CN201022177Y - 直流电动机 - Google Patents

Abstract

一种直流电动机，它包括定子、与定子可转动地设置的转子，转子上设置有多个沿圆周方向等间距排列的永磁块，定子上绕设有多个线圈绕组，直流电动机还包括用于控制各线圈绕组分别与直流电源导通或者断开的换流器，换流器电连接于线圈绕组与直流电源之间，由于采用了换流器，仅仅有线圈绕组中的电流的通断，而不改变线圈绕组中的电流的方向，使得直流电源通过换流器的作用经由线圈绕组产生旋转磁场，旋转磁场与外磁场相互作用驱动直流电动机运转，从而免除了从电源中吸取抵消反向电磁储能的能量，也就降低了能耗，提高了电机效率。

Description

直流电动机

技术领域

本实用新型涉及一种直流电动机。

背景技术

目前的永磁直流电动机，一般包括机壳、转子、定子、换向器。在转子或定子中的一个上设置有多个永磁块(一般为硬磁材料制成，如钕铁硼材料等)，在另一个上设置有线圈绕组，永磁块经导磁轭和绕组铁心构成磁通回路。线圈绕组中电流方向常以结构设置自动保证跟踪磁场极性，用换向器来改变通电线圈绕组中的电流方向，从而使通电导线获得定向连续的电磁转矩。但线圈绕组是储能环节(线圈绕组具有电感值，在通电后具有电磁能)，要改变通电线圈绕组中的电流方向，必然先要抵消已经建立的线圈绕组中储存的能量，继而建立新的电感磁势。电磁储能的强制抵消和新电感磁势的建立，导至电路中产生复杂的电磁变化暂态过程。它不仅消耗部分能量，降低直流电动机效率，还产生换向火花，形成电蚀，降低了直流电机的可靠性和使用寿命。

发明内容

本实用新型的目的是寻求改变直流电动机绕组换向方法，免除绕组在电流换向中抵消电磁储能的过程，从而提高直流电动机效率。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种直流电动机，它包括定子、与所述的定子可转动地设置的转子，所述的转子上设置有多个沿圆周方向等间距排列的永磁块，所述的定子上绕设有多个线圈绕组，所述的直流电动机还包括用于控制各线圈绕组分别与直流电源导通或者断开的换流器，所述的换流器电连接于线圈绕组与直流电源之间。

所述的换流器包括转盘本体、沿转盘本体的圆周方向等间距地设置于所述的转盘本体上的多个完全相同的导电片，所述的转盘本体与所述的转子同轴固定连接，所述的导电片与直流电源相电连接，所述的相邻两个导电片之间具有间隙，所述的换流器还包括沿圆周方向按相位120度的电角度均匀地设置在所述的定子上的多个导电头，所述的各导电头与对应的线圈饶组分别相电连接，所述的导电头具有两个工作状态，连接状态和断开状态，当导电头处于连接状态时，所述的导电头与所述的导电片相接触，电连接于该导电头上的线圈绕组与直流电源相连通；导电头处于断开状态时，所述的导电头完全位于间隙内，电连接于该导电头上的线圈绕组与直流电源保持断开状态，所述的导电头与导电片相配合使得当直流电动机运行时，在任一时刻，多个导电头中的两个处于连接状态，其余的导电头处于断开状态。

所述的换流器包括转盘本体、沿转盘本体的圆周方向等间距地设置于所述的转盘本体上的多个完全相同的导电片，所述的转盘本体与所述的转子同轴固定连接，所述的导电片与直流电源相电连接，所述的相邻两个导电片之间具有间隙，所述的换流器还包括沿圆周方向按相位120度的电角度均匀地设置在所述的定子上的多个导电头，所述的各导电头与对应的线圈绕组分别相电连接，所述的导电头具有两个工作状态，连接状态和断开状态，当导电头处于连接状态时，所述的导电头与所述的导电片相接触，电连接于该导电头上的线圈绕组与直流电源相连通；导电头处于断开状态时，所述的导电头完全位于间隙内，电连接于该导电头上的线圈绕组与直流电源保持断开状态，所述的导电头与导电片相配合使得当直流电动机运行时，在任一时刻，多个导电头中的一个处于连接状态，其余的导电头处于断开状态。

采用了上述设计的直流电动机具有如下优点：由于采用了换流器，仅仅有线圈绕组中的电流的通断，而不改变线圈绕组中的电流的方向，使得直流电源通过换流器的作用经由线圈绕组产生旋转磁场，旋转磁场与外磁场相互作用驱动直流电动机运转，从而免除了从电源中吸取抵消反向电磁储能的能量，也就降低了能耗，提高了电机效率。

