[实用新型]一种交流永磁电机

说明书

本实用新型发明公开了一种交流永磁电机，包括定子、转子和外壳及外接控制器，所述定子硅钢磁芯有线槽和相同的若干线圈绕组，磁芯上有凹槽，凹槽中安装定子永磁体，凹槽有封闭口和开口二种类型，相互叠压成定子栅栏状磁芯，所述定子线圈单元，由二个磁芯中凹槽安装的定子永磁体和两个相同的线圈组成，若干相同的线圈单元组成三相定子线圈，定子磁芯上安装活动永磁铁组件；所述转子包括转子硅钢磁芯，闭合鼠笼和转子永磁体，控制器输出三相具有相同的正负正弦波或梯波脉冲半波电源，本实用新型是绿色环保，节能安全，使用成本低，可在无空气环境中长期稳定工作，其广泛用于各种动力设备，具有很高的社会和经济价值。

技术领域

本实用新型发明涉及一种将磁能间接转换为机械能的永磁电机，具体涉及一种交流永磁电机，属于电磁场与稀土永磁场叠加的技术领域。

背景技术

目前，永磁电机的转子上采用稀土钕铁硼永磁铁替代励磁线圈电磁场，比传统老式电机节电明显，但定子上仍采用电磁主线圈是定子产生热量耗能的主要源头，经常会发生过热烧毁绕组的不安全事故，因此需继续进一步研究节电的方案，确保电机更加高效安全，针对上述问题，从现有的永磁电机入手探索，能否在定子线圈中采用永磁铁，使其与转子上的永磁铁，在遵循电磁原理的基础上，叠加形成新的变化复合磁场，让新的变化复合磁场与转子上的磁场相互作用而转动起来对外做功？依据专利号ZL201720376551.7交流永磁电机，在样机制作过程中又创新设计出新型装置，能够进一步提高效率，更好地使得电磁场与永磁场相互干扰叠加的新的变化复合磁场原理展现出良好的特性，达到对动力机械设备领域的更新换代效果。

