专利名称：感应直流电动机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种直流电动机，该电动机可以通过磁场的旋转而使转子旋转， 且可实现无级调速。
背景技术：
目前，公知的电动机分直流与交流两种类型。其中交流电动机中以三相感应电动 机应用最为广泛，但三相感应电动机的转速不便于调节，且其功率因数较低，因此不是较完 美的电动机；而目前的直流电动机尽管其转速便于调节，但是其结构复杂，成本较高，因而 也不是较完美的电动机。
发明内容为了克服现有的交流电动机转速不便于调节及直流电动机构造复杂成本高等不 足，本实用新型提供一种感应直流电动机，该直流电动机不仅能方便调速，而且其成本较低 功率较大。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是该电动机由定子及转子两部分 组成，其中转子为鼠笼式(与三相感应电动机的转子类似)，转子与定子之间为空隙，而定 子则是由圆环形的硅钢片冲叠而成，且其内圆壁上均勻地开有一些沿轴线方向竖直的槽， 这样相邻两槽之间就会露出一个磁极头，在一个磁极头上沿槽方向从里到外绕上几匝漆包 导线，接着再按照同样的绕制方式去绕相邻的磁极头，当所有磁极头都绕满后再把漆包导 线的首尾两端相焊接，接着再从每相邻两磁极头线圈的连接导线上各抽出一根导线，再使 这些导线的另一端依次与调极换向器中的调极电刷片一一对应地相焊接，调极换向器中的 调极电刷片均勻地分布在一绝缘圆环的内表面上，在该绝缘圆环内有一电极触头与其内表 面上的调极电刷片相接触，该电极触头有两个滚珠，两个滚珠各引出一根导线通过滑环、外 电源电刷分别与外电源的正负极相导通，同时该电极触头安在一小型直流电动机的转轴 上。这样当外电源开关合上后，电流将通过电极触头一端流入绝缘圆环内表面上的调极电 刷片中，接着再从绕组线圈中流入定子绕组线圈中，再从左右相邻的两磁极头上的线圈中 分流，再在对面的绕组抽线上汇合，流入与其抽线相连的调极电刷片中，再流入电极触头的 另一端，进而流回电源的负极。由于定子内的磁极头线圈绕制方式一致但从绕组抽线中流 入的电流方向却相反，因而由电磁感应定理可知同一方向的电流使得所对应的磁极头中产 生相同的磁性，不同方向的电流使得磁极头中产生不同的磁性，所以在定子内产生正对着 的N、S磁场。这样当调速直流电动机转动时，将带动与其相连的电极触头一起转动，这样电 极触头的两滚珠将在绝缘圆环内的所有调极电刷片上依次相接触，因而电流就会依次流入 与调极电刷片相接的绕组抽线中，进而导致与绕组抽线相邻的磁极线圈中的电流方向发生 变化，这样磁极头中产生的磁场磁性就会发生变化。由电磁感应定理可知，变化的磁场在导 体中产生涡电流，该涡电流在磁场中将受到安培力的作用，且安培力方向一致，这样导体就 会转动。另一方面当磁场磁性依次交叠变化时，那么总磁场就会在定子内部旋转起来，类似于三相感应电动机内的旋转磁场，这样旋转磁场在笼型转子中产生感应电流使之受安培力 作用而转动，通过改变调速直流电动机的转速，就可调节旋转磁场的转速，进而可调节转子 的转速。它的原理就是通过外力使得磁极头上的线圈与电源正负极之间的两接线头位置发 生对调(即以前接正极的改为接负极，以前接负极的改为接正极)，这样就可改变磁极头中 的磁性，使磁性的改变在定子磁极头中沿同一方向传递下去，那么就会产生旋转的磁场，由 电磁感应定理可知旋转的磁场将在转子中产生涡电流，该涡电流在磁场中受安培力的作用 且安培力方向一致，进而转子就会转动起来，通过改变磁极线圈与电源正负极之间两接线 头对调的快慢就可调节旋转磁场的快慢，进而可调节转子转速。 本实用新型的有益效果是，可以通过改变调速直流电动机的转速就可调节该电动 机的转速，可实现无级调速，且由于该电动机的转子可做成笼型，因而结构简单，成本较低。
