[發(fā)明專利]一種外轉(zhuǎn)子磁單極電機(jī)及電機(jī)設(shè)備

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011278452.8
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112436634A
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉峰;王秀和;李嫻
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: H02K1/27
• 分類號: H02K1/27;H02K16/04;H02K3/28;H02K3/50;H02K1/28
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 閆圣娟

本公開提出了一種外轉(zhuǎn)子磁單極電機(jī)及電機(jī)設(shè)備，包括外轉(zhuǎn)子和定子，所述外轉(zhuǎn)子上設(shè)置有多個磁單極結(jié)構(gòu)體，所述定子固定設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上，所述外轉(zhuǎn)子固定設(shè)置在機(jī)殼內(nèi)，所述機(jī)殼通過機(jī)械結(jié)構(gòu)體可轉(zhuǎn)動連接轉(zhuǎn)軸，定子與所述外轉(zhuǎn)子間設(shè)置有氣隙，電樞繞組的電流流向與磁單極結(jié)構(gòu)體充磁方向?qū)?yīng)設(shè)置，使得定子芯中靠近和遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子的線圈邊所處的磁場方向相反，實現(xiàn)力矩的疊加。本公開通過改進(jìn)磁單極電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及特殊磁極安裝位置，有效解決傳統(tǒng)單極電機(jī)無效繞組所帶來的一系列問題，有效解決傳統(tǒng)單極電機(jī)無效繞組所帶來的一系列問題，功率轉(zhuǎn)矩密度大，效率高，具有極高的實用性和推廣價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及磁電機(jī)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，是涉及一種外轉(zhuǎn)子磁單極電機(jī)及電機(jī)設(shè)備。

背景技術(shù)

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關(guān)的背景技術(shù)信息，并不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

早在1831年，法拉第就制造了一臺銅圓盤在馬蹄形磁鐵磁場中旋轉(zhuǎn)的最簡單的單極發(fā)電機(jī)。早期對于單極電機(jī)的研究主要側(cè)重在發(fā)電機(jī)，由于技術(shù)的局限性，不能很好地解決電流集取問題，電機(jī)容量受到限制，使單極電機(jī)的應(yīng)用主要局限在一些特種場合。六十年代后，由于原子能技術(shù)的發(fā)展及液態(tài)金屬傳熱介質(zhì)方面的成就，雖然有學(xué)者提出超導(dǎo)單極電機(jī)，但單極電機(jī)的結(jié)構(gòu)仍未取得突破性的改進(jìn)，單極電機(jī)的固有結(jié)構(gòu)拓?fù)涫箚螛O電機(jī)存在轉(zhuǎn)矩小、效率低等問題，一直未能得到解決。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)單極電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域相對狹窄，特別是在一些民用場合的應(yīng)用普及度相比其他形式電機(jī)有著巨大差距。對于普通單極電機(jī)，無論做發(fā)電機(jī)還是電動機(jī)用，都產(chǎn)生或需要較大的電流，一般可達(dá)幾百安、幾千安，甚至上萬安，傳統(tǒng)單極電機(jī)在繞組設(shè)置上存在的固有結(jié)構(gòu)缺陷，即無效繞組邊，不僅使電機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩受到部分抵消，不能充分利用電樞繞組實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的有效疊加，還帶來了一系列的損耗大、效率低、溫升問題嚴(yán)重等不容忽視的問題，制約傳統(tǒng)普通單極電機(jī)的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本公開為了解決上述問題，提出了一種外轉(zhuǎn)子磁單極電機(jī)及電機(jī)設(shè)備，通過改進(jìn)磁單極電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及特殊磁極安裝位置，消除了無效繞組邊，使單極電機(jī)結(jié)構(gòu)更加合理，大大提高了電機(jī)效率、功率及轉(zhuǎn)矩密度，電磁表現(xiàn)優(yōu)異，且能穩(wěn)定可靠運行。

為了實現(xiàn)上述目的，本公開采用如下技術(shù)方案：

一個或多個實施例提供了一種外轉(zhuǎn)子磁單極電機(jī)，包括外轉(zhuǎn)子和定子，所述外轉(zhuǎn)子上設(shè)置有多個磁單極結(jié)構(gòu)體，所述定子固定設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上，所述外轉(zhuǎn)子固定設(shè)置在機(jī)殼內(nèi)，所述機(jī)殼通過機(jī)械結(jié)構(gòu)體可轉(zhuǎn)動連接轉(zhuǎn)軸，定子與所述外轉(zhuǎn)子間設(shè)置有氣隙，電樞繞組的電流流向與磁單極結(jié)構(gòu)體充磁方向?qū)?yīng)設(shè)置，使得每個定子芯中靠近和遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子的線圈邊所受的磁場方向相反，實現(xiàn)力矩的疊加。

可實現(xiàn)的技術(shù)方案，所述磁單極結(jié)構(gòu)體沿軸向或徑向設(shè)置在外轉(zhuǎn)子上，所述外轉(zhuǎn)子上沿軸向設(shè)置的磁單極結(jié)構(gòu)體充磁方向沿徑向，所述外轉(zhuǎn)子上沿徑向設(shè)置的磁單極結(jié)構(gòu)體充磁方向沿軸向。

進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述外轉(zhuǎn)子的軸中心區(qū)段的轉(zhuǎn)子內(nèi)徑與軸兩側(cè)區(qū)段的轉(zhuǎn)子內(nèi)徑不等設(shè)置。

上述方案的效果為：可以實現(xiàn)磁單極結(jié)構(gòu)體的軸向或徑向組合配置，改變靠近及遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)軸側(cè)線圈邊所處的磁場，從而實現(xiàn)電樞繞組的充分利用，提高電機(jī)轉(zhuǎn)矩密度等電磁表現(xiàn)。

作為一種實施方式，所述磁單極結(jié)構(gòu)體為環(huán)形磁單極。

可選的技術(shù)方案，所述定子與所述轉(zhuǎn)軸固連或一體化設(shè)置；

或者，機(jī)械結(jié)構(gòu)體包括設(shè)置在機(jī)殼兩端的機(jī)械結(jié)構(gòu)體，機(jī)械結(jié)構(gòu)體與機(jī)殼固連或一體化設(shè)置；

或者，所述機(jī)殼與所述外轉(zhuǎn)子固連或一體化設(shè)置。

作為一種實施方式，所述定子結(jié)構(gòu)和外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的相對的區(qū)段形狀匹配設(shè)置，在外轉(zhuǎn)子上與定子相對的區(qū)段邊設(shè)置磁單極結(jié)構(gòu)體。

作為可選的技術(shù)方案，定子結(jié)構(gòu)和外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)置為截面為T型結(jié)構(gòu)與凹字形結(jié)構(gòu)相匹配的結(jié)構(gòu)；