专利名称：辐射极式直流电机的制作方法
技术领域：
本发明属于电机技术领域，它是由机壳.端盖.辐射形单极性磁极.励磁绕组.电枢绕组.电枢铁芯.滑环.电刷.风扇叶等组成。
目前使用的直流电机有“带换向器的普通直流电机”.“无刷直流电机”，“晶闸管整流供电的直流电机”及获得国家专利申请的，如“申请号87216880.8无换向器直流电机”，“申请号88205221.7无换向装置单磁极直流电机”，“申请号88220091.7无换向器直流电机”等。
“带换向器的普通直流电机”需借换向器和电刷实现电枢绕组内交流电与外电路直流电的转化，换向器制造复杂，使用中换向器上容易生火花，浪费了电磁能，并且由于电枢转动时，主磁通在电枢铁芯内交变引起铁芯损耗，能量损耗较大，电机效率低，结构也较为复杂。
“无刷直流电机”利用了位置传感器和电子元件，电机正反运行需两套传感器，使电机结构复杂，低速时电机转动均匀性差，电机过载能力受到电子元件换流能力的限制。
“晶闸管整流供电的直流电动机”晶闸管供电电压中有较大的交流成分，使电机换向困难，损耗增加，温升偏高，电机效率低，机电振动和噪音也大。
获得国家专利的一些申请，电机结构及制造较为复杂，电机闭合磁回路存在两个气隙，使所需磁动势较大，不便电机向小型化，简单化发展。
本发明的目的是提供一种新型的直流电机，避免上述现有技术的不足，电机工作时无需换向器就能实现直流电与机械能的相互转换，结构及制造简单，维修方便，造价成本低，能量损失小，电机效率高，电机有便于向大容量.高速及小型化发展。
本发明是这样实现的辐射极式电机可制造成旋转磁极式与旋转电枢式两种。
旋转磁极式电机采用了辐射形单极性转子磁极在定子铁芯内圆表面固定有定子电枢绕组，由于转子磁极的单极性，在气隙内建立的磁场呈现为单极性，以原动机拖动转子旋转，使定子电枢绕组切割单极性气隙磁场，进而在电枢绕组各导体内感应出方向不变的直流电势或电流。根据电机的可逆原理，该电机还可以作为电动机运行。
旋转电枢式电机，其工作原理与旋转磁极式电机相同，只是辐射式单极性磁极固定在定子机壳内，电枢绕组固定在转子铁芯表面的电枢槽内。
工作原理该电机基础原理为法拉第电磁感应定律。
一.电机磁路旋转磁极式电机励磁绕组由三个绕制在转子内铁芯各凸极彼此相差120°的线圈绕成。由于转子在空间旋转，所以转子励磁绕组的两端头应分别接在固定在转轴上的两滑环上，通过滑环.电刷从外引入直流励磁电流。当励磁绕组通以一定方向的直流电时，在电机内形成如下的磁回路转子磁极-转轴-前(后)端盖-机壳-定子铁芯-气隙-转子磁极。如图1虚线示。注意各转子励磁绕组线圈的绕向一致，通以相同方向的励磁电流，使辐射形转子磁极呈现为单极性.所以气隙磁场也呈现为单极性。
旋转电枢式电机定子励磁绕组也是由三个绕制在定子铁芯各凸极彼此相差120°的线圈组成。直接从机外引入励磁电流当各线圈通以一定方向的电流时，在电机内部形成与旋转磁极式电机相同的磁回路。注意各定子励磁绕组线圈的绕向一致，通以相同方向的励磁电流，使辐射形定子磁极呈现单极性。
旋转磁极式电机的气隙磁场由单极性转子磁极产生;旋转电枢式电机的气隙磁场由单极性定子磁极产生;电机两端盖外侧轴孔处均有凸出的圆环凸台，凸台与轴间距足够小，这样既可稳定转子的运转，又可减小磁路磁阻。
二.旋转磁极式直流电机图1是旋转磁极式电机的工作原理图。1-电机机壳，2-前端盖3-后端盖4-风扇叶5-辐射形单极性转子磁极6-定子电枢绕组(即产生感应电势的绕组)固定在定子铁芯表面的电枢槽内7-转子励磁绕组8-线孔9-轴承。
定子电枢绕组由多根单导体并列嵌放在定子铁芯内圆表面的电枢槽内，各导体两端用导线通过线孔引出机外。(如图3)当转子由原动机拖动转动时，单极性转子磁极形成的磁场随之旋转，而定子电枢绕组固定不动，根据右手定则，定子电枢绕组会切割转子磁极产生的单极性磁场，在定子电枢导体内感应出方向不变的电势，转子旋转过程中，磁场方向，导体运动方向，及感应电势方向三者严格遵循右手定则，并且各电枢导体都是切割单极性磁场，所以各电枢导体内感应电势的方向始终不发生改变。定子电枢绕组在机壳外采用不同方式联结可获得多种输出电压，(1)电枢绕组各导体两端在机壳外并联，可获得低压大电流的电压，可用于电镀.电解等电化学中;(2)电枢绕组各导体两端依次串联，可以输出高电压;(3)电枢绕组各导体通过并联.串联及串并联的形式可获得不同等级的电压。
