專利名稱：雙側(cè)交錯導(dǎo)流非封閉型電樞繞組直流馬達的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雙側(cè)交錯導(dǎo)流非封閉電樞繞組直流馬達。
傳統(tǒng)直流電機通常由疊繞組(lap winding)或波繞組(wavewinding)所構(gòu)成，無論何種繞組皆須回歸換向片的起點而呈封閉狀并回歸單側(cè)設(shè)置的換向器。
本發(fā)明的目的是提供雙側(cè)交錯導(dǎo)流非封閉型電樞繞組直流馬達，主要為揭示一種可無限延展排列構(gòu)成雙側(cè)交錯導(dǎo)流的直流電樞繞組，不僅可適用于回轉(zhuǎn)型直流電機，特別是適用于線型直流電機，以及不僅適用于馬達亦適用于發(fā)電機。
本發(fā)明的雙側(cè)交錯導(dǎo)流非封閉型電樞繞組直流馬達的構(gòu)成主要包括電樞繞組為呈兩側(cè)獨立連接換向片的條狀或圈狀導(dǎo)體，在運動中沿切割磁場的方向連續(xù)排列，每組電樞繞組兩側(cè)分別具有換向片；垂直于導(dǎo)體方向至少設(shè)有一組磁極或至少一對以上磁極垂直迎向電樞繞組；磁路包括由磁極及與磁極相對設(shè)置以共同構(gòu)成封閉磁路的第二導(dǎo)磁體(或相對極性的磁極)所構(gòu)成，兩者之間供設(shè)置電樞繞組；磁場與電刷組共同設(shè)置于同一體(運動體或固定體)；電樞和磁極的匹配與電樞的輸出接線有關(guān)，包括并聯(lián)法與串聯(lián)法。
以下配合附圖詳細說明本發(fā)明的特征及優(yōu)點

圖1為此項雙側(cè)交錯導(dǎo)流非封閉型電樞繞組直流馬達的并聯(lián)式線型電動機實施例。
圖2為此項雙側(cè)交錯導(dǎo)流非封閉型電樞繞組直流馬達的串聯(lián)式線型電動機實施例。
圖3A為由多組齒狀鐵芯構(gòu)成第二導(dǎo)磁體應(yīng)用于圖1結(jié)構(gòu)的X-X剖示圖。
圖3B為由多組齒狀鐵芯構(gòu)成第二導(dǎo)磁體應(yīng)用于圖1結(jié)構(gòu)的Y-Y剖示圖。
圖4A為由平面鐵芯構(gòu)成第二導(dǎo)磁體應(yīng)用于圖1結(jié)構(gòu)的X-X剖示圖。
圖4B為由平面鐵芯構(gòu)成第二導(dǎo)磁體應(yīng)用于圖1結(jié)構(gòu)的Y-Y剖示圖。
圖5A為由相異性磁極構(gòu)成第二導(dǎo)磁體應(yīng)用于圖1結(jié)構(gòu)的X-X剖示圖。
圖5B為由相異性磁極構(gòu)成第二導(dǎo)磁體應(yīng)用于圖1結(jié)構(gòu)的Y-Y剖示圖。
圖6為此項雙側(cè)交錯導(dǎo)流非封閉型電樞繞組直流電動機的并聯(lián)接線回轉(zhuǎn)式馬達應(yīng)用例的正視圖。
圖7為圖6的右視圖。
圖8為圖6的左視圖。
圖9為此項雙側(cè)交錯導(dǎo)流非封閉型電樞繞組直流馬達的單獨圈繞的繞組分布示意圖。
圖10為此項雙側(cè)交錯導(dǎo)流非封閉型電樞繞組直流馬達的交錯圈繞的繞組分布示意圖。
A1，A2，A3，A4……An-1，An-電樞繞組B101，B102，B103，B104，B105，B106，B107——電刷B201，B202，B203，B204，B205，B206，B207——電刷CL1，CL2，CL3，CL4……CLn-2，CLn-1，CLn——換向片CR1，CR2，CR3，CR4……CRn-2，CRn-1，CRn——換向片M100——磁路鐵芯
