專利名稱：一種直流電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置，具體到一種直流電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
直流電機(jī)是電機(jī)的主要類型之一，廣泛應(yīng)用于燃料電池車、電動(dòng)摩托車、 起重機(jī)等需要快速、頻繁地啟動(dòng)的領(lǐng)域。 一臺(tái)直流電機(jī)即可作為發(fā)電機(jī)使用， 也可作為電動(dòng)機(jī)使用，用作直流發(fā)電機(jī)可以得到直流電源，而作為直流電動(dòng)機(jī)， 由于其具有良好的調(diào)速性能，在許多調(diào)速性能要求較高的場(chǎng)合，仍得到廣泛使用。
傳統(tǒng)的直流電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸上的電樞繞組通電后在電磁力作用下，使得電樞 繞組和電樞鐵芯在定子磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)子切割磁力線會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng) 勢(shì)和交變電流，反電動(dòng)勢(shì)電流會(huì)阻礙轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而交變電流在電樞鐵芯中 會(huì)產(chǎn)生渦流損耗，另外，交變磁場(chǎng)反復(fù)磁化電樞鐵芯會(huì)產(chǎn)生磁滯損耗，也會(huì)降 低電動(dòng)機(jī)的工作效率。若通過(guò)使用疊片鐵心來(lái)減小渦流產(chǎn)生的熱損耗，則會(huì)使 電機(jī)成本提高。
中國(guó)專利200320129546.4《直流電動(dòng)機(jī)》中所公開(kāi)的直流電動(dòng)機(jī)，在電動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)子軸向分隔的多個(gè)電樞鐵芯，減少了電樞鐵芯體積，使電樞鐵芯渦流損耗 和磁滯損耗減少，但是其構(gòu)造復(fù)雜，制造成本相對(duì)高。而對(duì)于傳統(tǒng)的有刷直流 電機(jī)，其電刷易磨損，難維護(hù)；對(duì)于傳統(tǒng)的無(wú)刷直流電機(jī)，則需要有復(fù)雜的換 向電路才能工作，制造使用成本高。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種不含換向裝置的、故障率低維護(hù)方 便并能大幅度提高電機(jī)效率的直流電動(dòng)機(jī)。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是
設(shè)計(jì)一種直流電動(dòng)機(jī)，其由靜止的定子和轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子構(gòu)成，所述定子包括 機(jī)座和設(shè)于機(jī)座內(nèi)部的3個(gè)層層嵌套的圓管狀極性永磁體，其中口徑最大的外 層永磁體套置在口徑次之并用導(dǎo)磁體相接觸形成整體的兩個(gè)口徑相同的中間層 上、下永磁體外，口徑最小的內(nèi)層永磁體套設(shè)在中間層上、下永磁體之內(nèi)，
中間層上、下永磁體之上對(duì)應(yīng)包裹有兩電樞殼，繞組附著于兩電樞殼上， 連接中間層上、下永磁體的導(dǎo)磁體也固定在電樞殼上，兩電樞殼與同一根動(dòng)力 輸出軸相連，所述繞組、電樞殼、導(dǎo)磁體以及動(dòng)力輸出軸組成電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下顯著效果
