专利名称：高效、节能、超转矩车用直流电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高效、节能、超转矩车用直流电动机。
由于合理的选用定转子极数，使其结构更加合理，尤其对於使用以蓄电池为电源的小功率备型电动自行车，摩托车、汽车、尤为重要。也适用於其他工业、农业、矿山、冶金等行业使用的调速电机行业。
普通的直流电动机的工作原理，大都是要想8个磁极同时工作，则电抠(转子)需要设置二十多极，且定转子均通电产生电磁场、相对作用力产生旋转。这种电动机的结构极为复杂，需要使用大量的电抠绕组，本身较为笨重。如果采用永磁体做定子磁极，由于结构上的原因，转矩力不可能做得多大，若不采用永磁体做定子磁极，又达不到节能的目的。
本发明的目的，是合理选择定转子磁极及极数比，使其通电工作时，只有部分磁极在极短的时间内处于换向，而其余所有磁极相互吸、斥工作，故转矩力特大。
合理的选用定转子磁极极数，最关键的是合理选择定子磁极数，使定子磁极磁场方向排列合理，即通过轴心，向心互为异性磁场的原则。其必需具备二个条件1、定子磁极数必需是偶数，2、磁极数必需是或6以上隔一个偶数的偶数，如6、10、14、18、22……。定子极数选定后，所选转子极数的原则是与定子极数比互为2∶3或3∶4，但必需是整数。如定子选6，转子可选8或9。定子选10，转子选5。
当定转子极数比为2∶3时，可将所有转子磁极分为3组，当定转子极数比为3∶4时，则将所有转子磁极分为8组，如转子8极，Z1为第一组，Z2为第二组……。
如定转子磁极极数分别为6和9，极数比为2∶3，则将转子9极分为3组。排顺序数z1 z4 z7为第一组，z2 z5 z8第二组，z3 z6 z9为第三组。所有同组的磁极处于对应的位置，通电产生的磁场方向相同，换向时同时换向。
换向器换向铜片5的数量是所选的定转子磁极数的最小公共倍数。如定子磁极数选6，转子磁极数选9，则换向器片5总数是18。定子磁极数选6，转子磁极数选8，则换向器铜片5的总数是24。
将所有换向器片分组，接入转子磁极线圈电路，分组的原则是定转子极数比是2∶3，分6组定转子极数比是3∶4，分8组每组的换向器片数是总片数除组数。
如定子6极，转子9极，换向器片数18，定转子比2∶318÷6=3(片)。将同组中换向器片5相连形成正三角形。定子6极，转子8极，换向器片数24，定转子极数比3∶4，24÷8=3(片)。将同组中换向器片5相连形成五角形。
定子10极，转子15极，换向器片30定转子极数比2∶330÷6=5(片)。将同组中换向器片5相连形成正五角形将转子磁极线圈4接入换向器电路；定转子磁极数比是2∶3,6组的接线原则接同顺序或旋转方向排列，第1组换向器片5接第一组转子磁极线圈4的_端，第2组换向器片5接第三组的转子磁极线圈4的⊙端，第3组换向器片5接第二组转子磁极线圈4的_端、第4组的换向器片5接第一组转子磁极线圈4的⊙端，第5组换向器片5接第三组转子磁极线圈4的_端，第6组换向器片5接第二组转子磁极线圈4的⊙端。
具体接法见摘要附图定转子极数比是3比4,8组的接线原则第1组换向器片5接第一组转子磁极4的_端第2组接换向器片5第四组转子磁极4的_端第3组换向器片5接第三组转子磁极4的⊙端第4组接向器片5接第二组转子磁极4的_端第5组换向器片5接第一组转子磁极4的⊙端第6组换向器片5接第四组转子磁极4的⊙端第7组换向器片5接第三组转子磁极4的_端第8组换向器片5接第二组转子磁极4的⊙端具体接法见说明书附
图1从摘要附图和说明书附图1、2可以看出，通电后，分别只有三分之一的磁极和四分之一的磁极暂时处于换向位置。换向结束后所有定子磁极8，对转子磁极3，均同时处与推斥前方的转子磁极，吸拉后方的转子磁极，故转矩特大。
摘要附图工作过程如下转子磁极3 Z1Z4Z7暂时处于换向位置其余各极的工作关系为Z2_端接正刷，⊙端接负刷产生S极，被D1S极斥，D2N极吸Z3⊙端接正刷，_端接负刷产生N极被D2N极斥，D3S极吸Z5_端接触正刷⊙端接负刷产生S极被D3S极斥，D4N极吸Z6⊙端接触正刷_端接触负刷，产生N极被D4N极斥，D5S极吸Z8_端接触正刷⊙端接触负刷，产生S极被D5S极斥，D6N极吸Z9⊙端接触正刷_端接触负刷，产生N极被D6N极斥，D1S极吸待换向结束后，又增加了Z1_端接触正刷⊙端接触负刷，产生S极被D1S极斥，D2N吸Z4_端接触正刷⊙端接触负刷，产生S极D3S极斥，D4N吸Z7_端接触正刷⊙端接触负刷，产生S极被D5S极斥，D6N吸所有转子磁极3同时工作。
