无整流器直流电机制造技术

无整流器直流电机，应用直流电势电磁感应原理，电枢绕组元件内外侧两有效边，相对同性磁极以显著不同的线速度，同方向切割其所在处的磁感应强度，感应直流电动势，电枢绕组直接输出直流电，不用整流（换向）器，可取代有整流器的直流发电机或电动机，具有构造简单，制造成本低，维修费用低，单位功率的体积、重量、成本约为整流器电机的１／２～１／３。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电机
本专利技术是在长期探索、研究电机理论和实践(实验)的基础上，反驳“根据电磁感应现象制造无整流子直流电机之不可能”技术偏见，创立无整流器直流电机基础理论(原理)指导下专利技术的。现有整流(换向)器电机，存在换向器结构和制造工艺复杂，换向火花引起电刷与整流子磨损和烧蚀，可靠性差，使用期限短，单位功率的体积大、重量大、成本高等缺点。本专利技术的目的就是解决直流电机不用整流(换向)器的问题。解决的技术方案电枢电动势应用直流电势电磁感应原理，不是采用传统的交流电势电磁感应原理，电枢绕组与外电路直通直流电压/电流，不用整流(换向)器。电枢绕组各元件(单匝线圈)内外侧两有效(切割)边长l1、l2，相对同性磁极，以显著不同的线速度V1＜＜V2，同方向切割其所在处的磁感应强度B1、B2，感应产生内外侧两个直流电动势e1、e2，内侧电动势显著小于外侧电动势(e1＝B1l1V1＜＜e2＝B2l2V2)，这两个直流电动势在空间坐标上方向相同，但在单匝线圈回路上方向相反。一、无整流器直流电机的实施方案无整流(换向)器直流电机是将直流电能和机械能相互转换的旋转电机，它可用作发电机或电动机，还可以作其它特殊的用途。具有电磁式、永磁式、旋转磁极式、旋转电枢式、单电枢、多电枢、稳恒直流电、脉冲直流电、多相脉冲直流电等多种实施方案。1.电磁式旋转磁极单电枢无整流器直流电机(一)结构如附图说明图1、2所示。图2是图1A-A剖面图。(1)定子电枢部分由环形电枢铁心5上绕有电枢绕组6，内侧有附加电枢铁心7，还有电刷2，前后盖等不转动的部件。电枢结构保证电枢电动势是应用直流电势电磁感应原理，电枢绕组与外电路直通直流电压/电流，不用整流(换向)器既无整流(换向)器。电枢绕组各元件(单匝线圈)外侧有效边长l2所在处距转子轴中心线的半径R显著大于内侧有效边长l1所在处距转子轴中心线的半径r，即R＞＞r(V2＞＞V1)。电枢绕组各线圈组在环形电枢铁心外侧为集中布置，使外侧有效边长l2所在处的磁感应强度B2近似等于内侧有效边长l1所在处的磁感应强度B1(B2≈B1)。电枢直流电压/电流的大小，可以用改变电枢绕组各线圈组串、并联的接法来实现。串联电压高电流小，并联电流大电压低。输出稳恒直流电压/电流的，电枢绕组各线圈组在环形电枢铁心上的分布为与外磁极近似常数切割分布。输出脉冲直流电压/电流的电枢绕组各线圈组在环形电枢铁心上的分布为与外磁极脉冲切割分布。输出多相脉冲直流电压/电流的，电枢绕组各线圈组在环形电枢铁心上的分布为与外磁极多相脉冲切割分布。电枢内侧附加电枢铁心，增大只与内侧有效边长l1一方相链的漏磁通，以减小、消除电动机状态时的反电磁转矩。(2)转子磁场部分外磁极4上套装激磁绕组3，转子磁路盘9，转子轴8和滑环2等转动的部件。外磁极4极掌的磁感应强度B2近似等于电枢绕组元件内侧有效边长l1所在处的磁感应强度B1(B2≈B1)。激磁方式可以是他激、自激、并激或串激。(二)工作原理(1)电枢电动势不是采用传统的交流电势电磁感应原理，而是应用直流电势电磁感应原理。如图3所示，当激磁绕组3通入直流电时，磁感应线分布及方向如图中虚线箭头所示。根据电磁感应定律e＝BlV，当外力拖动外磁极4旋转时，电枢绕组各元件(单匝线圈)内外侧两有效(切割)边长l1、l2，相对同性外磁极以显著不同的线速度V1＜＜V2，同方向切割其所在处的磁感应强度B1、B2，感应产生内外侧两个直流电动势e1、e2，内侧电动势显著小于外侧电动势，即e1＝B1l1V1＜＜e2＝B2l2V2，这两个直流电动势在空间坐标上方向相同，但在单匝线圈回路上方向相反。因1方案电枢绕组元件(单匝线圈)内外侧两效边l1、l2是同相位布置的，相对同一磁极同方向同相位切割，感应产生的直流电动势为e＝e2-e1＝B2l2V2-B1l1V1。电枢绕组感应直流电动势/电流的方向按右手定则决定，如图3电枢绕组6上的箭头所示。