專利名稱：特高效超轉矩直流電動機的制作方法
本設計直流電動機結構特異，高效節電轉矩力特大，是一種廣泛應用工業、農業、交通的直流電動機。
圖3所示為本設計直流電動機的整機結構示意圖(剖視)

圖1為本設計直流電動機的定轉子極數比為6∶4的運轉原理圖。其中定子磁極9為永磁體磁極<當采用永磁時，無需激磁線圖9a，碳刷直接外接直流電源>也可以為電激磁磁極，<采用電激磁磁極時，材料可選用硅鋼片，低速時也可選用其他鐵磁材料>他們分別標為D1、D2、D3、D4、D5、D6。它們均勻的，相鄰向心異性磁場地排列在電動機殼體10的內側，轉子體2則采用硅鋼片疊成，做成4個磁極3并分別繞有方向一致的、線徑相同的、匝數相同的4個獨立的轉子線圖4，分別為Z1、Z2、Z3、Z4。
配電器滑環5做成圓環形或平面環形的，并等分成12等分。每個滑環銅環5間由絕緣體6隔開。配電器滑環通過滑環體11和轉子體2連為一體，且在同一軸心上與轉子體2同步旋轉。將每間隔3個環的那些環相連后成為一組，12個配電器滑環5共分為4組，即為A、A1、A2；B、B1、B2；C、C1、C2；D、D1、D2或說成A組、B組、C組、D組，其按順序排列方向為逆時針方向。
4個轉子磁極線圈4的連線方式為Z1Z3⊙、Z2Z4⊙、Z3Z1⊙、Z4Z2⊙。
4個轉子磁極3接順時針方向排列。
4個轉子磁極線圈接入配電器滑環電路的方式為以每個磁極線圈的○端為準，依秩逆向接入4組配電器滑環電路。即Z1Z3⊙接入A組、Z2Z4⊙接入B組、Z3Z1⊙接入C組、Z4Z2⊙接入D組。
本設計直流電動機的碳刷的7的設置原則是按賀周角360度等分6份，每60度設置一個。每相鄰的二個碳刷互為正負碳刷。
當本設計直流電動機供電采用6個碳刷時，也可將轉子線圖Z1Z3⊙、Z2Z4⊙、Z3Z1⊙、Z4Z2⊙相連后，依秩逆向接入配電器滑環電路A、B、C、D組中每組中任一環均可。
每個碳刷與配電器相接觸的弧弦長應相等。碳刷通過彈簧13的適當的壓力彈性地接觸配電器滑環，并外接直流電源正負極。(當定子磁極采用串激磁線路時，則通過激磁線圈再外接直流電源正負極。)圖1中，一但確定定子磁極的磁場方向后如D1S極、D2N極、D3S極、D4N極、D5S極、D6N極。轉子線圈端接正碳刷產生S極，線圈⊙端接正碳刷產生N極。則Z2端接負刷，⊙端接正刷故產生N極，Z4端接正刷，⊙端接負刷產生S極，Z2N極被D2N極相斥，同時又被D3S極相吸，Z4S極被D6N極相吸，D5S極相斥故而轉子順時針方向旋轉，此時轉子磁極Z123極暫時處于換向位置。
待到換向結束后，將出現如下情況正刷接觸D組和A組配電器滑環，負刷接觸B組和D組配電器滑環，定子磁極磁場和轉子磁極磁場相互作用力為D1S極斥Z1S極，D2N極斥Z2N極吸Z1S極，D3S極吸Z2N極，D4N極斥Z3N極，D5S極斥Z4S極吸Z3N極，D6N極吸Z4S極。所有磁極相互參與吸斥工作，故它的轉矩力特大。
圖2為定轉子磁極極數比為12∶8的直流電動機運轉原理圖。
當定子磁極9采用永磁體時，則無需任何定子激磁線圈。供轉子工作的正負碳刷7直接與外界DC直流電源相接。現圖3中采用并激電路。
本比例結構電動機其定子按順序標為D1、D2……D12共12個。轉子3共8個磁極依順序按順時針方向排列列為Z1、Z2……Z4’。12個定子磁極磁場仍然是向心相鄰互為異性。而轉子的接線較為特殊，從圖2可比看出通過軸心的相對稱的二個磁極線圈應頭頭相連，尾尾相接，然后并分別與相鄰90度的那二個磁極線圈的尾尾連接，頭頭相連。接入配電器滑環5電路A組和C組。另外四個磁極線圈仍然采用相同接法，其結果形成Z1、Z1’、Z3⊙、Z3’⊙相接后接入配電器A給滑環電路。
Z1⊙、Z1’⊙、Z3、Z3’相連后接入配電器C組滑環電路。
Z2、Z2’、Z4⊙、Z4’⊙相連后接入配電器B組滑環電路。
Z2⊙、Z2’⊙、Z4、Z4’相連后接入配電器D組滑環電路，A、B、C、D的排列方向為逆時針排列。
轉子磁極線圈4接入配電器滑環5電路的原則是以每組轉子線圈的端為準，依秩逆向接入配電器滑環電路。Z1Z1’接A組，Z2Z2’接B組，Z3Z3’C組，Z4Z4’接D組。正負碳刷7可相對中心角30度12塊安置，也可2塊安置。當12塊安置時，轉子線圈4按上述相連后，只要接入上述配電器滑環5電路每組中的一環即可。無需每組中的環環相連。例A組共6個環A、A1、A2、A3、A4、A5，只要接入任一環即可。
