CN101145703A - 多极无换向交直流两用电机 - Google Patents

Abstract

一种多极无换向交直流两用电机。涉及电动机领域。电机由定子、转子、线圈、轴承、转轴、机盖、机座等组成。电机的旋转磁场平行于电机转轴，电机可以交替使用交流电源或者直流电源。用直流电，电机没有换向器；而用交流电，因它的磁极对数多，可根据现场的要求制造，不用减速器。同时，这种电机容易制造，消耗材料少，运行效率高，通风散热好，维护简单方便。可以大范围地满足应用现场的要求。

Description

多极无换向交直流两用电机

技术领域：本发明涉及电动机领域。

背景技术：目前，交流直流电动机都是筒式的定子，柱式的转子，做功的磁力线垂直于电机转轴。这种结构造成以下常见的缺陷：

1、这种结构限制了交流电机极对数的增加，只能制造有限的几对磁极，使得交流电机的转速降不下来，必须配备减速器，才能适合现场的使用。

2、这种结构使得直流电机必须要有换向装置，换向的问题成了直流电机的“老大难”。

3、这种结构使得电机制造复杂，维护困难，体积庞大，磁路长，铁耗、铜耗较大。散热不好，效率不高。

4、这种结构使得交流电机于直流电机不能通用，给现场的控制带来诸多的不便，……等等。

发明内容：为了克服现有电机的这种缺陷，本发明提供一种新型的多极无换向交直流电动机。

本发明所采用的设计是将传统电机的磁场旋转90度，即磁场方向由原来垂直于电机转轴，改为平行于电机转轴。正因这一改动，使它的结构也有了相应的变化。参照附图1，这种电机的磁路，磁力线是从前定子铁芯(1)出发，经过空气间隙，进入转子铁芯(4)，再经过空气间隙，进入后定子铁芯(2)，即回到前定子铁芯(1)，构成简洁完整的磁路。本发明的定子励磁线圈(3)朝一个方向分别缠绕在后定子铁芯(2)的各磁极上。电机的磁场由此而产生，磁场的方向平行于电机的转轴。

电机由前定子铁芯(1)、后定子铁芯(2)、定子励磁线圈(3)、转子铁芯(4)、转子导条(5)、转子内短路环(6)、转子外短路环(7)、转子正电刷(8)、转子负电刷(9)、前端盖(10)、后端盖(11)、轴承(12)、电机主轴(13)、电机冷风进风口(14)、  电机散热风道(15)、端盖出风口(16)、定子出风口(17)、定子定位槽(18)、前端盖散热片(19)、后端盖散热片(20)、接线端子(21)、机座(22)和磁极(23)的组成。

前后定子铁芯(1)、(2)是由条型硅钢片缠绕而成的，分别固定在前后端盖(10)、(11)里。磁极(23)的形状是扇型的，前后定子两部分基本一样，只是磁极(23)的高度不同。装在前端盖(10)里的定子铁芯(1)的磁极(23)较低，它仅起连接磁路的作用：而装在后端盖(11)里的定子铁芯(2)的磁极(23)较高，它即要缠绕定子励磁线圈(3)，又要连接磁路；转子铁芯(4)也是由条型硅钢片缠绕而成，它的形状是一个低而粗的立体圆环，切割磁力线的转子导条(5)分别均匀地铺在圆环的上下两个面上，(可以根据实际情况多做几层，图中没画)成放射线状态，立体圆环的两个柱面分别套有两个薄圆筒(6)、(7)，转子导条(5)的两端接在内外薄圆筒(6)、(7)上，两薄圆筒(6)、(7)在交流电机中起短路环的作用，而在直流电机里，则是电源的正负极接线端。内薄圆筒(6)中间穿过电机的转轴(13)，机座(22)、前端盖(1)和后端盖(2)，通过两个轴承(12)和转轴(13)，组合成电机的外壳。前端盖(10)和后端盖(11)的外面装有散热片(19)、(20)，里面也装有散热片，参照立体总图附图4，前端盖(10)和后端盖(11)靠近电机转轴的地方开有十二个供电机散热的冷风进风口(14)，前端盖(10)和后端盖(11)的接合面的上半部分装有十六个端盖出风口(16)。前定子铁芯(1)和后定子铁芯(2)接合面的上半部分也装有十六个定子出风口(17)。机座上装有八个电源接线端子(21)，分别是A相、B相、C相三相交流电的输入端，可以按三角接法或者星形接法，来控制电动机；另外两个端子是直流电源的输入端。电机运行时，电能通过转子铁芯(4)，转子导条(5)，前定子铁芯(1)，后定子铁芯(2)，磁极(23)，定子励磁线圈(3)，变成机械能而做功。这时产生的热靠转子铁芯(4)的旋转，定子腔中的空气受到离心的作用，从十六个出风口(16)、(17)溢出，从而达到散热的目的。

1、直流电机的运行原理。定子励磁线圈(3)用漆包线将后定子铁芯(2)的各个磁极(23)全部绕制成N极向外，参照附图5，前定子不设绕组，它的磁极(23)自然是S极。转子的外圆筒(7)，通过电刷(8)接入直流电的“正”极，而转子的内圆筒(6)，通过电刷(9)接入直流电的“负”极，直流电从转子的外圆筒(7)，经转子导条(5)从转子的上下两层、(至少两层，)四面八方涌向内圆筒(6)，回到直流电的“负”极。根据左手定理，磁力线垂直穿过手心，四指指向电流方向，拇指指向导条的运动方向。即转子运动的方向。

