CN104300702A - 一种无换向永磁盘式直流电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无换向永磁盘式直流电机，它包括：电机外壳，安装在电机外壳内部的绝缘绕线盘（1），安装在绝缘绕线盘（1）四周的永磁体（2），绝缘绕线盘（1）的一侧开设有内侧导电槽（3）和外侧导电槽（4），内侧导电槽（3）和外侧导电槽（4）内安装有电刷（5），绝缘绕线盘（1）中心开设有轴孔（6），内侧导电槽（3）和外侧导电槽（4）之间的电刷（5）通过旋转绕线（7）相连，旋转绕线（7）通过电刷（5）与固定绕线（8）滑动接触。本发明直流电机，结构设计合理，不需换向器，电绕线转动时一直处于通电状态，可360度持续畅通旋转，且电机换向时不会产生电火花，输出力矩或电压脉动很小，安全稳定。

Description

一种无换向永磁盘式直流电机
技术领域
本发明涉及一种直流电机，尤其涉及一种工作过程电枢电流无需换向，输出力矩或电压脉动很小的无换向永磁盘式直流电机。
背景技术
直流电机是应用比较广泛并且诞生比较早的电机，最先兴起的是有机械换向器的有刷直流电机，随着技术的进步以及应用要求的不断提高，后来诞生了无刷直流电机。无刷直流电机用电子器件代替了有刷直流电机中的机械电刷和换向器，无刷直流电机的问世是直流电机发展史上的重大突破，具有里程碑的意义。无刷直流电机既有直流电机的调速性能，又有交流电机结构简单、运行可靠、维修方便等优点，得到了广泛的应用。但是无论有刷直流电机还是无刷直流电机，都一直受到一个问题的困扰，就是换向控制的问题。有刷直流电机换向时会产生火花，无刷直流电机需要准确的检测出换向位置，在要求比较高的应用场合这些问题都很难解决。另外由于换向位置的存在，直流电机的输出力矩会有一定的脉动以及电枢电感对电能质量具有较大的影响。
发明内容
    发明目的：本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种结构设计合理，不需换向，电绕线转动过程中一直处于通电状态，360度持续畅通旋转，且电机换向时不会产生电火花，输出力矩或电压脉动很小的无换向永磁盘式直流电机。
技术方案，为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种无换向永磁盘式直流电机，它包括：电机外壳，安装在电机外壳内部的绝缘绕线盘，安装在绝缘绕线盘四周的永磁体，所述的绝缘绕线盘的一侧开设有内侧导电槽和外侧导电槽，所述的内侧导电槽和外侧导电槽内安装有电刷，绝缘绕线盘中心开设有轴孔，所述的内侧导电槽和外侧导电槽之间的电刷通过旋转绕线相连，旋转绕线通过内侧导电槽和外侧导电槽内的电刷与绝缘绕线盘另一侧上的固定绕线滑动接触；所述的内侧导电槽和外侧导电槽底端与固定绕线导通，电刷与内侧导电槽和外侧导电槽底端滑动接触导通；
    所述的绝缘绕线盘中心轴孔内安装有轴承，轴承内安装有转动轴。
    作为优选方案，以上所述的无换向永磁盘式直流电机，所述的绝缘绕线盘的一侧开设有1~6个内侧导电槽和外侧导电槽。作为更加优选方案，所述的绝缘绕线盘的一侧开设有3个内侧导电槽和外侧导电槽。
    作为优选方案，以上所述的无换向永磁盘式直流电机，所述的内侧导电槽和外侧导电槽之间通过1~3根旋转绕线并联连接。作为优选方案，以上所述的内侧导电槽和外侧导电槽之间通过3根旋转绕线并联连接。采用3根旋转绕线并联连接，可以增大导通电流和两导电槽之间的导通稳定性。
