CN1092216A - 多磁极直流电动机 - Google Patents

Abstract

一种具有支撑在磁极板之间的一个或多个电枢 的直流电动机，它具有成对的磁极块，该磁极块在相 应于电枢外周的径向相对位置上，并在邻近于电枢外 周的极板之间延伸，所述电动机由直流经一个或多个 配置在磁极板之间，并与其连接的铁心线圈提供能 量。导线和电流开关将直流电源与线圈和电枢连通， 用以对电枢进行选择运行，并提供一最小电耗的选定 转矩。

Description

本发明涉及直流电动机，尤其涉及多电枢电动机，该电动机具有插入平行极片之间的线圈或磁铁，以形成用以对电枢进行励磁的多个磁极。

传统的直流电动机一般包含一轴颈支承其电枢的壳体，及该壳体包含的分段励磁线圈或定子绕组，该壳体基本上包围着电枢，从而提供了一个对电枢励磁的磁路。

在这类结构中，每组定子或励磁线圈仅控制一个电枢，其结果是所建立的各种电路利用率低，于是不能充分利用由直流电通过插入可磁化极片间的线圈所建立的磁路。

按照本发明，设置在极片磁力线之间并由其控制操作的电枢的数量几乎不受限制，该磁力线由一个单独的直流电源驱动的一个或多个线圈产生。

最相关的专利分别是1980年9月9日授于我的美国专利No.4，221，984”多转子直流磁电动机的定子”以及1982年2月16日授于我的美国专利No.4，316，099和No.4，316，109”直流电动机的永磁定子”和“多转子直流磁电动机的定子”。

我的专利No.4，221，984虽揭示了本发明的某些电动机特征，但没有揭示如本发明所揭示的下列特征和优点，即在极片两端的相同极性的磁通沿电枢纵向延伸以获得与输入电流强度的有效利用有关的各电枢所需转矩和速度。

上面提及的其它两个专利（No.4，316，099和No.4，316，109）揭示了本发明的基本特征之一，即，各极片弧度大小与各电枢嵌线法（Winding    Span）有关，且每个专利揭示了特殊用途的同轴电枢旋转电动机。

通过将电枢设于平行相对极板和极片之间，用在极板之间延伸的永久磁铁或缠在极板之间延伸的铁心上的线圈进行磁化和用一直流电源供电构成直流电动机。

垂直且连接于各极板的细长构件在各电枢的径向相对的位置上形成相反磁极的极片对。

相同极性的磁通加到在每个电枢中纵向延伸的极片的两端，以便获得与输入电流强度的有效利用有关的各电枢所需的转矩和速度。

导线和基本上是常规的电气控制将直流电源连接于线圈和电枢。

图1是电动机壳体顶盖被打开时两电枢直流电动机一实施例的俯视图;

图2是图1的左视图;

图3是图1的前视图;

图4是沿图1沿线4-4的垂直剖视图;

图5是分解后的电动机磁极板和极片的立体图;

图6是图5组件一侧上其自身的N极和S极磁极板的立体图;

图7是一接线图;

图8与图5相类似，用来表明扩张极板面积和放置附加电枢一种方法;

图9与图1相类似，用来表明一单个电枢直流电动机;

图10是沿图9线10-10的垂直剖视图;

图11是直流电动机的另一实施例的俯视图;

图12是图11的正视图;

图13是图11自身磁极框架的立体图;

图14是图13的分解立体图;

图15是接线图。

请详细参看图1-6，标号10表示了具有本发明的多个对置磁极板和片（块）的双电枢直流电动机部件的一实施例。

电动机10包括一对平板状空间隔开的可磁化的极板12和14，它们两端中间用一预定长度的矩形铁心16（图4）互连。

一对导线18和19（图7）从两侧围绕线圈铁心16卷绕形成线圈（图4），从该线圈的一端看（图4），该线圈基本上是矩形，为此下面进行更详细的说明。

很显然，单根或多根（最好为偶数）相同或不同规格的导线可同时缠绕在线圈铁心的侧面使极板和极片（块）对于电枢速度控制的所选择的磁通密度或极性达到磁饱和状态。这一特征基本上消除了在控制电路中必须接电阻的要求。