本直流電動(dòng)機(jī)采用三層圓管狀磁體層層嵌套的方式在其間隙中產(chǎn)生徑向輻 射狀磁場(chǎng)，磁場(chǎng)中通有恒定電流的漆包線受安培力作用推動(dòng)殼狀電樞轉(zhuǎn)動(dòng)，通 過(guò)動(dòng)力輸出軸向外輸出動(dòng)力。本直流電動(dòng)機(jī)不含易磨損、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的換向裝置， 故障率低，維護(hù)方便。可從根本上杜絕渦流的產(chǎn)生，在很大程度上降低直流電 機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的熱損耗，大幅度提高電機(jī)效率。且在運(yùn)行時(shí)繞組中各段導(dǎo)線總 是垂直于磁感線，在啟動(dòng)和低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下可以大扭矩輸出動(dòng)力。
圖1是本發(fā)明省略機(jī)座和繞組的立體結(jié)構(gòu)圖； 圖2是本發(fā)明兩電樞殼連接處的局部剖視示意圖3是本發(fā)明的電樞繞線圖解；
圖4是本發(fā)明的各極性永磁體零件的充磁方式簡(jiǎn)圖； 圖5是本發(fā)明的下半段橫截面及其通電后的受力簡(jiǎn)圖。 圖示標(biāo)記
1:外層永磁體，2:內(nèi)層永磁體，3、 4:中間層上、下永磁體，5、 6:中 間層上、下永磁體之上對(duì)應(yīng)包裹的兩電樞殼，7:導(dǎo)磁體，8:動(dòng)力輸出軸，9: 齒數(shù)為K的內(nèi)齒輪，10:大齒輪齒數(shù)為N"小齒輪齒數(shù)為N4的共軸齒輪，11: 齒數(shù)為Ns的外齒輪，12:齒數(shù)為N2的外齒輪，13:滾輪，14:漆包線。
圖4中N代表N極，S代表S極；圖5中白色箭頭指示磁感線方向，黑色箭 頭指示受力方向，F(xiàn)代表大小為一個(gè)單位的安培力，"O"指示電流方向向紙外， "X"指示電流方向向紙內(nèi)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
參見(jiàn)圖1 4，本申請(qǐng)保護(hù)的直流電機(jī)采用永磁體勵(lì)磁，使用4個(gè)平行于中 軸線方向充磁的圓管狀永磁體，其中2個(gè)圓管狀的永磁體的高相等，厚度相等， 內(nèi)、外徑不相等，外徑大者設(shè)置在最外層為外層永磁體l，外徑小者設(shè)置在最內(nèi) 層為內(nèi)層永磁體2;另外采用2個(gè)高、內(nèi)外徑均相等的圓管狀永磁體為中間層上、4
下永磁體3、 4,用若干塊磁導(dǎo)率極大的導(dǎo)磁體，如坡莫合金、硅鋼，連接中間
層上永磁體3和中間層下永磁體4。中間層上、下永磁體3、 4外徑比外層永磁 體l的內(nèi)徑略小，內(nèi)層永磁體2的外徑比中間層上、下永磁體3、 4內(nèi)徑略小， 外層永磁體、中間層上、下永磁體以及內(nèi)層永磁體三者的高相等?？趶阶畲蟮?外層永磁體1套置在口徑次之并用導(dǎo)磁體7連接的兩個(gè)口徑相同的中間層上、 下永磁體3、 4夕卜，口徑最小的內(nèi)層永磁體2套設(shè)在中間層上、下永磁體3、 4 之內(nèi)。
三層永磁體層層嵌套形成電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁永磁體，永磁體一底面的極性從外層 到內(nèi)層依次為N, S， N;另一底面的極性從外層到內(nèi)層依次為S， N， S。由此， 在外層永磁體內(nèi)壁和中間層上、下永磁體外壁間以及中間層上、下永磁體內(nèi)壁 和內(nèi)層永磁體外壁間形成了徑向輻射狀磁場(chǎng)。
用兩個(gè)磁導(dǎo)率接近空氣的材料，如鉑、銅等，制成的兩個(gè)電樞殼將中間層 上、下永磁體3、 4分別包住，中間層上、下永磁體之上對(duì)應(yīng)包裹的兩電樞殼5、 6采用磁導(dǎo)率接近空氣的材料制成，這樣可以最大限度范圍內(nèi)減少電樞殼對(duì)徑向 輻射狀磁場(chǎng)磁路的影響。詳見(jiàn)圖2，兩電樞殼包裹的中間層上永磁體3和中間層 下永磁體4通過(guò)設(shè)置在其間的多塊導(dǎo)磁體7形成整體，多塊導(dǎo)磁體7分別與中 間層上、下永磁體外包裹的電樞殼固定連接在一起，導(dǎo)磁體與電樞殼之間可以 釆用粘結(jié)方式，也可以采用焊接的方式。每塊導(dǎo)磁體上安裝有轉(zhuǎn)動(dòng)輪71，可以 使得導(dǎo)磁體在中間層上永磁體和中間層下永磁體之間的間隙中滑動(dòng)。
