CN2634720Y - 直流激磁磁力电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型设计了一种直流激磁磁力电机，转子套在转轴上、转子上装有若干组同极性转子磁极，定子和机座相连并装有若干组同极性定子磁极，定子磁极和转子磁极中至少有一种是激磁磁极，在由电刷、金属滑环、同步分电开关金属片组成的同步分电控制装置控制下工作，转子磁极横断面中心线L1与定子磁极横断面中心线L2形成一个大于0度小于45度的作用夹角α，在任一时刻只有一组处于作用夹角α范围内的激磁磁极通电激磁；定子磁极极对数大于转子磁极极对数，改变电源极性可实现电机的正反旋转。具有结构简单、省去了传统直流电机的换向器、高效节能、转矩大、工作可靠、工作电压范围广的特点。

Description

直流激磁磁力电机

技术领域

本实用新型涉及一种直流电机，具体说是一种直流激磁磁力电机。

背景技术

众所周知，在三相交流电机实用新型以前，人们就已经开始使用直流电机。三相交流电机的实用新型虽使直流电机的使用和发展受到了影响，但直流电机由于其不同于交流电机的突出优点，如调速平滑且范围广，起动、制动和过载转矩大，可靠性高等，在一些要求比较高的机电设备上仍有广泛的应用，如电动车辆、挖掘机、轧钢机、纺织机械、大型机床等。现有的直流电机主要由定子、转子、定子磁极、转子磁极、电刷、换向器、电枢、机座等部件组成，定子和机座相连，转子和电枢相连，磁极可为永久磁极，也可为激磁磁极，电机工作时必须有二个成180度的励磁磁极同时通电工作，并且产生的磁场方向相反，以产生转矩，故而存在结构复杂、换向难、功率难以提高、损耗大、效率低等一系列问题，严重制约了直流电机的发展和应用。

实用新型内容

本实用新型的目的就是利用同性相斥，异性相吸的电磁特性设计一种高效、节能、结构简单、无须换向器的新型节能高效直流激磁磁力电机。

本实用新型的技术解决方案：

本实用新型设计的直流激磁磁力电机，包括转轴、转子、定子，转子上安装有转子磁极，转子磁极为永久磁极，也可为激磁磁极，转子安装在转轴上，定子包括机座以及与机座相连的定子磁极，定子磁极为激磁磁极，也可为永久磁极，激磁磁极包括铁芯和激磁线圈，其特征是定子磁极极对数大于转子磁极极对数；每组转子磁极横断面中心线L1与每组定子磁极横断面中心线L2形成一个大于0度小于45度的作用夹角α，且只有一组处于作用夹角α范围内的位于同一直径上的转子或定子的激磁磁极通电激磁；所述的作用夹角α在大于10度、小于40度的范围内作用力最佳。正是由于这个夹角的存在，使定子磁极和转子磁极的作用面上产生的相吸磁力或相斥磁力产生一个定向偏转力矩，从而使转子转动；当转子转过一定角度后，必有另一组转子磁极和定子磁极处于上述能发挥同样作用的位置，此刻受同步分电控制开关控制的该组磁极导通，激磁产生同方向的磁场而发挥作用，同时前一组激磁磁极断电……，如此周而复始，转子不断获得定向转矩而处于稳态运行状态。

