无刷电动发电机的制作方法

本发明涉及电气工程，具体涉及电磁装置，且目的是由于磁场将电能转换为旋转机械能，和反过来将旋转机械能转换为电能。

要求保护的技术方案可用在航空和汽车行业，驱动各种装置和机构以用于工业和家用目的，其还可用作轿车、电动自行车、电动摩托车、四轴飞行器、直升飞机、喷气式滑雪板、工业和家用电子器具中的电动机-发电机。

背景技术：

具有永磁体的电动机(公开于ru2316881ipch02k23/28，h02k23/04，申请号no.2005131321/09，10.02.2008)含有定子，其用具有永磁体的多磁极定子以及具有打开或闭合绕组的制造，连接到集电器和电刷。集电器包括在非导电基部上的两套触点系统，其彼此绝缘且彼此嵌套，使得在转子从一个触点转动到集电器的另一触点时，使用两个电刷让转子绕组中的电流方向反向，该两个电刷可接触上述两套系统的任何一对集电器触点。转子绕组的开端连接到一个集电器触点系统，转子绕组的末端连接到另一集电器接触系统，且在所述系统的每一对触点之间存在“伪”触点，其不连接到转子绕组，以防止具有不同极性的两个电刷按一个刷进行接触；和定子不需要能量。

该技术方案的缺点是其寿命短且旋转弱，因为电刷由于其摩擦而会增加磨损。

模块化电磁装置(其公开于ru2510559，ipch02k1/18，h02k1/14，h02k7/18，h02k16/04，申请号no.201034925/07，03/27/2014中)具有定子和在定子的表面之间旋转且承载多个磁体的转子，所述多个磁体在环形结构中以交替取向分布。定子含有在转子的两侧上对称定位的至少一对磁轭。每一个轭具有一对突出臂，其延伸到磁体且承载对应线圈用于从电磁装置接收电能或将电能供应给电磁装置。每一个轭被独立安装在其自身的支撑件上，配备有调节块，其被制造为相对于相反磁体具有调整轭位置的可能性。轭形成(与线圈、支撑件、调节块、用于控制轭的测量和控制器件一起)形成定子的单元，其可重复多次，以形成单相或多相模块。

设计的复杂性、磁体对磁性线圈核芯的吸引、调整磁轭修正调节的难度、大质量和总体特性是该设计的缺点。

作为本发明无刷电动发电机的一种原型，我们选择ru2545525，ipch02k21/22，h02k21/32，h02k21/36，申请号no.2013146274/07，04.04.2015，其含有旋转锚固件，其是转子，围绕静止定子定位。对称分布成一圆形的环形永磁体组用作旋转转子，这些磁体的磁极位于其平坦端部表面上且沿该圆形形成间歇的单向磁通量。作为静止定子，使用在圆形截面的圆形框架制造的绕组，其对称轴线与旋转电枢的对称轴线重合。

该装置的缺点是其可靠性低，因为环形磁体的胶粘降低其强度且电枢(转子)的一些转动会造成其破坏。此外，大直径定子与小尺寸磁体组合会形成电枢的弱磁场，影响转矩强度。

近年来的趋势表现为对无刷dc电动机(发电机)的兴趣，以确保更可靠、高效和更少噪音的操作。它们的特征在于比具有相同功率的集电器引擎具有更小的质量。在dc集电器电动机中，电刷随时间磨损且会造成电火花。因此，集电器引擎不应该用于需要长服役寿命和可靠性的工作。

技术实现要素：

本发明的目标是开发一种具有减小重量和定子和转子尺寸的无刷电动发电机，同时保证特征扭力。

在使用本发明时实现的技术效果是定子和转子设计的结果，允许增加电动发电机的可靠性且降低重量和尺寸。

该技术效果是通过无刷电动发电机实现的，该无刷电动发电机包括定子和具有永磁体的转子，其中覆盖磁体的定子用具有旋转对称性的球体、椭球体等形状制造。优选地，绕组被制造为具有圆形截面。优选地，定子具有球形形状。在定子的外表面上，存在彼此绝缘的层形式的绕组，形成1到12个定子线圈，相对于彼此具有均匀移位的磁极。转子以轴的形式制造，永磁体被固定在其上，磁体磁极的磁场向量垂直于轴的旋转轴线取向，而定子的对称轴线与轴的旋转轴线重合。

转子轴可以具有圆柱形形状，例如，是杆的形式，且用磁性材料以及电介质材料制造。

定子可用非磁性材料制造，且其绕组可用带形式的平坦导线制造，覆盖有绝缘体。

在永磁体相对于轴取向的状态下形成轴形式的转子使得磁体磁极的磁场向量垂直于轴线(磁体固定到该轴)，则除了与原型相比能减小总体尺寸外，使得永磁体能放置在线圈的磁场中，这对它们与永磁体的整个磁场进行更有效的相互作用来说是必要的，能增加相互作用力，且因此通过转子的更平稳旋转提供更大可靠性。

