CN1065161A - 带间极的直流电机 - Google Patents

Abstract

在直流电机中，包括：一定子2，沿其圆周以一预 定间距布置许多主极1以使极性交替排列；一电枢 3，以一预定气隙面对定子2布置并分布有电枢铁心 槽。电枢线圈3a—3d布置在电枢铁心槽中，电枢线 圈以程度为1.5的短距绕组以下述方式布置在电枢 铁心槽中：当一个电枢线圈的上线圈边实质上处于一 换向区中央，而该电枢线圈的下线圈边实质上处于另 一换向区的边缘，间极4布置在各主极1之间的中间 部位，间极4在其顶端中央有一凹槽4a，以得到令人 满意的换向。

Description

本发明涉及一种带间极的直流电机。

直流电机通常在其许多主极的各中间部分具有一间极。

间极的作用首先参照图3来说明。图3表示出直流电机的电枢线圈在其换向区中所感应出的电抗电压和速度电动势之间的关系。如图3所示，间极的开关被设计成使换向区中电枢线圈的电抗电压分布A与由间极磁通所感应出的速度电动势的分布B相重合从而相互抵销，这样使换向期间的换向器和电刷之间的电火花被抑制，以防止换向器和电刷被损坏并完成合乎需要的换向。

图4表示出一些传统的间极形状，其中图4（a）表示出一种具有平顶端的间极;图4（b）表示出一种具有阶梯顶端的间极;图4（c）表示出一种具有不对称顶端的间极;图4（d）表示出一种具有向顶端呈对称锥形的间极;及图4（e）表示出一种在顶端具有周向凸出部的间极。

例如，JP-A-58-19135（1983）公开了另一种传统的间极形状，其中在间极的顶端配置许多腔体以使一个铁块可装上和卸下，由此得到几种间极形状，从而使几种型式的直流电机获得合乎需要的换向。

在对本发明所要解决的问题进行说明之前，先说明一下直流电机中的电枢线圈的整距和短距绕组。对于具有4个主极和40槽的直流电机，具有线圈从第1槽跨到第10槽（40/4＝10）的电枢绕组叫做整距绕组，而具有线圈跨过的槽数少于该整距绕组的电枢绕组叫做短距绕组。例如，对于具有4个主极82槽的直流电机，其整距绕组跨过的槽数是82/4＝20.5，当如图5所示的电枢线圈从第1槽跨到第20槽S20时，其短距绕组程度为0.5，而当电枢线圈从第1槽跨到第19槽S19，短距绕组程度为1.5。具有整矩的绕组能获得最大的感应电动势，但其换向特性是不令人满意的。在另一方面，具有短距的绕组能获得令人满意的换向特性，因而通常都使用具有短距绕组的直流电机。本发明是关于一种带间极的直流电机，该间极具有程度为1.5的短距绕组。

然而，在具有如图4所示的间极形状和程度为1.5的短距绕组的直流电机中，一电枢线圈在换向期间是以这样的方式布置：放置在一个槽中的上线圈边实质上处于一个间极下的换向区的中央，而放置在另一个槽中的下线圈边实质上处于另一间极下的另一换向区的边缘，令人满意的换向不能完成。也就是说，在具有传统的间极形状和短距绕组程度为1.5的直流电机中，在换向区中的电枢线圈中的速度电动势呈现为图3中的分布C，该分布C比其中表示电抗电压的分布A高得多而不能完全抵消。

在上述的用小块铁心来确定间极形状的现有技术中，在小铁心块的调整工作中就要费时间而且是很困难的工作，其中直流电机的转子必须被移开一次用于小铁心块的调整，并且转子必须得再次插入以完成装配。进而，当其中构成小腔体的非磁性部件和小铁心块之间存在一小气隙时，从中通过的磁阻将增加从而大大地影响间极下的磁通分布，而使换向性能变坏。而且，有可能存在这样的缺点：在电枢旋转中由于振动而使装入小腔体中的小铁心块从腔体中掉落出来。

考虑到上述问题而完成本发明，本发明的一个目的是提供一种带间极的直流电机，以得到令人满意的换向。

上述目的这样实现：对于具有短距电枢绕组程度为1.5的直流电，在各间极的顶端上的中央处设置凹槽。

在上述情况下的间极上，在各间极下的磁通密度分布在其中央处被减小，以使速度电动势根据间极磁通而以这种方式减小：在换向区中的电枢线圈中的速度电动势分布同其中电抗电压（的分布）相重合，以使其能够相互抵消。

也就是说，间极和电枢之间的气隙在间极的中央开槽部分处增加了，从而增加了该处的磁阻，而使得间极下的磁通密度分布在上述中央部分减小。结果，磁通密度在换向区的端部降低了，同样，在此所感应的速度电动势也降低了，从而使速度电动势的分布同感应电压的分布相重合，以使能相互抵消并得到令人满意的换向，其中，无火花换向区的宽度增加了。进而，在本发明中，具有中央凹槽顶端的各间极由叠装钢片构成为一整体形式，而在具有许多用于小铁心块的腔体的传统间极中则会遇到问题。

图1是根据本发明的一个直流电机实施例的侧视横截面示图;

图2是图1所示的间极部分放大示图，其中省略了间极绕组;

