一种无换向器永磁直流电机制造技术

一种无换向器永磁直流电机，其结构特征在于：定子铁芯及绕组由一个或多个组成，每个软磁质定子铁芯都为圆环状，线圈沿铁芯径向缠绕；转子由转轴、多块扇面形永久磁铁及一个或多个永久磁铁支架组成，每块永久磁铁的磁极在支架上都沿轴向排列。其工作原理特征在于：作为电动机使用时，转子是由永久磁铁沿轴向的磁感线与定子沿径向的线圈导体电流产生的电磁力而旋转的；用相同的方法，可以设计制造外转子无换向器永磁直流电动机。作为发电机使用时，感生电动势是永久磁铁沿轴向的磁感线切割定子沿径向的线圈导体而产生的。其有益效果在于：没有换向装置、力矩大，节能效果好。不足之处在于：转子与定子之间沿轴向的配合间隙要求精度高。

Permanent magnet DC motor without commutator

A brushless permanent magnet DC motor, is characterized: stator core and winding by one or more components, each of the soft magnetic stator core are circular coil along the radial core winding; rotor is composed of a rotating shaft and a plurality of fan shaped permanent magnet and one or a plurality of permanent magnet bracket. Each of the permanent magnet poles in the bracket are arranged along the axial direction. The working principle is that: used as a motor, the rotor is composed of a permanent magnet along the axial direction of magnetic induction and electromagnetic force line along the radial direction of the stator coil conductor current generated by rotation; in the same way, can design and manufacture of outer rotor brushless permanent magnet DC motor. When used as a generator, the induced electromotive force is produced by the permanent magnet cutting the stator along the axial magnetic induction line along the radial coil conductor. The utility model has the advantages that the utility model has the advantages of no reversing device, large torque and good energy saving effect. The deficiency is that the clearance between the rotor and the stator is required to be of high accuracy along the axial clearance.

