CN101383553B

CN101383553B - 一种直流电动机

Info

Publication number: CN101383553B
Application number: CN 200810199143
Authority: CN
Inventors: 赖奕璋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-10-14
Filing date: 2008-10-14
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2028-10-14
Also published as: CN101383553A

Abstract

本发明公开了一种直流电动机，其由静止的定子和转动的转子构成，所述定子包括机座和设于机座内部的3个层层嵌套的圆管状极性永磁体，其中口径最大的外层永磁体套置在口径次之并用导磁体连接的两个口径相同的中间层上、下永磁体外，口径最小的内层永磁体套设在中间层上、下永磁体之内，中间层上、下永磁体之上对应包裹有两电枢壳，绕组附着于两电枢壳上，连接中间层上、下永磁体的导磁体也固定在电枢壳上，两电枢壳与同一根动力输出轴相连，所述绕组、电枢壳、导磁体以及动力输出轴组成电动机转子。本直流电动机不含易磨损、结构复杂的换向装置，故障率低，维护方便，可从根本上杜绝涡流的产生，在很大程度上降低直流电机高速运转时的热损耗，大幅度提高电机效率。

Description

一种直流电动机

技术领域

本发明涉及一种将电能转换成机械能的装置，具体到一种直流电动机。

背景技术

直流电机是电机的主要类型之一，广泛应用于燃料电池车、电动摩托车、起重机等需要快速、频繁地启动的领域。一台直流电机即可作为发电机使用，也可作为电动机使用，用作直流发电机可以得到直流电源，而作为直流电动机，由于其具有良好的调速性能，在许多调速性能要求较高的场合，仍得到广泛使用。

传统的直流电机转子转轴上的电枢绕组通电后在电磁力作用下，使得电枢绕组和电枢铁芯在定子磁场中转动，转动过程中转子切割磁力线会产生反电动势和交变电流，反电动势电流会阻碍转子转轴转动，而交变电流在电枢铁芯中会产生涡流损耗，另外，交变磁场反复磁化电枢铁芯会产生磁滞损耗，也会降低电动机的工作效率。若通过使用叠片铁心来减小涡流产生的热损耗，则会使电机成本提高。

中国专利200320129546.4《直流电动机》中所公开的直流电动机，在电动机转子轴向分隔的多个电枢铁芯，减少了电枢铁芯体积，使电枢铁芯涡流损耗和磁滞损耗减少，但是其构造复杂，制造成本相对高。而对于传统的有刷直流电机，其电刷易磨损，难维护；对于传统的无刷直流电机，则需要有复杂的换向电路才能工作，制造使用成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种不含换向装置的、故障率低维护方便并能大幅度提高电机效率的直流电动机。

为解决上述技术问题，实现本发明的技术方案是：

设计一种直流电动机，其由静止的定子和转动的转子构成，所述定子包括机座和设于机座内部的3个层层嵌套的圆管状极性永磁体，其中口径最大的外层永磁体套置在口径次之并用导磁体相接触形成整体的两个口径相同的中间层上、下永磁体外，口径最小的内层永磁体套设在中间层上、下永磁体之内，

中间层上、下永磁体之上对应包裹有两电枢壳，绕组附着于两电枢壳上，连接中间层上、下永磁体的导磁体也固定在电枢壳上，两电枢壳与同一根动力输出轴相连，所述绕组、电枢壳、导磁体以及动力输出轴组成电动机转子。

本发明与现有技术相比具有以下显著效果：

本直流电动机采用三层圆管状磁体层层嵌套的方式在其间隙中产生径向辐射状磁场，磁场中通有恒定电流的漆包线受安培力作用推动壳状电枢转动，通过动力输出轴向外输出动力。本直流电动机不含易磨损、结构复杂的换向装置，故障率低，维护方便。可从根本上杜绝涡流的产生，在很大程度上降低直流电机高速运转时的热损耗，大幅度提高电机效率。且在运行时绕组中各段导线总是垂直于磁感线，在启动和低转速状态下可以大扭矩输出动力。

