专利汇可以提供强弱气隙磁场相间分布的电机专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 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。,下面是强弱气隙磁场相间分布的电机专利的具体信息内容。
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。
2.根据权利要求1所述强弱气隙磁场相间分布的电机,其特征是所谓换向电机,即变极磁铁线圈的电流随时间的推移不断改变方向的电机,其变极磁铁既可以是定子磁铁,也可以是转子磁铁。换向电机属于单相电机,其定子磁铁与转子磁铁在每排气隙磁场的磁极排列状况和磁极数如下表:
换向电机每排气隙磁场的磁极的强弱配置分以下几种情况:一是转子采用均匀磁极,定子采用强弱磁极搭配,即当转子采用大小相同的磁铁沿转子体圆周均匀分布时,定子采用大小不同型号的的磁铁;二是定子采用均匀磁极,转子采用强弱磁极搭配,即当定子采用大小相同的磁铁沿定子体圆周均匀分布时,转子采用大小不同型号的的磁铁;三是定子磁极与转子磁极都采用强弱磁极搭配;四是定子与转子都采用大小相同的磁铁,但定子(或转子)少数对称磁铁同向偏转相同的极距;五是定子与转子分别采用大小相同的磁铁,但部分变极磁铁分别在电机正转和倒转时通电。
当定子磁极与转子磁极都分别采用均匀磁极(磁极极性排列和极数如上表中第2-第n行)时,若变极磁铁数≥4,即可做成换流换向混合电机。
3.根据权利要求1所述强弱气隙磁场相间分布的电机,其特征是所谓换流电机,即变极磁铁线圈内电流的方向不改变,各相绕组线圈依次轮流循环导通和截止的电机。其变极磁铁可以是定子磁铁或者是转子磁铁,每排气隙磁场通电变极磁铁的极性相同,即全部为N极或S极,未通电变极磁铁的极性相反(利用定子或转子本体导磁的磁场较强,反之较弱)。变极磁铁的磁极数量为“大于等于4且能被电源相数(含单相或几相电源分解为2相或多相电源)整除的整数”。变极磁铁与稳极磁铁的磁极的配置有四种情形:
〔1〕、当电源相数为2相时,稳极磁铁的磁极数量与变极磁铁的磁极数量相同或者是变极磁铁磁极的一半。
当稳极磁铁的磁极按“N、S……”排列(磁极数大于等于4)成对设置时,每排气隙磁场稳极磁铁的磁极与变极磁铁的磁极的数量相同。若稳极磁铁采用大小相同的磁铁沿转子或定子圆周均匀分布,则变极磁铁采用大小不同的磁铁,或者变极磁铁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。若变极磁铁采用大小相同的磁铁沿转子或定子圆周均匀分布,则稳极磁铁采用大小不同的磁铁,或者稳极磁铁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。
当稳极磁铁的磁极在一排(或几排)气隙磁场全部为N极,在另一排(或几排)全部为S极时,则每排气隙磁场稳极磁铁的磁极数为变极磁铁的磁极数的一半。这时,稳极磁铁采用大小相同的磁铁沿转子或定子圆周均匀分布,变极磁铁采用大小不同的磁铁,或者变极磁铁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。
〔2〕、当电源相数超过2相时,变极磁铁采用大小相同的磁铁沿转子或定子圆周均匀分布,由于变极磁铁各相绕组线圈依次轮流循环导通和截止,所以变极磁铁的磁极自然形成强弱磁极相间分布的格局。其稳极磁铁的磁极数为“2P÷M”或“P÷M”的整数(P为变极磁铁的磁极数,M为电源相数;P≥6)。
当稳极磁铁的磁极在一排(或几排)气隙磁场为“N、S……”分布,在另一排(或几排)为“S、N……”分布时,采用大小不同的磁铁,则每排气隙磁场稳极磁铁的磁极数量为“2P÷M”。这时,小号稳极磁铁的磁极与所对应的变极磁铁的磁极的极性相同,且每个小号稳极磁铁的磁极只对应一个变极磁铁的磁极;大号稳极磁铁的磁极与所对应的变极磁铁的磁极的极性相异,且每个大号稳极磁铁对应“M-1”个变极磁铁。