因电枢绕组内外侧有效导体数相等N1＝N2，线速度V＝ (πDn)/60 代入上式，得E = E2- E1= (B2N2l2πD2n)/60 - (B1N1l1πD1n)/60设B1N1l1＝B2N2l2则E＝(D2-D1) (BNlπn)/60电枢电动势的大小和方向可用改变激磁电流的大小和方向来控制。发电状态电枢绕组直接向外电路输出直流电压/电流，不用整流(换向)器，也不用集流环电刷装置。(2)电磁转矩根据电磁力定律F＝BlI，处于气隙磁场中的载电流电枢绕组各元件有效边受到电磁力的作用，若内外侧两有效边都处于内外气隙磁场中，由于内外侧两有效边长l1、l2上的电流方向相反，电磁力的方向也相反，此方向按左手定则决定。电磁转矩为M = M2- M1= (B2N2l2ID2)/2 - (B1N1l1ID1)/2在发电状态电磁转矩M1的方向与旋转方向相同，在电动状态电磁转矩M1的方向与旋转方向相反，为反电磁转矩，应尽可能减小、消除，其方法有①尽可能减小内直径D1，②增大内气隙，③在环形电枢内侧附加电枢铁心，增大只与内侧有效边长l1一方相链的漏磁通，以减小、消除反电磁转矩M1，当反电磁转矩M1小到可以忽略不计时，则电磁转矩为M = Ma= (B2N2l2ID2)/22.永磁式旋转磁极单电枢无整流器直流电机如图4所示，结构、工作原理与上述1方案相同，只是将电磁激磁改为永磁体3激磁(其余图号与1方案相同)没有激绕组、滑环和电刷装置。3.旋转多电枢无整流器直流电机(一)结构如图5、6、7、8所示，图6、7、8是图5B-B剖面图，分别显示A相、B相、C相电枢绕组。(1)定子磁场部分由外磁极4上套装激磁绕组3，一起固定在定子机座10内，还有前后盖等不转动的部件，磁极是轴向一对一对交替分布(NSSN，SNNS)。磁场不旋转，激磁电路不用电刷和滑环。激磁方式可以是他激、自激、并激、串激和复激，还可以是永磁体激磁。(2)转子电枢部分由环形电枢铁心5上绕有电枢绕组6，两侧电枢的厚度为中间电枢厚度的1/2，构造相同，内侧有附加电枢铁心7，还有滑环1或换接器滑片1，套装在转子轴8上成一整体旋转。电枢结构、工作原理与上述1方案类型相同的，只是将不旋转电枢改为旋转电枢，增加滑环1和电刷2，其它相同不再重复。这里主要说明有换接器的无整流器直流电机的结构特点(不同点)环形电枢铁心5上绕有A、B、C多相电枢绕组，各相绕组的始端A、B、C与始端滑片A、B、C相接，各相绕组的末端X、Y、Z与末端滑片X、Y、Z相接。始端滑片A、B、C围成的圆柱内腔、间隙充注绝缘塑料压制成始端换接器，与始端正电刷滑接。末端滑片X、Y、Z围成的圆柱空隙、内腔充注绝缘塑料压制成末端换接器，与末端负电刷滑接。各相电枢绕组的内外侧有效边(l1、l2)的跨距大于磁极宽度，使该相电枢绕组内外侧有效边的感应直流电动势e1、e2相隔一跨距相位角。(二)工作原理(1)电枢电动势与上述1方案基本相同，只是正负电刷与旋转的始、末端换接器各相滑片换接，分别接通各相电枢绕组外侧有效边感应的正向直流电动势e2＝B2N2l2V2(图6A1相)，切断各相电枢绕组内侧有效边感应的反向直流电动势e1＝B1N1l1V1(图6A2相)，使正、负电刷对外电路只输出各相电枢绕组的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由环形电枢铁心（５）上绕有电枢绕组（６）的电枢部分，和在环形电枢外侧磁极（４）构成的磁场部分组成的直流电机，其特征在于：ａ、电枢电动势是应用直流电势电磁感应原理，电枢绕组与外电路直通直流电压／电流，无整流（换向）器，ｂ、电枢绕组各元件（单匝线圈）内外侧两有效（切割）边长（ｌ１、ｌ２），相对同性磁极，以显著不同的线速度（ｖ１＜＜ｖ２），同方向切割其所在处的磁感应强度（Ｂ１、Ｂ２），感应产生内外侧两个直流电动势（ｅ１、ｅ２），内侧电动势显著小于外侧电动势（ｅ１＝Ｂ１ｌ１ｖ１＜＜ｅ２＝Ｂ２ｌ２ｖ２），这两个直流电动势在空间坐标上方向相同，但在单匝线圈回路上方向相反，ｃ、电枢绕组各元件外侧有效边长（ｌ２）所在处距转子轴中心线的半径（Ｒ）显著大于内侧有效边长（ｌ１）所在处距转子轴中心线的半径（ｒ）即Ｒ＞＞ｒ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张敬业，
申请(专利权)人：张敬业，
类型：发明
国别省市：22[中国|吉林]