專利名稱：高效、節能、超轉矩車用直流電動機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種高效、節能、超轉矩車用直流電動機。
由于合理的選用定轉子極數，使其結構更加合理，尤其對於使用以蓄電池為電源的小功率備型電動自行車，摩托車、汽車、尤為重要。也適用於其他工業、農業、礦山、冶金等行業使用的調速電機行業。
普通的直流電動機的工作原理，大都是要想8個磁極同時工作，則電摳(轉子)需要設置二十多極，且定轉子均通電產生電磁場、相對作用力產生旋轉。這種電動機的結構極為復雜，需要使用大量的電摳繞組，本身較為笨重。如果采用永磁體做定子磁極，由于結構上的原因，轉矩力不可能做得多大，若不采用永磁體做定子磁極，又達不到節能的目的。
本發明的目的，是合理選擇定轉子磁極及極數比，使其通電工作時，只有部分磁極在極短的時間內處于換向，而其余所有磁極相互吸、斥工作，故轉矩力特大。
合理的選用定轉子磁極極數，最關鍵的是合理選擇定子磁極數，使定子磁極磁場方向排列合理，即通過軸心，向心互為異性磁場的原則。其必需具備二個條件1、定子磁極數必需是偶數，2、磁極數必需是或6以上隔一個偶數的偶數，如6、10、14、18、22……。定子極數選定后，所選轉子極數的原則是與定子極數比互為2∶3或3∶4，但必需是整數。如定子選6，轉子可選8或9。定子選10，轉子選5。
當定轉子極數比為2∶3時，可將所有轉子磁極分為3組，當定轉子極數比為3∶4時，則將所有轉子磁極分為8組，如轉子8極，Z1為第一組，Z2為第二組……。
如定轉子磁極極數分別為6和9，極數比為2∶3，則將轉子9極分為3組。排順序數z1 z4 z7為第一組，z2 z5 z8第二組，z3 z6 z9為第三組。所有同組的磁極處于對應的位置，通電產生的磁場方向相同，換向時同時換向。
換向器換向銅片5的數量是所選的定轉子磁極數的最小公共倍數。如定子磁極數選6，轉子磁極數選9，則換向器片5總數是18。定子磁極數選6，轉子磁極數選8，則換向器銅片5的總數是24。
將所有換向器片分組，接入轉子磁極線圈電路，分組的原則是定轉子極數比是2∶3，分6組定轉子極數比是3∶4，分8組每組的換向器片數是總片數除組數。
如定子6極，轉子9極，換向器片數18，定轉子比2∶318÷6=3(片)。將同組中換向器片5相連形成正三角形。定子6極，轉子8極，換向器片數24，定轉子極數比3∶4，24÷8=3(片)。將同組中換向器片5相連形成五角形。
定子10極，轉子15極，換向器片30定轉子極數比2∶330÷6=5(片)。將同組中換向器片5相連形成正五角形將轉子磁極線圈4接入換向器電路；定轉子磁極數比是2∶3,6組的接線原則接同順序或旋轉方向排列，第1組換向器片5接第一組轉子磁極線圈4的_端，第2組換向器片5接第三組的轉子磁極線圈4的⊙端，第3組換向器片5接第二組轉子磁極線圈4的_端、第4組的換向器片5接第一組轉子磁極線圈4的⊙端，第5組換向器片5接第三組轉子磁極線圈4的_端，第6組換向器片5接第二組轉子磁極線圈4的⊙端。
