專利名稱：直流電動機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種直流電動動機。
眾所周知，直流電動機廣泛應用在生產(chǎn)生活中，具有舉足輕重的地位。它包括定子，轉子兩大部分，定子包括主磁極，換向極，機座，端蓋，軸承，電刷等，主磁極在電動機機座內(nèi)，圓周方向成對布置，轉子包括電樞鐵心，電樞繞組，換向器，轉軸，風扇等，繞組元件按一定的規(guī)律與換向器連接成閉合回路。直流電動機是借換向器和電刷以實現(xiàn)外電路的直流電與電樞繞組中交流電之間相互變換并同時借靜止氣隙磁場以實現(xiàn)電樞繞組中交流電與轉軸上機械轉矩之間相互變換的電動機。直流電動機的定子磁軛，主磁極鐵心，氣隙和電樞鐵心構成磁路。勵磁繞組和電樞繞組的合成磁動勢在氣隙內(nèi)形成氣隙磁場。電樞繞組相對氣隙磁場旋轉感生電樞電動勢；載流電樞繞組與氣隙磁場相互作用產(chǎn)生電能磁轉矩。機械功率和電功率分別通過轉軸和電刷輸入或輸出，從而實現(xiàn)機電能量轉換。以上說明在《電機學》中有詳細介紹。外加直流電要通過換向器來變換電樞繞組元件中的電流方向，才能使電動機連續(xù)轉動，需要換向極來改善換向，電抗電動勢不利于換向，這樣就使電動機結構復雜，換向器制作工藝復雜，精度要求高，工作時，換向器與電刷之間容易產(chǎn)生火花，使電動機工作可靠性不很高，電動機使用壽命也受到影響，維護保養(yǎng)工作復雜。
近年來發(fā)展了新型的無刷直流電動機，以電子換向裝置取代了機械換向裝置，避免了機械換向裝置帶來的部分缺點，而這種電機結構仍較復雜，低轉速時速度均勻性較差，過載能力等性能受到限制。
在CN-1160945A中公開的自換極式電動機，雖然它取消了自換向過程卻帶來了自換極過程，這就使電動機內(nèi)部空間利用率降低，特別是二段式，三段式的，它用氣隙大小來確定氣隙磁場，即氣隙大時磁通基本為零，氣隙小時磁通較大，二段式電機左段，右段各自只同時利用了一半空間，三段式電機左段，右段只同時利用了上半部或下半部，中段只同時利用了下半部或上半部，二段式及三段式電機的電樞繞組同時利用的也只有一半，這就導致電樞鐵心受力不均勻，另外磁鋼或勵磁線圈產(chǎn)生的磁場與電樞繞組產(chǎn)生的磁場相互作用，降低了磁場和電流的利用率，電樞鐵心每轉180度，其磁化極性要變化一次。
本實用新型的主要目的在于提供一種不需要自換向過程和自換極過程的直流電動機，印取消現(xiàn)有直流電動機的換向器，換向板，減少換向器這個薄弱環(huán)節(jié)，延長使用壽命，簡化電動機結構及維護保養(yǎng)工作，提高電動機的工作可靠性，同時不需電樞鐵心反復磁化，電樞繞組元件中的電抗電動勢基本為零，提高電流及磁場的利用率，電樞鐵心受力均勻，轉子平衡性好。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的，一種直流電動機包括定子，轉子，定子包括機座(4)，端蓋(3),(19)，主磁極N極(9),S極(11)，軸承(2),(17)，電刷(5),(13)，轉子包括電樞鐵心(8)，電繞組(10)，轉軸，滑環(huán)(6),(14)，風扇(25)，電樞鐵心(8)為空心圓柱體，在電樞鐵心(8)內(nèi)設有一個內(nèi)定子，它包括主磁極N極(21),S極(22)，本體(20)。定子主磁極N極(9),S極(11)沿電動機軸向成對布置在機座(4)內(nèi)。