作为优选方案，以上所述的无换向永磁盘式直流电机，所述的内侧导电槽和外侧导电槽内均安装有固定接线端子，固定接线端子与直流电源相连。绝缘绕线盘两侧的绕线电流分别呈收缩状和发散状，且绝缘绕线盘两侧的绕线可以实现360度很好的导通，在永磁场的作用下，绝缘绕线盘一侧带有电刷的旋转绕线在磁场力的作用下持续旋转起来，达到无需换向持续转动的目的。
本发明所述的无换向永磁盘式直流电机，旋转绕线与转动轴作为一体构成电机的转子，永磁体、绝缘绕线盘、固定绕线作为电机的定子；绝缘绕线盘接线端接通直流电源后，旋转绕线中通入一定方向的电流，在永磁体提供的固定磁场中按一定方向旋转，通过转动轴对外输出机械能。本发明通电旋转绕线的受力方向不变，逆时针或顺时针，所以在整个旋转圆周中绕线电流无需换向；电刷两端电压应力较小，所以不会产生电火花；旋转绕线中电流波动较小，所以输出力矩脉动较小，机械特性较好。
本发明所述的无换向永磁盘式直流电机，采用永磁体提供恒定永磁场，省去电机的励磁耗能，绝缘绕线盘一侧带有电刷的旋转绕线360度无换向旋转，实现真正的无换向直流电机。
本发明所述的无换向永磁盘式直流电机，绝缘绕线盘两侧电枢绕线通过导电槽串联起来，留出两接线端接通直流电源；电枢绕线处在磁场方向一致固定磁场中，绝缘绕线盘两侧磁通密度B方向不变，两侧电枢绕线电流I方向相反，根据电磁力定律F=BIL，两侧电枢导线受力方向相反，所以两侧电枢转子朝着相反的方向转动；因为整个圆周电枢导线所处磁场B方向不变，所以导线受力F=BIL方向是恒定的，即不需要换向。
该电机为永磁盘式直流电机，具有永磁盘式直流电机的一些特点，无铁芯不存在齿槽引起的转矩脉动，转动惯量小反应性能好等；电机运行一周无需换向，可避免换向引起的输出力矩的脉动，同时因为不需要换向，可省去换向器；普通有刷换向直流电机，电枢换向时会电枢电流的脉动，电机线圈与电机磁路具有很强的感性系数，电枢电流的脉动会影响电机的功率因数和效率；所以本发明提供的无换向直流电机不仅可省去换向器，从而可减小电机的输出脉动，还可在一定程度生提高电机的功率因数和电机的效率。
有益效果：本发明所述的无换向永磁盘式直流电机和现有技术相比具有以下优点：
（1）本发明无换向永磁盘式直流电机，工作过程电枢电流无需换向，输出力矩或电压脉动很小。 
（2）本发明无换向永磁盘式直流电机，可实现360度旋转无需换向，省去换向器，结构更加简单合理。
（3）本发明无换向永磁盘式直流电机，无需换向，电刷工作过程中基本不产生火花，工作安全稳定。 
（4）本发明无换向永磁盘式直流电机，工作过程电枢电流无需换向，可提高电机的功率因数和工作效率。
    （5）本发明无换向永磁盘式直流电机，启动力矩大，不产生电火花，无需检测启动位置，更加实用。
附图说明
图1是本发明提供的无换向永磁盘式直流电机内部剖面的结构示意图。
图2是本发明提供的无换向永磁盘式直流电机内部俯视时的结构示意图。
图3是本发明提供的无换向永磁盘式直流电机中绝缘绕线盘俯视时的结构示意图。
图4是本发明提供的无换向永磁盘式直流电机中绝缘绕线盘截面的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