具體接法見摘要附圖定轉子極數比是3比4,8組的接線原則第1組換向器片5接第一組轉子磁極4的_端第2組接換向器片5第四組轉子磁極4的_端第3組換向器片5接第三組轉子磁極4的⊙端第4組接向器片5接第二組轉子磁極4的_端第5組換向器片5接第一組轉子磁極4的⊙端第6組換向器片5接第四組轉子磁極4的⊙端第7組換向器片5接第三組轉子磁極4的_端第8組換向器片5接第二組轉子磁極4的⊙端具體接法見說明書附

圖1從摘要附圖和說明書附圖1、2可以看出，通電后，分別只有三分之一的磁極和四分之一的磁極暫時處于換向位置。換向結束后所有定子磁極8，對轉子磁極3，均同時處與推斥前方的轉子磁極，吸拉后方的轉子磁極，故轉矩特大。
摘要附圖工作過程如下轉子磁極3 Z1Z4Z7暫時處于換向位置其余各極的工作關系為Z2_端接正刷，⊙端接負刷產生S極，被D1S極斥，D2N極吸Z3⊙端接正刷，_端接負刷產生N極被D2N極斥，D3S極吸Z5_端接觸正刷⊙端接負刷產生S極被D3S極斥，D4N極吸Z6⊙端接觸正刷_端接觸負刷，產生N極被D4N極斥，D5S極吸Z8_端接觸正刷⊙端接觸負刷，產生S極被D5S極斥，D6N極吸Z9⊙端接觸正刷_端接觸負刷，產生N極被D6N極斥，D1S極吸待換向結束后，又增加了Z1_端接觸正刷⊙端接觸負刷，產生S極被D1S極斥，D2N吸Z4_端接觸正刷⊙端接觸負刷，產生S極D3S極斥，D4N吸Z7_端接觸正刷⊙端接觸負刷，產生S極被D5S極斥，D6N吸所有轉子磁極3同時工作。
附圖1定、轉子極數分別為6和8，其工作過程如下Z1、Z5處于換向位置，其余各極分別為
Z2_端接正刷⊙端接負刷，產生S極，被D1S極斥，D2N極吸。
Z3⊙端接正刷_端接負刷，產生N極D2N極斥，D3S極吸。
Z4_端接正刷⊙端接負刷，產生S極，D3S極斥，D4N極吸。
Z6⊙端接正刷_端接負刷，產生N極，被D4N極斥，D5S極吸。
Z7_端接正刷⊙端接負刷，產生S極，被D5S極斥，D6N極吸。
78⊙端接正刷_端接負刷產生N極，被D6N極斥，D1S極吸。
待換向結束，又增加了Z1_端接正刷⊙端接負刷，產生S極，被D1S極斥，D2N極吸。
Z5⊙端接正刷_端接負刷，產生N極，被D4N極斥，D5S極吸。
所有磁極同時工作。從附圖中不難看出，從轉子磁極線圈_端逐步接觸正碳刷的順序是Z1、Z6、Z3、Z8、Z5 Z2、Z7、Z4，即每隔二極的磁極，線圈上_端而與之并聯的磁極線圈的⊙端，分別為Z5、Z2Z7、Z4、Z1、Z6、Z3、Z8。
附圖2所示定轉子極數分別為10和15。其工作過程如下第一組轉子磁極，Z1、Z4、Z7、Z10、Z13暫時處于換向位置。
其余二組轉子磁極的工作關系如下Z2、Z5、Z8、Z11、Z14_端接正刷⊙端接負刷，產生S極，分別被D1、D3、D5、D7、D9S極斥，D2、D4、D6、D8、D10極吸。
第三組Z3、Z6、Z9、Z12、Z15⊙端接正刷，_端接負刷，產生N極。分別被D2、D4、D6、D8、D10N極斥，D3、D5、D7、D9、D1S極吸。待第一組轉子磁板換向結束，又將出現Z1、Z4、Z7、Z10、Z13_端接正刷，⊙端接負刷，產生S極，分別被D1、D3、D5、D7、D9、S極斥，D2、D4、D6、D8、D10N極吸，所有轉子磁極3均同時參與吸斥工作，故轉矩特大。
當本發明車用直流電機，工作於中低壓直流電源時，各組轉子磁極線圈4可采用如圖所示的并聯電路。
當工作於高、中、壓直流電源時，也可將各每組轉子磁極線圈4串連接入換向器電路。
