專(zhuān)利名稱(chēng)：高節(jié)能,大轉(zhuǎn)矩直流電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬一種節(jié)能效果明顯，大轉(zhuǎn)矩，適用性極廣的直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)原理發(fā)明。凡利用本原理設(shè)計(jì)制造的所有直流電動(dòng)機(jī)，均適用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸事業(yè)、家電及礦山、冶金行業(yè)的牽引、調(diào)速電機(jī)。特別適宜制造各類(lèi)車(chē)、船用直流電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)摩托車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)等。
本發(fā)明高節(jié)能，大轉(zhuǎn)矩直流電動(dòng)機(jī)，整體結(jié)構(gòu)布局上與普通直流電動(dòng)機(jī)無(wú)太大差異，主要差別為主極(以后稱(chēng)定子)和轉(zhuǎn)樞(以后稱(chēng)轉(zhuǎn)子)的極數(shù)比和極數(shù)的選擇。
本發(fā)明直流電機(jī)，定子與轉(zhuǎn)子極數(shù)的比例，可以是1∶3，也可以是1∶4或1∶5。
定子磁極數(shù)為2、6或10……即定子磁極數(shù)為2或2以上均相隔一個(gè)偶數(shù)的偶數(shù)。如2，2以上隔4選6，或再隔8選10等等。
定子磁極磁場(chǎng)方向的排列原則是通過(guò)軸心的二個(gè)磁極向心為異性磁場(chǎng)。或順秩序相鄰向心互為異性磁場(chǎng)排列的原則。
定子磁極的極面寬度或弧弦長(zhǎng)(每塊磁極占有的中心角)應(yīng)等于或略小于360°除極數(shù)。即定子二極，每極的極面寬度所占有的中心角應(yīng)為180°或180°至150°之間，接近半個(gè)圓。
定子6極，每極的弧弦長(zhǎng)(占有的中心角)應(yīng)為60°或60°至55°之間。
轉(zhuǎn)子磁極的選擇原則是定子磁極數(shù)比轉(zhuǎn)子磁極數(shù)等于1∶3或1∶4……即定子二極，轉(zhuǎn)子可選6極，(見(jiàn)說(shuō)明書(shū)附圖5)定子二極轉(zhuǎn)子也可選8極(見(jiàn)說(shuō)明書(shū)附圖4)定子6極，轉(zhuǎn)子可選18極(見(jiàn)說(shuō)明書(shū)附圖3)定子6極轉(zhuǎn)子也可選24極(見(jiàn)說(shuō)明書(shū)附圖2)用於給轉(zhuǎn)子供電，使其生產(chǎn)不斷變化的電磁場(chǎng)，促使轉(zhuǎn)子與定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)作用的換向器5、6，其換向器銅片5的數(shù)量的設(shè)計(jì)的原則是；轉(zhuǎn)子磁極數(shù)是幾，換向銅片5的數(shù)量也是幾，并且其排列順序和序號(hào)與轉(zhuǎn)子磁極的排列順序和序號(hào)相同。
用於本發(fā)明直流電機(jī)的換向電刷7的數(shù)量的選用原則1、無(wú)論定轉(zhuǎn)子磁極數(shù)為多少均可選擇合適的位置通過(guò)軸心“對(duì)稱(chēng)的安裝，+、-(正、負(fù))電刷各一個(gè)(稱(chēng)一組)。
2、定子極數(shù)是6或6以上的電刷的數(shù)量可選2組或2組以上，但最多不得大于定子極數(shù)除以2的數(shù)，且每組的二個(gè)+、-電刷必須通過(guò)軸心對(duì)稱(chēng)位置安裝。另一組或二組……與第一組的電刷的安裝角度與定子磁極的對(duì)應(yīng)角度相同。