根据电机可逆原理，该电机既可做为发电机运行又可做为电动机运行。做为电动机运行，当电枢绕组通以一定方向的直流电流时，根据左手定则，各通电导体将会在单极性气隙磁场中受磁力作用，定子固定不动，由于力是作用与反作用的，电磁力将推动转子旋转。通过在机壳外改变各导体的联结，可使电机在同一电压获得各种转速，电机可通过串电阻来实现串电阻启动和串电阻调速;还可通过调磁.调压来实现调速。
电枢绕组还可采用鼠笼形绕组，即采用单个导体并列嵌放在定子铁芯内表面两端头的两集电环间的电枢槽内，两集电环通过线孔引出机外。如图2示转轴上的两个滑环应与转轴绝缘。
定子电枢绕组应与定子绝缘。
转子磁极可采用永久磁铁。
转子铁芯凸极的数目及绕制在凸极上的励磁绕组线圈的数目，一般为三个，这样制造简单，又可使转子受力均匀，电机运行平稳，其数目也可根据需要选定。
三.旋转电枢式直流电机图4为旋转电枢式直流电机工作原理图。1-电机机壳2-前端盖3-后端盖4-风扇叶5-单极性定子磁极6-定子励磁绕组线圈固定在定子铁芯各凸极上7-转子电枢绕组.固定在转子铁芯表面的电枢槽内，制成鼠笼形状8-线孔9-轴承。
转子电枢绕组由多个单根导体并列固定在转子铁芯表面的两集电环间的电枢槽内，两集电环与转轴上的两滑环相联结，通过滑环.电刷与外电路接通，这样转子电枢绕组就如同鼠笼形状(如图6示)，当转子电枢绕组内通以一定方向的电流时，转子电枢导体将在辐射形定子磁极形成的单极性气隙磁场中受磁力作用，驱动转子旋转，电机可实现串电阻启动，调速及调磁调速.调压调速，该电机做为发电机运行时，由于各电枢导体并联联结，只能在两电刷间输出低压大电流电压，因此一般只作为电动机使用。
转子电枢绕组与转子铁芯绝缘，转轴上的两滑环与转轴绝缘，定子磁极可采用永久磁体。
辐射极式直流电机，既可制成旋转磁极式，又可制成旋转电枢式，从结构上看，旋转磁极式电机，磁极装在转子上，其电压与容量常比电枢小的多，所以电刷和滑环的负荷和工作条件就大为减轻和改善，电机机壳存在多个线孔，各励磁绕组线圈间又存在间隙，两端盖上可适当留有通风口，使电机既有轴向通风孔，又有径向通风孔，电机通风冷却较好;又由于电枢绕组在机壳外连接比较灵活，因此此种电机可用于调速要求高输出多级电压的大.中型容量的电机。旋转电枢电机结构简单，便于向小型化发展，它一般可有于容量小.体积小.结构简单的小型电机。
附图给出了实施例，下面结合附图作进一步详述。
辐射极式直流电机由机壳.端盖.辐射形单极性磁极.电枢绕组.电枢铁芯.滑环.电刷.风扇叶等组成。其特征在于(1)转子磁极转子磁极由转子外铁芯.转子内铁芯及绕制在内铁芯凸极上的励磁绕组组成。转子内铁芯上有三个凸出的凸极彼此相差120°，用以绕放励磁绕组，绕放有励磁绕组的内铁芯嵌套在圆筒形的外铁芯内，为了使内外铁芯的嵌套牢固且不出现气隙，对各凸极的机械加工应使其的外表面形成一个“锥形面”，也就是凸极一端的外径大于另一端的外径，内铁芯的形状如图7示，同时在圆筒形外铁芯的内表面开有与凸极相吻合的浅槽，外铁芯形状如图5示，在内铁芯凸极的细端用环形挡板(10)和螺钉(11)把内外铁芯固定为一体;环形挡板及内铁芯细端均有对应的螺孔，环形挡板的外径应稍大于圆筒形外铁芯的内径，其固定如图8示，这样使励磁绕组的固定可靠合理，避免了离心力对励磁绕组的影响。转子励磁绕组绕制在彼此相差120°的各凸极上，各线圈的绕向应一致，通以一定方向电流时，各线圈的同端侧产生同名极性，由于励磁绕组随转子转动，其励磁电流需通过固定在转轴上的两滑环与静止的电刷从外引入，励磁绕组的高度应低于凸极细端外径的高度。
转子磁极也可用永久磁体代替。
