CN1098556C - 用于旋转装置的磁路 - Google Patents

Abstract

一种由相对于轴平行的磁体或电枢的磁极片构成，以获得动力或电动势的电能转换磁路。用于发电机或电动机的磁路具有旋转轴，多个在垂直于旋转轴圆周的方向上固定安装的支座，多个相对于轴平行排列、在多个支座的每个一端上的、通过磁场引力和斥力旋转的转子，和多个具有缠绕在其上的绕组的电枢。绕组以一定间隔安装在转子的外侧，并且接收转子的感应交变磁通量，以产生矩形波电动势或利用电能输入获得高转矩。在旋转时产生交变磁通量，并且磁极片与旋转轴平行排列。

Description

用于旋转装置的磁路

背景技术

技术领域

本发明涉及一种用于能量转换的磁路，其具有电枢的磁体和磁极片(或面)平行于电动机轴设置的结构，以便使磁通量形成一个平行于轴的磁路，从而获得动力或矩形波电动势。

现有技术的描述

迄今为止所使用的旋转装置和发电系统在电枢的磁体5和磁极片(或片)横向设置(此后，称为-相对于轴)时，一直是垂直(以直角)构造的，从而构成了一种以磁轭7、电枢6、磁体5、电枢6和磁体5方向流通的磁通量的垂直型磁路。

图1A是一个具有在相对于电动机轴垂直方向的磁通量的现有垂直型电动机的示意图，图1B是图1A的电动机中磁流量的示意图。

如图1A中所示，现有电动机包括圆环形定子1和在圆环形定子1中旋转的转子2。圆环形定子1是由电枢6和磁轭7构成的，而转子2具有轴3和磁体5。

图1B示出了一种不同于图1A的构造。即，磁体15形成在外部，电枢16形成在内部，磁铁15与电枢16共同旋转。

由于如图1B中所示，图1A和1B中的磁路形成了一个在旋转时相对于轴垂直的(直角的)磁通流量，磁路在电动势信号系统中产生了矩形波，或通过矩形波控制输入产生转矩。

此外，如图1A中所示，为了使磁体5的磁极片相对于旋转轴垂直方向形成，通过磁流量施加的引力和斥力的机械振动作用在横截面方向上，从而对轴施加了很大的应力。

特别是，在高速时这种现象增大了对轴的负载。为了解决这个问题，投入了大量的努力，以开发具有优良抗拉强度的高强度材料，和高精度机加工技术，从而不可避免地增加了制造成本。

此外，由于根据磁场的多层流动的磁阻造成的磁损，不必要材料的铁芯损失造成的能量损失，以及不必要的磁路结构造成的材料损失，现有垂直磁路型电动机中的磁路还有另外的有关维修费用和制造成本的成本增大因素。

图2A是显示现有三相全波整流电路的视图，图2B是显示现有三相发电机的电压波的视图，图3C是显示通过图2A整流电路整流的现有三相发电机产生的电压波的整流波的视图。

如图2A至2C中所示，从交流(AC)波到直流(DC)波(实际上是一种脉动波)的整流需要一个包括星形连接和二极管D1，D2，D3，D4，D5和D6的复杂电路。此外，需要高精确度的滤波器，以便获得近于完全的直流波。

但是，实际上由于难于获得高压的完全DC电流，因而在一个需要带有一定能量损失的近于完全的高DC电压的系统中，由于各种用于获得高而纯的DC电压的组件增大了成本。

发明综述

为了解决上述问题，本发明的第一个目的是要提供一种用于具有平行于轴(当轴横向设置时)设置的磁转子或静止电枢(例如包括磁定子和旋转电枢的结构)的磁极片(面)的旋转装置的磁路，作为一个用于横向(平行)流通的磁铁侧磁通量的磁路，从而通过相应于机械旋转力的高效矩形电动势和通过相应于电能的矩形波控制电功率获得高转矩旋转力。