用於與換向器所接觸的電刷的弧弦長(zhǎng)(以下稱(chēng)電刷寬)的設(shè)計(jì)原則每塊電刷同時(shí)應(yīng)接觸的換向器片(連同換向器片間的云母片)的數(shù)量等于轉(zhuǎn)子磁極數(shù)除以定子磁極數(shù)減1(超大轉(zhuǎn)矩要求時(shí))。或轉(zhuǎn)子磁極數(shù)除以定子磁極數(shù)減2或1.5(高效節(jié)能時(shí)，定子磁極采用永磁體時(shí))本發(fā)明直流電機(jī)，整體布局結(jié)構(gòu)見(jiàn)說(shuō)明書(shū)附

圖1。工作原理和運(yùn)轉(zhuǎn)圖見(jiàn)說(shuō)明書(shū)附圖2.3.4.5。
定子磁極8，固定在電機(jī)殼體10的園周內(nèi)側(cè)。換向電刷7通過(guò)彈簧的適當(dāng)?shù)膲毫εc換向器5、6相接觸做成固定不轉(zhuǎn)，固定在與定子同心的殼體10的合適位置。
說(shuō)明書(shū)附圖2轉(zhuǎn)子體2與換向器6固定在同一圓心上，且同步旋轉(zhuǎn)。換向器換向銅片5的數(shù)量與轉(zhuǎn)子磁極數(shù)相同都是24。換向電刷7可設(shè)計(jì)成一組(+、-電刷各一個(gè))，通過(guò)軸心對(duì)稱(chēng)的安裝，也可設(shè)計(jì)成二組或三組(+、-電刷，各二個(gè)或三個(gè))，當(dāng)設(shè)計(jì)成三組時(shí)，只需將轉(zhuǎn)子磁極線圈4的端與相應(yīng)的換向器片相接和轉(zhuǎn)子磁極線圈相并連，或串聯(lián)。其余連線無(wú)需連接。6個(gè)電刷的排列方式與定子磁極排列方式相同，均向心相鄰互為異性電源的電刷，并每組+、-電刷通過(guò)軸心，對(duì)稱(chēng)安裝。三組電刷十電刷與十電刷并聯(lián)，一電刷與一刷并聯(lián)，然后并入或串入轉(zhuǎn)子換向器電路。
24個(gè)轉(zhuǎn)子磁極線圈4采用統(tǒng)一線徑，統(tǒng)一繞向，統(tǒng)一匝數(shù)的方式制成。
當(dāng)采用一組換向電刷時(shí)24個(gè)轉(zhuǎn)子磁極線圈4和24片換向器片5的連線原則是每對(duì)稱(chēng)通過(guò)軸心的二個(gè)磁極的線圈，一個(gè)磁極線圈的⊙端與另一個(gè)磁極線圈的端相連，形成并聯(lián)電路。二磁極線圈的⊙端相連形成串聯(lián)電路。然后，與之相隔7極的另二個(gè)磁極線圈的端相連，形成正三角形。24個(gè)磁極線圈端相連后，形成8個(gè)正三角形。
然后，按順序，將24個(gè)磁極線圈的端，依秩接入24片換向器銅片5。
定子磁極，當(dāng)采用永磁體時(shí)，無(wú)須設(shè)置磁極線圈9，當(dāng)采用電激磁時(shí)，則必須設(shè)置磁極線圈9。
同一臺(tái)電機(jī)中，定子磁極線圈也采用同一線徑，同一繞向，同一匝數(shù)的線圈結(jié)構(gòu)。
根據(jù)所需電機(jī)功率的不同，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子體的體積，同一電動(dòng)機(jī)中，定子磁極8的長(zhǎng)度應(yīng)和轉(zhuǎn)子磁極3的長(zhǎng)度(疊厚)相同。
轉(zhuǎn)子極靴間的進(jìn)線槽，應(yīng)以正常進(jìn)線為準(zhǔn)。電機(jī)功率確定之后，關(guān)鍵是確定定子結(jié)構(gòu)。
當(dāng)需制作數(shù)百瓦以下的微型電機(jī)時(shí)，定子磁極材料可選用普通鐵氧永磁體材料。
數(shù)百瓦至數(shù)拾千瓦的小功率電機(jī)時(shí)，定子磁極材料可選用濁鐵硼類(lèi)稀土永磁材料制作。
大于數(shù)拾千瓦的電機(jī)，其定子磁極必須選用電激磁的結(jié)構(gòu)。