附图说明

附图1为本实用新型的示意图；

附图2为实施例1中换流器的主视图；

附图3为实施例1中换流器的左视图；

附图4为实施例2中换流器的主视图；

附图5为实施例1中线圈绕组两端的电压一时间示意图

其中：1、定子；2、转子；3、永磁块；4、线圈绕组；5、换流器；6、转盘本体；7、导电片；8、导电头，9、间隙。

具体实施方式

实施例1：

如附图1所示意，一种直流电动机，它包括定子1、与所述的定子1可转动地设置的转子2，所述的转子2上设置有多个沿圆周方向等间距排列的永磁块3，所述的定子1上绕设有三个线圈绕组4，所述的直流电动机还包括用于控制各线圈绕组4分别与直流电源导通或者断开的换流器5，所述的换流器5电连接于线圈绕组4与直流电源之间。

附图2给出了换流器5的主视图，所述的换流器5包括转盘本体6，所述的转盘本体6与所述的转子2同轴设置并与转子2相对固定连接；在所述的转盘本体6上沿圆周方向均匀地设置有二十个完全相同的导电片7，导电片7和直流电源保持电连接，任意两个导电片7之间具有间隙9，所述的换流器5还包括沿圆周方向按相位120度的电角度均匀地设置在所述的定子1上的三个导电头8，所述的各导电头8与对应的线圈绕组4分别相电连接。

在使用时，转子2带动转盘本体6旋转，二十个完全相同的导电片7也跟随转盘本体6同步旋转，导电片7和导电头8之间发生相对转动，当导电头8完全位于导电片7之间的间隙9内时，这种情况下与导电头8相连接的线圈绕组4与直流电源相断开；而当导电头8与任一导电片7相接触时，与导电头8相连接的线圈绕组4与直流电源相导通，通过调整导电片7的宽度和间隙9的宽度以及导电头8的宽度，可以使得当导电片7和导电头8发生相对转动时，在任一时刻，三个线圈绕组4中的两个与直流电源保持导通状态，另一个为断开状态。换言之，换流器5的作用即是使得每个线圈绕组4中的电流处于交替通断的状态，而通过线圈绕组4的电流的方向则始终不变，这样就可以避免当线圈绕组4中电流换向时所产生复杂的电磁变化暂态过程，处于导通状态的线圈绕组4中通有电流，产生磁场并与外磁场相互作用，从而带动电动机的转子2转动。

为了进一步说明各线圈绕组4中的电流通断情况，附图5给出了在本实施例中线圈绕组两端的电压-时间波形图，在附图5中，A、B、C分别代表三个线圈绕组，t1为2π/3，t2为4π/3，t3为2π，t4为8π/3，t5为10π/3，t6为4π，可以看出，电流在任意一个线圈绕组4中处于交替通断的状态，而且由于导电头8在定子1上按120度电角度分布，从而使得线圈绕组之间的电流相位差为2π/3，从图中可以看出，线圈绕组B中的电压超前线圈绕组A中的电压2π/3，而线圈绕组C中的电压超前线圈绕组B中的电压2π/3。对于每一个线圈绕组而言，由于换流器5的作用，使得它在三分之二的时间范围内与直流电源保持连通，三分之一的时间范围内与直流电源保持断开，但是通过线圈绕组的电流方向始终不变。对于整个电机而言，由于它具有三个线圈绕组A、B、C，在任意一个时刻，三个线圈绕组中的两个与直流电源保持连通，从图中可以看出，在0-2π/3时间范围内，线圈绕组A和B与直流电源保持连通，线圈绕组C与直流电源之间为断开，在2π/3-4π/3的时间范围内，线圈绕组B和C与直流电源保持连通，线圈绕组A与直流电源之间为断开，在4π/3-2π的时间范围内，线圈绕组C和A与直流电源保持连通，线圈绕组B与直流电源之间为断开，这样，直流电通过换流器5的作用经由三个线圈绕组A、B、C产生旋转磁场，该旋转磁场和永磁块3产生的磁场相互作用，从而驱动直流电动机运转。

实施例2：

如附图1、4所示意，一种直流电动机，它包括定子1、与所述的定子1可转动地设置的转子2，所述的转子2上设置有多个沿圆周方向等间距排列的永磁块3，所述的定子1上绕设有三个线圈绕组4，所述的直流电动机还包括用于控制各线圈绕组4分别与直流电源导通或者断开的换流器5，所述的换流器5电连接于线圈绕组4与直流电源之间。