附图说明

图1是本发明省略机座和绕组的立体结构图；

图2是本发明两电枢壳连接处的局部剖视示意图；

图3是本发明的电枢绕线图解；

图4是本发明的各极性永磁体零件的充磁方式简图；

图5是本发明的下半段横截面及其通电后的受力简图。

图示标记：

1：外层永磁体，2：内层永磁体，3、4：中间层上、下永磁体，5、6：中间层上、下永磁体之上对应包裹的两电枢壳，7：导磁体，8：动力输出轴，9：齿数为N₁的内齿轮，10：大齿轮齿数为N₃、小齿轮齿数为N₄的共轴齿轮，11：齿数为N₅的外齿轮，12：齿数为N₂的外齿轮，13：滚轮，14：漆包线。

图4中N代表N极，S代表S极；图5中白色箭头指示磁感线方向，黑色箭头指示受力方向，F代表大小为一个单位的安培力，“○”指示电流方向向纸外，“×”指示电流方向向纸内。

具体实施方式

下面结合附图通过实施例对本发明作进一步详述。

参见图1～4，本申请保护的直流电机采用永磁体励磁，使用4个平行于中轴线方向充磁的圆管状永磁体，其中2个圆管状的永磁体的高相等，厚度相等，内、外径不相等，外径大者设置在最外层为外层永磁体1，外径小者设置在最内层为内层永磁体2；另外采用2个高、内外径均相等的圆管状永磁体为中间层上、下永磁体3、4，用若干块磁导率极大的导磁体，如坡莫合金、硅钢，连接中间层上永磁体3和中间层下永磁体4。中间层上、下永磁体3、4外径比外层永磁体1的内径略小，内层永磁体2的外径比中间层上、下永磁体3、4内径略小，外层永磁体、中间层上、下永磁体以及内层永磁体三者的高相等。口径最大的外层永磁体1套置在口径次之并用导磁体7连接的两个口径相同的中间层上、下永磁体3、4外，口径最小的内层永磁体2套设在中间层上、下永磁体3、4之内。

三层永磁体层层嵌套形成电动机励磁永磁体，永磁体一底面的极性从外层到内层依次为N，S，N；另一底面的极性从外层到内层依次为S，N，S。由此，在外层永磁体内壁和中间层上、下永磁体外壁间以及中间层上、下永磁体内壁和内层永磁体外壁间形成了径向辐射状磁场。

用两个磁导率接近空气的材料，如铂、铜等，制成的两个电枢壳将中间层上、下永磁体3、4分别包住，中间层上、下永磁体之上对应包裹的两电枢壳5、6采用磁导率接近空气的材料制成，这样可以最大限度范围内减少电枢壳对径向辐射状磁场磁路的影响。详见图2，两电枢壳包裹的中间层上永磁体3和中间层下永磁体4通过设置在其间的多块导磁体7形成整体，多块导磁体7分别与中间层上、下永磁体外包裹的电枢壳固定连接在一起，导磁体与电枢壳之间可以采用粘结方式，也可以采用焊接的方式。每块导磁体上安装有转动轮71，可以使得导磁体在中间层上永磁体和中间层下永磁体之间的间隙中滑动。

在电枢壳体上借助于还轴承安装有多个滚轮13，安装在电枢壳上的滚轮与中间层上、下永磁体接触，两条漆包线14分别沿纵向在两个电枢壳上绕成线圈绕组。当电枢壳受力转动时，其通过滚轮13可以在外层永磁体和内层永磁体之间顺利转动，而与电枢壳连接在一起的多个导磁体也会跟随其在一起转动。