附图1定、转子极数分别为6和8，其工作过程如下Z1、Z5处于换向位置，其余各极分别为
Z2_端接正刷⊙端接负刷，产生S极，被D1S极斥，D2N极吸。
Z3⊙端接正刷_端接负刷，产生N极D2N极斥，D3S极吸。
Z4_端接正刷⊙端接负刷，产生S极，D3S极斥，D4N极吸。
Z6⊙端接正刷_端接负刷，产生N极，被D4N极斥，D5S极吸。
Z7_端接正刷⊙端接负刷，产生S极，被D5S极斥，D6N极吸。
78⊙端接正刷_端接负刷产生N极，被D6N极斥，D1S极吸。
待换向结束，又增加了Z1_端接正刷⊙端接负刷，产生S极，被D1S极斥，D2N极吸。
Z5⊙端接正刷_端接负刷，产生N极，被D4N极斥，D5S极吸。
所有磁极同时工作。从附图中不难看出，从转子磁极线圈_端逐步接触正碳刷的顺序是Z1、Z6、Z3、Z8、Z5 Z2、Z7、Z4，即每隔二极的磁极，线圈上_端而与之并联的磁极线圈的⊙端，分别为Z5、Z2Z7、Z4、Z1、Z6、Z3、Z8。
附图2所示定转子极数分别为10和15。其工作过程如下第一组转子磁极，Z1、Z4、Z7、Z10、Z13暂时处于换向位置。
其余二组转子磁极的工作关系如下Z2、Z5、Z8、Z11、Z14_端接正刷⊙端接负刷，产生S极，分别被D1、D3、D5、D7、D9S极斥，D2、D4、D6、D8、D10极吸。
第三组Z3、Z6、Z9、Z12、Z15⊙端接正刷，_端接负刷，产生N极。分别被D2、D4、D6、D8、D10N极斥，D3、D5、D7、D9、D1S极吸。待第一组转子磁板换向结束，又将出现Z1、Z4、Z7、Z10、Z13_端接正刷，⊙端接负刷，产生S极，分别被D1、D3、D5、D7、D9、S极斥，D2、D4、D6、D8、D10N极吸，所有转子磁极3均同时参与吸斥工作，故转矩特大。
当本发明车用直流电机，工作於中低压直流电源时，各组转子磁极线圈4可采用如图所示的并联电路。
当工作於高、中、压直流电源时，也可将各每组转子磁极线圈4串连接入换向器电路。
当定子磁极8不采用永磁体时，可采用多种给定子磁极线圈9通电激磁电路、只要产生如图所示的磁场方向效果均可。
上述各比例的车用直流电机，可选一组正负碳刷，也可选多组正负碳刷。每组正负碳刷应通过对称中心线安装，最多安装正负碳刷的总数，应是定子磁极数。
碳刷7在换向器上的弧骇长，应是当定转子磁数比为2∶3时，碳刷7在换向器上的弧弦长应是二个换向器铜片5加一片换向器绝缘片6的弧弦长。
当定转子磁极比是3∶4时，碳刷7在换向器上的弧弦长应是三个换向器铜片5加二片换向器绝缘片6的弧弦长。
各比例定转子磁极宽(所占中心角)的设计原则是一、同机中，定转子磁极极宽(所占中心角)应相等二、以极数多的为准，园周角除极数再减去一片到二片换向器绝缘片6所占的中心角，以不影响磁极绕组下线为准如定转子磁极数，是6和9，以转子9极为准。
设换向器绝缘片6的厚度为1mm，换向器直径为Ф52，换向器铜片5为18片，则1片换向器绝缘片6所占的中心角约为sinα=0.526×2]]>α=2°16′磁极极面宽(弧弦长)约为360°÷9=40°40°-2°16′=37°44′若转子外径设计为Ф87则极面宽(弧弦长)约为sin18o52′=x43.5×2]]>x=28，碳刷7宽度(在换向器上的弧弦长)360°÷18=20°因碳刷7应占二个换向器铜片5加一个换向器绝缘片6的厚度。
所以20°×2=40°-20°16′=37°44′÷2=18°52′sin18o52′=x26]]>x=16.82取16碳刷7宽(弧弦长)取16mm上述各个定转子极数比的高效、节能，超转矩车用直流电动机，当需要高速运转时，则定子保持原结构不变，转子部分需要改变材料结构，即原硅钢片转子体2、3改作其他导磁体结构如低频瓷性磁、中频瓷性磁、陶瓷材料等。也可改作空心线圈结构(用玻纤树脂、胶木材料作骨架)其转速提高、转矩略减小外，其他性能基本不变。
当需制作盘式电机结构时，则将定子磁极按所占有中心角端面固定。转子体也做成端面结构，使其产生电磁场，在其平面上相互作用，电机性能基本不变。
上述各定转子极数比的高效、节能、超转矩车用直流电动机，也可作成无刷电路，其转子体不转，接线基本不变，去掉换向器，将换向器部分改作，敏感触发结构。执行换向部分可采用，大功率场效应电路结构也可采用可关断可控硅电路结构。
