CN1136866A - 磁性极靴直流电动机组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种直流电动机,具有一个轴向地支承在磁极板之间的电枢,极板有一对相对的极靴,它们相对于与电枢相邻的磁极板之间的电枢周边以相互交叉且平行对置地延伸。电动机通过一对设置在磁极板之间并与它们连接的线圈由直流电源供电。所选的极靴的每端与磁通极性相同的极板连接,同样,余下的极靴的每端与磁通密度极性相反的极板相连。布线和电流控制器把直流电源连接到线圈和电枢上,以从直流源取得最小的电流强度提供最大的转矩和主动轴的转速。
Description
技术领域
本发明涉及一种直流电动机,尤其涉及到将线圈或磁铁放置在平行极板之间的多电枢电动机,以便建立用于激励电枢的多个磁性极靴。
磁性材料(铁芯)和磁铁是直流电动机的最困难的待克服问题。因为用于形成转子绕组凸起部的换向器片的铁芯必然受到磁场的磁性吸引,所以产生了不利的或者反电动势。这种推斥力是不能利用的,而且限制了对有利的力的利用。在转子的每个换向器片通过磁场时,必须克服这种不利的力。为了克服这种不利的力,电动机必须消耗更多的能量或者电流。
传统的技术只能利用主要的力中的一种力:磁引力使转子在磁场中旋转。在传统的直流电动机中,不能把余下的另一种力:斥力作为有利的力来利用。推斥力,即两个磁铁的同性极彼此推斥的力位于远离转子的工作边缘的位置上,这大大地有利于电动机的运作。
在这种设计中,每组定子或磁场绕组只对一个电枢工作,导致建立的各种电路的利用率低,因此,限制了直流电通过放置在能磁化的极片之间的线圈建立的磁路的势能。这种情况还限制了从磁路得到的磁场和转子之间的吸引力的有效力的使用。不能有利地利用斥力的原因是它对转子的关键位置。
本发明主要是通过把极性相同的磁通作用于与一对磁性线圈连接的并在该对线圈之间延伸、且靠近位于这些线圈之间的一个电枢的周边的多个杆形极靴的两端上来增加电动机电枢的磁通量。
背景技术
我们认为1980年9月9日授予Mason的“多转子直流磁性电动机的定子”的美国专利4,221,984号是最相关的专利。
该专利揭示了该发明的电动机的一些特征,但没有揭示把相同极性的磁通施加到沿电枢纵向延伸的极性相反的各磁极片的两端的特征和优点。该专利也没有揭示附加的极靴和它们的位置的优点,如本发明所揭示的,它们能获得所要求的电枢转矩和速度以有效地利用输入电流强度。
发明内容
在第一个实施例中,把一对铁芯线圈以轴向对准的间隔关系分别设置在两对极板之间,形成每对极板的北极N和南极S。
电动机电枢是轴向对准地设置在极板之间,电枢主动轴的一端部轴向地伸出空心线圈芯。
一对北N磁性极靴以相对于电枢的周边彼此沿直径方向相对置的方式设置,并且它们的各端与各线圈的北N极板相连,它们的中间端桥接一个线圈的南S极板。
同样,彼此沿直径方向对置的第二对南S磁性极靴相对于北N极靴以90度的间隔关系沿电枢的纵向延伸,并同样地与各线圈的南S极板相连,它们的中间端桥接一个线圈的北N极板。
正常产生的磁流把极化力(polarity forces)强度集中在磁性极芯的中心,例如,磁体北极在北极的中心处有最大的强度。这一点对于南极也是正确的。
如果在电动机的磁场内对磁力(磁场强度)重新进行分布,则磁力(磁场强度)变得确定,并以始终如一的均匀的图形工作。对这些力重新分布能最大程度地利用能量,或者把能量转换成电动机轴的输出转矩和速率。
本发明把一个或多个磁性部件的同性极连接到软铁芯的承板上,以均匀的平面形式重新分布这些力。只要承板之间的空气间隙是恒定不变的,与每个(永磁或者电磁)磁性部件的同性极连接的各软铁芯板可以把力用作图形一致的磁通,而不管它们的磁路。
这种均匀的磁通的应用可以有几种可用的结构,在磁场内构成把磁通直接作用于转子。在外加了这种均匀图形的磁通力之后,现在可以利用磁场和转子的极性相同的两个相反的力:引力和斥力(作用力和反作用力)的合力,并消除通常出现的不利的力。
