CN2048258U - 无换向器直流电机 - Google Patents

Abstract

无换向器直流电机，其基本原理是电机定子或转子上采用一对环形磁极，在一对环形磁极上绕上直流励磁绕组；在电机定子或转子上固定电枢绕组。工作时，在电枢绕组上便感应出极性不变的电动势。由于取消了换向的限制，使大容量、高电压、高转速，维护方便的直流电机成为可能。无换向器直流电动机同样具有优良的调速性能。无换向器直流电机将广泛用于给同步电机励磁、电镀、电解以及对调速要求较高的生产机械上等。

Description

本发明属电机技术领域。现有的直流电机由于具有整流子，因此就需要经常对其维修、检查、工作可靠性较差。而且限制了直流电机向高转速、大容量的发展；目前直流电机由于受换向的限制其单机功率只能达到1.2～1.4万瓩。电压只能做到1000多伏，其额定转速只能达到3000转／分。上述的这些局限，随着现代工业生产，国防的高速发展，显得更为突出。

本发明的任务是设计一种无换向器直流电机，使大容量、高电压、高转速、维护方便的直流电机成为可能。

本发明的任务由下述方法来实现：

一、无换器直流发电机：

图1是无换器发电机的工作原理图。1－圆筒形电机定子铁心。由硅钢片迭成；2－电枢绕组Ⅰ。即产生感应电动势的绕组固定在定子铁心上；3－电枢绕组Ⅱ。即产生感应电动势的绕组固定在定子铁心上；4－圆柱形转子。由硅钢片迭成；5－转子轭上突出的环形磁极Ⅰ；6－转子轭上突出的环形磁极Ⅱ；7－固定在转子上的励磁绕组Ⅰ；8－固定在转子上的励磁绕组Ⅱ。

由于转子在空间旋转，所以它的励磁绕组的两端分别接在固定在转轴上的两只滑环上，直流励磁经此通入励磁绕组。当励磁绕组通入直流电时，定子铁心、气隙、转子励磁磁极、转子磁轭构成磁路如图1虚线所示。值得一提的是，转子励磁绕组Ⅰ在气隙中形成的磁场与转子励磁绕组Ⅱ在气隙中形成的磁场其磁力线方向相反。由原动机拖动的转子旋转。电枢绕组Ⅰ与电枢绕组Ⅱ便切割此磁场并感应出极性不变的电动势。注意，电枢绕组Ⅰ与电枢绕组Ⅱ中感应出的电动势其方向相反。用导线将电枢绕组Ⅰa、b两端引出来，同样电枢绕组Ⅱc、d两端也用导线引出来。

电枢绕组Ⅰ、Ⅱ是由多个单根导体并排嵌入在定子铁心上。如图2示；电枢绕组两端采取不同的连接方式。即可以得到不同的输出电压。（1）电枢绕组即多个单根导体两端并联连接。电枢绕组在定子铁心内像个鼠笼式。用导线将两端电势引出来。如简图3示。实际上这可以成为低压大电流电机。它广泛用于电化学中。（2）电枢绕组即多个单根导体两端由引出导线在外面串联连接。即将各单根导体感应电动势串联。如简图4所示，此电机可以输出高电压。（3）电枢绕组还可以采用串、并联复联的连接形式，可以得到设计需要的输出电压。

电枢绕组Ⅰ的b端与电枢绕组Ⅱ的C端可以连接起来，用一根单导体；这时必须在定子铁心的中部（即两转子励磁磁极中间位置）用导线将其电动势引到外面来。

电枢部分通常是固定的，也可以旋转。电枢绕组通常是固定在定子铁心上，也可以固定在转子铁心上，当然这时励磁绕组必需要固定在定子铁心上。

电机的定子铁心与转子铁心也可以同时绕上励磁绕组，这样可以减少20％左右的漏磁通，以减小电机体积。

定子或转子上的环形磁极可以采用永久磁铁。

在定子轭上或转子轭上可以做数对环形磁极。

无换向器直流发电机的励磁方式可以用他励式也可以用自励式。

由上面的分析看出，无换向器发电机比现有的普通直流发电机有以下优点：

1、没有电刷及复杂难做的换向器，维护容易，制造工艺简单，价格便宜。

2、由于不受换向的限制其单机容量数倍于普通直流发电机。

3、由于不受换向及电刷的限制，可以做到高电压输出；也可以得到低压大电流发电机。

4、由于不受换向的限制，发电机能够实现高速运转。

二、无换向器直流电动机：

图5是无换向器直流电动机的工作原理图。1－圆筒形定子磁轭；2－定子磁轭上突出的环形磁极Ⅰ；3－定子磁轭上突出的环形磁极Ⅱ；1与2与3皆由硅钢片迭成。4－固定在定子上的励磁绕组Ⅰ；5－固定在定子上的励磁绕组Ⅱ；6－圆柱形转子，由硅钢片迭成。7－电枢绕组Ⅰ；8－电枢绕组Ⅱ。

由于转子在空间旋转，所以它的电枢绕组两端分别接在固定转轴上的两只滑环上，直流电源经此通入电枢绕组中。电枢绕组两端即多个单根导体两端如图5示a、b两端一般并联连接；a端引线直接引至滑环上，b端引线需经转子轭内引出，如图5虚线示。当励磁绕组通入直流电时，磁通分布如图5虚线所示，当电枢绕组中通入直流电源时，电枢绕组在磁场中受力转动。电枢绕组中便产生电磁转矩做驱动转矩带动负载转动。

