专利名称：轴向双磁路大功率直流电动机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电机，特别是一种轴向双磁路大功率直流电 动机。
背景技术：
常规永磁直流电机的工作原理主要是电磁转矩原理如图1所示，即位 于磁场中的载流导体，在该导体上要受到力的作用，方向为左手定则，力
的大小为F=BIL。
常规永磁直流电机中，如果B和I的方向不相垂直，形成一个夹角e ， 则力的大小为F=BILsine 。
常规永磁直流电机中，设计有一个线圈，有两个有效边。所产生的转 矩T公式为T=2rF=2rBIL sine 。
常规永磁直流电机中，总导体Z上所受的总转矩为
T=2rF=2rBIL Zsine 0
如上的原理结构，因而使常规直流电动机体积大、效率低、造价高、 用材多等不利因素。在很多领域中由于常规直流电动机体积大，以致在产 品选型时受到种种局限，急需制造体积小又重量轻的直流电动机。 发明内容
为解决上述技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种轴向 双磁路大功率直流电动机，使其达到体积小、效率高、造价低、用材省及 适用范围宽广的目的。
为实现上述目的，本实用新型的技术解决方案是提供一种轴向 双磁路大功率直流电动机，该电动机结构包括前端盖，后端盖及通过轴承
固定在前后端盖上的中心轴，其中在所述中心轴上通过轴压套压紧的轴 套连接有多个绕组组成的绕组电枢；通过紧固螺钉将磁轭分别固定在所述 前端盖和后端盖的内侧，在所述磁轭上固定有相互对应的多块均匀分布的 磁铁；在绕组电枢的相邻绕组的缝隙中嵌入形成双磁通回路的架空铁芯， 在磁铁与架空铁芯之间形成气隙；在所述后端盖靠中心轴部位上设有通过
压力弹簧固定的多个均匀分布的电刷，电刷紧贴在绕组电枢的表面相接触。 本实用新型的效果是通过改变常规电机的径向磁路为轴向双磁路、 双绕组电枢、换向与双绕组合二为一电枢的设计组合，打破了常规直流电 动机结构上的设计理论。大大改进了常规直流电动机的性能，改变了原有 直流电动机设计中体积大、用材料多、效率低的缺点，使电机在体积小、 用材少的条件下，使该电机输出的功率与常规电机几近相同。大大的降低 了制造成本。在此种结构下通过增大或减小体积，可以制造出各种不同功率
的直流电机，如48V DC 5000W 3000r/min电机的整体重量约为9. 7kg/台。 该结构的电机为航空、军事装备、电动汽车、高速电动摩托车、电动摩托 艇等领域提供良好的动力源。
图1为常规永磁直流电机的磁场原理图2为本实用新型的电机磁场原理图3为本实用新型的电机结构示意图4为本实用新型的电机磁路结构示意图5为本实用新型的电机电枢结构示意图6为本实用新型电机的性能曲线图。
图1中
1、前端盖 2、绕组电枢3、磁轭4、磁铁5、轴承 6、中心轴7、轴套8、架空铁蕊9、连接片10、后端盖
11、换向部件组合 12、输入电源连接组合 13、换向部件安全盖
14、电源连接压板 15、电刷 16、铜合 17、绝缘云母套 18、轴承 19、压力弹簧 20、后端盖紧固螺钉
21、中心轴定位卡圈22、紧固锁母 23、紧固电枢压套
24、轴承压板紧固螺钉25、前端盖紧固螺钉26、前端盖轴承压板 27、气隙具体实施方式
结合附图及实施例对本实用新型的轴向双磁路大功率直流电动机结 构加以说明。
