旋轉直流同極電機的製作方法

2023-06-02 23:18:26

專利名稱：旋轉直流同極電機的製作方法
技術領域：
本發明是一種旋轉無換向器直流電機。
背景技術：
現有的旋轉直流電機其電樞線圈中的電流要改變方向，所以需要換向器把電流換成同一方向，線圈換向時，會在換向器上產生磁能釋放，引起火花，一般採用換向極或延遲換向，但不能根本解決這個問題。
還有一種直流單極電機，沒有換向器，但轉子沒有線圈繞組，因此感應電勢較低，只適用低壓大電流的場合。
無刷直流電機採用電子開關代替機械換向，一般採用三相繞組，該結構電機本體複雜，控制電子元件多，雖然採用霍爾無件能採用二相，但控制則是線性狀態。

發明內容
本發明的旋轉直流同極電機，沒有換向器，只有集電環，該電機電樞線圈中的電流是單一方向。
本發明的旋轉直流同極電機其結構特徵是電機定子的幾塊磁鋼是同一極性布置在定子導磁鐵的圓周面上，轉子電樞線圈採用二相(二個支路)，並且同一方向纏繞在轉子環形導磁鐵上，電樞二相線圈的正極接線並聯接到由一個金屬環組成的正極集電環上，而兩個負極接線分別錯開接到由幾塊相互絕緣金屬板組成的負極集電環上。
本發明的旋轉直流同極電機的電樞磁路，是由環形導磁鐵確定的環形磁場，定子磁路由磁鋼發出，通過氣隙，進入轉子環形導磁鐵的一段路徑，由定子導磁鐵導向，由於定子磁路不同，可以構成以軸向磁場為主磁場的盤式旋轉直流同極電機和以徑向磁場為主磁場的軸式旋轉直流同極電機。
本發明的旋轉直流同極電機的轉動原理是由負極集電環導通電樞中的一相，該相線圈在磁鋼磁場的作用下，電樞轉動，當該相線圈轉動到定子導磁中磁鋼磁場的迴路時，線圈電流斷開，再由負極集電環導通另一相線圈，這樣按一定的規律，導通對應的線圈，促使電樞連續旋轉。
本發明的旋轉直流同極電機，由於線圈中的有效導線是在磁鋼磁場的同一極性下工作，電樞線圈中的電流是單一方向，由於電樞線圈產生的磁場是環形磁路，線圈的導通和斷開所產生的電磁感應電勢能在環形導磁鐵中自行互感抵消，所以沒有感應磁場能量釋放的問題，因而在負極集電環上沒有火花，該電機沒有換向器，更不需要換向極或延遲換向，具有結構簡單的特點。


下面結合附圖，說明旋轉直流同極電機的結構特徵及轉動原理。
圖1 盤式旋轉直流同極電機定子結構圖。
圖2 盤式旋轉直流同極電機轉子結構圖。
圖3 盤式旋轉直流同極電機線圈與集電環接線圖。
圖4 盤式旋轉直流同極電機結構圖。
圖5 盤式旋轉直流同極電機定子星形結構圖。
圖6 盤式旋轉直流同極電機轉子星形結構圖。
圖7 盤式旋轉直流同極電機星形線圈與集電環接線圖。
圖8 軸式旋轉直流同極電機定子和轉子結構圖。
圖9 盤式旋轉直流同極電機雙邊磁鋼結構圖。
圖10 盤式旋轉直流同極電機雙邊磁鋼外轉子結構圖。
在圖1中盤式定子由二塊磁鋼(1)同一極性布置在定子平面導磁鐵(3)圓周面上，磁場由定子導磁鐵(2)導回，圖中虛線表示定子磁路。
在圖2中盤式轉子電樞由轉子環形導磁鐵(4)和線圈(5)及線圈(6)組成，兩相線圈在環形導磁鐵(4)上是90°角度空間布置，並且繞線的方向一致，每相線圈包含兩個線圈且180°布置，兩相線圈的正極並聯一起，圖中虛線表示電樞的環形磁路。
