專利名稱：一種圓筒式單極直流電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種直流電機(jī)，尤其指圓筒式單極直流電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)。
眾所周知，現(xiàn)行使用的直流電機(jī)，多為圓筒式多極直流電機(jī)。而圓筒式多極直流電機(jī)由于存在換向困難問題，所以容易產(chǎn)生機(jī)械換向器火花，燒壞換向器。這種形式的電機(jī)壽命短，運(yùn)行不可靠。如果改用電子換向器，又造成多極直流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
在水利電力出版社，1984年5月出版，書號(hào)為15143.5301的《電機(jī)理論與運(yùn)行》一書第52章第5節(jié)“單極直流電機(jī)”中指出使用一種圓筒式單極直流電機(jī)，可以解決換向困難，無換向器、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠，但該電機(jī)由于采用無繞組電樞，其有效部分感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)較小。
本發(fā)明的目的提供一種感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)較強(qiáng)的圓筒式單極直流電機(jī)。
本發(fā)明圓筒式單極直流電機(jī)，由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子上有圓筒形單極恒磁勵(lì)磁磁極及部分磁回路裝置，轉(zhuǎn)子上有圓柱狀電樞及另一部分磁回路裝置?；蛘呤嵌ㄗ由嫌袌A筒形電樞及部分磁回路裝置，轉(zhuǎn)子上有圓柱狀單極恒磁磁極及另一部分磁回路裝置。其中勵(lì)磁磁極與電樞構(gòu)成電磁轉(zhuǎn)矩的工作部分，且勵(lì)磁磁極與電樞之間有一圓筒形工作氣隙。電樞工作面上導(dǎo)體中流過的直流電流方向?yàn)檩S向，電樞中電流通過一對(duì)直流電源引入引出機(jī)構(gòu)與外電源或負(fù)載進(jìn)行電連接。電樞本身又由圓柱狀鐵芯元件構(gòu)成，元件嵌放在電樞鐵芯回轉(zhuǎn)工作面上、呈軸向開口的電樞槽中。元件由導(dǎo)磁材料制成的長(zhǎng)條形支架及線圈組成。線圈多匝繞在支架的上、下兩側(cè)。支架的左右兩側(cè)與電樞槽緊密貼合，其長(zhǎng)度與電樞槽相等。所有元件線圈最終以串或串并混合聯(lián)形式作為電樞繞組與電源引入引出機(jī)構(gòu)連接，且所有支架上側(cè)的線圈部分電流方向一致。
上述的支架可以為上、下開有凹口的形狀，線圈繞在支架的上、下凹口中。
上述的支架左右兩側(cè)也可以是與電樞槽兩內(nèi)側(cè)弧面相應(yīng)的弧狀。
本發(fā)明中的電樞槽中嵌放了支架元件，支架下側(cè)線圈部分由于受導(dǎo)磁支架與電樞槽鐵芯的屏蔽作用而與勵(lì)磁磁極產(chǎn)生的主磁場(chǎng)無電磁作用，不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或電磁力矩。支架上側(cè)的線圈部分受勵(lì)磁磁極產(chǎn)生的主磁場(chǎng)影響產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或電磁力矩，由于所有支架上側(cè)線圈部分中電流方向一致，故所有單一支架元件在單極性主磁場(chǎng)作用下，產(chǎn)生的電磁力矩、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向一致，每一元件線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為元件匝數(shù)乘以單匝有效部分的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。在所有元件線圈串聯(lián)情況下，總感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為所有元件數(shù)乘以一個(gè)元件線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步描述。