電樞鐵心在軸向，徑向均勻開有多個方孔(27)，電樞鐵心(8)兩端與兩個空心轉軸(1),(18)用螺栓(16)連接后，兩個空心轉軸(1),(18)通過軸承(2),(17)支承在兩個端蓋(3),(19)上，端蓋(3),(19)與機座(4)用螺栓(15)連接。內(nèi)定子本體(20)的一端用軸承(24)支承在一個端蓋(3)內(nèi)孔，另一端用螺栓(23)固定支承在另一個端蓋(19)上，內(nèi)定子的主磁極N極(21),S極(22)沿軸向布置，與定子主磁極相對應，在軸的同一徑向截面上，定子與內(nèi)定子主磁極的極性相同。電樞繞組元件(10)通過電樞鐵心上的方孔(27)呈軸向布置在電樞鐵心(8)的內(nèi)，外表面上；其輸入，輸出端(7),(12)分別與兩個滑環(huán)(6),(14)連接，滑環(huán)(6)，(14)固定在轉子上，與固定在定子上的電刷(5),(13)保持滑動連接，電刷(5),(13)與接線盒(36)連接。電樞繞組元件的繞向原則是主磁極N極和S極區(qū)域下的電樞繞組元件(10)在電樞鐵心(8)上的繞向相反，即一極為順時針方向，另一極為逆時針方向，由于增設內(nèi)定子主磁極，使電樞鐵心內(nèi)外表面的電樞繞組元件(10′),(10″)都能感應電勢。
內(nèi)定子本體(20)也可兩端都穿過轉軸(1),(18)內(nèi)孔，固定支承在電動機外的支座上(圖中未示)，內(nèi)定子本體(20)可以是空心的，也可以是實心的，空心的在本體(20)上均勻開有多個通風孔(30)，與空心內(nèi)孔(31)相通來改善通風條件。
定子與內(nèi)定子主磁極沿電動機軸向方向成對布置至少一對，相鄰極性相同的磁極可組合在一起，在軸的同一徑向截面磁極極性相同，電樞繞組元件軸向布量的數(shù)量及電樞鐵心軸向開有方孔的數(shù)量也同時隨磁極的數(shù)量增加相應增加。這樣電動機的容量在軸向得到擴展，盡量利用內(nèi)部空間。
定子磁極N極(9)和S極(11)在機座(4)內(nèi)壁園周方向成對均勻布置多組，內(nèi)定子主磁極N極(21)和S極(22)在內(nèi)定子本體(20)外圓的圓周方向成對均勻布置多組，前者的數(shù)量大于或等于后者數(shù)量，二者在徑向方向可在同一角度布置，也可交錯布置。這樣，電樞鐵心內(nèi)，外表面的電樞繞組元件基本上同時在感應電勢，使電樞繞組元件得到充分利用，電流利用率提高。
圓周方向均勻布置多組的磁極可以組合為環(huán)形的磁極，使氣隙磁場強度趨于均勻，各電樞繞組元件受力均勻，有利于提高電流及磁場的利用率。
兩個轉軸(1),(18)端面上均勻開有多個大，小通風孔(36)，(35)，大通風孔(36)使電樞鐵心內(nèi)部空間與外部空間在軸向相通，小通風孔(35)與螺栓孔(34)交錯布置，也可與螺栓孔(34)重合，這時螺栓為空心的，使空氣能流動，有利于散熱。
電樞鐵心(8)制為雙層整體的，雙層鐵心(8′),(8″)之間采用靜配合，雙層鐵心(8′),(8″)之間均勻設置軸向，徑向相通的通風槽(28),(29)，軸向通風槽(28)與轉軸小通風孔(35)相通，徑向通風槽(29)與方孔(27)相通，這有利于轉子的散熱。
電樞鐵心(8)的材料為導磁率高的鋼材，可用鋼板焊接加工而成，也可用鑄造或鍛造加工而成，這樣可提高轉子的強度。
