直流电动机的制作方法

xiaoxiao2020-08-01  3

专利名称:直流电动机的制作方法
技术领域
本实用新型涉及一种直流电动动机。
众所周知,直流电动机广泛应用在生产生活中,具有举足轻重的地位。它包括定子,转子两大部分,定子包括主磁极,换向极,机座,端盖,轴承,电刷等,主磁极在电动机机座内,圆周方向成对布置,转子包括电枢铁心,电枢绕组,换向器,转轴,风扇等,绕组元件按一定的规律与换向器连接成闭合回路。直流电动机是借换向器和电刷以实现外电路的直流电与电枢绕组中交流电之间相互变换并同时借静止气隙磁场以实现电枢绕组中交流电与转轴上机械转矩之间相互变换的电动机。直流电动机的定子磁轭,主磁极铁心,气隙和电枢铁心构成磁路。励磁绕组和电枢绕组的合成磁动势在气隙内形成气隙磁场。电枢绕组相对气隙磁场旋转感生电枢电动势;载流电枢绕组与气隙磁场相互作用产生电能磁转矩。机械功率和电功率分别通过转轴和电刷输入或输出,从而实现机电能量转换。以上说明在《电机学》中有详细介绍。外加直流电要通过换向器来变换电枢绕组元件中的电流方向,才能使电动机连续转动,需要换向极来改善换向,电抗电动势不利于换向,这样就使电动机结构复杂,换向器制作工艺复杂,精度要求高,工作时,换向器与电刷之间容易产生火花,使电动机工作可靠性不很高,电动机使用寿命也受到影响,维护保养工作复杂。
近年来发展了新型的无刷直流电动机,以电子换向装置取代了机械换向装置,避免了机械换向装置带来的部分缺点,而这种电机结构仍较复杂,低转速时速度均匀性较差,过载能力等性能受到限制。
在CN-1160945A中公开的自换极式电动机,虽然它取消了自换向过程却带来了自换极过程,这就使电动机内部空间利用率降低,特别是二段式,三段式的,它用气隙大小来确定气隙磁场,即气隙大时磁通基本为零,气隙小时磁通较大,二段式电机左段,右段各自只同时利用了一半空间,三段式电机左段,右段只同时利用了上半部或下半部,中段只同时利用了下半部或上半部,二段式及三段式电机的电枢绕组同时利用的也只有一半,这就导致电枢铁心受力不均匀,另外磁钢或励磁线圈产生的磁场与电枢绕组产生的磁场相互作用,降低了磁场和电流的利用率,电枢铁心每转180度,其磁化极性要变化一次。
本实用新型的主要目的在于提供一种不需要自换向过程和自换极过程的直流电动机,印取消现有直流电动机的换向器,换向板,减少换向器这个薄弱环节,延长使用寿命,简化电动机结构及维护保养工作,提高电动机的工作可靠性,同时不需电枢铁心反复磁化,电枢绕组元件中的电抗电动势基本为零,提高电流及磁场的利用率,电枢铁心受力均匀,转子平衡性好。
本实用新型是这样实现的,一种直流电动机包括定子,转子,定子包括机座(4),端盖(3),(19),主磁极N极(9),S极(11),轴承(2),(17),电刷(5),(13),转子包括电枢铁心(8),电绕组(10),转轴,滑环(6),(14),风扇(25),电枢铁心(8)为空心圆柱体,在电枢铁心(8)内设有一个内定子,它包括主磁极N极(21),S极(22),本体(20)。定子主磁极N极(9),S极(11)沿电动机轴向成对布置在机座(4)内。电枢铁心在轴向,径向均匀开有多个方孔(27),电枢铁心(8)两端与两个空心转轴(1),(18)用螺栓(16)连接后,两个空心转轴(1),(18)通过轴承(2),(17)支承在两个端盖(3),(19)上,端盖(3),(19)与机座(4)用螺栓(15)连接。内定子本体(20)的一端用轴承(24)支承在一个端盖(3)内孔,另一端用螺栓(23)固定支承在另一个端盖(19)上,内定子的主磁极N极(21),S极(22)沿轴向布置,与定子主磁极相对应,在轴的同一径向截面上,定子与内定子主磁极的极性相同。电枢绕组元件(10)通过电枢铁心上的方孔(27)呈轴向布置在电枢铁心(8)的内,外表面上;其输入,输出端(7),(12)分别与两个滑环(6),(14)连接,滑环(6),(14)固定在转子上,与固定在定子上的电刷(5),(13)保持滑动连接,电刷(5),(13)与接线盒(36)连接。电枢绕组元件的绕向原则是主磁极N极和S极区域下的电枢绕组元件(10)在电枢铁心(8)上的绕向相反,即一极为顺时针方向,另一极为逆时针方向,由于增设内定子主磁极,使电枢铁心内外表面的电枢绕组元件(10′),(10″)都能感应电势。