圖1為公知的圓筒式單極電機(jī)軸向剖視2為本發(fā)明第一種實(shí)施例軸向剖視3為圖2的A-A剖視4為圖2的B向5為一種上、下開凹口的支架示意6為圖5支架元件在電樞槽中的剖視示意7為一種帶凸條的支架元件在電樞槽中的剖視示意8為兩側(cè)邊為弧狀的支架元件在電樞槽中的剖視示意9為第二種實(shí)施例軸向剖視10為第三種實(shí)施例軸向剖視1中為水利電力出版社、1984年5月出版、書號(hào)為15143.5301、書名為《電機(jī)理論與運(yùn)行》中公開的一種圓筒式單極直流電機(jī)軸向剖視圖，定子上有圓筒形單極恒磁勵(lì)磁磁極1，轉(zhuǎn)子上有與勵(lì)磁磁極對(duì)應(yīng)的圓柱狀電樞7。主磁場(chǎng)由通直流電的勵(lì)磁線圈9產(chǎn)生，勵(lì)磁線圈在回路勵(lì)磁軛2內(nèi)壁上。該電機(jī)的磁回路裝置為左右對(duì)稱型圓柱狀磁回路裝置為定子上的磁極軛2、非工作磁極3、圓筒形非工作氣隙4、轉(zhuǎn)子上的輔助電樞5、電樞軛6。主磁場(chǎng)磁路為左右磁回路裝置、電磁轉(zhuǎn)矩工作部分，其中磁轉(zhuǎn)矩工作部分為勵(lì)磁磁極1、電樞7，電樞7為無繞組鐵芯。當(dāng)電樞直流電源通過電刷與集電滑環(huán)引入在電樞兩端時(shí)，電樞有效長(zhǎng)度L部分便產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)L部分產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，受單極勵(lì)磁磁極產(chǎn)生的磁場(chǎng)及有效長(zhǎng)度L的限制，該電勢(shì)較小。
圖2為本發(fā)明第一種實(shí)施軸向剖視圖，在該例中，電磁轉(zhuǎn)矩工作部分為定子上的圓筒形單極恒磁勵(lì)磁磁極1、轉(zhuǎn)子上的圓柱狀電樞7，二者之間有圓筒形工作氣隙8。磁回路裝置為定子上的磁極軛2、非工作磁極3、圓筒形非工作氣隙4、輔助電樞5、電樞軛6。主磁場(chǎng)回路為單磁回路裝置、電磁轉(zhuǎn)矩工作部分。勵(lì)磁磁場(chǎng)的產(chǎn)生并不限于如圖2所示用固定在磁極軛2內(nèi)壁的通電勵(lì)磁繞組產(chǎn)生，也可以是其他方式，如永磁式等等。此時(shí)電樞7為電樞鐵芯與電樞繞組制成，圖3中可見在電樞鐵芯的回轉(zhuǎn)工作面上開有呈軸向開口的電樞槽，電樞槽中固定嵌放支架元件10。支架元件由如圖5所示的導(dǎo)磁材料制成的支架及元件線圈組成，在圖6中元件線圈同向繞制在支架的上、下兩側(cè)后再固定嵌放在電樞槽中，圖5為一種上、下開有凹口的支架，支架的形式有多樣，可以是扁狀長(zhǎng)條，也可以是圖7所示的左右兩側(cè)邊帶有與電樞槽楔口相應(yīng)形狀尺寸的。以便于直接安裝在槽中的凸條支架，還可以是如圖8所示的與弧邊電樞槽對(duì)應(yīng)形狀尺寸的左右兩側(cè)邊呈弧狀的支架，以上支架的左右兩側(cè)邊與電樞槽兩內(nèi)側(cè)緊密配合，這樣就可使支架上邊的線圈部分做為有效導(dǎo)條部分與勵(lì)磁主磁場(chǎng)作用單獨(dú)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或電磁轉(zhuǎn)矩，而使支架下邊的線圈部分被支架與電樞槽構(gòu)成磁屏蔽回路屏蔽，而不與勵(lì)磁主磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或電磁轉(zhuǎn)矩。該有效導(dǎo)條部分所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與上述公知技術(shù)中的有效導(dǎo)條部分所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)原理相同。一般要求支架長(zhǎng)度與電樞槽長(zhǎng)度相等。