專利名稱：懸浮葉輪式直流電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電機(jī)、泵或風(fēng)機(jī)技術(shù)，特別是一種懸浮葉輪式直流電機(jī)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的泵或風(fēng)機(jī)、電機(jī)是兩種獨(dú)立的設(shè)備，常用聯(lián)軸器聯(lián)接在一起工作。 如圖1，為一種現(xiàn)有的彎管式軸流泵或風(fēng)機(jī)與電機(jī)聯(lián)接在一起的結(jié)構(gòu)示意圖。
軸流泵或風(fēng)機(jī)由葉輪l、支架2、軸承3、彎管道4、軸5、軸承6組成，軸 流泵或風(fēng)機(jī)用聯(lián)軸器7與電機(jī)8聯(lián)接在一起。這種泵或風(fēng)機(jī)在管道4內(nèi)需安 裝支架2，支架2和軸5對流體有不小的阻力，因而效率不高；在軸承6處 需要密封，此密封是動態(tài)密封，密封件受轉(zhuǎn)動的軸5的摩擦，易失效造成泄漏。
如圖2,為另一種現(xiàn)有的常規(guī)的軸流泵或風(fēng)機(jī)的示意圖。將葉輪9直接 安裝在電機(jī)12的軸上，用支架11支撐固定電機(jī)于直管道10內(nèi)。因電機(jī)12 的外徑比前一種泵或風(fēng)機(jī)的軸5的直徑大，所以這種泵或風(fēng)機(jī)的支架11和電 機(jī)12對流體的阻力更大，效率更低。
這兩種泵或風(fēng)機(jī)連同電機(jī)若逆向使用，就是發(fā)電機(jī)，動力來自流動的流 體，如蒸汽、風(fēng)力、水力等。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型旨在克服現(xiàn)有軸流泵或風(fēng)機(jī)的上述缺陷，提高效率，將轉(zhuǎn)子 設(shè)計(jì)成葉輪式，將泵或風(fēng)機(jī)與電機(jī)融為一體，形成一種懸浮式葉輪直流電機(jī)，。
本實(shí)用新型按下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
本實(shí)用新型由定子、轉(zhuǎn)子組成，如圖3至圖5所示。
轉(zhuǎn)子構(gòu)成一在導(dǎo)磁環(huán)22的凸沿上固結(jié)沿軸向充磁的永磁圓盤I 21、 II 24、 11125、 IV27和沿徑向充磁的永磁圓環(huán)23、 26,且使永磁圓盤I 21、永磁 圓環(huán)23、永磁圓盤I124的外表面為N極，使永磁圓盤I1125、永磁圓環(huán)26、 永磁圓盤IV27的外表面為S極；葉片17的頂端固定于導(dǎo)^f茲環(huán)22的內(nèi)圓，葉 片17的另一端固定在兩端帶錐的圓柱體19的外圓，從而組成葉輪，圓柱體
19的中心線與導(dǎo)磁環(huán)22的軸線重合，導(dǎo)磁環(huán)22內(nèi)圓左端為錐口 ，以減小對 流體的阻力；當(dāng)導(dǎo)磁環(huán)22的內(nèi)圓尺寸較大時，葉輪做成圖6所示，在圓環(huán) 35的內(nèi)圓固定葉片36,在圓環(huán)35的外圓固定葉片34,葉片34的頂端固定 于導(dǎo)磁環(huán)22的內(nèi)圓；在導(dǎo)磁環(huán)22的右端固結(jié)非磁性錐形導(dǎo)流環(huán)28。
定子構(gòu)成一在高電阻率導(dǎo)磁圓筒15內(nèi)沿軸向依次裝入并若干U槽形線圈 14、若干沿軸向充磁的扇形永磁板30、若干沿徑向充磁的瓦片形永磁塊29a、 若干沿軸向充磁的扇形永磁板31、高電阻率導(dǎo)磁圓圈16、若干U槽形線圈 18,若干沿軸向充磁的扇形永磁板32、若干沿徑向充磁的瓦片形永磁塊29b、 若干沿軸向充磁的扇形永磁板33;扇形永磁板30、永磁塊29a及扇形永磁 板31拼接成左U槽形永磁體，且使其內(nèi)腔壁為N極，扇形永磁板32 、永磁 塊29 b及扇形永磁板33拼接成右U槽形永磁體，且使其內(nèi)腔壁為S極；U 槽形線圏14與左U槽形永磁體沿周向相間組拼成一個大小一致的左U形環(huán) 槽，U槽形線圈18與右U槽形永磁體沿周向相間組拼成一個大'J、一致的右U 形環(huán)槽，U槽形線圏14與U槽形線圈18沿軸向?qū)R，左U槽形永^磁體與右U 槽形永磁體沿軸向?qū)R；導(dǎo)磁圓筒15有數(shù)個徑向散熱小孔15-1、導(dǎo)磁圓圏 16上有數(shù)個徑向散熱小孔16-1,散熱小孔15-1與散熱小孔16-1對正；環(huán)槽 形線圈14的外圓、高電阻率導(dǎo)磁圓圈16的外圓、環(huán)槽形線圈18的外圓、瓦 片形永磁塊29a的外圓及瓦片形永磁塊29b的外圓與導(dǎo)磁圓筒15的內(nèi)圓固 定；圓圈13與導(dǎo)磁圓筒15的左端面聯(lián)接，并緊貼U槽形線圈14和永^i板扇 形30的左端面，圓圈20與導(dǎo)磁圓筒15的右端面聯(lián)接，并緊貼U槽形線圈 18和扇形永磁板33的右端面；所有U槽形線圏14并聯(lián)連接，所有U槽形線 圈18并聯(lián)連接，再將并聯(lián)連接后的U槽形線圈14與并聯(lián)連接后的U槽形線 圏18串聯(lián)連接，從而引出兩個外接線端。
所述定子隔間隙包圍著所述轉(zhuǎn)子，定子與轉(zhuǎn)子同軸，且使定子上的U槽 形永磁體與轉(zhuǎn)子永磁體外表面同性極平行相對，則由于磁斥力，轉(zhuǎn)子被完全 懸浮于定子之中。工作時，轉(zhuǎn)子跟轉(zhuǎn)子與定子之間隙中的流體摩擦產(chǎn)生的微 熱流通過散熱小孔15-1和散熱小孔16-1逸出。對使用在較低溫度的環(huán)境或
流體溫度較低時，可取消散熱小孔15-1和散熱小孔16-1。
所述u槽形線圈與在其中的轉(zhuǎn)子永磁體組組數(shù)相等，根據(jù)實(shí)際情況，可 設(shè)計(jì)成若干組，但最少為兩組。
在圖3中，大粗箭頭指流體流動方向。
本實(shí)用新型作為軸流泵或風(fēng)機(jī)，其工作原理是電磁學(xué)揭露，磁場中的 通電導(dǎo)體會受到作用力，作用力的大小由關(guān)系式F-BIL計(jì)算，其中B表示磁 感應(yīng)強(qiáng)度，I表示導(dǎo)體中的電流強(qiáng)度，L表示與磁場的磁力線垂直的導(dǎo)體在磁 場中的總長度尺寸，對線繞線圏，L等于電樞線圏匝數(shù)與每圈平均周長之積； 作用力的方向依左手定則判定，即伸開左手，使大拇指與其余四指在同一手 掌平面內(nèi)垂直，讓手心正對磁場的N極，四指指向與導(dǎo)體中的電流方向一致， 這時大拇指就指示出導(dǎo)體的受力方向。在本實(shí)用新型中，如圖3示，若給U 槽形線圈14通入的直流電在線圈剖面的上部看是順時針方向的，而在下部看 就是逆時針方向的，同時，給U槽形線圈18通入的同樣大小的直流電在線圈 剖面的上部看是逆時針方向的，而在下部看就是順時針方向的，用左手定則 容易判定出，兩線圈上半部分在磁場中每邊受到的作用力方向都離開觀看者 而去，即垂直指向紙里，而兩個線圈下半部分在磁場中每邊受到的作用力方 向都向著觀看者而來，即垂直指向紙外，這樣，兩個線圈同時產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)子 的同向轉(zhuǎn)矩，但線圈被固定，所以轉(zhuǎn)子將相對線圈轉(zhuǎn)動。