当用直流电压励磁时，按这里的解释，线圈20分别产生板12和14的北极N和南极S的磁极。如图6最清楚地表示出，北极N极板12通常为分别具有顶和底边22和24，和分别具有端表面26和28的直角结构。

在板12的各端部中形成一对直径相等的开口，且板12的对角线相对的角部分被除掉，各留下圆弧30和32，它们限定了开口稍大于180°的剩余部分。

除掉板12的对角线相对角部分的目的在于在极板的每端将磁通分开和减少其中和支撑在各圆弧中的电枢中产生的热。

另一磁极板14在外观和尺寸上与极板12相同，在两板用线圈20中的铁心16相连之前，其位置只是与极板12所显示的位置简单地颠倒一下。当用线圈铁心16连接时，极板12和14中的各圆弧30-31和32-33它们是轴向对齐的。选定长度的两对杆件34-35和36-37形成相反极性的极块，它们在N极和S极的极板之间延伸并分别使它们的端部与N极和S极极板相连，如这里所示，N极和S极围绕在圆弧32-33直径对称地配置。

同样，两对基本上相同的磁极块38-39和40-41在N极和S极极板之间延伸并分别以它们的端部连接N极和S极，N极和S极在圆弧30-31周围直径对称地配置。

为了支撑S极的极块34的端部，朝圆弧32相对区域突出一个L形平板S极极板42（图6），它位于N极板12的平面中并有它的脚44，该脚44向极板12伸出，与圆弧32相结合用于连接S极极块34的相邻端。一线圈铁心46由单根导线缠绕它构成线圈47，它与L形极板42的腿部48相连，以便L形板42形成S极。腿48的上端部可磁导通地与平行于极板12和42的共同平面的细长水平臂50相连，但是通过一分隔片50将磁路隔开地插入臂50和腿48之间。N极极块37上、邻近极板12的端部的上表面被切去一部分，如54所示，以便极臂50可以垂直隔开关系架设在极块37上，并与S极极块35的、与N极板12相邻的端部连接。

一成对物之一的L形S极极块56和极块臂58当沿纵向在极臂50的纵轴方向中倒转过来时，与L形极板42和它的臂50构成相同，它如图6所示配置在极板12的另一端或右端部分，以便为了与S极极块38相邻端相连，脚部分60同样与圆弧30相对配置。

一第三线圈铁心62同样由单根导线绕其缠绕构成线圈63，它与L形极板56的腿64相连构成S极。同样，极臂58由隔片66与腿64隔开，且与极板12的有关边缘部分平行突出延伸，同样以下面支承的关系跨越N极极块41的邻接端，且在其与腿64相反的端部与S极极块39的端部相连。

同样，L形极板43当沿横向翻转时与极板42相同，它组合配置在S极极板14的端部与极板42的位置相对，同样有它的腿49与线圈铁心46的另一端相连形成N极，用它的脚部支撑着N极极块37的相邻端，而它的臂51同样跨越连接S极极块34的端部的S极板，并与N极极块36的端部相连。

同样，L形极板57和臂59当从图6位置处横向翻转时与L形极板56和臂58相同，与S极板14的左端部分相邻配置，同样以它的腿部65与线圈铁心62的另一端相连构成N极极板，用它的脚部61与N极极块41的相邻端部连接并对其进行支撑。同样，腿59架设在S极极块38的邻接端部并坚固到N极极块40的相邻端部上。每一磁极块34、37、38和41确定切掉或去掉的区域的表面最好用一层非导磁材料涂复，这里没有图示，其原因是显而易见的。

于是，可以看到，线圈20、47和63的N极分别与N极板12、43和57相连，而横向极块对36-37和40-41在各端接收单极磁通，按照这里的说明，它们构成与配置在圆弧30-31和32-33中的电枢相关的直径上相对的N极极块。同样，线圈20、47、63的S极与S极极板14、42和56相连，并将来自各S极极板的磁通集中到横向S极极块对34-35和38-39的两端中。

为了坚固、稳定，非磁性隔垫67和非磁性螺钉（这里未图示）用来将N极极块36和40的端部连接到S极极板14，同样，将S极极块35和39的端部连接到N极极板12。

一对电动机电枢70和72在各N极和S极极板之间延伸，并与极板12和14的各端中的圆弧轴向对齐。图4显示最清楚，极块径向相对的34-35、36-37、38-39和40-41各极块有一个纵向外周部分，在其上磨削出半径稍大于各电枢半径的凹弧，各磁极对的每个极块有一个至少等于各电枢70和72的绕组跨度一半的横向宽度。

