專利名稱：無換向器直流電動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直流電動機(jī)，尤其涉及無換向器直流電動機(jī)。
背景技術(shù)：
直流電動機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的動力機(jī)械，相比交流電動機(jī)，具有可以用電池直接供電、調(diào)速方便、易于小型化等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、數(shù)字視頻光碟(DVD)播放機(jī)、電動玩具、電吹風(fēng)、便攜式電動工具等民用產(chǎn)品中；同時，直流電動機(jī)還具有啟動、過載、制動時轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速平滑且范圍寬等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于調(diào)速要求高的工業(yè)應(yīng)用場合，如軋鋼機(jī)、輪船推進(jìn)器、挖掘機(jī)械、電力機(jī)車牽引等方面。常規(guī)的直流電動機(jī)是有刷(有換向器和電刷的簡稱)的，在運轉(zhuǎn)過程中，因換向火花放電而電磁福射大，換向器和電刷因為火花放電侵蝕和機(jī)械磨損而影響其使用壽命，需要定期維護(hù)或更換，另外還存在高電壓、大電流時換向困難的問題也限制了其在特大功率領(lǐng)域(如10兆瓦以上)的應(yīng)用。直流發(fā)電機(jī)則可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為直流電能，用于電解、電鍍、交流發(fā)電機(jī)的勵磁等場合，也可用于直流電動機(jī)的驅(qū)動。前述的有刷直流電動機(jī)，也可以作為直流發(fā)電機(jī)使用。目前，常說的無刷(無換向器和電刷的簡稱)直流電動機(jī)，實際上是用半導(dǎo)體功率器件代替換向器和電刷的作用，將直流電順序注入電動機(jī)的各相繞組，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場來驅(qū)動電動機(jī)的轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)的，如電腦中的散熱風(fēng)扇。雖然無刷直流電動機(jī)節(jié)省了電刷和換向器，但是其需要額外增加功率器件和檢測轉(zhuǎn)子位置的控制電路，從而導(dǎo)致成本上升，大功率應(yīng)用很不經(jīng)濟(jì)。
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:克服有刷直流電動機(jī)的缺點，即不使用換向器；保留其優(yōu)點，即保留使用上的簡便性、調(diào)速的優(yōu)越性等；同時也不增加半導(dǎo)體功率器件和控制電路等輔助部件，保持低成本。本發(fā)明的目的是提供新型的無換向器直流電動機(jī)，使其具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、控制簡便、調(diào)速性能優(yōu)越等優(yōu)點。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，無換向器直流電動機(jī)，包括:激磁組件，氣隙空間，第一和第二導(dǎo)磁組件，電樞繞組，旋轉(zhuǎn)軸和機(jī)座；所有導(dǎo)磁組件由高磁導(dǎo)率材料構(gòu)成，而且截面積足夠大，保證磁力線通過時不飽和，保持低磁阻以集聚磁力線，減少不期望的泄漏；磁力線的經(jīng)過路徑依次是激磁組件、氣隙空間、第一導(dǎo)磁組件、第二導(dǎo)磁組件、激磁組件，形成閉合磁路；通過結(jié)構(gòu)布局將空間分割為三部分:氣隙空間、內(nèi)部強(qiáng)磁空間和外部弱磁空間；其中氣隙空間中的磁力線分布均勻且方向一致(如中心放射狀，類似電動式揚(yáng)聲器中的音圈所處的氣隙磁場)；內(nèi)部強(qiáng)磁空間包括磁力線經(jīng)過的所有導(dǎo)磁組件和激磁組件的實體部分，其中具有較強(qiáng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；外部弱磁空間指除氣隙空間、內(nèi)部強(qiáng)磁空間之外的其它空間，其中只有非常弱的泄漏磁場，其影響可以忽略；
