专利名称：高节能,大转矩直流电动机的制作方法
技术领域：
本发明属一种节能效果明显，大转矩，适用性极广的直流电动机的运转原理发明。凡利用本原理设计制造的所有直流电动机，均适用于工业、农业、交通运输事业、家电及矿山、冶金行业的牵引、调速电机。特别适宜制造各类车、船用直流电动机、电动自行车、电动摩托车、电动汽车等。
本发明高节能，大转矩直流电动机，整体结构布局上与普通直流电动机无太大差异，主要差别为主极(以后称定子)和转枢(以后称转子)的极数比和极数的选择。
本发明直流电机，定子与转子极数的比例，可以是1∶3，也可以是1∶4或1∶5。
定子磁极数为2、6或10……即定子磁极数为2或2以上均相隔一个偶数的偶数。如2，2以上隔4选6，或再隔8选10等等。
定子磁极磁场方向的排列原则是通过轴心的二个磁极向心为异性磁场。或顺秩序相邻向心互为异性磁场排列的原则。
定子磁极的极面宽度或弧弦长(每块磁极占有的中心角)应等于或略小于360°除极数。即定子二极，每极的极面宽度所占有的中心角应为180°或180°至150°之间，接近半个圆。
定子6极，每极的弧弦长(占有的中心角)应为60°或60°至55°之间。
转子磁极的选择原则是定子磁极数比转子磁极数等于1∶3或1∶4……即定子二极，转子可选6极，(见说明书附图5)定子二极转子也可选8极(见说明书附图4)定子6极，转子可选18极(见说明书附图3)定子6极转子也可选24极(见说明书附图2)用於给转子供电，使其生产不断变化的电磁场，促使转子与定子产生旋转作用的换向器5、6，其换向器铜片5的数量的设计的原则是；转子磁极数是几，换向铜片5的数量也是几，并且其排列顺序和序号与转子磁极的排列顺序和序号相同。
用於本发明直流电机的换向电刷7的数量的选用原则1、无论定转子磁极数为多少均可选择合适的位置通过轴心“对称的安装，+、-(正、负)电刷各一个(称一组)。
2、定子极数是6或6以上的电刷的数量可选2组或2组以上，但最多不得大于定子极数除以2的数，且每组的二个+、-电刷必须通过轴心对称位置安装。另一组或二组……与第一组的电刷的安装角度与定子磁极的对应角度相同。
用於与换向器所接触的电刷的弧弦长(以下称电刷宽)的设计原则每块电刷同时应接触的换向器片(连同换向器片间的云母片)的数量等于转子磁极数除以定子磁极数减1(超大转矩要求时)。或转子磁极数除以定子磁极数减2或1.5(高效节能时，定子磁极采用永磁体时)本发明直流电机，整体布局结构见说明书附
图1。工作原理和运转图见说明书附图2.3.4.5。
定子磁极8，固定在电机壳体10的园周内侧。换向电刷7通过弹簧的适当的压力与换向器5、6相接触做成固定不转，固定在与定子同心的壳体10的合适位置。
说明书附图2转子体2与换向器6固定在同一圆心上，且同步旋转。换向器换向铜片5的数量与转子磁极数相同都是24。换向电刷7可设计成一组(+、-电刷各一个)，通过轴心对称的安装，也可设计成二组或三组(+、-电刷，各二个或三个)，当设计成三组时，只需将转子磁极线圈4的端与相应的换向器片相接和转子磁极线圈相并连，或串联。其余连线无需连接。6个电刷的排列方式与定子磁极排列方式相同，均向心相邻互为异性电源的电刷，并每组+、-电刷通过轴心，对称安装。三组电刷十电刷与十电刷并联，一电刷与一刷并联，然后并入或串入转子换向器电路。
24个转子磁极线圈4采用统一线径，统一绕向，统一匝数的方式制成。
当采用一组换向电刷时24个转子磁极线圈4和24片换向器片5的连线原则是每对称通过轴心的二个磁极的线圈，一个磁极线圈的⊙端与另一个磁极线圈的端相连，形成并联电路。二磁极线圈的⊙端相连形成串联电路。然后，与之相隔7极的另二个磁极线圈的端相连，形成正三角形。24个磁极线圈端相连后，形成8个正三角形。
然后，按顺序，将24个磁极线圈的端，依秩接入24片换向器铜片5。
定子磁极，当采用永磁体时，无须设置磁极线圈9，当采用电激磁时，则必须设置磁极线圈9。