當(dāng)制作的直流電機(jī)以高效、節(jié)能的目的時(shí)，每塊定子磁極的弧弦長(zhǎng)所占有的中心角應(yīng)≤60°(本附圖2畫(huà)成45°為顯示圖面清析)并同時(shí)配合換向電刷所包含的換向器銅片數(shù)調(diào)整；超大轉(zhuǎn)矩時(shí)，應(yīng)同時(shí)蓋括3片換向器銅片。高效節(jié)能時(shí)，可以只蓋括二片或一片換向器片。(當(dāng)蓋括一片換向器片時(shí)，每塊定子磁極的弧弦長(zhǎng)應(yīng)≤45°中心角，并且定子磁極選用永磁體)。
當(dāng)電刷蓋括三片換向器銅片時(shí)，則形成24個(gè)轉(zhuǎn)子磁極被定子磁極同時(shí)強(qiáng)吸、強(qiáng)斥工作。其中，6個(gè)轉(zhuǎn)子磁極，瞬間換向。
當(dāng)電刷蓋括一片換向器銅片時(shí)，則形成12個(gè)轉(zhuǎn)子磁極，同時(shí)被定子磁極強(qiáng)斥工作，其中6個(gè)磁極瞬時(shí)換向。六個(gè)磁極自由吸合，根據(jù)鐵磁原理，充分利用了永磁體的磁能積形成無(wú)電耗做功，這時(shí)的節(jié)電效果最好。
從說(shuō)明書(shū)附圖2可以看出定子1.3.5向心為S極，2.4.6向心為N極。
電刷同時(shí)接觸二片換向器銅片，被電刷所接觸的換向器片所連接的轉(zhuǎn)子磁極線圈，形成通路產(chǎn)生電磁場(chǎng)。十刷產(chǎn)生S極磁場(chǎng)，一刷產(chǎn)生N極磁場(chǎng)附圖2中Z2、Z3及所連接的Z10、Z11、Z18、Z19接觸十刷，產(chǎn)生S極，Z14、Z15及所連接的Z22、Z23、Z6、Z7接觸一刷，產(chǎn)生N極。
附圖2中。磁極線圈形成通路的為Z2、Z14，Z3、Z15，Z10、Z22，Z11、Z23，Z18、Z6，Z19、Z7分別形成通路。
附圖2中，定轉(zhuǎn)子磁極的相互作用力為D1S極；強(qiáng)斥Z2、Z3S極。D2N極；強(qiáng)斥Z6、Z7N極。D3S極；強(qiáng)斥Z10、Z11S極。D4N極強(qiáng)斥、Z14、Z15N極。D5S極；強(qiáng)斥Z18、Z19S極。D6N極；強(qiáng)斥Z22、Z23N極。Z4、Z8、Z12、Z16、Z20、Z24分別被D1、D2、D3、D4、D5、D6順旋轉(zhuǎn)方向自由牽拉吸合，Z1、Z5、Z9、Z13、Z17、Z21暫時(shí)處與換向位置。
待上述磁極換向結(jié)束，又將增加上述換向磁極被D1到D6 6個(gè)定子磁極相對(duì)應(yīng)強(qiáng)斥的作用力，并且Z3、Z7、Z11、Z15、Z19、Z23，分別轉(zhuǎn)化為被D2、D3、D4、D5、D6、D1順向強(qiáng)吸的作用力。所有定轉(zhuǎn)子磁極均同時(shí)參與順旋轉(zhuǎn)方向的相互吸斥工作，故轉(zhuǎn)矩力特大。
若，定子磁極的弧弦長(zhǎng)(占有的中心角)再增加一點(diǎn)，由45°增加至60°同時(shí)電刷蓋括的換向器片再增加一片。
即十刷同時(shí)接觸，序號(hào)為2.3.4的換向器片，一刷同時(shí)接觸，序號(hào)為14，15，16換向器片，且換向極換向結(jié)束。
則定轉(zhuǎn)子磁極的磁場(chǎng)作用力為D1S極強(qiáng)斥Z1、Z2、Z3強(qiáng)吸Z24、Z23D2N極強(qiáng)斥Z5、Z6、Z7強(qiáng)吸Z4、Z3D3S極強(qiáng)斥Z9、Z10、Z11強(qiáng)吸Z8、Z7D4N極強(qiáng)斥Z13、Z14、Z15N極強(qiáng)吸Z12 Z11S極D5S極強(qiáng)斥Z17、Z18、Z19強(qiáng)吸Z16、Z15D6N極強(qiáng)斥Z21、Z22、Z23強(qiáng)吸Z20、Z19所有磁極均參與順向強(qiáng)斥，強(qiáng)吸工作，部分轉(zhuǎn)子磁極，被二個(gè)定子磁極雙向工作，故轉(zhuǎn)矩力超大。
