一種場能電機的製作方法

2023-07-16 22:28:16 2

專利名稱：一種場能電機的製作方法
技術領域：
本發明屬於新能源電機技術領域，特別涉及一種採用自耦和模式工作的新型場能電機。
背景技術：
在現有的各種類型的電機中，雖然其結構形式不盡相同，但其工作的方式卻基本相類似，其採用的基本原理都是依靠電流產生磁場的模式來做功，在某些類型的電機中雖然也採用了永磁體的結構，以產生各種不同類型的附加磁場，但其產生的只是間接的作用，而真正推動轉子旋轉，卻還是要靠線圈中電流產生的磁場的作用，這也就是現有的各種雙凸極電機的工作電流為什麼都比較大的主要原因。為了緩解對石油資源的依賴，人們將會越來越多的使用電力。然而在現有的電力機械中，由於其所需要的工作電流都比較大，因而使得現有的電力機械在使用以其它形式(如太陽能、蓄電池等)獲得能量的電力系統中，對以其它形式獲得能量的新能源的容量都提出了較高的要求，使新能源的廣泛應用受到了制約。例如現今各種電動車、電動汽車已被市場所接受，但阻礙其所獲得更廣泛應用的瓶頸就是其續航能力，這是由於電機所需要的工作電流較大，而蓄電池又受到其容量限制的緣故。

發明內容
本發明的發明目的在於針對上述存在的問題，提供一種能儘量降低本身消耗，依靠自然磁能和電樞線圈中電流產生的磁場直接相互作用的新型動力機械。本發明的技術方案是這樣實現的一種場能電機，包括定子組合和轉子組合，所述轉子組合固定在轉軸上，所述定子組合與設置在轉軸兩端的軸承座連接，其特徵在於所述定子組合包括電機外殼以及固定設置在電機外殼上且均勻分布在同一圓周之上的數個電樞組件，所述轉子組合包括與轉軸固定連接的轉子座以及設置在轉子座外圓周上的至少兩組轉子磁軛結構，所述相鄰布置的數個電樞組件分別組成與所述轉子磁軛結構對應的數個相序，所述每個相序中的電樞組件個數相同，所述各相序中對應位置的電樞組件相互連接構成數個控制迴路，在工作時，所述各相序中數個相鄰的控制迴路形成數個對轉子磁軛結構作用的磁路組合，各磁路組合構成的磁路分別與其相對應的轉子磁軛結構形成閉合磁通迴路，所述相鄰的磁路組合之間至少間隔有一個未工作的電樞組件，通過改變控制迴路的通斷形成一個有規律布置、且能夠連續變化的旋轉磁場，以驅動轉子組合持續旋轉。本發明所述的場能電機，其所述電樞組件包括固定在電機外殼上的電樞鐵芯以及繞在電樞鐵芯上的電樞線圈。本發明所述的場能電機，其在所述電樞鐵芯上、與轉子磁軛結構對應端設置有電樞端部軛鐵，所述電樞端部軛鐵的端面積大於電樞鐵芯的端面積，所述電樞端部軛鐵的端面結構與對應轉子組合結構匹配。本發明所述的場能電機，其所述電樞組件所構成的磁路中還包括有與其並聯的且極性方向一致的永磁體本發明所述的場能電機，其所述轉子磁軛結構為由鐵磁材料製成的整體結構，或由永磁材料製成的整體結構，或由永磁材料和鐵磁材料共同構成的永磁體組合結構。本發明所述的場能電機，其所述永磁體組合結構包括卡接在轉子座定位安裝槽中的轉子軛鐵以及固定在轉子軛鐵上或設置在相鄰轉子軛鐵之間的轉子永磁體，所述轉子永磁體端部的極性應與磁路組合端部產生的極性相異。本發明所述的場能電機，其所述電樞鐵芯呈U型，所述兩組電樞線圈分別對應繞在U型電樞鐵芯的端部，在所述轉子軛鐵上設置有兩個與U型電樞鐵芯的端部對應的轉子永磁體，所述兩個轉子永磁體其端部的極性相異。本發明所述的場能電機，其在所述U型電樞鐵芯的兩端部之間設置有永磁體，所述永磁體兩端部的極性分別與U型電樞鐵芯兩端部產生的極性對應相同。本發明所述的場能電機，其所述電樞鐵芯為連續U型結構，所述永磁體組合結構的端部與所述電樞鐵芯的結構相對應。本發明所述的場能電機，其所述電機外殼和轉子座由金屬材料或非金屬材料製成。本發明產生的有益效果是充分發揮稀土合金永磁體的強磁作用，利用自然磁能與電磁驅動單元所產生的工作磁場相互間的直接作用，使機械動力裝置產生更好的節能效果，以此降低對電力的消耗，對節能減排做出貢獻。現今各種電動車、電動汽車已被市場所接受，但阻礙其所獲得更廣泛應用的瓶頸就是其續航能力，這是由於電機所需要的工作電流較大，而蓄電池又受到其容量限制的緣故。本發明所提供的這種依靠自然磁能與電磁驅動單元所產生的工作磁場相互間的直接作用來做功的新型動力機械，則能克服和打破上述的瓶頸，使各種電動車、電動汽車能獲得更大的利用，呈現更好的節能效果。