同一台电机中，定子磁极线圈也采用同一线径，同一绕向，同一匝数的线圈结构。
根据所需电机功率的不同，设计转子体的体积，同一电动机中，定子磁极8的长度应和转子磁极3的长度(叠厚)相同。
转子极靴间的进线槽，应以正常进线为准。电机功率确定之后，关键是确定定子结构。
当需制作数百瓦以下的微型电机时，定子磁极材料可选用普通铁氧永磁体材料。
数百瓦至数拾千瓦的小功率电机时，定子磁极材料可选用浊铁硼类稀土永磁材料制作。
大于数拾千瓦的电机，其定子磁极必须选用电激磁的结构。
当制作的直流电机以高效、节能的目的时，每块定子磁极的弧弦长所占有的中心角应≤60°(本附图2画成45°为显示图面清析)并同时配合换向电刷所包含的换向器铜片数调整；超大转矩时，应同时盖括3片换向器铜片。高效节能时，可以只盖括二片或一片换向器片。(当盖括一片换向器片时，每块定子磁极的弧弦长应≤45°中心角，并且定子磁极选用永磁体)。
当电刷盖括三片换向器铜片时，则形成24个转子磁极被定子磁极同时强吸、强斥工作。其中，6个转子磁极，瞬间换向。
当电刷盖括一片换向器铜片时，则形成12个转子磁极，同时被定子磁极强斥工作，其中6个磁极瞬时换向。六个磁极自由吸合，根据铁磁原理，充分利用了永磁体的磁能积形成无电耗做功，这时的节电效果最好。
从说明书附图2可以看出定子1.3.5向心为S极，2.4.6向心为N极。
电刷同时接触二片换向器铜片，被电刷所接触的换向器片所连接的转子磁极线圈，形成通路产生电磁场。十刷产生S极磁场，一刷产生N极磁场附图2中Z2、Z3及所连接的Z10、Z11、Z18、Z19接触十刷，产生S极，Z14、Z15及所连接的Z22、Z23、Z6、Z7接触一刷，产生N极。
附图2中。磁极线圈形成通路的为Z2、Z14，Z3、Z15，Z10、Z22，Z11、Z23，Z18、Z6，Z19、Z7分别形成通路。
附图2中，定转子磁极的相互作用力为D1S极；强斥Z2、Z3S极。D2N极；强斥Z6、Z7N极。D3S极；强斥Z10、Z11S极。D4N极强斥、Z14、Z15N极。D5S极；强斥Z18、Z19S极。D6N极；强斥Z22、Z23N极。Z4、Z8、Z12、Z16、Z20、Z24分别被D1、D2、D3、D4、D5、D6顺旋转方向自由牵拉吸合，Z1、Z5、Z9、Z13、Z17、Z21暂时处与换向位置。
待上述磁极换向结束，又将增加上述换向磁极被D1到D6 6个定子磁极相对应强斥的作用力，并且Z3、Z7、Z11、Z15、Z19、Z23，分别转化为被D2、D3、D4、D5、D6、D1顺向强吸的作用力。所有定转子磁极均同时参与顺旋转方向的相互吸斥工作，故转矩力特大。
若，定子磁极的弧弦长(占有的中心角)再增加一点，由45°增加至60°同时电刷盖括的换向器片再增加一片。
即十刷同时接触，序号为2.3.4的换向器片，一刷同时接触，序号为14，15，16换向器片，且换向极换向结束。
则定转子磁极的磁场作用力为D1S极强斥Z1、Z2、Z3强吸Z24、Z23D2N极强斥Z5、Z6、Z7强吸Z4、Z3D3S极强斥Z9、Z10、Z11强吸Z8、Z7D4N极强斥Z13、Z14、Z15N极强吸Z12 Z11S极D5S极强斥Z17、Z18、Z19强吸Z16、Z15D6N极强斥Z21、Z22、Z23强吸Z20、Z19所有磁极均参与顺向强斥，强吸工作，部分转子磁极，被二个定子磁极双向工作，故转矩力超大。
本专利直流电机，当定子采用电激磁磁极时，定子上的激磁线圈，直接外接直流电源的+、-极，如附图2所示。也可以一端外接直流电源的+、-极，另一端接入电刷电路，属串激电路。
说明书附图3为定子6极，转子18极，定转子极数比为1∶3的运转原理图，其中Z1、Z4、Z7、Z10、Z13、Z17处与换向的瞬间位置，其余转子各极均工作于被定子磁极强斥，强吸的位置上，转矩力超大。
说明书附图4为定转子极数比1∶4，定子2极，转子8极的工作原理图，定子磁极的极面宽(占有中心角)约略小于180°，Z1、Z5处与瞬时换向的位置，其余转子各极均处于被定子磁极强吸，强斥的工作位置上，转矩力超大。