【技术实现步骤摘要】
一种无换向器永磁直流电机
本专利技术涉及直流旋转电机领域，确切地说是一种没有碳刷和电子换向装置的永磁直流电机的设计方法。
技术介绍
在直流电机系列中，分有刷直流电机和无刷直流电机。有刷直流电机具有可逆性，既可以作为直流电动机使用；也可以作为直流发电机使用。作为电动机使用时，有刷直流电机的电刷装置有两项功能，一是将直流电流导入导出电枢绕组、二是换向作用；作为发电机使用时，电刷装置的功能则是将电枢绕组感应产生的交流电整流后导出。电磁作用原理是定子的径向励磁磁场与轴向电枢线圈电流相互作用的结果。无刷直流电机只是将机械电刷换向器换成用电子(霍尔元件)换向技术，其作用同样是换向功能。有刷直流电机具有调速特性好，且方便、平滑、调速范围广；过载能力强、能实现频繁变速、制动以及逆向旋转等优点。但是，电刷装置由于换向产生环火及使用寿命短是一个不可消除的缺点。无刷直流电机上装配的电子换向器一般为光电或磁性传感器，而该传感器及相配套的电子元件对工作环境是有一定的要求的，否则会失效使电机无法工作。永久磁铁在电机领域占有一定的地位，特别是在微型直流电机领域，由于永磁直流电机具有明显的节能效果，所以永久磁铁更是得到广泛使用；永久磁铁具有吸引铁磁质的性质；而铁磁质具有隔离屏蔽磁场的功能；还有汇集磁力线的特性。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有直流电机上安装的有刷换向或无刷换向存在的缺点，提供一种没有任何形式的换向装置、故障率低、使用寿命长的无换向器永磁直流电机。本专利技术的无换向器永磁直流电机既可以作直流电动机使用也可作直流发电机使用。技术方案结构形式：如附图1-4所示，利用本专利技术所设计的永磁直流电机，主要由定子和转子组成。定子主要由壳体4、端盖3、端盖轴承2和定子铁芯9以及电枢线圈7组成。定子铁芯9由左右两块组成、材质为软磁质材料、形状为圆环状且中间设置有非铁磁质隔层8，铁芯9的外侧设计为凹凸状、凹槽处用来沿径向环绕定子电枢线圈7；凸极处与定子壳体4紧密结合装配在一起。转子主要由转轴1、永久磁铁5和永磁体支架6组成。左右两侧的永久磁铁5其同性磁极极面(图中为N极极面)都面向定子电枢线圈7一侧；永磁体支架6通过固定键1a与转轴1固定在一起。作为直流电动机使用时的工作原理：如附图1和图2所示，当定子电枢线圈7接通直流电源时，线圈7左右两侧永磁体的N极极面都面向线圈导体，其中右侧的电流都流向圆心方向、左侧的电流都流出圆心，图中实心箭头表示电流的方向。左右两侧永磁体N极的磁力线都穿过线圈7进入软磁质定子铁芯9。根据左手定则：定子铁芯9左侧线圈导体受到的电磁力从左侧看去，沿逆时针方向旋转；定子铁芯9右侧线圈导体受到的电磁力从左侧看去，也沿逆时针方向旋转。由于定子电枢线圈7与壳体4和端盖3固定不动，根据力学原理，左右两侧的永磁体5和永磁体支架6连同转轴1沿顺时针方向旋转。可见，由于定子电枢线圈7接通的是直流电源其电流的方向不变，所以转子1会受到一个方向不变的电磁力而旋转，无需换向器装置；当改变线圈7与直流电源正负极的接线方式，转子1会反向旋转。所以，本专利技术所述的一种无换向器永磁直流电机具有正反转功能。作为直流发电机使用时的工作原理：如附图1所示，当外力拖动转轴1，从左侧看去转轴1沿顺时针旋转时，相当于定子电枢线圈7沿逆时针旋转。此时线圈7的左右两侧的导体都切割永磁体N极一侧的磁力线。根据右手定则：线圈7左侧的导体电流流入圆心；右侧的导体电流流出圆心(与图1所示电流的方向相反)。由于永磁体连续且方向不变的切割磁力线，所以线圈7两端得到的感生电动势为连续的直流电压，无需换向装置。综述本专利技术所述的一种无换向器永磁直流电机，其结构特征在于：定子铁芯9及绕组线圈7由一个或多个组成，每个软磁质定子铁芯都为圆环状，线圈7沿铁芯径向缠绕；转子由转轴1、多块扇面形永久磁铁5及一个或多个永久磁铁支架6组成，每块永久磁铁的磁极都沿轴向排列且每个支架上的多块永久磁铁的磁极极性都同向安装。其工作原理特征在于：电磁作用原理是定子的径向线圈导体电流与轴向永久磁铁励磁磁场相互作用的结果；无换向器永磁直流电机作为电动机使用时，转子是由永久磁铁沿轴向的磁感线与定子沿径向的线圈导体电流产生的电磁力而旋转的；用相同的方法，可以设计制造外转子无换向器永磁直流电动机；作为发电机使用时，感生电动势是由永久磁铁沿轴向的磁感线切割定子沿径向的线圈导体而产生的。其有益效果在于：<1>无换向器永磁直流电机去掉了换向装置。<2>无换向器永磁直流电机定子线圈的利用率高。