永磁垂軸式電動機的製作方法

2023-10-19 21:27:02 2

專利名稱：永磁垂軸式電動機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電動機領域，尤其是涉及一種永磁電動機。
背景技術：
永磁同步電動機主要可分為表面式和內置式。在表面式永磁同步電動機中，永磁 體通常呈瓦片形，並位於轉子鐵心的外表面上，這種電機的重要特點是直、交軸的主電感相 等；而內置式永磁同步電機的永磁體位於轉子內部，永磁體外表面與定子鐵心內圓之間有 鐵磁物質製成的極靴，可以保護永磁體。這種永磁電機的重要特點是直、交軸的主電感不相 等。因此，這兩種電機的性能有所不同。表面式永磁同步電機也稱為永磁轉矩電機，相對內置式永磁同步電機而言，其弱 磁調速範圍小，功率密度低。該結構電機動態響應快，並可望得到低轉矩脈動，適合用作汽 車的電子伺服驅動，如汽車電子動力方向盤的伺服電機。內置式永磁同步電機也稱為混合式永磁磁阻電機。該電機在永磁轉矩的基礎上迭 加了磁阻轉矩，磁阻轉矩的存在有助於提高電機的過載能力和功率密度，而且易於弱磁調 速，擴大恆功率範圍運行。內置式永磁同步電機驅動系統的設計理論正在不斷完善和繼續 深入，結構靈活，設計自由度大，適合用作電動汽車高效、高密度、寬調速牽引驅動。電動汽車是未來汽車的發展趨勢，然而現在的電動機並不能滿足電動汽車的動力 需要。現在的非永磁電動機，由於結構原因磁體線圈所產生的磁場小。它耗電量比永磁電 動機大。用在電動汽車上時，速度慢，充電時間長，由於蓄電池蓄電能力小，因此電動汽車續 航能力差。現在的永磁電動機，充磁不方便；且磁體距離較遠，所產生的磁場小。由於現在 永磁體製造能力的限制，不能製造大體積的永磁體，功率較小。限制了電動汽車的發展。

實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種體積小、功率大、耗電低的永磁電動機。本實用新型的技術方案是永磁垂軸式電動機，包括電機外殼和電機主軸，所述電機主軸位於電機外殼內，它 包括同軸設置的一對定子和轉子，所述轉子位於兩個定子之間，所述定子與轉子並列；所述 轉子與電機主軸固定連接，轉子呈啞鈴形狀，轉子上繞有線圈；所述定子與電機外殼固定連 接，所述定子與電機主軸之間環向設有間隙，所述定子上繞電機主軸環向設有定子永磁體， 相鄰的定子永磁體之間設有一個」空」位A，兩個定子上相同位置的定子永磁體的磁極相反 並構成一個磁場。所述定子包括定子框，所述定子永磁體沿圓周方向設置在定子框內。在電機主軸與轉子連接處電機主軸向中心凹陷，線圈位於凹陷內，在徑向方向該 處線圈的外緣到電機主軸軸線的距離小於定子永磁體的內沿到電機主軸軸線的距離。在所述定子框上定子永磁體的外側還設有輔助磁體，對應在轉子的外側設有形狀 與輔助磁體形狀相適應的突出部分。[0012]所述輔助磁體沿轉子的切線方向設置。所述輔助磁體數量為8塊，輔助磁體的磁極與其內側的定子永磁體磁極相同，順 時針相鄰的輔助磁體的磁極也與該輔助磁體相同。所述電機主軸上還設有電刷和換向器，所述換向器與線圈連接。所述每一側定子永磁體的數量為4塊。所述定子永磁體的形狀為扇環。本實用新型的優點1、由於磁體與轉子並列，磁極間的距離更近，可小到同功率電動機磁極距離的 1/3。一般情況下，磁極距離縮小1/2，磁場增強到4倍，電磁力增大到4倍。因此磁場更強， 所產生的電磁力更大，功率也更大。相比普通永磁電動機，耗電量更小，用在電動汽車上時 它的工作時間更長，汽車的續航裡程也更長，理論上可提高到9倍。並且它是永磁電動機， 與同功率的非永磁電動機相比，耗電量更小。2、磁體與轉子並列，永磁體充磁也更方便，充磁也只半年衝一次，並且單個磁體體 積較小，便於製造，成本較低。轉子(設計為直徑30釐米，寬4. 5釐米)與磁體(設計厚度5 釐米)間隔排列，共用磁極，既降低成本，又提高效率。此外，如果磁極共用，也可以省去輔助 磁體以及轉子的突出部分。3、此電動機能直接安裝到汽車輪軸上，省去傳動裝置。4、其結構簡單，主要包括轉子實體、線圈、永磁體、定子框、電機主軸、電刷及電刷 盒，結構緊湊，與同功率電動機相比，體積更小，質量更小。將本實用新型應用在電動汽車上，將大大推動電動汽車的發展，同時減少溫室氣 體的排放，減緩全球氣候變暖進程。

