CN1375907A - 一种转子具有同向磁极排布结构的旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种转子具有同向磁极排布结构的旋转电机,包括:转子设置有P个齿,齿与齿之间固连有P个同极向排布的条形永磁极,转子齿和磁极按m间距面向电枢铁芯交替排布,线圈导线沿电枢铁芯面向转子的圆周表面连续布线形成绕组,和内置或配置于电机的常规电子电路。该电机可获得效率在85%以上的电能和机械能双向控制转换。与同样材耗的常规电机比较,能量输出大30%以上。

Description

一种转子具有同向磁极排布结构的旋转电机

本发明涉及一种电机，特别是涉及一种面向电枢铁芯的转子圆周表面具有众多齿并固连众多同极向永磁材料组件结构的旋转电机。

众所周知，电机的工作原理是基于法拉第电磁感应实验现象，其最基本的内容为：在一个具有N极和S极的基础磁场系统中，导线(线圈)沿磁力线截面方向运动会产生感生电流，感生电动势的大小视导线(线圈)在单位时间内所扫过面积内的磁通量变化率而定。反之，当通电导线(线圈)放置在磁场中时，磁通量的变化会使通电导线(线圈)产生定向运动，其运动方向可由右手定则判定。磁通量的变化率越大，导线(线圈)的感生电动势越大，或通电导线(线圈)的定向运动量越大。在实际应用中，运用前者原理可制作成发电机，运用后者原理可制作出电动机，两者均可表述为一种可逆的电磁能与机械能转换装置，习惯上通称电机。

下面以常规旋转式电机为例详细叙述其工作原理。在所述附图中，P为转子中N极或S极的数量，T为电枢铁芯中线槽或齿的数量。

图1是T＝12P的常规旋转式电动机的侧视简图。在图1中，一个圆环形永久磁铁组件3固定在由普通磁性材料制成的转子2的外部圆周上，永久磁铁组件3与转子2一起绕旋转轴1转动。永久磁铁组件3有四个交替的N和S极，并且它们之间均相隔90°，即P＝2，电枢铁芯4的齿6面对永久磁铁组件3的磁极，每个齿在两相邻的绕组槽5之间形成。转子2的旋转轴1可旋转地支撑在电枢铁芯4上。因此，在电枢铁芯4的齿6和永久磁铁组件3的磁极之间的相对位置根据转子2的旋转而变化。

图2表示对图1中常规电动机内部结构的展开图，它是沿X-X’和Y-Y’线进行展开的，在特征结构分析时这些线成一行。电枢铁芯4有24个绕组槽。从a到X，它们以等同的15°角相隔并且24个齿设置在两相邻的绕组槽之间，即T＝24，重叠绕组线圈A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3和C4被卷绕在从a到x的绕组槽内。从A1绕到C4中的每个绕组线圈围绕电枢铁、、芯4的5个齿。也就是说，A1绕在绕组槽a和f内，A2绕在绕组槽g和1内，A3绕在绕组槽m和r内，A4绕在绕组槽s和x内。B1围绕在绕组槽e和j内，B2绕在绕组槽k和p内，B3绕在绕组槽q和v内，B4绕在绕组槽w和d内。C1绕在绕组槽i和n内，C2绕在绕组槽O和t内，C3绕在绕组槽u和b内，C4绕在绕组槽c和h内。绕组线圈A1、A2、A3和A4串联连接，从而形成第一相的绕组组A。绕组线圈B1、B2、B3和B4串联连接，从而形成第二相的绕组组B。绕组线圈C1、C2、C3和C4串联连接，从而形成第三相的绕组组C。绕组组A、B和C之间的相位差等于120°(电角度)，这里180°电角度等于永久磁铁的360/P的1极距。在图1中，P＝4，所以180°电角度等于90°机械角度。因此，当提供三相电流给三相绕组组A、B和C时，便可获得加速转子2的扭矩。

图3表示另一种常规旋转发电机的侧视简图，T＝6P，除T和P的关系以及绕组间距外，图3所示的常规发电机的构造与图1所示的常规电动机的逆向原理相同。圆环形永久磁铁组件13固定在由磁性材料制成的转子12的外部圆周上，永久磁铁组件13和转子12绕旋转轴11一起旋转。永久磁铁组件13有四个交替的N和S极，它们相互以90°角隔开，即P＝2。电枢铁芯14的齿16面对永久磁铁组件13的磁极，每个齿在两相邻的绕组槽15之间形成。转子12的旋转轴11可旋转地支撑在电枢铁芯14上。因此，转子12旋转改变位置时，电枢铁芯14的齿16与永久磁铁组件13磁极之间的位置也相对而改变。

