專利名稱:磁轉(zhuǎn)化發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種發(fā)動機,特別涉及電磁與永磁之間,永磁與感生電流之間的相互 作用,實現(xiàn)磁能轉(zhuǎn)化為機械能的一種磁轉(zhuǎn)化發(fā)動機。屬于電機技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
電機是現(xiàn)在普遍使用的實現(xiàn)電能一機械能相互轉(zhuǎn)換的能量轉(zhuǎn)換裝置,在生活、生 活的每一個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)代電機技術(shù)發(fā)展一百多年以來,技術(shù)上已經(jīng)日益 發(fā)展成熟,種類不斷推陳出新,除了傳統(tǒng)的變壓器、直流電機、同步交流電機、異步交流電機 外,近年來還發(fā)展出了步進電機、磁阻電機、直線電機等新型電機。當(dāng)前,隨著人們環(huán)保意識的不斷增強,為了保護大氣不受污染,電動汽車的發(fā)展和 普及已經(jīng)成了必然的趨勢。但是,目前發(fā)展電動汽車存在若干技術(shù)上的瓶頸,其中之一就是 電機的問題。由于電動汽車使用的是蓄電池供電,在技術(shù)上最容易實現(xiàn)的是采用直流電機 驅(qū)動,但傳統(tǒng)的直流電機雖然調(diào)速方便,但存在轉(zhuǎn)矩不足等缺陷,很難被在電動汽車中廣泛 使用。現(xiàn)在較為普遍的解決方式是通過電力電子變流技術(shù)將蓄電池輸出的直流電轉(zhuǎn)換為交 流電,再通過交流電驅(qū)動車內(nèi)安裝的異步電動機。這主要是為了利用異步電動機工作轉(zhuǎn)矩 大的特點。但傳統(tǒng)的異步電動機啟動不是很方便,調(diào)帶性能也沒有直流電機好,在電動汽車 需要突然啟動加速時問題尤為突出,而且使用電力電子變流裝置不僅成本會增加很多,而 且其控制也頗為復(fù)雜,因此此項技術(shù)不是電動汽車的理想技術(shù)。為了解決上述的問題,各大電動汽車廠商紛紛開發(fā)出新的電機驅(qū)動技術(shù)。有的大 公司制造的電動汽車上另外安裝了發(fā)電機組,用離合器切換,在汽車滑行時使其發(fā)電,向電 池組充電,但這樣使電動汽車造價提高,車身加重,加大了汽車的負擔(dān)。也有用風(fēng)力、太陽能 發(fā)電來補充能量的,同樣也存在價格高、車身重的缺陷。中國發(fā)明專利ZL 98108693. 4也 公開了一種主要用于電動汽車的多功能永磁直流無刷電機。該電機由電機本體、位置傳感 器、控制電路組成,傳感器輸出的換向信號送控制電路,控制電機各繞組輪流導(dǎo)通,電機各 繞組由一開關(guān)控制,使其或串連或并聯(lián)。該電機可以利用繞組換向時產(chǎn)生的反電勢回收的 能量。當(dāng)汽車在運行途中滑行時,該電機兼作發(fā)電機,向主電池組供電,從而減少能量的消 耗,提高能源的使用效率。還有的發(fā)明創(chuàng)造利用永磁材料的特性,在電機的轉(zhuǎn)子內(nèi)增加永磁 環(huán)和感應(yīng)增勢環(huán)來增加電動機在做功過程中的磁場強度,從而降低電機啟動時的所需要的 電流,增大其運行中的轉(zhuǎn)矩。但上述的各種改進無一例外是在現(xiàn)有電機結(jié)構(gòu)和運行方式上的修修補補,上述直 流電機和交流電機的根本性缺陷并沒有得到真正的消除。電動汽車界和其他社會各界迫切 需要一種對現(xiàn)有的電機結(jié)構(gòu)有根本性改進的新型電機的出現(xiàn)。本次前期發(fā)明的磁轉(zhuǎn)化發(fā)動機,ZL02159590. 9,ZL200610137923. 7,的基礎(chǔ)上又增 加了新的特征,該機的功能和效率有新的突破。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)實的迫切需要,提供一種新型的無污染、噪 聲低、起動速度快、性能可靠、高效節(jié)能使用成本低廉的磁轉(zhuǎn)化發(fā)動機。