在電樞殼體上借助于還軸承安裝有多個(gè)滾輪13,安裝在電樞殼上的滾輪與 中間層上、下永磁體接觸，兩條漆包線14分別沿縱向在兩個(gè)電樞殼上繞成線圈 繞組。當(dāng)電樞殼受力轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其通過(guò)滾輪13可以在外層永磁體和內(nèi)層永磁體之 間順利轉(zhuǎn)動(dòng)，而與電樞殼連接在一起的多個(gè)導(dǎo)磁體也會(huì)跟隨其在一起轉(zhuǎn)動(dòng)。
為了保持電樞殼沿著同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)而不反轉(zhuǎn)，本結(jié)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)上還設(shè)置有 齒輪組。其中，在中間層上永磁體3的S極頂端和中間層下永磁體4的N極頂 端分別固定一個(gè)齒數(shù)為N,的內(nèi)齒輪9，也就是在中間層上、下永磁體相接處的另 外兩端分別固定一個(gè)齒數(shù)為Nt的內(nèi)齒輪，齒數(shù)為隊(duì)的內(nèi)齒輪的外圓與中間層上、 下永磁體內(nèi)徑相同；內(nèi)層永磁體的上、下兩底面上分別固定一個(gè)外圓比內(nèi)層永 磁體2外徑小且齒數(shù)為&的外齒輪12，兩電樞殼連接處的另外兩端分別固定一
個(gè)共軸齒輪IO和一個(gè)齒數(shù)為Ns的外齒輪ll，共軸齒輪10的大齒輪的齒數(shù)為N3， 小齒輪的齒數(shù)為N4其中齒數(shù)為N,的內(nèi)齒輪9與齒數(shù)為N3的大齒輪嚙合，齒數(shù) 為N4的小齒輪與齒數(shù)為Ns的外齒輪11嚙合，齒數(shù)為N5的外齒輪11與齒數(shù)為N2 的外齒輪12嚙合，且保證各個(gè)齒輪齒數(shù)比為N3:N產(chǎn)N。N2，而對(duì)于齒數(shù)為^的外 齒輪11的齒數(shù)無(wú)特殊要求。各個(gè)齒輪齒數(shù)比為N3:N^N"N2，滿足這個(gè)條件，齒 輪組會(huì)起到使內(nèi)層永磁體、中間層永磁體和外層永磁體總是保持相對(duì)靜止的作 用。為了減小對(duì)磁場(chǎng)磁路的影響，各個(gè)齒輪均釆用磁導(dǎo)率小的材料制造。本直 流電動(dòng)機(jī)上設(shè)計(jì)齒輪組的作用在于，防止使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的安培力的反作用力使電 樞殼反轉(zhuǎn)，保證外層永磁體、內(nèi)層永磁體以及中間層上、下永磁體保持相對(duì)靜 止，以防止一部分電能轉(zhuǎn)換成中間層上、下永磁體的動(dòng)能無(wú)法向外輸出而浪費(fèi) 掉。
3個(gè)層層嵌套的圓管狀極性永磁體固定在機(jī)座上，套置在中間層上、下永磁 體上的電樞殼與動(dòng)力輸出軸連接。線圈繞組通電后，繞組、電樞殼、連接中間 層上、下永磁體的導(dǎo)磁體以及動(dòng)力輸出軸組成的系統(tǒng)作為轉(zhuǎn)子，外層永磁體l、 內(nèi)層永磁體2和中間層上、下永磁體組成的系統(tǒng)作為定子。兩條漆包線通電的 方向視繞線方向而定，需確保通電后受安培力方向一致。電流通過(guò)每段繞在電 樞殼上的漆包線，方向總垂直于徑向輻射狀磁場(chǎng)，每段漆包線均受沿電樞殼弧 面切線方向的安培力，電樞殼受力簡(jiǎn)圖參見(jiàn)圖5，電樞殼外的線圈繞組通電后， 電樞殼受力旋轉(zhuǎn)，電樞殼旋轉(zhuǎn)通過(guò)動(dòng)力輸出軸向外輸出動(dòng)力。
權(quán)利要求
