[发明专利]横向辐射式电机

说明书

本发明是就旋转电机，即交直发电机、交直电动机以及永磁体交直电机和无刷直流电动机而进行改进的新型电机。

现实的所有电机，除绝大部分是以永磁体为基本定子结构的小型直流电动机、特微直流电动机，以及单极电机有着电枢导体各部分均处于平面气隙磁场中的径向盘式结构之原理和特征，除此之外，无论是直流电机还是交流电机，几乎无一不是出自定子和转子纵向排列定子不在转动轴上的结构和原理，见《电机工程手册》第三卷(电机卷)第二版，电机工程手册编加委员会、机械工业出版社1996年出版。既便如此，所有盘式直流都未跳出常规电机那样磁极N、S极交替排列，因此很大程度上需要直流换向从而需要换向器甚至换向极之局限，更不用说直流电机因其结构复杂、制造困难、不能高电压，愈剧随着电气电子技术的发展愈加呈缩减趋势，只能在特定场合很窄的范围内使用；单及电机虽然将直流换向不治之症问题得以很好地解决，目前先进国家已研制出兆瓦级容量投入运行，但仍然存在大电流低电压未免有些难尽人意之缺陷。

然而本发明的目的在于，几乎现有一切电机都可以用结构更简单、性能更优越地横向式电机所取代，并交直两用、无需三相电源、无需直流换向、无需换向器、无换向极且体积小容量大、出力高、散热优良、电质无脉冲从而卓越非凡地机械特性和工作特性；利于规范化、标准化、通用化、系列化，突破直流电机大电流低电压的传统局限，使交流发电机在单机容量上由于转子本体已接近局限及散热困难两大主要因素的缺陷而得以突破。

一、横向辐射式直流电机

同一切旋转电机都是依据两条基本原理进行设计制造：一是导体切割磁力线产生感应电动势；二是载流导体在磁场中受到电磁力作用一样，横向辐射式直流电机也分为静止的定子和同轴旋转的电枢转子两大部分，只不过定子与转子都成盘式横向结构一同垂直于转动轴上。定子结构形式同常规的盘式电枢直流电动机基本相似，都是由绕有励磁线圈(7)的扇形磁极布置固定在定子环侧面上，至多只是盘式电枢直流电动机扇形磁极之间有一定间隙，横向辐射式电机的扇形磁极则是设计要求尽可能紧密靠拢不留间隙使之形成空心磁极环，本质的区别是在于扇形磁极的极性排列不同，前者是N、S极交替排列于同一定子环侧面，可有对称和不对称磁极定子盘环两种，而横向辐射式电机定子盘环必须对称，如图所示，同一侧定子层的扇形磁极(14)要么全呈N极性，要么全呈S极性，相对应的极性是布置在电枢转子另一侧定子层盘环上(1)两定子环之间由几处翼形磁轭柱(2)均匀沿圆外边缘处紧固连接，而形成磁力线穿过电枢转子的横向平面气隙回通磁场，不难看出这种形式结构原理同现有的单极电机结构原理又有几分近似。一、为了尽量避免扇形磁极的励磁绕组工作时局部过热；二、尽过能使磁路在设定的途径中通过；三、尽量减少漏磁通，翼形磁轭柱也应绕有励磁绕组线圈(3)——补偿励磁绕组，其绕向必须与两定子层的励磁线圈一致，整个气隙回通磁路的磁动势计算依据仍然是F＝∑NI＝∑HL。由于磁路计算同常规电机的有分支磁路计算完全一样，无非不是有分支磁路的基尔霍夫二定律列例方程求解。电机学与电机设计已予详加讨论这里不予详加讨论，这是横向辐射式直流电机定子部分的基本结构与原理。其设计要点是：1、两定子层磁极对数一般是4对，大型电机可用更多甚至数十对极；2、翼形磁轭柱不论电机大小要么是3柱，要么是4柱，尽量4柱，磁极对数则应为4的倍数或者3的倍数，由于翼形磁轭柱截面的大小直接关系到附加电机尺寸的大小和磁通量，一般情况下是以1/4磁极环表面积等于一处翼形柱的截面积进行设计；3、尽可能使翼形磁轭柱的励磁绕组成主磁路绕组而磁极励磁绕组为补偿绕组；4、励磁绕组绕向和电流方向必须是能使同一侧磁极都产生同相极性的正确接法；5、其它设计要求参照现成电机设计并符合国家常用电机设计标准。