為解決上述的技術(shù)問題,本發(fā)明采用下述的技術(shù)方案一種磁轉(zhuǎn)化發(fā)動機,其特征在于所述磁轉(zhuǎn)化發(fā)動機是由兩組定子組合為一體,其中端蓋左(11)內(nèi)設(shè)有軸承(9); 軸承(9)接有花鍵軸(8),花鍵軸(8)上的內(nèi)花鍵和轉(zhuǎn)子左(13)、定位套(25)、轉(zhuǎn)子右(14) 軸心上的外花鍵貫通連為一體;端蓋左(11)和定子(4)、端蓋右(15)由螺栓(12)貫通用 螺母(16)緊固一整體;所述電動機鐵芯(6)的兩側(cè)設(shè)有鐵芯端部凹槽(30)。所述電動機定子⑷上設(shè)有鐵芯(6)、鐵芯附加磁極(5)和繞組線圈(7),鐵芯附 加磁極(5)之間設(shè)有缺口(24),鐵芯附加磁極設(shè)有缺口(31)。所述電動機定子⑷內(nèi)的鐵芯附加磁極(5)與轉(zhuǎn)子左(13)、轉(zhuǎn)子右(14)之間的氣 隙,由推力軸承(26)定位。所述電動機功率變換器中的續(xù)流二極管D1和D4、D2和D5、D3和D6分別與三相繞 組串聯(lián)之后與蓄電池E1、E2、E3并聯(lián)。所述電動機花鍵軸(8)上設(shè)有外花鍵,轉(zhuǎn)子左和轉(zhuǎn)子右與軸的結(jié)合處設(shè)有內(nèi)花鍵。本磁轉(zhuǎn)化發(fā)動機具有如下突出的特點1.體積小,結(jié)構(gòu)簡單,省電,比現(xiàn)有的直流電機和異步電動機具有更高的效率,轉(zhuǎn) 速可調(diào),用途廣泛,能滿足特殊負載的需要。2.電機的電磁轉(zhuǎn)矩,只需要單方向電流,這樣在功率變換器中每相繞組可以只用 兩個開關(guān)器件與電動機繞組串聯(lián)。該功率變換器與現(xiàn)有交直流電機驅(qū)動系統(tǒng)相比,功率變 換器結(jié)構(gòu)簡單,成本低,可靠性高。3.由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量小,轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)動慣量比值高,因此電動機有良好的動態(tài)響 應(yīng)。另外,本電機有較大的起動轉(zhuǎn)矩,同時又沒有像異步電動機在高轉(zhuǎn)差率下起動時那樣大 的起動電流,因此它適宜頻繁起動,制動的場合。4.電機驅(qū)動系統(tǒng)運行時,電動機繞組通電狀態(tài)是與轉(zhuǎn)子位置變化相同步的,所以 不會產(chǎn)生失步現(xiàn)象。另外,電動機繞組電流脈沖波形的前、后沿以及電流幅值都可以控制, 從而轉(zhuǎn)矩的大小都能得到控制,控制起來靈活方便。5.該機具有能量回收再利用的特征,該機在運行工作時,在相繞組中產(chǎn)生很強的 感生電流,且感生電流回收利用越充分,產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩越大。6、該機要是和現(xiàn)有發(fā)電機相互配合,可以對外輸出電能,以供它用。
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步詳細說明附圖1為發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖附圖2為電動機定子結(jié)構(gòu)圖附圖3為圖2的A-A線剖面圖附圖4為電磁鐵結(jié)構(gòu)圖
附圖5為圖4的A-A線剖面圖附圖6為電動機轉(zhuǎn)子磁極分布圖附圖7為電動機驅(qū)動系統(tǒng)的整體方框圖附圖8為功率變換器實施例電路原理圖附圖9為電動機磁極展開圖附圖10為轉(zhuǎn)子位置傳感器信號波形圖附圖11為發(fā)電說明圖附圖12為定子制作單件圖附圖13為定、轉(zhuǎn)子磁極位置圖附圖14為能量回收原理圖
