全永磁式直流電動機的製作方法
2023-09-16 11:02:55 2
專利名稱：全永磁式直流電動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電動機，特別是一種直流電動機。
公知的直流電動機由定子、轉子和換向器構成。定子具有永磁式或勵磁繞組式形成的一對到數對磁極。磁極形成磁場，轉子電樞通電流在磁場中受電磁力作用而產生轉矩。在轉矩力平衡處，經換向器改變電流方向而改變受力方向，保證轉子沿一個方向轉動。換向器通常為一機械結構，由換向片和電刷組成。通常的定子由導磁材料而不是永久磁鋼做成，如磁鋼。結構如
圖1所示，包括磁心(1)，極靴(2)和極掌(3)等結構。如果定子的磁極由勵磁線圈激磁，則線圈通常沿著極靴繞制，即線圈的迴轉中心垂直於轉子的迴轉中心，在同一圓周面上依次呈現S極和N極，每相鄰兩個磁極與轉子之間組成一個閉合磁路，如圖1所示。轉子沿圓周面鑲有若干電樞，電樞同各自的換向片相焊接，當電樞通電流時，在定子磁場中受力嚴生轉矩而轉動。
公知的這種直流電動機，由於採用機械換向器裝置，常處於高速運動狀態，因而磨損是不可避免的，經常要維修。由於轉子電樞和鐵心在定子磁場中轉動，切割磁力線產生反電動勢和交變電流。反電動勢的電流阻礙正向運動，交變電流在轉子鐵心中產生渦流損耗，交變磁場反覆磁化轉子鐵心產生磁滯損耗，因而降低了電動機的工作效率，是不易克服的。
本發明的目的即在於提供一種直流電動機，所述直流電動機能克服公知直流電動機的缺點，具有較高的使用效率。
為實現上述目的，本發明的方案為所設計的直流電動機具有定子和轉子，定子和轉子之間形成氣隙，定子的磁極極性沿軸向內側分布為圓環形S極和N極，轉子的磁極極性也沿軸向外側分布為圓環形N極和S極，處於裝配狀態時，定子和轉子的異名端相對，定子和轉子上都設置有磁力定向裝置。磁力定向裝置將圓環形向心吸引力轉化為切線力而實現轉動。
在定子的內圓周上分布有至少兩個或兩個以上的磁極，磁極之間由極槽隔開，極槽內嵌有磁力定向塊，轉子上也分布有兩個或兩個以上的磁極，磁極之間由V形極槽隔開，在V形極槽內也嵌有形狀稍異的磁力定向塊，轉子和定子上的磁力定向塊共同組成電動機的磁力定向裝置。
所述的磁力定向塊由完全抗磁材料做成，例如處於低溫狀態下的超導材料，如鎘，鈮三鍺(Nb3Ce)等。
為保證轉子和定子的磁極極性如上述分布，所以轉子的勵磁繞組沿著轉子的軸心繞制，定子和轉子由永磁鐵做成。
按照上述方案，本發明的直流電動機有別於公知技術的直流電動機。下面結合圖示和實施例對方案進行詳細的說明。
圖1為現有技術的直流電動機的原理圖；圖2為本發明方案原理圖的正視圖；圖3為本發明方案原理圖的側視圖；圖4為本發明方案結構的正視圖；圖5為實施例之一的正視圖6為實施例之二的正視圖；如圖2及圖3所示，本發明方案的直流電動機，包括定子(4)和轉子(5)。定子由端面呈弧形的馬口磁鐵組成，其材料如釤鈷合金。轉子勵磁線圈沿中心軸線(6)繞制，通電流產生的磁場，加強在轉子磁極上。轉子材料如做永磁鐵的釤鈷合金，還可改用磁致伸縮小的軟鐵磁性材料，如非晶體磁性材料。定子與轉子結合後的磁路如圖2所示，其磁力線如圖中帶箭頭的細線(7)所示的封閉曲線。其一端磁場如圖3，呈圓環形均勻磁場，當磁場間隙很小時，近似圓環形勻強磁場。磁場吸引力的方向指向圓心，切線力為零，沒有轉矩。但是再加上一個磁力定向裝置後，其轉動是可能的。
如圖4所示是裝有磁力定向塊的直流電動機，其定子的內圓周面分隔成多對磁極(8)，由兩個相鄰磁極之間的矩形極槽(9)隔開，極槽(9)內嵌有磁力定向塊(10)，磁力定向塊(10)有一矩形部分及偏向銳角三角形組成，銳角常為1°—10°之間，矩形嵌在矩形極槽(9)中。磁力定向塊在轉子和定子所形成的環形氣隙中偏向一個方向，如果要求轉子順時針方向旋轉，則磁力定向塊的銳角偏向反時針方向。由於極槽(9)的寬度是一定的，環形氣隙也很小，所以其銳角三角形不難確定。
在轉子上也有若干個磁極(11)，由V形極槽(12)隔開，V形極槽內嵌滿V形磁力定向塊(13)，磁力定向塊與小磁極組成圓滑的圓周面。
當定子的磁極(8)的寬度與極槽(9)的寬度設計為相等，轉子的磁極(11)的邊沿弧長與V極槽(12)的邊沿弧長相等時，定子磁極數轉子磁極數＝2∶3；2∶5；2∶7；……為宜。
