专利名称：飞碟形电机的制作方法
技术领域：
本发明属于电机类产品，特别涉及汽车专用牵引直流电机。
众所周知，电动汽车具有无尾气排放的环保优势，同时不消耗属于一次性能源的汽油和柴油，成为未来型汽车的热门课题。世界各国投巨资开发，试验车型层出不穷，高新技术被大量采用。然而，纯电动汽车一次充电的行驶里程一般在100km左右，一次充电时间要连续十小时以上。由于上述原因，给电动汽车的普及造成了极大障碍。究其原因是汽油的能量密度是蓄电池的220-300倍。举例说明，电动汽车充满电再加上所有节电技术措施，只相当汽车油箱里剩下8-9公升油行驶的里程。
从电动汽车与燃油汽车的共性分析，得到一个启示，就是他们都是用小力臂，大扭力去驱动一个大力臂-车轮。例一柳州牌P系列微型汽车发动机指标排量1升，缸径×冲程=76×73mm，轮胎；例二一汽产老捷达排量1．6升，缸径×冲程=81．0×77．3mm，轮胎17570R17；例三电动汽车的转子直径相当燃油汽车的发动机的冲程是驱动力臂。我国重庆电机厂在1994年为美国休斯电子公司研制生产的电动汽车牵引电机指标如下封装尺寸包括冷却罩的最大外径不大于300mm；包括编码盒在内的总长度不大于400mm，估计转子直径不会超过180mm，由此可以判断出也是小力臂驱动大力臂。
已知T=F×r，T为电磁扭矩，F为电磁力，r为力臂。依据力学原理，可知力矩是力和力臂的乘积，既杠杆原理。所以不难看出，无论是汽油发动机，还是牵引电机，都是靠多牺牲能源而实现小力臂，大作用力一拖动大力臂(车轮)克服汽车自重与静止磨擦力，使汽车行驶起来。
设汽车轮胎直径500mm，牵引电机电枢直径180mm，汽车静止磨擦力200kg1比1拖动。求电机出力F555，5kg，5比1拖动F大于等于111，1kg。
另设汽车轮胎直径500mm，飞碟牵引电机电枢直径700mm，汽车静止磨擦力200kg1比1拖动求电机出力，F=124．9kg，5比1拖动F大于等于24．98kg。
由此可以得出力臂也是一种能量--势能。
本发明的目的在于提供一种大于车轮的力臂，强劲的转动惯性和大幅度降低电能消耗，以达到增加行驶里程目的的飞碟形电机。
本发明所述飞碟形电机，它包括定子、转子和换向器三部分；其特征在于在传动轴中央与传动轴垂直水平面上，通过键槽与键紧配和固定一个不导电、不磁化的圆盘状飞轮；在飞轮的外圆周面上，固定由矽钢片冲压成型，叠加成需要厚度的齿圈形转子铁芯；在每个极齿上各套装一只绕向相同，匝数相等的线圈，当作转子绕组；将所有绕组负端并联接到导电环上；通过碳刷与电机外壳的接线端子联接；所有绕组正端依次排序对应的分别接在换向器的换向片上；通过碳刷与电机外壳的接线端子联接，构成了转子定子是由矽钢片冲压成型，叠加成需要厚度的以传动轴中心为原点取同心弧，呈条状或极掌状铁芯，定子叠厚大于转子叠厚，铁芯中间部位纵向绕有激磁绕组并用螺栓将定子固定在电机底盘上；与转子保持均匀的气隙；定子绕组的引出线，分别接在电机外壳的接线端子上，本装置可以是上述的单环结构，也可以是多环结构。
如上所述的飞碟形电机，其特征在于所述飞轮的直径可以等于或大于所驱动的车轮直径。
如上所述的飞碟形电机，其特征在于所述飞轮与机壳可选用非导磁、导电的质量轻的金属或非金属材料。
如上所述的飞碟形电机，其特征在于在每个极齿上套装的线圈与相邻的线圈之间有屏蔽隔离层。
如上所述的飞碟形电机，其特征在于所述的多环结构可以是双环结构，它是增加了一个与内环齿圈一体成型的外环齿圈，且定子置于内、外环齿圈之间。
