[发明专利]“磁屏蔽式”单极无换向直流电机

说明书

直流电机在工业、运输等行业中有着广泛的应用。就目前市场上有两类直流电机：一类有换向器；一类无换向器单极直流电机。其中单极无换向器的电机的电枢可分为圆桷状和盘状的。有换向器类电机存在的显著毛病是，换向器易麻烦而导致整机不能稳定持久地正常工作，上面所说的无换向器直流电机虽克服了换向器的麻烦，但又产生了另外的问题，低电压，大电流，电刷接触压降损耗大，电刷接触很是令人头痛。我现在要介绍的是一种新的直流电机，它将克服这两方面的缺点，而集它们的优点于一体，这就是“磁屏蔽式”单极无换向器直流电机。

请看附图(1)一个通有直流电的刚性矩形线圈放置在匀强磁场中，根据左手定则，可得如图所示的力F和F′，且它们的大小相等，方向相反，所以整个线圈不会发生位置的移动。但如图(2)「1、大铁管；2、小铁管，3、抗磁性填充物」那样把它的一个边用两个铁管(一大一小)套起来，它的径向剖面象图(3)「1、大铁管；2、抗磁性填充物；3、小铁管；4、导线」那样，我们就会发现线圈左向移动(内小铁管接地)。

我们知道，磁场对通电导体的力作用是通过本身的磁场与通电导线周围产生的磁场相互藕合作用而产生的。在图(2)中，我们让导线通过两个铁管外面的大铁管阻止了外磁场进入其空腔内，小铁管则控制了导线产生的磁场，不使其磁场渗出小铁管外，这样就在大铁管和小铁管之间形成一个磁真空带，可填入抗磁体。使外磁场与内磁场不能藕合，(磁场分布情况如图(4)所示)，这样就会产生图(2)的情况了，只剩下了力F。

根据上述的原理，闭合线圈的一边用两个铁管(铁管多一点更好)进行磁屏蔽，而使整个线圈在磁场中运动。我们来做一个单极无换向器直流电机。

图(5)(1、定子铁芯；2、导线；3、非磁性材料电枢桶；4、双铁管；5、励磁绕组；6、圆盘支架)为该机的剖面图，我们看出在圆桶状单极直流电机基础上改制一下就可以了。在原圆桶状的电枢内壁装上铁管(当然可以考虑用铍镆合金材料，其中内小管可套上稀土钴永磁环对导线产生的磁场进行压缩，以期达到更好的效果)并缠上导线，象图(6)那样在圆周上分布，并把它们用导线串连起来。这就是一台“磁屏蔽式”单极无换向器直流电机。

当通上如图(5)所示的电流I，电枢就会在定子铁芯产生的环形磁隙中以速度V运动。

当然转子的设计也可以象图(7)(1、导线；2、双铁管；3、支撑器)那样增加单位体积的电机容量，值得注意的是处理好点A、B、C、A′B′C′的磁路。电枢也可制成“盘式”，以适应不同工作空间的需要，在这里不做详述。

与普通有换向器直流电机相比，它一劳永逸地解决了换向问题，另外，在效率方面，因为整个电枢都处置在一个不变的磁场中，不存在铁耗问题，还有添置换向绕组，补偿绕组而产生的铜耗。另外，我们采取加大小铁管内的那部分导线的截面积，以降低其电压降，达到减少不应有的电枢铜耗的目的。因此，本电机在能量转换的效率方面可提高，这一点可从一般直流电机功率图中看出。与原来的单极无换向器直流电机相比，它克服了低电压，大电流的缺点，不需要许多电刷，更不用考虑液体电刷，而它的结构简单，维修方便的优点得以继承。综上所述，这的确是一台好电机，它会以其特有的稳定、安全、可靠的运行性能，而得到广泛应用。

该机电枢若制成圆桶状，则适合用于对转矩要求较高的场合，例如汽车的启动电机，“卷扬用直流电动机、起重用等”如电枢制成圆盘状，则适合应用于壁挂式风扇扁平空间场合用。