本發(fā)明采用的特別技術(shù)措施是:
(1)第一導(dǎo)磁組件是這樣的部件(如中空的圓柱體)，其實體部分一側(cè)是氣隙空間，另一側(cè)是外部弱磁空間，在靠近氣隙空間的兩外側(cè)、且在第一導(dǎo)磁組件上或兩端分別設(shè)置第一排過線孔、第二排過線孔，在氣隙空間的兩外側(cè)、外部弱磁空間之間形成通道，所述的兩排過線孔間隔分布，為磁力線保留低阻的通過路徑；
(2)電樞繞組借助所述的過線孔，按外部弱磁空間、第一排過線孔、氣隙空間、第二排過線孔、外部弱磁空間、第一排過線孔、…等等統(tǒng)一的方式，進(jìn)行電樞繞組繞制，直至布滿所有過線孔，最后引出兩個端頭，作為直流電的輸入端；
(3)所述的第一導(dǎo)磁組件與第二導(dǎo)磁組件是分離的，二者之間的縫隙被安排在氣隙、兩排過線孔、電樞繞組以外的區(qū)域，縫隙盡可能小且不影響二者之間的相對運動；
(4)所述的電樞繞組、第一導(dǎo)磁組件組成一個整體，稱為電樞組合體；激磁組件、第二導(dǎo)磁組件組成另一個整體，稱為激磁組合體；機(jī)座、旋轉(zhuǎn)軸其中之一與電樞組合體連接在一起，另外一個與激磁組合體連接在一起。

上述的無換向器直流電動機(jī)，在氣隙空間生成了方向一致的強(qiáng)磁場，處于該強(qiáng)磁場中的電樞繞組的電流方向一致，受到的切向旋轉(zhuǎn)作用力明顯且方向一致，處于過線孔、夕卜部弱磁空間中的電樞繞組由于處于弱磁區(qū)域，受力微弱而可被忽略?？傮w來看，只有處于氣隙磁場中的電樞繞組導(dǎo)線受到了明顯的切向旋轉(zhuǎn)力，在電樞組合體、激磁組合體之間產(chǎn)生了相對的旋轉(zhuǎn)力，二者分別與旋轉(zhuǎn)軸、機(jī)座固定，一個靜止，另一個將受力而旋轉(zhuǎn)，將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。前述的無換向器直流電動機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡單、控制簡便、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)等優(yōu)點，同時兼有使用上的簡便性、調(diào)速的優(yōu)越性，不使用換向器、不增加功率器件和控制電路等輔助部件，保留了成本低廉的優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明實施例的無換向器直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1所述的無換向器直流電動機(jī)的磁路走向示意圖。圖3是本發(fā)明實施例之二的第二種無換向器直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。圖4是本發(fā)明實施例之三的第三種盤式無換向器直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。(一)本發(fā)明實施例的無換向器直流電動機(jī)
圖1是本發(fā)明實施例的無換向器直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，為了展示其內(nèi)部構(gòu)造，采用了局部剖視圖。按照“序號-部件(或功能區(qū)、功能組件)名稱”統(tǒng)一的格式，對圖1中各部件進(jìn)行介紹如下:A1-激磁組件，A2-氣隙空間，A3-第一導(dǎo)磁組件，A4-第二導(dǎo)磁組件，A5-電樞繞組，A6-旋轉(zhuǎn)軸，A7-機(jī)座，A8-電樞繞組A5的兩引出線，A31-氣隙空間A2在第一導(dǎo)磁組件A3上的正投影區(qū)域，A32-第一排過線孔，A33-第二排過線孔。