<3>与相同壳体直径、相同线圈匝数、相同输入电流的传统直流电动机相比较，无换向永磁直流电动机的平均电磁作用的力臂长、力矩大，节能效果好；<4>作发电机使用时，产生的直流电波形平稳；<5>作电动机使用时，由于转子上没有铁芯质量轻，旋转惯量小，从而使电机的启动和制动性能好。不足之处在于：本专利技术的一种无换向器永磁直流电机，其转子与定子之间沿轴向的配合间隙要求精度高。以上所述只是本专利技术的基本设计原理，在具体设计制造某一型号的无换向器永磁直流电机时需要考虑解决一下几个方面的问题：一是永磁体5磁场磁路的设计是否合理、永磁体材质及各个参数的选择是否与定子线圈电流及其它参数相匹配；二是软磁质定子铁芯9的磁导率的大小及厚度是否达到要求；三是转子永磁体5应避免单面承受轴向引力，防止永磁体支架6变形与定子摩擦造成电机损坏；四是定子铁芯9的结构形式是否实现容易缠绕定子线圈7；五是转子与定子之间的装配间隙精度是否合理。附图说明附图1表示单定子双永磁磁极转子无换向器永磁直流电机的结构原理示意图。附图2表示沿图1A-A方向定子铁芯的结构及绕线方式的示意图。附图3表示无换向器永磁直流电机转子的基本结构原理示意图。附图4表示图3所示转子上永久磁铁5的结构形式示意图。附图5表示有三个定子线圈的无换向器永磁直流电机的结构原理示意图。附图6表示定子铁芯的结构形式示意图。附图7表示单转子永久磁铁双定子线圈的结构形式示意图。(1)转轴，(1a)永久磁铁部分固定在转轴上的键槽，(2)转子轴承，(3)端盖，(4)铁磁质壳体，(5)永磁体，(5a)转子永磁体，(5b)转子永磁体，(5c)永磁体磁力线，(6)永磁体固定支架，(7)定子电枢线圈，(8)非导磁隔离层，(9)软磁质定子铁芯，(9a)软磁质定子铁芯，(9b)软磁质定子铁芯，(9c)软磁质定子铁芯，(9d)两件定子铁芯组合时用于定位的凸极，(9e)两件定子铁芯组合时于定位的凹槽。具体实施方式具体实施方式参见附图1-6，其中图5是表示由三个定子铁芯9a、9b、9c和三个线圈绕组7a、7b、7c组成的无换向永磁直流电动机的示意图。三个定子铁芯之间设有定位环，以保证它们之间的距离相等；三个定子铁芯的外圆凸出部位与电机壳体3过渡配合、内圆孔的直径：绕好线圈7后的内径应大于与转轴1最大处的直径。三个线圈绕组7a、7b、7c可以串联成一个定子线圈绕组，也可并联成一个定子线圈绕组。在图5中，转子永磁体是由5a和5b组成。转子永磁体与铁磁质壳体3之间设有间隙、与定子线圈之间留有空气气隙、与转轴1之间靠支架6固定在一起但能够便于拆卸和安装。如图3和图4所示，多块扇面状永磁体组成的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无换向器永磁直流电机，其结构特征在于：定子铁芯及绕组由一个或多个组成，每个软磁质定子铁芯都为圆环状，线圈沿铁芯径向缠绕；转子由转轴、多块扇面状永久磁铁及永久磁铁支架组成，每个永久磁铁的磁极都沿轴向排列且每个支架上的多块永久磁铁的磁极极性都同向安装；其工作原理特征在于：电磁作用原理是定子的径向线圈导体电流与轴向永久磁铁励磁磁场相互作用的结果；无换向器永磁直流电机作为电动机使用时，转子是由永久磁铁沿轴向的磁感线与定子沿径向的线圈导体电流产生的电磁力而旋转的；用相同的方法，可以设计制造外转子无换向器永磁直流电动机；作为发电机使用时，感生电动势是永久磁铁沿轴向的磁感线切割定子沿径向的线圈导体而产生的。

【技术特征摘要】
1.一种无换向器永磁直流电机，其结构特征在于：定子铁芯及绕组由一个或多个组成，每个软磁质定子铁芯都为圆环状，线圈沿铁芯径向缠绕；转子由转轴、多块扇面状永久磁铁及永久磁铁支架组成，每个永久磁铁的磁极都沿轴向排列且每个支架上的多块永久磁铁的磁极极性都同向安装；其工作原理特征在于：电磁作用原理是定子的径向线圈导体电流与轴向永久磁铁励磁磁场相互作用的结果；无换向器永磁直流电机作为电动机使用时，转子是由永久磁铁沿轴向的磁感线与定子沿径向的线圈导体电流产生的电磁力而旋转的；用相同的方法，可以设计制造外转子无换向器永磁直流电动机；作为发电机使用时，感生电动势是永久磁铁沿轴向的磁感线切割定子沿径向的线圈导体而产生的。2.根据权利要求1所述的一种无换向器永磁直转电机，其特征是：所述的定子铁芯及绕组由一个或多个组成，每个软...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁士来，
申请(专利权)人：丁士来，
类型：发明
国别省市：山东,37