爪极直流电机制造技术

本发明专利技术为爪极直流电机，突破了传统的用串联等值磁路的设计思想及其传统的定子结构，而采用并联等值磁路的设计思想，研制出爪极式定子结构．采用本发明专利技术设计制造或改造直流电机，不但可大幅度地降低电机的用铜量，大大简化制造工艺，而且电机的低速性能很好．本发明专利技术技术简单，易于推广应用，有非常显著的技术经济效益．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属直流电机类。常用的直流电机是换向式电机。它主要由定子和转子两大部分组成，转子是电枢，用来感应电势、通过电势，起机电能量转换的作用，它包括电枢铁心、电枢绕组、轴、换向器等，电枢绕组由许多分布在电枢表面的线圈组成。定子主要用来建立磁场並起机械支撑和防护作用，它主要包括主磁极、换向极、机壳、端盖、轴承等。主磁极是用来产生气隙磁场，以便电枢旋转时感应电势，它包括主极铁心和套在铁心上的主极绕组(即励磁绕组)两部分。为了降低电枢旋转时极靴表面的涡流损耗，主极铁心一般用1～1.5毫米厚的低碳钢板冲片叠压而成，用铆钉把叠片紧固成一整体，再用螺栓固定在机壳上，主极绕组大多用绝缘铜导线绕制成横断面呈矩形的绕组，成形极其困难，特别是大容量电机更困难。换向极是用来改善换向的，它由换向极铁心和套在铁心上的绕组构成。小型电机的换向极铁心用整块钢制成，对换向要求高的电机用1.0～1.5毫米厚的钢片叠压，用螺栓固定在机壳上。换向极装在两个主极之间，换向极的数目一般与主极数目相等。如图1所示，由于现有直流电机的每个主极上都安装有一个主极绕组，当各主极绕组通过直流电后，在整个电枢周围产生N极与S极相间的主磁场，使分布在电枢表面的电枢绕组感压电势。电机磁路的计算程序是φ→B→H→Hl→∑F→FB，即计算步骤是1.求每对极的磁通φ;2.求每对极磁路中各段的磁密B;3.根据各段的磁密B值，查出各段相应的磁场强度H;4.求各段的磁压降Hl;5.求每对极的磁势∑F，∑F等于气隙磁势Fδ、齿磁势Fz、电枢轭磁势Fa、主极磁势Fm、定子轭磁势Fs之和;6.求电机的总磁势FB，FB＝P·∑F(P为电机的极对数)。因而，直流电机的磁路计算，可用图2所示的串联等值磁路表示。由此可知对于性能一定的直流电机所需的总磁势FB等于全部对极的磁势之和，即FB＝P·∑F，经分析可知;性能一定的直流电机，FB＝P·∑F大约是一个常数，它和电机的极对数P无关，故无法用减少总磁势的办法来达到降低主极绕组用铜量的目的。本专利技术旨在突破直流电机的传统定子结构，研制一种新的爪极定子结构，以达到既不降低电机性能、不增加电机的重量和体积、不采用新材料，又要大大降低电机的总磁势FB，从而大幅度地降低主极绕组用铜量，並保持每对极的磁通φ不变的目的。而且还要大大简化制造工艺，便于推广应用，取得显著的经济效益。图1为现有直流电机磁路图。图中(1)为主极绕组，(φ)为每对极的磁通。图2为现有直流电机等值磁路图。图3为2P＝4爪极直流电机结构和磁路示意图。图中(1)为电枢，(2)为机壳，(3)为爪式主极铁心，(4)为螺栓，(5)为环形主极绕组，(6)为爪式换向极铁心，(7)为换向极绕组。图4为爪极直流电机等值磁路图。本专利技术打破了直流电机传统的用串联等值磁路的设计思想及其传统的定子结构，采用了並联等值磁路的设计思想，研制出了爪极式定子结构。如图3所示，爪极定子结构是将传统形式的主极铁心和换向极铁心改为爪极式。即将爪式主极铁心(3)(以下简称爪极铁心)的爪根通过螺栓(4)固定在机壳(2)上，爪尖悬在空中，不与机壳接触，爪的长度与电枢铁心的长度一致，爪的横截面积由电机的磁路计算而定，但通常应使其内磁密不大于14000高斯，最高处亦不大于16000高斯。並将电机的全部爪极铁心分为两组，其中一组沿机壳内园以相距2个极距(即2τ)的距离均匀地布置在电枢(1)的同一端，形成一组极性相同(如N极)的同性极簇，好似伸出的手爪一样，故称为爪极。同样地，另一组就形成另一组极性相同(如S极)的同性极簇布置在电枢(1)的另一端。两组同性极簇(即N极簇和S极簇)在电枢长度范围内，相互犬牙般地交错着，把电枢(1)包围在中央，两相邻爪极之间相距一个极距τ的距离。爪极直流电机的主极绕组(5)为一个集中的环形绕组，紧靠机壳内园，把全部爪极铁心包围在一起。