一種嵌合式無刷電機的製作方法

2023-06-20 02:45:36 1

專利名稱：一種嵌合式無刷電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電機，具體涉及一種高效率的嵌合式無刷電機。
背景技術：
傳統的無刷電機，採用衝壓、清洗、鉚壓成型等多道工序將多片衝壓好的無取向矽鋼片製作成鐵心，再在其上繞制漆包線製作成電機轉子。這種方案使用矽鋼料多量重，設備昂貴，加工環節多，成本居高不下。由於使用鐵心，鐵損不可避免，電機總效率難以提得更高。由於所有線包中磁路相通，故難以實現獨立線包分布式控制概念，無法實現高效率低成本分布式數位化控制。又由於矽鋼片結構，使得要製造較大尺寸的電機定、轉子以達到在相同線包驅動電流下獲得更大力矩的技術方案的成本急劇上升。還由於鐵心與永久磁鐵之間巨大的吸引力，不僅啟動阻力大，而且改變其耦合係數成為困難，也就難以實現改變電機驅動機械力矩的目的。這種結構的電機一般只用作為普通發電機，如果要作為高性能電動機，需要高性能的半導體功率器件以及嵌入式智能化控制系統，成本較高，推廣阻力大，特別是難以實現發電機與電動機的二合一架構。

