CN109347293A - 一种点火线圈式直流电动机 - Google Patents

一种点火线圈式直流电动机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种点火线圈式直流电动机，用以解决现有技术中直流电动机因转子和定子结构限制以及线圈换向而导致耗电较大、扭矩较小及转换效率较低的技术问题。包括：转子，包括：转动轴；分电轮；电枢铁芯，均匀侧立设置在转动轴上；初级绕组，输入端与对应的分电轮连接后，分别从两个相邻电枢铁芯开始缠绕，之后分别连接到相间隔的电枢铁芯上缠绕，直到所有电枢铁芯都被缠绕，输出端与相对应的分电轮连接；次级绕组，输入端输出端与分电轮连接，缠绕路线与初级绕组相反；定子，包括：定子磁铁，呈双列侧立状均匀围绕转动轴安装；与现有技术相比，本发明在无磁阻运转的同时可对负载充电，增大了扭矩，提高了转换效率。

Description

一种点火线圈式直流电动机
技术领域
本发明属于电动机械技术领域，尤其涉及一种点火线圈式无磁阻直流电动机。
背景技术
现有直流电动机的定子多为圆桶形，转子多为圆柱形，且均采用一组线圈，绕组顺轴向缠绕，运行过程中，线圈需要换向电动机才能持续转动，因此，特定的结构及线圈换向导致电动机的漏磁较多、磁阻较大、电磁利用率较低，进而导致电动机耗电较大、扭矩较小、转换效率低。
发明内容
为解决现有技术中直流电动机因转子和定子结构限制以及线圈换向而导致耗电较大、扭矩较小及转换效率较低的技术问题，本发明提供一种点火线圈式直流电动机。
为解决上述问题，本发明提供的点火线圈式直流电动机，包括：机座、固定架、转子、定子及输入端子；固定架设置在机座上，转子及定子均设置在固定架上；
其中，转子，包括：转动轴，两端通过轴承转动设置在固定架上；4个电枢铁芯，通过不导磁材料均匀侧立围绕设置在转动轴上；
本发明电枢铁芯的排列方式，可以减少电枢铁芯的无效体积，增加铁芯的有效工作面积，增强了动力性。
分电轮，固定设置在转动轴上，包括：第一分电轮、第二分电轮、第三分电轮，均在圆周方向上配置有多个分电轮片；第一分电轮和第二分电轮的分电轮片，被均分成4组分电轮片组，同一组的分电轮片通过导线连接成相同电位；相互间隔的分电轮片组通过导线连接成相同电位；第一分电轮的4组分电轮片组与第二分电轮的4组分电轮片组沿转动轴轴向位置相对应；第三分电轮的分电轮片设置为同一电位；
线圈，包括：初级绕组，两个输入端分别与第一分电轮的两组相邻分电轮片组连接后，分别从两个相邻电枢铁芯上开始缠绕，之后分别连接到相间隔的电枢铁芯上继续缠绕，直到所有的电枢铁芯都被缠绕，两个输出端均与第三分电轮连接；
次级绕组，两个输入端分别与第二分电轮的两组相邻分电轮片组连接后，分别从初级绕组开始缠绕的两个电枢铁芯相对的电枢铁芯开始缠绕，之后分别连接到相间隔的电枢铁芯上继续缠绕，直到所有的电枢铁芯都被缠绕，两个输出端均与第三分电轮连接；
初级绕组输入端开始缠绕的电枢铁芯与次级绕组输入端开始缠绕的电枢铁芯位置相对，使初级绕组与次级绕组中的电流方向相异；
采用分电轮取代原有电动机的换向器，电动机初级线圈接通电源后依次送电，电动机即可在脉冲状态下运转，去除了换向消耗的电能，提高了转换效率。
初级线圈和次级线圈同时接通电源，依次送电，即可实现电动机的无磁阻运转，提高转换效率。
定子，包括：定子磁铁，由4*2个永磁铁组成，呈双列侧立状均匀围绕转动轴安装，两列定子磁铁沿转动轴轴向分列于电枢铁芯两侧；两列定子磁铁上相对的永磁铁磁极相异；每列定子磁铁上相邻的永磁铁磁极相异；碳刷，包括：第一碳刷、第二碳刷、第三碳刷，分别与第一分电轮、第二分电轮、第三分电轮滑动接触；第一碳刷和第二碳刷安装角度相垂直；
通过将定子磁铁呈双列侧立状均匀围绕转动轴安装，同时电枢铁芯均匀侧立围绕设置在转动轴上，并与初级绕组与次级绕组相配合，与现有技术中定子设为圆桶形，转子为圆柱形，且采用一组线圈的技术相比，本发明增加了定子磁铁与电枢铁芯的有效工作截面积，减少了电枢铁芯的无效体积，降低了磁阻，进而增大了扭矩，降低了电耗，提高了转换效率。
输入端子，包括：第一输入端子、第二输入端子及第三输入端子，分别与第一碳刷、第二碳刷及第三碳刷电连接；第一输入端子、第三输入端子分别与外界电源的正负极连接，形成直流电动机的供电回路；第二输入端子、第三输入端子分别与可充电负载的正负极相连，形成充电回路。
因第一碳刷和第二碳刷的安装角度相垂直，随着转动轴的运转，初级线圈和次级线圈的电连通状态相互交替；因此，供电回路接通12V直流电源时，电动机的初级线圈接通电源并依次送电，电动机在脉冲状态下运转，同时，初级线圈产生强磁场，运转一定角度后，初级线圈断电，初级线圈产生的强磁场迅速衰减，次级线圈感应出相应的电压和电流，充电回路通过次级线圈接通可充电负载，次级线圈输出电能，因输出电能的电流是脉冲电流，因此可直接给可充电负载充电。本发明的电路采用正极断电方法。
初级线圈与次级线圈的匝数比根据设计需要确定。
较佳地，第一分电轮、第二分电轮沿转动轴轴向设置在电枢铁芯一侧，第三分电轮沿转动轴轴向设置在电枢铁芯另一侧。
较佳地，所述电枢铁芯及永磁铁，均呈扇形。
较佳地，所述电枢铁芯，设置在转动轴轴向中心部位。
较佳地，所述定子，还包括：第一刷握、第二刷握、第三刷握、第一弹簧、第二弹簧及第三弹簧，均固定设置在固定架上；所述第一碳刷、第二碳刷及第三碳刷分别固定设置在第一刷握、第二刷握及第三刷握内；第一弹簧、第二弹簧及第三弹簧将第一碳刷、第二碳刷及第三碳刷分别压紧在第一分电轮、第二分电轮及第三分电轮上。
较佳地，所述固定架，包括：第一轴承架、第二轴承架，分别固定设置在机座两端，其上分别设置轴承；转动轴通过轴承设置在第一轴承架及第二轴承架上；第一磁铁架，第二磁铁架，沿转动轴轴向分列在电枢铁芯两侧，其上分别固定两列定子磁铁；第一碳刷架及第二碳刷架，依次固定设置在第一磁铁架外侧，第三碳刷架，固定设置在第二磁铁架外侧。
本发明有益效果包括：
与现有技术相比，本发明提供的点火线圈式直流电动机，通过将定子磁铁呈双列侧立状均匀围绕转动轴安装，同时电枢铁芯均匀侧立围绕设置在转动轴上，增加了定子磁铁与电枢铁芯的有效工作截面积，减少了电枢铁芯的无效体积，并采用分电轮，配合所设置的初级绕组与次级绕组，去除了原有电动机换向过程中的消耗，使电动机在脉冲状态下无磁阻运转，同时对可充电负载进行充电，增大了扭矩，提高了转换效率。
附图说明
在附图中：
图1为本发明具体实施例的整体结构示意图；
图2为本发明具体实施例的上视图；
图3为本发明的电路部分连接关系示意图。
附图标记说明：1机座；20第一轴承架；21第二轴承架；22第一磁铁架；23第二磁铁架；24第一碳刷架；25第二碳刷架；26第三碳刷架；30转动轴；31电枢铁芯；320第一分电轮；321第二分电轮；322第三分电轮；330初级绕组；331次级绕组；40定子磁铁；410第一碳刷；411第二碳刷；412第三碳刷；50第一输入端子；51第二输入端子；52第三输入端子；6工作电源；7可充电负载。
具体实施方式
下面结合附图，用具体实施例对本发明进行详细描述。
参阅图1、2及3所示，本发明实施例提供的点火线圈式直流电动机，包括：机座1、固定架、转子、定子、输入端子；固定架设置在机座上，转子及定子均设置在固定架上；
其中，转子，包括：转动轴30，两端通过轴承转动设置在固定架上；4个电枢铁芯31，通过不导磁材料均匀侧立围绕设置在转动轴30上；
