[發明專利]具有多層組件結構的轉子及定子構成的旋轉電機和用途

無效

• 申請號: 01110008.7
• 申請日: 2001-03-23
• 公開（公告）號: CN1377116A
• 公開（公告）日: 2002-10-30
• 發明（設計）人: 劉粵榮
• 申請（專利權）人: 劉粵榮
• 主分類號: H02K1/27
• 分類號: H02K1/27;H02K1/12;H02K3/04
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 高存秀

本發明涉及一種電機，特別是涉及一種具有多層轉子永磁組件與多層定子電樞鐵芯繞組組件構造的永磁式旋轉電機及用途。

眾所周知，常規旋轉式電機的基礎結構由一個轉子、一個定子、轉軸和通過內置或配置于電機的通常電子電路構成，永磁式電機的轉子由常規磁性材料組件與永磁材料組件固連而成，永磁組件面向定子電樞鐵芯，電樞鐵芯面向轉子的圓周表面設置有線圈繞組組件，從而構成一個由基礎磁場和線圈繞組組成的電磁感應系統。其工作原理是基于法拉第電磁感應實驗現象，基本內容為：在一個具有N極和S極的基礎磁場系統中，導線(線圈)沿磁力線截面方向運動會產生感生電流，感生電動勢的大小視導線(線圈)在單位時間內所掃過面積內的磁通量變化率而定。反之，當通電導線(線圈)放置在磁場中時，磁通量的變化會使通電導線(線圈)產生定向運動，其運動方向可由右手定則判定。磁通量的變化率越大，導線(線圈)的感生電動勢越大，或通電導線(線圈)的定向運動量越大。在實際應用中，運用前者原理可制作成發電機，運用后者原理可制作出電動機，兩者均可表述為一種可逆的電磁能與機械能轉換裝置，習慣上通稱電機。

常規的永磁旋轉式電機工作原理如下所述，在所述的附圖1中電機轉子只有一層永磁組件，電樞鐵芯也只有一層繞組組件，P為電機轉子中N極或S極的磁極數，T為電樞鐵芯中線槽或齒的數量。

圖1是P＝2及T＝12P的常規旋轉式電動機的剖面圖。在圖1中，一個圓環形永久磁鐵組件3固定在由普通磁性材料制成的轉子2的外部圓周上，永久磁鐵組件3與轉子2一起繞旋轉軸1轉動。永久磁鐵組件3有四個交替的N和S極，四個磁極之間均相隔90°，電樞鐵芯4的齒6面對永久磁鐵組件3的磁極，每個齒在兩相鄰的繞組槽5之間形成。轉子2的旋轉軸1可旋轉地支撐在電樞鐵芯4上。因此，在電樞鐵芯4的齒6和永久磁鐵組件3的磁極之間的相對位置根據轉子2的旋轉而變化。

圖2表示所述圖1常規旋轉電動機內部結構的展開圖，它是沿X-X’和Y-Y’線進行展開的，在特征結構分析時這些線成一行。電樞鐵芯4有24個繞組槽，即T＝24，從a到x，它們以等同的15°角相隔并且24個齒設置在兩相鄰的繞組槽之間，重疊繞組線圈A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3和C4被卷繞在從a到x的繞組槽內。從A1繞到C4中的每個繞組線圈圍繞電樞鐵芯4的5個齒。也就是說，A1繞在繞組槽a和f內，A2繞在繞組槽g和l內，A3繞在繞組槽m和r內，A4繞在繞組槽s和x內。B1圍繞在繞組槽e和j內，B2繞在繞組槽k和p內，B3繞在繞組槽q和v內，B4繞在繞組槽w和d內。C1繞在繞組槽i和n內，C2繞在繞組槽O和t內，C3繞在繞組槽u和b內，C4繞在繞組槽c和h內。繞組線圈A1、A2、A3和A4串聯連接，從而形成第一相的繞組組A。繞組線圈B1、B2、B3和B4串聯連接，從而形成第二相的繞組組B。繞組線圈C1、C2、C3和C4串聯連接，從而形成第三相的繞組組C。繞組組A、B和C之間的相位差等于120°(電角度)，這里180°電角度等于永久磁鐵的360/2P的1極距。在圖1中，P＝2，所以180°電角度等于90°機械角度。因此，當提供三相電流給三相繞組組A、B和C時，便可獲得加速轉子2的扭矩。反之，當加速轉子2的扭矩便可在三相繞組組A、B和C中獲得三相交流電。但是，上述常規電機存在耗材多和功率比重量的指標低等缺點。

在近年的電機機術改進中如：中國專利申請號01109300.5，提供一種有效提高機械能——電能轉換效率及功率重量比的方案是將轉子2永磁極數P提高一至兩個數量級，磁極7按NS極交替排布時設計有特定的間距，使電樞鐵芯線圈繞組組件9相對轉子永磁組件3運動時橫掃過眾多NS極向交替反轉的密集變化表面磁場，使繞組線圈因磁通量變化率加大而獲得更大的感生電動勢。為進一步加大電機內磁空間的磁通量變化率，配合這種眾多磁極間隔分布的轉子永磁組件3的磁路分布狀態，電樞鐵芯4中的線圈繞組方法相應改變為繞齒線圈，通過繞齒線圈在運行中激發的微磁極與轉子密集變化的表面磁場相互作用，使定子與轉子空間磁場進入磁極諧振狀態，從而達到提高機械能與電能轉換效率及電機功率重量比的雙重目的。