本发明的第二个目的是要提供一种用于具有安装在连接轴和带有相对于轴平行设置的磁极片的转子的支座上的推进器的旋转装置的磁路，从而通过利用在推进器旋转时出现的空气对流现象获得推动力，或获得作为一种机械推动力的“风力”造成的矩形波电动势。

本发明的第三个目的是要提供一种用于在轴和轴承之间具有波形垫圈从而使平行于轴出现的机械振动被吸收，并且使垂直施加于轴的引力和斥力操作而出现的机械振动与其它装置相比最小，从而获得高速旋转力的旋转装置的磁路。

本发明的第四个目的是要提供一种用于具有一个提供了磁体与转子的扭转角度的矩阵结构磁路从而引起磁通量的螺旋流动以减小在电动势产生时发生的电枢的反作用力并且在产生机械动力产生时获得了高速旋转力的旋转装置的磁路。

本发明的第五个目的是要提供一种用于具有在同一个轴上的多层磁体和电枢，其中一层用作激励器另一层用作转子或同步机的复合结构的旋转装置的磁路。

本发明的第六个目的是要提供一种用于具有相对于轴横向于磁体，电枢和磁体的方向流通的磁流量，因而能够通过删除连接电枢或磁体的磁轭而减小材料损失的旋转装置的磁路。

本发明的第七个目的是要提供一种用于具有电枢(各相)与磁体之间的缝隙的磁阻以便使磁通量不在电枢与磁体之间流通，从而引导磁通量沿一个电枢磁流通到相邻磁体，因而获得相应于电枢绕组中流通的磁通量的中间泄漏发生的电动势的矩形波的旋转装置的磁路。

附图的简要说明

通过结合附图参考以下的详细说明可以对本发明的上述和其它目的有更清楚的理解，其中：

图1A是具有在相对于电动机轴垂直的方向的磁通量的现有垂直式电动机和同步机的视图；

图1B是显示图1A的电动机中磁流量的示意图；

图2A示出了一个现有3-相全波整流电路；

图2B示出了现有3-相发电机产生的电压波形；

图2C示出了现有3-相发电机的电压波形的全波整流波形；

图3是根据本发明的一个实施例的4-极3-相发电机的示意透视图；

图4A示出了根据本发明的一个实施例的4-极3-相发电机的磁场的波形；

图4B，4C，4D，和4E示出了根据本发明的一个实施例的3-相发电机的电动势波形；

图5A和5B是根据本发明的一个实施例的发电机的负载状态图；

图6显示出了根据本发明的另一个实施例的单相电动机的磁流图；和

图7是解释根据本发明另一个实施例的单相电动机的工作的说明图。

优选实施例的详细描述

根据本发明的一个实施例，一种用于在矩形波发电机或矩形波电动机中使用的旋转装置的磁路包括；旋转轴；多个垂直于旋转轴固定安装的支座；多个转子，每个转子安装在多个支座之一的一端，以便使磁极片(面)平行于旋转轴，从而使转子被磁场的引力和斥力转动；和多个以一定相互间距安装的，并且每个具有在它们主体上的绕组的，以便在转子旋转时从转子(磁体)的磁极片(面)获得交变磁通量的定子。

此外，根据本发明的一个优选特征，包括矩形波发电机、圆环磁通量发生器、机械动力发生器、相角检测器和位置检测器。矩形波发电机具有用于发生在旋转时产生的磁体的交变磁通量(或磁通量)的C型，U型和I型或扭转结构的C型，U型和I型电枢。删除了一个作为电枢与磁体之间磁流通介质的磁轭，以通过磁阻产生对应于磁通量的不连续流的矩形波电动势和矩形波信号。