图4表示图3中常规发电机沿X-X’和Y-Y’线的展开图，分析特征结构时这些线成一行，电枢铁芯14有从a到1设置有12个以相等30°角相隔的绕组槽，12个齿设置在两相邻的绕组槽之间，即T＝12，重叠绕组A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3和C4围绕在绕组槽a到1内。从A1到C4的每个绕组线圈围绕电枢铁芯14的3个齿。即，A1绕在绕组槽a和d内，A2绕在绕组槽d和g内，A3绕在绕组槽g和内j，A4绕在绕组槽j和a内，B1绕在绕组槽c和f内，B2绕在绕组槽f和i内，B3绕在绕组槽i和l内，B4绕在绕组槽l和c内、C1绕在绕组槽e和h内，C2绕在绕组槽h和k内，C3绕在绕组k和b内，C4绕在绕组槽b和e内。绕组线圈A1、A2、A3和A4串联连接形成第一相的绕组组A。绕组线圈B1、B2、B3和B4串联连接形成第二相的绕组组B。绕组线圈C1、C2、C3和C4串联连接形成第三相的绕组组C。在绕组组A、B和C之间的相位差等于120°电角度。在图3中，P＝4，所以180°电角度等于90°机械角度。因此，加速转子12的转矩便可在三相绕组组A、B和C中获得三相交流电。

在已有技术的改进中，一种技术改进措施是将转子磁极数P加大至数十个甚至数百个，在磁极的NS交替排布中相隔一定的间距，通过配合运用电枢铁芯的绕齿线圈绕组获得较高的机械能与电能转换效率，同时使电机制作的材耗降低。如中国专利申请号01109300.5所公开的。

本发明的目的在于：

本发明的目的之一是在大数磁极NS交替间隔排布的电机基础上，进一步提供一种圆周表面带有常规磁性材料制作的齿、转子齿与齿之间相隔有同极向排布的永磁极、转子齿与永磁极按一定规则组成的新型转子结构，使上述同数量级体积重量、同数量级转速的电机的能量材耗比及机械能与电能的双向转换效率进一步提高，降低材耗及制作成本。

本发明的目的之二是提供一种与磁通量分布状态相适应的、改进的绕齿线圈绕组结构，以进一步提高电机的电磁能与机械能转换效率。

本发明的目的之三为市场提供一种简单实用的高频发电机，通过内置或配置于电机的普通电子电路，可有效实现波形和频率的多用途变换，使电子电路控制的多用途发电机更加简单实用。

本发明的目的之四是为市场提供一种容易通过常规电子电路控制的高频电动机，以适应电动车对多用途电机及控制的需求，从而提供一种转子具有同向磁极排布结构的旋转电机。

本发明的目的是这样实现的：本发明的电机包括由转轴、内置或配置于电机的常规电子电路、常规磁性材料制作的圆周表面设置有P个齿的转子和由带齿的电枢铁芯及线圈绕组构成的定子、电枢铁芯面向转子圆周表面的齿，线圈绕组导线环绕齿布线，其特征在于：所述转子的齿与齿之间固连有P个同极向排布的条形永磁极，转子齿与永磁极按m间距面向电枢铁芯交替排布，P＝12～180。

还包括电机电枢铁芯的圆周表面有比常规电机多数倍的线槽和齿，所述的线槽和齿以电机转子的齿数或磁极数P为基准，可设置T个线槽间的齿，T＝2～18P，T为偶数。例如选择P＝20，T＝120。两个相邻齿的平均可距N(即齿中心线之间的间距)为一对齿槽位，齿的沿Z线截面形状可以是矩形、T形或其它形状。转子及电枢铁芯圆周表面沿X-X’线和Y-Y’线的齿向，可以是沿Y轴的直形齿，也可以是沿Y轴倾斜小于15°机械角度的斜形齿，线圈导线在线槽内环绕齿布线形成线圈绕组。

