[发明专利]变刷分级调速直流电动机

说明书

本发明属于电机。

目前广泛使用的直流电机，有多种型式的电枢绕组，一般是一对极，一对电刷的直流电机多采用叠绕组，凡是直流电机均能调速，但现有各种调速方法都存在消耗量或必须附加调速装置，后者导致总体积加大，总重量增加。

本发明的目的是提供一种无附加调速装置的变刷分级调速直流电动机。

本发明的主要特点是电枢绕组型式为至少二对极，与极对数相等的电刷对数各自独立引线。变刷分级调速直流电动机的调速方法为n≥2整数对通电工作电刷中，电刷依次递减断电，即可实施分级调速。

本发明提供了一种主要是两对极以上的直流电机，并且采用叠绕组电枢，再将两对以上的电刷独立引出接线端子就能实施变刷分级调速。本调速电动机整体体积小，效率高，不用附加调速装置，可以广泛应用在工业领域中。

图1为直流电动机的一组变机械特性斜率的机械特性族。

图2为二对极四刷直流电动机原理图。

图3为三对极六刷直流电动机原理图。

下面结合附图详细说明本发明的原理和实施例。

图1是一并激直流电动机的机械特性族，当并激磁场电流固定不变时，就相当于一种永磁激磁的直流电动机。如果并激电动机的负载转矩为一不变常数，那么它与变斜率机械特性族有多个交点。也就是说可以出现多个工作转速，持P₃特性的电动机工作在n₃转速;持P₂特性的电动机工作在n₂转速和持P₁特性的则工作在n₁转速。因此从理论上阐明;要是电动机和机械特性斜率改变了，那么电动机的工作转速也将跟着有所改变。

图2是按本发明构思设计的一种钕铁硼永磁直流电动。极对数为2，4个电刷各自独立引出接线端，b₁，b₂……b₄。奇数标号电刷接正电源，偶数标号电刷接负电源。磁极数和电刷数相等，电刷置于两个磁极中央，电枢为叠绕组W，接换向器片C₁、C₂…C_n，换向器片C的数量为电枢铁芯槽的整数倍，例如电枢铁芯有18个槽，对应18片整流子，每极距电枢表面嵌有N根导体绕组和每极距气隙中平均磁密为B，则每极产生的转矩只和通过该导体数中的电流有关。电机堵转状态，电枢电流值等于电机端电压被电枢绕组电阻所除之商，而不计电刷电阻压降。也就是说堵转转矩还和绕组电阻成反比。设N根导体串联绕组电阻为R，电机端电压为U，则N根导体所产生的堵转转矩为

T_N＝N·Ba·L·D/2·U/R＝C_N·U/R

式中D为电枢外径，

L为电枢轴向铁芯冲片叠长，

四个电刷都通电工作时，电机总堵转转矩

T2P4＝4·C_N·U/R＝4T_N

三个电刷通电工作时，例如b₁断电时，则其相邻两个电刷b₂和b₄的电极性相同，故b₁分别至b₂和b₄的绕组中均无电流通过，所以电机的堵转转矩只有原来的一半。

T₃＝2T_N

还有一种只剩一对电刷通电的工作状态，例如b¹和b₂这对电刷断电，则b₄经b₁到b₃的绕组回路中串有3N的导体数，因此电流必然减小;又因该减小了的电流流过2N极和1S极下的N导体数绕组，转矩抵消去一部分后只剩下

T_△3＝C_N·U/3R

最后T_p＝4/3 T_N（C_N·（U/R+U/3R））

应当指出，后一种分级变速方法和前二种变速方法相比，是要消耗能量的，但不会改变换向好的状态，并且这种能量消耗相对于其他现有变速方法还是不明显的。