另外，所有元件線圈最終以串聯(lián)或串并聯(lián)混合形式作為電樞繞組與電源引出機(jī)構(gòu)連接，但要確使所有支架上側(cè)線圈部分中電流方向指向一致，這樣電樞就能產(chǎn)生一致的電磁轉(zhuǎn)矩或感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，元件線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于支架上的線圈匝數(shù)乘以支架上方線圈有效長(zhǎng)度內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之積，在元件串聯(lián)時(shí)，總感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于支架元件數(shù)乘以上述單個(gè)元件線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。在圖2及圖4中，元件串聯(lián)后，總的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)由兩個(gè)固定在電樞右側(cè)邊的同心集電滑環(huán)作為電源引入引出端子配合電刷引出。可見該實(shí)施例中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)較強(qiáng)。
圖9為本發(fā)明第二種實(shí)施例軸向剖視圖，在該實(shí)施例中，圓筒形勵(lì)磁磁極仍做為定子部分，圓柱狀電樞仍做為轉(zhuǎn)子部分。電樞的結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，仍采用支架元件。圖9中可見，該電機(jī)采用了雙電樞7、7’，雙勵(lì)磁磁極1、1’結(jié)構(gòu)，右邊圓筒形勵(lì)磁磁極1、圓筒形工作氣隙8、圓柱狀電樞7為第一工作部分，左邊圓筒形勵(lì)磁磁極1’、圓筒形工作氣隙8’、圓柱狀電樞7’為第二工作部分，第一、二兩工作部分之間的電樞軛6直徑小于電樞7、7’鐵芯的直徑且磁極軛2內(nèi)徑大于磁極1、1’內(nèi)徑，電樞軛6與磁極2分別聯(lián)接第一、二工作部分的兩電樞7、7’與兩磁極1、1’。
此時(shí)第二工作部分的勵(lì)磁磁極1’、工作氣隙8’、電樞7’的鐵芯與磁極軛2、電樞軛6作為第一工作部分的磁回路裝置；第一工作部分的勵(lì)磁磁極1、工作氣隙8、電樞7的鐵芯與磁極軛2、電樞軛6作為第二1作部分的磁回路裝置。第一、二兩工作部分的勵(lì)磁磁極1、1’磁場(chǎng)的產(chǎn)生并不限于使用圖10的通電勵(lì)磁線圈9產(chǎn)生，還可采用其他方法如右邊勵(lì)磁磁極1本身為N極永磁體、左邊勵(lì)磁磁極本身為S極永磁鐵的方法。不論何種方法，只要使兩磁極的圓筒形內(nèi)表面上的磁場(chǎng)極性相反即可。為使兩電樞產(chǎn)生一致方向的轉(zhuǎn)矩，右磁極回轉(zhuǎn)形外表面上支架元件的支架上側(cè)的線圈部分與左磁極的支架上側(cè)線圈部分中的電流方向相反。電樞上的線圈部分仍可采用串聯(lián)或串并聯(lián)混合形式作為電樞繞組與電源引入引出機(jī)構(gòu)連接。圖9中采用左右電樞繞組共用一對(duì)集電滑環(huán)，此時(shí)可將左右電樞繞組再一次串聯(lián)的方法與右電樞7右邊側(cè)的一對(duì)集電滑環(huán)連接起來，集電滑環(huán)上所得的總感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為兩電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之和。故該實(shí)施例方案感應(yīng)電動(dòng)較強(qiáng)。亦可根據(jù)實(shí)際情況需要，使各線圈以串、并聯(lián)混合方式調(diào)整總感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小。
