CN2295293Y - 一种新式高节能永磁直流电动机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种新式高节能永磁直流电动机,其特征在于在左、右转子体上,安装了径向磁场磁钢和轴向磁场磁钢,在电机内安装了由导电环、换相环、导电片组组成的机械换相器及机械换相器组,定子上只有一相绕组,定子绕组分成匝数比为1∶1∶2的三段,按不同的串、并联方式与机械换相器组相连,使电动机效率提高,输出力矩增大,并实现了多档变速。
Description
本实用新型涉及一种新式高节能永磁直流电动机，属于交通工具用的驱动装置。
申请号为88218601.9和89201082.7的发明创造，公开了两种外转子式永磁无刷直流电动机，它两的目的是提供一种寿命长，使用可靠，能源利用率高的直流电动机，其构造是：前一电动机是磁钢安放在转子两端的永磁铁氧体两相电机，定子由骨架、硅钢片及绕组组成，嵌线简单，如绕线圈一样直接绕在定子骨架上，无端部铜耗，利用率高；后一电动机是磁钢安放在转子园柱体内壁上的稀土钕铁硼三相电动机，定子由硅钢片叠成，有端部铜耗，还是三相，故用铜量很大，但电机运转平稳，声音少。这两种电动机都是采用光电位置传感器等电子元件组成电子换相器来实现电机换相的。该两发明创造不足之处是：
1、由于采取电子换相器，因电动机内部温度太高，电子元件容易损坏，若将电子换相器安装在电动机外部，则引出线太长，降低了电动机效率，又不安全。
2、电子换相器中的大功率管要消耗功率，降低电动机效率。
3、电子换相器用的电子元件太多，出故障的可能性很大，可靠性低。
4、采取电子换相器，不能使电动机具有多种转速，因为需要引出的线太多。无法从电机轴中心孔引出。
5、由于电子换相器所需的大功率管和位置传感器的价格昂贵，总的成本高，不经济。
此外，前一发明创造还由于只有一个铁氧体产生的轴向磁场，每极磁通量少，输出功率不大；又由于采用轴向磁场，定子与磁钢之间的气隙不能取得太少，否则磁钢就要擦定子，这是因为电动机轴承使左、右转子体与电机轴垂直这一要求在装配中得不到保证和实现，所以电动机实际气隙一般在1mm以上，这样，电动机在带负载时所需的电流多，效率低。后一发明创造，由于定子装有三相绕组，不仅用铜量多，重量重，而且嵌线困难，生产工艺性差，不宜实现大批量生产。
本实用新型的目的在于避免上述现有技术的不足之处而提供一种适于大批量生产，制造成本低廉，效率高，输出功率和力矩大，并可多档调速，使用安全和可靠性高的产品。
本实用新型的目的可通过如下措施来实现：
一种新式高节能永磁电动机由定子、铝制外环、左右转子体、机械换相器组、定子绕组、电源引入线、电机轴和辐条圈组成，在左、右转子体的端面上安放着轴向磁场磁钢，在左、右转子体的园柱体内壁上或两端套有园柱钢环的铝制外环内壁上安放着径向磁场磁钢，轴向磁场的磁力线和径向磁场的磁力线进入定子铁芯硅钢片后，进行算术相加，使每极磁通量大大加大。在电机内安装着由6个机械换相器组成的机械换相器组，机械换相器是由一个导电环、一个换相环和两个(三相三个)并列的导电片组组成，当电动机接通电源时，电源的正极通过电源引入线加到导电环上，再经过换相环、导电片组使定子的一相绕组通电。由于两个导电片组是分别接在定子的两相绕组上，当换相环随转子旋转时，定子的两相绕组就轮流通电，从而实现了电动机的换相。电动机的定子只有一相绕组，将定子绕组的两端同时接在两个机械换相器的两个导电片组上，一端接一个导电片组(如图6所示)，当换环上的导电金属片与右边的导片组接触时，电流就从绕组左端流入；当换相环随转子转过一个极距时，换相环上的导电金属片与左边的导电片组接触，电流就从绕组右端流入，这样就实现了用一相绕组完成两相绕组工作的目的。将一相定子绕组分成匝数比为1∶1∶2的三段，与机械换相器组串、并联，可实现高、中、低三档变速，高速档先是将前两段(1∶1)串联，再与后一段并联；中速档是将后两段(1∶2)串联；低速档是将这三段串联。