[0023]圖1是本實用新型的結構示意圖；[0024]圖2是本實用新型採用直流電時的結構示意圖；[0025]圖3是電機主軸、定子、轉子以及電機主軸上附件的結構示意圖[0026]圖4是左側定子的結構示意圖；[0027]圖5是右側定子的結構示意圖；[0028]圖6是轉子的結構示意圖；[0029]圖7是轉子上非磁性實體的結構示意圖；[0030]圖8是定子框結構示意圖；[0031]圖9是右側定子去除輔助磁體後的結構示意圖；[0032]圖10是轉子不設突出部分時的結構示意圖；[0033]圖11是轉子上線圈的結構示意圖。
具體實施方式如圖1、3所示，本實用新型包括電機殼體1，電機殼體1內橫向安裝有電機的主軸 2，電機主軸2上固定連接有轉子3，轉子3兩側同軸各設有一個定子4，定子4與電機主軸2 之間環向設有間隙。定子4通過定子框9與電機殼體1固定連接。當電機主軸2轉動時，轉子3隨電機主軸2同軸轉動，而定子4固定不動。定子4 如圖4、5所示，定子4包括定子框9與永磁體。如圖8所示，單個定子框9包括一 個外圓框11和內圓框12，外圓框11圓周上還均勻設有四根用來和電機殼體1連接的支撐 5。外圓框11的外圓半徑等於內圓框12的內圓直徑，把外圓框11所在的圓平均分成8份。永磁體包括定子永磁體10和輔助磁體14。在外圓框11和內圓框12之間裝上4塊定子永磁體10，外圓框11上裝8塊輔助磁 體14，定子永磁體10形狀為扇環。安裝時，相鄰的兩個定子永磁體10之間留有一個」空」 位A，且相鄰定子永磁體10的磁極相反，即S-空-N-空-S-空-N-空。輔助磁體14的 磁極與其內側的定子永磁體10的磁極相同，順時針相鄰的」空」位A上側輔助磁體14的磁 極也相同，即S-S，N-N, S-S, N-N。兩個定子4則共有8塊定子永磁體10和16塊輔助磁體 14，左側定子4上的定子永磁體10和輔助磁體14的磁極與右側定子4各磁體的磁極正好 相反。轉子3 如圖6所示，轉子3由非磁性實體6和線圈7組成。非磁性實體6為空心，非磁性 實體6與電機主軸2固定連接。如圖7所示，非磁性實體6呈啞鈴形狀。如圖8所示，線圈7按順時針方向緊密纏繞非磁性實體6，線圈7的兩端通過電機 主軸2的內部與電機主軸2上的換向器(指用絕緣體與電機主軸連接的銅片)連接。此處電機主軸2的截面形狀為圓的兩側均減去線圈7的厚度，因為如果電機主軸 2此處的截面形狀仍是為圓，則該處的線圈7會與定子永磁體10作用，產生反向的作用力。 所以應當使該處的線圈7不處於定子永磁體10構成的磁場中心內。如圖7所示，非磁性實體6的形狀可以看作一個大圓減去一個小圓，其中大圓半 徑=小圓直徑(小圓是指電機主軸2的截面形狀)，然後再分成8份，只保留相對應的兩份。線圈7所纏繞的厚度以與小圓去掉部分的寬度相等為宜。非磁性實體6兩端各設有一突出部分8，因為在運行中轉子3會出現一段無磁力狀 態(指轉子3上的線圈7與定子4上的「空」位A相對時)，突出部分8能使線圈7也同樣凸 起一部分，使位於突出部分8的邊緣線圈與定子4上的16塊輔助磁體14相對應，並在運行 中產生磁力，使轉子3不會出現無磁力狀態，且能增大電磁力。當然，由於轉子3具有慣性，不會出現停止。因此非磁性實體6兩端也可以不設置 突出部分8，如圖9、10所示，定子上的16塊輔助磁體14可去除，定子4外緣突出部分8也 不再形成與非磁性實體6相對應的角度。電機主軸2 電機主軸2與轉子3固定連接，與定子4、電刷盒15通過軸承轉動連接。電機主軸 2內設置穿線孔，供線圈7的引線通過。換向器13固定在電機主軸2上。如圖1所示，使用交流電時，換向器13、是兩個並 列閉合環，閉合環各連接線圈7的其中一條導線。如圖2所示，使用直流電時，換向器是由4片金屬片間隔繞轉電機主軸2 —周組 成，相對的兩金屬片連接同一導線，四片相對應的範圍依次是「S空」，、「N空」、「S空」、「N 空」，換向器與電機主軸2之間有絕緣體絕緣。[0051]電刷盒15 電刷盒15內是電刷和換向器13的接觸設置，並有兩條引出導線，用來 連接電源。