图3是表示在换向区中电枢线圈中所感应的电抗电压和速度电动势之间关系的特性图;

图4（a），4（b），4（c），4（d）和4（e）分别是表示传统直流电机间极形状的正视图，其中，图4（a）是具有平顶端的;图4（b）是具有阶梯顶端的;图4（c）是具有不对称顶端的;图4（d）是具有向顶端锥形延伸的及图4（e）是在顶端具有一对周边凸起的;

图5是用于说明在直流电机中短距绕组程度的示意图，其中，本发明直接利用具有4主极82电枢槽的直流电机的例子。

本发明通过参照根据本发明的直流电机实施例而加以说明。

在图1和图2中，表示出根据本发明的实施例。直流电机包括：一定子2，该定子2具有以预定间距沿周围布置的主极1;一电枢3，该电枢3布置成通过一预定气隙面对定子。在电枢3中，图示的电枢线圈3a，3b，3c和3d以程度为1.5的短距绕组布置在电枢铁心槽中，其具有这样的方式：当电枢线圈的上线圈边在换向时间处于一换向区的中央，而该电枢线圈的下线圈边处于另一换向区的边缘。

为了简单起见，电枢线圈被表示成一层，然而实际上电枢线圈至少要布置成两层，其中电枢线圈的一个线圈边放置在电枢槽的顶部而电枢线圈的另一线圈边放置在另一电枢槽的底部。进而定子2在主极1之间的中间位置具有间极4，而主极1被布置成极性N和S交替排列。在这样构成的直流电机中，凹槽4a处于间极4顶端的中央，通过间极下的磁通密度分布在上述中央位置减小，而导致由间极磁通所感应的速度电动势也减小，则速度电动势的分布同电抗电压的分布相重合而使其能够相互抵消，由此，使具有间极4的直流电机获得了令人满意的换向。凹槽4a的深度和周围的延伸这样确定，使得由间极磁通在换向区中在电枢线圈中所感应的速度电动势分布实质上同在此的电抗电压分布相抵消。

也就是说，如图1所示，多个主极1以一预定的间距沿定子2的圆周以下述方式布置：主极1的极性N和S交替排列，间极4布置在各主极1之间，并通过一非磁性衬垫6固定到轭5上。非磁性衬垫6只允许在换向区中电枢绕组中的电流所对应的磁通通过间极4。主极1沿圆周具有许多槽，在此布置补偿绕组。补偿绕组具有与间极相同的作用，并抵消一部分没有被间极4抵消而剩余的由电枢反应导致的磁通，以进一步提高换向性能。上述元件由定子2的构成所包括。电枢3以一预定气隙面对上述定子2安置，而该电枢3沿圆周有许多槽，电枢绕组3a，3b，3c和3d嵌入这些槽中，当电流如所述那样在电枢绕组中流动时，电枢以箭头方向a旋转。

进而，在其顶端中央带有凹槽4a的上述实施例的间极4进一步设置一对从顶部沿圆周方向伸出的凸起，如图2所示。为什么设置这一对凸起的原因是：具有程度为1.5的短距电枢绕组的直流电机的换向区被扩大而长于具有程度小于1.5的短距电枢绕组或具有整距电枢绕组的直流电机的换向区，而使必须提供间极磁通的面积被扩展了。而为什么在间极顶端的中央设置凹槽4a的理由是：扩大间极中央与电枢表面之间的气隙，由此减小此处的磁通密度。结果，换向区两端的电枢线圈的速度电动势被降低，而获得了如图3所示的电枢线圈中的速度电动势的分布B，而该分布B与换向区中的电抗电压的分布A相重合，由此相互抵消从而得到令人满意的换向。

在根据上述实施例的具有程度为1.5的短距电枢绕组的直流电机中，电枢线圈以这种方式布置：当电枢线圈的上线圈边实质上处于一间极下的一换向区的中央位置时，该电枢线圈的下线圈边实质上处于另一间极下的另一换向区的边缘，间极顶端的中央部分被开槽以使由间极磁通在换向区中电枢线圈中所感应的速度电动热的分布同换向区中的电抗电压分布尤其是在其两端相重合，由此使其相互抵消，而得到令人满意的换向。

Claims (3)

1、一种直流电机包括：一定子，沿圆周以一预定间距布置许多主极；一电枢，以一预定气隙面对所述定子布置并在其上分布有电枢铁心槽而使电枢线圈布置在所述电枢铁心槽中，所述电枢线圈以程度为1.5的短距绕组按下述方式布置在所述电枢铁心槽中：当一个所述电枢线圈的上线圈边实质上处于一换向区中央位置时，该电枢线圈的下线圈边实质上处于另一换向区的边缘；和多个间极，放置在各主极之间的中间位置，而主极沿所述定子的圆周布置并使极性交替排列，其特征在于：所述间极在顶端的中央设置一凹槽。

2、根据权利要求1所述的直流电机，其特征在于：确定处于所述间极顶端中央的凹槽的形状以使由间极磁通在换向区中电枢线圈中感应的速度电动势同电枢线圈中所感应的电抗电压相抵消。

3、根据权利要求1所述的直流电机，其特征在于：所述间极进一步具有一对从顶端向圆周方向伸出的凸起。

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