專利名稱：旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種旋轉(zhuǎn)無換向器直流電機(jī)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)直流電機(jī)其電樞線圈中的電流要改變方向，所以需要換向器把電流換成同一方向，線圈換向時(shí)，會(huì)在換向器上產(chǎn)生磁能釋放，引起火花，一般采用換向極或延遲換向，但不能根本解決這個(gè)問題。
還有一種直流單極電機(jī)，沒有換向器，但轉(zhuǎn)子沒有線圈繞組，因此感應(yīng)電勢(shì)較低，只適用低壓大電流的場合。
無刷直流電機(jī)采用電子開關(guān)代替機(jī)械換向，一般采用三相繞組，該結(jié)構(gòu)電機(jī)本體復(fù)雜，控制電子元件多，雖然采用霍爾無件能采用二相，但控制則是線性狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)，沒有換向器，只有集電環(huán)，該電機(jī)電樞線圈中的電流是單一方向。
本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)其結(jié)構(gòu)特征是電機(jī)定子的幾塊磁鋼是同一極性布置在定子導(dǎo)磁鐵的圓周面上，轉(zhuǎn)子電樞線圈采用二相(二個(gè)支路)，并且同一方向纏繞在轉(zhuǎn)子環(huán)形導(dǎo)磁鐵上，電樞二相線圈的正極接線并聯(lián)接到由一個(gè)金屬環(huán)組成的正極集電環(huán)上，而兩個(gè)負(fù)極接線分別錯(cuò)開接到由幾塊相互絕緣金屬板組成的負(fù)極集電環(huán)上。
本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)的電樞磁路，是由環(huán)形導(dǎo)磁鐵確定的環(huán)形磁場，定子磁路由磁鋼發(fā)出，通過氣隙，進(jìn)入轉(zhuǎn)子環(huán)形導(dǎo)磁鐵的一段路徑，由定子導(dǎo)磁鐵導(dǎo)向，由于定子磁路不同，可以構(gòu)成以軸向磁場為主磁場的盤式旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)和以徑向磁場為主磁場的軸式旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)。
本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理是由負(fù)極集電環(huán)導(dǎo)通電樞中的一相，該相線圈在磁鋼磁場的作用下，電樞轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)該相線圈轉(zhuǎn)動(dòng)到定子導(dǎo)磁中磁鋼磁場的回路時(shí)，線圈電流斷開，再由負(fù)極集電環(huán)導(dǎo)通另一相線圈，這樣按一定的規(guī)律，導(dǎo)通對(duì)應(yīng)的線圈，促使電樞連續(xù)旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)，由于線圈中的有效導(dǎo)線是在磁鋼磁場的同一極性下工作，電樞線圈中的電流是單一方向，由于電樞線圈產(chǎn)生的磁場是環(huán)形磁路，線圈的導(dǎo)通和斷開所產(chǎn)生的電磁感應(yīng)電勢(shì)能在環(huán)形導(dǎo)磁鐵中自行互感抵消，所以沒有感應(yīng)磁場能量釋放的問題，因而在負(fù)極集電環(huán)上沒有火花，該電機(jī)沒有換向器，更不需要換向極或延遲換向，具有結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)。


下面結(jié)合附圖，說明旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)的結(jié)構(gòu)特征及轉(zhuǎn)動(dòng)原理。
圖1 盤式旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)定子結(jié)構(gòu)圖。
圖2 盤式旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖。
圖3 盤式旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)線圈與集電環(huán)接線圖。
圖4 盤式旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)結(jié)構(gòu)圖。
圖5 盤式旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)定子星形結(jié)構(gòu)圖。
圖6 盤式旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)轉(zhuǎn)子星形結(jié)構(gòu)圖。
圖7 盤式旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)星形線圈與集電環(huán)接線圖。
圖8 軸式旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖。
圖9 盤式旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)雙邊磁鋼結(jié)構(gòu)圖。
圖10 盤式旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)雙邊磁鋼外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖。
在圖1中盤式定子由二塊磁鋼(1)同一極性布置在定子平面導(dǎo)磁鐵(3)圓周面上，磁場由定子導(dǎo)磁鐵(2)導(dǎo)回，圖中虛線表示定子磁路。