P100，P101——磁極601，602——磁極603，604——電刷605，606——輔助電刷607，608——換向片609——圓筒狀轉(zhuǎn)子610——電樞繞組如圖1所示為雙側(cè)交錯導(dǎo)流非封閉型電樞繞組直流馬達的并聯(lián)式線型電動機實施例，圖中主要包括垂直于導(dǎo)體方向至少設(shè)有一組磁極或至少一對以上磁極垂直迎向電樞繞組；磁路包括由磁極及與磁極相對設(shè)置以共同構(gòu)成封閉磁路的第二導(dǎo)磁體(或相對極性的磁極)所構(gòu)成，兩者之間供設(shè)置電樞繞組磁場與電刷組共同設(shè)置于同一體(運動體或固定體)，與電樞繞組作相對運動，磁場可來自于電流激磁或永磁式磁場；電樞繞組A1～An為順序排列，其兩端分別連接換向片CR1～CRn及CL1～CLn，電樞繞組的數(shù)目不受所耦合設(shè)有電刷及磁極的互動體長度的限制而可無限增加；至少兩組電刷組成90°電機角度差，分別耦合于電樞繞組兩側(cè)的換向片上，電刷組的最窄寬度為能與另一側(cè)電刷組同時導(dǎo)通至少一組的電樞繞組；電刷組最大寬度為略窄于180°電機角度，以能與另一側(cè)電刷組(或兩組)同時導(dǎo)通180°所涵蓋的電樞繞組，使其所涵蓋電樞繞組在正常情形下分別呈不同電流流向，以與其所分別耦合磁場的磁力線產(chǎn)生反電勢(BMF)或電動機的作用。
上述圖1所示的并聯(lián)式電動機的應(yīng)用例中，正電流由電刷B101進入，經(jīng)電樞繞組A1～A4，再經(jīng)電刷B102逆向流過電樞繞組A5～A8流至電刷B103，再通往負(fù)極而往下延伸，電刷B101及B105共同并聯(lián)于同一電極，電刷B103及B107共同并聯(lián)于另一電極，B102、B104、B106作為引流輔助電刷，而呈并聯(lián)式的線型電動機狀態(tài)。
圖2所示為雙側(cè)交錯導(dǎo)流非封閉型電樞繞組直流馬達的串聯(lián)式線型電動機實施例，圖中包括垂直于導(dǎo)體方向至少一組磁極或至少一對磁極垂直迎向電樞繞組；磁路包括由磁極及與磁極相對設(shè)置以共同構(gòu)成封閉磁路的第二導(dǎo)磁體(或相對極性的磁極)所構(gòu)成，兩者之間供設(shè)置電樞繞組；磁場與電刷組共同設(shè)置于同一體(運動體或固定體)，與電樞繞組作相對運動；電樞繞組A1～An為順序排列，其兩端分別連接換向片CR1～CRn及CL1～CLn，電樞繞組的數(shù)目不受所耦合設(shè)有電刷及磁極的互動體長度的限制而可無限增加；至少兩組電刷組成180°電機角度差，分別耦合于電樞繞組兩側(cè)的換向片上，電刷組的最窄寬度為能與另一側(cè)電刷組同時導(dǎo)通至少一組的電樞繞組；電刷組最大寬度為略窄于360°電機角度，以能與另一側(cè)電刷組(或兩組)同時導(dǎo)通360°所涵蓋的電樞繞組，使其所涵蓋電樞繞組在正常情形下分別呈不同電流流向，以與其所分別耦合磁場的磁力線產(chǎn)生反電勢(EMF)或電動機的作用。
上述圖2所示的串聯(lián)式電動機的應(yīng)用例中，正電流由電刷B201進入，經(jīng)電樞繞組A1～A4，經(jīng)電刷B202改變方向流過電樞繞組A5～A8至電刷B203，再改變方向流過電樞繞組A9～A12至電刷B204，再改變方向流經(jīng)電樞繞組A21～A24至最后一組電刷B207接至負(fù)電極，而成串聯(lián)式的線型電動機狀態(tài)。