[0006]下面结合符图和实施例对本实用新型作进一步说明。[0007]图1是本实用新型的内部结构图。[0008]图2是定子铁芯的俯视图。[0009]图3是定子磁极头的平面展开图。[0010]图4是定子绕组线圈的平面展开图。[0011]图5是调极换向器的平面图。[0012]图6是调极电刷的斜视图。[0013]图7是调极电刷上的调极电刷片的平面分布展开图。[0014]图8是电极触头纵剖面图。[0015]图9是定子绕组抽线与调极电刷片连线平面图。[0016]图10是笼型转子正视图。[0017]图11是定子空腔内磁场分布图。[0018]图中1、绝缘外壳，2、定子电枢，3、磁极头，4、绕组线圈，5、绕组抽线，6、转子，7、金
属条，8、绝缘圆环，9、调极电刷片，10、电极触头，11、滚珠，12、滚珠槽，13、弹簧，14、滚珠支 杆，15、直臂杆，16、中轴杆，17、包皮导线，18、滑环，19、轴孔，20、外电源电刷，21、调极换向 器，22、调速直流电动机，23、扇叶，24、轴承，25、接线盒。
具体实施方式
在图1中，定子电枢(2)固定在绝缘外壳(1)内壁上，定子电枢(2)中插入转子 (6)，转子(6)与定子电枢(2)之间有空隙，转子(6)上端安有扇叶(23)，转轴两端分别套有 一轴承(24)，轴承(24)固定在端盖上，调极换向器(21)的中轴与调速直流电动机(22)的 中轴机械连接，且调极换向器(21)及调速直流电动机(22)都固定在绝缘外壳(1)内壁上。在图2中，定子电枢(2)呈圆环形，定子电枢⑵是用圆环形硅钢片冲叠而成，定 子电枢(2)内圆壁上开有竖直的槽，槽内用于放置漆包导线，相邻两槽之间为磁极头(3)， 总槽数应为偶数个，这样才能使得磁极头(3)均勻对称地分布，产生的磁场也会是均勻对 称的。如图3、4所示，电枢绕组导线在槽中从一磁极头(3)上开始绕制，在磁极头(3)上沿槽方向按照由槽内向槽外的方式缠绕在该磁极头上，绕制数匝后，再转入下一个磁极头 (3)上按照同样的方式进行缠绕，即所有磁极头(3)上的绕组线圈(4)绕制时的绕向应始 终保持一致，只到磁极头(3)都绕完为止，再将绕线的两端相焊接，接着再从每相邻的两磁 极头(3)的中间连线上各抽出一根绕组抽线(5)，该绕组抽线(5)用于连接在调极换向器的调极电刷片(9)上，同时应注意每个磁极头(3)上的绕组线圈(4)匝数应相等，只有 这样才能保证每个磁极头(3)中产生的磁场强度大小相等。如图5所示，调极换向器(21)由调极电刷与电极触头(10)所构成，其中调极电刷 为一绝缘圆环(8)，且在该绝缘圆环(8)内壁上均勻地分布有调极电刷片(9)，调极电刷片
(9)的数目应与定子电枢(2)内壁上的槽数相等，只有这样才能保证定子绕组抽线(5)与调 极电刷片(9) 一一对应地相焊接，电极触头(10)两端与绝缘圆环(8)的内表面良好接触， 电极触头(10)两滚珠(11)通过包皮导线(17)与滑环(18)相连接，再与外电源电刷(20) 相接触外电源电刷(20)与外电源的正负两极相导通。在图6中，绝缘圆环(8)是由绝缘材料做成，其内圆壁上开有倾斜的槽，相邻两倾 斜槽应在竖直轴方向可以重叠，槽内嵌入调极电刷片(9)，且调极电刷片(9)固定在槽内 (可以使用金属液灌注法，也可以直接用金属条插入其中)，同时应保证调极电刷片(9)与 槽口相平，即调极电刷片(9)在绝缘圆环(8)内壁上即不凸出，也不凹进，这样当电极触头
(10)在内壁上滑动时，其阻力就会大大减小，同时接触也会良好，另外应保证所有调极电刷 片(9)互不相连接，即保证各调极电刷片(9)之间有较高的绝缘性。如图7所示为调极电刷片(9)的部分平面展开图，调极电刷片(9)在绝缘圆环⑶ 内不是竖直排列的，而是倾斜排列的，且使得相邻的两个倾斜调极电刷片(9)的上下两端 在竖直轴方向是重叠的(如图中的虚线所示)，这是因为当电极触头(10)的两滚珠(11)在 绝缘圆环(8)内壁上滑动时，将会与调极电刷片(9)依次相接触，在相邻的两个调极电刷片 (9)之间相切换时，为了保证电流不突然中断，则应使滚珠(11)从一个调极电刷片(9)滑到 下一个调极电刷片(9)的过程中，应使滚珠(11)都始终要与其中任一调极电刷片(9)相接 触，而不出现电流中断，否则电流一旦有中断点则对磁场有很大影响，转子(6)就不能平稳 地勻速转动。