軸向雙磁路大功率直流電動機的製作方法

2023-06-07 20:59:16

專利名稱：軸向雙磁路大功率直流電動機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電機，特別是一種軸向雙磁路大功率直流電 動機。
背景技術：
常規永磁直流電機的工作原理主要是電磁轉矩原理如圖1所示，即位 於磁場中的載流導體，在該導體上要受到力的作用，方向為左手定則，力
的大小為F=BIL。
常規永磁直流電機中，如果B和I的方向不相垂直，形成一個夾角e ， 則力的大小為F=BILsine 。
常規永磁直流電機中，設計有一個線圈，有兩個有效邊。所產生的轉 矩T公式為T=2rF=2rBIL sine 。
常規永磁直流電機中，總導體Z上所受的總轉矩為
T=2rF=2rBIL Zsine 0
如上的原理結構，因而使常規直流電動機體積大、效率低、造價高、 用材多等不利因素。在很多領域中由於常規直流電動機體積大，以致在產 品選型時受到種種局限，急需製造體積小又重量輕的直流電動機。 發明內容
為解決上述技術中存在的問題，本實用新型的目的是提供一種軸向 雙磁路大功率直流電動機，使其達到體積小、效率高、造價低、用材省及 適用範圍寬廣的目的。
為實現上述目的，本實用新型的技術解決方案是提供一種軸向 雙磁路大功率直流電動機，該電動機結構包括前端蓋，後端蓋及通過軸承
固定在前後端蓋上的中心軸，其中在所述中心軸上通過軸壓套壓緊的軸 套連接有多個繞組組成的繞組電樞；通過緊固螺釘將磁軛分別固定在所述 前端蓋和後端蓋的內側，在所述磁軛上固定有相互對應的多塊均勻分布的 磁鐵；在繞組電樞的相鄰繞組的縫隙中嵌入形成雙磁通迴路的架空鐵芯， 在磁鐵與架空鐵芯之間形成氣隙；在所述後端蓋靠中心軸部位上設有通過
壓力彈簧固定的多個均勻分布的電刷，電刷緊貼在繞組電樞的表面相接觸。 本實用新型的效果是通過改變常規電機的徑向磁路為軸向雙磁路、 雙繞組電樞、換向與雙繞組合二為一電樞的設計組合，打破了常規直流電 動機結構上的設計理論。大大改進了常規直流電動機的性能，改變了原有 直流電動機設計中體積大、用材料多、效率低的缺點，使電機在體積小、 用材少的條件下，使該電機輸出的功率與常規電機幾近相同。大大的降低 了製造成本。在此種結構下通過增大或減小體積，可以製造出各種不同功率
的直流電機，如48V DC 5000W 3000r/min電機的整體重量約為9. 7kg/臺。 該結構的電機為航空、軍事裝備、電動汽車、高速電動摩託車、電動摩託 艇等領域提供良好的動力源。

圖1為常規永磁直流電機的磁場原理圖2為本實用新型的電機磁場原理圖3為本實用新型的電機結構示意圖4為本實用新型的電機磁路結構示意圖5為本實用新型的電機電樞結構示意圖6為本實用新型電機的性能曲線圖。
圖1中
1、前端蓋 2、繞組電樞3、磁軛4、磁鐵5、軸承 6、中心軸7、軸套8、架空鐵蕊9、連接片10、後端蓋
11、換向部件組合 12、輸入電源連接組合 13、換向部件安全蓋
14、電源連接壓板 15、電刷 16、銅合 17、絕緣雲母套 18、軸承 19、壓力彈簧 20、後端蓋緊固螺釘
21、中心軸定位卡圈22、緊固鎖母 23、緊固電樞壓套
24、軸承壓板緊固螺釘25、前端蓋緊固螺釘26、前端蓋軸承壓板 27、氣隙具體實施方式
結合附圖及實施例對本實用新型的軸向雙磁路大功率直流電動機結 構加以說明。