于是，磁极对的各磁极块的各圆弧74至少等于一个7跨度电枢的3 1/2 跨度的圆弧开度。

各电枢的外周与弧形切槽74之间的较佳径向间隔为0.020″，±0.005″（0.051cm±0.103cm）。

一壳体壁76开口并设有轴承（图中未显示），该壁76与极板12平行隔开设置，并通过多个非导磁隔垫78与其连接，与皮带轮80和82相连的电枢轴的驱动端形成轴颈。

同样，一个相对的壳体侧壁84也带有开口并设有轴承，未图示，与电枢轴的整流器的端部构成轴颈，该侧壁84通过非导磁隔垫86与S极极板14相连。壳体顶和底壁77和85（图3和图4）防护电枢和中心线圈20。

电枢端板88和90可调节地与壳体侧壁84相连，它们用以支撑安装在各电枢整流器上的电刷对92和94。

多根导线96（图3和7）通过一通/断开关和电路控制器（未图示）将电池B电位并联连到各线圈和电枢整流器。

接着参看图8，由线圈20产生的磁通可用来驱动附加电枢或电枢，未图示，这种驱动是通过在线圈20各端位置上的极板12和14的各顶表面上整体安装一直角板进行的。这些板同样也带有开口用来安装一附加电枢，并去掉各极板112和114对角线上的角部并用各非导磁的角部来替代。这些附加或延伸的磁极板112和114同样支撑着径向相对的圆柱形横向N极和S极的磁极对，如上所述，它们用于电枢70和72。

同样，电机10可在纵向上扩张，从任一端在L形极板56的脚部上安装一类同的直角极板112′，并在纵向中延伸它的腿部形成一圆弧130，于是，形成L形极块56的扩张部分，标为56′。

一L形极块和臂42′和50′与L形极板42和臂50呈对称结构，然后，以纵向隔开的方式从圆弧130伸出用以安装附加电枢（未图示）和第四线圈铁心和线圈163。L形S极极块57′同样被修改用以安装直角的垂直平面极块114′，且它的延伸的腿部上有一个圆弧131。

极块43的对称结构标以43’，它与圆弧131相邻，与极板12和14的配置如上所述。同样，径向相对的N极和S极极块对在平面极板112’、114’之间延伸，且平面表面包围着圆弧130和131。

在电动机10工作时，导线96（图7）将电池B的电位经线圈47、20和63并经各电枢70和72的整流器接地。于是，各线圈形成极板12-14、42-43和56-57的N极和S极。

极板配置得使极块对34-35、36-37、38-39的40-41的各杆状磁极块在它们的各个端上与相同极性的极板相连，以便将相同极性的磁通集中于杆状磁极块的中心部分和各电枢的中心部分，于是构成一个低电流强度的直流拖动和较高转矩的电动机。

现在来看图9和10，显而易见，通过在平行空间隔开其中心开口的极块（片）12’和14′之间安装一个类同的标以72′的电枢，将标以47′和63′的类同金属铁心线圈安设于平面极板12′和14′的各端部之间就构成一个类同的强有力的单电枢电动机。同样，圆柱磁极对34′-35′和36′-37′横置于极板12′和14′之间，以周围等间隔隔开方式围绕着电枢的周围，且每个N极块34′-35′的一端与N极极板12′磁连通，而在它们的另一端用非磁性隔垫67′与S极极板14′隔开。同样，S极极块36′-37′的S极端与S极极板14′磁连通，同样，它们与N极极板12′磁隔开。

在该实施例中，线圈47′和63′的N磁极端用一单独板连在一起。同样，每个线圈的S极极端与S极极板14′相连。于是，磁通集中于各极板12′和14′的端部，并通过成对的极块34′-35′和36′-37′使磁通集中于电枢72′直径相对位置上。

现在更详细地参看图11-15，标号210表示一个整体上为圆柱形的两电枢直流电动机部件。电枢支撑框架212（图13）由大致为半圆形平板叠置而成，其中各对板如这里所述分别构成N极和S极。

各对板的每块板以阶梯式直径边相对方式偏离另一块板（图14）。基本上直角形的金属线圈铁心218和220径向相对配置，分别在板215、216和214、217之间延伸。一根或多根导线222缠绕在各线圈铁心上构成一对线圈224和226。