如圖1所示，本發(fā)明的無換向器直流電動機(jī)，包括:激磁組件Al，氣隙空間A2，第一導(dǎo)磁組件A3，第二導(dǎo)磁組件A4，電樞繞組A5，旋轉(zhuǎn)軸A6，機(jī)座A7，電樞繞組A5的兩引出線AS ;其中，所有導(dǎo)磁組件的實體都是由高磁導(dǎo)率、低磁阻的材料構(gòu)成，且磁力線通過的截面積足夠大，保證磁力線通過時不飽和，保持高磁導(dǎo)率和低磁阻，將磁力線集聚在導(dǎo)磁組件實體中，泄漏到氣隙空間A2以外的外部弱磁空間的磁力線很少而可以忽略；為敘述方便，把整個空間劃分為三部分:氣隙空間、內(nèi)部強(qiáng)磁空間和外部弱磁空間；內(nèi)部強(qiáng)磁空間包括磁力線經(jīng)過的第一導(dǎo)磁組件A3、第二導(dǎo)磁組件A4和激磁組件Al的實體部分，其中具有較強(qiáng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；外部弱磁空間指除氣隙空間A2、內(nèi)部強(qiáng)磁空間之外的其它空間，其中只有非常弱的泄漏磁場；所述激磁組件Al的磁北極(N極)發(fā)出的磁力線經(jīng)過氣隙空間A2、第一導(dǎo)磁組件A3、第二導(dǎo)磁組件A4，最后回到激磁組件Al的磁南極(S極);所述氣隙空間A2兩側(cè)部件相鄰的表面(分別屬于激磁組件Al、第一導(dǎo)磁組件A3)保持平行，使氣隙空間A2中的磁力線分布均勻、方向一致(如中心放射狀或匯聚狀，類似電動式揚(yáng)聲器中的音圈所處的氣隙磁場);為了匯聚激磁組件Al的磁極進(jìn)出的磁力線，導(dǎo)磁組件和兩個磁極(磁南極和磁北極)接觸或相鄰的部分基本覆蓋或完全覆蓋兩磁極表面；
本發(fā)明的技術(shù)特征在于:
(1)所述的第一導(dǎo)磁組件A3是個這樣的部件(如中空的圓柱體等)，其實體部分一側(cè)是氣隙空間A2，另一側(cè)是外部弱磁空間，在靠近氣隙空間A2在其上的正投影區(qū)域A31的兩外偵U、且在第一導(dǎo)磁組件A3上(或兩端)分別設(shè)置第一排過線孔A32、第二排過線孔A33，在氣隙空間A2外側(cè)、外部弱磁空間之間形成通道，所述的第一排過線孔A32、第二排過線孔A33都是間隔分布，為磁力線保留低阻的通過路徑；
(2)電樞繞組A5借助所述的兩排過線孔，按外部弱磁空間、第一排過線孔A32、氣隙空間A2、第二排過線孔A33、外部弱磁空間、第一排過線孔A32、…等等統(tǒng)一的方式，進(jìn)行電樞繞組繞制，直至布滿所有過線孔，最后引出兩個端頭AS，作為直流電的輸入端；
(3)同時，第一導(dǎo)磁組件A3與第二導(dǎo)磁組件A4是分離的，其間的縫隙(即二者的相對部分，也是磁力線通過的區(qū)域)被安排在正投影區(qū)域A31、兩排過線孔A32和A33、電樞繞組以外的區(qū)域，所述的縫隙盡可能小且不影響二者之間的相對運動；
(4)所述的電樞繞組A5和第一導(dǎo)磁組件A3組成一個整體，稱為電樞組合體；激磁組件Al、第二導(dǎo)磁組件A4組成另一個整體，稱為激磁組合體；前述的機(jī)座A7、旋轉(zhuǎn)軸A6其中之一與電樞組合體連接在一起，另外一個與激磁組合體連接在一起。下面結(jié)合圖2，對圖1所述的無換向器直流電動機(jī)的工作原理作說明。圖2描述了圖1所述的無換向器直流電動機(jī)的磁路走向，其中符號A1、A2、A3、A4、A5、A8、A32、A33等指向的部件和圖1中的一一對應(yīng)，小箭頭“ t、1、一、一”描述了磁力線的走向，和電樞繞組A5重合的箭頭描述了電樞繞組電流的方向，漢字“上、下、左、右”說明圖紙是垂直懸掛的。