前述圖1及圖2所示的磁路結(jié)構(gòu)型態(tài)包括由磁極及與磁極相對設(shè)置以共同構(gòu)成封閉磁路的第二導(dǎo)磁體兩者之間供設(shè)置電樞繞組，上述第二導(dǎo)磁體的構(gòu)造包括如下結(jié)構(gòu)型態(tài)(1)構(gòu)成第二導(dǎo)磁體的磁路鐵芯M100由具有共同根部的多組齒狀鐵芯排列而成，與磁極P100相對構(gòu)成磁路，而各齒狀鐵芯間供嵌入電樞繞組A1～An，此狀態(tài)下電樞繞組與齒狀磁路鐵芯共同被驅(qū)動，圖3A為此項電樞繞組直流馬達的磁路鐵芯采用具有供嵌入電樞繞組的導(dǎo)體槽結(jié)構(gòu)的X-X剖視圖；圖3B為此項電樞繞組直流馬達的磁路鐵芯采用具有供嵌入電樞繞組的導(dǎo)體槽結(jié)構(gòu)的Y-Y剖視圖。
(2)電樞繞組呈薄片狀排列，則構(gòu)成第二導(dǎo)磁體的磁路鐵芯呈平板狀耦合面置于電樞繞組的底部(非朝向磁極P100的一側(cè))，而固定或與電樞同一體以與磁極P100作相對驅(qū)動，如圖4A為此項電樞繞組直流馬達的磁路鐵芯沿圖1電樞繞組背面的X-X線截取的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖4B為此項電樞繞組直流馬達的磁路鐵芯沿圖1電樞繞組背面的Y-Y線截取的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
(3)電樞的另一面設(shè)有與磁場磁極P100相對的異極性磁極P101及磁路以構(gòu)成第二導(dǎo)磁體，并與原磁場磁極P100構(gòu)成共同結(jié)構(gòu)體，而與電樞繞組作相對運動，如圖5A為此項電樞繞組直流馬達采用夾設(shè)于電樞繞組兩側(cè)的磁極及磁路所構(gòu)成的X-X剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖5B為此項電樞繞組直流馬達采用夾設(shè)于電樞繞組兩側(cè)的磁極及磁路所構(gòu)成的Y-Y剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
在上述并聯(lián)式與串聯(lián)式線型電動機應(yīng)用例中，可藉著磁極極軸與同電流流向電樞繞組的中線軸間為同軸或依電樞反應(yīng)作領(lǐng)前或滯后的調(diào)整，根據(jù)此項領(lǐng)前或滯后而決定發(fā)電機或電動機的電樞反應(yīng)方向。
此外，上述電刷組與磁極的結(jié)構(gòu)可進一步制成可作相對電機角的驅(qū)動調(diào)整，包括用機械式位移機構(gòu)以構(gòu)成或?qū)υO(shè)置于不同電機角的繞組激磁，藉上述磁極與同電流流向電樞繞組原中線軸的領(lǐng)前(或滯后)角度的調(diào)整，使運動體與靜體間的互斥力或互吸力作相對的大小調(diào)整，由于其推進與浮升或吸引力來自同一動力源，特別適用于例如高速電動軌道列車驅(qū)動，并可將電刷與電樞繞組的換向片間制成具有能適應(yīng)其上下位移調(diào)整的彈性耦合結(jié)構(gòu)；上述電樞反應(yīng)或運動體與靜體間互斥力(或吸引力)所需的同電流流向電樞繞組的中線軸與磁極極軸的領(lǐng)前或滯后角度可為藉移動磁極或移動電刷組而達成。