例如對於某直徑的直流電動機，若設置有24個定子磁極，由相應的轉子磁極數為36個，如圖4所示，以此類推，如果具有上述關係，則定子和轉子相應個數的磁極及其對應的磁力定向裝置構成一個小空間，從靜態上看，一個定子的磁極與兩個轉子的磁極相吸，另一個定子磁極與一個轉子磁子相對，在運動中則交替變化，無限循環。在一個小空間內，如果按一個定子磁極與兩個轉子磁極相吸的情況看，由定子(4)的兩相鄰銳角三角形磁力定向塊的兩條邊(14)和(15)形成兩個側壁，由於磁力定向塊的兩個側壁有抗磁能力，對磁力線有阻擋關閉作用，不能形成磁力線的通路，而斜向相對的兩個磁極的磁力線有縮短拉直傾向，磁力線只能沿轉子的近似切向方向進行，因而形成轉矩，使轉子轉動，因此，磁力定向裝置將磁場的向心力轉化為了磁場的切向力。
圖5為一個有具體結構的全永磁式直流電動機的實施例。具有定子(4)，本實施例的定子(4)採用永久磁鐵。釤鈷合金或釹鐵硼合金，強行磁化磁致伸縮後而成永磁鐵。中間有一圓環形凹槽。兩端各為S極和N極，定子的兩端固定有蓋(16)，定子上設有如圖4所示磁極和槽，極槽內嵌有磁力定向塊。轉子(5)中間有一圓環形凹槽，凹槽內有沿軸線繞制的勵磁線圈(17)，為加強其磁場強度，另附加兩個反向接法的線圈(18)，轉子(5)上也設置有如圖4所示的磁極及V形槽，槽內嵌有磁力定向塊，轉子(5)有轉軸(19)支撐，功率從軸輸出。轉軸上套有滾動軸承(20)，軸承固定在端蓋(16)上。
圖6為本方案另一實施例的結構圖，仍具有定子(4)和轉子(5)，二者都用永久磁鋼作成。轉子的凹槽內嵌有為加強轉子磁極強度的勵磁線圈(21)，在轉子中還接有兩根線圈(21)的引出線(22)、(23)，引出線接在滑環(24)上，以便與外電路相連。
本發明的直流電動機與傳統直流電動機不同的是，不能逆向使用，即將電動機作為發電機用。由於本方案的直流電動機採用上述結構，因而傳統的直流換向器被取消，轉子的勵磁電樞線圈都是沿其軸向繞制，則將克服傳統直流電動機的若干弊病，例如電樞線圈在磁場高速運轉時，由於無導線切割磁力線，因而不會產生反電動勢和交變電流，就不會有滯磁損耗和渦流損耗等，因而效率大大提高。
綜上所述，本發明的直流電動機是成功的。
權利要求
一、全永磁式直流電動機，具有定子和轉子，定子和轉子之間形成氣隙，其特徵在於定子的磁極極性沿軸向內側分布為園環形S極和N極，轉子的磁極極性沿軸向外側分布為園環形N極和S極，處於裝配狀態時，定子和轉子的異名端相對，定子和轉子上都設置有磁力定向裝置。
二、根據權利要求1所述的全永磁式直流電動機，其特徵在於在定子的內園圓上分布有至少兩個或兩個以上的磁極(8)，磁極(8)之間由極槽(9)隔開，極槽(9)內嵌有磁力定向塊(10)。
三、根據權利要求2所述的全永磁式直流電動機，其特徵在於磁力定向塊(10)有一矩形定位部分，另一部分為偏向銳三角形。
四、根據權利要求3所述的全永磁式直流電動機，其特徵在於所述銳三角形的尖角為1°—10°。
五、根據權利要求1所述的全永磁式直流電動機，其特徵在於在轉子(5)上分布有至少一對或一對以上的磁極(11)，磁極(11)之間由V形極槽(12)隔開，V形極槽內嵌有磁力定向塊(13)。
六、根據權利要求2及權利要求5所述的全永磁式直流電動機，其特徵在於磁力定向塊為完全抗磁材料。
七、根據權利要求1所述的全永磁式直流電動機，其特徵在於定子和轉子都用永磁材料作成。
八、根據權利要求7所述的全永磁式直流電動機，其特徵在於轉子的勵磁線圈沿轉子的軸線繞制。
九、根據權利要求1所述的全永磁式直流電動機，其特徵在於轉子的磁極數＝2∶3；2∶5；2∶7……。
全文摘要
全永磁式直流電動機，具有定子和轉子，定子和轉子都用永磁材料作成。定子和轉子之間形成氣隙，定子的磁極極性沿軸向分布為圓環形S極和N極，轉子的磁極極性沿軸向分布為圓環形N極和S極，處於裝配狀態時，定子和轉子的異名端相對，定子和轉子上都設置磁力定向裝置，本發明克服了現有直流電動機的缺點，無需換向器，不產生反電動勢、渦流損耗及滯磁損耗，具有較高的效率。
文檔編號H02N11/00GK1119367SQ9411191
公開日1996年3月27日 申請日期1994年9月19日 優先權日1994年9月19日
發明者楊仕元 申請人:楊仕元