從圖2可以看出，從激磁組件Al的N極發(fā)出的磁力線經(jīng)過氣隙空間A2、第一導(dǎo)磁組件A3、第二導(dǎo)磁組件A4，最后回到激磁組件Al的S極；其中除氣隙空間A2、第一導(dǎo)磁組件A3與第二導(dǎo)磁組件A4之間的微小縫隙外，都是低磁阻的路徑，磁力線相對集中，對外泄漏較少，泄漏磁力線的影響可以忽略；其中氣隙空間A2中的磁力線比較密集，且方向一致，沿半徑方向、朝中心軸方向集聚，類似電動式揚(yáng)聲器中音圈所處的氣隙磁場；過線孔A32、A33在導(dǎo)磁組件A3上是間隔分布的，為磁力線保留了低阻的通過路徑；第一導(dǎo)磁組件A3與第二導(dǎo)磁組件A4之間的微小縫隙被安排在氣隙空間A2、兩排過線孔A32和A33、電樞繞組A5以外的區(qū)域。處于第一導(dǎo)磁組件A3內(nèi)部靠近中心軸的一側(cè)(實際上是磁場很弱的外部弱磁空間)的電樞繞組A5的電流方向是自下而上，對應(yīng)的在氣隙磁場A2中的電樞繞組A5的電流方向是自上而下的，全部一致，受到的切向旋轉(zhuǎn)作用力形成的轉(zhuǎn)矩方向也一致，原因如下:
按照載流導(dǎo)線在磁場中的受力方向符合左手定則來判斷，圖紙右側(cè)的導(dǎo)線受力為垂直圖面向里，圖紙左側(cè)的導(dǎo)線受力為垂直圖面向外，相對面朝上、水平放置的時鐘而言，都為逆時針的轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩方向一致；處于過線孔、外部弱磁空間中的電樞繞組由于處于磁感應(yīng)強(qiáng)度很弱的區(qū)域，受力微弱而可以忽略?？傮w來看，處于氣隙磁場中的繞組導(dǎo)線受到的切向旋轉(zhuǎn)力占主導(dǎo)，在電樞組合體、激磁組合體之間產(chǎn)生了相對的旋轉(zhuǎn)力，二者分別與旋轉(zhuǎn)軸、機(jī)座連接在一起，一個靜止，另一個將受力而旋轉(zhuǎn)，將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。上述結(jié)構(gòu)的無換向器直流電動機(jī)，氣隙磁場均勻，氣隙空間中繞組分布也均勻，產(chǎn)生的切向旋轉(zhuǎn)作用力也均勻，具有任意角度的一致性，因此運轉(zhuǎn)特別平穩(wěn)；另外，根據(jù)安培定律，轉(zhuǎn)矩的大小與繞組中的電流大小、氣隙磁場強(qiáng)度成正比，控制任何一個即控制了轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩控制較為簡便；磁場中導(dǎo)線的動生電動勢與磁場強(qiáng)度、導(dǎo)線轉(zhuǎn)速成正比，而直流電動機(jī)中，動生電動勢基本和繞組兩端的直流供電電壓相等，可見繞組兩端的直流供電電壓與轉(zhuǎn)速成正比，調(diào)節(jié)直流供電電壓就調(diào)節(jié)了轉(zhuǎn)速。整個無換向器直流電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、控制簡便、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)等優(yōu)點，同時保留了使用上的簡便性、調(diào)速的優(yōu)越性，不使用換向器、不增加功率器件和控制電路等輔助部件，從而成本低廉。下面即將描述的幾種無換向器直流電動機(jī)的工作原理與上述的一致，因此將不再贅述其工作原理，而是將重點放在介紹電機(jī)結(jié)構(gòu)方面的不同。(二)本發(fā)明實施例之一的第一種無換向器直流電動機(jī)
如圖1所示，本發(fā)明應(yīng)用的一個典型實例，其特征在于:所述的激磁組件Al、氣隙空間A2、第一導(dǎo)磁組件A3等的主體都是圓筒狀旋轉(zhuǎn)體，三者軸心重疊；其中第一導(dǎo)磁組件A3在內(nèi)，其外徑等于氣隙空間A2的內(nèi)徑；激磁組件Al在外，其內(nèi)徑等于氣隙空間A2的外徑。電樞繞組A5、第一導(dǎo)磁組件A3、旋轉(zhuǎn)軸A6組成整個電機(jī)的轉(zhuǎn)子，直流電需要通過電刷與集電環(huán)引入；激磁組件Al、第二導(dǎo)磁組件A4、機(jī)座A7組成整個電機(jī)的定子。電刷與集電環(huán)比較常見，其實現(xiàn)也容易，圖中沒有給出。(三)本發(fā)明實施例之二的第二種無換向器直流電動機(jī)