根据本发明的一个优选特征，圆环磁通量发生器具有电枢和磁体。电枢和磁体的主体具有倾斜结构的扭转角度，从而在旋转时形成周期性的磁通流量。

机械动力发生器具有多个电枢和多个磁体，从而电能产生的矩形波交变磁通量使转子旋转。转子相对于轴成行设置，从而允许根据需要的转矩量平行驱动。

相角检测器和位置检测器凭借安装在需要位置的电枢上的绕组的不同绕线数量获得对应于矩形波电动势的变化量的相角和位置信息。

根据本发明的另一个优选特征，复合结构的磁路发挥旋转装置的功能。该磁路具有安装在一个轴上的多层磁体和电枢，一些层用作转子，一些用作同步机或矩形波发电机，其它的用作励磁的激励器。

根据本发明的另一个优选特征，进一步提供了一种用于具有DC发电机的旋转装置的磁路。在DC发电机中，来自多个电枢的矩形波电能以单相型方式连接，以产生DC电能。

如图3中所示，转子27固定在支座29上，并且转子27的磁极片相对于轴23平行安装。此外，绕组28相对于轴23与磁极片(面)对面地安装在定子26上。

在本发明的这个实施例中，为了可以方便地说明，示出了一个4-极3-相转子用于旋转操作的说明。

因此，定子26以60度的间隔设置，从而有六个定子26。尽管这里没有示出，但这些定子26是由外壳固定的。转子27以90度的间隔设置，并且安装在固定于轴23上的支座29的一端。如图3中所示，一个转子的极性对于相邻转子具有相反的极性或相同的极性(未示出)。

可以改变定子26和转子27的数量和极性。此外，可以把一个推进器(未示出)安装在连接轴23和转子27的支座上，或安装在轴23与转子27之间，因而可以从转子27旋转产生的空气对流现象获得推进力。

在根据本发明的这个实施例的矩形波发电机(未示出)中，在用外部动力旋转轴23时，一个磁转子产生三角波磁通量。三角波磁通量感应到电枢，以使绕组产生如图4B，4C，和4D所示的矩形波。在根据本发明的这个实施例的装置中，矩阵结构的磁路和磁场的磁流控制产生了三角波。

图4E示出了图4B，4C和4D的复合波转换成的DC电能。

此外，通过改变相间隔和磁场结构可以产生正弦波。

图5A和5B示出了根据本发明的一个实施例的发电机的负载状态。

如图5A中所示，当用4-极3-相说明时，如从磁体(A)至磁体(D)给予负载时，当不施加任何负载时在扭转结构中的一体的电枢51-1和52-2未显示出任何极性，但是，根据楞次定律，在施加负载时显示出感应的与磁通量相反的极性。

但是，根据本发明的这个实施例，如上所示的磁体状态，即，如从磁体(A)至磁体(D)给予负载，用外部动力以磁体(A)上方的箭头方向旋转，并且磁体(A)从磁极片(面)52-1和52-3经过，在电枢的磁极片(面)52-1中感应出磁极性S1，并且在扭转结构的电枢的磁极片(面)52-2中感应出磁极性N1。因此，磁体(A)的旋转被中断，并且促使旋转方向上的磁体(B)的旋转。

通过这种操作，同时产生了一个电枢的作用与反作用，这是现有发电机中不能获得的本发明的特征因数。

此时，磁体以直角排列，如果需要可以以不同的角度排列。

在图5B中，磁体以相同的极性排列，并且电枢与各磁体并排排列。在用外部动力负载以磁体(A)上方箭头所示方向旋转时，当磁体(A)经过电枢53-1和53-3的磁极片(面)时，在电枢53-1的磁极片(面)上感应出磁极性S1，并且在相同排列结构的一体的电枢53-3的磁极片(面)感应出磁极性N1，从而磁体(A)被向后拉以使旋转中断，而磁体(B)也被其它电枢53-2和53-4的磁极片(面)中断前进。但是，图5B的磁路的目的是要获得开-关(on-off)信号，因此不消耗很大的能量。

图6是说明在通过向一个具有图3中的数字发电机中的六个60度间隔的转子的单相电动机的绕组中施加电流作为一个电动机操作时的磁流量的示意图，图7是说明图6的操作的示意图。

