CN101272081A - 轴向双磁路大功率直流电动机 - Google Patents

轴向双磁路大功率直流电动机 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种轴向双磁路大功率直流电动机，该电动机结构包括前端盖，后端盖及中心轴，在中心轴上连接有多个绕组组成的绕组电枢；通过紧固螺钉将磁轭分别固定在前端盖和后端盖的内侧，在磁轭上固定有相互对应的多块均匀分布的磁铁；在绕组电枢的相邻绕组的缝隙中嵌入形成双磁通回路的架空铁芯，在后端盖上设有通过压力弹簧固定的多个均匀分布的电刷，电刷紧贴在绕组电枢的表面相接触。本发明的效果是该结构打破了常规直流电动机的设计理论，使电机体积小、用材少，电机输出的功率与常规电机几近相同，降低了制造成本。可以制造出各种不同功率的直流电机，为航空、军事装备、电动汽车、高速电动摩托车、电动摩托艇等领域提供良好的动力源。

Description

轴向双磁路大功率直流电动机
技术领域
本发明涉及一种电机，特别是一种轴向双磁路大功率直流电动机。
背景技术
常规永磁直流电机的工作原理主要是电磁转矩原理如图1所示，即位于磁场中的载流导体，在该导体上要受到力的作用，方向为左手定则，力的大小为：F＝BIL。
常规永磁直流电机中，如果B和I的方向不相垂直，形成一个夹角θ，则力的大小为：F＝BILsinθ。
常规永磁直流电机中，设计有一个线圈，有两个有效边。所产生的转矩T公式为：T＝2rF＝2rBIL sinθ。
常规永磁直流电机中，总导体Z上所受的总转矩为：
T＝2rF＝2rBIL Zsinθ。
如上的原理结构，因而使常规直流电动机体积大、效率低、造价高、用材多等不利因素。在很多领域中由于常规直流电动机体积大，以致在产品选型时受到种种局限，急需制造体积小又重量轻的直流电动机。
发明内容
为解决上述技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种轴向双磁路大功率直流电动机，使其达到体积小、效率高、造价低、用材省及适用范围宽广的目的。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种轴向双磁路大功率直流电动机，该电动机结构包括前端盖，后端盖及通过轴承固定在前后端盖上的中心轴，其中：在所述中心轴上通过轴压套压紧的轴套连接有多个绕组组成的绕组电枢；通过紧固螺钉将磁轭分别固定在所述前端盖和后端盖的内侧，在所述磁轭上固定有相互对应的多块均匀分布的磁铁；在绕组电枢的相邻绕组的缝隙中嵌入形成双磁通回路的架空铁芯，在磁铁与架空铁芯之间形成气隙；在所述后端盖靠中心轴部位上设有通过压力弹簧固定的多个均匀分布的电刷，电刷紧贴在绕组电枢的表面相接触。
本发明的效果是通过改变常规电机的径向磁路为轴向双磁路、双绕组电枢、换向与双绕组合二为一电枢的设计组合，打破了常规直流电动机结构上的设计理论。大大改进了常规直流电动机的性能，改变了原有直流电动机设计中体积大、用材料多、效率低的缺点，使电机在体积小、用材少的条件下，使该电机输出的功率与常规电机几近相同。大大的降低了制造成本。在此种结构下通过增大或减小体积，可以制造出各种不同功率的直流电机，如48V DC 5000W 3000r/min电机的整体重量约为9.7kg/台。该结构的电机为航空、军事装备、电动汽车、高速电动摩托车、电动摩托艇等领域提供良好的动力源。
附图说明
图1为常规永磁直流电机的磁场原理图；
图2为本发明的电机磁场原理图；
图3为本发明的电机结构示意图；
图4为本发明的电机磁路结构示意图；
图5为本发明的电机电枢结构示意图；
图6为本发明电机的性能曲线图。
图1中：
1、前端盖  2、绕组电枢  3、磁轭  4、磁铁  5、轴承6、中心轴  7、轴套  8、架空铁蕊  9、连接片  10、后端盖11、换向部件组合   12、输入电源连接组合  13、换向部件安全盖14、电源连接压板  15、电刷  16、铜合  17、绝缘云母套18、轴承  19、压力弹簧  20、后端盖紧固螺钉21、中心轴定位卡圈  22、紧固锁母  23、紧固电枢压套24、轴承压板紧固螺钉  25、前端盖紧固螺钉  26、前端盖轴承压板27、气隙
具体实施方式
结合附图及实施例对本发明的轴向双磁路大功率直流电动机结构加以说明。
