[发明专利]一种内转子单极电机及电机设备

说明书

本发明属于永磁电机领域，提供了一种内转子单极电机及电机设备。其中，一种内转子单极电机包括内转子和定子，所述内转子上设置有磁单极结构体，所述定子内设置有电枢绕组，电枢绕组中电流流向与磁单极结构体的充磁方向对应设置，由于该新型单极电机特殊的转子结构及磁极安装位置，使得靠近及远离转子侧的电枢绕组上的线圈边受到同向电磁力作用，以提高电机转矩密度。有效解决传统单极电机无效绕组带来的转矩小、效率低等问题，大大提高了电机的功率转矩密度及效率，对单极电机的发展有着重要意义。

技术领域

本发明属于永磁电机领域，尤其涉及一种内转子单极电机及电机设备。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

继法拉第揭示电磁感应现象之后，单极电机便逐步开始了历时百年的发展历程，上世纪六十年代后，由于超导材料及技术的飞速发展，单极电机的应用及发展也取得了一些进步，尤其体现在利用超导材料做励磁绕组和集电方式的发展上，但一直没有取得实质性的突破，其应用也仅限于某些特殊场合。并且，超导材料的价格昂贵及需要相对苛刻的工作环境，使超导单极电机的成本大大的增加，进一步限制了其发展及应用。传统单极电机无论做电动机还是发电机用，都需要或产生较大的电流，一般可达几百安、几千安，甚至上万安，故带来一系列的损耗大、效率低、温升问题严重等不容忽视的问题，使得单极电机的应用受到限制。并且，传统单极电机在结构设置上存在无效绕组边，使得电机的有效转矩受到部分抵消，不能充分利用电枢绕组实现转矩的有效叠加，电磁转矩表现极差。

虽然有研究人员对传统单极电机的形式提出改进，但发明人发现，这些电机的转子均采用传统的圆柱形转子来实现，这样仍无法有效的解决传统单极电机结构上的缺陷，而且无效线圈边的问题仍然存在。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明提供一种内转子单极电机及电机设备，可以充分实现电枢绕组的利用，其大大提高了电机效率、功率及转矩密度，电磁表现优异，且能稳定可靠运行。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供一种内转子单极电机，其包括内转子和定子，所述内转子上设置有磁单极结构体，所述定子内设置有电枢绕组，电枢绕组中电流流向与磁单极结构体的充磁方向对应设置，使得靠近及远离转子侧的电枢绕组上的线圈边受到同向电磁力作用，以提高电机转矩密度。

作为一种实施方式，所述磁单极结构体为环形磁单极。

其中，环形磁单极为在圆周方向上具有同一个磁极属性(N极或S极)的磁极。

作为一种实施方式，所述内转子的轴中间区段外径与所述内转子的轴两侧区段外径不等设置。

上述方案的优点在于，可以实现磁极的轴向或径向组合配置，从而改变靠近及原理转轴侧线圈边所处的磁场，进而实现电枢绕组的充分利用，提高电机转矩密度等电磁表现。

作为一种实施方式，所述磁单极结构体沿轴向或径向设置在内转子上。

作为一种实施方式，沿内转子轴向设置的磁单极结构体，沿内转子径向方向充磁；沿内转子径向设置的磁单极结构体，沿内转子轴向方向充磁。

作为一种实施方式，所述内转子的轴中间区段与所述内转子的轴两侧区段一体化设置。

上述方案的优点在于，这样能够满足电机的机械强度需求，避免在电机高速运转过程中的转子区段受力不平衡或磁极脱落所带来的安全问题。

作为一种实施方式，所述磁单极结构体的外部还设有磁单极结构体保护套。

作为一种实施方式，所述内转子内安装有转轴，所述转轴与左端盖及右端盖转动连接，所述左端盖及右端盖通过机壳实现固连或一体化设置。