所述的转子齿和永磁极的长度基本相同(沿Z线即转轴线方向)，所述的转子齿和永磁极沿Z线的结构截面可以是扇性、矩形、半圆形或其它任意形状。转子齿沿X线的平均宽度D₁与永磁极沿X线的平均宽度D₂的关系为D₁＝0.5～1.5D₂。转子齿及永磁极的高度H(沿Y线)与电机设计功率W相关，一般选取的经验参考数据为：W≤10kw时H＝0.5-5mm，W＝10～200kw时H＝1.5-15mm，W≥200kw时H＝3-50mm。所述的P个永磁极按m间距与P个转子齿交替密集排布，其间距m与配套设计的电枢铁芯圆周表面X-X’线相邻两齿的平均间距N相关，m＝0.3-0.8N。并且该间距m的空间可用环氧树脂全部填充，可起到进一步固连磁极及减少电机噪音的双重效果。上述转子2D₁、D₂、m的示意图及电枢铁芯相邻两齿中心线间距N的示意图详见附图6-a和附图6-b所示。

所述的圆周表面带P个齿的转子，在转子齿的齿与齿之间固连有同极向排布的条形永磁极，P个永磁极与P个转子齿按间距m交替密集排布，永磁极的表面场强大于6000高斯。该表面带齿及磁极同向排布结构特征的转子在旋转式电机中既可制作为内转子，如图7-a和图7-b所示，示图中2P＝60(30个转子齿及30个同极向排布的磁极)，其结构排布沿X-X’线和Y-Y’线的展开图如附图8-a所示，其磁通量密度分布示意图如附图8-b所示；也可制作为外转子形式，如图9-a和图9-b所示。

在本发明提供的一种永磁极同向排布的带齿转子的表面空间，与常规电机相比形成了磁极排布大一至两个数量级的密集变化分布表面磁场。与常规设置P＝4的电机转子相比较(其磁通密度分布示意图详见附图5所示)，其特征之一是表面磁路远远比常规电机磁区分布的磁路要短，矢量分布更有利于绕组线圈沿磁力线截面做有用功的效率。特征之二是磁极同极向相间于转子齿以特定的m间距交替密集排布，因此处于两同极向磁极之间的转子齿，由于磁通量密集分布可视作两个同向磁极之间的一个反极向等效磁极，该同向磁极与转子齿相间交替密集排布的结果，静态时等效于N极和S极的交替排布。重要的是，该转子齿等效反磁极的磁力线空间分布本质仅仅是一种导磁通途，容易通过变化转子齿截面形状变换磁力线的空间分布。电枢铁芯齿表面磁场相对位移也会影响该转子齿等效反磁极的磁力线空间分布。当电枢铁芯的线圈绕组改变为绕齿线圈时，电枢铁芯表面的齿可等效视为一个动态微磁极，该微磁极与转子齿等效反磁极将在动态运行中大大加强电机内磁空间的磁通量变化率。在永磁极与转子齿的交替排布中设置特定的间距m以及D₁D₂的选择范围，正是为了加强电机在运行中的这种磁相互作用引起的磁通量变化率。因此，当电枢铁芯线圈绕组以同样速率扫过本发明大数同极向磁极与转子齿交替排布的表面磁区时，所获得的磁通量变化率要比通过NS极向相对变化较小的常规电机要大得多，从而使电机获得能量倍增效果。

所述的绕齿线圈绕组，其中最简单的单相绕组导线环绕齿沿电枢铁芯圆周连续布线结构，如图10所示，表示的是该绕组导线沿X-X’线和Y-Y’线的展开示图。线圈导线环绕齿连续布线的特点为绕齿1/2圈、再沿下一个齿反向绕齿1/2圈，当绕组导线环电枢铁芯圆周绕满一周回到始点槽时，可继续绕第2、3……周，直到线槽口绕满线或已达到所设计线圈匝数为止，线圈匝数和感生电动势的正比关系与常规电机的倍增原理相同。

另一种两相绕组导线环绕齿沿电枢铁芯圆周的连续布线方法展开图，如图11所示，特点为：线圈导线绕齿3/4圈、相隔两个槽(或3个齿)再同向绕齿3/4圈沿电枢铁芯圆周表面连续布线形成线圈绕组。

第三种线圈绕组为三相绕组导线环绕齿沿电枢铁芯圆周的连续布线方法展开图，如图12所示，特点为：线圈导线绕齿3/4圈、相隔4个槽(或5个齿)再同向绕齿3/4圈沿电枢铁芯圆周表面连续布线形成线圈绕组。如此类推组成多相电机的线圈绕组。