本專(zhuān)利直流電機(jī)，當(dāng)定子采用電激磁磁極時(shí)，定子上的激磁線圈，直接外接直流電源的+、-極，如附圖2所示。也可以一端外接直流電源的+、-極，另一端接入電刷電路，屬串激電路。
說(shuō)明書(shū)附圖3為定子6極，轉(zhuǎn)子18極，定轉(zhuǎn)子極數(shù)比為1∶3的運(yùn)轉(zhuǎn)原理圖，其中Z1、Z4、Z7、Z10、Z13、Z17處與換向的瞬間位置，其余轉(zhuǎn)子各極均工作于被定子磁極強(qiáng)斥，強(qiáng)吸的位置上，轉(zhuǎn)矩力超大。
說(shuō)明書(shū)附圖4為定轉(zhuǎn)子極數(shù)比1∶4，定子2極，轉(zhuǎn)子8極的工作原理圖，定子磁極的極面寬(占有中心角)約略小于180°，Z1、Z5處與瞬時(shí)換向的位置，其余轉(zhuǎn)子各極均處于被定子磁極強(qiáng)吸，強(qiáng)斥的工作位置上，轉(zhuǎn)矩力超大。
說(shuō)明書(shū)附圖5，為定轉(zhuǎn)子磁極極數(shù)比1∶3，定子2極轉(zhuǎn)子6極，轉(zhuǎn)子Z1、Z4處與瞬間換向位置，Z2被D1強(qiáng)斥，Z5被D2強(qiáng)斥，Z3、Z6順向自由吸合，屬高效節(jié)能工作態(tài)狀。
根據(jù)本發(fā)明原理，還可設(shè)計(jì)出定子10極，轉(zhuǎn)子30極和40極，定轉(zhuǎn)子極數(shù)比為1∶3和1∶4的大轉(zhuǎn)矩的直流電機(jī)也可設(shè)計(jì)出，定子6極轉(zhuǎn)子30極，定轉(zhuǎn)子極數(shù)比為1∶5等等的其他高節(jié)能大轉(zhuǎn)矩直流電動(dòng)機(jī)。
權(quán)利要求
一、一種高節(jié)能，超轉(zhuǎn)矩直流電動(dòng)機(jī)，其特征為主極定子的磁極數(shù)是2.6.10……。即偶數(shù)2以上每相隔一個(gè)偶數(shù)的偶數(shù)，使其在同一圓周均布時(shí)形成奇數(shù)與偶數(shù)通過(guò)中心連成一條直線。同一部直流電機(jī)中，定子磁極的極數(shù)與轉(zhuǎn)子(轉(zhuǎn)樞)的磁極數(shù)之比可以是1∶3或1∶4或1∶5。即定子磁極數(shù)是6則轉(zhuǎn)子磁極數(shù)可以是18極，24極或30極。且換向器換向片的數(shù)量與轉(zhuǎn)子磁極數(shù)相同。
二、根據(jù)權(quán)利要求—所述的直流電動(dòng)機(jī)其特征是定子磁極數(shù)無(wú)論是幾，均布安裝后則形成通過(guò)中心對(duì)稱(chēng)設(shè)置的二個(gè)磁極形成向心互為異性磁場(chǎng)的安裝。同心相鄰互為異性磁場(chǎng)的排列方式。
三、根據(jù)權(quán)利要求一、二所述的直流電動(dòng)機(jī)其特征是定子的磁極數(shù)無(wú)論是幾，每塊磁極的極面寬(弧駭長(zhǎng))所占有的中心角，應(yīng)是360°除以幾。將同一電機(jī)的所有定子磁極布置在殼體或園周上，幾乎形成整園(應(yīng)保留盡可能小的支撐框架隔板)。
四、根據(jù)權(quán)利要求一所述的直流電動(dòng)機(jī)，其特征是轉(zhuǎn)子磁極數(shù)，根據(jù)定子磁極數(shù)和定、轉(zhuǎn)子極數(shù)比確定。定子6極、定轉(zhuǎn)子極數(shù)比是1∶3，轉(zhuǎn)子磁極為18。定子6極，定轉(zhuǎn)子極數(shù)比是1∶4，轉(zhuǎn)子磁極為24。無(wú)論轉(zhuǎn)子多少極，每個(gè)磁場(chǎng)上均繞有一統(tǒng)一線徑、統(tǒng)一匝數(shù)、統(tǒng)一繞向的磁極線圈。