说明书附图5，为定转子磁极极数比1∶3，定子2极转子6极，转子Z1、Z4处与瞬间换向位置，Z2被D1强斥，Z5被D2强斥，Z3、Z6顺向自由吸合，属高效节能工作态状。
根据本发明原理，还可设计出定子10极，转子30极和40极，定转子极数比为1∶3和1∶4的大转矩的直流电机也可设计出，定子6极转子30极，定转子极数比为1∶5等等的其他高节能大转矩直流电动机。
权利要求
一、一种高节能，超转矩直流电动机，其特征为主极定子的磁极数是2.6.10……。即偶数2以上每相隔一个偶数的偶数，使其在同一圆周均布时形成奇数与偶数通过中心连成一条直线。同一部直流电机中，定子磁极的极数与转子(转枢)的磁极数之比可以是1∶3或1∶4或1∶5。即定子磁极数是6则转子磁极数可以是18极，24极或30极。且换向器换向片的数量与转子磁极数相同。
二、根据权利要求—所述的直流电动机其特征是定子磁极数无论是几，均布安装后则形成通过中心对称设置的二个磁极形成向心互为异性磁场的安装。同心相邻互为异性磁场的排列方式。
三、根据权利要求一、二所述的直流电动机其特征是定子的磁极数无论是几，每块磁极的极面宽(弧骇长)所占有的中心角，应是360°除以几。将同一电机的所有定子磁极布置在壳体或园周上，几乎形成整园(应保留尽可能小的支撑框架隔板)。
四、根据权利要求一所述的直流电动机，其特征是转子磁极数，根据定子磁极数和定、转子极数比确定。定子6极、定转子极数比是1∶3，转子磁极为18。定子6极，定转子极数比是1∶4，转子磁极为24。无论转子多少极，每个磁场上均绕有一统一线径、统一匝数、统一绕向的磁极线圈。其转子磁极线圈的连接方法为当通过中心的对称的二个磁极线圈，并联连接时，则一个线圈的端联接另一线圈的⊙互为⊙连接，所有通过中心形成一直线的二个磁极的线圈，均如此连接。当通过中心的对称的二个磁极线圈串联连接时，则二个线圈的⊙端相联。同一台电机所有转子线圈间连线方式为定子磁极数为6，转子磁极数无论为多少，将每相隔5极的那些磁极线圈的端相连，并每个磁极线圈的端分别接入各自对应的或相同序号的换向器铜片上。定转子极数比为1∶3，连线后形成6个正三角形。定转子极数比为1∶4，连线后形成8个正三角形。对应的转子磁极线圈的端相连后所形成的多边形，(多角形)边数是定子磁极数的一半，所形成的多边形(多角形)的个数，是定转子极数比中转子的比值数的二倍的数。
五、根据权利要求一所叙的直流电动机，其特征为供转子工作用的换向器，其换向铜片的数量与转子磁极数相同，且、排列方向和序号也相同。
六、根据上叙权利要求所述的直流电动机与换向器片相接触的电刷的数量，最多等于定子磁极数，且十、一电刷排列方式和对应角度与定子磁极排列方式相同。并均可通过轴心对称安装十、一电刷各一个。每个电刷的宽度(同时接触换向器片的数量，加各片间云母片的厚度)是定转子磁极数比中大数减一的数(超大转矩时)也可以是减二的数(高节能时)。如定转子极数比为1∶3，3-1＝2(超大转矩)3-2＝1(高节能时)定转子极数比为1∶4 4-1＝3(超大转矩时)4-2＝2(高节能时)高节能时的电刷的宽度的选择，只有定子选用永磁体时方可采用。
全文摘要
一种高节能,大转矩直流电动机其特点是:合理选择主极定子磁极的数量和磁场排列方向,与不同比例的转子磁极相配合,可设计出多种不同工作状态的适用于工业、农业、冶金、矿山交通等,各领域的直流电动机。其定子磁极数的选择原则是2,或2以上均相隔一个偶数的偶数,如6、10、14……。且定子磁极磁场的排列方式和方向为向心相邻互为异性磁场方向的均匀布置。定子与转子的磁极数比为1比3,1比4或1比5……。换向器换向片的数量与转子磁极数相同。且排列序号也与转子磁极排列序号相同。
文档编号H02K23/26GK1245995SQ9910422
公开日2000年3月1日 申请日期1999年3月18日 优先权日1999年3月18日
发明者张晴 申请人:张晴, 张翠学