[发明专利]无换向器直流电动机

说明书

技术领域

本发明涉及直流电动机，尤其涉及无换向器直流电动机。     

背景技术

直流电动机是将直流电能转换为机械能的动力机械，相比交流电动机，具有可以用电池直接供电、调速方便、易于小型化等优点，被广泛应用于智能手机、数字视频光碟（DVD）播放机、电动玩具、电吹风、便携式电动工具等民用产品中；同时，直流电动机还具有启动、过载、制动时转矩大，调速平滑且范围宽等优点，被广泛应用于调速要求高的工业应用场合，如轧钢机、轮船推进器、挖掘机械、电力机车牵引等方面。

常规的直流电动机是有刷（有换向器和电刷的简称）的，在运转过程中，因换向火花放电而电磁辐射大，换向器和电刷因为火花放电侵蚀和机械磨损而影响其使用寿命，需要定期维护或更换，另外还存在高电压、大电流时换向困难的问题也限制了其在特大功率领域（如10兆瓦以上）的应用。

直流发电机则可以将机械能转换为直流电能，用于电解、电镀、交流发电机的励磁等场合，也可用于直流电动机的驱动。前述的有刷直流电动机，也可以作为直流发电机使用。

目前，常说的无刷（无换向器和电刷的简称）直流电动机，实际上是用半导体功率器件代替换向器和电刷的作用，将直流电顺序注入电动机的各相绕组，产生旋转磁场来驱动电动机的转子运转的，如电脑中的散热风扇。虽然无刷直流电动机节省了电刷和换向器，但是其需要额外增加功率器件和检测转子位置的控制电路，从而导致成本上升，大功率应用很不经济。     

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服有刷直流电动机的缺点，即不使用换向器；保留其优点，即保留使用上的简便性、调速的优越性等；同时也不增加半导体功率器件和控制电路等辅助部件，保持低成本。

本发明的目的是提供新型的无换向器直流电动机，使其具有结构简单、成本低廉、控制简便、调速性能优越等优点。

本发明采用的技术方案是，无换向器直流电动机，包括：激磁组件，气隙空间，第一和第二导磁组件，电枢绕组，旋转轴和机座；所有导磁组件由高磁导率材料构成，而且截面积足够大，保证磁力线通过时不饱和，保持低磁阻以集聚磁力线，减少不期望的泄漏；磁力线的经过路径依次是激磁组件、气隙空间、第一导磁组件、第二导磁组件、激磁组件，形成闭合磁路；通过结构布局将空间分割为三部分：气隙空间、内部强磁空间和外部弱磁空间；其中气隙空间中的磁力线分布均匀且方向一致（如中心放射状，类似电动式扬声器中的音圈所处的气隙磁场）；内部强磁空间包括磁力线经过的所有导磁组件和激磁组件的实体部分，其中具有较强的磁感应强度；外部弱磁空间指除气隙空间、内部强磁空间之外的其它空间，其中只有非常弱的泄漏磁场，其影响可以忽略；

本发明采用的特别技术措施是：

（1）第一导磁组件是这样的部件（如中空的圆柱体），其实体部分一侧是气隙空间，另一侧是外部弱磁空间，在靠近气隙空间的两外侧、且在第一导磁组件上或两端分别设置第一排过线孔、第二排过线孔，在气隙空间的两外侧、外部弱磁空间之间形成通道，所述的两排过线孔间隔分布，为磁力线保留低阻的通过路径；

（2）电枢绕组借助所述的过线孔，按外部弱磁空间、第一排过线孔、气隙空间、第二排过线孔、外部弱磁空间、第一排过线孔、…等等统一的方式，进行电枢绕组绕制，直至布满所有过线孔，最后引出两个端头，作为直流电的输入端；

（3）所述的第一导磁组件与第二导磁组件是分离的，二者之间的缝隙被安排在气隙、两排过线孔、电枢绕组以外的区域，缝隙尽可能小且不影响二者之间的相对运动；

（4）所述的电枢绕组、第一导磁组件组成一个整体，称为电枢组合体；激磁组件、第二导磁组件组成另一个整体，称为激磁组合体；机座、旋转轴其中之一与电枢组合体连接在一起，另外一个与激磁组合体连接在一起。

上述的无换向器直流电动机，在气隙空间生成了方向一致的强磁场，处于该强磁场中的电枢绕组的电流方向一致，受到的切向旋转作用力明显且方向一致，处于过线孔、外部弱磁空间中的电枢绕组由于处于弱磁区域，受力微弱而可被忽略。总体来看，只有处于气隙磁场中的电枢绕组导线受到了明显的切向旋转力，在电枢组合体、激磁组合体之间产生了相对的旋转力，二者分别与旋转轴、机座固定，一个静止，另一个将受力而旋转，将直流电能转换为机械能。

前述的无换向器直流电动机，具有结构简单、控制简便、运转平稳等优点，同时兼有使用上的简便性、调速的优越性，不使用换向器、不增加功率器件和控制电路等辅助部件，保留了成本低廉的优点。       

附图说明

图1是本发明实施例的无换向器直流电动机的结构示意图。