前述圖1及圖2的實施例中，導(dǎo)體與磁極間的運動介面型態(tài)包括導(dǎo)體為直線狀并與磁極極面平行，且與運動方向呈90°交叉角或增加或減少若干度呈斜角或呈V型或其他曲線狀結(jié)構(gòu)以減少推力的脈動。
導(dǎo)體與磁極相對運動的耦合面形狀，以運動方向的垂直斷面視之，可為呈直線或V型、U型、W型、M型、 型、 型或其他曲線型狀，以配合各種不同場合的需求。
此外，在回轉(zhuǎn)式的應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子形成一圓形結(jié)構(gòu)(圓筒形或盤形或錐形轉(zhuǎn)子及相對磁極的定子)，僅適用于并聯(lián)法，如圖6、7、8為此項雙側(cè)交錯導(dǎo)流非封閉型電樞繞組直流馬達的并聯(lián)接線回轉(zhuǎn)式馬達應(yīng)用例，圖中圓筒狀轉(zhuǎn)子609具有縱向分布電樞繞組610，兩端分別通往換向片607、608；至少兩組輸出入電刷組603、604分別涵蓋貼合近180°電機角的換向片，前兩組電刷問的間隙需大于單一換向片的寬度以避免短路；另有相同組數(shù)的輔助電刷605、606與前述輸出入電刷間呈90°電機角度差設(shè)置而涵蓋貼合近180°電機角的換向片，前兩組電刷間的間隙需大于單一換向片的寬度以避免短路；磁場磁極601、602可為外激式或以永久磁鐵構(gòu)成，在不計換向角下，其極軸與輸出入電刷軸線相疊合。
此項雙側(cè)交錯導(dǎo)流非封閉型電樞繞組直流馬達的各種應(yīng)用中，雙側(cè)導(dǎo)流的電樞繞組除呈單一導(dǎo)體雙側(cè)導(dǎo)流的結(jié)構(gòu)特征型態(tài)外，亦可進一步保有雙側(cè)導(dǎo)流的特征而將繞組呈多匝圈繞而各繞組順序互疊，其圈繞的方式包含單獨圈繞經(jīng)相鄰異極性磁極的相同機械角的位置呈全節(jié)距分布(如圖9)，或略小于相同機械角的位置分布；依序交錯圈繞設(shè)多組相鄰磁極的相同機械角的位置呈全節(jié)距分布(如圖10)，或略小于相同機械角的位置分布。
權(quán)利要求
1.一種雙側(cè)交錯導(dǎo)流非封閉型電樞繞組直流馬達主要包括電樞繞組為呈兩側(cè)獨立連接換向片的條狀或圈狀導(dǎo)體，在運動中沿切割磁場的方向連續(xù)排列，每組電樞繞組兩側(cè)分別具有換向片；垂直于導(dǎo)體方向至少設(shè)有一組磁極或至少一對以上磁極垂直朝向電樞繞組；磁路由磁極及與磁極相對設(shè)置以共同構(gòu)成封閉磁路的第二導(dǎo)磁體(或相對極性的磁極)所構(gòu)成，兩者之間供設(shè)置電樞繞組；磁場與電刷組共同設(shè)置于同一體(運動體或固定體)；電樞與磁極的匹配與電樞的輸出接線有關(guān)，包括并聯(lián)法與串聯(lián)法。
2.如權(quán)利要求1所述的雙側(cè)交錯導(dǎo)流非封閉型電樞繞組直流馬達，應(yīng)用于并聯(lián)式線型電動機，其特征在于主要構(gòu)成包括垂直于導(dǎo)體方向至少設(shè)有一組磁極或至少一對以上磁極垂直朝向電樞繞組；磁路由磁極及與磁極相對設(shè)置以共同構(gòu)成封閉磁路的第二導(dǎo)磁體(或相對極性的磁極)所構(gòu)成，兩者之間供設(shè)置電樞繞組；磁場為與電刷組共同設(shè)置于同一體(運動體或固定體)，與電樞繞組作相對運動，磁場可來自于電流激磁或永磁式磁場；電樞繞組A1～An為順序排列，其兩端分別連接換向片CR1～CRn及CL1～CLn，電樞繞組的數(shù)目不受所耦合設(shè)有電刷及磁極的互動體長度的限制而可無限增加；至少兩組電刷組成90°電機角度差，分別耦合于電樞繞組兩側(cè)的換向片上，電刷組的最窄寬度為能與另一側(cè)電刷組同時導(dǎo)通至少一組的電樞繞組；電刷組最大寬度為略窄于180°電機角度，以能與另一側(cè)電刷組(或兩組)同時導(dǎo)通180°所涵蓋的電樞繞組，使其所涵蓋電樞繞組在正常情形下分別呈不同電流流向，以與其所分別耦合磁場的磁力線產(chǎn)生反電勢(EMF)或電動機的作用。