1、一種直流電動(dòng)機(jī)，由靜止的定子和轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子構(gòu)成，其特征在于所述定子包括機(jī)座和設(shè)于機(jī)座內(nèi)部的3個(gè)層層嵌套的圓管狀極性永磁體，其中口徑最大的外層永磁體(1)套置在口徑次之并用導(dǎo)磁體(7)相接觸形成整體的兩個(gè)口徑相同的中間層上、下永磁體(3)(4)外，口徑最小的內(nèi)層永磁體(2)套設(shè)在中間層上、下永磁體(3)(4)之內(nèi)，中間層上、下永磁體(3)(4)之上對(duì)應(yīng)包裹有兩電樞殼，繞組附著于兩電樞殼上，連接中間層上、下永磁體的導(dǎo)磁體也固定在電樞殼上，兩電樞殼與同一根動(dòng)力輸出軸(8)相連，所述繞組、電樞殼、導(dǎo)磁體以及動(dòng)力輸出軸組成電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流龜動(dòng)機(jī)，其特征在于所述的導(dǎo)磁體 (7)設(shè)置在中間層上、下永磁體(3) (4)之間的間隙中，導(dǎo)磁體僅與中間層上、下永磁體(3) (4)之上對(duì)應(yīng)包裹的兩電樞殼(5) (6)相連接， 所述導(dǎo)磁體上還是設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)輪(71)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的直流電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述中間層上、 下永磁體相接處的另外兩端分別固定一個(gè)外圓與中間層上、下永磁體內(nèi)徑 相同且齒數(shù)為N,的內(nèi)齒輪(9)，內(nèi)層永磁體的上下兩底面上分別固定一個(gè) 外圓比永磁體B外徑小且齒數(shù)為N2的外齒輪(12)，兩電樞殼連接處的另 外兩端分別固定一個(gè)齒數(shù)為N3的大齒輪及齒數(shù)為N4的小齒輪的共軸齒輪(10)和一個(gè)齒數(shù)為Ns的外齒輪(11)，其中齒數(shù)為A的內(nèi)齒輪與齒數(shù)為 N3的大齒輪嚙合，齒數(shù)為N4的小齒輪與齒數(shù)為N5的外齒輪嚙合，齒數(shù)為Ns 的外齒輪與齒數(shù)為N2的外齒輪嚙合，且N3:N^^:N2。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的直流電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述電樞殼體 上借助于軸承安裝有滾輪，便于電樞殼通過(guò)滾輪在外層永磁體和內(nèi)層永磁 體之間轉(zhuǎn)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種直流電動(dòng)機(jī)，其由靜止的定子和轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子構(gòu)成，所述定子包括機(jī)座和設(shè)于機(jī)座內(nèi)部的3個(gè)層層嵌套的圓管狀極性永磁體，其中口徑最大的外層永磁體套置在口徑次之并用導(dǎo)磁體連接的兩個(gè)口徑相同的中間層上、下永磁體外，口徑最小的內(nèi)層永磁體套設(shè)在中間層上、下永磁體之內(nèi)，中間層上、下永磁體之上對(duì)應(yīng)包裹有兩電樞殼，繞組附著于兩電樞殼上，連接中間層上、下永磁體的導(dǎo)磁體也固定在電樞殼上，兩電樞殼與同一根動(dòng)力輸出軸相連，所述繞組、電樞殼、導(dǎo)磁體以及動(dòng)力輸出軸組成電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子。本直流電動(dòng)機(jī)不含易磨損、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的換向裝置，故障率低，維護(hù)方便，可從根本上杜絕渦流的產(chǎn)生，在很大程度上降低直流電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的熱損耗，大幅度提高電機(jī)效率。
文檔編號(hào)H02K57/00GK101383553SQ20081019914
公開(kāi)日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2008年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月14日
發(fā)明者賴奕璋 申請(qǐng)人:賴奕璋