CN1194488A - 特高效超转矩直流电动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种结构特异的特高效,超转矩直流电动机。该直流电动机由众多的定子电激磁磁极或永磁体磁极,同时强斥和强吸转子的电磁极,迫使电动机旋转。该直流电动机采用了定转子磁极数比为6∶4或6∶4的公共整数倍的比例结构。该设计直流电动机当定子磁板采用永磁体时,其永磁体的分布几乎形成一个整圆。在工作时,所有定转子磁极均同时参与吸斥工作,故其节电效果好、效率特高、转矩力特大。

Description

特高效超转矩直流电动机

本设计直流电动机结构特异，高效节电转矩力特大，是一种广泛应用工业、农业、交通的直流电动机。

图3所示为本设计直流电动机的整机结构示意图(剖视)

图1为本设计直流电动机的定转子极数比为6∶4的运转原理图。其中定子磁极9为永磁体磁极<当采用永磁时，无需激磁线图9a，碳刷直接外接直流电源>也可以为电激磁磁极，<采用电激磁磁极时，材料可选用硅钢片，低速时也可选用其他铁磁材料>他们分别标为D1、D2、D3、D4、D5、D6。它们均匀的，相邻向心异性磁场地排列在电动机壳体10的内侧，转子体2则采用硅钢片叠成，做成4个磁极3并分别绕有方向一致的、线径相同的、匝数相同的4个独立的转子线图4，分别为Z1、Z2、Z3、Z4。

配电器滑环5做成圆环形或平面环形的，并等分成12等分。每个滑环铜环5间由绝缘体6隔开。配电器滑环通过滑环体11和转子体2连为一体，且在同一轴心上与转子体2同步旋转。将每间隔3个环的那些环相连后成为一组，12个配电器滑环5共分为4组，即为A、A1、A2；B、B1、B2；C、C1、C2；D、D1、D2或说成A组、B组、C组、D组，其按顺序排列方向为逆时针方向。

4个转子磁极线圈4的连线方式为Z1Z3⊙、Z2Z4⊙、Z3Z1⊙、Z4Z2⊙。

4个转子磁极3接顺时针方向排列。

4个转子磁极线圈接入配电器滑环电路的方式为：以每个磁极线圈的○端为准，依秩逆向接入4组配电器滑环电路。即：Z1Z3⊙接入A组、Z2Z4⊙接入B组、Z3Z1⊙接入C组、Z4Z2⊙接入D组。

本设计直流电动机的碳刷的7的设置原则是：按贺周角360度等分6份，每60度设置一个。每相邻的二个碳刷互为正负碳刷。

当本设计直流电动机供电采用6个碳刷时，也可将转子线图Z1Z3⊙、Z2Z4⊙、Z3Z1⊙、Z4Z2⊙相连后，依秩逆向接入配电器滑环电路A、B、C、D组中每组中任一环均可。

每个碳刷与配电器相接触的弧弦长应相等。碳刷通过弹簧13的适当的压力弹性地接触配电器滑环，并外接直流电源正负极。(当定子磁极采用串激磁线路时，则通过激磁线圈再外接直流电源正负极。)

图1中，一但确定定子磁极的磁场方向后如：D1S极、D2N极、D3S极、D4N极、D5S极、D6N极。转子线圈端接正碳刷产生S极，线圈⊙端接正碳刷产生N极。则：Z2端接负刷，⊙端接正刷故产生N极，Z4端接正刷，⊙端接负刷产生S极，Z2N极被D2N极相斥，同时又被D3S极相吸，Z4S极被D6N极相吸，D5S极相斥故而转子顺时针方向旋转，此时转子磁极Z123极暂时处于换向位置。

待到换向结束后，将出现如下情况：正刷接触D组和A组配电器滑环，负刷接触B组和D组配电器滑环，定子磁极磁场和转子磁极磁场相互作用力为：

D1S极斥Z1S极，D2N极斥Z2N极吸Z1S极，D3S极吸Z2N极，D4N极斥Z3N极，D5S极斥Z4S极吸Z3N极，D6N极吸Z4S极。所有磁极相互参与吸斥工作，故它的转矩力特大。

图2为定转子磁极极数比为12∶8的直流电动机运转原理图。

当定子磁极9采用永磁体时，则无需任何定子激磁线圈。供转子工作的正负碳刷7直接与外界DC直流电源相接。现图3中采用并激电路。

本比例结构电动机其定子按顺序标为D1、D2……D12共12个。转子3共8个磁极依顺序按顺时针方向排列列为Z1、Z2……Z4’。12个定子磁极磁场仍然是向心相邻互为异性。而转子的接线较为特殊，从图2可比看出：通过轴心的相对称的二个磁极线圈应头头相连，尾尾相接，然后并分别与相邻90度的那二个磁极线圈的尾尾连接，头头相连。接入配电器滑环5电路A组和C组。另外四个磁极线圈仍然采用相同接法，其结果形成：