在磁场内产生这种均匀的磁通图形,可以利用把杠杆系的附加区域(areas of leverage)作用于转子上,本发明的第二实施例揭示了这一特征。为了实现这些杠杆系的附加区域,把极靴在纵向上分成三个部件。两个部件形成对偶极靴,它们相对于转子的绕组而被精确地定位,第三个部件用来隔离对偶极靴。把单个极靴分开或分离成在电枢磁场的同一区域内工作的两个极靴,消除了在传统直流电动机内通常能发现的不利的力的可能性。这种情况发生在各相反磁性提供的工作力。在两极靴电动机内加上杠杆点得到四极靴两电刷电动机,而四极靴四电枢电动机变成了四电刷八极靴电动机。在转子上增加两个杠杆系提高了速度和转矩,但仅稍微增加了对电流的需求。
布线和主要的传统电路控制器把直流电源连接到线圈和电枢换向器的电刷上,以使电动机工作。
附图概述
图1是一个实施例的俯视图;
图2是沿图1的2-2线的垂直剖面图;
图3是沿图1的3-3线的纵向剖面图;
图4是带有座的一侧壁的等角图,为了清晰起见,省去了线圈线和电枢,以示出各极靴的相对位置;
图5是局部放大垂直剖面图,示出了一个磁性极靴相对于电枢绕组周边的位置关系;
图6是接线图;
图7是另一个实施例的俯视图;
图8是沿图7的8-8线的垂直剖视图;
图9是带有座的一侧壁的等角图,为了清晰起见,省去了线圈绕组和电枢,以示出各对偶极靴的相对位置;
图10是局部放大垂直剖面图,示出了一对对偶磁性极靴相对于电枢绕组的位置关系。
本发明的实施方式
首先参见图1-5,参考号10表示第一个实施例的电动机,它包含一用以支承磁性电动机机架14的非磁性座12。
机架14如图中所示,包含三对极板15-16,17-18和19-20,它们以同轴对准关系间隔地设置在座12内。
软铁线圈芯21,22和23分别轴向地设置在极板对15-16,17-18和19-20之间,并与它们连接,线圈芯21和23为管状,其理由已经作了介释。
导线绕在各线圈芯21,22和23上,形成多个相同的线圈24,25和26,绕在中心线圈25上的导线被卷绕成为所要求的工作任务提供足够的磁通(量)。
电枢28和30分别轴向设置在中心线圈25与末端线圈24和26之间。电枢28的轴32伸出空心的线圈芯21,且由分别轴向地固定到极板15和17上的轴承36和38支承。同样,电枢30的轴34一端伸出线圈芯23,由分别轴向地连接到极板20和18上的轴承40和42支承。
因此,电枢轴32和34的各自的端部与相邻的极性相反的线圈极板的磁中心同轴。
一对细长的杆形北N极靴50和52相对于电枢28和30以径向相反、且平行的关系纵向延伸,并与北N极板15,17和19相连。
在极板16和18上形成直径上对置的凹口54和56,使各北N极靴50和52与南S极板16和18脱离接触。
同样,基本上相同的一对杆形的南S极靴60和62相对于北N极靴50和52隔开90度,并连接到极板16,18和20上。极板19和17的直径上对置的圆周部分分别开有凹口,使南S极靴60和62与南S极板19和17脱离接触。
如图5最清楚地所示,在直径上对置的极靴对50,52和60,62(图2)的每对极靴都有一纵向的圆周部分,圆周部分的表面被碾磨成半径稍大于各电枢28,30的半径,以在各极靴上形成极靴对的凹口或弧63(图2和5),各弧的横向宽度较佳的是至少基本上等于各电枢28和30绕组跨距的一半。因此各极靴的弧63基本上等于跨越7跨距电枢中的三又二分之一的换向器片67的弧度。
各电枢的周边与弧形凹口63之间较佳的径向间隔应不小于0.015″,不大于0.0394″(0.04cm至0.1cm)。
再参见图7-图10,参考号10′表示电动机的第二个实施例,在该实施例中,相同的号码涉及相同的部件,带撇号的号码用于表示改动的极靴和其它部件。
简言之,电动机10和电动机10′之间主要的差别是极靴的数量加倍了。
例如,极靴50和52由对偶极靴50′-50″和52′-52″所代替,对偶极靴基本上占据了相对于各电枢28和30相同的位置。
同样,在对偶极靴50′-50″,52′-52″,60′-60″和62′-62″上分别设置有纵向延伸的凹弧63′。如图10所示,各凹弧63的横向宽度最好基本上等于各电枢28和30绕组跨距的三分之一,在对偶极靴之间具有三分之一绕组跨度的间隔或间隙51’。
对偶极靴相对于电枢的径向间隔关系与上面所述的电动机10是相同的。
为每个对置的极靴对加上四个极靴与电动机10的一对极靴相比,主要是相对于电动机10而言明显地增加了电动机10′的转矩和速率,而不增加电动机工作所需要的电流强度。