第四种线圈绕组为两根、三根或k根线导线环绕齿沿电枢铁芯圆周的连续布线结构，其展开图如图13、14所示。其中双线并行沿电枢铁芯圆周表面绕齿形成单相绕组的连续布线结构展开图，如图13所示；双线并行沿电枢铁芯圆周表面绕齿形成双相绕组的连续布线结构展开图，如图14所示，如此类推形成k线并行绕齿的多相线圈绕组，k一般为2-30根。

第五种线圈绕组为一种绕齿线圈串联绕组结构如图15所示，其中导线环绕某个齿绕L圈形成该绕齿线圈，与相隔G个齿的若干个同样绕齿线圈串联形成同一相线圈绕组。该串联线圈绕组结构与常规电机的线槽线圈串联形成绕组的原理相同，如此类推组成多相绕组。所述的L＝1-200，G为0或小于m的正整数。

所述的线圈绕组特征与已有技术的不同：首先是电枢铁芯的线槽和齿的作用功能不可：其次是布线结构与常规电机的布线特征不同，常规电机电枢铁芯中线槽的作用用于放置成组的绕组线圈，通过连接线把不同槽的线圈串联相连成同一相的绕组。本发明提供的一种与转子齿和永磁极交替排布转子表面磁场相适应的绕组结构特征为：线槽的作用并非用于放置成组的绕组线圈，而是作为环绕齿布线的通道，绕组线圈的导线环绕n个齿沿电枢铁芯的圆周表面连续布线形成绕组，n为小于T的正整数。在绕齿线圈与磁极的相对运动中，有效切割磁力线的是绕齿线圈在槽中的线段。由于本发明的绕组线圈特点是环绕齿布线并且齿数T为大数，由此带来多种多样的绕齿布线方法，例如既可绕齿沿电枢铁芯圆周表面布线形成绕组，亦可绕齿形成线圈后再将不同齿的若干个绕齿线圈串联形成同一相绕组。

本发明的优点在于：由于本发明电机采用了转子齿与同极向永磁极相可排布的转子结构，其表面磁场与电枢铁芯绕齿线圈的动态激发磁场更易产生稳定分布的互激谐振，其输出能量一般比同样材耗的常规电机大50％以上。同时，由于所设计的转子齿由常规磁性材料制作，使本发明电机使用永磁材料的用量减少约50％，由于常规磁性材料的价格比永磁材料(如钕铁硼)低得多，从而使电机制作成本也得到下降。由于电枢铁芯圆周表面齿数T和配合磁激谐振的磁极数及(转子齿)等效反向磁极数远比常规电机高出一至两个数量级，因此运用本发明方法原理制作的发电机在同样的转子转速情况下，在线圈绕组两端输出的是频率比常规电机高出一至两个数量级的高频交流电，此输出电流频率特征与常规输出50周的发电机有所不同。例如当2P＝60，电机转速为3000转/分(50转/秒)时，输出的是频率为1500周的交流电，从而有效适应很多应用领域对高频电流和特殊波形电流的需求。实用时如非应用高频交流电，可通过内置或外配的电路，通过整流、滤波、变频等常规电子电路方法变换为实用所需的直流、方波、正弦波或其它任意频率及波形的电流，降低获得非常规50周交变电流的配属仪器制作成本。

与常规50周频率的电机相比，由于本发明电机的内置转子磁极数P和电枢铁芯齿数T均高出一至两个数量级，可以通过绕组布线的不同方法形成比常规电机更丰富多彩的相位分布，为电子电路控制电机运行状态提供了更简单实用的众多控制方案，这一电机控制方向是近年电动车研制技术的热点。

下面结合实施例和附图对本发明进行详细的说明：

图1是P＝2、T＝12P的常规内转子旋转式电动机的侧视简图

图2表示对图1中常规电动机内部结构的展开图

图3表示另一种P＝2、T＝6P的常规内转子旋转发电机的侧视简图

图4表示图3中常规旋转发电机沿X-X’和Y-Y’线的展开图

图5表示常规P＝2的电机电枢铁芯4的磁通密度分布示意图，图中纵轴表示磁通密度，横轴360°表示电机转子2旋转一周的机械角度。

图6-a为本发明提供的一种由常规磁性材料制作的带齿转子2的圆周表面侧视剖面图，重点示意环形转子组件3的m、D₁、D₂、H以及磁极排布特点。

图6-b为电枢铁芯4的侧视剖面图，重点示意相邻两齿平均间距N。

图7-a和图7-b为本发明提供的一种由P个永磁极7与P个转子齿8形成环形转子组件3在旋转电机中的剖面分布示意图，2P＝60。图中转子组件3仅标列90°机械角度15个转子齿及磁极的交替排布，其余270°机械角度磁极排布相同，重点示意内转子电机中转子齿8与同极向设置的磁极7交替密集排布的结构。

