[发明专利]交流永磁电机

说明书

本发明公开了一种交流永磁电机，其包括定子和转子及控制器，所述定子硅钢磁芯有线槽和相同的若干线圈绕组，定子磁芯上有凹槽，凹槽中安装有定子永磁体，凹槽有封闭口和开口二种类型，相互叠压成定子磁芯，所述定子线圈单元，由二个磁芯中凹槽安装的定子永磁体和四个相同的线圈组成，若干相同的线圈单元组成三相定子线圈；所述转子包括转子硅钢磁芯，闭合鼠笼和转子永磁体，控制器输出三相具有相同的正负正弦波或梯波脉冲半波电源，本发明是绿色环保，节能安全，使用成本低，可在无空气环境中长期稳定工作，其广泛用于各种动力设备，具有很高的社会和经济价值。

技术领域

本发明涉及一种将磁能间接转换为机械能的永磁电机，具体涉及一种交流永磁电机，属于稀土永磁铁磁能转换技术领域。

背景技术

目前，对于将稀土钕铁硼合金超强永磁铁的磁能间接转变为机械能的装备研制非常迫切，在研制整个系统过程中不断有新的技术问题被提出，市场上永磁电机的转子虽采用稀土永磁铁比传统老式电机节电明显，但定子上仍采用励磁线圈使定子用电量并未减少，并且定子散热耗能很大，经常会发生过热烧毁绕组的不安全事故，因此需继续进一步研究节能的方案，确保机组更加安全，针对上述问题，可从现有的永磁电机入手探索，重点能否在定子上也采用永磁体，使其与转子上的永磁体相互产生磁场作用，定子绕组产生变化的电磁场又与定子永磁场和转子永磁场采用怎样的技术方法能够叠加形成新的变化复合磁场，共同产生的新复合磁场的推力让转子转动起来对外做功，同时也要分析目前许多手机、电视等微电子产品上成功采用电磁与永磁共同相互干扰叠加的复合磁场元器件的原理，改进应用到动力领域的方式方法。