当稳极磁铁的磁极在一排(或几排)气隙磁场全部为N极(前述S磁极位置空缺),在另一排(或几排)全部为S极(前述N磁极位置空缺)时,采用大小和磁场强度相同的磁铁,则每排气隙磁场稳极磁铁的磁极数量为“P÷M”。这时,稳极磁铁的磁极与所对应的变极磁铁的磁极的极性相异,且每个稳极磁铁的磁极对应“M-1”个变极磁铁的磁极。
〔3〕、当电源相数超过2相时,其稳极磁铁的磁极数还可以是“P”或者“P-P÷M”的整数(P为变极磁铁的磁极数,M为电源相数;P≥6)。
当稳极磁铁的磁极数等于“P”时,则在变极磁铁的磁极全部为N极的气隙磁场,稳极磁铁的磁极设置为连续“M-1”个S磁极配一个N磁极;在变极磁铁的磁极全部为S极的气隙磁场,稳极磁铁的磁极设置为连续“M-1”个N极配一个S极。
当稳极磁铁的磁极数等于“P-P÷M”时,则在变极磁铁的磁极全部为N极的气隙磁场,稳极磁铁的磁极设置为连续“M-1”个S磁极后空一个磁极的位置(前述N磁极位置空缺,靠近空缺位置的S磁极可适当扩大);在变极磁铁的磁极全部为S极的气隙磁场,稳极磁铁的磁极设置为连续“M-1”个N极后空一个磁极的位置(前述S磁极位置空缺,靠近空缺位置的N磁极可适当扩大)。
〔4〕、按前三种方法确定换流电机变极磁铁和稳极磁铁的基本数量后,在不改变磁铁磁极极性的前提下,可以将部分或全部的单个变极磁铁或(和)稳极磁铁分设成若干极性相同的磁铁。其中,2相换流电机可能变为变极磁铁与稳极磁铁分别采用大小相同的磁铁;相数超过2相的换流电机,采用大小不同磁铁的可能变为采用大小相同的磁铁,采用大小相同磁铁的可能变为采用大小不同的磁铁。
4.根据权利要求1、2或3所述强弱气隙磁场相间分布的电机,其特征是如果需要电动机倒转,分两种情况处理:
〔1〕、若电机为换向电机或2相换流电机,要使电机倒转,则变极磁铁(或直流电稳极磁铁)采用大小不同的磁铁配置的,在一对(或多对)对称的大号磁铁的位置设置两组小号磁铁;或者变极磁铁(或直流电稳极磁铁)采用大小相同磁铁配置的,选用其中两对(或多对)按所对应(定子对应转子或转子对应定子)磁铁的相同侧边分设成两组对称的磁铁。当电机顺转时,接通其中一组磁铁的线圈,倒转时则通过手动倒顺开关或电子倒顺开关截止顺转的那组磁铁的线圈而导通另一组磁铁的线圈。
有位置传感器电机可以设置两组传感器连接倒顺开关,并与电源倒顺开关同步开关。
有刷电机可以设置两组与电源倒顺开关联动的电刷装置,顺转时接通一组,倒转时接通另一组。
〔2〕、若电机为换流换向混合电机或变极磁铁相数多于2相的换流电机,要使电机倒转,采用手动倒顺开关或电子倒顺开关,将变极磁铁各相绕组电源依顺序调换即可。
5.根据权利要求1所述强弱气隙磁场相间分布的电机,其特征是转子由转轴、转子本体、永磁铁或(和)转子线圈铁芯及线圈等部件构成。转轴与转子本体采用铸造、注塑、焊接、卡接或其它机械方式连接。转子本体分导磁转子本体和非导磁转子本体两种。利用转子本体导磁的,转子本体用硅钢片叠压或导磁率及电阻率较高的合金铸造;不利用转子本体导磁的,采用高强度塑料(如加玻璃纤维、碳纤维等材料增强)注塑成型或者用铝合金等非导磁的金属或非金属材料压铸而成。
采用永磁铁的转子,有一个或以上永磁铁,其转子永磁铁沿转子本体圆周贴于转子表面、或粘接镶嵌于转子本体的凹槽内、或埋设于转子本体内。大号永磁铁和小号永磁铁可以采用同一种永磁材料,也可以分别采用不同的永磁材料。单纯采用永磁铁的转子可在转子上加装鼠笼导条和短路环。转轴、转子本体、转子永磁铁可用塑料(可加玻璃纤维、碳纤维等材料增强)或非导磁合金模制成一个整体。转子体外可加套高强度非导磁箍用于防止电机高速旋转时磁体脱落。高强度非导磁箍分为无缝式和腰带式两种,无缝式采用过盈配合装配,腰带式采用铆接、螺接或焊接装配。
