[发明专利]转子励磁无换向器直流电机

说明书

本发明属于旋转电机。

直流电机包括直流发电动机和直流电机。直流电动机具有调速方便平滑，调速范围宽广，过载能力大等优点；直流发电机具有提供无脉动电力，输出电压便于精确地控制和调节等优点；因此直流电机在各个方面有着广泛的应用。

通常的直流电机，励磁磁极属于定子部份，且其沿定子内圆磁极的设置是按异名磁极相间来设置的。这种设置方式使电机运转时电枢绕组和励磁磁极之间存在相对运动。在这样的前提下，为了使电机输出方向不变的电流和转速，换向器是必不可少的部件。换向是一种十分复杂的过程。换向不良时将会产生强烈的换向火花，影响电机的正常运行，因此换向器的存在是使直流电机故障率和维护工作量增加的原因。要提高直流电机的性能，就必须去掉换向器。在这个方面前人已经作了一些工作，从直流电动机的角度看。现有的无换向器直流电动机有无刷直流电动机和单极直流电动机两种形式。无刷电动机的实质是用电子换向取代机械换向，这种直流电动机除了电动机本体外，还必须有一套电子换向系统，在结构上略嫌复杂。单极直流电动机其沿定子内圆的磁极是同名磁极，因此不需换向，但普通单极电动机须工作在低电压大电流状态下，限制了这种电机容量的提高。超导单极电动机虽能工作在高电压状态下，为了维持超导条件，制冷和绝热措施又必不可少，在结构上也嫌复杂。

鉴于上述各种直流电机存在的问题，本发明的任务是获得一种没有机械和电子换向器且能工作在高电压下的直流电机。

本发明的基本思想是使励磁磁极与电枢同步转动，从而消除电枢与磁极之间的相对运动，使换向过程成为不必要。以下结合附图对发明进行详细描述。

附图1是两极转子励磁直流电机垂直于轴中心线的纵剖示意图。(以下简称两极电机)

附图2是两极电机串励接线图。

附图3是两极电机并励接线图。

附图4是两极电机他励接线图。

附图5是六极转子励磁三相交流电机转子纵剖示意图。(以下简称六极电机)

附图6是六极电机△形接线线图。

附图7是六极电机￥形接线图。

附图8是六极电机a、b、c、三极的气隙磁通和电流波形图。

附图9是瓦状永磁体励磁转子纵剖图。

附图10是块状永磁体励磁转子纵剖图。

在附图1中、(1)是定子、(2)是转子、(3)是励磁绕组、(4)是气隙、(5)是电枢绕组。

定子(1)由外壳，定子铁心、电刷等部份构成。外壳包括端盖，端盖上装有轴承，用来支持转轴。外壳处于电机的最外层。定子铁心用软磁材料制成，位于外壳与气隙之间，为了减弱涡流，定子铁心可由冲片迭成，电刷由刷架和刷体构成，刷架固定于定子上，刷体位于刷架的刷握中，有一定的活动余地，通过刷簧的压力与位于转轴上的集电环紧密接触，电刷的数量(组数)如下，当电机设计为使用直流或单相交流电源且电机采用串励并励方式时，电刷为两组；他励为四组。当电机设计为使用三相交流电源时，△形接法为三组；￥形接法中性点外接时为四组。各组电刷组内接通，组间绝缘。定子上没有绕组主要起支持转子、固定刷架和闭合磁路的作用。

转子(2)由转子体，转轴、集电环等部份构成，转子由软磁材料(迭片或整体)制成。转子体的外圆柱面上均匀地开有若干沟槽作嵌电枢绕组之用，沟槽有直槽和斜槽两种，直槽的特点是沟槽与转轴中心线平行。转轴由机械强度高的材料制成，轴上装有集电环，集电环的数量位置必须与电刷相适应，本发明的电刷与集电环与绕线形电动机(或同步电机)的电刷和集电环极相似，当转子的外圆由不同半径的圆弧光滑连接而成则形成偏心气隙。

励磁绕组(3)是套在磁极上的集中绕组，作用是绕组通电后产生气隙磁通，以电枢绕组的位置作参照，励磁绕组的位置特点是：绕组的外层导线距定子内圆较远，内层导线距转轴中心线较近。

电枢绕组(5)的作用是它的有效部份(位于气隙槽中的部份)，在本绕组电流和气隙磁通的共同作用下将受到电磁力的作用产生转矩使转子转动。

两极电极的结构如前所述，其工作原理是：当直流电源通过电刷和集电环向电枢绕组和励磁组供电时，若两绕组的电流方向如附图1中所示，根据安培定律，电枢绕组的有效部份(气隙槽中的部份)在气隙磁通和电流的共同作用下，将受到电磁力的作用而形成转矩使转子转动。在转动过程中电枢电流和气隙磁通的相对方向不发生变化，因此不用换向即可保持相对不变的转矩，使转子沿着附图1气隙中弧线箭头所示的转动方向转动，完成电能与机械能之间的转换。