[发明专利]一种直流电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种直流电机，属电机的制造技术领域。

背景技术

现有在电动汽车、轻工产品、家用电器上应用广泛的中小功率直流电机，或并激或串激或复激的碳刷换向电机，其定子均为由一对定子铁芯绕励磁线圈构成，如此造成转子线圈在磁场内不同转角位置所产生的扭矩是不一样的，是交变的。以单匝矩形平面线圈为例，当线圈平面处于与磁场垂直位置时，线圈将不产生转动的力矩，线圈是依靠惯性转过。上述情况，必然导致转速的不平滑，当加负载后，必将产生电机的运行振动，如此增加了有害附加动载荷，多作无用功，因而导致电机效率的下降。这也是目前采用直流电机作动力装置的电动汽车其效率低、耗电大、续程短的问题所在。

发明内容

本发明的目的在于提供一种设计合理，能有效提高运转效率，节电效果明显的直流电机。

本发明为一种直流电机，包括由定子铁芯和绕组构成的定子，由转子铁芯和带电流换向片的线圈构成的转子，置于电流换向片上的一对换向碳刷，其特征在于定子铁芯的两侧还设有一对永磁铁，永磁铁的永磁磁场方向与定子铁芯的励磁磁场方向相垂直；电流换向片上还设有一对过碳刷，一个换向碳刷与相邻的过碳刷相连接，另一个换向碳刷与相邻的另一个过碳刷相连接。

所述换向碳刷的直线与相邻过碳刷的直线相交的夹角可为沿顺时针方向的91°～95°。

本发明根据直流电机磁场原理特性，采用励磁、永磁复合定子，同时增设与换向碳刷偏转一定角度的过碳刷，使直流电机的结构设计更趋合理科学，使电流换向角的变化与励磁、永磁复合定子磁场相匹配适应，从而有效的增强和改变了磁场磁密分布状况，克服了低扭距区，改变了电机输出特性，有效的减小了附加阻力载荷，节电效果明显。本发明可与电动汽车、轻工产品、家用电器等配套使用，能有效提高运转效率和使用寿命，可提高转速1/3，节能10％-40％。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明在电动汽车上的应用示意图；

图3是本发明所述的定子磁场原理图；

图4是本发明所述的转子线圈平面展开示意图；

图5是现有技术中的定子与单匝转子工作原理图；

图6是本发明所述复合定子与单匝转子工作原理图。

具体实施方式

本发明主要包括由定子铁芯7和绕组8构成的定子6，由转子铁芯10和带电流换向片12的线圈11构成的转子9，定子铁芯7的两侧还设有一对永磁铁15，永磁铁15的永磁磁场方向与定子铁芯7的励磁磁场方向相垂直；电流换向片12上设有一对换向碳刷13、13’和一对过碳刷14、14’，一个换向碳刷13与相邻的过碳刷14相连接，另一个换向碳刷13’与相邻的另一个过碳刷14’相连接；换向碳刷13、13’的直线与相邻过碳刷14、14’的直线相交的夹角为沿顺时针方向的91°～95°。

以下以在电动汽车上的应用为例对本发明作进一步描述：

如附图2所示，直流电源1经开关2接控制器3的输入端，控制器3的输出端连接有刷并激式直流电机或有刷串激式直流电机5的输入端，本实施例中的直流电机5采用ZYCD-12改装，控制器3采用100V/200A调速控制器，直流电源1由七块12伏电瓶串联组成，每块电瓶容量为120AH，附图2中的标记4为控制器检测信号及控制指令输入、输出端。

在定子铁芯7的两侧用胶粘剂固装一对永磁铁15，构成励磁、永磁复合定子，励磁、永磁复合定子磁场内的磁密分布及线圈在其内所受力情况发生了质的变化，可通过附图3的定子磁场原理图予以说明。若设附图3中有一处于磁场内的矩形单匝线圈，在只有原励磁定子时，当线圈处在a a’位置时所产生扭矩最大，旋转至b b’位置时磁密减弱，扭矩减小，当处于c c’位置时扭矩为零，此处应为电流换向点；当增设永磁铁15后，且永磁磁场与励磁磁场方向相垂直，此时，当线圈处在a a’位置时受励磁磁场作用力为主，产生扭矩最大，当线圈旋转至b b’位置时将开始受到励磁、永磁磁场的复合作用，可使扭矩基本保持不变，当处于c c’位置时，将以受永磁场作用力为主，可继续产生顺时针扭矩，在此处绝不应电流换向，当旋转至d d’位置时，又受到励磁、永磁复合磁场作用，线圈二边将受到方向相反的力，线圈将处于力平衡状态，扭矩为零，此处应为电流换向点，因靠惯性转过此点就进入励磁磁场，电流不换向将产生反方向旋转的力，也就是说，当增设了永磁磁场后，必须同时改变碳刷位置，改变电流换向角，使电流换向点顺时针顺延a角，否则，若只单纯增设永磁场，只会增加转动阻力，绝无有益效果。