在圖3中盤式正極集電環(8)是一個金屬環，負極集電環(7)是由四塊互相絕緣金屬板所組成的，四塊金屬板相互90°角度用非導電材料隔開，線圈(5)和線圈(6)正極並聯接到正極集電環(8)上，而兩個負極接線分別錯開接到負極集電環(7)上。
圖4是盤式旋轉直流同極電機結構圖，該裝配結構圖中，定子、轉子、負極集電環這三個部件要在90°位置對齊，電機外殼採用非磁性材料，轉子環形導磁鐵(4)與電機的轉軸之間的固定也要用非磁性材料，目的是防止磁路的不穩定，電樞磁路是由環形導磁鐵(4)確定的環形磁場，定子磁場由磁鋼(1)發出，通過氣隙，進入轉子環形導磁鐵(4)的一段路徑，再通過氣隙，由定子導磁鐵(2)導回，這樣定子磁路是一個軸向磁場，並有二個氣隙面。
當正極接通電源，由負極集電環(7)導通相對應位置的一相線圈(6)，線圈(6)在磁鋼磁場的作用下，電樞轉動，當該相線圈(6)旋轉90°角度時，碰上定子導磁鐵(2)中主磁場的迴路時，由負極集電環(7)將該相線圈(6)電流斷開，同時接通另一相線圈(5)，由於此時線圈(5)已在定子同一極性主磁場的範圍內，則電樞繼續轉動，這樣不停的交換，每相線圈使電樞旋轉90°範圍。
圖5是盤式旋轉直流同極電機定子星形結構圖，該定子結構由三塊磁鋼(1)和三塊定子導磁鐵(2)及一塊定子平面導磁鐵(3)組成，三塊磁鋼(1)在定子平面導磁鐵(3)的圓周面上是同一極性布置，並相互錯開成120°角度。
圖6是盤式旋轉直流同極電機轉子星形結構圖，在轉子環形導磁鐵(4)上，兩相線圈分別在120°間距之間分別錯開纏繞，兩相線圈正極並聯一起。
圖7是盤式旋轉直流同極電機星形線圈與集電環接線圖，線圈(5)和線圈(6)正極接線並聯接到正極集電環(8)上，負極集電環(9)是由6塊相互絕緣金屬極組成，每塊金屬板60°範圍，線圈的負極接線分別錯開接到負極集電環(9)的金屬板上。
星形結構直流同極電機每相線圈使電樞旋轉60°範圍，這種結構用於大規格電機，該電機電樞受力均勻，每相線圈中的三個線圈也可並聯一起，形成多相繞組，適用於低電壓、大電流的發電機。
圖8是軸式旋轉直流同極電機定子和轉子結構圖，該圖中電機外殼(10)是定子磁路的一部分，兩塊磁鋼(1)同一極性布置在外殼(10)的圓周面上，定子磁路由定子導磁鐵(2)導回，圖中虛線表示定子主磁場是徑向磁場。
具體實施例方式
旋轉直流同極電機一般採用二相繞組線圈，由於單邊磁鋼結構的電樞線圈導線有效邊少，所以電壓不高，為了增加電勢，採用雙邊磁鋼結構，能有效的利用電樞線圈導線。
圖9是盤式旋轉直流同極電機雙邊磁鋼結構圖，該結構中定子的兩邊磁鋼磁場切割電樞線圈的兩邊導線，使電樞線圈導線無效邊減少，增大一倍電勢。
圖10是盤式旋轉直流向極電機雙邊磁鋼外轉子式結構圖，該電機電樞線圈不動，電機磁鋼轉動，所以並聯的正極接線直接從電機空芯軸接入外面，而負極集電環負責導通對應的線圈，並通過滑環(11)輸入外面。