图8-a为图7方案设计的电机沿X-X’线和Y-Y’线的展开示意图，重点示意环形转子组件3中的永磁极7与转子齿8交替排列的特点和结构。图中转子组件3仅标列转子齿8与永磁极7在两侧的排列，示意每12°机械角度设置一个同极向的永磁极或转子齿，中间空白未标列部分的磁极与转子齿排布情况相同。图中N和S表示永磁极的磁极向。

图8-b为图7方案设计的电机中转子组件3表面的磁通密度分布示意图，图中纵轴表示磁通密度，横轴360°表示电机转子2旋转一周的机械角度。

图9-a和图9-b为本发明在外转子旋转式电机的侧视简图，重点示意永磁极7同极向与转子齿8在外转子中的交替排布结构。

图10～12所示的是线圈导线沿电枢铁芯4圆周表面的线槽5和齿6进行绕齿布线的一种示意结构，所表示的是该绕组沿X-X’线和Y-Y’线的展开示图，图10中A-A’为单相绕组的两端，图11中A-A’、B-B’为两相绕组的两端，图12中A-A’、B-B’、C-C’为三相绕组的两端。

图13和图14所示的是线圈导线双线并行沿电枢铁芯4圆周表面的线槽5进行绕齿6布线形成单相和双相线圈绕组的一种示意结构，所表示的是该绕组沿X-X’和Y-Y’的展开示图。

图15所示的是两个不同的绕齿线圈串联形成同一相线圈绕组的一种结构示意图。

图面说明如下：

1、11-转轴                          2、12-转子

3、13-圆环形永磁转子组件            4、14-电枢铁芯

5-线槽                              6、16-电枢铁芯表面齿

7-永磁极单体                        8-转子表面齿

A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3和C4---重叠绕组线圈

实施例1：

按图7-a制作一台内转子发电机，该电机内转子2的外圆周上具有28个转子齿8，转子齿8的齿与齿之间交替排布有28块钕铁硼单体7，转子齿8和钕铁硼磁极之间的间距全部为m＝1.2mm，28个磁极单体7与常规磁性材料制作的28个转子齿8交替均匀分布固连在一体组成转子2，永磁材料单体7的N极全部面向电枢铁芯。其中构成永磁单体7沿旋转轴方向的长度与常规磁性材料制作的转子齿8组件长度相同，其截面为矩形，厚度1mm，转子齿8宽度为永磁极7宽度的0.9，磁极单体7的表面磁场强度为7500高斯，设计电机功率为3000瓦左右。本实施例中的旋转式单相发电机，其结构剖面示意图见附图7-a，电机转子永磁单体7的组合结构沿X-X’线和Y-Y’线的展开示意图见附图8-a，电枢铁芯4表面的齿6为矩形齿，齿数T＝112，齿宽与线槽宽相同，环绕齿布线的线圈绕组方法见附图10。该电机当输入3000转/分的转矩时，可在单相绕组两端获得输出1400周交流电，其输出电压取决于电枢铁芯圆周表面的绕齿线圈绕组匝数。用本实施例制作出的发电机，通过内置或配置于电机的常规电子电路，机械能和电能的转换效率一般可制作至88％以上，与同样材耗的常规电机相比，能量体积比或能量重量比均可达到常规电机的1.5倍以上。

实施例2

本实施例提供一外转子形式的旋转式单相发电机，基本数据和其它结构均与实施例1相同，只是外转子的环形永磁材料组件在内圈，如附图9所示。绕组方法与实施例1相同，其展开图如附图8-a所示。本实施例亦可达到实施例1所述的效果。

实施例3

在另一种运用本发明的单相旋转电动机常规实施例中，以实施例1所述的单相内转子电机为基础，通过电子开关线路为电枢盘中的单相绕组两端提供波形特征与之相适应的1400周交流电源，使磁性材料制作的电机转子获得扭矩。