(2)定子磁极定子磁极为圆筒形，其外表面有三个彼此相差120°的凸极，用于绕放励磁绕组。所有凸极的外表面形成一个“锥形面”，也就是凸极一端的外径大于另一端的外径，同时在机壳内表面加工出与凸极相吻合的浅槽，绕放有励磁绕组的定子铁芯在机壳内的固定与转子内外铁芯的固定相同，环形挡板的外径应大于机壳的内径，定子励磁绕组线圈的绕向一致，通以一定方向电流时，各励磁绕组线圈的同端侧产生同名极性，定子励磁绕组的高度应低于凸极细端的外径。
定子磁极也可由永久磁体代替。
定子铁芯.转子内.外铁芯由于导磁和固定励磁绕组的要求，一般由高强度和导磁性能好的含铬.镍和钼的合金钢锻成转子内铁芯和轴可锻成一体，轴作为磁路的一部分，为减少磁阻，使电机两端盖内的轴直径稍大些，由于电机几乎没有铁损，各铁芯可用硅钢体或铸造。
从结构装置及工作原理可以看出辐射极式直流电机具有以
(1)电机充分利用内部空间，结构及制造简单，维修方便，便于向大容量.高速度.小型化发展。
(2)电机能量损失小，温升可比普通直流电机下降。
(3)取消了换向，可实现高速拖动，具有普通直流电机同样优良的调速性能。
(4)闭合磁回路中只存在一个气隙，使回路中磁阻减小，因此所需磁动势较小。
图1旋转磁极式直流电机工作原理2.图3旋转磁极式直流电机定子电枢绕组排列4旋转电枢式直流电机工作原理5旋转磁极式直流电机转子外铁芯剖面6旋转电枢式直流电机电枢绕组排列7旋转磁极式直流电机转子内铁芯剖面8旋转磁极式直流电机转子内.外铁芯及励磁绕组装配图
权利要求
1.一种辐射极式直流电机由机壳，端盖，单极性磁极，励磁绕组，电枢绕组，滑环，电刷，风扇叶等组成。电机既可做成旋转磁极式，又可做成旋转电枢式，该电机特征在于a.电机采用辐射形单极性定子磁极，或单极性转子磁极，电机气隙磁场呈现为单极性；b.旋转磁极式直流电机，定子铁芯内表面的电枢槽内嵌放着定子电枢绕组，电枢绕组采用单导体并列嵌放各导体两端可引出机外连接，转子磁极由转子内铁芯，圆筒形转子外铁芯及绕制在内铁芯凸极上的励磁绕组组成。内铁芯套装在外铁芯内；内铁芯的所有凸极的外表面形成一个“锥形面”，外铁芯内表面开有与凸极相吻合的浅槽，转子励磁绕组由三个固定在转子内铁芯上彼此相差120°的线圈组成，也可由多个线圈组成，各个线圈绕向必须一致，通以励磁电流后，使各线圈同端侧产生同名极性；c.旋转电枢式直流电机，其电枢绕组采用单个导体并列嵌放在转子铁芯外表面两端的两集电环间的电枢槽内；集电环与转轴上的两滑环相连接；其励磁绕组由三个固定在定子铁芯凸极上彼此相差120°的线圈组成；也可由数个线圈组成，各线圈绕向必须一致，通以励磁电流后，使各线圈同端侧产生同名极性。
2.根据权利要求1所述电机，其特征在于定子磁极或转子磁极采用永久磁体。
3.根据权利要求1.2所述的电机，其特征在于定子电枢绕组或转子电枢绕组采用鼠笼形绕组。
4.根据权利要求1.2所述的电机，其特征在于电机通过机壳.前(后)端盖.转轴.转子铁芯.气隙.定子铁芯形成闭合磁路，闭合磁路中仅存在一个气隙。
5.根据权利要求1.2所述电机，旋转磁极式电机，其特征在于转子内铁芯套装在外铁芯内，在内铁芯细端用环形挡板及螺钉把内外铁芯固定在一体;旋转电枢直流电机，定子铁芯的所有凸极的外表面形成了一个“锥形面”，其在机壳内的固定与旋转磁极式电机转子内外铁芯固定相同，机壳内开有与凸极相吻合的浅槽。
全文摘要
一种辐射极式直流电机，采用辐射形单极性磁极，磁回路只存在一个气隙，电机可制成旋转磁极式或旋转电枢式，拖动磁极或电枢旋转，使电枢绕组切割单极性磁场，进而在电枢绕组内感应出方向不变的直流电势；旋转磁极式电机的电枢绕组通过在机壳外的不同联结，可获得多种等级的直流电压，应用于电镀，电解等直流用电设施，电机作为电动机运行可用于对调速要求较高的生产机械上。
文档编号H02K31/02GK1072296SQ9111048
公开日1993年5月19日 申请日期1991年11月9日 优先权日1991年11月9日
发明者乔宝贵, 赵巧鱼 申请人:乔宝贵, 赵巧鱼