如图8所示，电极触头(10)由一左右对称的直臂杆(15)及中轴杆(16)构成，直 臂杆(15)与中轴杆(16)都用结实的绝缘材料做成，直臂杆(15)内腔中两端各放有一滚珠 槽(12)，两滚珠槽(12)之间夹有压缩的弹簧(13)，两滚珠槽(12)内各放有一滚珠(11)，滚 珠(11)及滚珠槽(12)都用良导体材料做成，且滚珠(11)应耐磨，直臂杆(15)端口向内凹 进，且该端口小于滚珠槽(12) 口但大于滚珠(11)的长宽，这样滚珠槽(12)不会滑出直臂 杆(15)夕卜，同时滚珠(11)可伸出直臂杆(15)端口外与调极电刷片(9)相接触，每个滚珠 槽(12)底部焊接一可伸缩的包皮导线(17)，两根包皮导线(17)沿直臂杆(15)进入中轴杆 (16)空轴内与中轴杆(16)底端的两滑环(18)分别相焊接，滑环(18)与正对着的外电源电 刷(20)良好接触，外电源电刷(20)分别与外电源的正负两极相连接，中轴杆(16)底部开 有轴孔(19)，用于插入调速直流电动机(22)的转轴，由于调速直流电动机(22)只负责带 动电极触头(10) —起转动，因而做功很少，所以可选用小功率的直流电动机。这样当调速 直流电动机(22)通电转动时，电极触头(10)也会随之一起转动，若一端的滚珠(11)为正 极，则另一端的滚珠(11)始终通入负极，同时滚珠(11)应为空心圆柱形，中间插入滚珠支杆(14)，滚珠支杆(14)半径略小于滚珠(11)空腔半径，这样滚珠(11)可在滚珠支杆(14) 上自由滚动，滚珠支杆(14)与滚珠槽(12)内壁相焊接，滚珠(11)的长应略大于绝缘圆环 (8)的高度，这样滚珠(11)在绝缘圆环(8)内转动时始终都可以与任一调极电刷片(9)相 接触，这样电流不会出现中断。在图9中定子绕组抽线(5)与其下方的调极换向器(21)内的调极电刷片(9) 一一 对应按顺序地相焊接，这样电极触头(10)的电流可以通过该绕组抽线(5)流入磁极头绕组 线圈(4)中。图10中，转子(6)由圆形硅钢片冲叠而成，其侧面开有竖直的槽，槽内可放入金属 条(7)，也可直接用铜或铝液注入其中，冷却后再用金属端环与各个金属条端头相焊接，若 撤去其中的铁芯，则外型酷似一个鼠笼，因而称作“笼型转子”，这与三相感应电动机的笼型
转子相一致。在图11中，当A端绕组抽线(5)中通入正电压，与其对应的A1端绕组抽线(5)中 通入负电压，则可推知AA1左侧的所有磁极头(3)中将产生N极磁场，而AA1右侧中的所有 磁极头(3)中将产生S极磁场，这样磁场将从N极流向S极，当调极换向器(21)换向后，使 得正电位从A端移到B端，负电位从A1端移到B1端，这样BB1左侧的所有磁极头(3)将产 生N性磁场，BB1S侧所有磁极头(3)将产生S性磁场，即AB之间的磁极头(3)中的磁场由 原来的S磁性变成了 N磁性，而A1B1之间的磁极头(3)中的磁场由原来的N磁性变成了 S 磁性，其它磁极头(3)中产生的磁场均不变，这样由电磁感应定理可知，变化的磁场在导体 中产生涡旋电流，该涡旋电流方向与磁场变化方向成右手螺旋关系，该涡电流在左右两侧 的磁场中受到安培力的作用，由安培定理可推知该涡电流在左右两侧的磁场中受到的安培 力方向相同，因而转子就会沿同一方向旋转下去。另一方面从整体上看磁场发生了转动，即 磁场的中位线从AA1转到了 BB1处。当调极换向器(21)不断地转动下去时，正电位就会在 ABCD……中依次换位，同时负电位就会在A1B1C1D1……中依次换位，这样磁场就会在空间旋 转起来，磁场旋转的快慢取决于调极换向器换极的快慢。(注，图中为了简略起见只列出了 六对磁极头，其实磁极头数目只要为偶数个即可。)这样电动机总的工作过程即为当外电源导通后，电流将从外电源电刷(20)流到 滑环(18)中，再流入电极触头(10)的滚珠(11)中，进而流入调极电刷片(9)中再流入与 之相接的绕组抽线(5)中，最终进入定子电枢绕组线圈(4)中，使得磁极头(3)中产生NS 磁场，当调速直流电动机(22)通电转动后，电极触头(10)的滚珠(11)就会依次接触每一 根调极电刷片(9)，进而正负电位的位置就会按顺序地发生移动，这就导致了定子电枢绕组 线圈中电流的方向发生变化，进而使得磁场的磁性在空间依次交替变化，类似于产生了旋 转的磁场，该旋转的磁场流过笼型转子铁芯，使得笼型转子金属条(7)中产生相应的感应 电流，该感应电流在磁场中受到安培力的作用，且方向一致，最终旋转起来，磁场旋转的越 快则转子就转动的越快，当然转子的转速略低于磁场的转速(否则就无法出现感应电流， 这和三相感应电动机很相似)，又磁场的转速取决于调速直流电动机的转速，这样通过改变 调速直流电动机的转速就可控制转子的转速，且可实现无极调速。