[实用新型]一种同性磁极相斥型无铁芯电机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种无铁芯永磁电机，尤其是一种同性磁极相斥型无铁芯电机属于电机领域。

背景技术

从物理学基本原理可知任何一个磁场的磁力线都是闭合的曲线，磁力线从N极出发到S极形成闭合，图1是两块永久磁铁放在相邻位置磁力线示意图。图中磁力线所经过的路径磁介质是空气，由于空气磁导率极低，磁力线以发散的形式存在，磁极周围磁阻很大磁感应强度很低。因此传统的磁路设计就要在磁力线所经过的地方放置磁导率高的介质以降低磁阻提高磁感应强度。图2是常规电机磁路设计示意图，在磁铁2的两边分别放置两块高导磁率的铁芯1和铁芯4作为磁轭组成磁路，感应线圈3放置在磁路中间的空隙中，利用磁力线总是走磁阻最小路径的特点把磁力线集中从铁芯中通过，铁芯在这里一来起到聚磁作用，二来降低了磁阻，从而大大提高了线圈所在部位的磁感应强度。这种做法在总体上大大提高了电机效率，同时由于磁滞与蜗流作用有一部份能量损耗在铁芯上面产生电机铁损。近年来各国纷纷研究能否不采用铁芯的情况下制造电机，如何提高电机的效率，基于这种理念设计开发无铁芯电机，已有数个品种成功运用到生产实践。

常用无铁芯磁路结构有两种，一种叫HALBAVH阵列，另一种叫Halbach阵列结构；分别用于轴向磁场与径向磁场。这两种阵列的共同点都是用不同方向的磁极块按一定的规律排列，使得到的合成磁场集中在磁体表面合成为圆形磁场，从而减小了磁路长度提高磁路磁感应强度实现机电能量转换。这两种结构存在共同的缺点是磁极制造复杂，磁场强度仍然较低，需要用磁性极强的稀土 永磁材料。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：设计新型的磁路结构形式将磁场能集中在磁极表面，有效地缩短磁路长度提高电枢线圈所在部位的磁感应强度，省去铁芯作为磁力线通路以此办法制造无铁芯电机。

本实用新型所要解决其技术问题而采用的技术方案的基本特征是电机的磁路由2k组磁极和2k组电枢线圈组成，将2k组磁极同性磁极相对放置，2k组电枢线圈放置在两组磁极之间，分别靠近磁极表面的气隙中。通过这种磁路安排，充分利用磁极同性相斥特性将磁力线压制在磁极表面，集中磁场能使得电枢线圈所在部位产生较强的磁感应强度，当电枢线圈作切割磁力线运动时，电机可以高效地实现电磁能量转换。两侧的铁芯仅充当背铁，铁芯没有做任何切割磁力线运动，铁芯中的磁通也没有任何变化故不会产生损耗，同时这种磁路结构如果重复多组使用，当多组使用时则最外侧铁芯平均到每组磁极所占的制造比例更小，总体成本将会更低，如图5就是当k＝3时的电机磁路结构，可以看出铁芯所占的成本比k＝1的少去很多。

本实用新型的优点与可取得的有益之处是利用磁场同性相斥异性相吸的原理，将两组磁极同性相对放置，依靠磁场的同性相斥作用把磁场能约束在磁极的表面，电枢线圈放置在磁极表面，由于这种磁路安排磁力线从N极出发回到S极，路程较短只相当于普通电机的气隙磁场长度，故可以不使用铁芯的情况下制造高效无铁芯电机，结构简单、制造成本远低于其它同类无铁芯电机。

附图说明

图1磁极磁力线分布空间示意图；

图2常规电机磁路结构示意图，图中1是第一铁芯、2是磁极、3是电枢 线圈、4第二铁芯；

图3本实用新型2k组磁极k＝1特例的磁路结构示意图，5第一铁芯、6第一磁极组、7第二磁极组、8第二铁芯；

图4运用本实用新型2k组磁极k＝1特例的磁路电机的结构示意图，9是第一铁芯、10是第一磁极组、13第二磁极组、11第一电枢线圈、12第二电枢线圈、13第二组磁极、14是第二铁芯；

图5运用本实用新型2k组磁极k＝4特例磁路的电机结构示意图，组成结构与上述特例相同，15是第一磁极组、16第一电枢线圈、17第二电枢线圈、18第二磁极组。

图6为本实用新型在k＝1时，磁极体与线圈组各为2个的最小结构内部三维展开图，16、17为两组安装在转轴上随轴一起转动的电枢线圈，15、18为两组相对位置放置的磁极体，利用同性相拆的原理将磁场压缩在磁极表面。

具体实施方式