Z1、Z1’、Z3⊙、Z3’⊙相接后接入配电器A给滑环电路。

Z1⊙、Z1’⊙、Z3、Z3’相连后接入配电器C组滑环电路。

Z2、Z2’、Z4⊙、Z4’⊙相连后接入配电器B组滑环电路。

Z2⊙、Z2’⊙、Z4、Z4’相连后接入配电器D组滑环电路，A、B、C、D的排列方向为逆时针排列。

转子磁极线圈4接入配电器滑环5电路的原则是：以每组转子线圈的端为准，依秩逆向接入配电器滑环电路。Z1Z1’接A组，Z2Z2’接B组，Z3Z3’C组，Z4Z4’接D组。正负碳刷7可相对中心角30度12块安置，也可2块安置。当12块安置时，转子线圈4按上述相连后，只要接入上述配电器滑环5电路每组中的一环即可。无需每组中的环环相连。例A组共6个环A、A1、A2、A3、A4、A5，只要接入任一环即可。

正负碳刷7通过弹簧13的适当压力，弹性地接触配电器滑环。每只碳刷与滑环相接触的弧弦长应相等。图2的工作过程为D1、D4、D7、D10、Z1、Z3、Z1’、Z3’与换向位置，其余各极的相互关系为：D2N极斥Z2N极，D3S极吸Z2N极，D5S极斥Z4S极，D6N极吸Z4S极，D8N极斥Z2N极，D9S极吸Z2N极，D11S极斥Z4S极，D12N极吸Z4S极。

待换向结束后正刷接触配电器滑环A组和D组，负刷接触配电器滑环C组和B组电路时：除上述的工作过程外又增加了D1S极斥Z1S极，D4N极斥Z3N极，D7S极斥Z1’S极，D10N极斥Z3’N极。全部定转子磁极均参与吸斥工作，故转矩力特大。

当定子磁极全部采用永磁体磁极时，充分地利用了磁能，所以节电效果特别显著。

本设计直流电动机，当定、转子线圈发生不同绕向时，只需改变其头尾接法使之产生上述的磁场效果则电动机性能不变。

在上述结构的直流电动机中，改变碳刷外接电源的正负极性，电动机改变旋转方向。

本设计直流电动机，除上述两种定转子磁极极数比例性外，还可设计为其它多种比例结构，例如24∶16等等，其原则为均是6∶4的偶数整数倍。

配电器滑环数的设计原则为：是该比例电动机定子极数与转子数的最小公共倍数或者说是定子磁极数的2倍。碳刷与配电器滑环相接触的弧弦长应相等，这是碳刷尺寸设计原则。

Claims (7)

1、一种直流电动机，其特征是：定子磁极(9)与转子磁极(3)的极数比为6∶4，或6∶4的公共偶数整数倍的比例方式。

2、根据权利要求1所述的直流电动机，其特征为：转子磁极(3)采用电枢绕组(4)，且每个电枢绕组均为线径相同，匝数相同，绕向一致的单独电磁线圈。同机中每个转子磁极的弧弦长均相等，并与每个定子磁极的弧弦长相等。

3、根据权利要求1、2，所述的直流电动机其特征为：定子磁极(9)可采用任何材料的永磁体。也可采用带电激磁线圈(9a)结构的其它铁磁材料制作的电磁极。定子磁极(9)无论采用永磁体磁极还是电磁极，同机中所有定子磁极的弧弦长相等，并按圆周均匀分布，磁场排列方向为依秩相邻向心互为异性的排列。

4、根据权利要求1，所述的直流电动机，其特征为：配电器滑环(5)的数量应为该直流电动机的定、转子磁极数比的最小公共倍即：定子磁极数的2倍。无论滑环数为多少，均将依秩序分为4组，每组中滑环的数量应是滑环总数的1/4，即定子磁极数的1/2。每个配电器滑环应由绝缘体(6)隔开。4组配电器滑环的分组原则是每隔三个滑环的那些环为一组。4组配电器滑环的排列顺序与转子磁极的排列顺序互为逆向。所有配电器滑环结构、形状、尺寸均相等，并按同一圆周均匀分布。配电器滑环通过滑环体(11)与转子体同轴连接。

5、根据权利要求1、2，所述的直流电动机其特征为：无论该直流电动机的转子磁极数为多少，均按顺序分为4组，将按顺序每隔三个磁极的那些磁极列为一组。转子磁极线圈的连线原则为：将每组中所有磁极线圈的端与端相连，⊙端与⊙端相连。然后将第一组的端连线与第三组(与此组隔一组)的⊙端连线相接，并将第一组⊙端连线与第三组(原与此组隔一组)的端连线相接。另外两组的连线方式与第一组与第三组的连线方式相同。将4组连好线的磁极线圈，以每组中的端为准，依秩逆向的接入4组配电器滑环电路。

6、根据上述权利要求所述的直流动机其碳刷(7)的分布特征是：在同一直流电动机中正负碳刷可以是各1个，也可以是各若干个。当是各一个时，二个碳刷应对称安置在圆周角360度除以定子磁极数中心角的夹角线上。当同一电动机采用正负碳刷多块安置时，其正负碳刷的总数量，应是该直流电动机的定子磁极数的总数量，并按圆周角360度除以定子极数的中心角度，均匀分布。按顺序相邻两碳刷互为正负碳刷。碳刷的特征是：碳刷接触配电器滑环面的弧弦长与被接触的配电器滑环单环的弧弦长近似相等。

7、根据上述权利要求的直流电动机，其特征是：当采用DC各1块碳刷时，必需将4组配电器滑环每组中所有滑环相互连接。当定转子磁极数比为6∶4时其每组滑环的连线形成三角形。当定子磁极数比为12∶8时每组的滑环连线形成六角形……当上述两种比例的直流电动机分别按角度要求安装正负各三块和正负各六块碳刷时，则其每组配电器滑环的连线也可免接。

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