若同時改變兩線圏 中的電流方向，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向就改變。所述的電機(jī)， 一旦造就，B、 L就為相 對的定值，顯然，只改變I的大小就可改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，而改變I的大小是 容易實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。
當(dāng)所述轉(zhuǎn)子運(yùn)行時切斷電源后，轉(zhuǎn)子有慣性運(yùn)動，那么線圈中的感生電 流的磁場與轉(zhuǎn)子永磁場相互作用，將阻礙轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，因而只要減小線圏中的 電流強(qiáng)度，不但減少了動力，而且同時產(chǎn)生制動力，實(shí)現(xiàn)剎車減速，所以線 圈能輔助剎車。由此，可將電源設(shè)計(jì)制作成具有雙向可調(diào)功能的一一既能給 線圈供電，又能從線圈回收感應(yīng)電能。
本實(shí)用新型作為直流發(fā)電機(jī)，工作原理與現(xiàn)有的直流發(fā)電機(jī)相同，遵循
電磁感應(yīng)原理，即當(dāng)所述葉輪被外界流動的流體驅(qū)動帶動所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，所 述線圈相對于轉(zhuǎn)子做切割轉(zhuǎn)子磁場磁力線的運(yùn)動，從而在線圈中產(chǎn)生感生電 動勢，其方向用右手定則判定(這里不贅述)，若線圏外接負(fù)載，則在閉合電 路中形成感生電 流。
以上所述線圏還可以用非磁性導(dǎo)電材料制作成整體的。
由于轉(zhuǎn)子完全懸浮于定子之中，轉(zhuǎn)子不需要對流體產(chǎn)生阻力的支架支撐， 因此無機(jī)械摩擦能量損耗、流體運(yùn)動無阻力損耗。
由于將轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)成葉輪式，形成一種無軸懸浮式葉輪直流電機(jī)，將泵或 風(fēng)機(jī)與電機(jī)融為一體，所以結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、體積小、重量輕、成本小、便 于工程應(yīng)用安裝。
現(xiàn)有的電磁式直流電機(jī)既有換向器，又有電刷；現(xiàn)有的永磁直流電機(jī)要 么有換向器，要么有電刷，要么既有換向器，又有電刷；電刷和換向器影響 著現(xiàn)有直流電機(jī)的使用壽命。現(xiàn)有的直流電機(jī)中圍繞電樞的磁極沿圓周極性 交替分布，且相鄰的磁極隔有間隙，由于相鄰的磁極隔有間隙，電樞相對定 子轉(zhuǎn)一周，與電樞發(fā)生作用的磁力線不充分多，因而效率不充分高。現(xiàn)有的 直流發(fā)電機(jī)，工作時，電樞線圈種的磁場交替變化，除了能產(chǎn)生欲求的感應(yīng) 電動勢(大小和方向是變化的)，還在電樞鐵心中產(chǎn)生渦流和磁滯效應(yīng)，這里 的渦流和^茲滯效應(yīng)必然產(chǎn)生鐵損和有害的熱量；電機(jī)的使用是可逆的，直流 電機(jī)作為電動機(jī)，結(jié)構(gòu)與直流發(fā)電機(jī)完全相同，現(xiàn)有的直流電動機(jī)工作時， 因?yàn)殡姌兄械碾娏鞣较虿粩嘟惶孀兓a(chǎn)生交變磁場，所以同直流發(fā)電機(jī)一 樣，也會產(chǎn)生鐵損和有害的熱量。