如图3所示，在所述后端盖10靠中心轴部位上设有通过压力弹簧19固定的多个均匀分布的电刷15，电刷15紧贴在绕组电枢2的表面相接触，形成能量输送，省去了原有的独立的换向器。
在所述中心轴6上通过轴压套23压紧的轴套7连接有多个绕组组成的绕组电枢2；通过25、20等八只螺钉将磁轭3分别固定在所述前端盖1和后端盖10的内侧，在所述磁轭3上固定有相互对应的多块均匀分布的磁铁4。在绕组电枢2的相邻绕组的缝隙中嵌入形成双磁通回路的架空铁芯8，在磁铁4与架空铁芯8之间形成气隙27，形成两个磁感应强度为B的磁场。在所述后端盖10靠中心轴部位上设有通过压力弹簧19固定的多个均匀分布的电刷15，电刷15紧贴在绕组电枢2的表面相接触，形成能量输送。该结构省去了常规永磁直流电机独立的换向器。
在所述绕组电枢2与轴套7和轴压套23之间分别设有云母套17，通过紧固锁母22与轴套7螺纹链接，将绕组电枢2加以紧固，在所述云母套17的内外侧分别设有绝缘层，该绝缘层为耐高温的绝缘胶，实现轴套7、轴压套23与绕组电枢2部件之间的绝缘紧固。
在绕组电枢外部，通过耐高温绝缘漆完成绕组片间绝缘。所述绕组电枢2的每两个绕组的端部通过连接片9相互连接，在每个绕组的端部一侧和连接片9的内测分别设有相互配合的凸凹结构，使多个绕组连接成一体形成自锁结构。该结构采用焊接工艺，连接成回路。该结构能够在三万转/分离心力的作用下，使电机绕组不产生损坏。
以上的电机结构提供了一种轴向双磁路的永磁直流电动机。一改原有常规永磁电机转子铁芯中嵌入多组绕组的结构，形成散片梯形铁芯，并通过浸胶工艺固化，使该电机的槽满率接近100％，故本电动机转子使用的是无轭磁路，形成架空电枢绕组。在绕组中嵌入架空铁芯8，从而形成架空外磁路铁芯。该结构设有通过压力弹簧19固定的多个均匀分布的电刷15，电刷15紧贴在绕组电枢2的表面相接触，形成能量输送。电枢同换向器组合为一体，使电刷直接与绕组电枢相接触。同时，除去了常规电机的换向器部件，使电机省去了换向器的重量、减小了常规电机的体积。
本发明的轴向双磁路、双绕组合二为一电枢结构的工作原理说明如下：
如图4所示的磁力线为封闭的磁路。此电机采用轴向双磁路合二为一的组合，双绕组合二为一电枢的结构，在选择电机电负荷及磁负荷值时，可以使电负荷及磁负荷值巨增。
在设计该电机中考虑的问题主要有两个，一是考虑电机电流密度越小越好；二是考虑电枢与轴配合强度越大越好。从图4的磁路图中绕组电枢2可以看出，该电机设计中无转子轭部，这样磁路短，铁损耗就小。在图5的电枢结构中架空铁蕊8的长度设计只考虑绕组电枢的电流密度。这样设计中就要加大计算电枢与轴配合的强度，所以在设计该电机电枢的长度不是主要值，而在选择电磁负合电负荷及磁负荷值时也是很有余地的。
由于电机电枢是架空绕组，图4的磁路图中架空铁蕊8是被绕组电枢2的结构形成的架空铁蕊8，其槽满率接近100％，故电负荷及磁负荷值巨增。该电机是通过连接片9使多个绕组连接成一体形成自锁结构，实际上是一种自体风叶结构，并使该电机在体积小的情况下，达到散热快，具有热平衡稳定的特性。
本发明的双磁路大功率永磁直流电机是轴向双磁路电机，如图2所示，有两个气隙27，形成二个磁感应磁场，磁感应强度为4B。
本电机结构载流导体的电流方向与磁感应强度B不存在夹角的变化，有两个绕组合为一个电枢，有四个有效边。由于轴向磁感应强度B与载流导体电负荷是垂直方向不存在夹角，消除了本电机力矩的波动，形成了稳定的矩形波。
即：T＝4T＝4BIL sinθ＝1
B-磁感应强度I-电流L-导线有效长1-磁片高度r-磁弧有效高度到轴中心半径
如图6所示，为本电机如48V DC 5000W 3000r/min电机结构的效率曲线。
本设计电枢结构是采用铜带材料制成的单波绕组。
本发明的永磁直流电机结构以制作五千瓦直流电动机为例：从体积上讲，较目前国内外五千瓦直流电动机、发电机体积上要小四至五倍。从重量上讲，较国内外五千瓦直流电动机、发电机重量上要轻四至五倍。重量轻了自然节省了相当可观的原材料，有利于我国目前节能的大环境。例：目前国内外直流电机的价格计算是按1瓦1元人民币计算的，既5千瓦直流电动机需5000元人民币，而本结构产品的销售价格可以定在它的一半既可。在功率不变的情况上，该产品做到如此小的体积，在目前市场中开拓出多个使用领域。