其轉(zhuǎn)子磁極線圈的連接方法為當(dāng)通過(guò)中心的對(duì)稱(chēng)的二個(gè)磁極線圈，并聯(lián)連接時(shí)，則一個(gè)線圈的端聯(lián)接另一線圈的⊙互為⊙連接，所有通過(guò)中心形成一直線的二個(gè)磁極的線圈，均如此連接。當(dāng)通過(guò)中心的對(duì)稱(chēng)的二個(gè)磁極線圈串聯(lián)連接時(shí)，則二個(gè)線圈的⊙端相聯(lián)。同一臺(tái)電機(jī)所有轉(zhuǎn)子線圈間連線方式為定子磁極數(shù)為6，轉(zhuǎn)子磁極數(shù)無(wú)論為多少，將每相隔5極的那些磁極線圈的端相連，并每個(gè)磁極線圈的端分別接入各自對(duì)應(yīng)的或相同序號(hào)的換向器銅片上。定轉(zhuǎn)子極數(shù)比為1∶3，連線后形成6個(gè)正三角形。定轉(zhuǎn)子極數(shù)比為1∶4，連線后形成8個(gè)正三角形。對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子磁極線圈的端相連后所形成的多邊形，(多角形)邊數(shù)是定子磁極數(shù)的一半，所形成的多邊形(多角形)的個(gè)數(shù)，是定轉(zhuǎn)子極數(shù)比中轉(zhuǎn)子的比值數(shù)的二倍的數(shù)。
五、根據(jù)權(quán)利要求一所敘的直流電動(dòng)機(jī)，其特征為供轉(zhuǎn)子工作用的換向器，其換向銅片的數(shù)量與轉(zhuǎn)子磁極數(shù)相同，且、排列方向和序號(hào)也相同。
六、根據(jù)上敘權(quán)利要求所述的直流電動(dòng)機(jī)與換向器片相接觸的電刷的數(shù)量，最多等于定子磁極數(shù)，且十、一電刷排列方式和對(duì)應(yīng)角度與定子磁極排列方式相同。并均可通過(guò)軸心對(duì)稱(chēng)安裝十、一電刷各一個(gè)。每個(gè)電刷的寬度(同時(shí)接觸換向器片的數(shù)量，加各片間云母片的厚度)是定轉(zhuǎn)子磁極數(shù)比中大數(shù)減一的數(shù)(超大轉(zhuǎn)矩時(shí))也可以是減二的數(shù)(高節(jié)能時(shí))。如定轉(zhuǎn)子極數(shù)比為1∶3，3-1＝2(超大轉(zhuǎn)矩)3-2＝1(高節(jié)能時(shí))定轉(zhuǎn)子極數(shù)比為1∶4 4-1＝3(超大轉(zhuǎn)矩時(shí))4-2＝2(高節(jié)能時(shí))高節(jié)能時(shí)的電刷的寬度的選擇，只有定子選用永磁體時(shí)方可采用。
全文摘要
一種高節(jié)能,大轉(zhuǎn)矩直流電動(dòng)機(jī)其特點(diǎn)是:合理選擇主極定子磁極的數(shù)量和磁場(chǎng)排列方向,與不同比例的轉(zhuǎn)子磁極相配合,可設(shè)計(jì)出多種不同工作狀態(tài)的適用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、冶金、礦山交通等,各領(lǐng)域的直流電動(dòng)機(jī)。其定子磁極數(shù)的選擇原則是2,或2以上均相隔一個(gè)偶數(shù)的偶數(shù),如6、10、14……。且定子磁極磁場(chǎng)的排列方式和方向?yàn)橄蛐南噜徎楫愋源艌?chǎng)方向的均勻布置。定子與轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)比為1比3,1比4或1比5……。換向器換向片的數(shù)量與轉(zhuǎn)子磁極數(shù)相同。且排列序號(hào)也與轉(zhuǎn)子磁極排列序號(hào)相同。
文檔編號(hào)H02K23/26GK1245995SQ9910422
公開(kāi)日2000年3月1日 申請(qǐng)日期1999年3月18日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月18日
發(fā)明者張晴 申請(qǐng)人:張晴, 張翠學(xué)