为了保持电枢壳沿着同一方向转动而不反转，本结构的电动机上还设置有齿轮组。其中，在中间层上永磁体3的S极顶端和中间层下永磁体4的N极顶端分别固定一个齿数为N₁的内齿轮9，也就是在中间层上、下永磁体相接处的另外两端分别固定一个齿数为N₁的内齿轮，齿数为N₁的内齿轮的外圆与中间层上、下永磁体内径相同；内层永磁体的上、下两底面上分别固定一个外圆比内层永磁体2外径小且齿数为N₂的外齿轮12，两电枢壳连接处的另外两端分别固定一个共轴齿轮10和一个齿数为N₅的外齿轮11，共轴齿轮10的大齿轮的齿数为N₃，小齿轮的齿数为N₄其中齿数为N₁的内齿轮9与齿数为N₃的大齿轮啮合，齿数为N₄的小齿轮与齿数为N₅的外齿轮11啮合，齿数为N₅的外齿轮11与齿数为N₂的外齿轮12啮合，且保证各个齿轮齿数比为N₃:N₄＝N₁:N₂，而对于齿数为N₅的外齿轮11的齿数无特殊要求。各个齿轮齿数比为N₃:N₄＝N₁:N₂，满足这个条件，齿轮组会起到使内层永磁体、中间层永磁体和外层永磁体总是保持相对静止的作用。为了减小对磁场磁路的影响，各个齿轮均采用磁导率小的材料制造。本直流电动机上设计齿轮组的作用在于，防止使转子转动的安培力的反作用力使电枢壳反转，保证外层永磁体、内层永磁体以及中间层上、下永磁体保持相对静止，以防止一部分电能转换成中间层上、下永磁体的动能无法向外输出而浪费掉。

3个层层嵌套的圆管状极性永磁体固定在机座上，套置在中间层上、下永磁体上的电枢壳与动力输出轴连接。线圈绕组通电后，绕组、电枢壳、连接中间层上、下永磁体的导磁体以及动力输出轴组成的系统作为转子，外层永磁体1、内层永磁体2和中间层上、下永磁体组成的系统作为定子。两条漆包线通电的方向视绕线方向而定，需确保通电后受安培力方向一致。电流通过每段绕在电枢壳上的漆包线，方向总垂直于径向辐射状磁场，每段漆包线均受沿电枢壳弧面切线方向的安培力，电枢壳受力简图参见图5，电枢壳外的线圈绕组通电后，电枢壳受力旋转，电枢壳旋转通过动力输出轴向外输出动力。

Claims

1.一种直流电动机，由静止的定子和转动的转子构成，其特征在于：所述定子包括机座和设于机座内部的3个层层嵌套的圆管状极性永磁体，其中口径最大的外层永磁体(1)套置在口径次之并用导磁体(7)相接触形成整体的两个口径相同的中间层上、下永磁体(3)(4)外，口径最小的内层永磁体(2)套设在中间层上、下永磁体(3)(4)之内，

中间层上、下永磁体(3)(4)之上对应包裹有两电枢壳，绕组附着于两电枢壳上，连接中间层上、下永磁体的导磁体也固定在电枢壳上，两电枢壳与同一根动力输出轴(8)相连，所述绕组、电枢壳、导磁体以及动力输出轴组成电动机转子，

所述的导磁体(7)设置在中间层上、下永磁体(3)(4)之间的间隙中，导磁体仅与中间层上、下永磁体(3)(4)之上对应包裹的两电枢壳(5)(6)相连接。

2.根据权利要求1所述的直流电动机，其特征在于：所述导磁体上还是设置有转动轮(71)。

3.根据权利要求2所述的直流电动机，其特征在于：所述中间层上、下永磁体相接处的另外两端分别固定一个外圆与中间层上、下永磁体内径相同且齿数为N₁的内齿轮(9)，内层永磁体的上下两底面上分别固定一个外圆比内层永磁体外径小且齿数为N₂的外齿轮(12)，两电枢壳连接处的另外两端分别固定一个齿数为N₃的大齿轮及齿数为N₄的小齿轮的共轴齿轮(10)和一个齿数为N₅的外齿轮(11)，其中齿数为N₁的内齿轮与齿数为N₃的大齿轮啮合，齿数为N₄的小齿轮与齿数为N₅的外齿轮啮合，齿数为N₅的外齿轮与齿数为N₂的外齿轮啮合，且N₃∶N₄＝N₁∶N₂。

4.根据权利要求3所述的直流电动机，其特征在于：所述电枢壳体上借助于轴承安装有滚轮，便于电枢壳通过滚轮在外层永磁体和内层永磁体之间转动。