Claims (3)

1、一种轴向双磁路大功率直流电动机，该电动机结构包括前端盖(1)，后端盖(10)及通过轴承固定在前后端盖上的中心轴(6)，其特征是：在所述中心轴(6)上通过轴压套(23)压紧的轴套(7)连接有多个绕组组成的绕组电枢(2)；通过紧固螺钉将磁轭(3)分别固定在所述前端盖(1)和后端盖(10)的内侧，在所述磁轭(3)上固定有相互对应的多块均匀分布的磁铁(4)；在绕组电枢(2)的相邻绕组的缝隙中嵌入形成双磁通回路的架空铁芯(8)，在磁铁(4)与架空铁芯(8)之间形成气隙(27)；在所述后端盖(10)靠中心轴部位上设有通过压力弹簧(19)固定的多个均匀分布的电刷(15)，电刷(15)紧贴在绕组电枢(2)的表面相接触。
2、根据权利要求1所述的轴向双磁路大功率直流电动机，其特征是：在所述绕组电枢(2)与轴套(7)和轴压套(23)之间分别设有云母套(17)，通过紧固锁母(22)与轴套(7)螺纹链接，将绕组电枢(2)加以紧固，在所述云母套(17)的内外侧分别设有绝缘层。
3、根据权利要求1所述的轴向双磁路大功率直流电动机，其特征是：所述绕组电枢(2)的每两个绕组的端部通过连接片(9)相互连接，在每个绕组的端部一侧和连接片(9)的内测分别设有相互配合的凸凹结构，使多个绕组连接成一体。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105048749A (zh) * 2015-07-29 2015-11-11 湖南德力科威科技有限公司 一种单组磁片轴向双磁路永磁直流电机
CN109677860A (zh) * 2019-02-23 2019-04-26 谢力 空中轨道列车轨道对接装置
US11462980B2 (en) 2020-05-26 2022-10-04 Jirong Lu Ducted double-magnetic-circuit coreless motor special for electric aircraft

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