本实用新型的目的还可以通过如下措施来达到：
在电机轴上设置一个限轴旋转器(19)，以防止4个平叉夹紧螺母(13)万一松动，电动机轴旋转，把电源引入线绞断。
在电机轴两端各增加一个轴保护螺帽(12)，防止轴螺纹被碰坏，不便维修。
在定子两端各装一个波形弹性垫圈(10)，以防止电动机的轴向窜动，并用来调整左右转子磁钢与定子之间气隙的对称。
在电源引入线(18)的出线端增装一个由密封胶和橡皮圈组成的密封零件(9)，用来防潮、防尘。
在左、右转子体的圆柱体内壁或两端套有圆柱钢环的铝制外环内壁上安装径向磁场磁钢，而在左、右转子体的端面上不放置磁钢，这样，气隙可不受轴承的影响，只要保证定子外径和左右转子体圆柱内径的设计值，定子和磁钢之间就不会发生摩擦，所以气隙可以取到0.2-0.3mm，气隙小，同一磁钢下的气隙磁密、磁通量和力矩系数大，带动相同负载所需的电流少，效率高。
附图的图面说明如下：
图1为一种新式高节能永磁直流电动机剖视图
图2为径向磁场和轴向磁场磁路图
图3为机械换相器结构图
图4为换相环构造和机械换相器工作原理图
图5为机械换相器简化图图6为一相绕组完成两相绕组工作的接线原理图附图的图号说明：1、为左转子体；2、为轴向磁场磁钢；3、为径向磁场磁钢；4、为定子绕组；5、为辐条圈；6、为右转子体；7、为定子；8、为机械换相器；9、为密封零件；10、为波形弹性垫圈；12、为轴保护螺帽；13、为夹紧螺母；14、为螺钉；15、为铝制外环；16、为硅钢片；17、为电机轴；18、为电源引入线；19、为限轴旋转器；20、为导电环；21、为机械换相器组；22、为支架；23、为轴向磁场磁力线；24、为径向磁场磁力线；25、为换相环；26、为导电片组。
下面将结合附图对本实用新型做进一步详述：
图1是一种新式高节能永磁直流电动机剖视图，在左、右转子体(1.6)的端面上，放置着轴向磁场磁钢(2)，在左、右转子体(1.6)的圆柱体内壁上或两端套有圆柱钢环的铝制外环内壁上，放置着径向磁场磁钢(3)，轴向磁场磁力线(23)和径向磁场磁力线(24)进入定子铁芯硅钢片(16)后，进行算术相加(见附图2)，使每极磁通量大大加大，输出功率增加，效率明显提高。在电动机内安装着由6个机械换相器(8)组成的机械换相器组(21)，机械换相器(8)是由一个导电环(20)、一个换相环(25)和两个(三相三个)并列的导电片组(26)组成。导电环(20)是和定子骨架、电机轴(17)铸成一体；换相环(25)是用螺钉固定在左转子体(1)上；导电片组(26)由9片导电片组成一组，是用空芯铆钉固定在支架(22)上，支架(22)是用螺钉固定在定子骨架上(见附图3)。附图4表示换相环(25 )的构造和机械换相器(8)的工作原理图。在换相环(25)圆柱外表面上，布有排数与电机相数相同(两相两排，三相三排)，间隔均等，宽度一样，个数等于极对数、位置错开(两相错开一个极距角，三相错开二分之二极距角，极距角就是一个极距所对的机械角)的导电金属片，且每个空隔的宽度大于每个金属片的宽度，以保证在一相绕组通电时，其它各相均不通电。其换相过程是：当电动机接通电源时，电源的正极通过电源引入线(18)加到导电环(20)上，再经换相环(25)导电片组(26)使定子的一相绕组通电。由于两个导电片组(26)是分别接在定子(7)的两相绕组上，当换相环(25)随转子旋转时，定子(7)的两相绕组就轮流通电，从而实现了电动机的换相。附图4可简化为附图5。为使电动机的成本降到最低、效率达到最高，定子(7)上只有一相定子绕组(4)。