與現(xiàn)有的直流電機(jī)相比，本實(shí)用新型有以下優(yōu)點(diǎn)
1、 無換向器，無電刷，無硅鋼片疊成的鐵心，所以結(jié)構(gòu)簡單，造價低；
2、 電機(jī)中的渦流損耗和磁滯損耗，即鐵損，只發(fā)生在電機(jī)啟停過程或 調(diào)速過程中，若電機(jī)穩(wěn)定工作(電動機(jī)通恒穩(wěn)直流電，發(fā)電機(jī)輸入轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn) 速不變)時，處在恒定磁場中的電樞線圏中是恒穩(wěn)直流電，所以幾乎無鐵損， 節(jié)能，效率極高； 3、 因?yàn)闊o電刷、鐵損很小、生熱少，所以可以連續(xù)工作較長的時間；
4、 易調(diào)速；
5、 由于轉(zhuǎn)子懸浮于定子中，因而免潤滑、振動小、噪音小、壽命長。 總之，本實(shí)用新型既能作為軸流泵或風(fēng)機(jī)使用，又能作為汽輪發(fā)電機(jī)、
風(fēng)力發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)等流體發(fā)電機(jī)， 一機(jī)多用，所以比現(xiàn)有的直流電機(jī) 或軸流泵或風(fēng)機(jī)適應(yīng)性更強(qiáng)、靈活、應(yīng)用更廣闊，將使軸流泵或風(fēng)機(jī)發(fā)生顯 著進(jìn)步地變革，將給風(fēng)力、水力發(fā)電機(jī)帶來革命。

圖1為一種現(xiàn)有的彎管式軸流泵或風(fēng)機(jī)與電機(jī)聯(lián)接在一起的結(jié)構(gòu)示意
圖2為現(xiàn)有的另一種現(xiàn)有的常規(guī)的軸流泵或風(fēng)機(jī)的示意圖3為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖4為圖3的A-A或A1-Al剖一見圖5為圖4的B-B剖視旋轉(zhuǎn)圖6為本實(shí)用新型的另一種葉輪結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施方式
如圖3至圖5所示。本實(shí)用新型由定子、轉(zhuǎn)子組成。 轉(zhuǎn)子構(gòu)成一在導(dǎo)磁環(huán)22的凸沿上固結(jié)沿軸向充磁的永磁圓盤I 21、 II 24、 11125、 IV27和沿徑向充磁的永磁圓環(huán)23、 26,且使永磁圓盤I 21、永磁 圓環(huán)23、永磁圓盤I124的外表面為N極，使永磁圓盤I1125、永磁圓環(huán)26、 永磁圓盤IV27的外表面為S極；葉片17的頂端固定于導(dǎo)磁環(huán)22的內(nèi)圓，葉 片17的另一端固定在兩端帶錐的圓柱體19的外圓，從而組成葉輪，圓柱體 19的中心線與導(dǎo)磁環(huán)22的軸線重合，導(dǎo)磁環(huán)22內(nèi)圓左端為錐口 ，以減小對 流體的阻力；當(dāng)導(dǎo)磁環(huán)22的內(nèi)圓尺寸較大時，葉輪做成圖6所示，在圓環(huán) 35的內(nèi)圓固定葉片36,在圓環(huán)35的外圓固定葉片34,葉片34的頂端固定 于導(dǎo)磁環(huán)22的內(nèi)圓；在導(dǎo)磁環(huán)22的右端固結(jié)非磁性錐形導(dǎo)流環(huán)28。