本发明与传统的电机相比具有如下效果1)应用在纯电动汽车上，作直流牵引电机，可将行驶里程延长一倍以上，对蓄电池的安／时特性而言，本发明的输入电功率小，利于蓄电池组在理想状态下工作，提高使用寿命；2)电机就是变压器的变形产品，如果将定子按一定间距直线排开，转子长度能跨越两个定子长度，只要能保持气隙不变，并满足电磁作用力条件，就能实现直线运动或直线往复运动。
图面说明
图1是本发明所述单环飞碟形电机结构示意图；图2是本发明所述单环飞碟形电机A-A剖面图；图3是本发明所述飞碟形电机主磁场示意图；图4是本发明所述飞碟形电机转子磁场示意图；图5是本发明所述飞碟形电机磁场作用力示意图；图6是本发明所述飞碟形电机磁场闭合环形成的磁势示意7是本发明所述飞碟形电机转子运动方向示意图；图8是本发明所述飞碟形电机电路连线示意图；图9是本发明所述双环飞碟电机结构示意图；图10是本发明所述双环飞碟电机A-A剖面图。
本发明的实施例和工作原理示意图见附图图中1是极齿，2是机壳底盘，3是定子铁芯，4是转子正端引线，5是转向器，6是传动轴，7是碳刷，8是飞轮，9是转子齿圈，10是键槽，11是轴承，12是上盖，13是转子铁芯，14是导电环，15是转子绕组，16是定子绕组，17是漏磁场，18是换向片，19是外环转子齿圈；本发明工作原理如下
1)电磁场的构成主磁场，(定子的磁场与磁路)如图3当定子激磁绕组通电后，用右手定则判断，设定子极性为左N右S依据磁场就近闭合的特性。磁力线从N极出发穿越气隙→对应定子N极下的转子极齿→转子轭→对应定子S极下的转子极齿→穿越气隙→定子S极→通过激磁绕组→回定子N极闭合。
转子的磁场与磁路。如图4转子在任何瞬时，只有处在定子激磁绕组下的几个极齿通有直流电，(在转子齿圈上有对称两处，而且极性相同)设几个极齿的极性S极向上，他产生的磁场分两路闭合，一路逆时针从极齿的N极端→转子轭→对应定子N极下的转子极齿→穿越气隙→定子N极端→自上而下穿过定子激磁绕组导线→穿越气隙→回极齿的S极端。
另一路顺时针从极齿的N极端→转子轭→对应定子S极下的转子极齿→穿越气隙→定子S极端→自上而下穿过定子激磁绕组导线→穿越气隙→回极齿的S极端。
2)电磁力的构成与受力方向如图5转子的磁场处在定子的磁场中，极齿的S极端受定子N极吸引与S极排斥的合力产生向左(逆时针)的作用力，而极齿的N极端有两处，一个与定子N极相对排斥，另一个与定子S极相对吸引也产生有利向左的分力。
依据电动机左手定则判断如图五5-5，已知定子激磁绕组电流方向是下出上入设转子不动，定子受力向右如F1，而实际是定子被固定，所以转子受反作用力，运动方向如F23)电机整体磁场的磁势如图6，无论从电机的那一点出发，沿转子，定子转一周，电磁力方向一致。
例如上方转子极齿S极区-，<吸引>-定子1N极-<排斥>-转子极齿N极区-<吸引>-定子2S极-<排斥>下方转子极齿S极区<吸引>-定子2N极-<排斥>-转子极齿N极区-<吸引>-定子1S极-<排斥>上方转子极齿S极区。
电机外壳上的接线端子盒，起到方便接通电源，改变串、并激方式及人为更换转向作用。传动轴以电机底盘与电机上盖中央的轴承为支点滑动配合，保障飞碟形电机的运行。
本发明与传统电机结构区别如下1)长径比不同传统电机L∶D=0．7-1．5∶1，飞碟形电机δ∶D=1∶4-6；2)转子结构不同传统电机转子为圆柱实体，飞碟形电机转子为宽度不大的中空齿圈；3)定子结构不同传统电机定子为宽度较大磁极内突齿圈状或极掌状，飞碟形电机为宽度不大的有弧度的带状或极掌状；4)换向方式不同；传统电机电枢绕组180度电流需换向，飞碟形电机转子绕组电流永不换向而磁场交变；5)作用力性质不同传统电机旋转磁场只能做圆周运动，飞碟形电机交变磁场电机可以展开作直线运动；
6)结构组合型式不同传统电机组合型式单一，飞碟形电机可组成单环、双环与直线三种型式。
