[发明专利]强弱气隙磁场相间分布的电机

摘要

本发明提供一种成本低、节能高效、自启动、无堵转、不失步、无转矩脉动、应用范围广的强弱气隙磁场相间分布的电机。该电机基于磁场同名磁极相斥、异名磁极相吸的原理设计，定子(或转子)采用大小相同的磁铁均匀分布，其对应的转子(或定子)采用大小不同的磁铁且小号磁铁同向偏转相同的极距，或采用大小相同的磁铁但少数对称磁铁同向偏转相同的极距；或者定子与转子都采用大小不同的磁铁且小号磁铁同向偏转相同的极距；或者定子(或转子)采用大小相同的电磁铁均匀分布且各相绕组依次轮流循环导通和截止，其对应的转子(或定子)磁铁不论大小均不偏转磁极。使定子与转子间形成“强弱强弱……、强强弱强强弱……、强强强弱强强强弱……”等强弱气隙磁场沿圆周相间分布的格局，从而使电机能自启动并平稳运行。

主权项

1.一种强弱气隙磁场相间分布的电机，由转子、定子、轴承、轴承支承架、端盖、机壳、电路、叶轮等部分组成。其转子和定子的组合可以是内转子外定子、内定子外转子，或者内外定子配一个转子、内外转子配一个定子；也可以是轴向定子与轴向转子平行安装，即定子一端或两端设转子，或者转子一端或两端设定子；还可以是多定子多转子组合。电机的外形可以是圆柱状、菱柱状或者是盘状，也可根据实际需要设计。既可作交流电机，也可作直流电机。本发明所述强弱气隙磁场相间分布的电机，是一种基于磁场同名磁极相斥、异名磁极相吸的原理设计的旋转电机。其特征是定子(或转子)采用大小相同的磁铁均匀分布，而与之对应的转子(或定子)采用大小不同的两种或多种型号的磁铁搭配，且小号磁铁按顺(逆)时针相同的方向偏转相同的极距，或与之对应的转子(或定子)采用大小相同的磁铁但少数对称磁铁按顺(逆)时针相同的方向偏转相同的极距；或者定子与转子同时各自采用大小不同的两种或多种型号的磁铁搭配，且定子与转子小号磁铁分别按顺(逆)时针不同的方向偏转相同的极距；或者定子(或转子)采用大小相同的电磁铁均匀分布且各相绕组依次轮流循环导通和截止，而与之对应的转子(或定子)无论采用大小相同的磁铁还是大小不同的磁铁，均不偏转磁极。从而使定子与转子之间的气隙磁场变成一个或多个强(或弱)气隙磁场搭配一个弱(或强)气隙磁场(或者只有一对弱气隙磁场，其它均为强气隙磁场)，形成“强弱强弱……、强强弱强强弱……、强强强弱强强强弱……”等强弱气隙磁场沿圆周相间分布的格局。当定子或转子大号磁铁(或大小相同但未偏转的磁铁)的磁极中心与对应的转子或定子磁铁的磁极中心对齐时(多个相邻且极性相同的定子或转子磁极可视为一个磁极，以其弧长中心线对齐)，小号磁铁(或大小相同但偏转一定极距的磁铁)的磁极中心与所对应磁铁的磁极中心一致地偏转一定的极距；或者定子或转子各相绕组依次轮流循环导通和截止，使其一个或多个相邻且极性相同的磁极与所对应的转子或定子一个或多个相邻且极性相同的磁极弧长的中心线瞬间一致地偏转一定的极距。从而使电机转子能随时相对定子保持定向旋转。本发明所述强弱气隙磁场相间分布的电机，定子或转子磁铁分为永磁铁和电磁铁。其小号永磁铁与大号永磁铁比较，小号永磁铁分为磁铁的弧宽减少；或者磁铁与磁轭的弧宽同时减少；或者磁铁的弧宽相同仅磁轭弧宽减少；或者磁极的气隙面的一侧扩大气隙距离等情形。其小号电磁铁与大号电磁铁比较，小号电磁铁分为铁芯弧宽减少(线圈导线可以减少)；或者铁芯与极靴(或磁轭)弧宽同时减少(线圈导线可以减少)；或者铁芯弧宽和线圈导线与大号电磁铁相同仅极靴(或磁轭)弧宽减少；或者磁极的气隙面的一侧扩大气隙距离等情形。本发明所述强弱气隙磁场相间分布的电机，采用转子稳极磁铁与定子变极磁铁搭配，或者转子变极磁铁与定子稳极磁铁搭配。所谓稳极磁铁，是指在电机工作时，其磁极极性持续保持稳定的磁铁，包括永磁铁、直流(含交流变直流)电磁铁；所谓变极磁铁，是指电机工作时，其磁极极性不断改变的磁铁，或者磁极极性不改变但各相绕组依次轮流呈现间隙磁场的磁铁，变极磁铁属于电磁铁类，包括交流电磁铁、直流(含交流变直流)电磁铁。