发明内容

本发明就是针对上述存在的问题提供一种绿色安全、结构新颖、运转可靠的交流永磁电机，其利用了稀土永磁铁强大的恒磁场之间具有叠加效应以及与电磁场之间也有可叠加现象，同时采用三相交流电源在电机定子线圈产生旋转磁场的特点，对应电机转子上的金属鼠笼型框架因在交变磁场中受切割磁力线而受力转动的现象，结合永磁电机的结构特点，作出的改进内容是：本发明由交流永磁电机(简称磁动机)包括定子、转子和外接的控制器两大部份组成，磁动机定子的硅钢片叠压磁芯上加工有若干线槽和磁芯，磁芯内开有相同的凹槽，线槽内嵌入相同的绕组线圈，紧相邻的二个相同线圈硅钢磁芯凹槽内安装的永磁铁表面磁极性相异，这二个线圈一个通入正向电流另一个通入反向电流，这样两个线圈中各自产生的电磁场极性也相反，二个线圈中安装的永磁铁极性与该线圈电磁场极性必须相同，且每只永磁铁的外形尺寸和磁性参数也要相同，相似于二个相反的直流电磁线圈中安装有各自同极性的永磁铁，这样毎只线圈电磁场极性与永磁场极性因同极性产生的新的复合磁场因磁场相加原理而增强，这个复合磁场比原有单一磁场不仅得到加强，同时电磁场还对永磁铁有充磁保护作用，永磁铁不会被消磁，由若干组这样的分别通入正向或者反向电流的二只相同线圈及磁芯组合构成线圈单元，由2N个相同的线圈单元构成相同的相线圈，每三组相同的相序线圈构成一个A十、B十、C十和A-、B-、C-和O线，这种正负相对组合的定子三相线圈，若干整数倍的相同三相线圈构成电机完整的定子线圈，定子线圈分别嵌入定子硅钢片叠压成型的磁芯线槽内，线圈嵌入方式有双层及多层，定子硅钢片磁芯凹槽内安装若干块同极性的永磁铁，相邻线圈中安装的永磁铁极性相反，硅钢片单片加工出的凹槽分别有二种形状，一种是开口凹槽，另一种是封闭口凹槽，由这两种不同的凹槽交替叠压后的硅钢磁芯表面呈现栅栏空芯状，使凹槽内安装的永磁铁有明显的缝隙交替外露出来，外露面积大于二分之一永磁铁单极面积，定子三相线圈参数是完全相同的，丫星形接法，出线是三相一零的方式，比如：定子24槽4极，线圈星形接法，出线是两组A、B、C相序线，一根零线共7根出线，该定子线圈是由两组相同的12槽4极三相交流线圈构成，两组12槽4极A、B、C相序线分别接入正向电流和负向电流，电流的波形分别是相同的正弦波或梯波脉冲式的正负半波形，线圈电流波形及脉冲间隔均相差兀周期，毎个单独相序输入的电源特征是脉振磁动势的振幅处于该相绕组轴线处且位置固定，这二个正负半波形在示波器上观察合成为一个完整的脉冲正弦波或梯波，将三个单相磁势相加，得到三相绕组的合成磁势，合成的24槽4极三根相线A、B、C电位角差120度，频率20-500Hz便于调速，再比如：定子48槽，采用两组24槽的相同线圈，出线头相互之间不能互换，因为输入的半波电流属于直流电流特征，有正负极之区分，接错则被烧毁！接头调换时应以该相序的正负二个接头A十及A-同时与另一相序B十及B-调换，或者与C十及C-调换，可以改变磁动机旋转方向；供给磁动机的电源由控制器输入，控制器按供给电源及配置的磁动机分别有若干系列产品，供给控制器的电源分为市政三相电源或者蓄电池直流电源或太阳能电池等多种电源，输入是三相交流电源直接接入匹配的控制器经整流后输出，输入电源是直流电需先通过逆变器后再输入控制器经整流后输出，控制器中整流的主要基本电路是三相全控整流电路，产生三相正弦脉冲半波，根据磁动机需要的电源电压、电流、功率不同要求，三相全控整流基本电路中的电子元器件及电路相应做出调整，比如：三相全控二极(晶闸)管整流电路主要供小功率磁动机、三相全控MOS管整流电路主要供中小功率磁动机、三相全控IGBT管整流电路主要供大中功率磁动机，特大功率要由更复杂的集成整流电路来承担，形成控制器的不同系列产品；为提高供电质量控制器在整流过程中还需经过变频调频、平衡电抗器、稳压稳流，智控电路调节、切换开关等组成控制中心集成器，控制器上留有若干联接智控电路调节插座，将分别具有上半波形和下半波形的半个正弦波或梯波脉冲电流，分开供给磁动机的三相定子线圈中的两大组成对的线圈，在两只通电线圈单元表面一个产生出N极电磁场与安装在凹槽内的N极永磁铁磁场形成新的N极复合磁场，在两只通电线圈单元表面另一个产生出S极电磁场与安装在凹槽内的S极永磁铁磁场形成新的S极复合磁场，这种新的复合磁场既不是原有的电磁场，也不是原来的永磁恒磁场，它是带有原有的电磁场的动态波形，且磁场强度要大于原来的电磁场和永磁铁恒磁场的新的多重动态复合磁场，这个动态复合磁场因永磁恒磁场的加入，将永磁铁恒磁场附带上受设计控制的动态磁场特征，同时通电的这两组成对的线圈单元脉冲电流相差兀周期的正弦半波综合形成一个完整的单相正弦波或梯波脉振磁动势，当按120度电位角差的三相电通入这种综合形成的单相正弦波或梯波电流，就形成一组相同三相正弦波电流或者一组完整的梯形波，也就产生出旋转磁场；磁动机转子的硅钢叠片体上有由铜材或铝材构成鼠笼结构，在鼠笼条间隙的转子硅钢叠片上开有凹槽，凹槽中安装下陷式永磁铁，鼠笼条和凹槽具有倾斜角，倾斜度在半槽至两槽范围内，定转子槽数比采用常规交流电机的设计，转子上的闭合鼠笼条因切割旋转磁力线产生力矩推动转子朝一个方向转动，转子上的永磁铁同时也受到并参与定子复合磁场的作用推动转子旋转，永磁铁安装在硅钢凹槽中采用两侧面铝板隔磁防止永磁场泄漏，磁动机定子硅钢片的槽数为6、12、24、48、96、192、384是6的整数倍以此类推；为了散热，磁动机外壳表面做出皱纹和花纹增加外壳表面积，转子内附带有固定扇叶；磁动机它具有旋转外殻内定子型结构或者外殻固定旋转内枢型结构，转子和定子的内外壳结构样式按配套装备的要求设计设置，以便能够满足设备的总体要求；它的磁动机定子线圈绕组的若干引出线接线头是预先按设计要求接到6个火线插杆和1个零线插杆共7个插杆的专用插头上，使用时将专用插头插到与之相配套的专用插座上，专用插头的金属杆的数量及断面形状尺寸与专用插座孔眼完全一致，控制器的电源输出线接到6个火线插孔和1个零线插孔共7个插孔的专用插座上，这样不但使用方便而且安全可靠；总结：要求控制器输出若干组脉冲正弦半波直流电供给磁动机定子线圈，在若干组定子线圈中综合有序地形成三相交流电的波形特征形式，在气隙处形成旋转磁场，让转子受力转动输出动力。