專利名稱：雙凸極脈沖式直流電動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于直流電動機。
通常電動機的凸極都設(shè)置在轉(zhuǎn)子上，定子上設(shè)置交流繞組，例如步進電機和反應式同步電機。一般轉(zhuǎn)矩和功率都很小，只能作執(zhí)行元件使用，很難驅(qū)動較大功率的機械負載。
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉，具有串激直流電動機的機械特性的轉(zhuǎn)矩和功率較大的雙凸極脈沖式直流電動機。
實現(xiàn)上述目的途徑是由凸極式定子1，凸極式轉(zhuǎn)子2構(gòu)成的雙凸極脈沖式直流電動機的主件。在凸極式定子1上設(shè)有直流繞組3，定子1的凸極與轉(zhuǎn)子2的凸極之間留有氣隙5，使凸極式定子與轉(zhuǎn)子凸極的極弧寬占有的空間幅射角α與極寬占有的空間幅射角β之比α/β＝0.5～0.6為佳。
現(xiàn)以2極雙凸極脈沖式直流電動機為例，對本發(fā)明作詳細論述。


圖1為轉(zhuǎn)子在里，定子在外的2極雙凸極脈沖式直流電動機的結(jié)構(gòu)圖；圖2為給定子直流繞組3斷續(xù)通電的空間相對位置圖。其中1.凸極式定子；2.凸極式轉(zhuǎn)子；3.定子直流繞組；4.主磁通Ф；5.定、轉(zhuǎn)子極靴之間的氣隙δ；6.軸；7.轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向；8.安裝在定子上觸發(fā)可控硅Ta使用的定位脈沖發(fā)生器；9.安裝在定子上觸發(fā)可控硅Tb使用的定位脈沖發(fā)生器；10、11.為分別安裝在轉(zhuǎn)子的兩個凸極上觸發(fā)定位脈沖發(fā)生器8、9動作的執(zhí)行元件。圖中下列符號代表的含義是A-A，定子凸極的中心線。
B-B，轉(zhuǎn)子凸極的中心線。
α-定子和轉(zhuǎn)子凸極的極弧寬占有空間的幅射角。
β-定子和轉(zhuǎn)子的極寬占有空間的幅射角。
θ1-直流繞組開始通電時，定子凸極中心線A-A與轉(zhuǎn)子凸極中心線B-B之間的空間夾角，(又是導電角)。
θ2-直流繞組開始斷電時，定子凸極中心線A-A與轉(zhuǎn)子凸極中心線B-B之間的空間夾角。
θ3-直流繞組開始通電時，定子與轉(zhuǎn)子凸極的極弧重合的空間角。
圖3為實現(xiàn)電動機斷續(xù)導電的控制線路圖。圖中各符號的代表含義是E-直流電源。
R、L-分別為電動機的內(nèi)阻和電感。
RG-可控硅Ta、Tb控制極的限流電阻。
Rc-電容器C充電時的限流電阻。
C-截止可控硅Ta、Tb提供反向電流的電容器。
D-續(xù)流二極管。
Ta-導通定子繞組電流的可控硅元件。
Tb-截止定子繞組電流的可控硅元件。
雙凸極脈沖式直流電動機如圖1、圖2所示，主件由凸極式定子1、凸極式轉(zhuǎn)子2構(gòu)成。定、轉(zhuǎn)子使用的硅鋼片與Y系列電機相同；設(shè)計時，使定、轉(zhuǎn)子凸極的極弧寬占有空間的幅射角α與極寬占有的空間幅射角β之比α/β＝0.5～0.6為佳。在定、轉(zhuǎn)子凸極之間有氣隙5，對氣隙5的δ值的設(shè)計與同功率、同轉(zhuǎn)速的三相異步電動機相同。對定子直流繞組3的設(shè)計，應使直流繞組的電流I與匝數(shù)Z的乘積安匝數(shù)ZI，在氣隙5的δ處所產(chǎn)生的最小磁通密度βδ＝10,000高斯。當凸極式轉(zhuǎn)子2運行到凸極中心線B-B圖1所示位置時，給直流繞組3通電后將產(chǎn)生主磁通4，主磁通Ф穿過氣隙δ經(jīng)過凸極式定、轉(zhuǎn)子構(gòu)成閉合回路。當主磁通Ф的磁力線力圖收縮時，在凸極式轉(zhuǎn)子2上產(chǎn)生一個向著旋轉(zhuǎn)方向7的磁拉力，使轉(zhuǎn)子繞軸6以轉(zhuǎn)速n運轉(zhuǎn)。