工作情况
另一线路69(图6)在开关68闭合时把电池B通过线圈24,25和26和电枢刷66接地。
当闭合开关68使线圈通电时,极板15,17和19形成北极,使北磁通极性分别作用于与极板15,17和19连接的杆形极靴50和52或50′-50″和52′-52″的每端上。
这种结构主要是提高了北极靴50和52或50′-50″和52′-52″上的作用于北极板15-17和17-19之间的各电枢绕组上的磁通密度。
同样,极板16,18和20形成南极,南极磁通作用于南极靴60和62或60′-60″和62′-62″的每端上,使得相等但极性相反的磁通密度与北极靴上的磁通一起作用于电枢28和30上。
显然,可将皮带轮(未图示)或者其它的驱动装置固定到电枢主动轴32和34向外伸出的端部。
Claims (18)
1.一种直流轴流电动机组件(10),包含:包括多对轴向对准的平行间隔板(15-16,17-18,19-20)的磁性电动机机架装置(12);与每对所述板对轴向连接的线圈芯(24,25,26);绕在各所述线圈芯上以形成多个相同线圈的导线;与所述线圈连接的且在各线圈芯的每端上形成北(N)极和南(S)极磁极板的直流电源(B);与电流源连接的并具有轴向支承在相邻的线圈之间的轴(32)的电枢(28,30);在北极极板(15,17,19)之间延伸并与它们连接的第一杆形极靴(50,52),第一杆形极靴相对于交错的南极极板(16,18)成磁通隔离的关系,并且与电枢的周边呈对置、紧密间隔的平行关系;以及在南极极板(16,18,20)之间延伸并与它们连接的第二杆形极靴(60,62),第二杆形极靴相对于交错的北极极板(17,19)成磁通隔离的关系,与所述第一极靴成交叉关系,并且与电枢的周边呈对置、紧密间隔的平行关系。
2.如权利要求1所述的电动机组件,其特征在于,所述第一和第二极靴(50,52,60,62)的每个极靴具有一形成与电枢的圆弧互补的圆弧并面向所述电枢的周边的横向凹口(63),该凹口的宽度至少基本上等于该电枢绕组跨过的跨度的一半。
3.如权利要求2所述的电动机组件,其特征在于,各极靴凹口(63)与电枢周边之间的径向间隔距离不小于0.015″,不大于0.0394″(0.04cm到0.1cm)。
4.如权利要求1所述的电动机组件,其特征在于,所述第一和第二极靴的每个极靴是间隔的对偶极靴(50′,50″-52′,52″;60′,60″-62′,62″),每个极靴具有一形成的与电枢的圆弧互补的圆弧且面向所述电枢周边的横向凹口(63),该凹口的宽度和所述对偶极靴之间的间隔分别至少基本上等于该电枢绕组跨过的跨度的三分之一。
5.如权利要求4所述的电动机组件,其特征在于,各对偶极靴的凹口(63)与该电枢周边之间径向的间隔距离不小于0.015″,不大于0.0394″(0.04cm到0.1cm)。
6.一种直流轴流电动机组件(10),包含:包括一对分别设置在磁通响应板(15-16,17-18)之间的线圈(24,25)的磁通产生装置,磁通响应板(15-16,17-18)通过一磁通响应铁芯(21)以与相对的线圈芯(22)沿轴线对齐的方式连接在一起;与所述线圈连接的以在各线圈芯的每端上形成北(N)极和南(S)极磁极板的直流电源(B);与电流源连接的并具有轴向支承在相邻的线圈之间的轴(32)的电枢(28);在北极极板之间延伸并且每端与北极极板连接的第一杆形极靴(50,52),它们相对于交错的南极极板(16,18)成磁通隔离的关系,并且与电枢的周边呈相对的紧密的平行间隔关系;在南极极板之间延伸并且每端与南极极板连接的第二杆形极靴(60,62),它们相对于交错的北极极板(17,19)成磁通隔离的关系,并且与电枢的周边呈相对的紧密间隔的平行关系。
7.如权利要求6所述的电动机组件,其特征在于,所述第一和第二极靴的每个极靴具有一形成与电枢的圆弧互补的圆弧且面向所述电枢的周边的横向凹口(63),该凹口的宽度至少基本上等于该电枢绕组跨过的跨度的一半。
8.如权利要求7所述的电动机组件,其特征在于,各极靴凹口与电枢边缘之间的径向间隔距离不小于0.015″,不大于0.0394″(0.04cm到0.1cm)。