分电轮，固定设置在转动轴30上，包括：第一分电轮320、第二分电轮321、第三分电轮322，均在圆周方向上配置有多个分电轮片；第一分电轮320和第二分电轮321的分电轮片，被均分成4组分电轮片组，同一组的分电轮片通过导线连接成相同电位；相互间隔的分电轮片组通过导线连接成相同电位；第一分电轮320的4组分电轮片组与第二分电轮321的4组分电轮片组沿转动轴轴向位置相对应；第三分电轮322的分电轮片设置为同一电位；
线圈，包括：初级绕组331，两个输入端分别与第一分电轮320的两组相邻分电轮片组连接后，分别从两个相邻电枢铁芯31上开始缠绕，之后分别连接到相间隔的电枢铁芯31上继续缠绕，直到所有的电枢铁芯31都被缠绕，两个输出端均与第三分电轮322连接；
次级绕组331，两个输入端分别与第二分电轮321的两组相邻分电轮片组连接后，分别从初级绕组开始缠绕的两个电枢铁芯31相对的电枢铁芯31开始缠绕，之后分别连接到相间隔的电枢铁芯31上继续缠绕，直到所有的电枢铁芯31都被缠绕，两个输出端均与第三分电轮322连接；
定子，包括：定子磁铁40，由4*2个永磁铁组成，呈双列侧立状均匀围绕转动轴30安装，两列定子磁铁40沿转动轴30轴向分列于电枢铁芯两侧；两列定子磁铁40上相对的永磁铁磁极相异；每列定子磁铁40上相邻的永磁铁磁极相异；碳刷，包括：第一碳刷410、第二碳刷411、第三碳刷412，分别与第一分电轮320、第二分电轮321、第三分电轮322滑动接触；第一碳刷410和第二碳刷411安装角度相垂直；
输入端子，包括：第一输入端子50、第二输入端子51及第三输入端子52，分别与第一碳刷410、第二碳刷411及第三碳刷412电连接；第一输入端子50、第三输入端子52分别与工作电源6的正负极连接，形成直流电动机的供电回路；第二输入端子51、第三输入端子52分别与可充电负载7的正负极相连，形成充电回路。
工作电源6为12V的直流电源。
参阅图1及2所示，较佳地，第一分电轮320、第二分电轮321沿转动轴30轴向设置在电枢铁芯31一侧，第三分电轮322沿转动轴30轴向设置在电枢铁芯31另一侧。
参阅图1所示，较佳地，电枢铁芯31及永磁铁，均呈扇形。
参阅图1及2所示，电枢铁芯31，设置在转动轴30轴向中心部位。
较佳地，定子，还包括：第一刷握(图中未示出)、第二刷握(图中未示出)、第三刷握(图中未示出)、第一弹簧(图中未示出)、第二弹簧(图中未示出)及第三弹簧(图中未示出)，均固定设置在固定架上；所述第一碳刷410、第二碳刷411及第三碳刷412分别固定设置在第一刷握(图中未示出)、第二刷握(图中未示出)及第三刷握(图中未示出)内；第一弹簧、第二弹簧及第三弹簧将第一碳刷、第二碳刷及第三碳刷分别压紧在第一分电轮320、第二分电轮321及第三分电轮322上。
参阅图1所示，较佳地，固定架，包括：第一轴承架20、第二轴承架21，分别固定设置在机座1两端，其上分别设置轴承；转动轴30通过轴承设置在第一轴承架20及第二轴承架21上；第一磁铁架22，第二磁铁架23，沿转动轴30轴向分列在电枢铁芯31两侧，其上分别固定两列定子磁铁40；第一碳刷架24及第二碳刷架25，依次固定设置在第一磁铁架22外侧，第三碳刷架26，固定设置在第二磁铁架23外侧。
通过对本发明的直流电动机和现有技术中普通的直流电动机进行实验，得出以下实验数据：本发明的直流电动机，扭矩电流为3.3A，扭矩为1.7(kg.m)；普通电动机的扭矩电流为7A，扭矩为1.2(kg.m)；因此，本发明的直流电动机转换效率更高。