圖I是本發明實施例I的結構示意圖。圖2是本發明實施例I的軸向剖視圖。圖3是本發明實施例I中電樞鐵芯處的結構示意圖。圖4是本發明的時序控制圖。 圖5是本發明實施例2的軸向剖視圖。圖6是本發明實施例3的軸向剖視圖。圖7是本發明實施例4的軸向剖視圖。圖8是本發明實施例5中永磁體組合結構的示意圖。圖中標記1為轉軸，2為電機外殼，3為電樞組件，3a為電樞鐵芯，3b為電樞線圈，3c為電樞端部軛鐵,4為轉子座,5為轉子磁軛結構,6為轉子軛鐵,7為轉子永磁體,8為永磁體。
具體實施例方式下面結合附圖，對本發明作詳細的說明。
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。實施例I :如圖I和2所示，一種場能電機，包括定子組合和轉子組合，所述轉子組合固定在轉軸I上，所述定子組合與設置在轉軸I兩端的軸承座連接，所述定子組合包括電機外殼2以及固定設置在電機外殼2上且均勻分布在同一圓周之上的十五個電樞組件3，所述轉子組合包括與轉軸I固定連接的轉子座4以及設置在轉子座4外圓周上的三組轉子磁軛結構5，所述轉軸與現有的離合器或減速裝置相連接，所述相鄰布置的五個電樞組件3分別組成與所述三組轉子磁軛結構5對應的三個相序，即A相包括按逆時針布置的五個電樞組件A1、A2、A3、A4、A5 ；B相包括按逆時針布置的五個電樞組件B1、B2、B3、B4、B5 ；C相包括按逆時針布置的五個電樞組件Cp C2、C3> C4、C5。
其中，所述各相序中對應位置的電樞組件3相互連接構成五個控制迴路，即控制迴路一分別由三個相序中的Ap C1三個電樞組件連接構成；控制迴路二由A2、B2、C2三個電樞組件連接構成；控制迴路三由A3、B3、C3三個電樞組件連接構成；控制迴路四由A4、b4、C4三個電樞組件連接構成；控制迴路五由A5、B5, C5三個電樞組件連接構成。在工作時，所述各相序中數個相鄰的控制迴路形成三個對轉子磁軛結構5作用的磁路組合，各磁路組合構成的磁路分別與其相對應的轉子磁軛結構5形成閉合磁通迴路，所述相鄰的磁路組合之間至少間隔有一個未工作的電樞組件3，通過改變控制迴路的通斷形成一個有規律布置、且能夠連續變化的旋轉磁場，以驅動轉子組合持續旋轉。其中，所述轉子磁軛結構5為由鐵磁材料製成的整體結構，或由永磁材料製成的整體結構，或由永磁材料和鐵磁材料共同構成的永磁體組合結構；所述永磁體組合結構包括卡接在轉子座4定位安裝槽中的轉子軛鐵6以及固定在轉子軛鐵6上的與磁路組合對應的轉子永磁體7，所述轉子永磁體7端部的極性應與磁路組合端部產生的極性相異。所述電樞組件3包括固定在電機外殼2上的電樞鐵芯3a以及繞在電樞鐵芯3a上的電樞線圈3b,在所述電樞鐵芯3a上、與轉子磁軛結構5對應端設置有電樞端部軛鐵3c,所述電樞端部軛鐵3c的端面積大於電樞鐵芯3a的端面積，所述電樞端部軛鐵3c的端面結構與對應轉子組合結構匹配；所述電樞組件3所構成的磁路中還包括有與其並聯的且極性方向一致的永磁體。電樞端部軛鐵的設置能夠對電樞線圈進行限位固定，同時能夠使電樞鐵芯與轉子磁軛結構的作用端基本連續，縮小相鄰電樞組件之間的間距。其中，所述電樞鐵芯3a呈U型，所述兩組電樞線圈3b分別對應繞在U型電樞鐵芯3a的端部，在所述轉子軛鐵6上設置有兩個與U型電樞鐵芯3a的端部對應的轉子永磁體7，所述兩個轉子永磁體7其端部的極性相異，如圖3所示，在所述U型電樞鐵芯3a的兩端部之間設置有永磁體8，所述永磁體8兩端部的極性分別與U型電樞鐵芯3a兩端部產生的極性對應相同。所述電機外殼2和轉子座4由金屬材料或非金屬材料製成。本發明的工作原理