圖3是本發(fā)明實施例之二的第二種無換向器直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，為了展示內(nèi)部構(gòu)造，采用了局部剖視圖。它和圖1中的第一種無換向器直流電動機(jī)的區(qū)別在于，電樞繞組安排在定子上，因而不需要集電環(huán)和電刷。按照“序號-部件(或功能區(qū)、功能組件)名稱”的格式，對圖3中各部件進(jìn)行介紹如下:B1-激磁組件 ，B2-氣隙空間，B3-第一導(dǎo)磁組件，B4-第二導(dǎo)磁組件，B5-電樞繞組，B6-旋轉(zhuǎn)軸，B7-機(jī)座，B8-電樞繞組B5的兩引出線，B31-氣隙空間B2在第一導(dǎo)磁組件B3上的正投影區(qū)域，B32-第一排過線孔，B33-第二排過線孔。
如圖3所示，本發(fā)明的無換向器直流電動機(jī)，包括:激磁組件BI，氣隙空間B2，第一導(dǎo)磁組件B3，第二導(dǎo)磁組件B4，電樞繞組B5，旋轉(zhuǎn)軸B6，機(jī)座B7，電樞繞組B5的兩引出線B8 ;其在氣隙空間、內(nèi)部強(qiáng)磁空間和外部弱磁空間的劃分、磁場分布的營造方法上和第一種無換向器直流電動機(jī)的基本一致，這里不再重復(fù)說明。本發(fā)明實施例之二的第二種無換向器直流電動機(jī)的技術(shù)特征在于:
(1)所述的第一導(dǎo)磁組件B3是個這樣的部件(如中空的圓柱體等)，其實體部分的內(nèi)側(cè)是氣隙空間B2，外側(cè)是外部弱磁空間，在靠近氣隙空間B2在其上的正投影區(qū)域B31的兩外偵U、且在第一導(dǎo)磁組件B3上(或兩端)分別安排第一排過線孔B32、第二排過線孔B33，在氣隙空間兩外側(cè)、外部弱磁空間之間形成通道，所述的第一排過線孔B32、第二排過線孔B33都是間隔分布，為磁力線保留低阻的通過路徑；
(2)電樞繞組B5借助所述的過線孔，按外部弱磁空間、第一排過線孔B32、氣隙空間B2、第二排過線孔B33、外部弱磁空間、第一排過線孔B32、…等等統(tǒng)一的方式，進(jìn)行電樞繞組繞制，直至布滿過線孔，最后引出兩個端頭B8，作為直流電的輸入端；
(3)同時，第一導(dǎo)磁組件B3與第二導(dǎo)磁組件B4是分離的，其間的縫隙(即二者的相對部分，也是磁力線通過的區(qū)域)被安排在正投影區(qū)域B31、兩排過線孔B32和B33、電樞繞組B5以外的區(qū)域，所述的縫隙盡可能小且不影響二者之間的相對運動；
(4)所述的激磁組件B1、第二導(dǎo)磁組件B4組成一個整體,再與旋轉(zhuǎn)軸B6連接在一起，構(gòu)成整個電機(jī)的轉(zhuǎn)子；所述的·電樞繞組B5、第一導(dǎo)磁組件B3組成另一個整體，再與機(jī)座B7連接在一起，構(gòu)成整個電機(jī)的定子。本實施例和第一種無換向器直流電動機(jī)的區(qū)別在于，電樞繞組安排在定子上，直流電的引入可以直接連接，不需要借助集電環(huán)和電刷。(四)本發(fā)明實施例之三的第三種盤式無換向器直流電動機(jī)
圖4是本發(fā)明實施例之三的第三種盤式無換向器直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，為了展示內(nèi)部構(gòu)造，采用了局部剖視圖。按照“序號-部件(或功能區(qū)、功能組件)名稱”的格式，對圖4中各部件進(jìn)行介紹如下:C1-激磁組件，C2-氣隙空間，C3-第一導(dǎo)磁組件，C4-第二導(dǎo)磁組件，C5-電樞繞組，C6-旋轉(zhuǎn)軸，C7-機(jī)座，C8-電樞繞組C5的兩引出線，C31-氣隙空間C2在第一導(dǎo)磁組件C3上的正投影區(qū)域，C32-第一排過線孔，C33-第二排過線孔。