具体方法是把定子绕组(4)的两端同时接在两个机械换相器(8)的两个导电片组(26)上(一端接一个导电片组，如附图6所示)。当换相环(25)上的导电金属片与图示右边的导电片组接触时，电流就从绕组左端流入这时，绕组产生的磁场极性是左端N级，右端S级(相当于图5的A相绕组工作)；当换相环(25)随转子转过一个极距时，换相环(25)上的导电金属片与图示左边的导电片组接触，电流就从绕组右端流入，这时，绕组产生的磁场极性是左端S极，右端N级(相当于图5的B相绕组工作)；这就实现了用一相绕组完成两相绕组工作的目的。为增加电动机的输出力矩，功率及效率，本电动机设有高、中、低三种转速。具体办法是将定子绕组(4)分成匝数比为1∶1∶2的三段：高转速档是先将前两段(1∶1)串联，再与后一段并联(这时线径加粗一倍，直流电阻减少一半，电机的输出功率、效率进一步提高)；中转速档是将后两段(1∶2)串联；低转速档是将这三段串联(这时定子绕组的匝数增加一倍，力矩系数增大一倍，在同一电流下输出力矩增加一倍)。定子绕组(4)的串、并联是靠6个机械换相器(8)组成的机械换相器组(21)和速度选择开关实现的。
在本电机上还增加了一个与辐条连接的辐条圈(5)和辐条圈(5)与铝制外环(6)连接接的4个螺钉(14)。目的是当电动机一旦出了故障，只需卸下这4个螺钉(14)，就可将整个电动机拿出进行修理。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
1、采用双向磁场，使磁通量大大增大(对前一现有技术来说)，电动机的功率和效率大大提高；
2、采用机械换相，降低了功率消耗，提高了电动机效率和可靠性；
3、用一相绕组取代两相(或三相)绕组，降低了生产成本，减少功率损耗(因硅钢片用量减少)，提高了电动机效率；
4、由于采用了机械换相器，故可将换相器置于电动机内，从而解决了换相器与电机主体分离的矛盾，同时实现了三档调速，使电动机输出功率和力矩增大，效率进一步提高；
5、可以只采用一个径向磁场(如用高磁性能磁钢)，这样就可发挥前一现有技术嵌线简单，铜的利用率高等优点，又可克服气隙大和不易保证的缺点，同时还避免了后一现有技术用铜量多，重量重和嵌线困难等缺点。
Claims (4)
1、一种新式高节能永磁直流电动机，由定子(7)、铝制外环(15)、左、右转子体(1.6)、机械换相器组(21)、定子绕组(4)、电源引入线(18)、电机轴(17)和辐条圈(55)组成，其特征在于：在左、右转子体(1.6)的端面上放置轴向磁场磁钢(2)，在左、右转子体(1.6)的园柱体内壁上或两端套有园柱钢环的铝制外环内壁上，放置着径向磁场磁钢(3)，在电机内装着导电环(20)、换相环(25)和导电片组(26)组成机械换相器(8)，6个机械换相器(8)组成一个机械换相器组(21)，定子(7)上只有一相定子绕组(4)，定子绕组(4)分成匝数比为1∶1∶2的三段，按不同串、并联方式与机械换相器组(21)相连。
2、根据权利要求1所述的一种新式高节能永磁直流电动机其特征在于：在左、右转子体(1.6)的园柱体内壁上或两端套有园柱钢环的铝制外环内壁上放置着径向磁场磁钢(3)，而在左、右转子体(1.6)的端面上不放置磁钢，这仍是一个永磁直流电动机。
3、根据权利要求1所述的一种新式高节能永磁直流电动机，其特征在于：在电机轴(17)上安装有限轴旋转器(19)，轴保护螺帽(12)和波形弹性垫圈(10)。
4、根据权利要求1所述的一种新式高节能永磁直流电动机，其特征在于：将电机轴(17)、5个导电环(20)，和定子骨架铸成一体。
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