综上所述，与现有技术相比，本发明实施例提供的方案，通过将定子磁铁呈双列侧立状均匀围绕转动轴安装，同时电枢铁芯均匀侧立围绕设置在转动轴上，增加了定子磁铁与电枢铁芯的有效工作截面积，减少了电枢铁芯的无效体积，并采用分电轮，配合所设置的初级绕组与次级绕组，去除了原有电动机换向过程中的消耗，使电动机在脉冲状态下无磁阻运转，同时对可充电负载进行充电，增大了扭矩，提高了转换效率。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种点火线圈式直流电动机，其特征在于，包括：机座、固定架、转子、
定子、输入端子；固定架设置在机座上，转子及定子均设置在固定架上；
其中，转子，包括：转动轴，两端通过轴承转动设置在固定架上；4个电枢铁芯，通过不导磁材料均匀侧立围绕设置在转动轴上；
分电轮，固定设置在转动轴上，包括：第一分电轮、第二分电轮、第三分电轮，均在圆周方向上配置有多个分电轮片；第一分电轮和第二分电轮的分电轮片，被均分成4组分电轮片组，同一组的分电轮片通过导线连接成相同电位；相互间隔的分电轮片组通过导线连接成相同电位；第一分电轮的4组分电轮片组与第二分电轮的4组分电轮片组沿转动轴轴向位置相对应；第三分电轮的分电轮片设置为同一电位；
线圈，包括：初级绕组，两个输入端分别与第一分电轮的两组相邻分电轮片组连接后，分别从两个相邻电枢铁芯上开始缠绕，之后分别连接到相间隔的电枢铁芯上继续缠绕，直到所有的电枢铁芯都被缠绕，两个输出端均与第三分电轮连接；
次级绕组，两个输入端分别与第二分电轮的两组相邻分电轮片组连接后，分别从初级绕组开始缠绕的两个电枢铁芯相对的电枢铁芯开始缠绕，之后分别连接到相间隔的电枢铁芯上继续缠绕，直到所有的电枢铁芯都被缠绕，两个输出端均与第三分电轮连接；
定子，包括：定子磁铁，由4*2个永磁铁组成，呈双列侧立状均匀围绕转动轴安装，两列定子磁铁沿转动轴轴向分列于电枢铁芯两侧；两列定子磁铁上相对的永磁铁磁极相异；每列定子磁铁上相邻的永磁铁磁极相异；碳刷，包括：第一碳刷、第二碳刷、第三碳刷，分别与第一分电轮、第二分电轮、第三分电轮滑动接触；第一碳刷和第二碳刷安装角度相垂直；
输入端子，包括：第一输入端子、第二输入端子及第三输入端子，分别与第一碳刷、第二碳刷及第三碳刷电连接；第一输入端子、第三输入端子分别与工作电源的正负极连接，形成直流电动机的供电回路；第二输入端子、第三输入端子分别与可充电负载的正负极连接，形成充电回路。
2.如权利要求1所述的点火线圈式直流电动机，其特征在于，第一分电轮、第二分电轮沿转动轴轴向设置在电枢铁芯一侧，第三分电轮沿转动轴轴向设置在电枢铁芯另一侧。
3.如权利要求1所述的点火线圈式直流电动机，其特征在于，所述电枢铁芯及永磁铁，均呈扇形。
4.如权利要求1所述的点火线圈式直流电动机，其特征在于，所述电枢铁芯，设置在转动轴轴向中心部位。
5.如权利要求1所述的点火线圈式直流电动机，其特征在于，所述定子，还包括：第一刷握、第二刷握、第三刷握、第一弹簧、第二弹簧及第三弹簧，均固定设置在固定架上；所述第一碳刷、第二碳刷及第三碳刷分别固定设置在第一刷握、第二刷握及第三刷握内；第一弹簧、第二弹簧及第三弹簧将第一碳刷、第二碳刷及第三碳刷分别压紧在第一分电轮、第二分电轮及第三分电轮上。
6.如权利要求1所述的点火线圈式直流电动机，其特征在于，所述固定架，包括：第一轴承架、第二轴承架，分别固定设置在机座两端，其上分别设置轴承；转动轴通过轴承设置在第一轴承架及第二轴承架上；第一磁铁架，第二磁铁架，沿转动轴轴向分列在电枢铁芯两侧，其上分别固定两列定子磁铁；第一碳刷架及第二碳刷架，依次固定设置在第一磁铁架外侧，第三碳刷架，固定设置在第二磁铁架外侧。
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