主磁極可以是勵磁的，這時定子勵磁線圈與接線盒(26)相連，內(nèi)定子勵磁線圈通過內(nèi)定子本體上的孔(30),(31)，從軸端面引出后與接線盒(26)相連，主磁極也可以是永磁的。電樞繞組元件(10)在電樞鐵心(8)表面的固定方式可以利用現(xiàn)有技術，電樞繞組并聯(lián)支路可在電樞鐵心(8)表面上軸向分組布置，也可徑向分組布置；電樞繞組元件可以多層布置。
采用本實用新型的這種直流電動機，從根本上解決了直流電動機的自換向問題和自換極問題。由于電樞繞組元件在主磁極N極，S極相應區(qū)域下的繞向相反，這樣電動機電樞繞組元件的直流電方向恒定，不需換向器將直流電方向改變，因而取消了換向器，換向極，減少了換向器這個薄弱環(huán)節(jié)，能延長使用壽命，簡化了現(xiàn)有維護保養(yǎng)工作；由于增設了內(nèi)定子，使電動機內(nèi)部空間得到了充分得用；同時，也不需要自換極過程，不需要電樞鐵心反復磁化；電樞繞組元件電流方向恒定，在某一工作狀態(tài)下電流的大小不變，基本不存在電抗電動勢，使電流利用率提高，相對地提高了電動機的容量。這種直流電動動機轉動慣量小，轉子平衡性好，機電時間短，可形成系列產(chǎn)品，同時還具備現(xiàn)有直流電動機的優(yōu)點，如無級調(diào)速性能等。
圖1是本實用新型直流電動機主剖視示意圖。
圖2是圖1中的A-A剖視圖。
圖3是圖1中的B-B剖視圖。
圖4是圖1中的C-C部視圖。
圖中1,18-轉軸，2,17-軸承，3,19-端蓋，4-機座，5,13-電刷，6,14-滑環(huán)，7-電樞繞組輸入端，8-電樞鐵心，8′,8″-電樞鐵心內(nèi)，外層，9-定子主磁極N極，10-電樞繞組，10′-電樞鐵心內(nèi)表面的電樞繞組元件，10″-電樞鐵心外表面的電樞繞組元件，11-定子主磁極S極，11′-定子S極環(huán)形磁極，12-電樞繞組輸出端，15-螺栓，16-螺栓，20-內(nèi)定子本體，21-內(nèi)定子主磁極N極，22-內(nèi)定子主磁極S極，22′-內(nèi)定子S極環(huán)形磁極，23-螺栓，24-軸承，25-風扇，26-接線盒，27-方孔，28-電樞鐵心軸向通風槽，29-電樞鐵心徑向通風槽，30-本體通風孔，31-本體空心內(nèi)孔，32-氣隙，33-氣隙，34-螺栓孔，35-小通風孔，36-大通風孔
以下結合附圖詳細說明本發(fā)明的實施例。
轉軸(1),(18)通過螺栓(16)與電樞鐵心(8)連接后，用軸承(2),(17)支承在電動機端蓋(3),(19)內(nèi)孔，端蓋(3),(19)通過螺栓(15)與機座(4)固定連接，轉軸上開有軸向大，小通風孔(36),(35)，電刷(5),(13)固定在機座(4)上，也可固定在端蓋(3),(19)上，與滑環(huán)(6),(14)保持滑動接觸，滑環(huán)(6)，(14)固定在轉子轉軸(1),(18)上，也可固定在電樞鐵心(8)上，電樞繞組輸入，輸出端(7),(12)分別與滑環(huán)(6),(14)連接后引入接線盒(26)。