采用电磁铁的转子有一个或以上线圈,其线圈铁芯用硅钢片叠压或导磁率及电阻率较高的合金精密铸造而成,线圈铁芯可单独制造,也可与转子本体一体制造(利用转子本体导磁的)。线圈绕于转子线圈铁芯上,线圈与铁芯之间用耐高温绝缘套(架)或涂层隔离。采用液体降温或用于潮湿环境或需要防爆的电机,对线圈及连接线进行严格的防水绝缘处理。非一体化制造的铁芯绕好线圈后,采用螺接、卡接、焊接或其它机械的方法与转子本体紧固连接。
转子上可设置导引转子磁铁磁力线的磁轭,磁轭由铁氧体、纯铁、低碳钢或导磁率及电阻率较高的合金制造,转子磁轭采用卡接、螺接、铆接或焊接于转子本体上。内转子外定子电机设置转子磁铁磁轭,可径向延长磁轭增大转子半径,延伸着力点,以增长杠杆的动力臂达到省力节电之目的。转子两端可加装非导磁压板(或压环),采用螺栓、拉杆固定于转子本体上,以增强转子磁轭的机械强度。采用电磁铁的转子,其转子磁轭可与铁芯一体制造。
内转子的形状为等形状,外转子的形状为和等形状。
有刷电机转可在转轴上安装(或不同轴安装)径向或轴向的导电滑环、机械换向器、机械换流器或机械换流换向器。采用传感器控制电子开关的电机可另安装与电机转子同轴(或不同轴)的径向或轴向感应转子。
6.根据权利要求1所述强弱气隙磁场相间分布的电机,其特征是定子由定子本体、定子线圈铁芯、定子线圈等部件构成。定子本体分为导磁定子本体和非导磁定子本体两种。利用定子本体导磁的,定子本体用硅钢片叠压或导磁率及电阻率较高的合金精密铸造而成;不利用定子本体导磁的,采用高强度塑料(如加玻璃纤维、碳纤维等材料增强)注塑成型或者用铝合金等非导磁的金属材料精密铸造而成。外定子电机的定子本体可由机壳代替。采用永磁铁的定子有一个或以上永磁铁,其永磁铁粘、卡镶嵌于定子本体的凹槽内、或埋设于定子本体内。采用电磁铁的定子本体设有接线槽,便于相关绕组之间和绕组与电源之间接线连接,连接线均加套绝缘套后粘嵌入槽内。定子本体的结构分为整体式和分体式两种,整体式为整体铸造;分体式为两个或两个以上部件组装而成。采用分布式绕组的电机以定子本体为铁芯,线圈直接镶嵌于带有齿槽的且能导磁的电机本体上。采用集中式绕组的电机应制造专门的定子线圈铁芯,其铁芯用硅钢片叠压或导磁率及电阻率较高的合金精密铸造而成,可单独制造,也可与定子本体一体制造(需要利用定子本体导磁时)。采用电磁铁的定子有一个或以上线圈,线圈绕于定子线圈铁芯上,线圈与铁芯之间用耐高温绝缘套(架)或涂层隔离。采用液体降温或用于潮湿环境或需要防爆的电机,对线圈及连接线进行严格的防水绝缘处理。非一体化制造的铁芯绕好线圈后,采用螺接、卡接、焊接或其它机械的方法与定子本体紧固连接。定子线圈铁芯与定子本体的连接方式可分为内接式、外接式及内外共接式。采用非导磁定子本体的电机,定子电磁铁可另外配置线圈磁轭与背轭,以减少漏磁损失。定子铁芯和磁轭、背轭可一体制造,或者分开制造后组装成一体。单纯采用永磁铁的定子可在定子上加装鼠笼导条和短路环。
作为特例,外定子内转子电机作专用发电机时,将定子磁轭向内延伸到转子磁极面,可减小转子的磁滞阻力,以较少的机械能转化为更多的电能。
7.根据权利要求1、2或3所述强弱气隙磁场相间分布的电机的电路,其特征是电路分为电动机电路和发电机电路,电动机电路又分为换流电路、换向电路、换流换向混合电路。电动机需要倒转时可在电路中加手动或电子倒顺开关电路。交流电机为单相电源、单相和二相或多相输出,直流电机可采用单相、二相或多相电源或输出。
〔1〕、电动机换流电路。使变极磁铁各相绕组线圈依次轮流循环导通和截止且不改变电流方向的电路,即电动机换流电路。它包含直流换流电路和交流换流电路,其中直流换流电路又分为直流电子换流电路和直流机械换流电路,交流换流电路又分为交流电子换流电路和交流机械换流电路。
①、直流电子换流电路,即利用电子开关使变极磁铁各相绕组线圈依次轮流循环导通和截止的直流电路。可分为有位置传感器直流换流电路和无位置传感器直流换流电路。