發明內容本發明要解決的技術問題是提供一種電機，可以實現重量輕、成本低、控制容易，並能實現發電機與電動機二合一架構的優化方案，達到高效率發電、高效率用電的目的。
為了解決上述問題，本發明所採取的技術方案是一種高效率的嵌合式無刷電機，包括其上有J個環形支架、每個環形支架上等間距安裝了M個線包的定子，J≥1，M≥2；還包括其上有K個環形支架、每個環形支架上等間距安裝了N個永久磁鐵的轉子，K≥1，N≥2；還包括能控制定子和轉子之間軸向距離的機構。定子和轉子通過中心軸相連。安裝在定子上的線包，其軸線方向與其所在環形支架位置的半徑方向平行，至少是與該方向的夾角不大於60°。當J≥2時，同一支架上的線包按相等弧度排列，不同支架環上的線包沿半徑方向對齊。安裝在轉子上的永久磁鐵，其磁場軸線方向與其所在環形支架位置的半徑方向平行，至少是與該方向的夾角不大於60°。當K≥2時，同一支架上的永久磁鐵按相等弧度排列，相鄰的永久磁鐵按磁場極性交錯排列，沿半徑方向對齊的不同支架環上的永久磁鐵極性方向相同。
將定子和轉子嵌合裝配好的電機，可以用作為高效率發電機；配備適當的驅動器，可以用作為高效率電動機。當用作為發電機時，施加機械力驅動轉子產生旋轉磁場，在定子線包中產生電動勢，高效率地將機械能轉化為電能。當作為電動機時，驅動電路在定子線包中施加時序電流，組合產生旋轉磁場，驅動轉子旋轉，高效率地將電能轉化為機械能。如果裝配可控制定、轉子軸向間距的調節機構，並配以整流電路、開關電路以及智能驅動電路，可以構成具有回收煞車能的高效率電動、發電二合一電機，其應用前景廣闊，市場潛力巨大，具有極好的經濟和社會效益。
一種高效率的嵌合式無刷電機的轉子結構示意圖如圖1所示。轉子1的環形支架2和3上開有可供安裝永久磁鐵的插槽5和6，永久磁鐵塊按照極性要求插入槽中並固定好。轉軸4與定子的轉軸同軸良好裝配。
嵌合式無刷電機轉子中的永久磁鐵結構示意圖如圖2所示。
嵌合式無刷電機的定子結構示意圖如圖3所示。定子1的環形支架2上開有可供安裝線包的插槽3，線包按要求插入槽中並固定好。轉軸4與定子的轉軸同軸良好裝配。
嵌合式無刷電機定子中的線包結構示意圖如圖4所示。
採用上述技術方案，本發明有益的技術效果在於1)減少甚至根本消除電機的鐵損，減輕重量、降低成本、提高效率；2)易於實現不增加驅動電流而提升力矩，便於採用質優價廉的小功率半導體器件組合式控制，達到既降低成本又提高性能的目的；3)易於實現發電機和電動機的統一，有利於能量回收，更好地節能降耗，大大提升電機的品質；4)總體材料成本和製造成本大大下降，可製造優質高效產品；5)所有材料和製造工藝節能環保；6)所有零部件易於逆向回收，不會造成環境汙染。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步的詳細說明
圖1是嵌合式無刷電機的轉子結構示意圖。
圖2是嵌合式無刷電機轉子中永久磁鐵結構示意圖，永久磁鐵外形尺寸相同，充磁方向相反。
圖3是嵌合式無刷電機的定子結構示意圖。
圖4是嵌合式無刷電機定子中的線包結構示意圖。
具體實施方式實施例一、嵌合式無刷發電機，可用於各種機械能轉化為電能的發電場合，例如風力發電、內燃機發電、水力發電、汽輪機發電等。突出的優點是成本低、重量輕、效率高、發熱少、壽命長、易於維護、便於安裝和拆卸。
實施例二、嵌合式無刷電動機，優點是定子的線包數量與轉子的磁鐵數量的比值選取範圍寬，容易實現低轉速大力矩電機設計和製造，簡化、甚至省去變速箱，進一步大大降低電動系統總成本。
實施例三、煞車能回收電動發電二合一電機，以其簡單的結構、巧妙的控制、極低的成本實現電動與發電二合一設計，將所驅動車輛在剎車時的速度慣性動能、下坡時的落差勢能轉化為電能，重新儲存到蓄電池中，成為實現低成本回收動能勢能的典範。
權利要求
1.一種嵌合式無刷電機，其特徵是定子和轉子上有環形的支架，用以安裝定子線包、轉子永久磁鐵，定、轉子環形支架半徑不等，尺寸不限，可嵌扣組合，同軸裝配成電機。
2.根據權利要求1所述嵌合式無刷電機，其特徵是定子上有J個環形支架，轉子上有K個環形支架，J≥1，K＝J+1，作為變化設計，J≥2，J+1≥K≥J-1。
3.根據權利要求1所述的嵌合式無刷電機，其特徵是同軸嵌套的定子和轉子之間，設有控制定、轉子軸向間距的機構，用以控制定、轉子之間的耦合程度來改變機械力矩。
4.根據權利要求2所述的嵌合式無刷電機定子，其特徵是有J個用於安裝線包的環形支架，每個支架上有M個線包，M≥2，線包在各支架上沿環形等間距排列。當J＞1時，各環形支架上的線包數量相等，不同支架上線包按等弧度排列，沿相同半徑方向對齊。
5.根據權利要求2、4所述的嵌合式無刷電機定子，其特徵是定子線包的軸線方向平行於其所處環形支架位置的半徑的方向，至少是與該方向的夾角不大於60°。
6.根據權利要求2所述的嵌合式無刷電機轉子，其特徵是有K個用於安裝永久磁鐵的環形支架，每個支架上有N個永久磁鐵，N≥2，永久磁鐵沿環形等間距排列。當K＞1時，各支架上的永久磁鐵沿相同半徑方向對齊。
7.根據權利要求1、6所述的嵌合式無刷電機轉子，其特徵是沿著該半徑方向安裝在轉子不同半徑環型支架上的永久磁鐵，磁場極性方向相同，而在同一環形支架上相鄰永久磁鐵的極性方向相反，交錯排列。永久磁鐵的磁場極性方向平行於其所處環形支架位置的半徑方向，至少是與該方向的夾角不大於60°。
8.根據權利要求1、2、6、7所述的嵌合式無刷電機轉子，其特徵是如果K＝J+1，在轉子最大半徑支架外側、最小半徑支架裡側有導磁材料製做用於提供磁路的環形部件。
9.根據權利要求1、4、5所述的嵌合式無刷電機定子，其特徵是線包的骨架為非鐵心骨架。
10.根據權利要求1、4、5所述的嵌合式無刷電機定子，其特徵是線包的骨架為鐵心骨架。
全文摘要
本發明公開了一種嵌合式無刷電機的結構，包括定子上半徑為R的環形支架及其上排列的線包，還包括轉子上兩個半徑分別為R1和R2的環形支架及其上排列的永久磁鐵，R2＞R＞R1。定子環形支架上等間距地排列M個線包，M≥2。轉子的兩個環形支架上分別等間距地排列N個永久磁鐵，N≥2。作為發電機，轉子旋轉形成旋轉磁場，在定子線包中感應出電動勢，將機械能轉化為電能。作為電動機，定子線包在驅動電路的時序波形電流驅動下產生旋轉磁場，驅動轉子旋轉運動，將電能轉化為機械能。本方案能實現定、轉子軸向間距可調，控制定、轉子間的磁耦合程度從而改變機械驅動力矩。作為電動、發電二合一電機，可實現回收煞車能再利用。
文檔編號H02K29/00GK1996712SQ200610157149
公開日2007年7月11日 申請日期2006年11月30日 優先權日2006年11月30日
發明者呂大明 申請人:呂大明