雙凸極脈沖式直流電動機的工作原理是若圖1所示的凸極式轉(zhuǎn)子2的凸極無論停留在空間任何位置，給定子直流繞組3通以穩(wěn)恒電流時，由于磁力線產(chǎn)生的磁拉力有力圖使磁力線收縮到行經(jīng)最短路徑的功能，必然使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)至中心線B-B與定子凸極中心線A-A重合而終止，隨著轉(zhuǎn)子中心線B-B在空間的位置不同而轉(zhuǎn)動的方向和角度也不同。
為了使凸極式轉(zhuǎn)子2產(chǎn)生一個同方向的轉(zhuǎn)矩M，就必須按照轉(zhuǎn)子凸極在空間與定子凸極存在的相對位置，給直流繞組3通以斷續(xù)的直流。
實現(xiàn)斷續(xù)導電的具體方法是當安裝在轉(zhuǎn)子兩個對稱凸極上的動作執(zhí)行元件10或11運行到與固定在定子上的觸發(fā)可控硅Ta、Tb的定位脈沖發(fā)生器8、9在空間的幅射角度重合時，均可立即觸發(fā)可控硅Ta或Tb，分別導通和截止定子直流繞組中的電流。因此動作執(zhí)行元件10、11要嚴格安裝在轉(zhuǎn)子凸極的中心線B-B上；觸發(fā)可控硅Ta的定位脈沖發(fā)生器8，安裝在與定子凸極中心線A-A空間為θ1的夾角處；觸發(fā)可控硅Tb的定位脈沖發(fā)生器9，安裝在與定子凸極中心線A-A空間為θ2的夾角處。
實現(xiàn)斷續(xù)導電的具體過程是當轉(zhuǎn)子上的動作執(zhí)行元件10(如圖1所示)，隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到與定子上的定位脈沖發(fā)生器8在空間角度重合時，立刻使定位脈沖發(fā)生器8接通，可控硅Ta的控制極產(chǎn)生一個觸發(fā)脈沖電流，使可控硅Ta導通后接通直流電源E，電機的直流繞組3通電后在磁拉力的作用下，轉(zhuǎn)子按照旋轉(zhuǎn)方向7旋轉(zhuǎn)，從而使電機輸出轉(zhuǎn)矩和機械功率。與此同時，通過限流電阻Rc、電容器C、可控硅Ta形成了對電容器C的充電回路，給電容器C充電為左負右正，為準備截止Ta提供了產(chǎn)生反向電流的條件。當轉(zhuǎn)子上的動作執(zhí)行元件10(如圖2所示)旋轉(zhuǎn)到與定子上的定位脈沖發(fā)生器9在空間角度重合時，立刻使定位脈沖發(fā)生器9接通，可控硅Tb的控制極產(chǎn)生一個脈沖電流，使可控硅Tb導通。此時電容器上的電壓經(jīng)Tb管而逆向Ta管放電，使可控硅Ta關(guān)斷。為了改善關(guān)斷條件，加設(shè)了續(xù)流二極管D。Ta關(guān)斷后因?qū)﹄娙萜鰿反充電至左正右負，直流繞組3中仍有電流通過，這就是觸發(fā)可控硅Tb使用的定位脈沖發(fā)生器9安裝在與定子凸極中心線A-A有一定空間角度θ2的原因。當轉(zhuǎn)子另一凸極上的動作執(zhí)行元件11，隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到與定子上的定位脈沖發(fā)生器8在空間角度重合時，可立刻導通可控硅Ta而關(guān)斷可控硅Tb，重復上述的過程，使電機連續(xù)運轉(zhuǎn)。
對θ2的選擇可根據(jù)電源E的電壓、電機的內(nèi)阻R、電感L、電容器C和轉(zhuǎn)速n綜合試驗確定。一般選擇在θ2＝5°～10°為宜。對θ1選擇應使θ1＜β/2，在開始給直流繞組3通電時確保定子與轉(zhuǎn)子凸極的極弧有一定的空間重合角θ3，而使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與旋轉(zhuǎn)方向7一致。θ1、θ2具體數(shù)值可由試驗確定。
雙凸極脈沖式電動機的轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)速n之間具有良好的機械特性n＝f(M)，其機械特性曲線如說明書附圖的圖4所示。