运用本实施例制作出的高频电动机，其电能与机械能的转换效率一般可制作至88％以上，重量比能量一般可达3-6kg/kw，能量重量比可达到常规电动机的1.5倍以上。

实施例4

在一种常规运用本发明的单相旋转电动机实施例中，以实施例2所述的单相外转子电机为基础，通过电子开关线路为单相绕组两端提供波形特征与之相适应的1400周交流电源，使磁性材料制作的电机转子获得扭矩。

运用本实施例亦可达到实施例3所述的效果。

实施例5

在一种运用本发明原理的旋转式两相发电机实施例中，采用实施例1所述的内转子形式，常规磁性材料制作的内转子2的外圆周表面设置有30个齿S，齿与齿之间相隔有30个同极向排布的永磁极7，转子齿8和永磁极7共同组成环形永磁材料组件3，电枢铁芯4圆周表面的双相绕组方法见附图11。

本实施例的有关数据选取：设计电机功率为50Kw，电枢铁芯4内圆周表面设置有T形齿6，齿数T＝120。永磁极沿旋转轴方向的长度与常规磁性材料制作的转子齿长度相同，截面为梯形，与常规磁性材料转子组件固连的一边为宽边，面向电枢铁芯一边为窄边，窄边为宽边的62％，厚度H为2.5mm。永磁极的表面磁场强度为8500高斯。转子齿8的大小形状与永磁极7相同，永磁极的S极全部面向电枢铁芯，转子齿8与永磁极7之间排布的间距2.0mm，30个永磁极与转子齿沿电机转子2圆周表面交替均匀分布。

该电机当输入3000转/分的扭矩时，可在两个绕组两端获得两相输出1500周交流电，两相相位分布由绕组在电枢铁芯的分布方位而定，其输出电压取决于电枢铁芯圆周表面的绕齿线圈绕组匝数。用本方法制作出的发电机，机械能与电能的转换效率一般可制作至88％以上，与同样材耗的常规电机相比，能量体积比和能量重量比均可达到常规电机的1.5倍以上。

实施例6

在一种运用本发明的旋转式两相发电机常规实施例中，选用实施例5的基本数据，但设计为外转子形式，外转子2的常规设计方法与常规方法相同。所不同的是外转子的环形永磁材料组件在内圈，如附图9所示，两相绕组选用双线并行绕齿的方法，其展开图如附图14所示。在并行绕齿的两组同相线圈绕组中，分别将A₂与A₁’相连，B₂与B1’相连，两相绕组输出端分别为A₁A₂’和B₁B₂’。

本方法实施例亦可达到实施例5所述的效果。

实施例7

在另一种常规运用本发明的两相旋转电动机实施例中，以实施例5所述的两相电机为基础，通过电子开关线路为电枢盘中的两相绕组提供1500周的交流电源，该两相电源的相位分布应与本实施例的电机设计特征相匹配，使磁性材料制作的电机内转子获得扭矩。

运用本实施例制作出的电动机，其电能与机械能的转换效率一般可制作至88％以上，重量比能量一般可达3-6kg/kw，能量比重量可达到常规电动机的1.5倍以上。

实施例8

在又一种运用本发明的单相旋转电动机常规实施例中，以实施例6所述的两相电机为基础，通过电子开关线路为电枢盘中的两相绕组提供1500周的交流电源，该两相电源的相位分布应与本实施例的电机设计特征相匹配，使磁性材料制作的电机外转子获得扭矩。

运用本实施例制作出的电动机，亦可达到实施例7所述的效果。

实施例9

在一种常规运用本发明的旋转式三相发电机实施例中，电机转子2为外转子形式，外转子2的内圆周表面设置有齿8，齿与齿之间相隔有永磁极7，永磁极的极向排列全部为同向，其结构剖面示意图见附图9，电机转子2沿X-X’线和Y-Y’线展开的示意图见附图8-a(方位相反)，绕组方法见附图12。

有关数据选取：设计电机功率为200kw左右。构成电机转子齿8的齿数和永磁极数均为P＝44，电枢铁芯4的齿数T＝264。永磁极7沿旋转轴方向的长度与转子齿8相同，截面为扇形，扇形截面的上弧边与普通磁性材料制作的转子内圈固连，下弧边面对电枢铁芯4，下弧边长为上弧边长的0.618，厚度11mm。转子齿8的截面形状大小与永磁极7向同。永磁材料的表面磁场强度为9000高斯，转子齿和永磁极等间距6mm，44个永磁极7与44个转子齿8沿电机转子2的内圆周表面交替均匀分布。