如圖4所示，本發(fā)明應(yīng)用的另一個典型實例是，一種盤式無換向器直流電動機(jī)，包括:激磁組件Cl,氣隙空間C2,第一導(dǎo)磁組件C3,第二導(dǎo)磁組件C4,電樞繞組C5,旋轉(zhuǎn)軸C6,機(jī)座C7，電樞繞組C5的兩引出線CS ;所述的激磁組件Cl、第一導(dǎo)磁組件C3、第二導(dǎo)磁組件C4等的主體都是旋轉(zhuǎn)體且三者同軸；激磁組件Cl呈圓環(huán)狀，水平放置，軸線垂直，其磁北極位于上表面，磁南極位于下表面；所述的第一導(dǎo)磁組件C3也是圓環(huán)形，同樣是水平放置，其外徑稍大于或相當(dāng)于激磁組件的外徑，和激磁組件Cl的磁北極相隔氣隙空間C2 ;第二導(dǎo)磁組件C4是倒“T”型旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，其水平部分覆蓋激磁組件Cl的南極，其垂直部分的直徑小于環(huán)形激磁組件Cl的內(nèi)徑，高度方向則是從其水平部分開始、沿軸向延伸到非常接近第一導(dǎo)磁組件C3的表面；氣隙空間C2在第一導(dǎo)磁組件C3上的投影區(qū)域C31，是激磁組件Cl的磁北極發(fā)出的絕大部分磁力線，通過氣隙空間C2，進(jìn)入第一導(dǎo)磁組件C3的區(qū)域；
本發(fā)明采取的技術(shù)措施是:(1)在投影區(qū)域C31兩外側(cè)附近、且在第一導(dǎo)磁組件C3上分別安排第一排過線孔C32、第二排過線孔C32，按照軸向穿透第一導(dǎo)磁組件C3的上下表面，所述的兩排過線孔間隔分布，為磁力線保留低阻的通過路徑；
(2)電樞繞組C5按第一導(dǎo)磁組件C3的上表面、第一排過線孔C32、氣隙空間C2、第二排過線孔C33、第一導(dǎo)磁組件C3的上表面、第一排過線孔C32、…等等統(tǒng)一的方式，進(jìn)行電樞繞組繞制，直至布滿所有過線孔，最后引出兩個端頭CS，作為直流電的輸入端；
(3)同時，第一導(dǎo)磁組件C3與第二導(dǎo)磁組件C4是分離的，其間的縫隙(即二者的相對部分，也是磁力線傳遞的區(qū)域)被安排在正投影區(qū)域C31、兩排過線孔C32和C33、電樞繞組C5以外的區(qū)域，所述的縫隙盡可能小且不影響二者之間的相對運動；
(4)所述的電樞繞組C5、第一導(dǎo)磁組件C3組成一個整體，稱為電樞組合體；激磁組件Cl、第二導(dǎo)磁組件C4組成另一個整體，稱為激磁組合體。前述的機(jī)座C7、旋轉(zhuǎn)軸C6其中之一與電樞組合體連接在一起，另外一個與激磁組合體連接在一起。圖4中展示的是激磁組合體和旋轉(zhuǎn)軸C6連接在一起，電樞組合體和機(jī)座C7連接在一起的連接方式；當(dāng)然，也可以采取另一種連接方式，即激磁組合體和機(jī)座C7連接在一起，電樞組合體和旋轉(zhuǎn)軸C6連接在一起的連接方式，只是機(jī)座C7、旋轉(zhuǎn)軸C6的設(shè)置位置、形狀和圖4展示的有少許差別，可以參考圖1和圖3中所采取的方法，作類似的變動，不難實現(xiàn)，所以也不再贅述。(五)本發(fā)明所有實施例中的激磁組件可以用永磁材料制作，也可以由高磁導(dǎo)率材料和繞在其上的激磁繞組構(gòu)成。(六)本發(fā)明所有實施例中的導(dǎo)磁組件是由薄片疊合而成，薄片的構(gòu)造方法以限制運轉(zhuǎn)時導(dǎo)磁組件中的渦流為原則，比如薄片所在平面垂直旋轉(zhuǎn)方向，或者說平行旋轉(zhuǎn)軸和氣隙中的磁力線，這樣 的構(gòu)造可以限制運轉(zhuǎn)時導(dǎo)磁組件中的渦流。(七)前述所有實施例中的直流電動機(jī)作為直流發(fā)電機(jī)使用，動力從旋轉(zhuǎn)軸輸入，直流電能從電樞繞組弓丨出線輸出。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以作出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.