当组装时（图11和13），每个半圆板214、216和215、217的空间隔开的相对径向边表面在中心呈圆弧曲线228，在电枢框架212中它们形成了一中央圆柱形开口。同样，各对极板的各半圆极板的径向朝外相对边为圆弧曲线230和232以此形成了一对圆形开口通过电枢框架212延伸，它们分别用于安装一对电枢234和236（图12）。

一对大体成圆柱形N极磁极块238和239和一对S极磁极块240和241径向相对在叠合的板极之间延伸，且各对分别与N极磁极板214-215和S极磁极板216-217相连，并相邻于电枢234的周围。同样，第二对圆柱形N极磁极242和243和S极244和245径向相对在叠合板之间延伸，且各对分别与N极磁极板214-215和S极极板216-217相连，并相邻于电枢236周围。

成对的N极极板臂246-247和248-249朝着相对的S极极板伸出，分别支撑着N极极块239和243的上端和极块238和242的相应端部。同样，成对的S极极板臂250-251和252-253朝相对的N极极板伸出，分别支撑着极块241和240的上端部和分别支撑着极块245和244的对应的端部分。

各圆柱形极块240-245的外圆周上邻近各电枢234和236的地方构成横断面为凹弧形254。该弧形宽度至少等于各电枢234和236的绕距的一半。

例如，如果各电枢的绕距（Winding span）为7时，则各极块的凹弧254的宽度至少为7绕距电枢的3 1/2 绕距，以便为这里所述在操作期间降低各电枢的反电势。

电枢234和236的驱动轴端部连接驱动皮带轮256和258，且通过设于壳体板260和262上的轴承对其轴颈支撑，这些壳体板固定于包围着各电枢开口230和232的极板上。

同样，设有电刷的整流器和设于壳体板264和266的轴承可运行地支撑着各电枢234和236的整流器轴端部。

在电动机212运行中，导线268（图15）经一通/断开关270将电池B的电位接到线圈和电枢电刷。通过线圈224的电流方向与线圈226的相反。例如，如图中所示，线圈224的上端部形成S极，而它的对应端部形成N极，反之，线圈226的上端部形成N极而它的对应端部形成S极，作为N极和S极分别对各相同的极板214-215和216-217进行励磁。

各极块对242-243-244-245、238-239和240-241，同样在各端与相同极性的极板相连，以便两对极块径向相对地纵向配置于各电枢234和236的周围附近。

显而易见，如果需要，永久磁铁可插入各自极板之间，用以替换所述线圈。

本发明的各种电动机特别适用于使用电池作电能存贮的静态或动态设备提供旋转驱动力，并使环境污染最小。

Claims (3)

1、一种直流电动机部件，它包含：配置在相对平行空间隔开的平面中的多对可磁化的金属构件(12′、14′)；磁场产生装置，它包含横向配置在所述金属构件对之间并与之相连的磁构件(47′、63′)，用以构成同样的多对极性相反的磁极板，其中在空间分开的平面的各平面中的相邻极板的极性是相反的；所述磁构件具有邻近相对极板(12′、14′)中心相对的端表面的相对端表面，并具有垂直于所述极板各平面的相对平面侧表面；一电枢(72′)具有一预定绕距可运行地横向配置在所述极板之间；相对成对的杆构件(34′-35′、36′-37′)在同极性的相对极板之间横向延伸，并在它们的各端与同极性的相对极板连接，使磁通集中并构成通路，并以指状方式围绕所述电枢的周围，构成相对成对的极性相同的磁极块，一对极块的极性与相对对的极块的极性相反，且各对极块中的每个极块相对于电枢和各对极块中的另一极块相邻，并成径向相对分布，各对极块中的每个极块具有面对电枢(72′)外周面的共同延伸的凹槽(74)，并在半径上与电枢的半径形成互补，从而在电枢的外周部分和在各所述极块对的极块中形成的凹槽的表面之间构成一个细小的空气隙，每个极块对极块的各凹槽的宽度至少为电枢绕距的一半；包含用于支撑所述电枢在所述多个极板之间运转的轴承的壳体装置(76、84)；直流电压电源B；和包含将直流电位经所述电枢(72′)接地的开关装置(98)和导线(96)的电路，该电路利用相同极性的磁通效应从相对的极板经所述极块对的各极块以径向相对方式作用于电枢。

