专利名称：换流式直流电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种直流电动机，特别是一种换流式直流电动机。
背景技术：
直流电动机一般包括定子、与定子同轴设置的转子、电刷、换向器等部件，在定子上设置有用于产生恒定外磁场的永磁体或者是用于励磁的线圈，在转子上缠绕有绕组。当在绕组中通入直流电的时候，通电的绕组在恒定磁场中受到力偶矩的作用而发生转动，换向器用于改变绕组中的电流方向从而使得绕组受到的力偶矩始终保持一致，但是，在绕组中不断进行电流的换向，会产生电枢反应，形成复什的电磁转换过程的暂态效应，消耗部分能量，降低了直流电动机的效率。究其原因，就是直流电动机绕组电流换向，是强迫改变绕组中电流所建立电磁矢量状态，它包括从直流电源吸取抵消换向前状态所建立磁势能量，及建立新状态磁势能量，又使直流电动机的换向中产生多次谐波，增加交轴和直轴磁势的相互影响，换向反电势产生难以消除的换向火花，降低直流电动机的可靠性和使用寿命。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述直流电动机的缺点，提供一种高效的换流式直流电动机。
为了达到这个目的，本发明采用的技术方案是一种换流式直流电动机，它包括定子、与所述的定子可转动地设置的转子，所述的转子上设置有多个沿圆周方向依次排列的永磁块，所述的定子上绕设有多个绕组，所述的直流电动机还包括用于控制各绕组分别与直流电源导通或者断开的换流器，所述的换流器电连接于绕组与直流电源之间。
所述的换流器包括转盘本体、沿转盘本体的圆周方向等间距地设置于所述的转盘本体上的多个完全相同的导电片，所述的转盘本体与所述的转子同轴固定连接，所述的导电片与直流电源相电连接，所述的相邻两个导电片之间具有间隙，所述的换流器还包括沿圆周方向按相位120度的电角度均匀地设置在所述的定子上的多个导电头，所述的各导电头与对应的绕组分别相电连接，所述的导电头具有两个工作状态，连接状态和断开状态，当导电头处于连接状态时，所述的导电头与所述的导电片相接触，电连接于该导电头上的绕组与直流电源相连通；导电头处于断开状态时，所述的导电头完全位于间隙内，电连接于该导电头上的绕组与直流电源保持断开状态，所述的导电头与导电片相配合使得当直流电动机运行时，在任一时刻，多个导电头中有一个处于连接状态，其余的导电头处于断开状态。
所述的绕组包括第一绕组、第二绕组和第三绕组，所述的第一绕组、第二绕组和第三绕组依次并列沿着定子的外圆周表面设置，所述的第一绕组由三个并列设置并的第一绕组单元组成，其中任意两个相邻的第一绕组单元之间电连通并极性相反，所述的第二绕组由三个并列设置的第二绕组单元组成，其中任意两个相邻的第二绕组单元之间电连通并极性相反，所述的第三绕组由三个并列设置的第三绕组单元组成，其中任意两个相邻的第三绕组单元之间电连通并极性相反，所述的第一绕组单元、第二绕组单元和第三绕组单元的宽度均相同，所述的永磁块排列在转子上使得在转子和定子之间的空间内，与第一绕组、第二绕组和第三绕组相对应的范围内，有十个磁极性交错排列的磁场区域。
采用了上述设计的电动机具有如下优点由于采用了换流器，仅仅有线圈绕组中的电流的通断，而不改变线圈绕组中的电流的方向，使得直流电源通过换流器的作用经由线圈绕组产生旋转磁场，旋转磁场与外磁场相互作用驱动直流电动机运转，从而免除了从电源中吸取抵消反向电磁储能的能量，也就降低了能耗，提高了电机效率。
附图1为本发明的示意图；附图2为定子上的线圈以及对应的磁场的展开图；附图3为 定子圆周范围内的线圈绕组对应的磁场的示意图；；附图4为换流器的主视图；附图5为换流器的左视图；其中1、定子；2、转子；3、永磁块；4、换流器；6、绕组；41、转盘本体；42、间隙；43、导电片；44、导电头；61、第一绕组；62、第二绕组；63、第三绕组；611、第一绕组单元；621、第二绕组单元；631、第三绕组单元。
具体实施例方式
如附图1所示意，一种直流电动机，它包括定子1、与所述的定子1可转动地设置的转子2，所述的转子2上设置有多个沿圆周方向依次排列的永磁块3，所述的定子1上绕设有多个绕组4，所述的直流电动机还包括用于控制各绕组6分别与直流电源导通或者断开的换流器4，所述的换流器4电连接于绕组6与直流电源之间。