当电机输入2400转/分的转矩时，可在三相绕组中获得输出1760周交流电，三相相位分布由绕组在电枢铁芯的分布方位而定，其输出电压取决于电枢铁芯圆周表面的绕齿线圈绕组匝数。用本方法制作出的高频发电机，机械能和电能的转换效率一般可制作至88％以上，与同样材耗的常规电机相比，能量体积比和能量重量比均可达到常规电机的1.5倍以上。

实施例10

在又一种运用本发明的三相旋转电动机常规实施例中，以实施例9所述的三相电机为基础，通过电子开关线路为电枢盘中的三相绕组提供1760周的交流电源，该三相电源的相位分布应与本实施例的电机线圈绕组设计特征相匹配，使磁性材料制作的电机外转子获得扭矩。

运用本原理方法制作出的电动机，电能与机械能的转换效率一般可制作至87％以上，能量体积比和能量重量比均可超过常规电机的30％以上。

Claims (10)

1.一种转子具有同向磁极排布结构的旋转电机，包括：转轴、内置或配置于电机的常规电子电路、常规磁性材料制作的圆周表面设置有P个齿的转子和由带齿的电枢铁芯及线圈绕组构成的定子；电枢铁芯面向转子圆周表面的齿，线圈绕组导线环绕齿布线，其特征在于：所述转子的齿与齿之间固连有P个同极向排布的条形永磁极，转子齿与永磁极按m间距面向电枢铁芯交替排布，P＝12～180。

2.按权利要求1所述的一种转子具有同向磁极排布结构的旋转电机，其特征在于：所述的定子由带齿的电枢铁芯及线圈绕组构成，电枢铁芯面向转子圆周表面的齿的截面为矩形、T形或其它变形形状，线圈绕组导线环绕齿布线。

3.按权利要求1所述的一种转子具有同向磁极排布结构的旋转电机，其特征在于：所述的与带齿转子固连的P个永磁极的表面磁场强度大于6000高斯，磁极与转子齿交替排布的间距m与配套设计的电枢铁芯圆周表面齿的平均间距N相关，m＝0.3-0.8N。

4.按权利要求1所述的一种转子具有同向磁极排布结构的旋转电机，其特征在于：所述的按m间距交替排布的p个转子齿和P个永磁极，其沿转轴方向的长度相同，截面形状可以是扇形、矩形、半圆形或其它形状。

5.按权利要求1所述的一种转子具有同向磁极排布结构的旋转电机，其特征在于：所述的交替排布的转子齿平均宽度D₁及永磁极平均宽度D₂的关系为D₁＝0.5～1.5D₂。

6.按权利要求1所述的一种转子具有同向磁极排布结构的旋转电机，其特征在于：所述的与转子齿按m间距交替排布的p个永磁材料单体，其沿转子圆周径向的高度H与电机功率W有关，当W≤10kw时H＝0.5～5mm，W＝10～200kw时H＝1.5～15mm，W＞200kw时H＝3～50mm。

7.按权利要求2所述的一种转子具有同向磁极排布结构的旋转电机，其特征在于：所述的带齿电枢铁芯的齿数T＝2～18P，T为偶数；线圈导线在线槽中环绕n个齿沿电枢铁芯圆周表面连续布线，n为小于T的正整数，其中线圈导线为一根或k根线导线环绕齿沿电枢铁芯4圆周的连续布线结构，k＝2-30根。

8.按权利要求7所述的一种转子具有同向磁极排布结构的旋转电机，其特征在于：所述的线圈导线在线槽中环绕n个齿沿电枢铁芯圆周表面连续布线，或导线环绕某个电枢铁芯表面齿绕L圈形成该绕齿线圈，与相隔G个齿的另一个同样绕齿线圈串联形成同一相线圈绕组，其中L＝1-200，G为0或小于m的正整数，所述的线圈绕组为一根或K根导线，K＝2-30根。

9.按权利要求1或2所述的一种转子具有同向磁极排布结构的旋转电机，其特征在于：所述的带齿的转子及电枢铁芯圆周表面的齿，沿转轴平行线方向是0°机械角度，或是呈小于15°的机械角度的斜形齿。

10.按权利要求1或2所述的一种转子具有同向磁极排布结构的旋转电机，其特征在于：所述的由p个永磁极与P个转子齿按m间距交替排布的转子永磁组件结构设置在面对电枢铁芯的外圆周表面，或设置在面向电枢铁芯的内圆周表面。

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