具體實施例方式本發(fā)明所述的磁轉(zhuǎn)化發(fā)動機的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示,其中1為永磁體,2為軟磁極, 3為轉(zhuǎn)子磁極缺口,4為定子,5為定子鐵芯附加磁極,6為鐵芯,7為繞組線圈,8為花鍵軸, 9為軸承,10為軸承端蓋,11為端蓋左,12為螺栓,13為轉(zhuǎn)子左,14為轉(zhuǎn)子右,15為端蓋右, 16為螺母,17為光電器件固定盤,18為光電器件,19為截光器,20為光電器件固定盤緊固螺 栓,21為墊圈,22為防護罩,23為軟磁極與永磁極之間的缺口,24為鐵芯附加磁極之間的缺 口,25為定位套,26為推力軸承,27為引線孔,28為截光器緊固螺栓,29為彈性檔圈,30為 鐵芯端部的凹槽,31為鐵芯附加磁極缺口。從圖中看到,本發(fā)明的重要特征在于兩組定子組 合為一體。其中電動機的轉(zhuǎn)子,由花鍵軸貫穿轉(zhuǎn)子左13、定位套25、轉(zhuǎn)子右14,由花鍵軸兩 側(cè)的彈性檔圈定位。電動機的定子由定子分件A和B組成,其內(nèi)部設(shè)有鐵芯附加磁極。螺 栓貫穿端蓋左11、定子4、端蓋右14、用螺母16緊固一整體。下面對電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理詳細說明如下一、電動機電動機的機座,根據(jù)電動機的不同用途。機座可以采用鋼結(jié)構(gòu)制作與定子固定為 一體,也可以采用端蓋上設(shè)有凸緣定位,軸身向下,立式安裝應(yīng)用。電動機的轉(zhuǎn)子是由左轉(zhuǎn)子13、轉(zhuǎn)子右14、定位套25、花鍵軸(8)組成。轉(zhuǎn)子左13, 轉(zhuǎn)子右14上分別設(shè)有永磁體1,軟磁極2。轉(zhuǎn)子左13,轉(zhuǎn)子右14上的永磁體1和軟磁極2 為對稱制作。轉(zhuǎn)子左13和轉(zhuǎn)子右14之間的定位套25起定位作用。轉(zhuǎn)子左13,轉(zhuǎn)子右14 設(shè)有缺口 3,轉(zhuǎn)子軟磁極2和永磁體1之間設(shè)有缺口 23,如圖6所示。轉(zhuǎn)子左13和轉(zhuǎn)子右 14采用軟磁材料。由于電動機的絕大部分能量都消耗在定子上,減少定子鐵芯的體積,提高鐵芯的 利用率是電機技術(shù)創(chuàng)新改造的關(guān)鍵。本電動機的定子鐵芯短,并且是獨立的,從而就減少了 鐵芯的體積,提高鐵芯的利用率,降低了繞組電流,提高了效率。電動機定子4由電磁鐵芯,附加磁極5,繞組線圈7,復(fù)合工程塑料組成。電磁鐵由 鐵芯6,鐵芯附加磁極5,繞組線圈7組成,如圖4所示。從圖3中看到,定子是由A、B兩部 分組成。圖12是定子B在制作時的分件圖,為了便于加工采用模具化生產(chǎn),先在內(nèi)模上固 定鐵芯附加磁極5,加外模,內(nèi)外模之間注射復(fù)合工程塑料。為了使鐵芯附加磁極5與復(fù)合 工程塑料接合成一整體,在鐵芯附加磁極5的周邊制成凹凸或斜面,有利于工程復(fù)合塑料固定粘接。定子分件A、B為對稱制作,該分件完成后先在定子分件B上安裝鐵芯(6),各相 繞組連接后與定子分件A和定子附加磁極5用螺栓或膠粘劑固定為一整體,這樣定子4內(nèi) 部構(gòu)成一個完全密封的空間,定子內(nèi)部采用浸漆處理。由于電機大部分熱量集中在定子內(nèi), 所以在定子4內(nèi)部采用冷卻劑冷卻,定子4外部安裝散熱器,使鐵芯不至于過熱,由于冷卻 劑填充了空間,對于電機的電磁噪聲也起到抑制作用。從圖2可以看到,在定子5的圓周上均勻安裝9個電磁鐵,并且磁極間的角度等于 繞組鐵芯6的角度,這樣有利于步距相切。如果把定子4中的繞組線圈7按Y、X、Z分別 并聯(lián)或串聯(lián)起來,這樣就形成Y、X、Z三相繞組。定子電磁鐵可以設(shè)計不同的數(shù)量,表1是 三相繞組,定、轉(zhuǎn)子磁極和電磁鐵的設(shè)計方案。這里需要指出的是定子的磁極數(shù)量越多, 定、轉(zhuǎn)子的直徑越大,步距角越小,運行越平穩(wěn),因此適用于低速大轉(zhuǎn)矩的場合應(yīng)用。反 之定子磁極數(shù)量少,定、轉(zhuǎn)子的直徑越小,步距角大,適用于高速運行。為拓寬電動機的 性能,可以改變磁極的分布。對表一的說明,電磁鐵的兩端各為一極即N、S兩個磁極, 轉(zhuǎn)子左與轉(zhuǎn)子右上的軟磁極,永磁極數(shù)量相等;表中磁極數(shù)量是定子、轉(zhuǎn)子磁極的總數(shù)。