如图3所示，在所述后端盖10靠中心轴部位上设有通过压力弹簧19 固定的多个均匀分布的电刷15，电刷15紧贴在绕组电枢2的表面相接触， 形成能量输送。(省去了独立的换向器)
在所述中心轴6上通过轴压套23压紧的轴套7连接有多个绕组组成的 绕组电枢2;通过25、 20等八只螺钉将磁轭3分别固定在所述前端盖1和 后端盖10的内侧，在所述磁轭3上固定有相互对应的多块均匀分布的磁铁 4。在绕组电枢2的相邻绕组的缝隙中嵌入形成双磁通回路的架空铁芯8， 在磁铁4与架空铁芯8之间形成气隙27，形成两个磁感应强度为B的磁场。 在所述后端盖10靠中心轴部位上设有通过压力弹簧19固定的多个均匀分 布的电刷15，电刷15紧贴在绕组电枢2的表面相接触，形成能量输送。该 结构省去了常规永磁直流电机独立的换向器。
在所述绕组电枢2与轴套7和轴压套23之间分别设有云母套17，通过 紧固锁母22与轴套7螺纹链接，将绕组电枢2加以紧固，在所述云母套17 的内外侧分别设有绝缘层，该绝缘层为耐高温的绝缘胶，实现轴套7、轴压 套23与绕组电枢2部件之间的绝缘紧固。
在绕组电枢外部，通过耐高温绝缘漆完成绕组片间绝缘。所述绕组电枢书第4/5页
2的每两个绕组的端部通过连接片9相互连接，在每个绕组的端部一侧和连
接片9的内测分别设有相互配合的凸凹结构，使多个绕组连接成一体形成
自锁结构。该结构采用焊接工艺，连接成回路。该结构能够在三万转/分离 心力的作用下，使电机绕组不产生损坏。
以上的电机结构提供了一种轴向双磁路的永磁直流电动机。 一改原有 常规永磁电机转子铁芯中嵌入多组绕组的结构，形成散片梯形铁芯，并通
过浸胶工艺固化，使该电机的槽满率接近100%，故本电动机转子使用的是 无轭磁路，形成架空电枢绕组。在绕组中嵌入架空铁芯8，从而形成架空外 磁路铁芯。该结构设有通过压力弹簧19固定的多个均匀分布的电刷15，电 刷15紧贴在绕组电枢2的表面相接触，形成能量输送。电枢同换向器组合 为一体，使电刷直接与绕组电枢相接触。同时，除去了常规电机的换向器部 件，使电机省去了换向器的重量、减小了常规电机的体积。
本实用新型的轴向双磁路、双绕组合二为一电枢结构的工作原理说明 如下
如图4所示的磁力线为封闭的磁路。此电机采用轴向双磁路合二为一 的组合，双绕组合二为一电枢的结构，在选择电机电负荷及磁负荷值时， 可以使电负荷及磁负荷值巨增。
在设计该电机中考虑的问题主要有两个， 一是考虑电机电流密度越小 越好；二是考虑电枢与轴配合强度越大越好。从图4的磁路图中绕组电枢2 可以看出，该电机设计中无转子轭部，这样磁路短，铁损耗就小。在图5 的电枢结构中架空铁蕊8的长度设计只考虑绕组电枢的电流密度。这样设 计中就要加大计算电枢与轴配合的强度，所以在设计该电机电枢的长度不 是主要值，而在选择电磁负合电负荷及磁负荷值时也是很有余地的。
由于电机电枢是架空绕组，图4的磁路图中架空铁蕊8是被绕组电枢2 的结构形成的架空铁蕊8，其槽满率接近100%，故电负荷及磁负荷值巨增。
该电机是通过连接片9使多个绕组连接成一体形成自锁结构，实际上是一 种自体风叶结构，并使该电机在体积小的情况下，达到散热快，具有热平 衡稳定的特性。
本实用新型的双磁路大功率永磁直流电机是轴向双磁路电机，如图2
所示，有两个气隙27，形成二个磁感应磁场，磁感应强度为4B。
