絕緣瓦18、同粘帖在轉子體3外圓上，并與電機軸I連接；
[0066]其中，機械換向系統(tǒng)包括裝在電機軸I后端的換向器23，換向器23由絕緣材料制作，右邊嵌入換向半環(huán)24，每排徑向上、下共兩個，上、下兩換向半環(huán)24開口夾角為180度，換向半環(huán)24中心與永磁轉子磁極中心重合，并在開口處置入絕緣塊21，換向半環(huán)24和絕緣塊21—同粘接在換向器23槽中，換向半環(huán)24軸向分布為兩排，換向半環(huán)24共4件，換向半環(huán)24的正負極在徑向上、下和軸向并排之間極性相反。
[0067]換向器23左邊嵌入導電環(huán)25，導電環(huán)25數(shù)量兩個，導電環(huán)25分兩排粘接，導電環(huán)25的正負極與換向半環(huán)24的同性極連接;其中，固定在后端蓋10上的刷架22為絕緣體，刷架22上自左至右裝有4排電刷，其中左邊兩排為導電電刷19，導電電刷19與同極導電環(huán)25分別接觸;右邊兩排為換向電刷20，換向電刷20分別與兩排同極性換向半環(huán)24接觸，其兩排換向電刷20為一組，共設三組，共6個，沿圓周120度均布于刷架22的右半部，三組換向電刷末端接線，按設定與對應的三相控制繞組依次連接。
[0068]上述永磁直流加能電機工作原理如圖8?9所示:當電機的永磁轉子于初始O度位置開始工作時，三組換向電刷20與三相繞組分別同時通電，電流轉換通徑為:直流電源—導電電刷—導電環(huán)—換向半環(huán)—換向電刷—二相繞組—集磁鐵芯—永磁加能—永磁轉子—機械能輸出；由于換向半環(huán)與三組換向電刷在圓周接觸時所處的位置不同，致使三相繞組控制的電流方向也就不同，所以集磁鐵芯的磁場方向不同，所產生的對永磁轉子的吸、斥力正是設計所規(guī)定的，它們分別驅動兩極轉子按順時針方向轉動，在O度?60度的角度內永磁加能器處于“正磁場”狀態(tài)下，永磁和電磁疊加，親合磁通增大，集磁鐵芯5對永磁轉子磁作用力增強，起到永磁加能作用；反之當永磁加能器處于“反磁場”狀態(tài)下，集磁鐵芯5對內層永磁轉子只起電磁力的作用，同時將定子永磁體的作用阻擋在外層，這種二循環(huán)的“正、反”磁場共同作用轉子轉動；當轉至60度時，換向器組件依次進入下一相位，轉子繼續(xù)旋轉，輸出功率，這樣反復循環(huán)，電機持續(xù)工作。
[0069]機械(有刷)控制的永磁直流加能電機主要特點是節(jié)能、成本低、適用于驅動類電機。
[0070]本實用新型公開的永磁直流加能電機，主要由轉子永磁體以及永磁加能器定子極組件三個層次(三元)能源結構組成，當永磁轉子開始轉動時，換向器向永磁加能器供電，集磁鐵芯繞組勵磁，產生電磁和永磁疊加的耦合磁通，共同作用于永磁轉子轉動，合成轉換為機械能，在這種電磁能量轉換過程中同時完成了永磁加能，大幅提高了永磁能量的利用率；永磁直流加能電機結構為三元，原理為兩循環(huán)，以永磁加能的技術利用永磁能量，特點高效節(jié)能，機構相對簡單，是一種新型電機。
[0071]以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特征和本實用新型的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內。本實用新型要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【主權項】
1.一種永磁直流加能電機，其特征在于，包括機殼(13)、永磁轉子單元、換向系統(tǒng)組件以及永磁加能器定子極組件;機殼(13)內固定有永磁加能器定子極組件，永磁加能器定子極組件內側設有永磁轉子單元，永磁轉子單元通過軸承(2)安裝在前端蓋(15)和后端蓋(10)上，前端蓋(15)和后端蓋(10)分別安裝在機殼(13)的前后兩端上，永磁轉子單元的電機軸(I)上還安裝有換向系統(tǒng)組件。2.根據(jù)權利要求1所述的永磁直流加能電機，其特征在于，所述的永磁加能器定子極組件包括至少六組永磁加能器定子極單元，所述的永磁加能器定子極單元包括集磁鐵芯(5)、繞組(7)以及多塊并列以聚磁結構分布的定子永磁體(6)，所述的集磁鐵芯(5)上嵌放有繞組(7)，集磁鐵芯(5)內層小端面對應永磁轉子單元，外層大端面緊貼于定子永磁體(6)內極面，定子永磁體(6)的充磁方向為徑向，定子永磁體(6)外極面固定在機殼(13)內。3.根據(jù)權利要求2所述的永磁直流加能電機，其特征在于，所述的永磁加能器定子極組件包括六組永磁加能器定子極單元，六組永磁加能器定子極單元按夾角60度分別均布于機殼(13)內，集磁鐵芯(5)由硅鋼片疊裝鉚固制成，集磁鐵芯(5)形狀為“工”或“T”字形，集磁鐵芯(5)小端面向內層對應永磁轉子單元，中間部分截面小，外層大端面緊貼于瓦片狀定子永磁體(6)內極面，繞組(7)嵌放在集磁鐵芯(5)中間部分，六組永磁加能器定子極單元之間用壓塊(16)及螺釘(14)固連在機殼(13)內圓上，壓塊16為非磁性材料，其中兩組為一相，六組組成三相，每相電夾角為120度均布。4.根據(jù)權利要求2或3所述的永磁直流加能電機，其特征在于，每組永磁加能器定子極單元中包括按同一磁場方向并列4塊定子永磁體，4塊定子永磁體分兩排，每排兩塊定子永磁體。5.根據(jù)權利要求1或2或3所述的永磁直流加能電機，其特征在于，所述的永磁轉子單元包括轉子體(3)、電機軸(I)和多塊轉子永磁體(4);所述的轉子體(3)安裝在電機軸(I)上，電機軸(I)通過軸承(2)安裝在前端蓋(15)和后端蓋(10)上，轉子體(3)的外表面上粘接有轉子永磁體(4)和絕緣條(17)，絕緣條(17)安裝在相鄰的兩個轉子永磁體(4)之間，多塊轉子永磁體(4)組成偶數(shù)個磁極，相鄰兩磁極的磁場方向相反，轉子永磁體為徑向充磁。6.根據(jù)權利要求5所述的永磁直流加能電機，其特征在于，所述的換向系統(tǒng)組件包括支架(11)、信號磁環(huán)(8)、電路板(9)、六個霍爾元件(12)及相關的電子開關驅動電路組成;信號磁環(huán)(8)安裝在電機軸(I)后端，支架(11)連接在后端蓋(10)上，支架(11)上設置有兩個電路板(9)，支架(11)上還裝有六個按圓周60度夾角均布在信號磁環(huán)(8)上方的霍爾元件(⑵。7.根據(jù)權利要求6所述的永磁直流加能電機，其特征在于，所述的轉子永磁體(4)為瓦形結構，共八塊分兩排排列，每排按圓周90度夾角均布四塊轉子永磁體(4)，多塊轉子永磁體(4)組成四個磁極。8.根據(jù)權利要求5所述的永磁直流加能電機，其特征在于，所述的換向系統(tǒng)組件包括導電電刷(19)、換向電刷(20)、換向器(23)、換向半環(huán)(24)、導電環(huán)(25)、刷架(22)和絕緣塊(21);換向器(23)安裝在電機軸(I)后端，換向器(23)右邊安裝兩排換向半環(huán)(24)，每排徑向上、下各安裝一個換向半環(huán)(24)，上、下兩個換向半環(huán)(24)開口夾角為180度，并在開口處置入絕緣塊(21)，換向半環(huán)(24)的正負極在徑向上、下和軸向并排之間極性相反;換向器(23)左邊嵌入兩個導電環(huán)(25)，導電環(huán)(25)的正負極與換向半環(huán)(24)的同性極連接;絕緣體刷架(22)固定在后端蓋(10)上，刷架(22)上自左至右裝有4排電刷，其中左邊兩排為導電電刷(19)，左邊兩排導電電刷(19)與同極導電環(huán)(25)分別接觸，右邊兩排為換向電刷(20)，右邊兩排換向電刷(20)分別與兩排同極性換向半環(huán)(24)接觸，其中兩排換向電刷(20)為一組，共設三組，三組沿圓周120度均布于刷架(22)的右半部，三組換向電刷(20)末端接線，并與對應的三相控制繞組(7)依次連接。9.根據(jù)權利要求8所述的永磁直流加能電機，其特征在于，所述的轉子永磁體(4)為瓦形結構，共4塊分兩排排列，每排沿圓周180度均布兩塊轉子永磁體(4)，兩塊轉子永磁體(4)間嵌2個絕緣瓦(18)，多塊轉子永磁體(4)組成二個磁極。10.根據(jù)權利要求1所述的永磁直流加能電機，其特征在于，所述的永磁轉子單元包括電機軸(1)、軸承(2)、套環(huán)(27)、永磁塊(28)和極靴(29);電機軸(I)上間隔沿圓周安裝有永磁塊(28)和極靴(29)，永磁塊(28)和極靴(29)外圈安裝有套環(huán)(27)。
【文檔編號】H02K23/66GK205693540SQ201620587110
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月16日 公開號201620587110.7, CN 201620587110, CN 205693540 U, CN 205693540U, CN-U-205693540, CN201620587110, CN201620587110.7, CN205693540 U, CN205693540U
【發(fā)明人】趙鑫堂, 拓海亮, 曾光華, 王勤生
【申請人】趙鑫堂