发明内容

本实用新型发明就是针对上述存在的问题提供一种绿色安全、结构新颖、运转可靠的一种交流永磁电机系统，采用在定子线圈中的硅钢叠压片磁芯内安装有永磁铁，并将传统电机的毎相单只交流线圈设计制作成二个单独的直流线圈，一个单独的直流线圈限定直接通入全波整流中的正向脉冲直流电，另一个单独的直流线圈限定直接通入全波整流中的另外半幅负向脉冲直流电，这样二个单独的直流线圈一个通电，另一个则处于断电状态相互交替运行，直流线圈硅钢磁芯凹槽中安装的永铁铁表面极性与直流线圈电磁场极性相同，通电产生的脉冲电磁场与永磁铁恒磁场叠加形成动态脉冲新的复合磁场，这两个直流线圈的表面磁极性是相反的，采用三相交流电源经过全波整流分别接入定子线圈中各个相对应的接线端，在气隙位置产生的复合磁场是一种波动的脉冲磁场，在三相差位角状况下复合磁场具有旋转磁场特点，让转子上的金属鼠笼框架受动态磁场作用而转动且决定旋转方向，转子上还有若干永磁铁组合受定子复合磁场作用而转动，或者采用蓄电池组经过逆变振荡整流分别接入定子线圈中各个相对应的接线端，再加入50zh频率和120度差位角产生旋转磁场使得转子转动做功，频率和差位角是设计可调节的；创新改进内容是：本发明由一种交流永磁电机，包括，定子、转子和外壳以及外接的控制器两大部份组成，定子的硅钢叠压片磁芯上有若干线槽，磁芯内开有相同的凹槽，线槽内嵌入相同的绕组线圈，每单相紧邻的二个相同线圈凹槽磁芯中间仅相隔一个线槽口的距离，相邻凹槽内安装的永磁铁表面磁极性相异，每单相紧邻的二个线圈一个通入正向脉冲直电流电，另一个通入反向脉冲直流电，这样两个线圈中各自产生的电磁场极性也相反，二个线圈中安装的永磁铁极性与该直流线圈电磁场极性必须相同，且每只永磁铁的外形尺寸和磁性参数也基本相同，这样毎只线圈电磁场极性与永磁场极性因同极性产生的新的复合磁场因磁场相加原理而增强，这个复合磁场比原有单一磁场不仅得到加强，同时电磁场还对永磁铁有充磁保护作用，永磁铁不会被消磁，定子的硅钢叠压片磁芯上每单相紧邻的二个相同线圈的三个线槽的形状不同，两个凹槽中间是一个完整的线槽形状，完整线槽的入线口径较长，主要原因是让出磁芯位置给两边的凹槽，使两个直流线圈的磁芯位置尽量靠近，有利于这两个电磁场在瞬间切换时减小脉宽，另外两边的线槽的形状都是半个线槽，因为两个线圈都要嵌装在中间的完整线槽内，是双层绕组，而另外两边的线槽中嵌装一个线圈的单边，是单层绕组，由若干组这样的分别通入正向或者反向电流的二只相同线圈及磁芯组合构成线圈单元，由2N个相同的线圈单元构成相同的相线圈，每三组相同的相序线圈构成一个A十、B十、C十和A-、B-、C-和O线，这种正负相对组合的定子三相线圈，以及若干整数倍的相同线圈构成电机完整的定子线圈，定子线圈分别嵌入定子硅钢叠压片成型的磁芯线槽内，线圈嵌入方式有双层及单层或多层，毎个定子磁芯凹槽内安装若干块同极性的永磁铁，相邻线圈磁芯中安装的永磁铁极性相反，硅钢片单片加工出的凹槽分别有二种形状，一种是开口凹槽，另一种是封闭口凹槽，由这两种不同的凹槽交替叠压后的磁芯表面呈现栅栏空芯状，使凹槽内安装的永磁铁有明显的缝隙交替外露出来，外露面积大于二分之一永磁铁单极面积，定子各组线圈参数是完全相同的，丫星形接法，出线是三相一零的方式，比如：定子12槽4极，线圈星形接法，出线是两组A、B、C相序线，一根零线共7根出线，该定子线圈是由两组相同的6槽2极线圈构成，两组6槽2极A、B、C相序线分别接入正向电流和负向电流，电流的波形分别是相同的正弦波或梯波及修正波脉冲式的正负半波形，线圈电流波形及脉冲间隔均相差兀周期，毎个单独相序输入的电源特征是脉振磁动势的振幅处于该相绕组轴线处且位置固定，这二个正负半波形在示波器上观察合成为一个完整的脉冲正弦波或梯波及修正波，将三个单相磁势相加，得到三相绕组的合成磁势，合成的12槽4极三根相线A、B、C电位角差120度，频率20-400Hz便于调速，出线头相互之间不能互换，因为输入的半波电流属于直流电流特征，有正负极之区分，接错则被烧毁！