在圖2中盤式轉(zhuǎn)子電樞由轉(zhuǎn)子環(huán)形導(dǎo)磁鐵(4)和線圈(5)及線圈(6)組成，兩相線圈在環(huán)形導(dǎo)磁鐵(4)上是90°角度空間布置，并且繞線的方向一致，每相線圈包含兩個(gè)線圈且180°布置，兩相線圈的正極并聯(lián)一起，圖中虛線表示電樞的環(huán)形磁路。
在圖3中盤式正極集電環(huán)(8)是一個(gè)金屬環(huán)，負(fù)極集電環(huán)(7)是由四塊互相絕緣金屬板所組成的，四塊金屬板相互90°角度用非導(dǎo)電材料隔開，線圈(5)和線圈(6)正極并聯(lián)接到正極集電環(huán)(8)上，而兩個(gè)負(fù)極接線分別錯(cuò)開接到負(fù)極集電環(huán)(7)上。
圖4是盤式旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)結(jié)構(gòu)圖，該裝配結(jié)構(gòu)圖中，定子、轉(zhuǎn)子、負(fù)極集電環(huán)這三個(gè)部件要在90°位置對(duì)齊，電機(jī)外殼采用非磁性材料，轉(zhuǎn)子環(huán)形導(dǎo)磁鐵(4)與電機(jī)的轉(zhuǎn)軸之間的固定也要用非磁性材料，目的是防止磁路的不穩(wěn)定，電樞磁路是由環(huán)形導(dǎo)磁鐵(4)確定的環(huán)形磁場，定子磁場由磁鋼(1)發(fā)出，通過氣隙，進(jìn)入轉(zhuǎn)子環(huán)形導(dǎo)磁鐵(4)的一段路徑，再通過氣隙，由定子導(dǎo)磁鐵(2)導(dǎo)回，這樣定子磁路是一個(gè)軸向磁場，并有二個(gè)氣隙面。
當(dāng)正極接通電源，由負(fù)極集電環(huán)(7)導(dǎo)通相對(duì)應(yīng)位置的一相線圈(6)，線圈(6)在磁鋼磁場的作用下，電樞轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)該相線圈(6)旋轉(zhuǎn)90°角度時(shí)，碰上定子導(dǎo)磁鐵(2)中主磁場的回路時(shí)，由負(fù)極集電環(huán)(7)將該相線圈(6)電流斷開，同時(shí)接通另一相線圈(5)，由于此時(shí)線圈(5)已在定子同一極性主磁場的范圍內(nèi)，則電樞繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣不停的交換，每相線圈使電樞旋轉(zhuǎn)90°范圍。
圖5是盤式旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)定子星形結(jié)構(gòu)圖，該定子結(jié)構(gòu)由三塊磁鋼(1)和三塊定子導(dǎo)磁鐵(2)及一塊定子平面導(dǎo)磁鐵(3)組成，三塊磁鋼(1)在定子平面導(dǎo)磁鐵(3)的圓周面上是同一極性布置，并相互錯(cuò)開成120°角度。
圖6是盤式旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)轉(zhuǎn)子星形結(jié)構(gòu)圖，在轉(zhuǎn)子環(huán)形導(dǎo)磁鐵(4)上，兩相線圈分別在120°間距之間分別錯(cuò)開纏繞，兩相線圈正極并聯(lián)一起。
圖7是盤式旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)星形線圈與集電環(huán)接線圖，線圈(5)和線圈(6)正極接線并聯(lián)接到正極集電環(huán)(8)上，負(fù)極集電環(huán)(9)是由6塊相互絕緣金屬極組成，每塊金屬板60°范圍，線圈的負(fù)極接線分別錯(cuò)開接到負(fù)極集電環(huán)(9)的金屬板上。
星形結(jié)構(gòu)直流同極電機(jī)每相線圈使電樞旋轉(zhuǎn)60°范圍，這種結(jié)構(gòu)用于大規(guī)格電機(jī)，該電機(jī)電樞受力均勻，每相線圈中的三個(gè)線圈也可并聯(lián)一起，形成多相繞組，適用于低電壓、大電流的發(fā)電機(jī)。
圖8是軸式旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖，該圖中電機(jī)外殼(10)是定子磁路的一部分，兩塊磁鋼(1)同一極性布置在外殼(10)的圓周面上，定子磁路由定子導(dǎo)磁鐵(2)導(dǎo)回，圖中虛線表示定子主磁場是徑向磁場。
具體實(shí)施例方式
旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)一般采用二相繞組線圈，由于單邊磁鋼結(jié)構(gòu)的電樞線圈導(dǎo)線有效邊少，所以電壓不高，為了增加電勢(shì)，采用雙邊磁鋼結(jié)構(gòu)，能有效的利用電樞線圈導(dǎo)線。
圖9是盤式旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)雙邊磁鋼結(jié)構(gòu)圖，該結(jié)構(gòu)中定子的兩邊磁鋼磁場切割電樞線圈的兩邊導(dǎo)線，使電樞線圈導(dǎo)線無效邊減少，增大一倍電勢(shì)。
圖10是盤式旋轉(zhuǎn)直流向極電機(jī)雙邊磁鋼外轉(zhuǎn)子式結(jié)構(gòu)圖，該電機(jī)電樞線圈不動(dòng)，電機(jī)磁鋼轉(zhuǎn)動(dòng)，所以并聯(lián)的正極接線直接從電機(jī)空芯軸接入外面，而負(fù)極集電環(huán)負(fù)責(zé)導(dǎo)通對(duì)應(yīng)的線圈，并通過滑環(huán)(11)輸入外面。
旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)中的負(fù)極集電環(huán)，可用電子開關(guān)代替，并通過傳感器控制線圈的導(dǎo)通，這樣形成旋轉(zhuǎn)直流無刷同極電機(jī)，該電機(jī)采用二相繞組，所以電機(jī)本體結(jié)構(gòu)簡單，電子功率元件與目前的三相無刷電機(jī)相比，減少了三分之一，增加了可靠性。
旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)的磁鋼磁場，可用線圈勵(lì)磁，這樣構(gòu)成電勵(lì)磁式直流同極電機(jī)，由于定子勵(lì)磁線圈中有軟磁鐵，磁導(dǎo)率高，為保證電樞的環(huán)形磁場，一般要采用增大氣隙解決。
旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)由于電樞采用環(huán)形磁路，電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，線圈中的電流是單一方向，線圈的斷開和導(dǎo)通所產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象在環(huán)形導(dǎo)磁鐵中互感抵消，克服了目前直流電機(jī)有換向器的缺點(diǎn)，同時(shí)電樞磁場不會(huì)對(duì)磁鋼產(chǎn)生不可逆退磁的現(xiàn)象，作為發(fā)電機(jī)時(shí)輸出的是無脈沖的恒定電動(dòng)勢(shì)，特別是采用雙邊磁鋼結(jié)構(gòu)的盤式同極電機(jī)，能使線圈的無效邊降低到最低程度，該電機(jī)具有電樞工藝簡單，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，更適合快速正反轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)，其特征在于該電機(jī)定子的幾塊磁鋼是同一極性布置在定子導(dǎo)磁鐵的圓周面上，轉(zhuǎn)子電樞線圈采用若干相數(shù)，并按一定角度方向一致纏繞在環(huán)形導(dǎo)磁鐵上，線圈正極接線并聯(lián)接到由一個(gè)金屬環(huán)組成的正極集電環(huán)上，兩個(gè)負(fù)極接線分別錯(cuò)開接到由幾塊相互絕緣金屬板組成的負(fù)極集電環(huán)上，電樞線圈產(chǎn)生的磁路是由環(huán)形導(dǎo)磁鐵確定的環(huán)形磁場，定子磁路由磁鋼發(fā)出，通過氣隙，進(jìn)入環(huán)形導(dǎo)磁鐵的一段路徑，再通過氣隙，由定子導(dǎo)磁鐵導(dǎo)回，由于定子主磁場不同，可以組成以軸向磁場為主磁場的盤式旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)和以徑向磁場為主磁場的軸式旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)。
2.按權(quán)力要求1所述的旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)，其特征在于磁鋼和電樞線圈采用星形布置。
3.按權(quán)力要求1所述的旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)，其特征在于轉(zhuǎn)子電樞兩邊分別布置同極磁鋼所組成的雙邊磁鋼式旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)。
4.按權(quán)力要求1所述的旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)，其特征在于電樞線圈固定，磁鋼旋轉(zhuǎn)所組成的旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)外轉(zhuǎn)子式結(jié)構(gòu)。
5.按權(quán)力要求1所述的旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)，其特征在于用電子開關(guān)代替負(fù)極集電環(huán)，并通過傳感器控制的無刷直流同極電機(jī)。
6.按權(quán)力要求1所述的旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)，其特征在于磁鋼磁場是由線圈勵(lì)磁所組成的電勵(lì)磁式旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)直流同極電機(jī)是一種電樞線圈中的電流不改變方向的直流電機(jī)，該電機(jī)沒有換向器，只有集電環(huán)，其結(jié)構(gòu)特征是電機(jī)定子的幾塊磁鋼是同一極性布置在定子導(dǎo)磁鐵的圓周面上，轉(zhuǎn)子電樞一般采用二相線圈，且方向一致纏繞在轉(zhuǎn)子環(huán)形導(dǎo)磁鐵上，二相線圈的正極并聯(lián)接到由一個(gè)金屬環(huán)組成的正極集電環(huán)上，而二個(gè)負(fù)極接線分別錯(cuò)開接到由幾塊相互絕緣金屬板組成的負(fù)極集電環(huán)上，該電機(jī)是由負(fù)極集電環(huán)按一定規(guī)律導(dǎo)通和斷開線圖，促使電樞旋轉(zhuǎn)，由于電樞磁場是由環(huán)形導(dǎo)磁鐵確定的環(huán)形磁路，線圈斷開和導(dǎo)通所產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象能在環(huán)形導(dǎo)磁鐵內(nèi)部互感抵消，所以負(fù)極集電環(huán)沒有火花，電樞磁場不會(huì)對(duì)磁鋼產(chǎn)生不可逆退磁現(xiàn)象，具有結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02K31/02GK1619926SQ200310116788
公開日2005年5月25日 申請(qǐng)日期2003年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月22日
發(fā)明者吳春青 申請(qǐng)人:吳春青