附图4给出了换流器4的主视图，所述的换流器4包括转盘本体41、沿转盘本体41的圆周方向等间距地设置于所述的转盘本体41上的多个完全相同的导电片43，所述的转盘本体41与所述的转子2同轴固定连接，所述的导电片43与直流电源相电连接，所述的相邻两个导电片43之间具有间隙42，所述的换流器4还包括沿圆周方向按相位120度的电角度均匀地设置在所述的定子1上的多个导电头44，所述的各导电头44与对应的绕组4分别相电连接，所述的导电头44具有两个工作状态，连接状态和断开状态，当导电头44处于连接状态时，所述的导电头44与所述的导电片43相接触，电连接于该导电头44上的绕组6与直流电源相连通；导电头44处于断开状态时，所述的导电头44完全位于间隙42内，电连接于该导电头44上的绕组4与直流电源保持断开状态，所述的导电头44与导电片43相配合使得当直流电动机运行时，在任一时刻，多个导电头44中的两个处于连接状态，其余的导电头44处于断开状态。
附图2给出了定子1上绕组6的展开示意图，其中的N指的是N极性磁场区域，S指的是S极性磁场区域，所述的绕组6包括第一绕组61、第二绕组62和第三绕组63，所述的第一绕组61、第二绕组62和第三绕组63依次并列设置在所述的定子1的外圆周表面上，所述的第一绕组61由三个并列设置并的第一绕组单元611组成，其中任意两个相邻的第一绕组单元611之间电连通并极性相反，所述的极性相反指的是当第一绕组单元611通电时，相邻的两个绕组单元611的磁极性相反，所述的第二绕组62由三个并列设置的第二绕组单元621组成，其中任意两个相邻的第二绕组单元621之间电连通并极性相反，所述的第三绕组63由三个并列设置的第三绕组631单元组成，其中任意两个相邻的第三绕组单元631之间电连通并极性相反，所述的第一绕组单元611、第二绕组单元621和第三绕组单元631的宽度均相同。
所述的永磁块3沿着转子2的内圆周表面上，所述的永磁块3使得在转子2和定子1之间的空间内、并与第一绕组61、第二绕组62和第三绕组63相对应的范围内，有十个磁极性交错排列的磁场区域。在附图2中可以看出，将排列在定子1上的绕组6和排列在转子2上的永磁块3沿着水平方向展开后，第一绕组61、第二绕组62和第三绕组63的宽度之和与十个磁极性交错排列的磁场区域的宽度之和相同。附图3给出了 定子圆周范围内的绕组和磁场区域示意图，可以看出，任意一个绕组，比如第一绕组61，它的宽度为 个磁场区域的宽度，三个绕组加在一起的宽度即为十个磁场区域的宽度。
当使用时，转子2带动转盘本体41旋转，导电片43也跟随转盘本体41同步旋转，导电片43和导电头44之间发生相对转动，当导电头44完全位于导电片43之间的间隙42内时，这种情况下与导电头44相连接的绕组6与直流电源相断开；而当导电头44与任一导电片43相接触时，与导电头44相连接的绕组6与直流电源相导通，通过调整导电片43的宽度和间隙42的宽度以及导电头44的宽度，可以使得当导电片43和导电头44发生相对转动时，在任一时刻，三个绕组依次与直流电源保持导通状态。换言之，换流器4的作用即是使得每个绕组6中的电流处于交替通断的状态，而通过绕组6的电流的方向则始终不变，这样就可以避免当绕组6中电流换向时所产生复杂的电磁变化暂态过程，处于导通状态的绕组6中通有电流，产生磁场并与外磁场相互作用，从而带动电动机的转子2转动。
在上述的过程中，随着换流器4的运转，第一绕组61、第二绕组62和第三绕组63也依次与直流电源相导通，由于每个绕组均由三个绕组单元组成，绕组单元的宽度又相同，而三个绕组又对应有十个磁极性交错排列的磁场区域，所以每个绕组，比如第一绕组61的总体宽度为 个磁场区域的宽度；附图4给出了第一绕组61和对应的磁场区域的示意图，当第一绕组61通电时，由于三个第一绕组单元611对应有 个磁场区域，所以第一绕组61的中心应该与 个磁场区域的中心对齐，在这里所谓的对齐指的是第一绕组61的中心、 个磁场区域的中心、定子1的圆心在一条直线上；由于换流器4的作用，第一绕组61通电完毕后应该是第二绕组62通电，而当第二绕组62通电时，第二绕组62的中心应该也与 个磁场区域的中心对齐，而此时转子2需要沿着其转动方向转过 个磁场区域的宽度以使得第二绕组62的中心和 个磁场区域的中心对齐；同理，当接下来第三绕组63通电时，转子2仍然需要沿其运动方向转过 个磁场区域的宽度；第三绕组63通电完毕后，第一绕组61通电，转子2仍然沿着其运动方向转过 个磁场区域的宽度；因此，当换流器4运转一个周期后，三个绕组均通电一次，转子共转过1个磁场区域的宽度，以此类推，换流器4与磁极固定跟踪运动，继而重复上述绕组的导通过程，形成转子2的持续旋转。