如圖3所示，在所述後端蓋10靠中心軸部位上設有通過壓力彈簧19 固定的多個均勻分布的電刷15，電刷15緊貼在繞組電樞2的表面相接觸， 形成能量輸送。(省去了獨立的換向器)
在所述中心軸6上通過軸壓套23壓緊的軸套7連接有多個繞組組成的 繞組電樞2;通過25、 20等八隻螺釘將磁軛3分別固定在所述前端蓋1和 後端蓋10的內側，在所述磁軛3上固定有相互對應的多塊均勻分布的磁鐵 4。在繞組電樞2的相鄰繞組的縫隙中嵌入形成雙磁通迴路的架空鐵芯8， 在磁鐵4與架空鐵芯8之間形成氣隙27，形成兩個磁感應強度為B的磁場。 在所述後端蓋10靠中心軸部位上設有通過壓力彈簧19固定的多個均勻分 布的電刷15，電刷15緊貼在繞組電樞2的表面相接觸，形成能量輸送。該 結構省去了常規永磁直流電機獨立的換向器。
在所述繞組電樞2與軸套7和軸壓套23之間分別設有雲母套17，通過 緊固鎖母22與軸套7螺紋連結，將繞組電樞2加以緊固，在所述雲母套17 的內外側分別設有絕緣層，該絕緣層為耐高溫的絕緣膠，實現軸套7、軸壓 套23與繞組電樞2部件之間的絕緣緊固。
在繞組電樞外部，通過耐高溫絕緣漆完成繞組片間絕緣。所述繞組電樞書第4/5頁
2的每兩個繞組的端部通過連接片9相互連接，在每個繞組的端部一側和連
接片9的內測分別設有相互配合的凸凹結構，使多個繞組連接成一體形成
自鎖結構。該結構採用焊接工藝，連接成迴路。該結構能夠在三萬轉/分離 心力的作用下，使電機繞組不產生損壞。
以上的電機結構提供了一種軸向雙磁路的永磁直流電動機。 一改原有 常規永磁電機轉子鐵芯中嵌入多組繞組的結構，形成散片梯形鐵芯，並通
過浸膠工藝固化，使該電機的槽滿率接近100%，故本電動機轉子使用的是 無軛磁路，形成架空電樞繞組。在繞組中嵌入架空鐵芯8，從而形成架空外 磁路鐵芯。該結構設有通過壓力彈簧19固定的多個均勻分布的電刷15，電 刷15緊貼在繞組電樞2的表面相接觸，形成能量輸送。電樞同換向器組合 為一體，使電刷直接與繞組電樞相接觸。同時，除去了常規電機的換向器部 件，使電機省去了換向器的重量、減小了常規電機的體積。
本實用新型的軸向雙磁路、雙繞組合二為一電樞結構的工作原理說明 如下
如圖4所示的磁力線為封閉的磁路。此電機採用軸向雙磁路合二為一 的組合，雙繞組合二為一電樞的結構，在選擇電機電負荷及磁負荷值時， 可以使電負荷及磁負荷值巨增。
在設計該電機中考慮的問題主要有兩個， 一是考慮電機電流密度越小 越好；二是考慮電樞與軸配合強度越大越好。從圖4的磁路圖中繞組電樞2 可以看出，該電機設計中無轉子軛部，這樣磁路短，鐵損耗就小。在圖5 的電樞結構中架空鐵蕊8的長度設計只考慮繞組電樞的電流密度。這樣設 計中就要加大計算電樞與軸配合的強度，所以在設計該電機電樞的長度不 是主要值，而在選擇電磁負合電負荷及磁負荷值時也是很有餘地的。
由於電機電樞是架空繞組，圖4的磁路圖中架空鐵蕊8是被繞組電樞2 的結構形成的架空鐵蕊8，其槽滿率接近100%，故電負荷及磁負荷值巨增。
該電機是通過連接片9使多個繞組連接成一體形成自鎖結構，實際上是一 種自體風葉結構，並使該電機在體積小的情況下，達到散熱快，具有熱平 衡穩定的特性。
本實用新型的雙磁路大功率永磁直流電機是軸向雙磁路電機，如圖2
所示，有兩個氣隙27，形成二個磁感應磁場，磁感應強度為4B。