電樞鐵心(8)內(nèi)設置一個空心內(nèi)定子，內(nèi)定子本體(20)上均勻開有多個通風孔(30)與空心內(nèi)孔(31)相通，主磁極勵磁線圈通過通風孔(30)，空心內(nèi)孔(31)引入接線盒(26)，內(nèi)定子包括主磁極N極(21),S極(22)，內(nèi)定子本體一端用軸承(24)支承在轉軸(1)內(nèi)孔，另一端穿過轉軸(18)后用螺栓(23)固定支承在端蓋(19)上，內(nèi)定子本體(20)兩端也可都穿過轉軸(1),(18)，固定支承在機座外的支座上，定子主磁極N極(9),S極(11)沿電動機軸向分為多組布置在機座(4)內(nèi)，內(nèi)定子主磁極N極(21),S極(22)沿軸向多組布置在內(nèi)定子本體(20)上，圖示為2組，內(nèi)定子，定子主磁極相鄰極性相同的磁極可組合在一起，如圖1中虛線所示，定子與內(nèi)定子主磁極相對應，在軸的同一徑向截面極性應相同。定子主磁極N極(9),S極(11)及內(nèi)定子主磁極N極(21),S極(22)沿圓周方向均勻布置多組，內(nèi)定子主磁極數(shù)小于或等于定子主磁極數(shù)，內(nèi)定子主磁極與定子主磁極在徑向可以在同一角度布置，也可交錯布置，如圖2所示。圓周方向布置的主磁極N極，S極可組合為環(huán)形主磁極，如圖3所示為S極環(huán)形磁極(11′),(22′)(N極環(huán)形磁極圖中未示)。電樞鐵心(8)在軸向，徑向上開有多個方孔(27)，電樞繞組元件(10)通過電樞鐵心上的多個方孔沿軸向繞在電樞鐵心(8)的內(nèi)，外表面上，電樞繞組元件(10)在N極(9),(21)區(qū)域下為順時針方向布置，在S極(11),(22)區(qū)域下為逆時針方向布置，也可相反。電樞鐵心可以作為雙層的，材料為導磁率高的鋼板，雙層鐵心之間均設有軸向，徑向相通的通風槽(28)，(29)，軸向通風槽(28)與轉軸小通風孔(35)相通，徑向通風槽(29)與方孔(27)相通。
定子主磁通回路為N極(9)--氣隙(32)--電樞鐵心(8)--氣隙(33)--S極(11)--磁軛(機座的一部分)--N極(9)；內(nèi)定子主磁通回路為N極(21)--氣隙(32)--電樞鐵心(8)--氣隙(32)S極(22)--內(nèi)定子磁軛--N極(21)。
電動機是這樣工作的主磁極產(chǎn)生主磁通，電樞繞組元件(10)通入直流電后，電樞鐵心(8)內(nèi)，外表面的電樞繞組元件(10)感應電勢，產(chǎn)生電磁力矩，由于電樞繞組元件(10)按特定的繞向布置，因此各元件電磁力矩方面一致，使轉子定向轉動，轉軸(1)輸出機械能，實現(xiàn)機電能量轉換，使電樞繞組元件(10)連續(xù)供應直流電，電動機轉子則連續(xù)定向轉動。
按本實用新型直流電動機的基本原理，根據(jù)使用要求可以形成系列產(chǎn)品，本實用新型直流電動機的勵磁方式，起動，制動，反轉性能參數(shù)計算方法等與現(xiàn)有直流電動機相同，它可以適應現(xiàn)有直流電動機及部分其他電動機的使用范圍。由于電動機與發(fā)電機具有可逆性，因此本發(fā)明直流電動機也可作為直流發(fā)電機使用。
權利要求1．一種直流電動機，它包括定子，轉子，定子包括主磁極，機座(4)，端蓋(3),(19)，軸承(2),(17)，電刷(5)，(13)，轉子包括電樞鐵心(8)，電樞繞組(10)，轉軸，滑環(huán)(6),(14)，風扇(25)，定子主磁極N極(9),S極(11)固定在機座(4)內(nèi)，端蓋(3),(19)與機座(4)用螺栓(15)固定連接，電樞繞組輸入端(7)，輸出端(12)與兩個滑環(huán)(6),(14)連接，固定在轉子上的滑環(huán)(6),(14)與固定在定子上的電刷(5),(13)滑動接觸，電刷(5),(13)與接線盒(26)相連，風扇(25)固定在轉軸上，其特征是電樞鐵