定子構(gòu)成一在高電阻率導(dǎo)磁圓筒15內(nèi)沿軸向依次裝入并若干U槽形線圏 14、若干沿軸向充磁的扇形永磁板30、若干沿徑向充磁的瓦片形永磁塊29a、 若干沿軸向充^t的扇形永^t板31、高電阻率導(dǎo)^f茲圓圏16、若干U槽形線圈 18，若干沿軸向充》茲的扇形永磁斧反32、若干沿徑向充磁的瓦片形永》茲塊29b、 若干沿軸向充f茲的扇形永J茲板33;扇形永f茲纟反30、永/磁塊29a及扇形永磁 板31拼接成左U槽形永磁體，且使其內(nèi)腔壁為N極，扇形永磁板32 、永磁 塊29 b及扇形永磁板33拼接成右U槽形永石茲體，且使其內(nèi)腔壁為S極；U 槽形線圈14與左U槽形永磁體沿周向相間組拼成一個大'J、一致的左U形環(huán) 槽，U槽形線圈18與右U槽形永磁體沿周向相間組拼成一個大小一致的右U 形環(huán)槽，U槽形線圈14與U槽形線圈18沿軸向?qū)R，左U槽形永磁體與右U 槽形永磁體沿軸向?qū)R；導(dǎo)磁圓筒15有數(shù)個徑向散熱小孔15-1、導(dǎo)磁圓圈 16上有數(shù)個徑向散熱小孔16-1,散熱小孔15-1與散熱小孔16-1對正；環(huán)槽 形線圈14的夕卜圓、高電阻率導(dǎo)不茲圓圈16的夕卜圓、環(huán)槽形線圏18的外圓、瓦 片形永磁塊29a的外圓及瓦片形永磁塊29b的外圓與導(dǎo)磁圓筒15的內(nèi)圓固 定；圓圈13與導(dǎo)磁圓筒15的左端面聯(lián)接，并緊貼U槽形線圈14和永磁板扇 形30的左端面，圓圈20與導(dǎo)磁圓筒15的右端面聯(lián)接，并緊貼U槽形線圈 18和扇形永磁板33的右端面；所有U槽形線圈14并聯(lián)連接，所有U槽形線 圈18并聯(lián)連接，再將并聯(lián)連接后的U槽形線圈14與并聯(lián)連接后的U槽形線 圈18串聯(lián)連接，從而引出兩個外接線端。
所述定子隔間隙包圍著所述轉(zhuǎn)子，定子與轉(zhuǎn)子同軸，且使定子上的U槽 形永磁體與轉(zhuǎn)子永磁體外表面同性極平行相對，則由于磁斥力，轉(zhuǎn)子被完全 懸浮于定子之中。工作時，轉(zhuǎn)子跟轉(zhuǎn)子與定子之間隙中的流體摩擦產(chǎn)生的微 熱流通過散熱小孔15-1和散熱小孔16-1逸出。對使用在較低溫度的環(huán)境或 流體溫度較低時，可取消散熱小孔15-1和散熱小孔16-1。
所述U槽形線圈與在其中的轉(zhuǎn)子永磁體組組數(shù)相等，根據(jù)實(shí)際情況，可 設(shè)計(jì)成若干組，但最少為兩組。
權(quán)利要求1.一種懸浮葉輪式直流電機(jī)，其特征是由定子、轉(zhuǎn)子組成；轉(zhuǎn)子構(gòu)成—在導(dǎo)磁環(huán)(22)的凸沿上固結(jié)沿軸向充磁的永磁圓盤(I21)、(II24)、(III25)、(IV27)及沿徑向充磁的永磁圓環(huán)(23)和(26)，且使永磁圓盤(I21)、永磁圓環(huán)(23)、永磁圓盤(II24)的外表面為N極，使永磁圓盤(III25)、永磁圓環(huán)(26)、永磁圓盤(IV27)的外表面為S極；葉片(17)的頂端固定于導(dǎo)磁環(huán)(22)的內(nèi)圓，葉片(17)的另一端固定在兩端帶錐的圓柱體(19)的外圓，從而組成葉輪，圓柱體(19)的中心線與導(dǎo)磁環(huán)(22)的軸線重合，導(dǎo)磁環(huán)(22)內(nèi)圓左端為錐口；在導(dǎo)磁環(huán)(22)的右端固結(jié)非磁性錐形導(dǎo)流環(huán)(28)；定子構(gòu)成—在高電阻率導(dǎo)磁圓筒(15)內(nèi)沿軸向依次裝入并若干U槽形線圈(14)、若干沿軸向充磁的扇形永磁板(30)、若干沿徑向充磁的瓦片形永磁塊(29a)、若干沿軸向充磁的扇形永磁板(31)、高電阻率導(dǎo)磁圓圈(16)、若干U槽形線圈(18)，若干沿軸向充磁的扇形永磁板(32)、若干沿徑向充磁的瓦片形永磁塊(29b)、若干沿軸向充磁的扇形永磁板(33)；扇形永磁板(30)、永磁塊(29a)及