所述的换流器5包括转盘本体6，所述的转盘本体6与所述的转子2同轴设置并与转子2相对固定连接；在所述的转盘本体6上沿圆周方向均匀并等间距地地设置有二十个完全相同的导电片7，导电片7和直流电源保持电连接，任意两个导电片7之间具有间隙9，所述的换流器5还包括沿圆周方向按相位120度的电角度均匀地设置在所述的定子1上的三个导电头8，所述的各导电头8与对应的线圈绕组4分别相电连接。

在使用时，转子2带动转盘本体6旋转，二十个完全相同的导电片7也跟随转盘本体6同步旋转，导电片7和导电头8之间发生相对转动，当导电头8完全位于导电片7之间的间隙9内时，这种情况下与导电头8相连接的线圈绕组4与直流电源相断开；而当导电头8与任一导电片7相接触时，与导电头8相连接的线圈绕组4与直流电源相导通，通过调整导电片7的宽度和间隙9的宽度以及导电头8的宽度，可以使得当导电片7和导电头8发生相对转动时，在任一时刻，三个线圈绕组4中的一个与直流电源保持导通状态，另两个为断开状态。换流器5的作用即是使得每个线圈绕组4中的电流处于交替通断的状态，而通过线圈绕组4的电流的方向则始终不变，这样就可以避免当线圈绕组4中电流换向时所产生复杂的电磁变化暂态过程，处于导通状态的线圈绕组4中通有电流，产生磁场并与外磁场相互作用，从而带动电动机的转子2转动。

Claims (7)

1.一种直流电动机，它包括定子(1)、与所述的定子(1)可转动地设置的转子(2)，所述的转子(2)上设置有多个沿圆周方向等间距排列的永磁块(3)，所述的定子(1)上绕设有多个线圈绕组(4)，其特征在于：所述的直流电动机还包括用于控制各线圈绕组(4)分别与直流电源导通或者断开的换流器(5)，所述的换流器(5)电连接于线圈绕组(4)与直流电源之间。

2.如权利要求1所述的直流电动机，其特征在于：所述的换流器(5)包括转盘本体(6)、沿转盘本体(6)的圆周方向等间距地设置于所述的转盘本体(6)上的多个完全相同的导电片(7)，所述的转盘本体(6)与所述的转子(2)同轴固定连接，所述的导电片(7)与直流电源相电连接，所述的相邻两个导电片(7)之间具有间隙(9)，所述的换流器(5)还包括沿圆周方向按相位120度的电角度均匀地设置在所述的定子(1)上的多个导电头(8)，所述的各导电头(8)与对应的线圈绕组(4)分别相电连接，所述的导电头(8)具有两个工作状态，连接状态和断开状态，当导电头(8)处于连接状态时，所述的导电头(8)与所述的导电片(7)相接触，电连接于该导电头(8)上的线圈绕组(4)与直流电源相连通；导电头(8)处于断开状态时，所述的导电头(8)完全位于间隙(9)内，电连接于该导电头(8)上的线圈绕组(4)与直流电源保持断开状态，所述的导电头(8)与导电片(7)相配合使得当直流电动机运行时，在任一时刻，多个导电头(8)中的两个处于连接状态，其余的导电头(8)处于断开状态。

3.如权利要求1所述的直流电动机，其特征在于：所述的换流器(5)包括转盘本体(6)、沿转盘本体(6)的圆周方向等间距地设置于所述的转盘本体(6)上的多个完全相同的导电片(7)，所述的转盘本体(6)与所述的转子(2)同轴固定连接，所述的导电片(7)与直流电源相电连接，所述的相邻两个导电片(7)之间具有间隙(9)，所述的换流器(5)还包括沿圆周方向按相位120度的电角度均匀地设置在所述的定子(1)上的多个导电头(8)，所述的各导电头(8)与对应的线圈绕组(4)分别相电连接，所述的导电头(8)具有两个工作状态，连接状态和断开状态，当导电头(8)处于连接状态时，所述的导电头(8)与所述的导电片(7)相接触，电连接于该导电头(8)上的线圈绕组(4)与直流电源相连通；导电头(8)处于断开状态时，所述的导电头(8)完全位于间隙(9)内，电连接于该导电头(8)上的线圈绕组(4)与直流电源保持断开状态，所述的导电头(8)与导电片(7)相配合使得当直流电动机运行时，在任一时刻，多个导电头(8)中的一个处于连接状态，其余的导电头(8)处于断开状态。

4.如权利要求2所述的直流电动机，其特征在于：所述的导电片(7)有二十个。

5.如权利要求2所述的直流电动机，其特征在于：所述的导电头(8)有三个，所述的线圈绕组(4)有三个。

6.如权利要求3所述的直流电动机，其特征在于：所述的导电片(7)有二十个。

7.如权利要求3所述的直流电动机，其特征在于：所述的导电头(8)有三个，所述的线圈绕组(4)有三个。

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