如圖I所示為本發明實施例I的初始狀態的結構示意圖，其所示位置為初始的0°位置，此時在五個控制迴路中，控制迴路二、控制迴路三、控制迴路四為導通狀態，控制迴路一和控制迴路五為關斷狀態，則控制迴路二、控制迴路三、控制迴路四三個迴路中電流產生的定子磁場中心線在控制迴路三的中心線上且與轉子磁場的中心線相重合,即A相中的電樞組件A2、A3> A4 ；B相中的B2、B3、B4 ；C相中的C2、C3、C4構成的磁路組合分別對其對應的轉子磁軛結構作用，該狀態下相鄰磁路組合之間間隔有兩個未工作的電樞組件，控制迴路一和控制迴路五中不產生磁場，此時轉子處於穩定狀態，故此時轉子不運動。
當將控制迴路五導通後，則在定子中產生的磁場由控制迴路五、控制迴路四、控制迴路三、控制迴路二共同構成，其定子磁場中心線在控制迴路四和控制迴路三相鄰界線的中心上，與轉子磁場的中心線產生12°的偏差，轉子的穩定狀態被打破，因此轉子產生逆時針的運動，使轉子磁場的中心線重新與定子磁場的中心線重合，重新回到穩定狀態，即此時A相中的電樞組件A2、A3、A4、A5 ；B相中的B2、B3、B4、B5 ;C相中的C2、C3、C4、C5構成的磁路組合分別對其對應的轉子磁軛結構作用，該狀態下相鄰磁路組合之間間隔有一個未工作的電樞組件，控制迴路一不產生磁場，此時轉子處於穩定狀態。此過程使得轉子逆時針旋轉12°。當將控制迴路二關斷後，此時在定子中產生的磁場由控制迴路五、控制迴路四、控制迴路三構成，其形成的定子磁場中心線在控制迴路四的中心線上，與轉子磁場的中心線產生12°的偏差，轉子的穩定狀態又被打破，因此轉子繼續產生逆時針的運動，迫使轉子磁場的中心線重新與定子磁場的中心線重合，重新回到其穩定狀態。此過程使得轉子逆時針旋轉12°。當將控制迴路一導通後，則在定子中產生的磁場由控制迴路一、控制迴路五、控制迴路四、控制迴路三共同構成，其中心線在控制迴路五和控制迴路四相鄰界線的中心上，與轉子磁場的中心線產生12°的偏差，轉子的穩定狀態被打破，因此轉子產生逆時針的運動，使轉子磁場的中心線重新與定子磁場的中心線重合，重新回到穩定狀態。此過程使得轉子逆時針旋轉12°。當將控制迴路三關斷後，此時在定子中產生的磁場由控制迴路一、控制迴路五、控制迴路四構成，其形成的定子磁場中心線在控制迴路五的中心線上，與轉子磁場的中心線產生12°的偏差，轉子的穩定狀態又被打破，因此轉子繼續產生逆時針的運動，迫使轉子磁場的中心線重新與定子磁場的中心線重合，重新回到其穩定狀態。此過程使得轉子逆時針旋轉12°。依次類推，每次控制迴路的狀態發生變化都能使轉子產生旋轉，而通過改變控制順序則可使轉子的旋轉方向發生改變。同理，上述的工作過程也適合其它迴路數的場能電機結構，且隨著迴路數的增加其功率密度也愈大。如圖4所示，為本發明的控制時序圖，該控制時序圖只是為了能更好的敘述其工作原理而做的，在實際工作中為了減少轉矩的波動，其控制時序中被開通的迴路與被關斷的迴路在時序上可以做相應的調整。實施例2 :如圖5所示，所述電樞組件3的電樞鐵芯3a為連續U型結構，所述永磁體組合結構的端部與所述電樞鐵芯3a的結構相對應。其他結構及工作原理與實施例I基本相同。實施例3 :如圖6所示，所述電樞組件3的電樞鐵芯3a設置在轉子座的兩側，其電樞鐵芯端部與設置在轉子座上的轉子磁軛結構的兩側相對應。其他結構及工作原理與實施例I或實施例2基本相同。實施例4 :如圖7所示,所述電樞組件3的電樞鐵芯3a為圓柱結構,所述永磁體組合結構的端部與所述電樞鐵芯3a的結構相對應，電機外殼通過軸承座與轉軸連接，其中電樞鐵芯-電機外殼-轉軸-轉子座-永磁體組合結構構成磁閉合迴路，所述電機外殼和轉子座採用導磁性金屬材料製成。其他結構及工作原理與實施例I基本相同。