扇形永磁板(31)拼接成左U槽形永磁體，且使其內(nèi)腔壁為N極，扇形永磁板(32)、永磁塊(29b)及扇形永磁板(33)拼接成右U槽形永磁體，且使其內(nèi)腔壁為S極；U槽形線圈(14)與左U槽形永磁體沿周向相間組拼成一個大小一致的左U形環(huán)槽，U槽形線圈(18)與右U槽形永磁體沿周向相間組拼成一個大小一致的右U形環(huán)槽，U槽形線圈(14)與U槽形線圈(18)沿軸向?qū)R，左U槽形永磁體與右U槽形永磁體沿軸向?qū)R；導(dǎo)磁圓筒(15)有數(shù)個徑向散熱小孔(15-1)、導(dǎo)磁圓圈(16)上有數(shù)個徑向散熱小孔(16-1)，散熱小孔(15-1)與散熱小孔(16-1)對正，或者不打小孔(15-1)和小孔(16-1)；環(huán)槽形線圈(14)的外圓、高電阻率導(dǎo)磁圓圈(16)的外圓、環(huán)槽形線圈(18)的外圓、瓦片形永磁塊(29a)的外圓及瓦片形永磁塊(29b)的外圓與導(dǎo)磁圓筒(15)的內(nèi)圓固定；圓圈(13)與導(dǎo)磁圓筒(15)的左端面聯(lián)接，并緊貼U槽形線圈(14)和永磁板扇形(30)的左端面，圓圈(20)與導(dǎo)磁圓筒(15)的右端面聯(lián)接，并緊貼U槽形線圈(18)和扇形永磁板(33)的右端面；所有U槽形線圈(14)并聯(lián)連接，所有U槽形線圈(18)并聯(lián)連接，再將并聯(lián)連接后的U槽形線圈(14)與并聯(lián)連接后的U槽形線圈(18)串聯(lián)連接，從而引出兩個外接線端；所述定子隔間隙包圍著所述轉(zhuǎn)子，定子與轉(zhuǎn)子同軸，且使定子上的U槽形永磁體與轉(zhuǎn)子永磁體外表面同性極平行相對。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸浮葉輪式直流電機(jī)，其特征是在圓環(huán)(35) 的內(nèi)圓固定葉片(36)，在圓環(huán)(35)的外圓固定葉片(34),葉片(3"的 頂端固定于導(dǎo)磁環(huán)(22)的內(nèi)圓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸浮葉輪式直流電機(jī)，其特征是所述U槽形 線圈與在其中的轉(zhuǎn)子永;磁體組組^:相等，最少為兩組。
專利摘要本實(shí)用新型由定子、轉(zhuǎn)子組成。轉(zhuǎn)子由葉輪和固套在葉輪葉尖上的用在導(dǎo)磁環(huán)上圍成的永磁體凸環(huán)形組成，凸環(huán)形外表面為單性磁極；定子由線圈和永磁體沿周向相間組拼成的U形環(huán)槽和外殼組成；定子隔間隙包圍著轉(zhuǎn)子，定子與轉(zhuǎn)子同軸，且使定子上的U槽形永磁體與轉(zhuǎn)子永磁體外表面同性極平行相對，則由于磁斥力，轉(zhuǎn)子被完全懸浮于定子之中。本實(shí)用新型既能作為軸流泵或風(fēng)機(jī)使用，又能作為汽輪發(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)等流體發(fā)電機(jī)。本實(shí)用新型無換向器、無電刷、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、成本小、鐵損很小、節(jié)能、效率極高、易調(diào)速、免潤滑、振動小、噪音小、壽命長，因而用途廣。
文檔編號H02K21/12GK201197098SQ20082000490
公開日2009年2月18日 申請日期2008年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月14日
發(fā)明者劉新廣 申請人:劉新廣