本電機結構載流導體的電流方向與磁感應強度B不存在夾角的變化，
有兩個繞組合為一個電樞，有四個有效邊。由於軸向磁感應強度B與載流
導體電負荷是垂直方向不存在夾角，消除了本電機力矩的波動，形成了穩
定的矩形波。
即T=4T=4 BIL sine =1
B—磁感應強度I—電流L一導線有效長l一磁片高度 r一磁弧有效高度到軸中心半徑
如圖6所示，為本電機如48V DC 5000W 3000r/min電機結構的效率曲線。
本設計電樞結構是採用銅帶材料製成的單波繞組。
本實用新型的永磁直流電機結構以製作五千瓦直流電動機為例從體 積上講，較目前國內外五千瓦直流電動機、發電機體積上要小四至五倍。 從重量上講，較國內外五千瓦直流電動機、發電機重量上要輕四至五倍。 重量輕了自然節省了相當可觀的原材料，有利於我國目前節能的大環境。 例目前國內外直流電機的價格計算是按1瓦1元人民幣計算的，既5千 瓦直流電動機需5000元人民幣，而本結構產品的銷售價格可以定在它的一 半既可。在功率不變的情況上，該產品做到如此小的體積，在目前市場中 開拓出多個使用領域。
權利要求1、一種軸向雙磁路大功率直流電動機，該電動機結構包括前端蓋(1)，後端蓋(10)及通過軸承固定在前後端蓋上的中心軸(6)，其特徵是在所述中心軸(6)上通過軸壓套(23)壓緊的軸套(7)連接有多個繞組組成的繞組電樞(2)；通過緊固螺釘將磁軛(3)分別固定在所述前端蓋(1)和後端蓋(10)的內側，在所述磁軛(3)上固定有相互對應的多塊均勻分布的磁鐵(4)；在繞組電樞(2)的相鄰繞組的縫隙中嵌入形成雙磁通迴路的架空鐵芯(8)，在磁鐵(4)與架空鐵芯(8)之間形成氣隙(27)；在所述後端蓋(10)靠中心軸部位上設有通過壓力彈簧(19)固定的多個均勻分布的電刷(15)，電刷(15)緊貼在繞組電樞(2)的表面相接觸。
2、 根據權利要求1所述的軸向雙磁路大功率直流電動機，其特徵 是在所述繞組電樞(2)與軸套(7)和軸壓套(23)之間分別設有雲母 套(17)，通過緊固鎖母(22)與軸套(7)螺紋連結，將繞組電樞(2)加 以緊固，在所述雲母套(17)的內外側分別設有絕緣層。
3、 根據權利要求1所述的軸向雙磁路大功率直流電動機，其特徵是 所述繞組電樞(2)的每兩個繞組的端部通過連接片.(9)相互連接，在每 個繞組的端部一側和連接片(9)的內測分別設有相互配合的凸凹結構，使 多個繞組連接成一體。
專利摘要本實用新型提供一種軸向雙磁路大功率直流電動機，該電動機結構包括前端蓋，後端蓋及中心軸，在中心軸上連接有多個繞組組成的繞組電樞；通過緊固螺釘將磁軛分別固定在前端蓋和後端蓋的內側，在磁軛上固定有相互對應的多塊均勻分布的磁鐵；在繞組電樞的相鄰繞組的縫隙中嵌入形成雙磁通迴路的架空鐵芯，在後端蓋上設有通過壓力彈簧固定的多個均勻分布的電刷，電刷緊貼在繞組電樞的表面相接觸。本實用新型的效果是該結構打破了常規直流電動機的設計理論，使電機體積小、用材少，電機輸出的功率與常規電機幾近相同，降低了製造成本。可以製造出各種不同功率的直流電機，為航空、軍事裝備、電動汽車、高速電動摩託車、電動摩託艇等領域提供良好的動力源。
文檔編號H02K3/34GK201178366SQ200820074278
公開日2009年1月7日 申請日期2008年4月2日 優先權日2008年4月2日
發明者莉 孫, 濤 王, 王昌茂 申請人:王 濤;王昌茂;孫 莉