旋轉直流同極電機中的負極集電環，可用電子開關代替，並通過傳感器控制線圈的導通，這樣形成旋轉直流無刷同極電機，該電機採用二相繞組，所以電機本體結構簡單，電子功率元件與目前的三相無刷電機相比，減少了三分之一，增加了可靠性。
旋轉直流同極電機的磁鋼磁場，可用線圈勵磁，這樣構成電勵磁式直流同極電機，由於定子勵磁線圈中有軟磁鐵，磁導率高，為保證電樞的環形磁場，一般要採用增大氣隙解決。
旋轉直流同極電機由於電樞採用環形磁路，電樞旋轉時，線圈中的電流是單一方向，線圈的斷開和導通所產生的電磁感應現象在環形導磁鐵中互感抵消，克服了目前直流電機有換向器的缺點，同時電樞磁場不會對磁鋼產生不可逆退磁的現象，作為發電機時輸出的是無脈衝的恆定電動勢，特別是採用雙邊磁鋼結構的盤式同極電機，能使線圈的無效邊降低到最低程度，該電機具有電樞工藝簡單，轉動慣量小，更適合快速正反轉。
權利要求
1.一種旋轉直流同極電機，其特徵在於該電機定子的幾塊磁鋼是同一極性布置在定子導磁鐵的圓周面上，轉子電樞線圈採用若干相數，並按一定角度方向一致纏繞在環形導磁鐵上，線圈正極接線並聯接到由一個金屬環組成的正極集電環上，兩個負極接線分別錯開接到由幾塊相互絕緣金屬板組成的負極集電環上，電樞線圈產生的磁路是由環形導磁鐵確定的環形磁場，定子磁路由磁鋼發出，通過氣隙，進入環形導磁鐵的一段路徑，再通過氣隙，由定子導磁鐵導回，由於定子主磁場不同，可以組成以軸向磁場為主磁場的盤式旋轉直流同極電機和以徑向磁場為主磁場的軸式旋轉直流同極電機。
2.按權力要求1所述的旋轉直流同極電機，其特徵在於磁鋼和電樞線圈採用星形布置。
3.按權力要求1所述的旋轉直流同極電機，其特徵在於轉子電樞兩邊分別布置同極磁鋼所組成的雙邊磁鋼式旋轉直流同極電機。
4.按權力要求1所述的旋轉直流同極電機，其特徵在於電樞線圈固定，磁鋼旋轉所組成的旋轉直流同極電機外轉子式結構。
5.按權力要求1所述的旋轉直流同極電機，其特徵在於用電子開關代替負極集電環，並通過傳感器控制的無刷直流同極電機。
6.按權力要求1所述的旋轉直流同極電機，其特徵在於磁鋼磁場是由線圈勵磁所組成的電勵磁式旋轉直流同極電機。
全文摘要
本發明的旋轉直流同極電機是一種電樞線圈中的電流不改變方向的直流電機，該電機沒有換向器，只有集電環，其結構特徵是電機定子的幾塊磁鋼是同一極性布置在定子導磁鐵的圓周面上，轉子電樞一般採用二相線圈，且方向一致纏繞在轉子環形導磁鐵上，二相線圈的正極並聯接到由一個金屬環組成的正極集電環上，而二個負極接線分別錯開接到由幾塊相互絕緣金屬板組成的負極集電環上，該電機是由負極集電環按一定規律導通和斷開線圖，促使電樞旋轉，由於電樞磁場是由環形導磁鐵確定的環形磁路，線圈斷開和導通所產生的電磁感應現象能在環形導磁鐵內部互感抵消，所以負極集電環沒有火花，電樞磁場不會對磁鋼產生不可逆退磁現象，具有結構簡單等優點。
文檔編號H02K31/02GK1619926SQ200310116788
公開日2005年5月25日 申請日期2003年11月22日 優先權日2003年11月22日
發明者吳春青 申請人:吳春青