正負碳刷7通過彈簧13的適當壓力，彈性地接觸配電器滑環。每只碳刷與滑環相接觸的弧弦長應相等。圖2的工作過程為D1、D4、D7、D10、Z1、Z3、Z1’、Z3’與換向位置，其余各極的相互關系為D2N極斥Z2N極，D3S極吸Z2N極，D5S極斥Z4S極，D6N極吸Z4S極，D8N極斥Z2N極，D9S極吸Z2N極，D11S極斥Z4S極，D12N極吸Z4S極。
待換向結束后正刷接觸配電器滑環A組和D組，負刷接觸配電器滑環C組和B組電路時除上述的工作過程外又增加了D1S極斥Z1S極，D4N極斥Z3N極，D7S極斥Z1’S極，D10N極斥Z3’N極。全部定轉子磁極均參與吸斥工作，故轉矩力特大。
當定子磁極全部采用永磁體磁極時，充分地利用了磁能，所以節電效果特別顯著。
本設計直流電動機，當定、轉子線圈發生不同繞向時，只需改變其頭尾接法使之產生上述的磁場效果則電動機性能不變。
在上述結構的直流電動機中，改變碳刷外接電源的正負極性，電動機改變旋轉方向。
本設計直流電動機，除上述兩種定轉子磁極極數比例性外，還可設計為其它多種比例結構，例如24∶16等等，其原則為均是6∶4的偶數整數倍。
配電器滑環數的設計原則為是該比例電動機定子極數與轉子數的最小公共倍數或者說是定子磁極數的2倍。碳刷與配電器滑環相接觸的弧弦長應相等，這是碳刷尺寸設計原則。
權利要求
1.一種直流電動機，其特征是定子磁極(9)與轉子磁極(3)的極數比為6∶4，或6∶4的公共偶數整數倍的比例方式。
2.根據權利要求1所述的直流電動機，其特征為轉子磁極(3)采用電樞繞組(4)，且每個電樞繞組均為線徑相同，匝數相同，繞向一致的單獨電磁線圈。同機中每個轉子磁極的弧弦長均相等，并與每個定子磁極的弧弦長相等。
3.根據權利要求1、2，所述的直流電動機其特征為定子磁極(9)可采用任何材料的永磁體。也可采用帶電激磁線圈(9a)結構的其它鐵磁材料制作的電磁極。定子磁極(9)無論采用永磁體磁極還是電磁極，同機中所有定子磁極的弧弦長相等，并按圓周均勻分布，磁場排列方向為依秩相鄰向心互為異性的排列。
4.根據權利要求1，所述的直流電動機，其特征為配電器滑環(5)的數量應為該直流電動機的定、轉子磁極數比的最小公共倍即定子磁極數的2倍。無論滑環數為多少，均將依秩序分為4組，每組中滑環的數量應是滑環總數的1/4，即定子磁極數的1/2。每個配電器滑環應由絕緣體(6)隔開。4組配電器滑環的分組原則是每隔三個滑環的那些環為一組。4組配電器滑環的排列順序與轉子磁極的排列順序互為逆向。所有配電器滑環結構、形狀、尺寸均相等，并按同一圓周均勻分布。配電器滑環通過滑環體(11)與轉子體同軸連接。
5.根據權利要求1、2，所述的直流電動機其特征為無論該直流電動機的轉子磁極數為多少，均按順序分為4組，將按順序每隔三個磁極的那些磁極列為一組。轉子磁極線圈的連線原則為將每組中所有磁極線圈的端與端相連，⊙端與⊙端相連。然后將第一組的端連線與第三組(與此組隔一組)的⊙端連線相接，并將第一組⊙端連線與第三組(原與此組隔一組)的端連線相接。另外兩組的連線方式與第一組與第三組的連線方式相同。將4組連好線的磁極線圈，以每組中的端為準，依秩逆向的接入4組配電器滑環電路。
6.根據上述權利要求所述的直流動機其碳刷(7)的分布特征是在同一直流電動機中正負碳刷可以是各1個，也可以是各若干個。當是各一個時，二個碳刷應對稱安置在圓周角360度除以定子磁極數中心角的夾角線上。當同一電動機采用正負碳刷多塊安置時，其正負碳刷的總數量，應是該直流電動機的定子磁極數的總數量，并按圓周角360度除以定子極數的中心角度，均勻分布。按順序相鄰兩碳刷互為正負碳刷。碳刷的特征是碳刷接觸配電器滑環面的弧弦長與被接觸的配電器滑環單環的弧弦長近似相等。
7.根據上述權利要求的直流電動機，其特征是當采用DC各1塊碳刷時，必需將4組配電器滑環每組中所有滑環相互連接。當定轉子磁極數比為6∶4時其每組滑環的連線形成三角形。當定子磁極數比為12∶8時每組的滑環連線形成六角形……當上述兩種比例的直流電動機分別按角度要求安裝正負各三塊和正負各六塊碳刷時，則其每組配電器滑環的連線也可免接。
全文摘要
本發明涉及一種結構特異的特高效,超轉矩直流電動機。該直流電動機由眾多的定子電激磁磁極或永磁體磁極,同時強斥和強吸轉子的電磁極,迫使電動機旋轉。該直流電動機采用了定轉子磁極數比為6∶4或6∶4的公共整數倍的比例結構。該設計直流電動機當定子磁板采用永磁體時,其永磁體的分布幾乎形成一個整圓。在工作時,所有定轉子磁極均同時參與吸斥工作,故其節電效果好、效率特高、轉矩力特大。
文檔編號H02K23/26GK1194488SQ9710168
公開日1998年9月30日 申請日期1997年3月21日 優先權日1997年3月21日
發明者張耀華 申請人:張耀華, 張晴