無換向器直流電動機(jī)，包括:激磁組件，氣隙空間，第一和第二導(dǎo)磁組件，電樞繞組，旋轉(zhuǎn)軸和機(jī)座；所有導(dǎo)磁組件都由高磁導(dǎo)率材料構(gòu)成，而且截面積足夠大，保證磁力線通過時不飽和，保持低磁阻以集聚磁力線，減少不期望的泄漏；磁力線經(jīng)過的路徑依次是激磁組件、氣隙空間、第一導(dǎo)磁組件、第二導(dǎo)磁組件、激磁組件，形成閉合磁路；通過結(jié)構(gòu)布局將空間分割為三部分:氣隙空間、內(nèi)部強(qiáng)磁空間和外部弱磁空間；其中氣隙空間中的磁力線分布均勻且方向一致(如中心放射狀，類似電動式揚(yáng)聲器中的音圈所處的氣隙磁場)；內(nèi)部強(qiáng)磁空間包括磁力線經(jīng)過的所有導(dǎo)磁組件和激磁組件的實體部分，其中具有較強(qiáng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；外部弱磁空間指除氣隙空間、內(nèi)部強(qiáng)磁空間之外的其它空間，其中只有非常弱的泄漏磁場，其影響可以忽略； 本發(fā)明的技術(shù)特征在于: 第一導(dǎo)磁組件是這樣的部件(如中空的圓柱體)，其實體部分一側(cè)是氣隙空間，另一側(cè)是外部弱磁空間，在靠近氣隙空間的兩外側(cè)、且在第一導(dǎo)磁組件上(或兩端)分別設(shè)置第一排過線孔、第二排過線孔，在氣隙空間的兩外側(cè)、外部弱磁空間之間形成通道，所述的過線孔間隔分布，為磁力線保留低阻的通過路徑； 電樞繞組借助所述的過線孔，按外部弱磁空間、第一排過線孔、氣隙空間、第二排過線孔、外部弱磁空間、第一排過線孔、…等等統(tǒng)一的方式，進(jìn)行電樞繞組繞制，直至布滿所有過線孔，最后引出兩個端頭，作為直流電的輸入端； 同時，第一導(dǎo)磁組件與第二導(dǎo)磁組件是分離的，二者之間的縫隙被安排在氣隙空間、兩排過線孔、電樞繞組以外的區(qū)域，所述的縫隙盡可能小且不影響二者之間的相對運動； 所述的電樞繞組、第一導(dǎo)磁組件組成一個整體，稱為電樞組合體；所述的激磁組件、第二導(dǎo)磁組件組成另一個整體，稱為激磁組合體；機(jī)座、旋轉(zhuǎn)軸其中之一與電樞組合體連接在一起，另外一個與激磁組合體連 接在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無換向器直流電動機(jī)，其特征在于: 所述的激磁組件、氣隙空間、第一導(dǎo)磁組件等的主體都是旋轉(zhuǎn)體且軸心重疊；其中第一導(dǎo)磁組件在內(nèi)，其外徑等于氣隙空間的內(nèi)徑；激磁組件在外，其內(nèi)徑等于氣隙空間的外徑；電樞繞組、第一導(dǎo)磁組件、旋轉(zhuǎn)軸組成整個電動機(jī)的轉(zhuǎn)子，直流電通過電刷與集電環(huán)引入；激磁組件、第二導(dǎo)磁組件、機(jī)座組成整個電動機(jī)的定子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無換向器直流電動機(jī)，其特征在于: 所述的激磁組件、氣隙空間、第二導(dǎo)磁組件等的主體都是旋轉(zhuǎn)體且軸心重疊；其中激磁組件在內(nèi)，其外徑等于氣隙空間的內(nèi)徑；激磁組件、第二導(dǎo)磁組件、旋轉(zhuǎn)軸組成整個電機(jī)的轉(zhuǎn)子；電樞繞組、第一導(dǎo)磁組件、機(jī)座組成整個電機(jī)的定子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無換向器直流電動機(jī)，采用盤式主體結(jié)構(gòu)，包括:激磁組件Cl，氣隙空間C2，第一導(dǎo)磁組件C3，第二導(dǎo)磁組件C4，電樞繞組C5，旋轉(zhuǎn)軸C6，機(jī)座C7，電樞繞組C5的兩引出線CS ;所述激磁組件Cl、第一導(dǎo)磁組件C3、第二導(dǎo)磁組件C4等的主體都是旋轉(zhuǎn)體且三者同軸；所述的激磁組件Cl呈圓環(huán)狀，水平放置，軸線垂直，其磁北極位于上表面，其磁南極位于下表面；所述的第一導(dǎo)磁組件C3也是圓環(huán)形，同樣是水平放置，和激磁組件Cl的磁北極相隔氣隙空間C2，其外徑稍大于或相當(dāng)于激磁組件的外徑；所述的第二導(dǎo)磁組件C4是倒“T”型旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，其水平部分覆蓋激磁組件Cl的磁南極，其垂直部分的直徑小于環(huán)形激磁組件Cl的內(nèi)徑，高度方向則是從其水平部分開始、沿軸向延伸到非常接近第一導(dǎo)磁組件C3的表面；所述的氣隙空間C2在第一導(dǎo)磁組件C3上的投影區(qū)域C31，是激磁組件Cl的磁北極發(fā)出的絕大部分磁力線通過氣隙空間C2進(jìn)入第一導(dǎo)磁組件C3的區(qū)域；本發(fā)明的技術(shù)特征在于: 在投影區(qū)域C31兩外側(cè)附近、且在第一導(dǎo)磁組件C3上分別安排第一排過線孔C32、第二排過線孔C33，按照軸向穿透第一導(dǎo)磁組件C3的上下表面，所述的過線孔間隔分布，為磁力線保留低阻的通過路徑； 電樞繞組C5按第一導(dǎo)磁組件C3的上表面、第一排過線孔C32、氣隙空間C2、第二排過線孔C33、第一導(dǎo)磁組件C3的上表面、第一排過線孔C32、…等等統(tǒng)一的方式，進(jìn)行電樞繞組繞制，直至布滿所有過線孔，最后引出兩個端頭CS，作為直流電的輸入端； 同時，第一導(dǎo)磁組件C3與第二導(dǎo)磁組件C4是分離的，二者之間的縫隙被安排在正投影區(qū)域C31、兩排過線孔C32和C33、電樞繞組C5以外的區(qū)域，所述的縫隙盡可能小且不影響二者之間的相對運動； 所述的電樞繞組C5、第一導(dǎo)磁組件C3組成一個整體，稱為電樞組合體；所述的激磁組件Cl、第二導(dǎo)磁組件C4組成另一個整體，稱為激磁組合體；前述的機(jī)座C7、旋轉(zhuǎn)軸C6其中之一與電樞組合體連接 在一起，另外一個與激磁組合體連接在一起。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、或2、或3、或4所述的無換向器直流電動機(jī)，其特征在于: 激磁組件可以用永磁材料制作,也可以由高磁導(dǎo)率材料和繞在其上的激磁繞組構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、或2、或3、或4、或5所述的無換向器直流電動機(jī)，其特征在于: 第一導(dǎo)磁組件或第二導(dǎo)磁組件是由薄片疊合而成，薄片的構(gòu)造方法以限制運轉(zhuǎn)時導(dǎo)磁組件中的渦流為原則。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、或2、或3、或4、或5、或6所述的無換向器直流電動機(jī)，其特征在于: 該直流電動機(jī)作為直流發(fā)電機(jī)使用，動力從旋轉(zhuǎn)軸輸入，直流電能從電樞繞組引出線輸出。
全文摘要
無換向器直流電動機(jī)，通過激磁組件、氣隙空間、第一和第二導(dǎo)磁組件等的結(jié)構(gòu)布局，將空間分割為氣隙空間、內(nèi)部強(qiáng)磁空間和外部弱磁空間，其中氣隙空間磁場分布均勻同向，其特征在于第一導(dǎo)磁組件兩側(cè)分別是氣隙空間、外部弱磁空間，在氣隙空間兩外側(cè)、第一導(dǎo)磁組件上設(shè)置兩排過線孔；電樞繞組按照外部弱磁空間、第一排過線孔、氣隙空間、第二排過線孔、外部弱磁空間、…等等統(tǒng)一的方式進(jìn)行繞制，最后引出直流電輸入端頭；第一與第二導(dǎo)磁組件是分離的，其間的縫隙被安排在氣隙、兩排過線孔、電樞繞組以外的區(qū)域，縫隙盡可能小且不影響二者的相對運動。此種直流電動機(jī)具有無換向器、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、使用簡便、調(diào)速性能好、成本低廉等優(yōu)點。
文檔編號H02K29/00GK103227546SQ20131019142
公開日2013年7月31日 申請日期2013年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月22日
發(fā)明者范家閂 申請人:范家閂