本實用新型工作過程如下在引出線兩端加上電壓，使線圈7內有交變電流通過，線圈7處在永磁體的磁場 裡，並且線圈7與磁場方向垂直，根據弗萊明左手定則，磁場方向與電流方向及電磁力方向 兩兩垂直。磁場方向與電流方向垂直，使通電線圈產生與之垂直的電磁力，並作用在轉/3 上，從而使轉子3繞電機主軸2轉動。當採用直流電時，當轉子轉動1/4圈時，永磁體所產生磁場的方向改變了，因此用 換向器16改變電流方向，使所產生的電磁力方向不變，作用方向不變，使轉子繞同一方向 轉動。此種情況在2/4、3/4、4/4圈時各改變一次，也就是說，轉動一圈電流方向改變4次， 如此循環，使轉子連續轉動。而對於交流來說，就不必變換方向，因為交流是自行改變方向 的，故而所產生的電磁力方向不變，轉子轉動的方向不變。轉子轉動的快慢是由交流頻率決 定的，頻率越高轉動越快。因為永磁體長期使用會消磁，所以需要半年充一次磁，使用充磁機把電能轉化成 磁能儲存在永磁體內。需要說明的是定子4與電機主軸2之間也可以通過軸承連接。由定子永磁體10 構成的磁場數量也可以為2個、3個、5個等等，但相鄰磁場之間必須有無磁場的「空」位，避 免線圈在兩個磁場之間的受力方向不一致，出現停頓現象。同樣，轉子3外形以及線圈7的 厚度可以根據需要進行調整。這樣的近似變化均落在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.永磁垂軸式電動機，包括電機外殼和電機主軸，所述電機主軸位於電機外殼內，其特 徵在於它包括同軸設置的一對定子和轉子，所述轉子位於兩個定子之間，所述定子與轉子 並列；所述轉子與電機主軸固定連接，轉子呈 鈴形狀，轉子上繞有線圈；所述定子與電機 外殼固定連接，所述定子與電機主軸之間環向設有間隙，所述定子上繞電機主軸環向設有 定子永磁體，相鄰的定子永磁體之間設有一個「空」位，兩個定子上相同位置的定子永磁體 的磁極相反並構成一個磁場。
2.根據權利要求1所述的永磁垂軸式電動機，其特徵在於所述定子包括定子框，所述 定子永磁體沿圓周方向設置在定子框內。
3.根據權利要求1或2所述的永磁垂軸式電動機，其特徵在於在電機主軸與轉子連 接處電機主軸向中心凹陷，線圈位於凹陷內，在徑向方向該處線圈的外緣到電機主軸軸線 的距離小於定子永磁體的內沿到電機主軸軸線的距離。
4.根據權利要求2或3所述的永磁垂軸式電動機，其特徵在於在所述定子框上定子 永磁體的外側還設有輔助磁體，對應在轉子的外側設有形狀與輔助磁體形狀相適應的突出 部分。
5.根據權利要求4所述的永磁垂軸式電動機，其特徵在於所述輔助磁體沿轉子的切 線方向設置。
6.根據權利要求5所述的永磁垂軸式電動機，其特徵在於所述輔助磁體數量為8塊， 輔助磁體的磁極與其內側的定子永磁體磁極相同，順時針相鄰的輔助磁體的磁極也與該輔 助磁體相同。
7.根據權利要求1或2所述的永磁垂軸式電動機，其特徵在於所述電機主軸上還設 有電刷和換向器，所述換向器與線圈連接。
8.根據權利要求1或2所述的永磁垂軸式電動機，其特徵在於所述每一側定子永磁 體的數量為4塊。
9.根據權利要求1或2所述的永磁垂軸式電動機，其特徵在於所述定子永磁體的形 狀為扇環。
專利摘要本實用新型公開了一種永磁垂軸式電動機，包括電機外殼和電機主軸，所述電機主軸位於電機外殼內，它包括同軸設置的一對定子和轉子，所述轉子位於兩個定子之間，所述定子與轉子並列；所述轉子與電機主軸固定連接，轉子呈啞鈴形狀，轉子上繞有線圈；所述定子與電機外殼固定連接，所述定子與電機主軸之間環向設有間隙，所述定子上繞電機主軸環向設有定子永磁體，相鄰的定子永磁體之間設有一個「空」位A，兩個定子上相同位置的定子永磁體的磁極相反並構成一個磁場。本實用新型的優點1、由於磁體與轉子並列，磁極間的距離更近，可小到同功率電動機磁極距離的1/3。一般情況下，磁極距離縮小1/2，磁場增強到4倍，電磁力增大到4倍。因此磁場更強，所產生的電磁力更大，功率也更大。
文檔編號H02K1/22GK201937416SQ20112000547
公開日2011年8月17日 申請日期2011年1月10日 優先權日2011年1月10日
發明者趙明林 申請人:趙明林