内定子本体(20)也可两端都穿过转轴(1),(18)内孔,固定支承在电动机外的支座上(图中未示),内定子本体(20)可以是空心的,也可以是实心的,空心的在本体(20)上均匀开有多个通风孔(30),与空心内孔(31)相通来改善通风条件。
定子与内定子主磁极沿电动机轴向方向成对布置至少一对,相邻极性相同的磁极可组合在一起,在轴的同一径向截面磁极极性相同,电枢绕组元件轴向布量的数量及电枢铁心轴向开有方孔的数量也同时随磁极的数量增加相应增加。这样电动机的容量在轴向得到扩展,尽量利用内部空间。
定子磁极N极(9)和S极(11)在机座(4)内壁园周方向成对均匀布置多组,内定子主磁极N极(21)和S极(22)在内定子本体(20)外圆的圆周方向成对均匀布置多组,前者的数量大于或等于后者数量,二者在径向方向可在同一角度布置,也可交错布置。这样,电枢铁心内,外表面的电枢绕组元件基本上同时在感应电势,使电枢绕组元件得到充分利用,电流利用率提高。
圆周方向均匀布置多组的磁极可以组合为环形的磁极,使气隙磁场强度趋于均匀,各电枢绕组元件受力均匀,有利于提高电流及磁场的利用率。
两个转轴(1),(18)端面上均匀开有多个大,小通风孔(36),(35),大通风孔(36)使电枢铁心内部空间与外部空间在轴向相通,小通风孔(35)与螺栓孔(34)交错布置,也可与螺栓孔(34)重合,这时螺栓为空心的,使空气能流动,有利于散热。
电枢铁心(8)制为双层整体的,双层铁心(8′),(8″)之间采用静配合,双层铁心(8′),(8″)之间均匀设置轴向,径向相通的通风槽(28),(29),轴向通风槽(28)与转轴小通风孔(35)相通,径向通风槽(29)与方孔(27)相通,这有利于转子的散热。
电枢铁心(8)的材料为导磁率高的钢材,可用钢板焊接加工而成,也可用铸造或锻造加工而成,这样可提高转子的强度。
主磁极可以是励磁的,这时定子励磁线圈与接线盒(26)相连,内定子励磁线圈通过内定子本体上的孔(30),(31),从轴端面引出后与接线盒(26)相连,主磁极也可以是永磁的。电枢绕组元件(10)在电枢铁心(8)表面的固定方式可以利用现有技术,电枢绕组并联支路可在电枢铁心(8)表面上轴向分组布置,也可径向分组布置;电枢绕组元件可以多层布置。
采用本实用新型的这种直流电动机,从根本上解决了直流电动机的自换向问题和自换极问题。由于电枢绕组元件在主磁极N极,S极相应区域下的绕向相反,这样电动机电枢绕组元件的直流电方向恒定,不需换向器将直流电方向改变,因而取消了换向器,换向极,减少了换向器这个薄弱环节,能延长使用寿命,简化了现有维护保养工作;由于增设了内定子,使电动机内部空间得到了充分得用;同时,也不需要自换极过程,不需要电枢铁心反复磁化;电枢绕组元件电流方向恒定,在某一工作状态下电流的大小不变,基本不存在电抗电动势,使电流利用率提高,相对地提高了电动机的容量。这种直流电动动机转动惯量小,转子平衡性好,机电时间短,可形成系列产品,同时还具备现有直流电动机的优点,如无级调速性能等。


图1是本实用新型直流电动机主剖视示意图。
图2是图1中的A-A剖视图。
图3是图1中的B-B剖视图。
图4是图1中的C-C部视图。