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种换流式直流电动机，它包括定子(1)、与所述的定子(1)可转动地设置的转子(2)，所述的转子(2)上设置有多个沿圆周方向依次排列的永磁块(3)，所述的定子(1)上绕设有多个绕组(6)，其特征在于所述的直流电动机还包括用于控制各绕组(6)分别与直流电源导通或者断开的换流器(4)，所述的换流器(4)电连接于绕组(6)与直流电源之间。
2.如权利要求1所述的换流式直流电动机，其特征在于所述的换流器(4)包括转盘本体(41)、沿转盘本体(41)的圆周方向等间距地设置于所述的转盘本体(41)上的多个完全相同的导电片(43)，所述的转盘本体(41)与所述的转子(2)同轴固定连接，所述的导电片(43)与直流电源相电连接，所述的相邻的两个导电片(43)之间具有间隙(42)，所述的换流器(4)还包括沿圆周方向按相位120度的电角度均匀地设置在所述的定子(1)上的多个导电头(44)，所述的各导电头(44)与对应的绕组(6)分别相电连接，所述的导电头(44)具有两个工作状态，连接状态和断开状态，当导电头(44)处于连接状态时，所述的导电头(44)与所述的导电片(43)相接触，电连接于该导电头(44)上的绕组(6)与直流电源相连通；导电头(44)处于断开状态时，所述的导电头(44)完全位于间隙(42)内，电连接于该导电头(44)上的绕组(6)与直流电源保持断开状态，所述的导电头(44)与导电片(43)相配合使得当直流电动机运行时，在任一时刻，多个导电头(44)中有一个处于连接状态，其余的导电头(44)处于断开状态。
3.如权利要求1所述的换流式直流电动机，其特征在于所述的绕组(6)包括第一绕组(61)、第二绕组(62)和第三绕组(63)，所述的第一绕组(61)、第二绕组(62)和第三绕组(63)依次并列设置在定子(1)的外圆周表面上，所述的第一绕组(61)由三个并列设置并的第一绕组单元(611)组成，其中任意两个相邻的第一绕组单元(611)之间电连通并极性相反，所述的第二绕组(62)由三个并列设置的第二绕组单元(621)组成，其中任意两个相邻的第二绕组单元(621)之间电连通并极性相反，所述的第三绕组(63)由三个并列设置的第三绕组(631)单元组成，其中任意两个相邻的第三绕组单元(631)之间电连通并极性相反，所述的第一绕组单元(611)、第二绕组单元(621)和第三绕组单元(631)的宽度均相同，所述的永磁块(3)排列在转子(2)上，所述的永磁块(3)使得在转子(2)和定子(1)之间的空间内、并与第一绕组(61)、第二绕组(62)和第三绕组(63)相对应的范围内，有十个磁极性交错排列的磁场区域。
全文摘要
一种换流式直流电动机，它包括定子、与所述的定子可转动地设置的转子，所述的转子上设置有多个沿圆周方向依次排列的永磁块，所述的定子上绕设有多个绕组，所述的直流电动机还包括用于控制各绕组分别与直流电源导通或者断开的换流器，所述的换流器电连接于绕组与直流电源之间，由于采用了换流器，由于采用了换流器，仅仅有线圈绕组中的电流的通断，而不改变线圈绕组中的电流的方向，使得直流电源通过换流器的作用经由线圈绕组产生旋转磁场，旋转磁场与外磁场相互作用驱动直流电动机运转，从而免除了从电源中吸取抵消反向电磁储能的能量，也就降低了能耗，提高了电机效率。
文档编号H02K23/26GK101043171SQ20071002126
公开日2007年9月26日 申请日期2007年4月16日 优先权日2007年4月16日
发明者乐秀峰 申请人:苏州太通电气有限公司