接头调换时应以该相序的正负二个接头A十及A-同时与另一相序B十及B-调换，或者与C十及C-调换，可以改变电机旋转方向；供给一种交流永磁电机的电源由控制器输入，控制器按供给电源及配置分别有若干系列产品，供给控制器的电源分为市政三相电源或者蓄电池直流电源或太阳能电池等多种电源，输入的是三相交流电源直接接入匹配的控制器经整流后输出，输入的电源是直流电需先通过逆变器振荡后再输入控制器经整流后输出，控制器中整流的主要基本电路是三相全控整流电路，产生三相正弦脉冲半波，根据需要的电源电压、电流、功率不同要求，三相全控整流基本电路中的电子元器件及电路相应做出调整，比如：三相全控二极晶闸管整流电路主要供小功率电机、三相全控MOS管整流电路主要供中小功率电机、三相全控IGBT管整流电路主要供大中功率电机，特大功率要由更复杂的集成整流电路来承担，形成控制器的不同系列产品；为提高供电质量控制器在整流过程中还需经过控制逻辑、变频调频、脉宽调节、稳压稳流、滤波电路、智控电路调节以及超级电容器充放电路切换开关等组成控制中心集成器，配置的适当容量超级电容器对瞬时提高定子直流线圈的电磁场强度作用很大，能直接影响到转子的瞬时输出功率，控制器上留有若干联接智控电路调节插座，将分别具有上半波形和下半波形的半个正弦波或梯波及修正波脉冲电流，分开供给一种交流永磁电机定子线圈中的两大组合成对的线圈，在每单相紧邻的两只通电线圈单元表面，一个产生出N极电磁场与安装在凹槽内的N极永磁铁磁场形成新的N极复合磁场，而另一个产生出S极电磁场与安装在凹槽内的S极永磁铁磁场形成新的S极复合磁场，这种新的复合磁场既不是原有的电磁场，也不是原来的永磁恒磁场，它是带有原有的电磁场的动态电磁波形，且磁场强度要大于原来的电磁场和永磁铁恒磁场的新的多重动态复合磁场，这个动态复合磁场因永磁恒磁场的加入，将永磁铁恒磁场附带上受设计控制的动态磁场特征，同时通电的这两组成对的线圈单元脉冲电流相差兀周期的正弦半波综合形成一个完整的单相正弦波或梯波及修正波脉振磁动势，当按120度电位角差的电流通入，综合形成一组相似于三相正弦波电流或者一组完整的梯形波及修正波复合电磁场，也就产生出旋转磁场；一种交流永磁电机转子的硅钢叠压片上有由铜材或铝材构成鼠笼结构，在鼠笼条间隙的转子硅钢叠压片上开有凹槽，凹槽表面形状有两个护角，有利于永磁铁的安装稳固，凹槽中安装下陷式永磁铁，永磁铁因转子有倾斜角度也有倾斜角度，每个凹槽的宽度大于定子上相紧邻的两个磁芯的外包尺寸1-1.3倍，鼠笼条和凹槽具有倾斜角在半槽至两槽范围内，定转子槽数比采用常规交流电机的设计，转子上的闭合鼠笼条因切割旋转磁力线产生力矩推动转子朝同一个方向转动，能够决定零启动的旋转方向，转子上的永磁铁同时也受到定子复合磁场的作用推动转子旋转，或者转子钢圈上仅装有永磁铁采取直接胶固的外凸方式；一种交流永磁电机定子硅钢片的槽数为6、12、24、48、96、192、384是6的N整数倍以此类推；定子上安装的活动永磁铁组件，在滑行状态时有一定的蓄放调节动能的作用，能够适当延长滑行时间和距离，一般3个为一组间隔120度，适用于中低速条件，高速状态弹簧反应跟不上而不宜采用；为了散热，一种交流永磁电机外壳表面做出皱纹和花纹增加外壳表面积，转子内附带有固定扇叶；一种交流永磁电机具有旋转外殻内定子型结构或者外殻固定旋转内枢型结构，转子和定子的内外壳结构样式按配套装备的要求设计设置，以便能够满足设备的总体要求；它的定子线圈绕组的若干引出线接线端头是预先按设计要求接到6个火线插杆和1个零线插杆共7个插杆的专用插头上，使用时将专用插头插到与之相配套的专用插座上，专用插头的金属杆的数量及断面形状尺寸与专用插座孔眼完全一致，控制器的电源输出线接到6个火线插孔和1个零线插孔共7个插孔的专用插座上，这样不但使用方便而且安全可靠；总结：要求控制器输出若干组脉冲正弦半波直流电供给定子线圈，在若干组定子线圈中综合有序地形成三相交流电的电磁场波形特征形式，在气隙处形成旋转磁场，让转子受力转动输出动力。