图中1,18-转轴,2,17-轴承,3,19-端盖,4-机座,5,13-电刷,6,14-滑环,7-电枢绕组输入端,8-电枢铁心,8′,8″-电枢铁心内,外层,9-定子主磁极N极,10-电枢绕组,10′-电枢铁心内表面的电枢绕组元件,10″-电枢铁心外表面的电枢绕组元件,11-定子主磁极S极,11′-定子S极环形磁极,12-电枢绕组输出端,15-螺栓,16-螺栓,20-内定子本体,21-内定子主磁极N极,22-内定子主磁极S极,22′-内定子S极环形磁极,23-螺栓,24-轴承,25-风扇,26-接线盒,27-方孔,28-电枢铁心轴向通风槽,29-电枢铁心径向通风槽,30-本体通风孔,31-本体空心内孔,32-气隙,33-气隙,34-螺栓孔,35-小通风孔,36-大通风孔
以下结合附图详细说明本发明的实施例。
转轴(1),(18)通过螺栓(16)与电枢铁心(8)连接后,用轴承(2),(17)支承在电动机端盖(3),(19)内孔,端盖(3),(19)通过螺栓(15)与机座(4)固定连接,转轴上开有轴向大,小通风孔(36),(35),电刷(5),(13)固定在机座(4)上,也可固定在端盖(3),(19)上,与滑环(6),(14)保持滑动接触,滑环(6),(14)固定在转子转轴(1),(18)上,也可固定在电枢铁心(8)上,电枢绕组输入,输出端(7),(12)分别与滑环(6),(14)连接后引入接线盒(26)。电枢铁心(8)内设置一个空心内定子,内定子本体(20)上均匀开有多个通风孔(30)与空心内孔(31)相通,主磁极励磁线圈通过通风孔(30),空心内孔(31)引入接线盒(26),内定子包括主磁极N极(21),S极(22),内定子本体一端用轴承(24)支承在转轴(1)内孔,另一端穿过转轴(18)后用螺栓(23)固定支承在端盖(19)上,内定子本体(20)两端也可都穿过转轴(1),(18),固定支承在机座外的支座上,定子主磁极N极(9),S极(11)沿电动机轴向分为多组布置在机座(4)内,内定子主磁极N极(21),S极(22)沿轴向多组布置在内定子本体(20)上,图示为2组,内定子,定子主磁极相邻极性相同的磁极可组合在一起,如图1中虚线所示,定子与内定子主磁极相对应,在轴的同一径向截面极性应相同。定子主磁极N极(9),S极(11)及内定子主磁极N极(21),S极(22)沿圆周方向均匀布置多组,内定子主磁极数小于或等于定子主磁极数,内定子主磁极与定子主磁极在径向可以在同一角度布置,也可交错布置,如图2所示。圆周方向布置的主磁极N极,S极可组合为环形主磁极,如图3所示为S极环形磁极(11′),(22′)(N极环形磁极图中未示)。电枢铁心(8)在轴向,径向上开有多个方孔(27),电枢绕组元件(10)通过电枢铁心上的多个方孔沿轴向绕在电枢铁心(8)的内,外表面上,电枢绕组元件(10)在N极(9),(21)区域下为顺时针方向布置,在S极(11),(22)区域下为逆时针方向布置,也可相反。电枢铁心可以作为双层的,材料为导磁率高的钢板,双层铁心之间均设有轴向,径向相通的通风槽(28),(29),轴向通风槽(28)与转轴小通风孔(35)相通,径向通风槽(29)与方孔(27)相通。
定子主磁通回路为N极(9)--气隙(32)--电枢铁心(8)--气隙(33)--S极(11)--磁轭(机座的一部分)--N极(9);内定子主磁通回路为N极(21)--气隙(32)--电枢铁心(8)--气隙(32)S极(22)--内定子磁轭--N极(21)。
电动机是这样工作的主磁极产生主磁通,电枢绕组元件(10)通入直流电后,电枢铁心(8)内,外表面的电枢绕组元件(10)感应电势,产生电磁力矩,由于电枢绕组元件(10)按特定的绕向布置,因此各元件电磁力矩方面一致,使转子定向转动,转轴(1)输出机械能,实现机电能量转换,使电枢绕组元件(10)连续供应直流电,电动机转子则连续定向转动。
按本实用新型直流电动机的基本原理,根据使用要求可以形成系列产品,本实用新型直流电动机的励磁方式,起动,制动,反转性能参数计算方法等与现有直流电动机相同,它可以适应现有直流电动机及部分其他电动机的使用范围。由于电动机与发电机具有可逆性,因此本发明直流电动机也可作为直流发电机使用。