A、有位置传感器直流换流电路。该电路是通过位置传感器获取转子位置信号,并由传感器控制电子换流开关的导通和截止,从而使变极磁铁各相绕组线圈依次轮流循环导通和截止的直流电路。由转子位置传感器、电子换流开关、续流二极管等部分组成。每相绕组(含单相电源分解为二相或多相,或几相分解为多相)安装一个或两个传感器(可以是磁敏传感器、电感式传感器或光电传感器),传感器(或通过放大电路)与电子换流开关相连,电子换流开关与电源和线圈绕组相连。电子换流开关为三极管(包括达林顿管)、光电耦合器、场效应管、可关断晶体管、绝缘栅双极晶体管以及IGBT等电子开关。可在电源或电能储存装置与绕组线圈之间连接续流二极管(消除反电动势的影响,或作绕组发电的输出通道。下同)。其变速控制可采用手动操作或电子与机械调节可变电阻,实行有级或无级调速;也可采用线圈抽头串联开关改变变极磁铁的磁极对数,进行有级调速;也可采用调节可变电阻和改变变极磁铁的磁极对数进行混合调速。另外安装与电机转子不同轴的传感器感应转子的,还可通过调节感应转子的转速对电机进行调速。
B、无位置传感器直流换流电路。此电路是采用各种多路同频时序脉冲信号发生电路或者无位置传感器的转子位置检测电路产生信号,控制电子换流开关的导通和截止,从而使变极磁铁各相绕组线圈依次轮流循环导通和截止的直流电路。将有位置传感器直流换流电路中的传感装置用多路同频时序脉冲信号发生电路或者无位置传感器的转子位置检测电路替换,就变成了本电路。采用多路同频时序脉冲信号发生电路的电机可通过调节信号频率进行调速,同时,可通过调节占空比调整绕组通电时间长短,从而控制同时通电绕组数量,使能耗与负载匹配,利于节电。采用无位置传感器的转子位置检测电路的电机可调节可变电阻进行调速。
多路同频时序脉冲信号发生电路,由震荡、移相、整形等电路构成,其输出的多路脉冲信号的频率和占空比相同,且各路信号按相同的时间间隔依次轮流循环输出和。
②、直流机械换流电路,即变极磁铁各相绕组线圈通过机械换流器和电刷与直流电源连接,从而实现变极磁铁各相绕组线圈依次轮流循环导通和截止的电路。可在电源或电能储存装置与绕组线圈之间连接续流二极管。其调速与有位置传感器直流换流电路基本相同,另行安装与电机转子不同轴的机械换流器的,还可通过调节机械换流器的转速对电机进行调速。
③、交流电子换流电路,即利用二极管或者其它电子开关,在交流电正、负半周时分别单向导通和截止不同变极磁铁绕组的电路。可在电能储存装置与绕组线圈之间连接续流二极管。其调速可采用可控硅调速或变频调速。
〔2〕、电动机换向电路。使变极磁铁线圈的电流随时间的推移而不断改变方向的电路即电动机换向电路。它包括直流换向电路和交流换向电路,其中直流换向电路又分为直流电子换向电路和直流机械换向电路。
①、直流电子换向电路,即利用电子开关使变极磁铁线圈的电流随时间的推移而不断改变方向的直流电路。可分为有位置传感器直流换向电路和无位置传感器直流换向电路。
A、有位置传感器直流换向电路。该电路是通过位置传感器获取转子位置信号,并由传感器控制电子换向开关的导通和截止,从而改变变极磁铁线圈电流方向的直流电路。由转子位置传感器、电子换向开关等部分组成,其电子元器件与有位置传感器直流换流电路基本相同。其调速与有位置传感器直流换流电路相同。
B、无位置传感器直流换向电路。即有位置传感器直流换向电路中的传感器用相位相反的对称方波电路替代即可,可通过调节方波的频率进行调速。
②、直流机械换向电路,即利用机械换向器使变极磁铁线圈的电流随时间的推移而不断改变方向的直流电路。其调速与有位置传感器直流换流电路基本相同,另行安装与电机转子不同轴的机械换向器的,还可通过调节机械换向器的转速对电机进行调速。
③、交流换向电路。若定子采用变极磁铁,即利用交流电周期自然改变电流方向的特性,将交流工频电源或变频电源直接与定子变极磁铁绕组相连即可;若转子采用变极磁铁,可采用滑环、电刷将交流工频电源或变频电源与转子变极磁铁绕组相连即可。可采用可控硅调速或变频调速。