7)制动不同传统电机小力臂驱动大力臂不需同步制动，飞碟形电机大力臂驱动小力臂必需同步制动。
为了克服飞碟形电机的偏大，可选用钢度大，质量轻的金属或非金属做飞轮与机壳，因为他们不参予导电和导磁，以降低自重。
为了克服飞碟形电机的交连问题，在每个极齿上套装的线圈与相邻的线圈电流方向相反，磁场可能交连，不参与做功，可用屏蔽的方法解决。
飞碟电机叠厚尺寸小，可能使气隙面积不足，但是直径扩大一倍，周长扩大3．14倍，可用表面积大来弥补。
电机中的电磁扭矩是由作用在载流导体上或转子表面处的电磁力产生的，作为旋转电机主要机理的能量转换过程。可以用非常简单的关系来描述即E×Ia=Ta×ωm式中左边表示电功率，右边表示机械功率，Ta电磁扭矩是一个标量用N．m(牛顿．米)，ωm为角速度。已知载流线圈在磁场中受到的电磁扭矩用下列式计算M=B×I×L×D式中M为电磁扭矩(牛顿．米)，B为磁通密度(特斯拉)，I为电流强度(A安培)，L线圈在磁场中的有效长度(m)，D为线圈两边的垂直距离(m)，即直径=二倍的力臂。依据力学原理，M=B↓×I↓×L×D↑↑，本公式仍能成立，电机的角速度受磁场交变频率影响，与电机直径关系大不。在角速度相等的条件下，电机直径越大线速度越高，转动惯性量越大。
图9、10为本发明的双环转子齿圈电机结构，它是在转子齿圈为单环结构(图12)的基础上，增加了一个与内环齿圈9一体成型的外环齿圈19，将定子16置于所述的内环齿圈9与外环齿圈19之间，两侧均匀留有气隙。从而形成具有内、外环齿圈9、19的双环转子齿圈的电机结构。
由于增加了一个外环齿圈19，定子的磁场利用率更高，漏磁场更小，电磁力更大。
权利要求
1．一种飞碟形电机，它包括定子、转子和换向器三部分；其特征在于在传动轴中央与传动轴垂直水平面上，通过键槽与键紧配和固定一个不导电、不磁化的圆盘状飞轮；在飞轮的外圆周面上，固定由矽钢片冲压成型，叠加成需要厚度的齿圈形转子铁芯；在每个极齿上各套装一只绕向相同，匝数相等的线圈，当作转子绕组；将所有绕组负端并联接到导电环上；通过碳刷与电机外壳的接线端子联接；所有绕组正端依次排序对应的分别接在换向器的换向片上；通过碳刷与电机外壳的接线端子联接，构成了转子；定子是由矽钢片冲压成型，叠加成需要厚度的以传动轴中心为原点取同心弧，呈条状或极掌状铁芯，定子叠厚大于转子叠厚，铁芯中间部位纵向绕有激磁绕组并用螺栓将定子固定在电机底盘上；与转子保持均匀的气隙；定子绕组的引出线，分别接在电机外壳的接线端子上，本装置可以是上述的单环结构，也可以是多环结构。
2．如权利要求1所述的一种飞碟形电机，其特征在于所述飞轮的直径可以等于或大于所驱动的车轮直径。
3．如权利要求1所述的一种飞碟形电机，其特征在于所述飞轮与机壳可选用非导磁、导电的质量轻的金属或非金属材料。
4．如权利要求1所述的一种飞碟形电机，其特征在于在每个极齿上套装的线圈与相邻的线圈之间有屏蔽隔离层。
5．如权利要求1所述的一种飞碟形电机，其特征在于所述的多环结构可以是双环结构，它是增加了一个与内环齿圈一体成型的外环齿圈，且定子置于内、外环齿圈之间。
全文摘要
本发明涉及汽车专用牵引直流电机。它由定子、转子和换向器组成。所述转子绕组固定在不导电、不磁化的圆盘状飞轮外圆周面上;所述定子以传动轴中心为原点,取同心弧,呈条状或极掌状,由矽钢片叠加构成,并且与转子保持均匀的气隙。本发明的外形为既大又扁的飞碟形。本发明具有输入功率小、工作状态佳和提高使用寿命的优点,可以将电动汽车行驶里程延长一倍以上。
文档编号H02K23/54GK1282134SQ0012360
公开日2001年1月31日 申请日期2000年8月29日 优先权日2000年8月29日
发明者孙序有, 孙宁 申请人:孙宁