权利要求1.一种直流电动机,它包括定子,转子,定子包括主磁极,机座(4),端盖(3),(19),轴承(2),(17),电刷(5),(13),转子包括电枢铁心(8),电枢绕组(10),转轴,滑环(6),(14),风扇(25),定子主磁极N极(9),S极(11)固定在机座(4)内,端盖(3),(19)与机座(4)用螺栓(15)固定连接,电枢绕组输入端(7),输出端(12)与两个滑环(6),(14)连接,固定在转子上的滑环(6),(14)与固定在定子上的电刷(5),(13)滑动接触,电刷(5),(13)与接线盒(26)相连,风扇(25)固定在转轴上,其特征是电枢铁心(8)为空心圆柱体,两空心转轴(1),(18)与电枢铁心(8)用螺栓(16)连接,并通过轴承(2),(17)支承在两端盖(3),(19)上,电枢铁心内设有内定子,它由本体(20),主磁极N极(21),S极(22)组成,主磁极N极(21),S极(22)固定在内定子本体(20)外圆上,内定子一端用轴承(24)支承在转轴(1)内孔,另一端穿过转轴(18)用螺栓(23)固定连接在端盖(19)上,定子及内定子主磁极N极(9),(21),S极(11),(22)沿电动机轴向成对相对应布置,在轴的同一径向截面极性相同,电枢铁心均匀开有多个内,外表面相通的方孔(27),电枢绕组元件(10)通过电枢铁心的方孔(27)呈轴向布置在电枢铁心的内,外表面上,电枢绕组元件(10)在主磁极N极(9),(21),S极(11),(22)对应的区域内绕向相反。
2.根据权利要求1所述的电动机,其特征在于,内定子的两端都穿过转轴(1),(18),固定支承在电动机外的支座上,内定子本体(20)是空心的,在空心本体(20)上均匀开有多个通风孔(30)与本体空心内孔(31)相通。
3.根据权利要求1所述的电动机,其特征在于,定子和内定子主磁极N级(9),(21),S极(11),(22)沿轴向布置至少一对,相邻极性相同磁极可组合在一起,电枢绕组数量及电枢铁心方孔(27)轴向布置的数量随定子,内定子主磁极轴向布置数量的增加而相应增加。
4.根据权利要求1所述的电动机,其特征在于,定子和内定子主磁极N极(9),(21),S极(11),(22)在园周方向均匀布置两组或两组以上,定子主磁极数量大于或等于内定子主磁极数量。
5.根据权利要求4所述的电动机,其特征在于,同一圆周方向的定子和内定子主磁极可组合为环形磁极。
6.根据权利要求1所述的电动机,其特征在于,电枢铁心(8)是用导磁率高的钢材通过焊接或锻造或铸造后加工而成的。
7.根据权利要求1所述的电动机,其特征在于,转轴(1)(18)端面均匀开有多个大,小通风孔(36),(35)。
8.根据权得要求1,7所述的电动机,其特征在于,电枢铁心(8)是双层的,通过静配合组成整体,双层铁心之间均匀设有轴向,径向相通的通风槽(28),(29),轴向通风槽(28)与转轴小通风孔(35)相通,径向通风槽(29)与电枢铁心方孔(27)相通。
9.根据权利要求8所述的电动机,其特征在于,双层电枢铁心之间的部分径向通风槽与电枢铁心方孔相通。
专利摘要本实用新型直流电动机,包括定子,转子,定子主磁极轴向成对布置,转子由空心电枢铁心,电枢绕组及转轴组成,转子内设一个内定子,电枢绕组元件按特定绕向布置在电枢铁心上,这种直流电动机从根本上解决了自换向和自换极问题,取消了换向器,换向极,减少了换向器这个薄弱环节,提高了电动机的工作可靠性及使用寿命,充分利用电动机的磁场和电流,简化了维护保养工作。
文档编号H02K1/22GK2459817SQ0025993
公开日2001年11月14日 申请日期2000年12月23日 优先权日2000年12月23日
发明者刘建东 申请人:刘建东

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