转轴上装有同步分电控制开关的一部分，同步分电控制开关的另一部分和机座相连。

同步分电控制开关为机械式，或为电子感应式，它始终以单向电流控制激磁线圈的通断时刻，在任一时刻只有一组激磁线圈通电激磁。机械式同步分电控制开关包括：电刷、金属滑环、同步分电开关金属片；电刷套接在转轴上并和转轴绝缘，电刷分别与金属滑环和同步分电开关金属片接触，金属滑环和同步分电开关金属片相互绝缘，每片同步分电开关金属片之间相互绝缘，形成多路同步切换开关。同步分电控制开关始终以单向电流同步控制激磁磁极的激磁线圈产生和解除磁场的时刻，使电机中的数对激磁磁极间断性的交替激磁，产生同方向的接力磁场。从电机的横断面来看(如图2所示)，激磁磁极由均匀分布在不同直径上的数对激磁磁极组成，同一直径上的每对激磁磁极的相位角为180度，在电机运动的一瞬间，同一直径上的一对激磁磁极的激磁线圈通电产生磁场而发挥作用，而位于其它直径上的激磁磁极的激磁线圈处于待通电状态，磁极无磁力作用，同一直径上的定子磁极与通电产生磁场的激磁磁极相互产生相吸或相斥的磁力，此时由于转子磁极中心线L1和定子磁极中心线L2之间有一作用夹角α，故产生的磁力相互作用时即产生一个偏转磁力矩，在这个偏转磁力矩的作用下转子开始转动，与此同时，作用夹角α的大小发生变化，而另一组位于同一直径上的定子、转子磁极组的作用夹角α也同时发生变化，当该组定子、转子磁极组的作用夹角α变化到与前一组定子、转子磁极组激磁线圈通电时的作用夹角α相等时，该组转子磁极中的激磁线圈通电激磁产生另一个偏转磁力矩，而前一组定子、转子磁极组中的激磁线圈同时断电而处于待激状态，如此循环，电机的转子不断获得偏转磁力矩而转动。

在同一电机中，磁极对数越多，均匀分布的间距就越小，作用夹角α越小；同时为了保证夹角的存在，必须使定子磁极对数和转子磁极对数不相等，定子磁极对数大于转子磁极对数时电机结构和控制较为简单实用，当然也可设计成定子磁极对数小于转子磁极对数。

所有定子磁极极性相同，可同为S极，也可同为N极；所有转子磁极极性也相同，可同为S极，也可同为N极；转子磁极为永久磁极时，定子磁极必须为激磁磁极；转子磁极为激磁磁极时，定子磁极可为永久磁极，也可为激磁磁极。不论定子磁极是激磁磁极或转子磁极为激磁磁极，或同为激磁磁极，位于不同一直径上的每对激磁磁极必须间断性交替激磁，并且均按先后顺序产生同方向的磁场。

改变输入电源极性即可改变转子的旋转方向。

本实用新型的优点：

本实用新型的直流激磁磁力电机和现有技术中的直流电机相比具有以下优点：

1、充分利用磁体异性相吸，同性相斥的原理，利用纯磁力驱动，省去了传统直接电机必不可少的换向器，具有结构简单，节能且易于控制的突出优点。

2、激磁磁极线圈单向激磁，线圈内无交变电流，无电枢反应现象，电机设计计算简便，运行效率高，转矩大。

3、激磁磁极线圈工作时为单向间断性交替工作，电能消耗小，线圈工作寿命长，发热少。

4、转子磁极在旋转中无极性变化，定子铁心无磁通方向的交变，因此无涡流磁滞损耗。

5、转子的旋转方向控制简便，只要改变电源的输入极性就能达到改变旋转方向的目的。

6、可通过调节电源电压或电流的大小实现无级平滑调速，调速范围宽，容易实现。

7、工作电压范围宽，通过对转子极数和定子极数的合理搭配和磁极规格的调配，可设计出各种功率的电机，满足不同的使用需求。

8、电机结构简单，制造容易，运行可靠，坚固耐用，效率高，用途广泛。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是图1的定子磁极和转子磁极位置布局剖面示意图。

图3是本实用新型的定子磁极与转子磁极静态和激磁状态时的作用夹角α示意图。

图4是本实用新型实施例的同步分电开关金属片展开和电源接线示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型的实施例。