因此，用具有从图3中结构进一步发展的以60度间隔安装的支座和转子的结构显示磁场的螺旋流动。

图6中示出了带有缠绕着绕组的定子和转子63，并且在图7中作为一个整体定子71的定子磁极片(面)71-1和71-2具有一个倾斜角度，以感应螺旋磁通量，从而平稳地产生转子73的旋转力。

也就是说，旋转磁体63的磁通量通过一个缝隙感应到静止电枢的磁极片61A上，并且感应的磁通量65沿另一个静止电枢68流动直到另一个旋转磁体67。通过这种反复的操作，由螺旋磁通量产生旋转力。

根据本发明的装置通过一些实施具有以下效果。

即，在应用到发电机时，由于电动势波是一个矩形波，因而DC转换特性优良，由于较少的磁路冗余仅需加工必要的材料因而材料损耗小。材料损耗减少带来了铁芯损失和磁阻减小，降低了能量损失。

此外，由于在负载时同时施加作用力和反作用力，取得了机械能减小，并且可以减小从AC到DC的转换损失。

与此同时，在用作电动机时，由于旋转运动是由施加平行于轴的引力和斥力产生的，因而易于吸收机械振动产生的振动波，从而可以获得高速旋转，并且由于易于获得倾斜排列和扭转角度，因而可以大大减小填隙扭矩。

Claims (6)

1.一种用于旋转装置的磁路，其特征在于，该旋转装置具有相对于轴的磁体的磁极片或电枢的平行结构或倾斜结构，所述磁路包括：

旋转轴；

多个在垂直于旋转轴圆周的方向固定安装的支座；

多个由磁场的引力和斥力转动的转子，在多个支座的每一端上相对于轴平行排列磁极片；和

多个具有缠绕在其主体上的绕组的电枢，绕组间隔地安装在转子的外侧，并且接收转子的感应交变磁通量，在旋转时产生交变磁通量，并且磁极片相对于旋转轴平行或倾斜排列。

2.根据权利要求1所述的用于旋转装置的磁路，其特征在于，转子具有相对于轴的磁体的磁极片的平行结构或倾斜结构，从而通过与旋转轴平行方向的磁场力旋转。

3.根据权利要求1所述的用于旋转装置的磁路，其特征在于，电枢具有相对于轴的磁体或电枢的磁极片的平行结构或倾斜结构，并且磁体或电枢是C-型，U-型和I-型中的一种。

4.根据权利要求1所述的用于旋转装置的磁路，其特征在于，磁体的磁极片或电枢具有相对于轴的平行结构或倾斜结构，并且磁体或电枢具有在轴和转子之间的支座上的推进器。

5.一种用于旋转装置的磁路，其特征在于，所述磁路包括：具有相对于轴的平行结构或倾斜结构的磁体的磁极片或电枢，和由在平行于旋转轴方向形成的磁场力转动的转子，因而使旋转中轴的横向振动最小化。

6.一种用于旋转装置的磁路，其特征在于，所述旋转装置具有平行结构或倾斜结构并且是一个矩形波发电机或一个矩形波电动机，所述磁路包括：

矩形波电能产生装置，通过删除电枢与磁体之间的磁流通介质的磁轭，利用磁通量的不连续流产生矩形波电动势和矩形波信号；

构成磁路的螺旋磁通量发生装置，利用具有倾斜结构的扭转角度的磁体或电枢主体的产生旋转的磁通量的螺旋流；

机械动力产生装置，具有由多个电枢和多个磁体构成的旋转单元，以便使转子能够由输入的电能产生的矩形波交变磁通量转动，并且通过构成相对于轴成行排列的多个旋转单元使得能够根据所需的转矩量平行驱动；

相位检测装置和位置检测装置，用于根据需要位置上的不同绕组的电枢产生的矩形波电动势的量的变化获得相角和位置信息；和

直流电能产生装置，用于通过以单相方式集中地连接多个电枢的矩形波电能产生直流电能。

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