[发明专利]圆盘式单极直流电机

说明书

本发明涉及一种圆盘式单极直流电机。

在水利电力出版社，1984年5月出版的《电机理论与运行》一书下册“单极直流电机”一节中指出，单极电机是一种无换向器的直流电机，它的特点是工作的气隙磁场在整个圆盘电枢面上是同极性的，电枢没有绕组，电刷直接放在转子体上引出电流。其中圆盘式超导单极电机的结构是这样的：(1)采用超导线圈及两个圆柱状磁极建立一个圆盘形单极气隙磁场；(2)圆盘形电枢同轴于圆柱状磁极并置于气隙中；(3)圆盘形电枢本身亦做为呈辐射状的导条组；(4)圆盘形电枢中心部分和外围各作为一个通直流电电极。这样电枢通电后，导条受电磁作用，电枢转动时电枢带动电枢导条切割单极磁力线而感应电动势。

但，该单极直流电机有以下问题，(1)必须由超导线圈建立强磁场，否则电枢导条不能在正常转速下产生较强的感应电动势，亦不能输入较高的电压；(2)由于圆盘式电枢置于两个圆柱状磁极的中间，必须保证两边的气隙距离在正常范围，调整、安装较困难。

本发明的目的就是提供一种采用通常使用的单极恒磁场，在正常转速下，电枢部分就可感应较强的感应电动势，亦能输入较高的电压，并使电枢与磁极之间的气隙距离一次确定，因而，调整、安装方便的圆盘式单极直流电机。

本发明的圆盘式单极直流电机，包括产生单极恒磁主磁场磁极的励磁装置和相对励磁装置作旋转运动的电枢本体，两者中的一个作为旋转部件传递转矩。励磁装置为上圆盘铁芯及与上圆盘铁芯同轴心、固定在上圆盘铁芯下表面的、外径相同的、建立单极恒磁主磁场的上圆环磁极及与上圆盘铁芯同轴心、固定在其下表面的、外径小于上圆环磁极内径的上圆柱磁极组成。电枢本体由与上圆盘铁芯同轴心、外径与上圆盘铁芯相同的下圆盘铁芯，及与上圆环磁极同轴心、内外径相同的、固定在下圆盘铁芯上表面的下圆环铁芯，及与上圆柱同轴心、同外径的、固定在下圆盘铁芯上表面的下圆柱铁芯组成。上圆环磁极与下圆环铁芯之间有一圆环平面工作磁场气隙，上圆柱磁极与下圆柱铁芯之间有一圆平面非工作磁场气隙。由上圆环磁极产生的单极恒磁主磁场在工作磁场气隙中的磁力线方向均相同，由上圆柱磁极产生的单极恒磁场在非工作磁场气隙中的磁力线方向亦均相同，二气隙中的磁力线方向沿轴向观察正相反。下圆环铁芯的上表面上开有均匀分布、呈辐射状的电枢槽，电枢槽中安放元件，并用固定装置将元件固定在槽中。元件为绝缘导线在导磁材料制成的长条形支架上多匝绕制而成，支架的长度与电枢长度相同，电枢槽中的每一元件的多匝导线绕成的元件绕组最终以并联或串联形式接在电枢电源端子上。元件的支架与电枢槽紧密配合，支架将电枢槽隔成上槽与下槽，上槽为开口槽，下槽为闭合槽。下槽内的元件绕组部分被磁屏蔽，与主磁场不产生电磁作用，所有电枢槽的上槽内元件绕组中的感应电动势指向一致，且电流方向一致。

本发明中的励磁装置的上圆环磁极与上圆柱磁极可以均为永磁体。

本发明中励磁装置的上圆环磁极可以为永磁体，上圆柱磁极为导磁铁芯。

本发明中的励磁装置的上圆环磁极与上圆柱磁极也可以均为导磁铁芯，并在两磁极中间圆槽内固定放置一个与上圆盘铁芯同轴心的通电励磁绕组。

本发明中的励磁装置静止，电枢本体作旋转运动时，电枢本体的下圆盘铁芯下表面上还固定两个与下圆盘铁芯同轴心、与电枢电源端子电连接、并与外部静止电刷接触的、以使外部电负载或外电源接入的同心导电圆环。

本发明中的电枢本体静止，而采用电磁励磁的励磁装置作旋转运动时，励磁装置的上圆盘铁芯的上表面还固定两个与上圆盘铁芯同轴心、与励磁绕组的两个端子电连接、并与外部静止电刷接触的、以使外电源接入的同心导电圆环。

本发明中的圆环平面工作磁场气隙与圆平面非工作磁场气隙可以在同一个平面空间中。

本发明中的元件支架可以为开有上、下凹口的长条块，元件绕组绕在上、下凹口内，支架两外侧长条边的形状尺寸、高度与电枢槽的两内侧形状尺寸、高度相对应。

本发明中的元件支架的两外侧上边缘还可以有与电枢槽口楔沟形状尺寸相对应的、用于将元件固定在电枢槽中的凸块，凸块与楔沟紧密配合。