本实用新型的工作原理是通过转子、定子磁极的相互作用，通过对磁极实行有规律，有秩序的磁化控制来产生有益的磁能，从而获得定向转矩。对结构材料除定子、机座以外，其它结构件均采用非磁性金属和非金属材料制造，为叙述方便，本实施例的转子磁极采用永久磁铁，定子磁极为激磁磁极，在实际制造时，转子磁极也可以是激磁磁极，定子磁极也可以是永久磁铁，即可采用转子为永久磁极、定子为激磁磁极，转子为激磁磁极、定子为永久磁极或转子为激磁磁极、定子也为激磁磁极的组合方法，在定子磁极和转子磁极中必须有一种是激磁磁极。本实施例的电机包括转轴1、转子2、冷却风扇3、定子4、轴承5、外端盖6、金属滑环7、同步分电开关金属片8、电刷9、外罩10、内端盖11、绝缘固件17，转子2包括转子载体12和转子磁极13，转子磁极13为永久磁极，定子4包括机座(磁轭)14、定子磁极，定子磁极包括定子铁芯15和激磁线圈16。每组转子磁极13横断面中心线L1与每组定子磁极横断面中心线L2形成一个大于0度小于45度的作用夹角α。作用夹角α在大于10度，小于40度的范围内作用力最佳。转轴1采用高碳硬性金属(如不锈钢)制成，其中部套接转子2，一端套有冷却风扇3以及定位轴承5，另一端套有电刷9，定子4一方面起导磁作用，另一方面起机械支撑作用，因此，以导磁效果好的铸钢材料制成，定子磁极以及架起转子的二个外端盖6和内端盖11都固定在定子4上，外端盖6、内端盖11均以非磁性轻金属材料制成，并开有通风口，以利散热，在内侧端盖11的外侧，套接有同步分电控制开关，同步分电控制开关可为机械式，也可为电子感应式，机械式同步分电控制开关包括金属滑环7、分电金属片8、电刷9、绝缘固件17，转轴1上套接同步旋转的二组电刷9，二组电刷9互通，并且与转轴1绝缘，其中一组电刷9和金属滑环7相接触，另一组电刷9和同步分电开关金属片(铜片)8相接触，金属滑环7和同步分电开关金属片8均安装在绝缘固件17中，呈圆筒形，并与内端盖11相连，金属滑环7和分电同步开关金属片8相互绝缘，通过电刷9分别相通，在同步分电控制装置的外侧罩有外罩10，外罩10上开有通气孔并固定在内端盖11上；转子2主要由转子载体12和转子磁极13组成，转子磁极13的宽度(外弧弦长)与间距(相邻两磁极间的距离)在同心圆上等分，本实施例的转子磁极为3对6只，定子磁极为4对8只，转子磁极13嵌在转子载体12中，6只转子磁极的工作面极性均相同。转子磁极也可采用激磁磁极。采用激磁磁极时将T型铁心及激磁绕阻嵌装在转子载体12中。定子4包括机座(磁轭)14、定子铁芯15、激磁线圈16。定子铁芯15的宽度(内弧弦长)与间距(相邻两磁极间的距离)在内圆弧上等分，定子铁芯15的铁心做成“T”形，一则用于安装激磁线圈16，二则在激磁时，使气隙磁密沿圆周方向气隙空间分布更加合理，极间磁力作用更有效，激磁线圈16固定在定子铁芯15的铁心上。同步分电控制开关是本实用新型的核心控制件之一。定子4上每对激磁磁极的激磁时刻和秩序是否同步关系到电机是否能正常工作。机械式同步分电控制开关主要由与转子4同步旋转的电刷11、金属滑环7、同步分电开关金属片8组成。金属滑环7、同步分电开关金属片8均以磷铜制成，与绝缘固件17一起压铸成整体，呈圆筒形，并与转轴1同心，圆筒形绝缘固件17的内侧与电刷9接触，外侧为金属滑环7和同步分电开关金属片8的接线端点，金属滑环7的接线端点与电源一端相连。同步分电开关金属片8的片数与转子磁极对数和定子磁极对数有关，为其对数的整倍数，分电同步开关金属片8沿圆筒形绝缘固件17圆周均匀分布，相互绝缘，形成多路电流通道，并按定子磁极对数分组工作。本实施例中的分电同步开关金属片8的数量为24片，分电同步开关金属片分为4组，每组6片，对应6个转子磁极，转子旋转一周，4对激磁线圈分别通电6次，对转子磁极发挥定向作用。分电同步开关金属片8的外侧为接线端点，24片4小组的分电同步开关金属片8的4个端头分别与定子激磁线圈16相连，激磁线圈16的4对8个接线端W1、W2、W3、W4、W5、W6、W7、W8分成4对，分别与4小组分电同步开关金属片8对应相连，激磁线圈的另一端均与电源的一端相通，电流的另一端与金属滑环7的接线端相连。每对激磁线圈可以联成并激绕组，也可以联成串激绕组。同步分电开关金属片8的一组铜片、金属滑环7、与转子4同步旋转的电刷9形成了一个由K1、K2、K3、K4……到K24的同步分电控制开关，由转子磁极13在旋转过程中的角度和相位通过电刷9来同步控制定子上的某一对位于同一直径上的激磁磁极的通电激磁，使其在每一个瞬间及相应作用夹角上都有一对位于同一直径上的激磁线圈导通而使激磁极产生磁场发挥定向作用，而其它几对激磁磁极由于与转子磁极的相对位置(角度)不适当，不能发挥与转子运动方向相同的定向作用而不被导通，从而达到了同步激磁定向驱动，稳态运行的目的。转子磁极13横断面中心线L1与定子铁芯15横断面中心线的作用夹角α为大于0度小于45度，本实施例的夹角α为30度，也可设定为10度、15度、20度或35度，作用夹角α的控制设定按下述办法进行：先将一对转子磁极与定子磁极角度调整到设定的作用夹角30度，然后调整电刷9使其与该激磁线圈的相通的分电同步开关金属片相对应，使其导通、定位即可。如果激磁磁极极性与定子磁极极性相同，则同性相斥，产生推力，使作用夹角α变大，电机逆时针旋转，若极性相反，则异性相吸，产生吸力，使作用夹角α变小，电机顺时针旋转，并很快进入稳定运行状态。