将永磁体置于球形定子中，具有均匀移位磁极的球形线圈卷绕在其外表面上，这意味着永磁体的磁极将直接位于线圈中，也会在具有相同功率和转矩技术效果的情况下实现重量和尺寸特征的减小。通过本发明的电动发电机的构造，永磁体受到更大磁场的作用，由此提供转子的更平稳旋转，这在高转速下明显。

这一组优点使得本发明的方案与现有技术区分开，且还使其与永磁体直接位于定子线圈中的公知的方法区分开。

彼此绝缘的层形式的定子绕组(用1到12个定子线圈形成，相对于彼此具有均匀移位的磁极)的外表面上的定位允许在永磁体上形成线圈磁场的均匀作用，确保转子均匀旋转。线圈的数量是基于电动发电机的总体尺寸选择的：针对小电动发电机，线圈数量最小，同时永磁体处于通过线圈产生的磁场中，而不会损失技术效果。线圈最小数量为一个。同时，将线圈数量增加到12个以上将不实用，因为这将增加装置的重量和尺寸特征，而不会显著增加扭力。这一组优点使得本发明的方案与现有技术区分开，且还使其与永磁体直接位于定子线圈中的公知的方法不同。

附图说明

本发明通过附图示出，其中：

图1显示了无刷电动发电机的示意性视图，其具有位于定子线圈中的永磁体，

图2以截面显示了具有一个线圈的装置，

图3以截面显示了具有几个线圈的装置。在原理上，电动发电机(motorgenerator)可通过单个线圈操作，但是引入的线圈越多(到达12个)则其操作越平稳且越高效。

具体实施方式

无刷电动发电机包括转子1和定子2。转子1以轴3的形式制造，永磁体4刚性固定在其上。转子1安装为在定子2中旋转，使得轴3的旋转轴线与定子2的对称轴线重合。同时，磁体4的磁极的磁场向量垂直于轴3的旋转轴线。定子2是静止的且例如具有旋转轴线、具有旋转对称性的球形或椭球形或其他形状。绕组5被制造在定子2的外表面上。绕组5形成定子2的线圈。可以将定子2的至少一个线圈定位成高达十二个线圈。显然地，线圈的这些数量看似是最佳的，但是，更大数量的线圈也是可以的。绕组5被彼此独立地按层卷绕，且沿球形定子2的表面定位，相对于彼此具有均匀偏开的磁极。例如，在两个绕组的情况下，形成两个电磁线圈，其具有四个磁极。在如此多的线圈应该被置于定子2的表面且磁极相对于彼此移开90°的情况下且形成三个绝缘绕组时，磁极移位60°。定子2覆盖磁体4，使得其完全定位在静止定子2中且在线圈中以及线圈的磁场中。轴3被制造为圆柱形形状，例如杆、销等，且可用非磁性或磁性材料制造。定子2用电介质或复合磁性材料制造。定子2的绕组5用具有圆形截面的绝缘导线或带形式的绝缘平坦导线制造。

优选实施例的具体实施方式

无刷电动发电机如下操作。定子2和转子1根据所计划的应用紧固，例如，使用轴承(图中未示出)，且转子1的轴3置于轴承的内环中，而定子2置于轴承的外环上。在电压施加到绕组5时，其被供电，且定子线圈2转变为具有两个磁极的电磁体。由于永磁体4和所形成的电磁体(处于电压下的线圈)之间的磁场的相反磁极的相互作用造成转子1的旋转。在转子1旋转且接近下一个线圈的磁极时，电压施加到该下一个线圈，该下一个线圈也被供电且变成电磁体。针对所有线圈重复进一步的过程。此后，第一线圈被以相反极性通电。过程重复，且转子1继续旋转。由于永磁体4定位在定子2中，所以在永磁体4和所形成的电磁体之间存在强磁性相互作用，其磁极相对于彼此沿定子2的表面均匀移位，由此获得转矩稳定性而没有任何转子速度的突变，其确保具有小重量和小尺寸参数的装置的可靠性。电磁体的磁场与永磁体更有效地相互作用，确保随相互作用的磁场进行平稳的转子旋转，这在任何转子速度下都是重要的。

在轴3从外部例如通过风车、通过水流、通过车轮、通过滚动或通过任何其他装置和方法而进行机械旋转的情况下，该电动机进入发电机模式并提供可被外部源所蓄积或消耗的电功率。

本发明并不限于所给出的描述和例子且可在权利要求的范围内扩展，例如永磁体可刚性安装在转子轴上，以及与轴整体制造。

无刷电动机比具有相同功率的集电电动机小得多。本发明在其实际应用中已经显示了获得其技术效果的有效性。同时，本发明的装置的总体尺寸和重量比已知的无刷发电机更小，且总体性能简单且操作和使用容易，以实现该目的。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2019年4月15日提交的俄国专利申请ru2019111207的优先权。