從圖4中可知，該機具有與串激直流電動機相似的機械特性。這是因為電機繞組是一個具有電感L和電阻R的RL電路，時間常數(shù)τ＝L/R，當接通直流電源E之后，繞組中的電流I按下式規(guī)律變化I＝E/R(1-e-R/L.t)從上式可知，若繞組通電后經(jīng)過導電角θ1的時間為t，電流I及產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩M與時間t成正比，因此隨著轉(zhuǎn)速n的上升，導電時間t相應縮短，轉(zhuǎn)矩M必然減小，而得到上圖所示的機械特性曲線。
本機的定子為無齒無槽的凸極式，定子上設(shè)有集中繞組，下線極為方便；在凸極式轉(zhuǎn)子上沒有任何形式的通電導體。其結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉，可根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩M的大小自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。可廣泛用于電動自行車、電動摩托車和電動汽車等領(lǐng)域。
雙凸極脈沖式直流電動機高效節(jié)能的理論依據(jù)。
1.本機因凸極式轉(zhuǎn)子上沒有設(shè)置任何形式的通電導體，其轉(zhuǎn)子銅損Pcu2＝0。
2.本發(fā)明的目的主要是設(shè)計制造低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩無調(diào)速裝置的電動機。最高轉(zhuǎn)速n＝600轉(zhuǎn)/分為宜，2極電機脈沖電流引起的磁場變化頻率為f＝600/60＝10(HZ/秒)；而交流電動機磁場變化頻率與轉(zhuǎn)速無關(guān)均為f＝50HZ/秒。因電機的鐵損與磁場的變化頻率f成正比，所以在低速運行狀態(tài)下的雙凸極脈沖式直流電動機的鐵損PFe要比交流電動機小得多。
對該項發(fā)明制造的雙凸極脈沖式直流電動機，在自行車上使用測試，當直流電壓E＝24伏、轉(zhuǎn)速n＝200轉(zhuǎn)/分時，其輸入功率P1＝200瓦，輸出功率P2＝180瓦，本機效率η＝P2/P1＝90％。
權(quán)利要求
1.一種由凸極式定子(1)、凸極式轉(zhuǎn)子(2)、定子直流繞組(3)構(gòu)成的雙凸極脈沖式直流電動機，其特征在于凸極式定子(1)和凸極式轉(zhuǎn)子(2)的極弧寬占有空間的幅射角α與極寬占有的空間幅射角β之比α/β＝0.5～0.6。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種雙凸極脈沖式直流電動機，其特征在于將直流繞組(3)設(shè)置在外邊為定子(1)的凸極上，里邊的凸極為轉(zhuǎn)子或?qū)⒅绷骼@組(3)設(shè)置在里邊為定子(1)的凸極上，外邊的凸極為轉(zhuǎn)子(2)的各種極對數(shù)的電動機。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙凸極脈沖式直流電動機,該機由設(shè)置著直流繞組的凸極式定子和無電樞繞組的凸極式轉(zhuǎn)子組成。當轉(zhuǎn)子凸極與定子凸極對應在不同位置時,給定子直流繞組通以斷續(xù)的脈沖直流,對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磁拉力使電機輸出轉(zhuǎn)矩和機械功率。本電動機輸出功率和轉(zhuǎn)矩較大,可作為無燃動力取代發(fā)動機,使自行車、摩托車和汽車等運載工具電動化。
文檔編號H02K25/00GK1271204SQ00100370
公開日2000年10月25日 申請日期2000年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月19日
發(fā)明者陳國田 申請人:北京飛星馳無燃動力機械有限公司