无换向直流电机的制作方法

本发明涉及一种电机，尤其涉及一种直流电机。

背景技术：

1831年，法拉第发现了电磁感应定律，两年后，皮克西利用永久磁铁与线圈之间的相对运动和一个换向器，制成了一台旋转磁极式直流发电机，经过一百多年的改进和发展，形成了现代结构的直流电机。目前，直流电机在电解、电镀、电冶炼、轮船推进、电气轨道牵引、机械加工以及造纸等诸多领域被广泛应用。然而，由于存在换向器(包括电子换向器)，它比相同功率的交流电机容量小、造价高、寿命短，使用不稳定，其应用范围受到了很大限制。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种容量大、效率高、造价低、寿命长、直流性能好且使用稳定可靠的无换向直流电机。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：无换向直流电机，包括壳体，所述壳体内转动安装有转轴，所述转轴上固定安装有转子，所述壳体内对应所述转子安装有多个排列设置的定子铁芯，每个所述定子铁芯上绕制有定子绕组，相邻的所述定子绕组电连接，每个所述定子铁芯面向相邻所述定子铁芯的侧面上均设置有一个半封闭气隙，每个所述定子铁芯远离所述转子的一侧均设置有一个与所述半封闭气隙对应的楔形斜面。

作为一种优选的技术方案，所述转子包括固定安装在所述转轴上的磁极，所述磁极上设置有与所述定子铁芯一一对应的绕组端子，所述绕组端子上设置有励磁绕组。

作为一种优选的技术方案，所述转子包括固定安装在所述转轴上且与所述定子铁芯一一对应的磁极，两个所述磁极之间的所述转轴上设置有励磁绕组，所述磁极上设置有多个周向排列的避让槽。

作为一种优选的技术方案，所述定子铁芯面向所述绕组端子和背向所述绕组端子的两个侧面上均设置有绕组槽，所述定子绕组穿过所述绕组槽。

作为一种优选的技术方案，所述半封闭气隙为一端开口的楔形气隙。

作为一种优选的技术方案，所述壳体和所述转轴之间安装有轴承。

由于采用了上述技术方案，无换向直流电机，包括壳体，所述壳体内转动安装有转轴，所述转轴上固定安装有转子，所述壳体内对应所述转子安装有多个排列设置的定子铁芯，每个所述定子铁芯上绕制有定子绕组，相邻的所述定子绕组电连接，每个所述定子铁芯面向相邻所述定子铁芯的侧面上均设置有一个半封闭气隙，每个所述定子铁芯远离所述转子的一侧均设置有一个与所述半封闭气隙对应的楔形斜面；本发明中，磁极产生的磁场是稳恒磁场，因而电机内没有铁损，只有直流铜损和机械损耗，又因为没有换向器，所以它比现代结构的直流电机容量大、效率高、体积小、损耗少、造价低，使用可靠；此外，输出的直流电性能好，容易控制，适用范围广。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例的扩展状态结构示意图；

图3是本发明实施例转子的第二种结构示意图；

图4是图3的侧视图；

图中：1-壳体；2-转轴；31-磁极；32-绕组端子；33-励磁绕组；34-避让槽；41-定子铁芯；42-定子绕组；43-半封闭气隙；44-楔形斜面；5-轴承；6-磁力线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1所示，无换向直流电机，包括壳体1，所述壳体1内转动安装有转轴2，所述壳体1和所述转轴2之间安装有轴承5；所述转轴2上固定安装有转子，所述壳体1内对应所述转子安装有多个排列设置的定子铁芯41，每个所述定子铁芯41上绕制有定子绕组42，所述定子铁芯41面向所述绕组端子32和背向所述绕组端子32的两个侧面上均设置有绕组槽(图中未示出)，所述定子绕组42穿过所述绕组槽。相邻的所述定子绕组42电连接，每个所述定子铁芯41面向相邻所述定子铁芯41的侧面上均设置有一个半封闭气隙43，所述半封闭气隙43为一端开口的楔形气隙，每个所述定子铁芯41远离所述转子的一侧均设置有一个与所述半封闭气隙43对应的楔形斜面44。

