[发明专利]永磁式直流旋转电机

说明书

技术领域

本发明涉及直流旋转电机领域，具体涉及一种永磁式直流旋转电机、也可以说是一种永磁式直流旋转电机的设计方法。

背景技术

在直流旋转电机领域中，有刷和无刷直流旋转电机产品已经系列化，正向着使用方便、节能、安全可靠的方向发展。基于此设计发明了永磁式直流旋转电机，以满足目前日趋繁荣的工农业生产的需求。

在磁学领域，磁场是一种特殊形态的物质，所说的磁能、严格地讲应该称之为磁场能。永久磁体是能够长期保持磁性的物体，永久磁体的磁场能够将周围一定距离内、一定质量的铁磁质物体吸引到永久磁体磁极的表面，而这个吸引过程就是磁场能转化为铁磁质物体的动能的过程。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种比有刷和无刷直流旋转电机的结构更为简单、节能效果明显的永磁式直流旋转电机。所采用的主要技术方案是：利用永磁体的磁场吸引铁磁质的属性，并且使该吸引力变为永磁式直流旋转电机旋转所需要的驱动力，从而达到节约能源的目的。本发明分单转子、单定子永磁式直流旋转电机和双转子、双定子永磁式直流旋转电机。由于两种电机的转子驱动原理相同，所以在说明本发明的技术方案时以单转子、单定子永磁式直流旋转电机为主。另外，所谓的单转子、单定子永磁式直流旋转电机是指，转子上沿径向对称安装两块永磁体且内外弧面分别显示的磁极极性相同；定子上设有两对沿径向对称的四个凸极。所谓的双转子、双定子永磁式直流旋转电机是指，转子上沿轴向分左右两侧对称各安装四块永磁体，且左右两侧沿轴向对应的两块永磁体的外弧面的磁极极性相反；同一侧的两块永磁体外弧面所显示的磁极极性相同(都是N极或S极)。沿轴向的两个定子通过一个圆环状软磁质连接件连接在一起。

为了说明永磁式直流旋转电机的设计方案、结构形式和工作原理，下面先做两个简单的物理实验，然后再根据实验装置的结构形式和实验结果来说明永磁式直流旋转电机的设计原理。

实验一

参见附图1，该实验装置分定子和转子两部分。定子主要由软铁磁质外铁芯1和电磁线绕组5a和5b组成。外铁芯1的内侧对称设两个内铁芯凸极4a和4b；绕组5a和5b分别绕在两个凸极4a和4b上、且串联连接，其绕法是从圆心向两凸极看去同向；绕组5a和5b与可变电阻9、手动开关8和直流电源7a串联连接。转子主要由转轴6、圆筒状铁磁质转子3和两块相同几何形状的瓦片状永磁体2组成。两块永磁体2对称安装在铁磁质转子3上、且外弧面为同性磁极(图中永磁体的外弧面为N极)；永磁体2和铁磁质转子3都固定装配在转轴6上且能自由转动。转子的初始位置为：两块永磁体2其中的一块永磁体的外弧面的磁力线的发线方向与穿过转轴6圆心的水平方向沿顺时针有一个旋转角δ(δ>0弧度)。

当转子如附图1所示的初始位置、绕组没有接通直流电源7a的情况下，根据永磁体2具有吸引铁磁质的属性，两块永磁体2分别吸引上下两个铁磁质凸极4a和4b。此时永磁体2、铁磁质转子3和转轴6所组成的转子，会在两块永磁体2吸引力f₁的作用下按顺时针方向旋转(图中用实心箭头表示)。当转子旋转至两块永磁体2的外弧面分别与凸极4a和4b的内弧面相对应时自动停止。可见，导致转子旋转的驱动力来自永磁体吸引铁磁质的属性，转子旋转的动能是由永磁体2的磁场能转化而来。

实验二

参见附图2，附图2和附图1的结构形式相同，不同点在于闭合手动开关8、接通直流电源。当转子处于如附图2所示的初始位置、绕组接通直流电源7b(单相交流电源整流后)时，根据右手定则，上下两个铁磁质凸极4a和4b面向圆心一侧均显示为N极。若从大到小逐渐调节可变电阻9，那么通过绕组的电流则是从小逐渐变大，而上下两个铁磁质凸极4a和4b的磁场强度也是一个从小到大的变化过程。根据永磁体具有的同极性磁极磁场相互排斥的属性，此时转子会在斥力f₂的作用下按顺时针方向旋转。转子旋转的驱动力来自同极性磁极的相互排斥力f₂，转子的旋转动能是由直流电能转换而来。

由以上两个实验结果，前者转子转动的驱动力f₁来自永磁体吸引铁磁质的属性，后者转子转动的驱动力f₂是由直流电能转换而来；其旋转方向相同都是按顺时针方向旋转。本发明所述的永磁式直流旋转电机正是将以上两个实验装置组合在一起、将两个实验结果所述的驱动力(f₁和f₂)合为一体而设计的。