[發明專利]永磁式直流旋轉電機

在審

• 申請號: 201711018101.1
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN107733199A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 丁士來;李振中;張炎
• 申請（專利權）人: 丁士來
• 主分類號: H02K29/03
• 分類號: H02K29/03;H02K16/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及直流旋轉電機領域，具體涉及一種永磁式直流旋轉電機、也可以說是一種永磁式直流旋轉電機的設計方法。

背景技術

在直流旋轉電機領域中，有刷和無刷直流旋轉電機產品已經系列化，正向著使用方便、節能、安全可靠的方向發展。基于此設計發明了永磁式直流旋轉電機，以滿足目前日趨繁榮的工農業生產的需求。

在磁學領域，磁場是一種特殊形態的物質，所說的磁能、嚴格地講應該稱之為磁場能。永久磁體是能夠長期保持磁性的物體，永久磁體的磁場能夠將周圍一定距離內、一定質量的鐵磁質物體吸引到永久磁體磁極的表面，而這個吸引過程就是磁場能轉化為鐵磁質物體的動能的過程。

發明內容

本發明要解決的問題是提供一種比有刷和無刷直流旋轉電機的結構更為簡單、節能效果明顯的永磁式直流旋轉電機。所采用的主要技術方案是：利用永磁體的磁場吸引鐵磁質的屬性，并且使該吸引力變為永磁式直流旋轉電機旋轉所需要的驅動力，從而達到節約能源的目的。本發明分單轉子、單定子永磁式直流旋轉電機和雙轉子、雙定子永磁式直流旋轉電機。由于兩種電機的轉子驅動原理相同，所以在說明本發明的技術方案時以單轉子、單定子永磁式直流旋轉電機為主。另外，所謂的單轉子、單定子永磁式直流旋轉電機是指，轉子上沿徑向對稱安裝兩塊永磁體且內外弧面分別顯示的磁極極性相同；定子上設有兩對沿徑向對稱的四個凸極。所謂的雙轉子、雙定子永磁式直流旋轉電機是指，轉子上沿軸向分左右兩側對稱各安裝四塊永磁體，且左右兩側沿軸向對應的兩塊永磁體的外弧面的磁極極性相反；同一側的兩塊永磁體外弧面所顯示的磁極極性相同(都是N極或S極)。沿軸向的兩個定子通過一個圓環狀軟磁質連接件連接在一起。

為了說明永磁式直流旋轉電機的設計方案、結構形式和工作原理，下面先做兩個簡單的物理實驗，然后再根據實驗裝置的結構形式和實驗結果來說明永磁式直流旋轉電機的設計原理。

實驗一

參見附圖1，該實驗裝置分定子和轉子兩部分。定子主要由軟鐵磁質外鐵芯1和電磁線繞組5a和5b組成。外鐵芯1的內側對稱設兩個內鐵芯凸極4a和4b；繞組5a和5b分別繞在兩個凸極4a和4b上、且串聯連接，其繞法是從圓心向兩凸極看去同向；繞組5a和5b與可變電阻9、手動開關8和直流電源7a串聯連接。轉子主要由轉軸6、圓筒狀鐵磁質轉子3和兩塊相同幾何形狀的瓦片狀永磁體2組成。兩塊永磁體2對稱安裝在鐵磁質轉子3上、且外弧面為同性磁極(圖中永磁體的外弧面為N極)；永磁體2和鐵磁質轉子3都固定裝配在轉軸6上且能自由轉動。轉子的初始位置為：兩塊永磁體2其中的一塊永磁體的外弧面的磁力線的發線方向與穿過轉軸6圓心的水平方向沿順時針有一個旋轉角δ(δ>0弧度)。

當轉子如附圖1所示的初始位置、繞組沒有接通直流電源7a的情況下，根據永磁體2具有吸引鐵磁質的屬性，兩塊永磁體2分別吸引上下兩個鐵磁質凸極4a和4b。此時永磁體2、鐵磁質轉子3和轉軸6所組成的轉子，會在兩塊永磁體2吸引力f₁的作用下按順時針方向旋轉(圖中用實心箭頭表示)。當轉子旋轉至兩塊永磁體2的外弧面分別與凸極4a和4b的內弧面相對應時自動停止。可見，導致轉子旋轉的驅動力來自永磁體吸引鐵磁質的屬性，轉子旋轉的動能是由永磁體2的磁場能轉化而來。

實驗二

參見附圖2，附圖2和附圖1的結構形式相同，不同點在于閉合手動開關8、接通直流電源。當轉子處于如附圖2所示的初始位置、繞組接通直流電源7b(單相交流電源整流后)時，根據右手定則，上下兩個鐵磁質凸極4a和4b面向圓心一側均顯示為N極。若從大到小逐漸調節可變電阻9，那么通過繞組的電流則是從小逐漸變大，而上下兩個鐵磁質凸極4a和4b的磁場強度也是一個從小到大的變化過程。根據永磁體具有的同極性磁極磁場相互排斥的屬性，此時轉子會在斥力f₂的作用下按順時針方向旋轉。轉子旋轉的驅動力來自同極性磁極的相互排斥力f₂，轉子的旋轉動能是由直流電能轉換而來。

由以上兩個實驗結果，前者轉子轉動的驅動力f₁來自永磁體吸引鐵磁質的屬性，后者轉子轉動的驅動力f₂是由直流電能轉換而來；其旋轉方向相同都是按順時針方向旋轉。本發明所述的永磁式直流旋轉電機正是將以上兩個實驗裝置組合在一起、將兩個實驗結果所述的驅動力(f₁和f₂)合為一體而設計的。