    如图1至图4所示，一种无换向永磁盘式直流电机，它包括：电机外壳，安装在电机外壳内部的绝缘绕线盘（1），安装在绝缘绕线盘（1）四周的永磁体（2），所述的绝缘绕线盘（1）的一侧开设有内侧导电槽（3）和外侧导电槽（4），所述的内侧导电槽（3）和外侧导电槽（4）内安装有电刷（5），绝缘绕线盘（1）中心开设有轴孔（6），所述的内侧导电槽（3）和外侧导电槽（4）之间的电刷（5）通过旋转绕线（7）相连，旋转绕线（7）通过内侧导电槽（3）和外侧导电槽（4）内的电刷（5）与绝缘绕线盘（1）另一侧上的固定绕线（8）滑动接触；所述的内侧导电槽（3）和外侧导电槽（4）底端与固定绕线（8）导通，电刷（5）与内侧导电槽（3）和外侧导电槽（4）底端滑动接触导通；
    所述的绝缘绕线盘（1）中心轴孔（6）内安装有轴承（9），轴承（9）内安装有转动轴（10）。
    以上所述的无换向永磁盘式直流电机，所述的绝缘绕线盘（1）的一侧开设有3个内侧导电槽（3）和外侧导电槽（4）。
   以上所述的无换向永磁盘式直流电机，所述的内侧导电槽（3）和外侧导电槽（4）之间通过3根旋转绕线（7）并联连接。
    以上所述的无换向永磁盘式直流电机，其特征在于，所述的内侧导电槽（3）和外侧导电槽（4）内均安装有固定接线端子，固定接线端子与直流电源相连。
本发明提供的无换向永磁盘式直流电机，其中绝缘绕线盘（1）处在由永磁体（2）提供的恒定磁场中，绝缘绕线盘（2）两侧的旋转绕线（7）和固定绕线（8）穿过绝缘绕线盘（1）串联导通，绝缘绕线盘（1）一侧的旋转绕线（7）通过电刷（5）和导电槽滑动与绝缘绕线盘另一侧的固定绕线（8）保持导通；旋转绕线（7）通入直流电后，绝缘绕线盘两侧的旋转绕线（7）和固定绕线（8）电流分别呈收缩状和发散状，在永磁场的作用下，绝缘绕线盘（1）一侧带有电刷（5）的旋转绕线（7）在磁场力的作用下持续旋转起来，达到无需换向持续转动的目的。
    以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种无换向永磁盘式直流电机，其特征在于，它包括：电机外壳，安装在电机外壳内部的绝缘绕线盘（1），安装在绝缘绕线盘（1）四周的永磁体（2），所述的绝缘绕线盘（1）的一侧开设有内侧导电槽（3）和外侧导电槽（4），所述的内侧导电槽（3）和外侧导电槽（4）内安装有电刷（5），绝缘绕线盘（1）中心开设有轴孔（6），所述的内侧导电槽（3）和外侧导电槽（4）之间的电刷（5）通过旋转绕线（7）相连，旋转绕线（7）通过内侧导电槽（3）和外侧导电槽（4）内的电刷（5）与绝缘绕线盘（1）另一侧上的固定绕线（8）滑动接触；所述的内侧导电槽（3）和外侧导电槽（4）底端与固定绕线（8）导通，电刷（5）与内侧导电槽（3）和外侧导电槽（4）底端滑动接触导通；
    所述的绝缘绕线盘（1）中心轴孔（6）内安装有轴承（9），轴承（9）内安装有转动轴（10）。
2.根据权利要求1所述的无换向永磁盘式直流电机，其特征在于，所述的绝缘绕线盘（1）的一侧开设有1~6个内侧导电槽（3）和外侧导电槽（4）。
3.根据权利要求2所述的无换向永磁盘式直流电机，其特征在于，所述的绝缘绕线盘（1）的一侧开设有3个内侧导电槽（3）和外侧导电槽（4）。
4. 根据权利要求1所述的无换向永磁盘式直流电机，其特征在于，所述的内侧导电槽（3）和外侧导电槽（4）之间通过1~3根旋转绕线（7）并联连接。
5. 根据权利要求4所述的无换向永磁盘式直流电机，其特征在于，所述的内侧导电槽（3）和外侧导电槽（4）之间通过3根旋转绕线（7）并联连接。
6.根据权利要求1至5任一项所述的无换向永磁盘式直流电机，其特征在于，所述的内侧导电槽（3）和外侧导电槽（4）内均安装有固定接线端子，固定接线端子与直流电源相连。
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