9.如权利要求6所述的电动机组件,其特征在于,所述第一和第二极靴的每个极靴是间隔的对偶极靴(50′,50″-52′,52″;60′,60″-62′,62″),每个极靴具有一形成与电枢的圆弧互补的圆弧且面向所述电枢的周边的横向凹口(63),该凹口的宽度和所述对偶极靴之间的间隔分别至少基本上等于该电枢绕组跨过的跨度的三分之一。
10.如权利要求9所述的电动机组件,其特征在于,各对偶极靴的凹口与该电枢边缘之间的径向间隔距离不小于0.015″,不大于0.0394″(0.04cm到0.1cm)。
11.一种直流轴流电动机组件(10),包含:包括分别可操作地设置在轴向对齐的磁通响应板对(15-16,17-18)之间以形成所述板对的每对板的北(N)和南(S)极磁极板的一对磁性组件(24,25)的磁通产生装置;在磁性组件对之间的、具有一个轴向支承在极板对之间的轴(32)的电枢(28);与所述电枢连接的直流电源(B);在北极极板之间延伸并且每端与北极极板连接的第一杆形极靴(50,52),它们相对于交错的南极极板(17)成磁通隔离的关系,并且与电枢的边缘呈相对的紧密间隔的平行关系;在南极极板之间延伸并且每端与它们连接的第二杆形极靴(60,62),它们相对于交错的北极极板(17)成磁通隔离的关系,并且与电枢的周边呈相对的紧密间隔的平行关系。
12.如权利要求11所述的电动机组件,其特征在于,所述第一和第二极靴的每个极靴具有一形成与电枢的圆弧互补的圆弧且面向所述电枢的周边横向凹口(63),该凹口的宽度至少基本上等于该电枢绕组跨过的跨度的一半。
13.如权利要求12所述的电动机组件,其特征在于,各极靴凹口与电枢边缘之间的径向间隔距离不小于0.015″,不大于0.0394″(0.04cm到0.1cm)。
14.如权利要求11所述的电动机组件,其特征在于,所述第一和第二极靴的每个极靴是间隔的对偶极靴(50′50″-52′,52″;60′,60″-62′,62″),每个极靴具有一形成与电枢的圆弧互补的圆弧且面向所述电枢周边的横向凹口(63),各凹口的宽度和所述对偶极靴之间的间隔基本上分别等于该电枢绕组跨过的跨度的三分之一。
15.如权利要求14所述的电动机组件,其特征在于,各偶极靴的凹口与该电枢周边之间的径向间隔距离不小于0.015″,不大于0.0394″(0.04cm到0.1cm)。
16.一种直流轴流电动机组件(10′),包含:包括一对可操作地设置在磁通响应板对(15-16,17-18)之间以形成所述板对的每对板的北(N)和南(S)极磁极板的磁性组件(24,25)的磁通产生装置;可操作地支承在磁性件之间、具有预定宽度的绕组跨度的电枢(28);与该电枢连接的直流电源(B);第一和第二对置的细长的对偶极靴对(50′,50″-52′,52″;60′,60″-62′,62″),它们相对于所述的电枢周边,以纵向上相互交叉的选择间距的关系延伸,它们的各对偶极靴对的相对端分别与选出的极性相同的北(N)极或南(S)极板相连,以便在电枢的周边形成垂直于其纵向轴的均匀的集中磁通区域,从而,各电枢绕组的跨度的边缘按旋转方向被磁性地吸引到对偶极靴对的各对偶极靴的相邻极靴上,各对偶极靴对的每对之间的间隔(51′)防止了与转子的旋转方向相反的各电枢绕组跨度的边缘上的任一反电动势,该反电动势减小了在转换变化时作用于电枢(28)上的磁通强度,并通过对偶极靴对的各对对偶极靴的另一个极靴按电枢旋转的方向加以磁性排斥。
17.如权利要求16所述的电动机组件,其特征在于,所述对偶极靴对的每个极靴具有一形成与电枢的圆弧互补的圆弧且面向所述电枢周边的横向凹口(63′),各凹口的组合宽度和各对偶极靴对的所述对偶极靴之间的间隔基本上等于该电枢绕组的跨度。
18.如权利要求17所述的电动机组件,其特征在于,各对偶极靴凹口与电枢周边之间的径向间隔距离不小于0.015″,不大于0.0394″(0.04cm到0.1cm)。
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C01 | Deemed withdrawal of patent application (patent law 1993) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |