專利名稱：高效、節(jié)能、超轉(zhuǎn)矩車用直流電動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高效、節(jié)能、超轉(zhuǎn)矩車用直流電動機(jī)。
由于合理的選用定轉(zhuǎn)子極數(shù)，使其結(jié)構(gòu)更加合理，尤其對於使用以蓄電池為電源的小功率備型電動自行車，摩托車、汽車、尤為重要。也適用於其他工業(yè)、農(nóng)業(yè)、礦山、冶金等行業(yè)使用的調(diào)速電機(jī)行業(yè)。
普通的直流電動機(jī)的工作原理，大都是要想8個磁極同時工作，則電摳(轉(zhuǎn)子)需要設(shè)置二十多極，且定轉(zhuǎn)子均通電產(chǎn)生電磁場、相對作用力產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。這種電動機(jī)的結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，需要使用大量的電摳繞組，本身較為笨重。如果采用永磁體做定子磁極，由于結(jié)構(gòu)上的原因，轉(zhuǎn)矩力不可能做得多大，若不采用永磁體做定子磁極，又達(dá)不到節(jié)能的目的。
本發(fā)明的目的，是合理選擇定轉(zhuǎn)子磁極及極數(shù)比，使其通電工作時，只有部分磁極在極短的時間內(nèi)處于換向，而其余所有磁極相互吸、斥工作，故轉(zhuǎn)矩力特大。
合理的選用定轉(zhuǎn)子磁極極數(shù)，最關(guān)鍵的是合理選擇定子磁極數(shù)，使定子磁極磁場方向排列合理，即通過軸心，向心互為異性磁場的原則。其必需具備二個條件1、定子磁極數(shù)必需是偶數(shù)，2、磁極數(shù)必需是或6以上隔一個偶數(shù)的偶數(shù)，如6、10、14、18、22……。定子極數(shù)選定后，所選轉(zhuǎn)子極數(shù)的原則是與定子極數(shù)比互為2∶3或3∶4，但必需是整數(shù)。如定子選6，轉(zhuǎn)子可選8或9。定子選10，轉(zhuǎn)子選5。
當(dāng)定轉(zhuǎn)子極數(shù)比為2∶3時，可將所有轉(zhuǎn)子磁極分為3組，當(dāng)定轉(zhuǎn)子極數(shù)比為3∶4時，則將所有轉(zhuǎn)子磁極分為8組，如轉(zhuǎn)子8極，Z1為第一組，Z2為第二組……。
如定轉(zhuǎn)子磁極極數(shù)分別為6和9，極數(shù)比為2∶3，則將轉(zhuǎn)子9極分為3組。排順序數(shù)z1 z4 z7為第一組，z2 z5 z8第二組，z3 z6 z9為第三組。所有同組的磁極處于對應(yīng)的位置，通電產(chǎn)生的磁場方向相同，換向時同時換向。
換向器換向銅片5的數(shù)量是所選的定轉(zhuǎn)子磁極數(shù)的最小公共倍數(shù)。如定子磁極數(shù)選6，轉(zhuǎn)子磁極數(shù)選9，則換向器片5總數(shù)是18。定子磁極數(shù)選6，轉(zhuǎn)子磁極數(shù)選8，則換向器銅片5的總數(shù)是24。
將所有換向器片分組，接入轉(zhuǎn)子磁極線圈電路，分組的原則是定轉(zhuǎn)子極數(shù)比是2∶3，分6組定轉(zhuǎn)子極數(shù)比是3∶4，分8組每組的換向器片數(shù)是總片數(shù)除組數(shù)。
如定子6極，轉(zhuǎn)子9極，換向器片數(shù)18，定轉(zhuǎn)子比2∶318÷6=3(片)。將同組中換向器片5相連形成正三角形。定子6極，轉(zhuǎn)子8極，換向器片數(shù)24，定轉(zhuǎn)子極數(shù)比3∶4，24÷8=3(片)。將同組中換向器片5相連形成五角形。
定子10極，轉(zhuǎn)子15極，換向器片30定轉(zhuǎn)子極數(shù)比2∶330÷6=5(片)。將同組中換向器片5相連形成正五角形將轉(zhuǎn)子磁極線圈4接入換向器電路；定轉(zhuǎn)子磁極數(shù)比是2∶3,6組的接線原則接同順序或旋轉(zhuǎn)方向排列，第1組換向器片5接第一組轉(zhuǎn)子磁極線圈4的_端，第2組換向器片5接第三組的轉(zhuǎn)子磁極線圈4的⊙端，第3組換向器片5接第二組轉(zhuǎn)子磁極線圈4的_端、第4組的換向器片5接第一組轉(zhuǎn)子磁極線圈4的⊙端，第5組換向器片5接第三組轉(zhuǎn)子磁極線圈4的_端，第6組換向器片5接第二組轉(zhuǎn)子磁極線圈4的⊙端。
具體接法見摘要附圖定轉(zhuǎn)子極數(shù)比是3比4,8組的接線原則第1組換向器片5接第一組轉(zhuǎn)子磁極4的_端第2組接換向器片5第四組轉(zhuǎn)子磁極4的_端第3組換向器片5接第三組轉(zhuǎn)子磁極4的⊙端第4組接向器片5接第二組轉(zhuǎn)子磁極4的_端第5組換向器片5接第一組轉(zhuǎn)子磁極4的⊙端第6組換向器片5接第四組轉(zhuǎn)子磁極4的⊙端第7組換向器片5接第三組轉(zhuǎn)子磁極4的_端第8組換向器片5接第二組轉(zhuǎn)子磁極4的⊙端具體接法見說明書附

圖1從摘要附圖和說明書附圖1、2可以看出，通電后，分別只有三分之一的磁極和四分之一的磁極暫時處于換向位置。換向結(jié)束后所有定子磁極8，對轉(zhuǎn)子磁極3，均同時處與推斥前方的轉(zhuǎn)子磁極，吸拉后方的轉(zhuǎn)子磁極，故轉(zhuǎn)矩特大。
摘要附圖工作過程如下轉(zhuǎn)子磁極3 Z1Z4Z7暫時處于換向位置其余各極的工作關(guān)系為Z2_端接正刷，⊙端接負(fù)刷產(chǎn)生S極，被D1S極斥，D2N極吸Z3⊙端接正刷，_端接負(fù)刷產(chǎn)生N極被D2N極斥，D3S極吸Z5_端接觸正刷⊙端接負(fù)刷產(chǎn)生S極被D3S極斥，D4N極吸Z6⊙端接觸正刷_端接觸負(fù)刷，產(chǎn)生N極被D4N極斥，D5S極吸Z8_端接觸正刷⊙端接觸負(fù)刷，產(chǎn)生S極被D5S極斥，D6N極吸Z9⊙端接觸正刷_端接觸負(fù)刷，產(chǎn)生N極被D6N極斥，D1S極吸待換向結(jié)束后，又增加了Z1_端接觸正刷⊙端接觸負(fù)刷，產(chǎn)生S極被D1S極斥，D2N吸Z4_端接觸正刷⊙端接觸負(fù)刷，產(chǎn)生S極D3S極斥，D4N吸Z7_端接觸正刷⊙端接觸負(fù)刷，產(chǎn)生S極被D5S極斥，D6N吸所有轉(zhuǎn)子磁極3同時工作。
附圖1定、轉(zhuǎn)子極數(shù)分別為6和8，其工作過程如下Z1、Z5處于換向位置，其余各極分別為
Z2_端接正刷⊙端接負(fù)刷，產(chǎn)生S極，被D1S極斥，D2N極吸。
Z3⊙端接正刷_端接負(fù)刷，產(chǎn)生N極D2N極斥，D3S極吸。
Z4_端接正刷⊙端接負(fù)刷，產(chǎn)生S極，D3S極斥，D4N極吸。
Z6⊙端接正刷_端接負(fù)刷，產(chǎn)生N極，被D4N極斥，D5S極吸。
Z7_端接正刷⊙端接負(fù)刷，產(chǎn)生S極，被D5S極斥，D6N極吸。
78⊙端接正刷_端接負(fù)刷產(chǎn)生N極，被D6N極斥，D1S極吸。
待換向結(jié)束，又增加了Z1_端接正刷⊙端接負(fù)刷，產(chǎn)生S極，被D1S極斥，D2N極吸。
Z5⊙端接正刷_端接負(fù)刷，產(chǎn)生N極，被D4N極斥，D5S極吸。
所有磁極同時工作。從附圖中不難看出，從轉(zhuǎn)子磁極線圈_端逐步接觸正碳刷的順序是Z1、Z6、Z3、Z8、Z5 Z2、Z7、Z4，即每隔二極的磁極，線圈上_端而與之并聯(lián)的磁極線圈的⊙端，分別為Z5、Z2Z7、Z4、Z1、Z6、Z3、Z8。
附圖2所示定轉(zhuǎn)子極數(shù)分別為10和15。其工作過程如下第一組轉(zhuǎn)子磁極，Z1、Z4、Z7、Z10、Z13暫時處于換向位置。
其余二組轉(zhuǎn)子磁極的工作關(guān)系如下Z2、Z5、Z8、Z11、Z14_端接正刷⊙端接負(fù)刷，產(chǎn)生S極，分別被D1、D3、D5、D7、D9S極斥，D2、D4、D6、D8、D10極吸。
第三組Z3、Z6、Z9、Z12、Z15⊙端接正刷，_端接負(fù)刷，產(chǎn)生N極。分別被D2、D4、D6、D8、D10N極斥，D3、D5、D7、D9、D1S極吸。待第一組轉(zhuǎn)子磁板換向結(jié)束，又將出現(xiàn)Z1、Z4、Z7、Z10、Z13_端接正刷，⊙端接負(fù)刷，產(chǎn)生S極，分別被D1、D3、D5、D7、D9、S極斥，D2、D4、D6、D8、D10N極吸，所有轉(zhuǎn)子磁極3均同時參與吸斥工作，故轉(zhuǎn)矩特大。
當(dāng)本發(fā)明車用直流電機(jī)，工作於中低壓直流電源時，各組轉(zhuǎn)子磁極線圈4可采用如圖所示的并聯(lián)電路。
當(dāng)工作於高、中、壓直流電源時，也可將各每組轉(zhuǎn)子磁極線圈4串連接入換向器電路。
當(dāng)定子磁極8不采用永磁體時，可采用多種給定子磁極線圈9通電激磁電路、只要產(chǎn)生如圖所示的磁場方向效果均可。
上述各比例的車用直流電機(jī)，可選一組正負(fù)碳刷，也可選多組正負(fù)碳刷。每組正負(fù)碳刷應(yīng)通過對稱中心線安裝，最多安裝正負(fù)碳刷的總數(shù)，應(yīng)是定子磁極數(shù)。
碳刷7在換向器上的弧駭長，應(yīng)是當(dāng)定轉(zhuǎn)子磁數(shù)比為2∶3時，碳刷7在換向器上的弧弦長應(yīng)是二個換向器銅片5加一片換向器絕緣片6的弧弦長。
當(dāng)定轉(zhuǎn)子磁極比是3∶4時，碳刷7在換向器上的弧弦長應(yīng)是三個換向器銅片5加二片換向器絕緣片6的弧弦長。
各比例定轉(zhuǎn)子磁極寬(所占中心角)的設(shè)計原則是一、同機(jī)中，定轉(zhuǎn)子磁極極寬(所占中心角)應(yīng)相等二、以極數(shù)多的為準(zhǔn)，園周角除極數(shù)再減去一片到二片換向器絕緣片6所占的中心角，以不影響磁極繞組下線為準(zhǔn)如定轉(zhuǎn)子磁極數(shù)，是6和9，以轉(zhuǎn)子9極為準(zhǔn)。
設(shè)換向器絕緣片6的厚度為1mm，換向器直徑為Ф52，換向器銅片5為18片，則1片換向器絕緣片6所占的中心角約為sinα=0.526×2]]>α=2°16′磁極極面寬(弧弦長)約為360°÷9=40°40°-2°16′=37°44′若轉(zhuǎn)子外徑設(shè)計為Ф87則極面寬(弧弦長)約為sin18o52′=x43.5×2]]>x=28，碳刷7寬度(在換向器上的弧弦長)360°÷18=20°因碳刷7應(yīng)占二個換向器銅片5加一個換向器絕緣片6的厚度。
所以20°×2=40°-20°16′=37°44′÷2=18°52′sin18o52′=x26]]>x=16.82取16碳刷7寬(弧弦長)取16mm上述各個定轉(zhuǎn)子極數(shù)比的高效、節(jié)能，超轉(zhuǎn)矩車用直流電動機(jī)，當(dāng)需要高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，則定子保持原結(jié)構(gòu)不變，轉(zhuǎn)子部分需要改變材料結(jié)構(gòu)，即原硅鋼片轉(zhuǎn)子體2、3改作其他導(dǎo)磁體結(jié)構(gòu)如低頻瓷性磁、中頻瓷性磁、陶瓷材料等。也可改作空心線圈結(jié)構(gòu)(用玻纖樹脂、膠木材料作骨架)其轉(zhuǎn)速提高、轉(zhuǎn)矩略減小外，其他性能基本不變。
