[发明专利]轴向磁路无刷直流电机

说明书

本发明涉及一种利用轴向磁路进行工作的无刷直流电机。

在目前的现有技术中，电机的磁路平面都是平行于电机的径向平面的。有关这方面的情况可以查阅最新出版的电机构造书藉来了解。这种径向磁路直流电机因为其工作磁路为径向磁路，故其工作时必需具有换向器，这样就使得这种传统的直流电机具有寿命短、有噪声、换向时产生火花及电磁干扰等缺点。

本发明的目的是提供一种利用轴向磁路进行工作的无刷直流电机。

本发明的轴向磁路无刷直流电机的构造为：在电机的非导磁转轴上套着一个永磁的转子，转子轴向的中部有激磁线圈；定子处于转子的外圈；定子两头有突出的齿部与转子两端相对形成了第一环形气隙和第二环形气隙；定子齿之间有绕组槽；绕组的工作边就处于槽内，绕组呈四边形，除了工作边处于绕组槽中外，其余几边均不处在绕组槽中(即不处在气隙磁场中)；定子固定于非导磁的外壳上，外壳通过轴承与非导磁的转轴相联。本发明的轴向磁路无刷直流电机的磁路为：沿轴向经过转子→沿径向经过第一环形气隙和定子齿部→沿轴向经过定子→沿径向经过定子齿和第二环形气隙→转子；由此可见，本发明的轴向磁路无刷直流电机的构造特征在于其磁路平面平行于电机的旋转轴。在如上所述的磁路中，当磁通经过环形气隙时形成匀强环形磁场，该匀强环形磁场的特点为：磁场中的每一条磁力线的延长线都通过圆环的圆心，磁力线的方向相对于圆心是一致的(即方向都指向圆心或都背向圆心)；且任意相邻两条磁力线的夹角都相等。当本发明中的轴向磁路无刷直流电机的转子作定向匀速旋转时，绕组的工作边相对于匀强环形磁场来说是以固定的半径和恒定的角速度作定向圆周运动来切割磁力线的。故在绕组的工作边上感应出的电动势为恒稳电势；反之，当本发明的轴向磁路无刷直流电机的绕组中通过电流时，该电机的转子将输出一个相应的转矩。

由于本发明中的轴向磁路无刷直流电机的磁路为轴向磁路，当磁通沿轴向磁路经过环形气隙时形成匀强环形磁场；只要导线在匀强环形磁场中切割磁力线时的运动方向不变，那么在导线上感应出的感生电动势的方向也不变；故本发明中的直流电机不需要换向电刷就能发出直流电(或用直流电工作)。

下面结合附图对本发明作详细说明：

图一是轴向磁路无刷直流电机的构造图；

图二是图一的A-A剖面图；

图三是磁路图；

图四是匀强环形磁场示意图；

图五是绕组接线图；

图1所描述的轴向磁路无刷直流电机的构造为：转轴(1)是非导磁性的，永磁性材料做成的转子(3)紧套在转轴(1)上共同形成电枢，在转子(3)轴向中部有激磁线圈(6)它套在转子(3)的外圈但处于定子(4)的内圈；定子(4)两端有定子齿(11)与转子(3)相对，形成了第一环形气隙(9)和第二环形气隙(10)，定子(4)上的定子齿(11)之间有绕组槽(12)，绕组(5)的工作边(5a)就处于绕组槽(12)中，定子(4)固定于非导磁的机壳(7)上；机壳通过轴承(2)与转轴(1)相联系；风扇(8)是为加快电机的散热设置的，由图2可进一步了解本发明中直流电机的各部分构造。

图3是本发明的轴向磁路无刷直流电机的磁路图，由激磁线圈(6)及转子(3)的剩磁产生的磁通沿轴向穿过转子(3)然后沿径向到达第一环形气隙(9)，当磁通经过第一环形气隙(9)时形成了匀强环形磁场(a)；磁通沿轴向穿过定子(4)，然后沿径向到达第二环形气隙(10)在这里磁通又形成了一个与匀强环形磁场(a)方向相反的匀强环形磁场(b)；磁通穿过环形气隙(10)后又回到转子(3)。

图四表达了匀强环形磁场的性质，即：每一条磁力线的延长线都穿过圆环的圆心，且方向一致(都指向或都背向圆心)；任意相邻两条磁力线的夹角都相等(均为α)。

图五是绕组接线图，单个绕组(1.2.…)等的绕线方向应当一致，单个绕组之间应当首尾串联；处于第一环形气隙的所有单个绕组串联形成一个总线圈(A)；处于第二环形气隙的所有单个线圈(1a.2a…)串联形成总线圈(B)；总线圈(A)和(B)既可分别单独与外界相联，也可串联或并联后再与外界相联。