2、一种直流电动机部件，它包含：配置在相对平行、空间隔开的平面中的多对可磁化的金属构件（12，14）;为了构成相反极性的磁极板对，在所述构件之间并径向相对与之连接的线圈装置（20，47，63），其中在空间分开的平面的各平面中的相邻极板的极性是相反的，每个所述线圈装置包含：一矩形线圈铁心（16、46、62），它具有与所述磁极板的相对表面邻接的相反的端表面，并具有分别垂直于所述相对表面的平面的相对的平面侧表面，至少一根导线围绕所述线圈铁心（16、46、62），构成相同的多个线圈磁通，形成配置在相同的多个相互垂直并垂直于所述极板对的每个极板的邻接相对表面的平面中的基本上平的表面;第一和第二电枢（70、72）的每一个具有预定的绕距设在相邻线圈之间，并可运行地横向配置在所述极板的配合对之间;相对成对的杆构件（34-35、36-37;38-39、40-41）在同极性的相对极板之间横向延伸，并在它们的各端与同极性的相对极板连接，使磁通集中并构成一通路，并以指状方式围绕所述电枢的周围，构成相对成对的极性相同的磁极块，一对极块的极性与相对成对的极块的极性相反，且各对极块中的每个极块相对于电枢和各对极块中的另一极块相邻并成径向相对分布，各对极块中的每个极块具有面对每个电枢外周面的共同延伸的凹槽（74），并在半径上与电枢的半径形成互补，从而在电枢的外周部分和在各所述极块对的极块中形成的凹槽的表面之间构成一个细小的空气隙，每个极块对极块的各凹槽的宽度至少为电枢绕距的一半;包含用于支撑所述电枢在所述多个极板之间运转的轴承的壳体装置（76、84）;直流电压电源B;和包含将直流电位经所述电枢（70、72）接地的开关装置（98）和导线（96）的电路，该电路利用相同极性的磁通效应从相对的极板经所述极块对的各极块以径向相对方式作用于电枢。

3、一种直流电动机部件，它包含：共轴隔开叠合配置，相对成对的半圆形平面，可磁化的金属构件（214-215;216-217），所述构件对的每个构件具有一个径向边表面，它以闭合隔开方式与该径向边表面相对配置在一极性相反的半圆形构件上;在构成相反极性的半圆形磁极板对（214、217-215-216）的所述构件之间并与之成径向相对连接的线圈装置（224，226），每个所述线圈装置包含：一矩形线圈铁心（218、220），它具有与所述磁极板的相对表面邻接的相对的端表面，并具有分别垂直于所相对表面平面的相向的侧表平面，至少一根导线缠绕所述线圈铁心，构成相同的多个线圈磁通形成配置在相同的多个相互垂直、并垂直于所述极板对的每个极板的邻接相对表平面的基本上平的表面;第一和第二电枢（234、236）的每一个具有预定的绕距，可运行地径向相对横向配置在所述半圆形极板的叠合对之间;相对成对的杆构件（238-239、240-241;242-243、244-245）在同极性的相对极板之间延伸并在它们的各端与该同极性的相对极板成对连接，使磁通集中并构成通路，并以指状方式围绕所述电枢的周围构成相对成对的极性相同的磁极块，一对极块的极性与相对对的极块的极性相反，且各对极块中的每个极块相对于各电枢和各对极块中的另一极块相邻并成径向相对分布，各对极块中的每个极块具有面对每个电枢外周面的共同延伸的凹槽（254），并在半径上与电枢的半径形成互补，从而在电枢的外周部分和在各所述极块对的极块中形成的凹槽的表面之间构成一个细小的空气隙，每个极块对的极块的各凹槽的宽度至少为电枢绕距的一半;非导磁壳体装置（260、262、264、266），它包含在所述极块对之间支承所述电枢的轴承;一直流电压源13;主要电路，它包含：以串联方式分别将直流电位通过一个所述电枢和一邻近的所述线圈接地的并联原导线（268），用以产生磁通效应，从所述极块对的各极块的相反方向和径向相对方式作用于各电枢;以及电流开关装置，它包括插入所述原导线中的第一开关装置（270）。

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