〔3〕、换流换向混合电路。电流在变极磁铁各相绕组线圈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,然后再改变电流的方向……,如此不断循环的电路即电动机换流换向混合电路。它包括直流换流换向电路和交流换流换向电路。
①、直流换流换向电路,即以直流电为电源的电机,同时采用电子换流电路和电子换向电路,或者采用机械换流换向器,使变极磁铁各相绕组线圈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的电路。其变速控制可采用手动操作或电子与机械调节可变电阻,实行有级或无级调速;也可采用线圈抽头串联开关改变变极磁铁的磁极对数,进行有级调速;也可采用调节可变电阻和改变变极磁铁的磁极对数进行混合调速。另行安装与电机转子不同轴的机械换流换向器的,还可通过调节机械换流换向器的转速对电机进行调速。
②、交流换流换向电路,即利用交流电源自然换向,并采用电子换流换向电路在电源正负半周时分别进行换流,使变极磁铁线圈电流既换向又换流的电路。其变速控制可采用可控硅调速或变频调速。
〔4〕、发电机电路。当本电机作为直流发电机发电时,可通过变压、滤波等电路将电流输送到电能储存(蓄电池或超级电容等)或直接供用电器使用;当本电机作为交流发电机发电时,可经过整流器、变压器、逆变器等设备后将电源输送到电网或直接供用电器使用。
作电动发电机使用时(换流电机作电动机时未通电绕组处于发电状态),续流二极管在电源或电能储存设备与线圈之间连接,所发电能可输入电源或电能储存设备。
〔5〕、本电机在不同时间分别执行电动机或发电机功能(如电动车辆使用时),可同时将电动机电路和发电机电路一并连接于绕组的两端,并分别安装电动机开关和发电机开关,通过开关实现发电/电动功能转换。即作电动机时,开启电动机开关,关闭发电机开关;作发电机时,开启发电机开关,关闭电动机开关。其电动机开关和发电机开关可以是手动开关,也可以是电子开关。
〔6〕、本电机电路可根据需要增加变压、整流、滤波、稳压、过流保护、过热保护、漏电保护、温度补偿电路、偏置电路等电路,也可以根据电路的需要增加必要的元器件(如通交隔直电容)。电机印刷电路板可封装于电机壳内,也可另安装于专门的机外接线盒内。
8.根据权利要求5、6所述强弱气隙磁场相间分布的电机,其特征是延伸动力臂的电动机和减少阻力的发电机同轴安装或通过增速机构连接(可以是多级电动机与发电机组合),能将较小的电能或机械能通过杠杆进行放大,实现更大电能或机械能输出。若配备若干蓄电池、超级电容等电能储存设备和控制装置,可组合为不需要外力的独立发电系统。
9.根据权利要求1所述强弱气隙磁场相间分布的电机,其特征是设置有轴承支承架(可由端盖替代,也可在轴承支承架上覆盖网纱作端盖),轴承支承架与定子本体或机壳连接。有刷电机的电刷支承机构和电刷或者有位置传感器的无刷电机的传感器及其支承机构可安装在轴承支承架上(也可安装在定子本体上),传感器非感应面周边可设置隔磁装置。连接转轴与轴承支承架的轴承可以是普通轴承,也可以是磁悬浮轴承或非导磁材料轴承;小功率电机也可采用耐高温、耐磨的滑动轴承。
10.根据权利要求1所述强弱气隙磁场相间分布的电机,其特征是有一叶轮与转轴同轴紧固安装,或者将转子磁轭边缘制造成风叶形状,作为电机降温的风扇或作泵类产品的泵叶轮,定子或(和)转子上可设置轴向或径向通风道,端盖设通风孔,通过空气或液体流过带走热量,有效抑制电机的温升。小功率电机或利用机壳散热的电机可以不设置风扇。
本发明涉及一种旋转电机,既可作发电机,又可作电动机。用作发电机时,既可作交流发电机,也可作直流发电机;用作电动机时,即可作交流电动机,也可作直流电动机。
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