[发明专利]具有多层组件结构的转子及定子构成的旋转电机和用途

说明书

本发明涉及一种电机，特别是涉及一种具有多层转子永磁组件与多层定子电枢铁芯绕组组件构造的永磁式旋转电机及用途。

众所周知，常规旋转式电机的基础结构由一个转子、一个定子、转轴和通过内置或配置于电机的通常电子电路构成，永磁式电机的转子由常规磁性材料组件与永磁材料组件固连而成，永磁组件面向定子电枢铁芯，电枢铁芯面向转子的圆周表面设置有线圈绕组组件，从而构成一个由基础磁场和线圈绕组组成的电磁感应系统。其工作原理是基于法拉第电磁感应实验现象，基本内容为：在一个具有N极和S极的基础磁场系统中，导线(线圈)沿磁力线截面方向运动会产生感生电流，感生电动势的大小视导线(线圈)在单位时间内所扫过面积内的磁通量变化率而定。反之，当通电导线(线圈)放置在磁场中时，磁通量的变化会使通电导线(线圈)产生定向运动，其运动方向可由右手定则判定。磁通量的变化率越大，导线(线圈)的感生电动势越大，或通电导线(线圈)的定向运动量越大。在实际应用中，运用前者原理可制作成发电机，运用后者原理可制作出电动机，两者均可表述为一种可逆的电磁能与机械能转换装置，习惯上通称电机。

常规的永磁旋转式电机工作原理如下所述，在所述的附图1中电机转子只有一层永磁组件，电枢铁芯也只有一层绕组组件，P为电机转子中N极或S极的磁极数，T为电枢铁芯中线槽或齿的数量。

图1是P＝2及T＝12P的常规旋转式电动机的剖面图。在图1中，一个圆环形永久磁铁组件3固定在由普通磁性材料制成的转子2的外部圆周上，永久磁铁组件3与转子2一起绕旋转轴1转动。永久磁铁组件3有四个交替的N和S极，四个磁极之间均相隔90°，电枢铁芯4的齿6面对永久磁铁组件3的磁极，每个齿在两相邻的绕组槽5之间形成。转子2的旋转轴1可旋转地支撑在电枢铁芯4上。因此，在电枢铁芯4的齿6和永久磁铁组件3的磁极之间的相对位置根据转子2的旋转而变化。

图2表示所述图1常规旋转电动机内部结构的展开图，它是沿X-X’和Y-Y’线进行展开的，在特征结构分析时这些线成一行。电枢铁芯4有24个绕组槽，即T＝24，从a到x，它们以等同的15°角相隔并且24个齿设置在两相邻的绕组槽之间，重叠绕组线圈A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3和C4被卷绕在从a到x的绕组槽内。从A1绕到C4中的每个绕组线圈围绕电枢铁芯4的5个齿。也就是说，A1绕在绕组槽a和f内，A2绕在绕组槽g和l内，A3绕在绕组槽m和r内，A4绕在绕组槽s和x内。B1围绕在绕组槽e和j内，B2绕在绕组槽k和p内，B3绕在绕组槽q和v内，B4绕在绕组槽w和d内。C1绕在绕组槽i和n内，C2绕在绕组槽O和t内，C3绕在绕组槽u和b内，C4绕在绕组槽c和h内。绕组线圈A1、A2、A3和A4串联连接，从而形成第一相的绕组组A。绕组线圈B1、B2、B3和B4串联连接，从而形成第二相的绕组组B。绕组线圈C1、C2、C3和C4串联连接，从而形成第三相的绕组组C。绕组组A、B和C之间的相位差等于120°(电角度)，这里180°电角度等于永久磁铁的360/2P的1极距。在图1中，P＝2，所以180°电角度等于90°机械角度。因此，当提供三相电流给三相绕组组A、B和C时，便可获得加速转子2的扭矩。反之，当加速转子2的扭矩便可在三相绕组组A、B和C中获得三相交流电。但是，上述常规电机存在耗材多和功率比重量的指标低等缺点。

在近年的电机机术改进中如：中国专利申请号01109300.5，提供一种有效提高机械能——电能转换效率及功率重量比的方案是将转子2永磁极数P提高一至两个数量级，磁极7按NS极交替排布时设计有特定的间距，使电枢铁芯线圈绕组组件9相对转子永磁组件3运动时横扫过众多NS极向交替反转的密集变化表面磁场，使绕组线圈因磁通量变化率加大而获得更大的感生电动势。为进一步加大电机内磁空间的磁通量变化率，配合这种众多磁极间隔分布的转子永磁组件3的磁路分布状态，电枢铁芯4中的线圈绕组方法相应改变为绕齿线圈，通过绕齿线圈在运行中激发的微磁极与转子密集变化的表面磁场相互作用，使定子与转子空间磁场进入磁极谐振状态，从而达到提高机械能与电能转换效率及电机功率重量比的双重目的。