无换向器直流电动机其定子磁极可以采用永久磁铁。此电动机的励磁方式可以用他励式也可以用自励式。

由上面的分析看出，无换向器直流电动机有以下特点：

1、没有复杂难做的换向器，维护容易，制造工艺较简单，比普通直流电动机价格便宜。

2、具有与普通直流电动机同样优良的调速性能。

3、由于不受换向的限制，使无换向器直流电动机能够向大容量单机发展。其电枢电压允值高；可以实现高速拖动。

无换向器直流发电机广泛用于藏电池充电，同步电机励磁、电镀、电解以及直流电焊、直流电动机等上的用电。无换向器直流电动机主要用于对调速要求较高的生产机械上等。

三、无换向器直流电动发电机：

如图5所示无换向器直流电动机。如果在其定子上再固定一电枢绕组，在转子上再固定一励磁绕组，即双电枢、双励磁绕组形式。如图6示；1－圆筒形定子磁轭。用硅钢片迭成；2－定子电枢绕组Ⅰ；3－定子电枢绕组Ⅱ；4、5－定子磁轭上突出的环形磁极；6、7－转子磁轭上突出的环形磁极；8－转子电枢绕组Ⅰ；9－转子电枢绕组Ⅱ；10－圆柱形转子磁轭；11－固定在定子上的励磁绕组Ⅰ；12－固定在定子上的励磁绕组Ⅱ；13－固定在转子上的励磁绕组Ⅰ；14－固定在转子上的励磁绕组Ⅱ。

直流电源通过滑环通入转子电枢绕组中。电枢绕组通电后在磁场中受力而转动；定子与转子上的励磁绕组通入直流电。其磁通分布如图6虚线所示，由于转子旋转，故定子铁心内电枢绕组便切割此磁场，在电枢绕组的有效边中便感应出电动势，由此而产生了电流。其定子电枢绕组两端的连接方式不同，就可以输出不同的电压值。（其原理详见无换向器直流发电机中所述）。

此种电机对直流电输送有特别的意义。如由无换向器发电机发出高压直流电，输入此电机后通过改变电机定子电枢绕组的联结方式可以变成低压直流电，相当于变压器的作用。

四、双电枢双励磁高效能无换向器直流电动机。

此电机机体的结构与工作原理与无换向器直流电动发电机的一致，只是定子与转子磁极采用永久磁铁，如图6所示。试想一样如果将电机定子电枢绕组内产生的感应电流经滑环通入其转子电枢绕组中，而电枢线圈通电后又在磁场内受力而转动，由于转子转动使定子电枢绕组切割磁场，故又在定子电枢绕组内产生感应电动势，由此又产生感生电流，输入到转子电枢绕组中，如此反复下去。我们知道他励发电机的电压与电流间的关系由下式表示，V＝E₁－I_aR_a；他励电动机的电压与电流间的关系由下式表示：V＝E₂＋I_aR_a；从公式上看，发电机感应出电动势，再做为直流电源通入到转子电枢绕组中，维持转子的旋转。实际上这是不可能的，外界稍有干扰电机便急速地停了下来，如当负载增加时，负载电流增加，在发电机感应电动势瞬时不变的前提下，反电动势E₂必将减少，即转速降低；定子电枢绕组感应电动势E₁也降低，再加上I_aR_a增加，所以在定子电枢绕组内端电压V＝E₁－I_aR_a，急剧降低，即转子电枢绕组的供电电源降低，即其反电动势降低，这时其转子转速更低，这样反复下去，使电机转子迅速停止。但是如果能有一个人为的装置，随转子转速的变化，而自动调整转子电枢绕组的供电电压，即可以使电机转子永远旋转，这个装置即为自动反映，自动调节的反馈控制系统，如图7示，1－测速电机；2－电机；3－调速电位器。定子电枢绕组端电压与反馈控制系统的控调电压△V串联，控调电压△V值由三相电压经可控硅整流所得；由于在他励发电机中，从空载到满载电压变化率，△V大约为5～10％左右，所以这部分能量所需的功率很小，此电机起动时需要直流电源，在电机起动完毕后，取掉直流电源，采用反控制系统，即可以使电机继续旋转下去。在旋转过程中，只需要5～10％的供电电压即可，节约了能量；直流电源可以采用交流整流。

相信，双电枢双励磁高效能无换向器直流电动机，在工业生产中将发挥其重要作用。

上述的四种直流电机，皆取消了换向器，其容量、输出电压及转速视需要任意确定。

Claims (5)

1、一种电机，它是由机座、定子、转子、滑环等组成，其特征是定子绕组(电枢绕组)为数部分，每部分皆采用数根单导体并排固定在定子铁心上，转子是采用圆形磁轭，磁轭上有数对突出的环形磁极上绕有励磁绕组。

2、根据权利要求1所述的电机，其特征是定子采用圆形定子磁轭，磁轭上有数对突出的环形磁极，环形磁极上绕有励磁绕组，转子绕组（电枢绕组）为数部分，每部分皆采用数根单导体并排固定在转子铁心上。

3、根据权利要求1所述的电机，其特征是定子采用圆形定子励轭，磁轭上有数对突出的环形磁极，环形磁极上绕有励磁绕组，环形磁极上固定数部分定子电枢绕组，每部分皆采用数根单导体并排固定在定子铁心上，转子采用圆形磁轭，磁轭上有数对突出的环形磁极，环形磁极上绕有励磁绕组，环形磁极上固定数部分转子电枢绕组，每部分皆采用数根单导体并排固定在转子铁心上。

4、根据权利要求3所述的电机，其特征是在定子电枢绕组两端的引线上串联一反馈控制装置，自动适应由于负载的变化而引起的电机定子电枢绕组端电压的变化。

5、根据权利要求1、2、3所述的电机，其转子或定子磁极采用永久磁铁。

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