圖10為本發(fā)明第三種實(shí)施例，圖中可見，本電機(jī)采用了定子上有圓筒式雙電樞7、7’，轉(zhuǎn)子上有與雙電樞對(duì)應(yīng)的圓柱狀雙勵(lì)磁磁極1、1’，雙工作氣隙8、8’及相應(yīng)的連接雙電樞的圓筒形電樞軛6、連接雙磁極的磁極軛2。其工作電磁轉(zhuǎn)矩部分分左右設(shè)置，每一工作部分均由在其表面上嵌放了支架元件的電樞工作氣隙、單極勵(lì)磁磁極組成。磁極軛、電樞軛及一個(gè)工作部分的電樞鐵芯、工作氣隙勵(lì)磁磁極為另一個(gè)工作部分的磁回路裝置。左右兩磁極極性相反，兩電樞支架元件的支架上側(cè)線圈中的電流方向相反，勵(lì)磁磁場(chǎng)產(chǎn)生的方式亦可采用電磁式。圖10中為小功率電機(jī)常用的左磁極N，右磁極S的永磁方式勵(lì)磁。該方案中由導(dǎo)磁材料制成的支架亦有多種形狀，如長(zhǎng)條形、上、下凹口形(見圖5)、凸條形(見圖7)、側(cè)邊圖弧狀形(見圖8)。支架長(zhǎng)度基本與電樞槽相等，支架左右兩側(cè)邊應(yīng)與電樞槽兩內(nèi)側(cè)貼合。支架上、下兩側(cè)的線圈與勵(lì)磁磁場(chǎng)相互之間的電磁作用如實(shí)施例1中所述。支架上線圈聯(lián)接方式為串或串并聯(lián)混合形式，即一個(gè)電樞上所有支架線圈均串聯(lián)或部分串聯(lián)、部分并聯(lián)。具體何種聯(lián)接，視對(duì)總感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)要求而定。以串聯(lián)方式為例分析感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，左邊電樞上支架線圈均串聯(lián)時(shí)，左邊的總感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為各支架結(jié)圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之和，支架線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為支架上線圈匝數(shù)乘以支架上側(cè)線圈的有效長(zhǎng)度所感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。在左右電樞對(duì)稱且兩電樞繞組再次串聯(lián)的情況下，外接端子上感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)為左右總感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之和，故該實(shí)施例方案的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)較強(qiáng)。
權(quán)利要求
1.一種由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成的圓筒式單極直流電機(jī)，其中定子上有圓筒形單極恒磁勵(lì)磁磁極，轉(zhuǎn)子上有圓柱狀電樞，單極磁極與電樞構(gòu)成電磁轉(zhuǎn)矩工作部分產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，定子和轉(zhuǎn)子上還有一個(gè)供磁極及電樞工作磁場(chǎng)回路的磁回路裝置，電樞工作面上導(dǎo)體中通過的電流指向?yàn)檩S向，電樞中電流通過一對(duì)直流電源引入引出機(jī)構(gòu)與外電源或外負(fù)載進(jìn)行電連接，其特征是(1)上述的電樞由圓柱狀電樞鐵芯及元件組成，元件固定嵌放在電樞鐵芯圓柱工作表面上、呈軸向開口的電樞槽中；(2)上述的元件為導(dǎo)磁材料制成的長(zhǎng)條形支架及線圈組成，線圈同向繞制在支架的上、下兩側(cè)，其中支架上層與氣隙面對(duì)應(yīng)部分的線圈為上述的導(dǎo)體；(3)上述的支架左右兩外側(cè)與電樞槽兩內(nèi)側(cè)緊密貼合，其長(zhǎng)度與電樞槽長(zhǎng)度相等；(4)所有元件線圈最終以串聯(lián)或串并聯(lián)混合形式作為電樞繞組與電源引入引出機(jī)構(gòu)連接，且所有支架上側(cè)的線圈部分電流方向一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓筒式單極直流電機(jī)，其特征是長(zhǎng)條形支架的上、下兩側(cè)開有凹口，線圈同向繞制在支架的上、下凹口中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓筒式單極直流電機(jī)，其特征是所述的電樞槽兩內(nèi)側(cè)面為弧面，支架左右兩側(cè)面為與電樞槽兩內(nèi)側(cè)弧面相應(yīng)的弧面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3中任一項(xiàng)所述的圓筒式單極直流電機(jī)，其特征是磁回路裝置包括非工作磁極、磁極軛、非工作氣隙、輔助電樞、電樞軛；其中非工作磁極為圓筒形，磁極軛亦為圓筒形，磁極軛內(nèi)徑大于非工作磁極、勵(lì)磁磁極的內(nèi)徑，磁極軛將非工作磁極與勵(lì)磁磁極聯(lián)接起來；輔助電樞與電樞均為圓柱狀，電樞軛直徑小于輔助電樞及電樞鐵芯直徑，電樞軛用于將輔助電樞及電樞鐵芯同軸聯(lián)接；輔助電樞與非工作磁極之間為非工作氣隙。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3中任一項(xiàng)所述的圓筒形單極直流電機(jī)，其特征是(1)上述的圓筒形勵(lì)磁磁極、圓筒形工作氣隙、圓柱狀電樞為第一工作部分；(2)還有一個(gè)與第一部分結(jié)構(gòu)相同，且同軸心的第二工作部分；(3)第一工作部分與第二工作部分的圓筒形勵(lì)磁磁極由一個(gè)磁極軛聯(lián)接；其中磁極軛內(nèi)徑大于磁極內(nèi)徑；(4)第一工作部分與第二工作部分的圓柱狀電樞鐵芯由一個(gè)電樞軛聯(lián)接，其中電樞軛直徑小于電樞鐵芯直徑；(5)第一工作部分的磁回路裝置即為磁極軛、第二工作部分的勵(lì)磁磁極、二工作氣隙、第二工作部分的電樞鐵芯、電樞軛；(6)第二工作部分的磁回路裝置即為磁極軛，第一工作部分的勵(lì)磁磁極，第一工作氣隙、第一工作部分的電樞鐵芯、電樞軛；(7)第二工作部分的勵(lì)磁磁極極性與第一工作部分的勵(lì)磁磁極極性相反，第二工作部分與第一工作部分的電樞工作面上導(dǎo)條中沿軸向流過的電流方向相反。
6.一種圓筒式單極直流電機(jī)，包括含有圓筒形電樞的定子部分，含有圓柱形單極恒磁勵(lì)磁磁極的轉(zhuǎn)子部分，提供給勵(lì)磁磁極及電樞工作磁場(chǎng)回路的磁回路裝置，相應(yīng)地電樞與勵(lì)磁磁極之間有一圓筒形工作氣隙，電樞工作面上導(dǎo)體中通過的電流指向?yàn)檩S向，其特征是(1)上述的電樞由圓筒形電樞鐵芯元件組成，元件固定嵌放在電樞鐵芯的圓筒工作表面上，呈軸向開口的電樞槽中；(2)上述的元件為導(dǎo)磁材料制成的長(zhǎng)條形支架及線圈組成，線圈同向繞制在支架的上、下兩側(cè)，其中支架上層與氣隙面對(duì)應(yīng)的部分的線圈為上述導(dǎo)體；(3)上述的支架左右兩外側(cè)與電樞槽兩內(nèi)側(cè)緊密貼合，其長(zhǎng)度與電樞槽長(zhǎng)度相等；(4)所有元件線圈最終以串聯(lián)或串并聯(lián)混合形式作為電樞繞組外接電源。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圓筒式單極直流電機(jī)，其特征是長(zhǎng)條形支架上、下兩側(cè)開有凹口，絕緣導(dǎo)線繞制在支架的上、下凹口內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種圓筒式單極直流電機(jī)。它的勵(lì)磁磁極為單極性,與勵(lì)磁磁極對(duì)應(yīng)的電樞7的表面上開有軸向電樞槽,槽中嵌放了支架元件10,支架元件10中導(dǎo)磁材料制成的支架以及線圈所組成。由于支架上側(cè)的多匝線圈所感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)較強(qiáng),且電樞表面上的支架線圈可以串聯(lián),故串聯(lián)后總感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)更強(qiáng)。因而該電機(jī)既克服了多極直流電機(jī)的換向困難,也解決了現(xiàn)行單極直流電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)較小的問題。
文檔編號(hào)H02K31/00GK1287401SQ9911878
公開日2001年3月14日 申請(qǐng)日期1999年9月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月9日
發(fā)明者汪明 申請(qǐng)人:黃山高等?？茖W(xué)校