當定子磁極8不采用永磁體時，可采用多種給定子磁極線圈9通電激磁電路、只要產生如圖所示的磁場方向效果均可。
上述各比例的車用直流電機，可選一組正負碳刷，也可選多組正負碳刷。每組正負碳刷應通過對稱中心線安裝，最多安裝正負碳刷的總數，應是定子磁極數。
碳刷7在換向器上的弧駭長，應是當定轉子磁數比為2∶3時，碳刷7在換向器上的弧弦長應是二個換向器銅片5加一片換向器絕緣片6的弧弦長。
當定轉子磁極比是3∶4時，碳刷7在換向器上的弧弦長應是三個換向器銅片5加二片換向器絕緣片6的弧弦長。
各比例定轉子磁極寬(所占中心角)的設計原則是一、同機中，定轉子磁極極寬(所占中心角)應相等二、以極數多的為準，園周角除極數再減去一片到二片換向器絕緣片6所占的中心角，以不影響磁極繞組下線為準如定轉子磁極數，是6和9，以轉子9極為準。
設換向器絕緣片6的厚度為1mm，換向器直徑為Ф52，換向器銅片5為18片，則1片換向器絕緣片6所占的中心角約為sinα=0.526×2]]>α=2°16′磁極極面寬(弧弦長)約為360°÷9=40°40°-2°16′=37°44′若轉子外徑設計為Ф87則極面寬(弧弦長)約為sin18o52′=x43.5×2]]>x=28，碳刷7寬度(在換向器上的弧弦長)360°÷18=20°因碳刷7應占二個換向器銅片5加一個換向器絕緣片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寬(弧弦長)取16mm上述各個定轉子極數比的高效、節能，超轉矩車用直流電動機，當需要高速運轉時，則定子保持原結構不變，轉子部分需要改變材料結構，即原硅鋼片轉子體2、3改作其他導磁體結構如低頻瓷性磁、中頻瓷性磁、陶瓷材料等。也可改作空心線圈結構(用玻纖樹脂、膠木材料作骨架)其轉速提高、轉矩略減小外，其他性能基本不變。
當需制作盤式電機結構時，則將定子磁極按所占有中心角端面固定。轉子體也做成端面結構，使其產生電磁場，在其平面上相互作用，電機性能基本不變。
上述各定轉子極數比的高效、節能、超轉矩車用直流電動機，也可作成無刷電路，其轉子體不轉，接線基本不變，去掉換向器，將換向器部分改作，敏感觸發結構。執行換向部分可采用，大功率場效應電路結構也可采用可關斷可控硅電路結構。
觸發、關斷，再觸發以定子磁極數為準，如定子6極，則；正向觸發3次，反向觸發3次，每次融發前先行關斷。觸發、關斷、再觸發的敏感器件(傳感器，可采用光敏電路，也可采用磁敏霍爾電路)執行觸發送電，關斷，切斷電源，再觸發反向送電的電路的組數，是根據轉子結構決定的，如轉子磁極分成3組，則上述執行電路需6套，轉子磁極分成8組，上述執行電路需8套。
詳細電路及結構視電機的比例結構及具體功率，具體體積來決定，不再詳述。
權利要求
一、一種高效，節能超轉矩車用直流電動機，其特征是；定子磁極8可以是永磁體磁極也可以是電激磁磁極，其繳磁線圈9，接入電路的方式是可以串入碳刷7電路也可以并入直流電源DC電路，使其形成統一的串或并激磁電路，定子磁極8磁極數是6或6以上隔一個偶數的偶數，即可以是6.10.14.18.22………。其磁場排列方向向心相鄰互為異性。定子磁極8與轉子磁極3的極數比是互為2∶3或3∶4。其轉子磁極3的具體極數是根據定子極數而決定的，轉子磁極3的極數是整數。