當(dāng)需制作盤式電機(jī)結(jié)構(gòu)時，則將定子磁極按所占有中心角端面固定。轉(zhuǎn)子體也做成端面結(jié)構(gòu)，使其產(chǎn)生電磁場，在其平面上相互作用，電機(jī)性能基本不變。
上述各定轉(zhuǎn)子極數(shù)比的高效、節(jié)能、超轉(zhuǎn)矩車用直流電動機(jī)，也可作成無刷電路，其轉(zhuǎn)子體不轉(zhuǎn)，接線基本不變，去掉換向器，將換向器部分改作，敏感觸發(fā)結(jié)構(gòu)。執(zhí)行換向部分可采用，大功率場效應(yīng)電路結(jié)構(gòu)也可采用可關(guān)斷可控硅電路結(jié)構(gòu)。
觸發(fā)、關(guān)斷，再觸發(fā)以定子磁極數(shù)為準(zhǔn)，如定子6極，則；正向觸發(fā)3次，反向觸發(fā)3次，每次融發(fā)前先行關(guān)斷。觸發(fā)、關(guān)斷、再觸發(fā)的敏感器件(傳感器，可采用光敏電路，也可采用磁敏霍爾電路)執(zhí)行觸發(fā)送電，關(guān)斷，切斷電源，再觸發(fā)反向送電的電路的組數(shù)，是根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)決定的，如轉(zhuǎn)子磁極分成3組，則上述執(zhí)行電路需6套，轉(zhuǎn)子磁極分成8組，上述執(zhí)行電路需8套。
詳細(xì)電路及結(jié)構(gòu)視電機(jī)的比例結(jié)構(gòu)及具體功率，具體體積來決定，不再詳述。
權(quán)利要求
一、一種高效，節(jié)能超轉(zhuǎn)矩車用直流電動機(jī)，其特征是；定子磁極8可以是永磁體磁極也可以是電激磁磁極，其繳磁線圈9，接入電路的方式是可以串入碳刷7電路也可以并入直流電源DC電路，使其形成統(tǒng)一的串或并激磁電路，定子磁極8磁極數(shù)是6或6以上隔一個偶數(shù)的偶數(shù)，即可以是6.10.14.18.22………。其磁場排列方向向心相鄰互為異性。定子磁極8與轉(zhuǎn)子磁極3的極數(shù)比是互為2∶3或3∶4。其轉(zhuǎn)子磁極3的具體極數(shù)是根據(jù)定子極數(shù)而決定的，轉(zhuǎn)子磁極3的極數(shù)是整數(shù)。
二、根據(jù)權(quán)利要求一所述的直流電動機(jī)，其特征是換向器片數(shù)是該直流電動機(jī)定子磁極8的極數(shù)與轉(zhuǎn)子磁極3的極數(shù)的最小公共的倍數(shù)，且永遠(yuǎn)是一偶數(shù)。即當(dāng)定轉(zhuǎn)子極數(shù)比為2∶3時換向器片數(shù)是定子磁極數(shù)的3倍的數(shù)，是轉(zhuǎn)子磁極數(shù)2倍的數(shù)，且為同一偶數(shù)。
三、根據(jù)權(quán)利要求一所述的直流電動機(jī)，其特征為轉(zhuǎn)子線圈的結(jié)構(gòu)為均是繞于磁極上的獨(dú)立的，方向一致的，匝數(shù)一致的繞組。當(dāng)定子磁極不采用永磁體時，其勵磁線圈也采用上述結(jié)構(gòu)的繞組。