触发、关断，再触发以定子磁极数为准，如定子6极，则；正向触发3次，反向触发3次，每次融发前先行关断。触发、关断、再触发的敏感器件(传感器，可采用光敏电路，也可采用磁敏霍尔电路)执行触发送电，关断，切断电源，再触发反向送电的电路的组数，是根据转子结构决定的，如转子磁极分成3组，则上述执行电路需6套，转子磁极分成8组，上述执行电路需8套。
详细电路及结构视电机的比例结构及具体功率，具体体积来决定，不再详述。
权利要求
一、一种高效，节能超转矩车用直流电动机，其特征是；定子磁极8可以是永磁体磁极也可以是电激磁磁极，其缴磁线圈9，接入电路的方式是可以串入碳刷7电路也可以并入直流电源DC电路，使其形成统一的串或并激磁电路，定子磁极8磁极数是6或6以上隔一个偶数的偶数，即可以是6.10.14.18.22………。其磁场排列方向向心相邻互为异性。定子磁极8与转子磁极3的极数比是互为2∶3或3∶4。其转子磁极3的具体极数是根据定子极数而决定的，转子磁极3的极数是整数。
二、根据权利要求一所述的直流电动机，其特征是换向器片数是该直流电动机定子磁极8的极数与转子磁极3的极数的最小公共的倍数，且永远是一偶数。即当定转子极数比为2∶3时换向器片数是定子磁极数的3倍的数，是转子磁极数2倍的数，且为同一偶数。
三、根据权利要求一所述的直流电动机，其特征为转子线圈的结构为均是绕于磁极上的独立的，方向一致的，匝数一致的绕组。当定子磁极不采用永磁体时，其励磁线圈也采用上述结构的绕组。
四、根据权利要求一、二、三所述的直流电动机其特征为当定转子磁极极数比为2∶3时，将转子所有磁极，平均分成三组，其排列顺序按顺时针秩序数，当转子磁极数为9极时Z1Z4Z7为一组Z2Z5Z8另一组Z3Z6Z9为一组，即那些相隔二极的磁极列为一组，并将每组中转子磁极线圈4的_端与_端相连，⊙端与⊙端相连，接入换向器电路，同样将换向器所有换向器片分为6组，按顺序数与第一片换向器片相连的为第一组，与第二片换向器片相连的为第二组……。将分过组的转子线圈4接入分过组的换向器片的原则是1、第1组转子磁极线圈的_端接入第一组换向器片；2、第3组转子磁极线圈⊙端接入第二组换向器片‘3、第2组转子磁极线圈_端接入第三组换向器片；4、第1组转子磁极线圈⊙端接入第四组换向器片5、第3组转子磁极线圈_端接入第五组换向器片；6、第2组转子磁极线圈⊙端接入第六组换向器片。当定转子磁极极数比为3∶4时，将转子所有磁极，分为8组，其排列顺序按顺时针排列，并将其所有换向器片也分成8组。将哪些相隔7极的转子磁极列为一组，也将那些相隔7片的操向器片列为一组将转子磁极线圈4接入换向器片5的原则是按顺序1、第1组转子磁极线圈的_端接第5组转子磁极线圈的⊙端，接入第一组换向器片电路。2、第4组转子磁极线圈_端接第8组转子磁极线圈的⊙端接入第二组换向器片电路。3、第7组转子磁极线圈_端接第3组转子磁极⊙端接入第三组换向器片电路。4、第2组转子磁极线圈_端接第6组转子磁极线圈⊙端接入第四组换向器片电路。5、第5组转子磁极线圈_端接第1组转子磁极线圈⊙端接入第五组换向器片电路；6、第8组转子磁板线圈_端接第4组转子磁极线圈⊙端接入第六组换向器片电路；7、第3组转子磁极线圈_端接第7组转子磁极线⊙端接入第七组换向器片电路；8、第6组转子磁极线圈_端接第2组转子磁极线圈⊙端，接入第八组换向器片电路。
五、根据权利要求一、二所述的直流电动机，其特征为正负碳刷可设一组，或二组，也可设置多组。其最多可设置的组数，应是定子磁极的对数，在圆周上其设置的角度，应和定子磁极在圆周上所处中心角度相同。其在圆周位置，应根据换向器所处的位置调整决定。
全文摘要
本发明涉及一种高效、节能、超转矩车用直流电动机。该车用直流电动机定子磁极采用永磁体磁极，也可采用电激磁极。其定子磁极数为6，或6以上隔一个偶数的偶数如6、10、14……。其转子磁极数，是根据所选定子磁极数来决定的，使其定转子磁极数比为2∶3或3∶4。换向器片数是定转子极数的最小公共倍数，且永远是偶数。本发明直流电动机定转子磁极线圈采用独立绕组的结构，磁场集中，效率高。由于合理的选用定转子磁极数，所以结构更加合理。
文档编号H02K13/00GK1227442SQ9910163
公开日1999年9月1日 申请日期1999年2月2日 优先权日1999年2月2日
发明者张晴 申请人:张晴, 张翠学