[发明专利]一种外转子磁单极电机及电机设备

说明书

本公开提出了一种外转子磁单极电机及电机设备，包括外转子和定子，所述外转子上设置有多个磁单极结构体，所述定子固定设置在转轴上，所述外转子固定设置在机壳内，所述机壳通过机械结构体可转动连接转轴，定子与所述外转子间设置有气隙，电枢绕组的电流流向与磁单极结构体充磁方向对应设置，使得定子芯中靠近和远离转子的线圈边所处的磁场方向相反，实现力矩的叠加。本公开通过改进磁单极电机的转子结构及特殊磁极安装位置，有效解决传统单极电机无效绕组所带来的一系列问题，有效解决传统单极电机无效绕组所带来的一系列问题，功率转矩密度大，效率高，具有极高的实用性和推广价值。

技术领域

本公开涉及磁电机相关技术领域，具体的说，是涉及一种外转子磁单极电机及电机设备。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。

早在1831年，法拉第就制造了一台铜圆盘在马蹄形磁铁磁场中旋转的最简单的单极发电机。早期对于单极电机的研究主要侧重在发电机，由于技术的局限性，不能很好地解决电流集取问题，电机容量受到限制，使单极电机的应用主要局限在一些特种场合。六十年代后，由于原子能技术的发展及液态金属传热介质方面的成就，虽然有学者提出超导单极电机，但单极电机的结构仍未取得突破性的改进，单极电机的固有结构拓扑使单极电机存在转矩小、效率低等问题，一直未能得到解决。

发明人发现，传统单极电机的应用领域相对狭窄，特别是在一些民用场合的应用普及度相比其他形式电机有着巨大差距。对于普通单极电机，无论做发电机还是电动机用，都产生或需要较大的电流，一般可达几百安、几千安，甚至上万安，传统单极电机在绕组设置上存在的固有结构缺陷，即无效绕组边，不仅使电机的有效转矩受到部分抵消，不能充分利用电枢绕组实现转矩的有效叠加，还带来了一系列的损耗大、效率低、温升问题严重等不容忽视的问题，制约传统普通单极电机的发展。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种外转子磁单极电机及电机设备，通过改进磁单极电机的转子结构及特殊磁极安装位置，消除了无效绕组边，使单极电机结构更加合理，大大提高了电机效率、功率及转矩密度，电磁表现优异，且能稳定可靠运行。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一个或多个实施例提供了一种外转子磁单极电机，包括外转子和定子，所述外转子上设置有多个磁单极结构体，所述定子固定设置在转轴上，所述外转子固定设置在机壳内，所述机壳通过机械结构体可转动连接转轴，定子与所述外转子间设置有气隙，电枢绕组的电流流向与磁单极结构体充磁方向对应设置，使得每个定子芯中靠近和远离转子的线圈边所受的磁场方向相反，实现力矩的叠加。

可实现的技术方案，所述磁单极结构体沿轴向或径向设置在外转子上，所述外转子上沿轴向设置的磁单极结构体充磁方向沿径向，所述外转子上沿径向设置的磁单极结构体充磁方向沿轴向。

进一步的技术方案，所述外转子的轴中心区段的转子内径与轴两侧区段的转子内径不等设置。

上述方案的效果为：可以实现磁单极结构体的轴向或径向组合配置，改变靠近及远离转轴侧线圈边所处的磁场，从而实现电枢绕组的充分利用，提高电机转矩密度等电磁表现。

作为一种实施方式，所述磁单极结构体为环形磁单极。

可选的技术方案，所述定子与所述转轴固连或一体化设置；

或者，机械结构体包括设置在机壳两端的机械结构体，机械结构体与机壳固连或一体化设置；

或者，所述机壳与所述外转子固连或一体化设置。

作为一种实施方式，所述定子结构和外转子结构的相对的区段形状匹配设置，在外转子上与定子相对的区段边设置磁单极结构体。

作为可选的技术方案，定子结构和外转子结构设置为截面为T型结构与凹字形结构相匹配的结构；