二、根據權利要求一所述的直流電動機，其特征是換向器片數是該直流電動機定子磁極8的極數與轉子磁極3的極數的最小公共的倍數，且永遠是一偶數。即當定轉子極數比為2∶3時換向器片數是定子磁極數的3倍的數，是轉子磁極數2倍的數，且為同一偶數。
三、根據權利要求一所述的直流電動機，其特征為轉子線圈的結構為均是繞于磁極上的獨立的，方向一致的，匝數一致的繞組。當定子磁極不采用永磁體時，其勵磁線圈也采用上述結構的繞組。
四、根據權利要求一、二、三所述的直流電動機其特征為當定轉子磁極極數比為2∶3時，將轉子所有磁極，平均分成三組，其排列順序按順時針秩序數，當轉子磁極數為9極時Z1Z4Z7為一組Z2Z5Z8另一組Z3Z6Z9為一組，即那些相隔二極的磁極列為一組，并將每組中轉子磁極線圈4的_端與_端相連，⊙端與⊙端相連，接入換向器電路，同樣將換向器所有換向器片分為6組，按順序數與第一片換向器片相連的為第一組，與第二片換向器片相連的為第二組……。將分過組的轉子線圈4接入分過組的換向器片的原則是1、第1組轉子磁極線圈的_端接入第一組換向器片；2、第3組轉子磁極線圈⊙端接入第二組換向器片‘3、第2組轉子磁極線圈_端接入第三組換向器片；4、第1組轉子磁極線圈⊙端接入第四組換向器片5、第3組轉子磁極線圈_端接入第五組換向器片；6、第2組轉子磁極線圈⊙端接入第六組換向器片。當定轉子磁極極數比為3∶4時，將轉子所有磁極，分為8組，其排列順序按順時針排列，并將其所有換向器片也分成8組。將哪些相隔7極的轉子磁極列為一組，也將那些相隔7片的操向器片列為一組將轉子磁極線圈4接入換向器片5的原則是按順序1、第1組轉子磁極線圈的_端接第5組轉子磁極線圈的⊙端，接入第一組換向器片電路。2、第4組轉子磁極線圈_端接第8組轉子磁極線圈的⊙端接入第二組換向器片電路。3、第7組轉子磁極線圈_端接第3組轉子磁極⊙端接入第三組換向器片電路。4、第2組轉子磁極線圈_端接第6組轉子磁極線圈⊙端接入第四組換向器片電路。5、第5組轉子磁極線圈_端接第1組轉子磁極線圈⊙端接入第五組換向器片電路；6、第8組轉子磁板線圈_端接第4組轉子磁極線圈⊙端接入第六組換向器片電路；7、第3組轉子磁極線圈_端接第7組轉子磁極線⊙端接入第七組換向器片電路；8、第6組轉子磁極線圈_端接第2組轉子磁極線圈⊙端，接入第八組換向器片電路。
五、根據權利要求一、二所述的直流電動機，其特征為正負碳刷可設一組，或二組，也可設置多組。其最多可設置的組數，應是定子磁極的對數，在圓周上其設置的角度，應和定子磁極在圓周上所處中心角度相同。其在圓周位置，應根據換向器所處的位置調整決定。
全文摘要
本發明涉及一種高效、節能、超轉矩車用直流電動機。該車用直流電動機定子磁極采用永磁體磁極，也可采用電激磁極。其定子磁極數為6，或6以上隔一個偶數的偶數如6、10、14……。其轉子磁極數，是根據所選定子磁極數來決定的，使其定轉子磁極數比為2∶3或3∶4。換向器片數是定轉子極數的最小公共倍數，且永遠是偶數。本發明直流電動機定轉子磁極線圈采用獨立繞組的結構，磁場集中，效率高。由于合理的選用定轉子磁極數，所以結構更加合理。
文檔編號H02K13/00GK1227442SQ9910163
公開日1999年9月1日 申請日期1999年2月2日 優先權日1999年2月2日
發明者張晴 申請人:張晴, 張翠學