2、交流电机的运行原理。交流电机是感应电动机。它定子的构造如图4所示，不用电刷。定子励磁线圈(3)的绕法如下：参照附图6。A相、B相、C相三相绕组按一个方向的顺序绕制分别相间排列在后定子铁芯(2)的扇形磁极(23)上。A相、B相、C相绕组的元件边可以重叠。这样就形成了A相、B相、C相的磁极(23)依次紧密地排列在后定子铁芯(2)上。

交变磁场的说明。因三相交流电源提供50Hz的交变电流，在前后对称的A相、B相、C相三相磁极(23)的阵列中自然产生三相交变磁场，交变电流A相、B相、C相以逆时针的方向转动，转子导条(5)在交变磁场中，垂直于电机转轴，垂直切割磁场，用右手定律，可判知转子上感应电势的运动方向相对于交变磁场的运动方向为顺时针方向，感应电流从转子的内圆筒(6)，经转子的上下两层、(至少两层，)四面八方涌向外圆筒(7)。用左手定律，可判知转子的运动方向于三相交变电流的方向相同，同为逆时针方向。

交变磁场的分析。下面以1对磁极的磁场作为分析对象。A相、B相、C相三相绕组相差120°，并且前后对称如图2所示。“???”和“⊙”分别表示磁场的方向，“”表示磁场由外向里，“N”极向里，“⊙”表示磁场由里向外，“N”极向外。因本发明的磁场平行于电机转轴，故它们同时还代表前后定子对应的1对磁极(2 3)。图中箭头表示的方位，为磁场在某一时刻的相对位置。交变电流每经过1/6周期，磁场旋转60°，一个周期完毕后，磁场旋转360°。如果磁极对数为2，将磁场分为四部分，两部分上，两部分下，上下部分相间排列，如附图3所示，图中箭头表示的方位为磁场在某一时刻的相对位置。交变电流每经过1/6周期，磁场旋转30°，一个周期完毕后，磁场旋转180°……由此可见，随着磁极极对数的增加电机的机械角360°被分成的份数越来越多，而磁场转动的角度越来越小。旋转磁场每分钟的转速n同电源的电流频率f，以及磁场的极对数p有如下关系：n＝60f/p，极对数越多，转速则越低。

本发明的优点：

1、本发明的这种设计结构，磁场平行于电机转轴。直流电机的励磁简单，整体电机只有N极和S极一对大磁极，磁路短，没有漏磁，不用换向。这样，从结构上解决了困绕直流电机的换向问题。

2、本发明的这种设计结构，磁场平行于电机转轴。它的磁极所占用的空间机械角度比原来老式电动机的磁极所占用的空间机械角度减少一半。这是本发明增加磁极极对数的第一个因素；从物理的角度来说，扇型磁极(23)可以加工小到一定程度，但随着电机定子转子的直径不同，电机定子转子的周长也就不同。在电机机械角360°的圆周上分布的扇形个数也就不同。这是本发明增加磁极极对数的第二个因素。这种磁场平行于电机转轴的电动机，可以根据应用现场对转速的要求来决定电机的所需直径，来制造交流电机的极对数，现场可以完全抛开减速器。

3、本发明的这种设计结构，磁场平行于电机转轴。直流电机不用换向器，故电机可以直流状态启动、调速，交流状态运行。这种多极无换向的新型电机汇集了交流和直流电动机的全部特点，能更好地适应现场的要求，更灵活地满足现场的需要，将交流控制系统和直流控制系统的执行部件完美地统一在一起。

4、本发明的这种设计结构，磁场平行于电机转轴。这种设计结构的体积精悍小巧，通风散热流畅，制造容易，耗材少，维护方便。

本发明的缺点：定子是两部分，两定子的接合面之间有磁阻，原电机的定子是

一个整体，没有这部分磁阻。

附图说明：

图1、电机原理图

图2、3相电流波形、电流矢量、及1对交流磁极的磁场方位图

图3、3相电流波形、电流矢量、及2对交流磁极的磁场方位图

图4、电机总立体图

图5、直流电机的定子励磁线圈绕制示意图

图6、交流电机的定子励磁线圈绕制示意图

具体实施方式：本发明的多磁极无换向交直流电机，在制造上与普通电机基本相同。转子是由0.5毫米厚的条型硅钢片绕制而成，在铣床上铣出转子导条(5)的槽，在铸模模具中，连同图1中的薄圆筒(6)、(7)，一起浇铸而成。定子也是由0.5毫米厚的条型硅钢片绕制而成，再将前后定子(1)、(2)合起来，在它们的接合处打16个定子出风口(17)，然后，在铣床上铣出缠绕定子线圈(3)的磁极(23)，定子线圈(3)按一个方向绕制，A相、B相、C相相间均匀排列，电刷(8)、(9)绝缘后，装在前定子铁芯(1)上。前端盖(10)，后端盖(11)和机座都是由生铁铸造的。浇铸后，上机床加工即可。

Claims (4)

1.一种多极无换向交直流两用电机，由定子、转子、线圈、轴承、转轴、机盖、机座等组成。其特征是：旋转的磁场平行于电机转轴，定子由两部分组成，前后对称，磁极是扇型的，转子夹在两定子中间，转子同转轴连为一体，同定子中间穿过，通过轴承固定在机盖、机座上。

2.根据权利要求1所述的多极无换向交直流两用电机，其特征是：电机定子线圈按一个方向绕制。直流电机只有一对磁极N极、S极，不用换向；而交流电机的磁极可根据现场的要求而制造，彻底不用减速器。

3.根据权利要求1所述的多极无换向交直流两用电机，其特征是：转子上的导条最少可以做成两层，也可以多层。

4.根据权利要求1所述的多极无换向交直流两用电机，其特征是：散热的冷风从侧面进入，靠转子的转动，冷风受到离心的作用而从经相顶部输出，使转子和定子达到散热的效果。

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