交流电磁铁的电源为单相交流电，直流电磁铁的电源为单相或多相直流电。本电机作专用发电机时，定子与转子分别采用大小相同的磁铁均匀分布，由稳极磁铁励磁，变极磁铁线圈发电。本电机作电动机或电动发电机时，根据变极磁铁线圈的通电方式不同可分为换向电机、换流电机和换流换向混合电机。所谓换向电机，即利用交流电源自然换向，或者直流电源采用电子换向电路或机械换向器换向，使变极磁铁线圈的电流随时间的推移不断改变方向，从而不断改变变极磁铁之磁极极性的电机；所谓换流电机，即采用电子换流电路或机械换流器换流，使各相变极磁铁线圈绕组依次轮流循环导通和截止而不改变其电流的方向，从而使变极磁铁呈间隙磁场的电机；所谓换流换向混合电机，即采用电子换流换向电路或机械换流换向器，致变极磁铁各相线圈绕组依次轮流导通和截止后，改变电流的方向，再依次轮流导通和截止，再改变电流的方向……，如此不断循环，使变极磁铁线圈绕组电流既换向又换流的电机。本发明所述强弱气隙磁场相间分布的电机，按其电路中是否有电刷可分为无刷电机和有刷电机。无刷电机即永磁无刷电机，其转子采用永磁铁作稳极磁铁，定子采用变极磁铁，且变极磁铁直接与交流电源连接，或者采用电子换流电路或电子换流换向电路与交流电源连接，或者采用电子换向电路或电子换流电路或电子换流换向电路与直流电源连接。有刷电机即在转子上安装有滑环或机械换向器或机械换流器或机械换流换向器(也可以另安装与转子同轴或不同轴的机械换向器或机械换流器或机械换流换向器)与转子或定子线圈绕组连接，并通过电刷与电源连接的电机。分为四种情况：一是转子采用永磁铁作稳极磁铁，而定子采用变极磁铁，且变极磁铁采用滑环和电刷与交流电源连接，或者采用机械换向器或机械换流器或机械换流换向器和电刷与直流电源连接；二是转子采用直流电磁铁(或直流电磁铁和永磁铁一起)作稳极磁铁，转子直流电磁铁用滑环、电刷与直流电源连接，而定子采用变极磁铁，且变极磁铁直接与交流电源连接，或者采用电子换流电路与交流电源连接，或者采用电子换向电路、电子换流电路或机械换向器、机械换流器、机械换流换向器和滑环、电刷与直流电源连接；三是定子采用永磁铁作稳极磁铁，而转子采用变极磁铁，且变极磁铁通过滑环、电刷直接与交流电源连接，或者采用电子换流电路和滑环、电刷与交流电源连接，或者采用机械换向器、机械换流器、机械换流换向器或电子换向电路、电子换流电路和滑环、电刷与直流电源连接；四是定子采用直流电磁铁(或直流电磁铁和永磁铁一起)作稳极磁铁，定子直流电磁铁直接与直流电源连接，而转子采用变极磁铁，且变极磁铁通过滑环、电刷直接与交流电源连接，或者采用电子换流电路和滑环、电刷与交流电源连接，或者采用机械换向器、机械换流器、机械换流换向器或电子换向电路、电子换流电路和滑环、电刷与直流电源连接。本发明所述强弱气隙磁场相间分布的电机，按气隙磁场形式之不同可分为轴向气隙磁场电机、径向气隙磁场电机、斜向气隙磁场电机、混合气隙磁场电机。其永磁铁可以轴向充磁、径向充磁或切向充磁，每个永磁铁可单极充磁或多极充磁；其电磁铁可以采用轴向线圈、径向线圈或切向线圈，电磁铁线圈可以是集中式绕组，也可以是分布式绕组。换流电机采用分布式绕组时，两个或多个磁极的部分齿极可以共用。本电机的稳极磁铁或变极磁铁的磁极既可以是显极式，也可以是隐极式。本电机的单个磁铁两端磁极的物理尺寸的大小和在气隙磁场的磁场强度相同(若磁铁的一端或两端磁极采用极靴或磁轭分离为若干个小磁极，则小磁极的磁场强度之和等于另一端的磁场强度或小磁极的磁场强度之和)。本电机每套定子与转子之间圆周只有一排气隙磁场即称为单气隙磁场电机；每套定子与转子之间圆周存在两排气隙磁场即称为双气隙磁场电机；每套定子与转子之间的存在三排及以上气隙磁场即称为多气隙磁场电机。本电机永磁铁和电磁铁可制成形或瓦形、扇形等任意形状，或者多个永磁铁、电磁铁以等形状沿圆周排列。