四、根據(jù)權(quán)利要求一、二、三所述的直流電動機(jī)其特征為當(dāng)定轉(zhuǎn)子磁極極數(shù)比為2∶3時，將轉(zhuǎn)子所有磁極，平均分成三組，其排列順序按順時針秩序數(shù)，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極數(shù)為9極時Z1Z4Z7為一組Z2Z5Z8另一組Z3Z6Z9為一組，即那些相隔二極的磁極列為一組，并將每組中轉(zhuǎn)子磁極線圈4的_端與_端相連，⊙端與⊙端相連，接入換向器電路，同樣將換向器所有換向器片分為6組，按順序數(shù)與第一片換向器片相連的為第一組，與第二片換向器片相連的為第二組……。將分過組的轉(zhuǎn)子線圈4接入分過組的換向器片的原則是1、第1組轉(zhuǎn)子磁極線圈的_端接入第一組換向器片；2、第3組轉(zhuǎn)子磁極線圈⊙端接入第二組換向器片‘3、第2組轉(zhuǎn)子磁極線圈_端接入第三組換向器片；4、第1組轉(zhuǎn)子磁極線圈⊙端接入第四組換向器片5、第3組轉(zhuǎn)子磁極線圈_端接入第五組換向器片；6、第2組轉(zhuǎn)子磁極線圈⊙端接入第六組換向器片。當(dāng)定轉(zhuǎn)子磁極極數(shù)比為3∶4時，將轉(zhuǎn)子所有磁極，分為8組，其排列順序按順時針排列，并將其所有換向器片也分成8組。將哪些相隔7極的轉(zhuǎn)子磁極列為一組，也將那些相隔7片的操向器片列為一組將轉(zhuǎn)子磁極線圈4接入換向器片5的原則是按順序1、第1組轉(zhuǎn)子磁極線圈的_端接第5組轉(zhuǎn)子磁極線圈的⊙端，接入第一組換向器片電路。2、第4組轉(zhuǎn)子磁極線圈_端接第8組轉(zhuǎn)子磁極線圈的⊙端接入第二組換向器片電路。3、第7組轉(zhuǎn)子磁極線圈_端接第3組轉(zhuǎn)子磁極⊙端接入第三組換向器片電路。4、第2組轉(zhuǎn)子磁極線圈_端接第6組轉(zhuǎn)子磁極線圈⊙端接入第四組換向器片電路。5、第5組轉(zhuǎn)子磁極線圈_端接第1組轉(zhuǎn)子磁極線圈⊙端接入第五組換向器片電路；6、第8組轉(zhuǎn)子磁板線圈_端接第4組轉(zhuǎn)子磁極線圈⊙端接入第六組換向器片電路；7、第3組轉(zhuǎn)子磁極線圈_端接第7組轉(zhuǎn)子磁極線⊙端接入第七組換向器片電路；8、第6組轉(zhuǎn)子磁極線圈_端接第2組轉(zhuǎn)子磁極線圈⊙端，接入第八組換向器片電路。
五、根據(jù)權(quán)利要求一、二所述的直流電動機(jī)，其特征為正負(fù)碳刷可設(shè)一組，或二組，也可設(shè)置多組。其最多可設(shè)置的組數(shù)，應(yīng)是定子磁極的對數(shù)，在圓周上其設(shè)置的角度，應(yīng)和定子磁極在圓周上所處中心角度相同。其在圓周位置，應(yīng)根據(jù)換向器所處的位置調(diào)整決定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高效、節(jié)能、超轉(zhuǎn)矩車用直流電動機(jī)。該車用直流電動機(jī)定子磁極采用永磁體磁極，也可采用電激磁極。其定子磁極數(shù)為6，或6以上隔一個偶數(shù)的偶數(shù)如6、10、14……。其轉(zhuǎn)子磁極數(shù)，是根據(jù)所選定子磁極數(shù)來決定的，使其定轉(zhuǎn)子磁極數(shù)比為2∶3或3∶4。換向器片數(shù)是定轉(zhuǎn)子極數(shù)的最小公共倍數(shù)，且永遠(yuǎn)是偶數(shù)。本發(fā)明直流電動機(jī)定轉(zhuǎn)子磁極線圈采用獨(dú)立繞組的結(jié)構(gòu)，磁場集中，效率高。由于合理的選用定轉(zhuǎn)子磁極數(shù)，所以結(jié)構(gòu)更加合理。
文檔編號H02K13/00GK1227442SQ9910163
公開日1999年9月1日 申請日期1999年2月2日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月2日
發(fā)明者張晴 申請人:張晴, 張翠學(xué)