3.如權(quán)利要求1所述的雙側(cè)交錯導(dǎo)流非封閉型電樞繞組直流馬達，應(yīng)用于串聯(lián)式線型電動機，其特征在于包括垂直于導(dǎo)體方向至少一組磁極或至少一對磁極垂直朝向電樞繞組；磁路包括由磁極及與磁極相對設(shè)置以共同構(gòu)成封閉磁路的第二導(dǎo)磁體(或相對極性的磁極)所構(gòu)成，兩者之間供設(shè)置電構(gòu)繞組；磁場為與電刷組共同設(shè)置于同一體(運動體或固定體)，與電樞繞組作相對運動；電樞繞組A1～An為順序排列，其兩端分別連接換向片CR1～CRn及CL1～CLn，電樞繞組的數(shù)目不受所耦合設(shè)有電刷及磁極的互動體長度的限制而可無限增加；至少兩組電刷組成180°電機角度差，分別耦合于電樞繞組兩側(cè)的換向片上，電刷組的最窄寬度為能與另一側(cè)電刷組同時導(dǎo)通至少一組的電樞繞組；電刷組最大寬度為略窄于360°電機角度，以能與另一側(cè)電刷組(或兩組)同時導(dǎo)通360°所涵蓋的電樞繞組，使其所涵蓋電樞繞組在正常情形下分別呈不同電流流向，以與其所分別耦合磁場的磁力線產(chǎn)生反電勢(EMF)或電動機的作用。
4.如權(quán)利要求1，2或3所述的雙側(cè)交錯導(dǎo)流非封閉型電樞繞組直流馬達，其特征在于其磁路結(jié)構(gòu)型態(tài)由磁極及與磁極作相對設(shè)置以共同構(gòu)成封閉磁路的第二導(dǎo)磁體所構(gòu)成，兩者之間供設(shè)置電樞繞組，上述第二導(dǎo)磁體的構(gòu)造包括如下結(jié)構(gòu)型態(tài)(1)構(gòu)成第二導(dǎo)磁體的磁路鐵芯M100由具有共同根部的多組齒狀鐵芯排列而成，與磁極P100相對構(gòu)成磁路，而各齒狀鐵芯間供嵌入電樞繞組A1～An，此狀態(tài)下電樞繞組與齒狀磁路鐵芯共同被驅(qū)動；(2)電樞繞組呈薄片狀排列，則構(gòu)成第二導(dǎo)磁體的磁路鐵芯呈平板狀耦合面置于電樞繞組的底部(非朝向磁極P100一側(cè))，而為固定或與電樞同一體以與磁極P100作相對驅(qū)動；(3)電樞的另一面設(shè)有與磁場磁極P100相對的異極性磁極P101及磁路以構(gòu)成第二導(dǎo)磁體，并與原磁場磁極P100構(gòu)成共同結(jié)構(gòu)體，而與電樞繞組作相對運動。
5.如權(quán)利要求1，2或3所述的雙側(cè)交錯導(dǎo)流非封閉型電樞繞組直流馬達，其特征在于可藉著磁極極軸與同電流流向電樞繞組的中線軸間為同軸或依電樞反應(yīng)作領(lǐng)前或滯后的調(diào)整，根據(jù)此項領(lǐng)前或滯后而決定發(fā)電機或電動機的電樞反應(yīng)方向；其電刷組與磁極結(jié)構(gòu)可進一步制成可作相對電機角的驅(qū)動調(diào)整，包括用機械式位移機構(gòu)以構(gòu)成或?qū)υO(shè)置于不同電機角的繞組激磁以達成，藉上述磁極與同電流流向電樞繞組的中