權(quán)利要求
一種磁轉(zhuǎn)化發(fā)動機,其特征在于所述磁轉(zhuǎn)化發(fā)動機是由兩組定子組合為一體,其中端蓋左(11)內(nèi)設(shè)有軸承(9);軸承(9)接有花鍵軸(8),花鍵軸(8)上的內(nèi)花鍵和轉(zhuǎn)子左(13)、定位套(25)、轉(zhuǎn)子右(14)與軸心上的外花鍵貫通連為一體;端蓋左(11)和定子(4)、端蓋右(15)由螺栓(12)貫通用螺母(16)緊固為一整體;所述電動機功率變換器中的續(xù)流二極管D1和D4、D2和D5、D3和D6分別與三相繞組串聯(lián)之后與蓄電池E1、E2、E3并聯(lián)。2.一種磁轉(zhuǎn)化發(fā)動機,其特征在于所述電動機定子(4)內(nèi)的鐵芯附加磁極(5)與轉(zhuǎn)子左(13)、轉(zhuǎn)子右(14)之間的氣隙,由推力軸承(26)定位。3.一種磁轉(zhuǎn)化發(fā)動機,其特征在于所述電動機定子(4)上設(shè)有鐵芯(6)、鐵芯附加磁極(5)和繞組線圈(7),鐵芯附加磁極(5)之間設(shè)有缺口(24),鐵芯附加磁極設(shè)有缺口(31)。4.一種磁轉(zhuǎn)化發(fā)動機,其特征在于所述電動機花鍵軸(8)上設(shè)有外花鍵,轉(zhuǎn)子左和轉(zhuǎn)子右與軸的結(jié)合處設(shè)有內(nèi)花鍵。5. 一種磁轉(zhuǎn)化發(fā)動機,其特征在于所述電動機鐵芯(6)的兩側(cè)設(shè)有鐵芯端部凹槽(30)。
2.一種磁轉(zhuǎn)化發(fā)動機,其特征在于所述電動機定子(4)內(nèi)的鐵芯附加磁極(5)與轉(zhuǎn) 子左(13)、轉(zhuǎn)子右(14)之間的氣隙,由推力軸承(26)定位。
3.—種磁轉(zhuǎn)化發(fā)動機,其特征在于所述電動機定子(4)上設(shè)有鐵芯(6)、鐵芯附加 磁極(5)和繞組線圈(7),鐵芯附加磁極(5)之間設(shè)有缺口(24),鐵芯附加磁極設(shè)有缺口 (31)。
4.一種磁轉(zhuǎn)化發(fā)動機,其特征在于所述電動機花鍵軸(8)上設(shè)有外花鍵,轉(zhuǎn)子左和轉(zhuǎn) 子右與軸的結(jié)合處設(shè)有內(nèi)花鍵。
5.一種磁轉(zhuǎn)化發(fā)動機,其特征在于所述電動機鐵芯(6)的兩側(cè)設(shè)有鐵芯端部凹槽 (30)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)動機,特別涉及電磁與永磁之間,永磁與感生電流之間的相互作用,實現(xiàn)磁能轉(zhuǎn)化為機械能的一種磁轉(zhuǎn)化發(fā)動機。該機具有能量回收再利用的特征,該機在運行工作時,在相繞組中產(chǎn)生很強的感生電流,且感生電流回收利用越充分,產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩越大。該機能夠滿足特殊負載。因此它適用電動汽車及電池充電,如果回收電動汽車慣性能量,給電池充電,它可以免減外電源充電。該機要是和現(xiàn)有發(fā)電機相互配合,可以對外輸出電能,以供它用。
文檔編號H02N11/00GK101951204SQ20101011566
公開日2011年1月19日 申請日期2010年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月2日
發(fā)明者高宗大 申請人:高宗大