专利名称：旋转直流同极电机的制作方法
技术领域：
本发明是一种旋转无换向器直流电机。
背景技术：
现有的旋转直流电机其电枢线圈中的电流要改变方向，所以需要换向器把电流换成同一方向，线圈换向时，会在换向器上产生磁能释放，引起火花，一般采用换向极或延迟换向，但不能根本解决这个问题。
还有一种直流单极电机，没有换向器，但转子没有线圈绕组，因此感应电势较低，只适用低压大电流的场合。
无刷直流电机采用电子开关代替机械换向，一般采用三相绕组，该结构电机本体复杂，控制电子元件多，虽然采用霍尔无件能采用二相，但控制则是线性状态。
发明内容
本发明的旋转直流同极电机，没有换向器，只有集电环，该电机电枢线圈中的电流是单一方向。
本发明的旋转直流同极电机其结构特征是电机定子的几块磁钢是同一极性布置在定子导磁铁的圆周面上，转子电枢线圈采用二相(二个支路)，并且同一方向缠绕在转子环形导磁铁上，电枢二相线圈的正极接线并联接到由一个金属环组成的正极集电环上，而两个负极接线分别错开接到由几块相互绝缘金属板组成的负极集电环上。
本发明的旋转直流同极电机的电枢磁路，是由环形导磁铁确定的环形磁场，定子磁路由磁钢发出，通过气隙，进入转子环形导磁铁的一段路径，由定子导磁铁导向，由于定子磁路不同，可以构成以轴向磁场为主磁场的盘式旋转直流同极电机和以径向磁场为主磁场的轴式旋转直流同极电机。
本发明的旋转直流同极电机的转动原理是由负极集电环导通电枢中的一相，该相线圈在磁钢磁场的作用下，电枢转动，当该相线圈转动到定子导磁中磁钢磁场的回路时，线圈电流断开，再由负极集电环导通另一相线圈，这样按一定的规律，导通对应的线圈，促使电枢连续旋转。
本发明的旋转直流同极电机，由于线圈中的有效导线是在磁钢磁场的同一极性下工作，电枢线圈中的电流是单一方向，由于电枢线圈产生的磁场是环形磁路，线圈的导通和断开所产生的电磁感应电势能在环形导磁铁中自行互感抵消，所以没有感应磁场能量释放的问题，因而在负极集电环上没有火花，该电机没有换向器，更不需要换向极或延迟换向，具有结构简单的特点。
下面结合附图，说明旋转直流同极电机的结构特征及转动原理。
图1 盘式旋转直流同极电机定子结构图。
图2 盘式旋转直流同极电机转子结构图。
图3 盘式旋转直流同极电机线圈与集电环接线图。
图4 盘式旋转直流同极电机结构图。
图5 盘式旋转直流同极电机定子星形结构图。
图6 盘式旋转直流同极电机转子星形结构图。
图7 盘式旋转直流同极电机星形线圈与集电环接线图。
图8 轴式旋转直流同极电机定子和转子结构图。
图9 盘式旋转直流同极电机双边磁钢结构图。
图10 盘式旋转直流同极电机双边磁钢外转子结构图。
在图1中盘式定子由二块磁钢(1)同一极性布置在定子平面导磁铁(3)圆周面上，磁场由定子导磁铁(2)导回，图中虚线表示定子磁路。
在图2中盘式转子电枢由转子环形导磁铁(4)和线圈(5)及线圈(6)组成，两相线圈在环形导磁铁(4)上是90°角度空间布置，并且绕线的方向一致，每相线圈包含两个线圈且180°布置，两相线圈的正极并联一起，图中虚线表示电枢的环形磁路。
在图3中盘式正极集电环(8)是一个金属环，负极集电环(7)是由四块互相绝缘金属板所组成的，四块金属板相互90°角度用非导电材料隔开，线圈(5)和线圈(6)正极并联接到正极集电环(8)上，而两个负极接线分别错开接到负极集电环(7)上。
图4是盘式旋转直流同极电机结构图，该装配结构图中，定子、转子、负极集电环这三个部件要在90°位置对齐，电机外壳采用非磁性材料，转子环形导磁铁(4)与电机的转轴之间的固定也要用非磁性材料，目的是防止磁路的不稳定，电枢磁路是由环形导磁铁(4)确定的环形磁场，定子磁场由磁钢(1)发出，通过气隙，进入转子环形导磁铁(4)的一段路径，再通过气隙，由定子导磁铁(2)导回，这样定子磁路是一个轴向磁场，并有二个气隙面。
当正极接通电源，由负极集电环(7)导通相对应位置的一相线圈(6)，线圈(6)在磁钢磁场的作用下，电枢转动，当该相线圈(6)旋转90°角度时，碰上定子导磁铁(2)中主磁场的回路时，由负极集电环(7)将该相线圈(6)电流断开，同时接通另一相线圈(5)，由于此时线圈(5)已在定子同一极性主磁场的范围内，则电枢继续转动，这样不停的交换，每相线圈使电枢旋转90°范围。
图5是盘式旋转直流同极电机定子星形结构图，该定子结构由三块磁钢(1)和三块定子导磁铁(2)及一块定子平面导磁铁(3)组成，三块磁钢(1)在定子平面导磁铁(3)的圆周面上是同一极性布置，并相互错开成120°角度。