心(8)為空心圓柱體，兩空心轉軸(1),(18)與電樞鐵心(8)用螺栓(16)連接，并通過軸承(2),(17)支承在兩端蓋(3),(19)上，電樞鐵心內(nèi)設有內(nèi)定子，它由本體(20)，主磁極N極(21),S極(22)組成，主磁極N極(21),S極(22)固定在內(nèi)定子本體(20)外圓上，內(nèi)定子一端用軸承(24)支承在轉軸(1)內(nèi)孔，另一端穿過轉軸(18)用螺栓(23)固定連接在端蓋(19)上，定子及內(nèi)定子主磁極N極(9),(21),S極(11),(22)沿電動機軸向成對相對應布置，在軸的同一徑向截面極性相同，電樞鐵心均勻開有多個內(nèi)，外表面相通的方孔(27)，電樞繞組元件(10)通過電樞鐵心的方孔(27)呈軸向布置在電樞鐵心的內(nèi)，外表面上，電樞繞組元件(10)在主磁極N極(9),(21),S極(11),(22)對應的區(qū)域內(nèi)繞向相反。
2．根據(jù)權利要求1所述的電動機，其特征在于，內(nèi)定子的兩端都穿過轉軸(1),(18)，固定支承在電動機外的支座上，內(nèi)定子本體(20)是空心的，在空心本體(20)上均勻開有多個通風孔(30)與本體空心內(nèi)孔(31)相通。
3．根據(jù)權利要求1所述的電動機，其特征在于，定子和內(nèi)定子主磁極N級(9),(21),S極(11),(22)沿軸向布置至少一對，相鄰極性相同磁極可組合在一起，電樞繞組數(shù)量及電樞鐵心方孔(27)軸向布置的數(shù)量隨定子，內(nèi)定子主磁極軸向布置數(shù)量的增加而相應增加。
4．根據(jù)權利要求1所述的電動機，其特征在于，定子和內(nèi)定子主磁極N極(9),(21),S極(11),(22)在園周方向均勻布置兩組或兩組以上，定子主磁極數(shù)量大于或等于內(nèi)定子主磁極數(shù)量。
5．根據(jù)權利要求4所述的電動機，其特征在于，同一圓周方向的定子和內(nèi)定子主磁極可組合為環(huán)形磁極。
6．根據(jù)權利要求1所述的電動機，其特征在于，電樞鐵心(8)是用導磁率高的鋼材通過焊接或鍛造或鑄造后加工而成的。
7．根據(jù)權利要求1所述的電動機，其特征在于，轉軸(1)(18)端面均勻開有多個大，小通風孔(36),(35)。
8．根據(jù)權得要求1,7所述的電動機，其特征在于，電樞鐵心(8)是雙層的，通過靜配合組成整體，雙層鐵心之間均勻設有軸向，徑向相通的通風槽(28),(29)，軸向通風槽(28)與轉軸小通風孔(35)相通，徑向通風槽(29)與電樞鐵心方孔(27)相通。
9．根據(jù)權利要求8所述的電動機，其特征在于，雙層電樞鐵心之間的部分徑向通風槽與電樞鐵心方孔相通。
專利摘要本實用新型直流電動機,包括定子,轉子,定子主磁極軸向成對布置,轉子由空心電樞鐵心,電樞繞組及轉軸組成,轉子內(nèi)設一個內(nèi)定子,電樞繞組元件按特定繞向布置在電樞鐵心上,這種直流電動機從根本上解決了自換向和自換極問題,取消了換向器,換向極,減少了換向器這個薄弱環(huán)節(jié),提高了電動機的工作可靠性及使用壽命,充分利用電動機的磁場和電流,簡化了維護保養(yǎng)工作。
文檔編號H02K1/22GK2459817SQ0025993
公開日2001年11月14日 申請日期2000年12月23日 優(yōu)先權日2000年12月23日
發(fā)明者劉建東 申請人:劉建東