所述转子包括固定安装在所述转轴上的两个磁极，两个的所述转轴上设置有励磁绕组，

转子的机构可以采用两种，第一种：如图1和图2所示，所述转子包括固定安装在所述转轴2上的磁极31，所述磁极31上设置有与与所述定子铁芯41一一对应的绕组端子32，所述绕组端子32上设置有励磁绕组33，所述磁极31和所述励磁绕组33也可以用永久磁体替代。第二种：如图3所示，所述转子包括固定安装在所述转轴2上且与所述定子铁芯41一一对应的磁极31，如图4所示，所述磁极31上设置有多个周向排列的避让槽34。两个所述磁极31之间的所述转轴2上设置有励磁绕组33。所述转子还包括固定安装在所述转轴上的电刷装置。

为了满足不同的输出功率需求，可以对转子和定子铁芯41的数量进行扩展，图1所示为最基本的结构，图2是对图1进行一次扩展后的结构。

如图1所示，磁极31与转轴2固定连接,装在同一段转轴2上的磁极31极性相同，定子铁芯41与磁极31之间留有间隙。工作原理是：当装在磁极31上的励磁绕组33通有直流电流时，固定连接在同一段转轴2上的磁极31产生相同极性的磁场，该磁极31与轴向相邻的磁极31产生的磁场相反。磁极31产生的磁场，经定子铁芯41与磁极31之间留有的间隙、定子铁芯41、壳体1、相邻的定子铁芯41及定子铁芯41与磁极31之间的间隙、到相邻的磁极31，再经过转轴2回到磁极31，形成闭合磁通。当转轴2受外力矩作用转动时，装在定子铁芯41表面上设有的绕组槽内的定子绕组42“切割”磁力线6，但是，由于在定子铁芯41内沿轴向留有半封闭气隙43，根据磁路定理，装在定子铁芯41沿轴向内表面绕组槽内的定子绕组42垂直“切割”磁力线6，沿轴向外表面绕组槽内的定子绕组42不垂直“切割”磁力线6，根据法拉第电磁感应定律，装在定子铁芯41沿轴向内表面绕组槽内的定子绕组42感应的电动势，与沿轴向外表面绕组槽内定子绕组42感应的电动势绕向相反，大小不等，前者大于后者，因此，定子绕组42输出直流电流，这是直流发电机的工作原理。同理，如果定子绕组42输入直流电流，装在定子铁芯41沿轴向内表面绕组槽内的定子绕组42垂直“切割”磁力线6，沿轴向外表面绕组槽内的定子绕组42不垂直“切割”磁力线6，根据安培定律，装在定子铁芯41沿轴向内表面绕组槽内定子绕组42对转轴2产生的电磁转矩，与沿轴向外表面绕组槽内定子绕组42对转轴2产生的电磁转矩方向相反，大小不等，前者大于后者，由于定子铁芯41不动，所以转轴2转动，这是直流电动机的工作原理。

通过工作原理的叙述可知，由于定子绕组42中感应的(或者输入的)是直流电流，磁极31产生的磁场是稳恒磁场，因而电机内没有铁损，只有直流铜损和机械损耗；又因为没有换向器，所以它比现代结构的直流电机容量大、效率高、体积小、损耗少、造价低，使用可靠。此外，输出的直流电性能好，容易控制，适用范围广。

当励磁绕组33通入直流电流，外力矩使转轴2转动时，定子绕组42中输出直流电流。或者，若励磁绕组33和定子绕组42中输入直流电流，则转轴2转动。

在本实施例中，壳体1、定子铁芯41、磁极31和转轴2用电磁纯铁、硅钢或者低碳钢等软磁性材料制作，绕组槽可以用磁性槽泥或者磁性槽契封口。

励磁绕组33可以置换为永久磁体，也可以将磁极31设置在定子，定子绕组42设在转子，其结构为公知技术，不再赘述。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。