图6是盘式旋转直流同极电机转子星形结构图，在转子环形导磁铁(4)上，两相线圈分别在120°间距之间分别错开缠绕，两相线圈正极并联一起。
图7是盘式旋转直流同极电机星形线圈与集电环接线图，线圈(5)和线圈(6)正极接线并联接到正极集电环(8)上，负极集电环(9)是由6块相互绝缘金属极组成，每块金属板60°范围，线圈的负极接线分别错开接到负极集电环(9)的金属板上。
星形结构直流同极电机每相线圈使电枢旋转60°范围，这种结构用于大规格电机，该电机电枢受力均匀，每相线圈中的三个线圈也可并联一起，形成多相绕组，适用于低电压、大电流的发电机。
图8是轴式旋转直流同极电机定子和转子结构图，该图中电机外壳(10)是定子磁路的一部分，两块磁钢(1)同一极性布置在外壳(10)的圆周面上，定子磁路由定子导磁铁(2)导回，图中虚线表示定子主磁场是径向磁场。
具体实施例方式
旋转直流同极电机一般采用二相绕组线圈，由于单边磁钢结构的电枢线圈导线有效边少，所以电压不高，为了增加电势，采用双边磁钢结构，能有效的利用电枢线圈导线。
图9是盘式旋转直流同极电机双边磁钢结构图，该结构中定子的两边磁钢磁场切割电枢线圈的两边导线，使电枢线圈导线无效边减少，增大一倍电势。
图10是盘式旋转直流向极电机双边磁钢外转子式结构图，该电机电枢线圈不动，电机磁钢转动，所以并联的正极接线直接从电机空芯轴接入外面，而负极集电环负责导通对应的线圈，并通过滑环(11)输入外面。
旋转直流同极电机中的负极集电环，可用电子开关代替，并通过传感器控制线圈的导通，这样形成旋转直流无刷同极电机，该电机采用二相绕组，所以电机本体结构简单，电子功率元件与目前的三相无刷电机相比，减少了三分之一，增加了可靠性。
旋转直流同极电机的磁钢磁场，可用线圈励磁，这样构成电励磁式直流同极电机，由于定子励磁线圈中有软磁铁，磁导率高，为保证电枢的环形磁场，一般要采用增大气隙解决。
旋转直流同极电机由于电枢采用环形磁路，电枢旋转时，线圈中的电流是单一方向，线圈的断开和导通所产生的电磁感应现象在环形导磁铁中互感抵消，克服了目前直流电机有换向器的缺点，同时电枢磁场不会对磁钢产生不可逆退磁的现象，作为发电机时输出的是无脉冲的恒定电动势，特别是采用双边磁钢结构的盘式同极电机，能使线圈的无效边降低到最低程度，该电机具有电枢工艺简单，转动惯量小，更适合快速正反转。
权利要求
1.一种旋转直流同极电机，其特征在于该电机定子的几块磁钢是同一极性布置在定子导磁铁的圆周面上，转子电枢线圈采用若干相数，并按一定角度方向一致缠绕在环形导磁铁上，线圈正极接线并联接到由一个金属环组成的正极集电环上，两个负极接线分别错开接到由几块相互绝缘金属板组成的负极集电环上，电枢线圈产生的磁路是由环形导磁铁确定的环形磁场，定子磁路由磁钢发出，通过气隙，进入环形导磁铁的一段路径，再通过气隙，由定子导磁铁导回，由于定子主磁场不同，可以组成以轴向磁场为主磁场的盘式旋转直流同极电机和以径向磁场为主磁场的轴式旋转直流同极电机。
2.按权力要求1所述的旋转直流同极电机，其特征在于磁钢和电枢线圈采用星形布置。
3.按权力要求1所述的旋转直流同极电机，其特征在于转子电枢两边分别布置同极磁钢所组成的双边磁钢式旋转直流同极电机。
4.按权力要求1所述的旋转直流同极电机，其特征在于电枢线圈固定，磁钢旋转所组成的旋转直流同极电机外转子式结构。
5.按权力要求1所述的旋转直流同极电机，其特征在于用电子开关代替负极集电环，并通过传感器控制的无刷直流同极电机。
6.按权力要求1所述的旋转直流同极电机，其特征在于磁钢磁场是由线圈励磁所组成的电励磁式旋转直流同极电机。
全文摘要
本发明的旋转直流同极电机是一种电枢线圈中的电流不改变方向的直流电机，该电机没有换向器，只有集电环，其结构特征是电机定子的几块磁钢是同一极性布置在定子导磁铁的圆周面上，转子电枢一般采用二相线圈，且方向一致缠绕在转子环形导磁铁上，二相线圈的正极并联接到由一个金属环组成的正极集电环上，而二个负极接线分别错开接到由几块相互绝缘金属板组成的负极集电环上，该电机是由负极集电环按一定规律导通和断开线图，促使电枢旋转，由于电枢磁场是由环形导磁铁确定的环形磁路，线圈断开和导通所产生的电磁感应现象能在环形导磁铁内部互感抵消，所以负极集电环没有火花，电枢磁场不会对磁钢产生不可逆退磁现象，具有结构简单等优点。
文档编号H02K31/02GK1619926SQ200310116788
公开日2005年5月25日 申请日期2003年11月22日 优先权日2003年11月22日
发明者吴春青 申请人:吴春青