电机的电流通道为：电源正(负)极至金属滑环至电刷至同步分电开关金属片至激磁线圈至电源负(正)极，反之亦可。改变电源的极性即可改变电机的旋转方向。

Claims (7)

1、一种直流激磁磁力电机，包括转轴、转子、定子，转子上安装有转子磁极，转子安装在转轴上，定子包括机座以及与机座相连的定子磁极，其特征是转子磁极横断面中心线L1与定子磁极横断面中心线L2形成一个大于0度小于45度的作用夹角α，且只有一组处于作用夹角α范围的激磁磁极通电激磁；定子磁极极对数大于转子磁极极对数。

2、根据权利要求1所述的直流激磁磁力电机，其特征在于所述的转子磁极为永久磁极，定子磁极为激磁磁极；激磁磁极包括铁芯和激磁线圈。

3、根据权利要求1所述的直流激磁磁力电机，其特征在于在所述的转轴上装有同步分电控制开关的一部分，同步分电控制开关的另一部分和机座相连。

4、根据权利要求1所述的直流激磁磁力电机，其特征在于所述的同步分电控制开关为机械式，或为电子感应式，它始终以单向电流控制激磁线圈的通断时刻，在工作时刻只有一组激磁线圈通电激磁。

5、根据权利要求1和权利要求2所述的直流激磁磁力电机，其特征在于所述的所有定子磁极极性相同，所有转子磁极极性也相同；所述的转子磁极为永久磁极时，定子磁极必须为激磁磁极；所述的转子磁极为激磁磁极时，定子磁极可为永久磁极，也可为激磁磁极。

6、根据权利要求4所述的直流激磁磁力电机，其特征在于所述的机械式同步分电控制开关包括：电刷、金属滑环、同步分电开关金属片；电刷套接在转轴上并和转轴绝缘，电刷分别与金属滑环和同步分电开关金属片接触，金属滑环和同步分电开关金属片相互绝缘，每片同步分电开关金属之间相互绝缘，形成多路同步切换开关。

7、根据权利要求1所述的直流激磁磁力电机，其特征在于所述的夹角α的范围为大于10度，小于40度。

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