当主极绕组(4)通以直流电后，按照电磁感应原理和磁通总是沿磁阻最小的路通行的原则，爪极所产生的磁通φ将沿N极→电枢铁心→S极→机壳→N极形成闭合回路，而在整个电枢周围亦形成N极与S极相间的主磁场，使电枢绕组感应电势。由于爪极直流电机的主极绕组由传统式分散的、其个数等于2倍于电机极对数的矩形绕组，简化为一个集中的环形绕组，不但简化了工艺、易于制造、减少工时，而且大大节约了绝缘导线、大幅度减少了主极绕组的用铜量，有显著的经济效益。爪极直流电机的换向极铁心(6)的形状、长度及固定方式与爪式主极铁心相似。但全部换向极铁心及其换向绕组沿机壳内园，彼此相距一个极距τ的距离，布置在电枢的同一端，而爪式换向极铁心与爪式主极铁心相距半个极距(即 1/2 τ)的距离。爪极式换向极铁心的横截面积也由磁路计算而定。爪式主极铁心和爪式换向极铁心均采用低碳钢浇铸或锻制而成，与传统的冲片叠压工艺相比，可大大简化制造工艺，大大提高材料的利用率。为了减少漏磁，爪极直流电机的端盖应用非磁性材料制成。若采用铁磁材料的端盖时，必须在轴承室外加不小于20毫米厚的非磁性垫圈，如铝等，以断开轴与端盖之间的磁路。机壳与传统结构一样，只是电机总磁通Pφ是在机壳内沿轴向通行，其磁密应不起过14000高斯。由于爪极式定子结构是采用一个集中的环形绕组，将全部爪极铁心包围在一起，与电机的极对数无关。而且两组同性极簇的爪极又分别布置在电枢的两端，所有爪极的爪尖均悬在空中，不与任何部分接触。所以当主极绕组通以直流电后，其主极磁路为一並联等值磁路，如图4所示。因而电机的总磁势FB等于一对极的磁势∑F，即FB＝∑F，而电机的总磁通Pφ等于各对极的磁通φ之和，电机的总磁势不再象传统结构那样接近于一个常数，而是与极对数成反比。也就是说，对一台传统结构的电机，仅仅将其定子改为爪极式定子结构，就可使电机的总磁势减少到原来的1/P，可大幅度地降低主极绕组的用铜量，並保持电机的原性能不变，其效益是非常显著的。本专利技术既可用于设计制造直流电机，也可用于改造现有的直流电机，采用本专利技术设计制造或改造电机，不但可大幅度地降低电机的用铜量、大大简化制造工艺，而且电机的低速性能很好，只要电机能转动就为匀速运转。本专利技术技术简单，易于推广应用，有非常显著的经济效益，电枢铁心长度l与电机的极距τ的比值λ(即λ＝ (l)/(τ) )越大，效益越显著。实施例一台直流电机的功率为3.2千瓦，电压为220伏，励磁电压为24伏，转速为4000转/分，极对数P＝2，λ＝1.48。1.用本专利技术对该电机进行改造，即仅将定子改造为爪极式结构，其结果电机的性能未变，主极绕组的用铜量由原来的9.6公斤减少为4.7公斤。2.设计制造同参数的爪极直流电机。改变极对数使P＝3，则λ＝2.44，其结果不但主极绕组的用铜量由原来的9.6公斤减少到2.6公斤，而且电枢绕组和换向绕组及换向器的用铜量均有所下降。电机的性能不但没有降低，而且电机的低速性能有显著提高，该电机在10转/分时还能匀速运转，速度再低无法测试，实际上只要机能转动就为匀速运转。而同类型传统结构的电机在30转/分以下就呈步进状态运转。本文档来自技高网...

【技术保护点】
爪极式直流电机的定子，主要由主磁极铁心及主极绕组、换向极铁心及其绕组、机壳、端盖、轴承等组成，其特征在于主磁极铁心为爪式主极铁心（３），主极绕组为一个集中的环形绕组（５），换向极铁心为爪式换向极铁心（６）。

【技术特征摘要】
1.爪极式直流电机的定子，主要由主磁极铁心及主极绕组、换向极铁心及其绕组、机壳、端盖、轴承等组成，其特征在于主磁极铁心为爪式主极铁心(3)，主极绕组为一个集中的环形绕组(5)，换向极铁心为爪式换向极铁心(6)。2.按照权利要求1所述的爪极直流电机，其特征在于所述的爪式主极铁心(3)的爪根通过螺栓(4)固定在机壳(2)上，爪尖悬在空中不与机壳接触，爪的长度与电枢铁心的长度一致，爪的横断面积由电机的磁路计算而定;爪式换向极铁心的形状、长度及固定方式与爪式主磁极铁心相似，其横截面积也由磁路计算而定。3.按照权利要求1、2所述的爪极直流电机，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：李心尧，
申请(专利权)人：国营虎溪电机厂，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]