[发明专利]一种轴向磁通电机

说明书

本发明涉及一种机电能量转换的电磁设备，尤其是适合于具有一个壳体和设置在该壳体内的转动轴所构成的轴向磁通电机。

旋转电机是一种机电能量转换的电磁装置，在电机的种类中，基本包括直流电机和交流电机两种。其中，直流电机由可产生静止磁场的主磁极即定子，和可产生电磁转矩和感应电势的转子构成；而交流电机是由可产生旋转磁场的定子和产生感生电流的转子构成。传统的电机无论是产生静止磁场的直流电机还是可产生旋转磁场的交流电机，其主磁场的方向总是保持与转动轴的轴向相垂直，所以它决定了电枢绕组必须要按垂直于磁场的方向缠绕，以便在绕组中电磁转距和感生电流，进而完成机电之间的能量转换。然而，这种缠绕电枢绕组的方式其绕组必定要延伸出转子铁芯的两端，由于绕组只是双边励磁系统，所以，绕组延伸出铁芯的部分含有不能励磁的气隙，而气隙会使磁力线发生形变，进而使其产生涡流损耗及磁滞损耗；其次，由于传统电机的机壳通常采用铸铁制成，而铸铁又是导磁体，同时它又接受了来自径向的励磁，因而在电枢转动时壳体也在电机内产生涡流，这种涡流损耗不但使电机的温度升高，而且还使能量得不到充分转换而浪费电能。

另一种结构的电机是可提供轴向磁通的电机，它沿转动轴的方向设置有固定在机壳上的可提供轴向磁通的主磁极，和用于产生电磁转矩且径向地设置在转动轴上的电枢。该种电机基本解决了在电机内产生磁涡流及定子绕组上的气隙问题。但该种结构的电机，其组成主磁极的N和S两极均设在机壳的同一端，而机壳的另一端通常设置有阻磁材料或由阻磁材料构成的阻磁壁，使机壳一端所发出的磁力线经该阻磁壁后反回，以形成磁回路。但由于主磁极安装在壳体的一端，使电枢上转动轴的重心外移，当电枢高速转动时，特别是电机带负载运行时其稳定性很差，为此，该种结构的电机通常要附加有与机电能量转换无关的可使其输出稳定的部件，这无疑会增加电机的成本；其次，这种结构的主磁极所发出的磁力线在机壳内无磁极的一端呈弯曲弧形，其内的磁通量相对同型号的电机来说相对较少，输出功率也相对较低。

上述轴向磁通电机上的转子铁芯均采用片状的硅钢片重叠地安装在转动轴上，并采用如铆钉等连接件将其固定，可见，该种结构的转子铁芯首先反应出来的问题是运转的速度受到限制，即在高速运转过程中易使硅钢片间分离，另一个问题是加工过程较为复杂，使电机的成本提高。

再有，公知的轴向磁通电机上的电枢绕组除有一部分是径向可切割磁力线以外，其“过度”的部分均与磁力线的方向平行，而这一部分不能产生感应电流，使其输出功率无法提高。特别是在制作大功率电机时，通常在电枢铁芯上置有径向孔，然后在该孔中镶嵌有可产生感应电流的导电条。由于这种镶嵌的导电条不很坚固，它不适应于高速旋转，同时也无法提高其输出功率。

本发明的任务是提供一种轴向磁通的电机，该电机靠自身的结构就可解决运行过程中的稳定和高速旋转及发热问题，使其能最大限度地完成机电之间的能量转换，以克服上述不足之处。

为完成上述任务，本发明所述的轴向磁通电机在壳体内设置有可产生与所述转动轴方向相平行磁场的主磁极和依赖于该主磁极的磁场而产生相对运动的电枢，所述主磁极或电枢由沿所述转动轴的径向迭卷而成的导体和按预定规律设置在该导体上的导体绕组或导电条构成，或所述的主磁极直接由永磁材料构成。由于主磁极或电枢的导磁部分即导体均采用径向迭卷的结构，这种结构可使导磁部分形成一个整体，在其上可很方便地设槽或孔，以利于在其上设置导体绕组或导电条。

所述主磁极可固定在壳体的两端，以形成电机的定子，而所述电枢可轴向排列地安装在转动轴上，以形成电机的转子。如果所述主磁极采用永磁材料，也可将其直接安装在转动轴上，而将所述的电枢安装在壳体轴向的两端。

所述主磁极或电枢上的导体可由沿转动轴的径向迭卷的硅钢片构成，且在其上设置有径向凹槽或孔槽，且每一个凹槽或孔槽内均设置有导体绕组或导电条。对于导体绕组是沿所述导体的切线和径向或径向槽绕制的以形成封闭的导电路径；而对于主磁极或电枢上安装的导电条由设置在导体内径和外径上的环形导电条，及两端分别与两个环形导电条相接的可组成封闭导电路径的径向导电条构成。且所述的导体内径上设置的导电条可直接固定在所述转动轴上。

所述的转动轴是一个空心轴，且在该转动轴内安装有扇叶形叶片。