實施例5 :如圖8所示，所述永磁體組合結構包括卡接在轉子座4定位安裝槽中的轉子軛鐵6以及設置在相鄰轉子軛鐵6之間的轉子永磁體7，所述轉子永磁體7在轉子軛鐵6端部產生的極性應與對應磁路組合端部產生的極性相異。其他結構及工作原理與實施例I基本相同。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種場能電機，包括定子組合和轉子組合，所述轉子組合固定在轉軸(I)上，所述定子組合與設置在轉軸(I)兩端的軸承座連接，其特徵在於所述定子組合包括電機外殼(2)以及固定設置在電機外殼(2)上且均勻分布在同一圓周之上的數個電樞組件(3)，所述轉子組合包括與轉軸(I)固定連接的轉子座(4)以及設置在轉子座(4)外圓周上的至少兩組轉子磁軛結構(5)，所述相鄰布置的數個電樞組件(3)分別組成與所述轉子磁軛結構(5)對應的數個相序，所述每個相序中的電樞組件(3 )個數相同，所述各相序中對應位置的電樞組件(3)相互連接構成數個控制迴路，在工作時，所述各相序中數個相鄰的控制迴路形成數個對轉子磁軛結構(5)作用的磁路組合，各磁路組合構成的磁路分別與其相對應的轉子磁軛結構(5)形成閉合磁通迴路，所述相鄰的磁路組合之間至少間隔有一個未工作的電樞組件(3)，通過改變控制迴路的通斷形成一個有規律布置、且能夠連續變化的旋轉磁場，以驅動轉子組合持續旋轉。
2.根據權利要求I所述的場能電機，其特徵在於所述電樞組件(3)包括固定在電機外殼(2 )上的電樞鐵芯(3a)以及繞在電樞鐵芯(3a)上的電樞線圈(3b )。
3.根據權利要求2所述的場能電機，其特徵在於在所述電樞鐵芯(3a)上、與轉子磁軛結構(5)對應端設置有電樞端部軛鐵(3c)，所述電樞端部軛鐵(3c)的端面積大於電樞鐵芯(3a)的端面積，所述電樞端部軛鐵(3c)的端面結構與對應轉子組合結構匹配。
4.根據權利要求2所述的場能電機，其特徵在於所述電樞組件(3)所構成的磁路中還包括有與其並聯的且極性方向一致的永磁體。
5.根據權利要求2所述的場能電機，其特徵在於所述轉子磁軛結構(5)為由鐵磁材料製成的整體結構，或由永磁材料製成的整體結構，或由永磁材料和鐵磁材料共同構成的永磁體組合結構。
6.根據權利要求5所述的場能電機，其特徵在於所述永磁體組合結構包括卡接在轉子座(4)定位安裝槽中的轉子軛鐵(6)以及固定在轉子軛鐵(6)上或設置在相鄰轉子軛鐵(6)之間的轉子永磁體(7)，所述轉子永磁體(7)端部的極性應與磁路組合端部產生的極性相異。
7.根據權利要求6所述的場能電機，其特徵在於所述電樞鐵芯(3a)呈U型，所述兩組電樞線圈(3b )分別對應繞在U型電樞鐵芯(3a)的端部，在所述轉子軛鐵(6 )上設置有兩個與U型電樞鐵芯(3a)的端部對應的轉子永磁體(7)，所述兩個轉子永磁體(7)其端部的極性相異。
8.根據權利要求7所述的場能電機，其特徵在於在所述U型電樞鐵芯(3a)的兩端部之間設置有永磁體(8)，所述永磁體(8)兩端部的極性分別與U型電樞鐵芯(3a)兩端部產生的極性對應相同。
9.根據權利要求7或8所述的場能電機，其特徵在於所述電樞鐵芯(3a)為連續U型結構，所述永磁體組合結構的端部與所述電樞鐵芯(3a)的結構相對應。
10.根據權利要求9所述的場能電機，其特徵在於所述電機外殼(2)和轉子座(4)由金屬材料或非金屬材料製成。
全文摘要
本發明公開了一種場能電機，包括定子組合和轉子組合，所述定子組合包括電機外殼以及固定設置在電機外殼上且均勻分布在同一圓周之上的數個電樞組件，所述轉子組合包括與轉軸固定連接的轉子座以及設置在轉子座外圓周上的至少兩組轉子磁軛結構，所述相鄰布置的數個電樞組件分別組成與所述轉子磁軛結構對應的數個相序，所述各相序中對應位置的電樞組件相互連接構成數個控制迴路，通過改變控制迴路的通斷形成一個有規律布置、且能夠連續變化的旋轉磁場，以驅動轉子組合持續旋轉。本發明利用自然磁能與電磁驅動單元所產生的工作磁場相互間的直接作用，使機械動力裝置產生更好的節能效果，以此降低對電力的消耗，對節能減排做出貢獻。
文檔編號H02K29/00GK102624184SQ201210121610
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月24日 優先權日2012年4月24日
發明者陳奚平 申請人:陳奚平