[发明专利]全永磁式直流电动机

说明书

本发明涉及一种电动机，特别是一种直流电动机。

公知的直流电动机由定子、转子和换向器构成。定子具有永磁式或励磁绕组式形成的一对到数对磁极。磁极形成磁场，转子电枢通电流在磁场中受电磁力作用而产生转矩。在转矩力平衡处，经换向器改变电流方向而改变受力方向，保证转子沿一个方向转动。换向器通常为一机械结构，由换向片和电刷组成。通常的定子由导磁材料而不是永久磁钢做成，如磁钢。结构如图1所示，包括磁心(1)，极靴(2)和极掌(3)等结构。如果定子的磁极由励磁线圈激磁，则线圈通常沿着极靴绕制，即线圈的回转中心垂直于转子的回转中心，在同一圆周面上依次呈现S极和N极，每相邻两个磁极与转子之间组成一个闭合磁路，如图1所示。转子沿圆周面镶有若干电枢，电枢同各自的换向片相焊接，当电枢通电流时，在定子磁场中受力严生转矩而转动。

公知的这种直流电动机，由于采用机械换向器装置，常处于高速运动状态，因而磨损是不可避免的，经常要维修。由于转子电枢和铁心在定子磁场中转动，切割磁力线产生反电动势和交变电流。反电动势的电流阻碍正向运动，交变电流在转子铁心中产生涡流损耗，交变磁场反复磁化转子铁心产生磁滞损耗，因而降低了电动机的工作效率，是不易克服的。

本发明的目的即在于提供一种直流电动机，所述直流电动机能克服公知直流电动机的缺点，具有较高的使用效率。

为实现上述目的，本发明的方案为：所设计的直流电动机具有定子和转子，定子和转子之间形成气隙，定子的磁极极性沿轴向内侧分布为圆环形S极和N极，转子的磁极极性也沿轴向外侧分布为圆环形N极和S极，处于装配状态时，定子和转子的异名端相对，定子和转子上都设置有磁力定向装置。磁力定向装置将圆环形向心吸引力转化为切线力而实现转动。    

在定子的内圆周上分布有至少两个或两个以上的磁极，磁极之间由极槽隔开，极槽内嵌有磁力定向块，转子上也分布有两个或两个以上的磁极，磁极之间由V形极槽隔开，在V形极槽内也嵌有形状稍异的磁力定向块，转子和定子上的磁力定向块共同组成电动机的磁力定向装置。

所述的磁力定向块由完全抗磁材料做成，例如处于低温状态下的超导材料，如镉，铌三锗(Nb₃Ce)等。

为保证转子和定子的磁极极性如上述分布，所以转子的励磁绕组沿着转子的轴心绕制，定子和转子由永磁铁做成。

按照上述方案，本发明的直流电动机有别于公知技术的直流电动机。下面结合图示和实施例对方案进行详细的说明。

图1为现有技术的直流电动机的原理图；

图2为本发明方案原理图的正视图；

图3为本发明方案原理图的侧视图；

图4为本发明方案结构的正视图；

图5为实施例之一的正视图；

图6为实施例之二的正视图；

如图2及图3所示，本发明方案的直流电动机，包括定子(4)和转子(5)。定子由端面呈弧形的马口磁铁组成，其材料如钐钴合金。转子励磁线圈沿中心轴线(6)绕制，通电流产生的磁场，加强在转子磁极上。转子材料如做永磁铁的钐钴合金，还可改用磁致伸缩小的软铁磁性材料，如非晶体磁性材料。定子与转子结合后的磁路如图2所示，其磁力线如图中带箭头的细线(7)所示的封闭曲线。其一端磁场如图3，呈圆环形均匀磁场，当磁场间隙很小时，近似圆环形匀强磁场。磁场吸引力的方向指向圆心，切线力为零，没有转矩。但是再加上一个磁力定向装置后，其转动是可能的。

如图4所示是装有磁力定向块的直流电动机，其定子的内圆周面分隔成多对磁极(8)，由两个相邻磁极之间的矩形极槽(9)隔开，极槽(9)内嵌有磁力定向块(10)，磁力定向块(10)有一矩形部分及偏向锐角三角形组成，锐角常为1°—10°之间，矩形嵌在矩形极槽(9)中。磁力定向块在转子和定子所形成的环形气隙中偏向一个方向，如果要求转子顺时针方向旋转，则磁力定向块的锐角偏向反时针方向。由于极槽(9)的宽度是一定的，环形气隙也很小，所以其锐角三角形不难确定。

在转子上也有若干个磁极(11)，由V形极槽(12)隔开，V形极槽内嵌满V形磁力定向块(13)，磁力定向块与小磁极组成圆滑的圆周面。

当定子的磁极(8)的宽度与极槽(9)的宽度设计为相等，转子的磁极(11)的边沿弧长与V极槽(12)的边沿弧长相等时，定子磁极数：转子磁极数＝2∶3；2∶5；2∶7；……为宜。