当然，在输出功率一定的 情况下，转速越快则外电源电压就应较高，转速越慢则外电源电压就应较小。最优实施方案应尽可能多的设置磁极头⑶数目，这是因为当磁极头⑶中磁场 磁性交替变化时，磁极头(3)数目越多，则磁场变化的总体稳定性就越好，即实现磁场近似均勻变化，这样磁场旋转的也就更加平稳，转子转动的稳定性也就越好，同时还应注意在 开机前，应先导通调速直流电动机(22)，使其转动平稳后，再导通外电源，这是因为先使 调速直流电动(22)旋转再导通外电源，则开机时电流不会太大，因而不会烧坏线圈，否则， 若先导通外电源则在通电一瞬间将产生很大的电流，线圈有可能被烧坏，因此，为了安全起 见，应先导通调速直流电动机(22)使其转动再导通外电源，另外调速直流电动机(22)做功 很少所以应选用小功率的直流电动机，这样可节能同时调速也方便。
权利要求一种感应直流电动机，在绝缘外壳(1)中，定子电枢(2)固定在绝缘外壳(1)内壁上，转子(6)位于定子电枢(2)空腔中，转子(6)上端安装有扇叶(23)，转子(6)两端套有轴承(24)，轴承(24)固定在端盖上，调速直流电动机(22)及调极换向器(21)固定在绝缘外壳(1)的内壁上，其特征是定子电枢(2)用圆环形硅钢片冲叠而成，定子电枢(2)内圆壁上均匀地开有偶数个槽，相邻两槽之间的磁极头(3)上安有绕组线圈(4)，绕组线圈(4)从槽内向槽外延伸绕制，所有磁极头(3)绕完线圈后再将绕组线圈(4)两头端线相焊接，所有磁极头(3)上的线圈匝数均相等，在所有相邻两磁极头(3)之间的连线上各抽出一根绕组抽线(5)，该绕组抽线(5)与其下方的调极换向器(21)中的调极电刷片(9)一一对应按顺序地相焊接，转子(6)为笼型转子。
2.根据权利要求1所述的感应直流电动机，其特征是调极换向器(21)由一个绝缘圆 环⑶及电极触头(10)构成，绝缘圆环(8)内壁上开有倾斜的槽，槽数与定子电枢(2)内 圆壁上槽的数目相等，槽中固定有耐磨的调极电刷片(9)，相邻两个调极电刷片(9)在竖直 轴方向相互叠映。
3.根据权利要求2所述的感应直流电动机，其特征是电极触头(10)由直臂杆(15) 及中轴杆(16)构成，直臂杆(15)内腔两端口中各放入一滚珠槽(12)，两滚珠槽(12)之间 夹有一压缩的弹簧(13)，滚珠槽(12)中放入滚珠(11)，两滚珠(11)与绝缘圆环(8)内壁 良好接触，直臂杆(15)两端口向内凹进，且该端口小于滚珠槽(12)端口，但大于滚珠(11) 的长宽，滚珠(11)为一空心圆柱状金属，其空腔中插入一滚珠支杆(14)，滚珠支杆(14)用 良导体材料做成，滚珠支杆(14)固定在滚珠槽(12)内壁上，中轴杆(16)下端有两个滑环 (18)，两滑环(18)分别与两个滚珠槽(12)用可伸缩的包皮导线(17)相连接，两滑环(18) 分别与外电源电刷(20)相接触。
专利摘要一种能够产生旋转磁场的感应直流电动机。它是在绝缘外壳内，定子固定在绝缘外壳内壁上，转子插入其中，转子为鼠笼型，定子内圆壁上有偶数个磁极头，每个磁极头上按顺序绕有相同匝数且绕制方向一致的线圈，两磁极头连线上各抽取一根导线与对应的调极电刷片相焊接，电极触头中轴杆接在调速直流电动机转轴上，当导通外电源，则外电流流入定子线圈中，当调速直流电动机转动时，电极触头就会在所有调极电刷片上依次滑过，这样定子线圈中的电流就会发生变化，导致磁场旋转，则转子在旋转的磁场中感应出的涡电流在磁场中受安培力作用就会旋转起来，通过改变调速直流电动机的转速，就可调节转子的转速。
文档编号H02K1/16GK201690334SQ20102021708
公开日2010年12月29日 申请日期2010年5月28日 优先权日2010年5月28日
发明者冯善龙 申请人:襄樊学院