本电机结构载流导体的电流方向与磁感应强度B不存在夹角的变化，
有两个绕组合为一个电枢，有四个有效边。由于轴向磁感应强度B与载流
导体电负荷是垂直方向不存在夹角，消除了本电机力矩的波动，形成了稳
定的矩形波。
即T=4T=4 BIL sine =1
B—磁感应强度I—电流L一导线有效长l一磁片高度 r一磁弧有效高度到轴中心半径
如图6所示，为本电机如48V DC 5000W 3000r/min电机结构的效率曲线。
本设计电枢结构是采用铜带材料制成的单波绕组。
本实用新型的永磁直流电机结构以制作五千瓦直流电动机为例从体 积上讲，较目前国内外五千瓦直流电动机、发电机体积上要小四至五倍。 从重量上讲，较国内外五千瓦直流电动机、发电机重量上要轻四至五倍。 重量轻了自然节省了相当可观的原材料，有利于我国目前节能的大环境。 例目前国内外直流电机的价格计算是按1瓦1元人民币计算的，既5千 瓦直流电动机需5000元人民币，而本结构产品的销售价格可以定在它的一 半既可。在功率不变的情况上，该产品做到如此小的体积，在目前市场中 开拓出多个使用领域。
权利要求1、一种轴向双磁路大功率直流电动机，该电动机结构包括前端盖(1)，后端盖(10)及通过轴承固定在前后端盖上的中心轴(6)，其特征是在所述中心轴(6)上通过轴压套(23)压紧的轴套(7)连接有多个绕组组成的绕组电枢(2)；通过紧固螺钉将磁轭(3)分别固定在所述前端盖(1)和后端盖(10)的内侧，在所述磁轭(3)上固定有相互对应的多块均匀分布的磁铁(4)；在绕组电枢(2)的相邻绕组的缝隙中嵌入形成双磁通回路的架空铁芯(8)，在磁铁(4)与架空铁芯(8)之间形成气隙(27)；在所述后端盖(10)靠中心轴部位上设有通过压力弹簧(19)固定的多个均匀分布的电刷(15)，电刷(15)紧贴在绕组电枢(2)的表面相接触。
2、 根据权利要求1所述的轴向双磁路大功率直流电动机，其特征 是在所述绕组电枢(2)与轴套(7)和轴压套(23)之间分别设有云母 套(17)，通过紧固锁母(22)与轴套(7)螺纹链接，将绕组电枢(2)加 以紧固，在所述云母套(17)的内外侧分别设有绝缘层。
3、 根据权利要求1所述的轴向双磁路大功率直流电动机，其特征是 所述绕组电枢(2)的每两个绕组的端部通过连接片.(9)相互连接，在每 个绕组的端部一侧和连接片(9)的内测分别设有相互配合的凸凹结构，使 多个绕组连接成一体。
专利摘要本实用新型提供一种轴向双磁路大功率直流电动机，该电动机结构包括前端盖，后端盖及中心轴，在中心轴上连接有多个绕组组成的绕组电枢；通过紧固螺钉将磁轭分别固定在前端盖和后端盖的内侧，在磁轭上固定有相互对应的多块均匀分布的磁铁；在绕组电枢的相邻绕组的缝隙中嵌入形成双磁通回路的架空铁芯，在后端盖上设有通过压力弹簧固定的多个均匀分布的电刷，电刷紧贴在绕组电枢的表面相接触。本实用新型的效果是该结构打破了常规直流电动机的设计理论，使电机体积小、用材少，电机输出的功率与常规电机几近相同，降低了制造成本。可以制造出各种不同功率的直流电机，为航空、军事装备、电动汽车、高速电动摩托车、电动摩托艇等领域提供良好的动力源。
文档编号H02K3/34GK201178366SQ200820074278
公开日2009年1月7日 申请日期2008年4月2日 优先权日2008年4月2日
发明者莉 孙, 涛 王, 王昌茂 申请人:王 涛;王昌茂;孙 莉