線軸的領(lǐng)前(或滯后)角度的調(diào)整，以使運動體與靜體間的互斥力或吸力作相對的大小調(diào)整，由于其推進與浮升或吸引力來自同一動力源，特別適用于例如高速電動軌道列車驅(qū)動，并可將電刷與電樞繞組的換向片間制成具有能適應(yīng)其上下位移調(diào)整的彈性耦合結(jié)構(gòu)；上述電樞反應(yīng)或運動體與靜體間互斥力(或吸引力)所需的同電流流向電樞繞組的中線軸與磁極極軸中領(lǐng)前或滯后角度可藉移動磁極或移動電刷組而達成。
6.如權(quán)利要求1，2或3所述的雙側(cè)交錯導(dǎo)流非封閉型電樞繞組直流馬達，其特征在于其導(dǎo)體與磁極間的運動介面型態(tài)包括導(dǎo)體為直線狀并與磁極極面平行，且與運動方向呈90°交叉角或增加或減少若干度呈斜角或呈V型或其他曲線狀結(jié)構(gòu)以減少推力的脈動；導(dǎo)體與磁極相對運動的耦合面形狀，以運動方向的垂直斷面視之，可為呈直線或V型、U型、W型、M型、 型、 型或其他曲線型狀，以配合各種不同場合的需求。
7.如權(quán)利要求1所述的雙側(cè)交錯導(dǎo)流非封閉型電樞繞組直流馬達，其特征在于在回轉(zhuǎn)式的應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子形成一圓形結(jié)構(gòu)(圓筒形或盤形或錐形轉(zhuǎn)子及相對磁極的定子)，僅適用于并聯(lián)法，其主要構(gòu)成包括圓筒狀轉(zhuǎn)子609具有縱向分布電樞繞組610，兩端分別通往換向片607、608；至少兩組輸出入電刷組603、604分別涵蓋貼合近180°電機角的換向片，前兩組電刷間的間隙需大于單一換向片的寬度以避免短路；另有相同組數(shù)的輔助電刷605、606與前述輸出入電刷間呈具90°電機角度差設(shè)置而涵蓋貼合近180°電機角的換向片，前兩組電刷間的間隙需大于單一換向片的寬度以避免短路；磁場磁極601、602可為外激式或以永久磁鐵構(gòu)成，在不計換向角下，其極軸與輸出入電刷軸線相疊合。
8.如權(quán)利要求1，2，3，4，5，6或7所述的雙側(cè)交錯導(dǎo)流非封閉型電樞繞組直流馬達，其特征在于其電樞繞組除呈單一導(dǎo)體雙側(cè)導(dǎo)流的結(jié)構(gòu)特征型態(tài)外，亦可進一步保有雙側(cè)導(dǎo)流的特征而將繞組呈多匝圈繞而各繞組順序互疊，其圈繞的方式含單獨圈繞經(jīng)相鄰異極性磁極的相同機械角的位置呈全節(jié)距分布或略小于相同機構(gòu)角的位置分布；依序交錯圈繞設(shè)于多組相鄰磁極的相同機構(gòu)角的位置呈全節(jié)距分布或略小于相同機械角的位置分布。
9.如權(quán)利要求1所述的雙側(cè)交錯導(dǎo)流非封閉型電樞繞組直流馬達包括應(yīng)用于發(fā)電機。
全文摘要
本發(fā)明的雙側(cè)交錯導(dǎo)流非封閉型電樞繞組直流馬達主要為一種非疊繞而可無限延展排列構(gòu)成的直流電樞繞組，不僅可適用于回轉(zhuǎn)型直流機，特別是適用于線型直流電機，以及不僅適用于馬達亦適用于發(fā)電機。
文檔編號H02K23/26GK1138239SQ95106460
公開日1996年12月18日 申請日期1995年6月14日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月14日
發(fā)明者楊泰和 申請人:楊泰和