專利名稱：飛碟形電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電機(jī)類產(chǎn)品，特別涉及汽車專用牽引直流電機(jī)。
眾所周知，電動(dòng)汽車具有無尾氣排放的環(huán)保優(yōu)勢，同時(shí)不消耗屬于一次性能源的汽油和柴油，成為未來型汽車的熱門課題。世界各國投巨資開發(fā)，試驗(yàn)車型層出不窮，高新技術(shù)被大量采用。然而，純電動(dòng)汽車一次充電的行駛里程一般在100km左右，一次充電時(shí)間要連續(xù)十小時(shí)以上。由于上述原因，給電動(dòng)汽車的普及造成了極大障礙。究其原因是汽油的能量密度是蓄電池的220-300倍。舉例說明，電動(dòng)汽車充滿電再加上所有節(jié)電技術(shù)措施，只相當(dāng)汽車油箱里剩下8-9公升油行駛的里程。
從電動(dòng)汽車與燃油汽車的共性分析，得到一個(gè)啟示，就是他們都是用小力臂，大扭力去驅(qū)動(dòng)一個(gè)大力臂-車輪。例一柳州牌P系列微型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)指標(biāo)排量1升，缸徑×沖程=76×73mm，輪胎；例二一汽產(chǎn)老捷達(dá)排量1．6升，缸徑×沖程=81．0×77．3mm，輪胎17570R17；例三電動(dòng)汽車的轉(zhuǎn)子直徑相當(dāng)燃油汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)的沖程是驅(qū)動(dòng)力臂。我國重慶電機(jī)廠在1994年為美國休斯電子公司研制生產(chǎn)的電動(dòng)汽車牽引電機(jī)指標(biāo)如下封裝尺寸包括冷卻罩的最大外徑不大于300mm；包括編碼盒在內(nèi)的總長度不大于400mm，估計(jì)轉(zhuǎn)子直徑不會(huì)超過180mm，由此可以判斷出也是小力臂驅(qū)動(dòng)大力臂。
已知T=F×r，T為電磁扭矩，F(xiàn)為電磁力，r為力臂。依據(jù)力學(xué)原理，可知力矩是力和力臂的乘積，既杠桿原理。所以不難看出，無論是汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，還是牽引電機(jī)，都是靠多犧牲能源而實(shí)現(xiàn)小力臂，大作用力一拖動(dòng)大力臂(車輪)克服汽車自重與靜止磨擦力，使汽車行駛起來。
設(shè)汽車輪胎直徑500mm，牽引電機(jī)電樞直徑180mm，汽車靜止磨擦力200kg1比1拖動(dòng)。求電機(jī)出力F555，5kg，5比1拖動(dòng)F大于等于111，1kg。
另設(shè)汽車輪胎直徑500mm，飛碟牽引電機(jī)電樞直徑700mm，汽車靜止磨擦力200kg1比1拖動(dòng)求電機(jī)出力，F(xiàn)=124．9kg，5比1拖動(dòng)F大于等于24．98kg。
由此可以得出力臂也是一種能量--勢能。
本發(fā)明的目的在于提供一種大于車輪的力臂，強(qiáng)勁的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性和大幅度降低電能消耗，以達(dá)到增加行駛里程目的的飛碟形電機(jī)。
本發(fā)明所述飛碟形電機(jī)，它包括定子、轉(zhuǎn)子和換向器三部分；其特征在于在傳動(dòng)軸中央與傳動(dòng)軸垂直水平面上，通過鍵槽與鍵緊配和固定一個(gè)不導(dǎo)電、不磁化的圓盤狀飛輪；在飛輪的外圓周面上，固定由矽鋼片沖壓成型，疊加成需要厚度的齒圈形轉(zhuǎn)子鐵芯；在每個(gè)極齒上各套裝一只繞向相同，匝數(shù)相等的線圈，當(dāng)作轉(zhuǎn)子繞組；將所有繞組負(fù)端并聯(lián)接到導(dǎo)電環(huán)上；通過碳刷與電機(jī)外殼的接線端子聯(lián)接；所有繞組正端依次排序?qū)?yīng)的分別接在換向器的換向片上；通過碳刷與電機(jī)外殼的接線端子聯(lián)接，構(gòu)成了轉(zhuǎn)子定子是由矽鋼片沖壓成型，疊加成需要厚度的以傳動(dòng)軸中心為原點(diǎn)取同心弧，呈條狀或極掌狀鐵芯，定子疊厚大于轉(zhuǎn)子疊厚，鐵芯中間部位縱向繞有激磁繞組并用螺栓將定子固定在電機(jī)底盤上；與轉(zhuǎn)子保持均勻的氣隙；定子繞組的引出線，分別接在電機(jī)外殼的接線端子上，本裝置可以是上述的單環(huán)結(jié)構(gòu)，也可以是多環(huán)結(jié)構(gòu)。
如上所述的飛碟形電機(jī)，其特征在于所述飛輪的直徑可以等于或大于所驅(qū)動(dòng)的車輪直徑。
如上所述的飛碟形電機(jī)，其特征在于所述飛輪與機(jī)殼可選用非導(dǎo)磁、導(dǎo)電的質(zhì)量輕的金屬或非金屬材料。
如上所述的飛碟形電機(jī)，其特征在于在每個(gè)極齒上套裝的線圈與相鄰的線圈之間有屏蔽隔離層。
如上所述的飛碟形電機(jī)，其特征在于所述的多環(huán)結(jié)構(gòu)可以是雙環(huán)結(jié)構(gòu)，它是增加了一個(gè)與內(nèi)環(huán)齒圈一體成型的外環(huán)齒圈，且定子置于內(nèi)、外環(huán)齒圈之間。
本發(fā)明與傳統(tǒng)的電機(jī)相比具有如下效果1)應(yīng)用在純電動(dòng)汽車上，作直流牽引電機(jī)，可將行駛里程延長一倍以上，對蓄電池的安／時(shí)特性而言，本發(fā)明的輸入電功率小，利于蓄電池組在理想狀態(tài)下工作，提高使用壽命；2)電機(jī)就是變壓器的變形產(chǎn)品，如果將定子按一定間距直線排開，轉(zhuǎn)子長度能跨越兩個(gè)定子長度，只要能保持氣隙不變，并滿足電磁作用力條件，就能實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)或直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
圖面說明

圖1是本發(fā)明所述單環(huán)飛碟形電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明所述單環(huán)飛碟形電機(jī)A-A剖面圖；圖3是本發(fā)明所述飛碟形電機(jī)主磁場示意圖；圖4是本發(fā)明所述飛碟形電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場示意圖；圖5是本發(fā)明所述飛碟形電機(jī)磁場作用力示意圖；圖6是本發(fā)明所述飛碟形電機(jī)磁場閉合環(huán)形成的磁勢示意7是本發(fā)明所述飛碟形電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方向示意圖；圖8是本發(fā)明所述飛碟形電機(jī)電路連線示意圖；圖9是本發(fā)明所述雙環(huán)飛碟電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是本發(fā)明所述雙環(huán)飛碟電機(jī)A-A剖面圖。
本發(fā)明的實(shí)施例和工作原理示意圖見附圖圖中1是極齒，2是機(jī)殼底盤，3是定子鐵芯，4是轉(zhuǎn)子正端引線，5是轉(zhuǎn)向器，6是傳動(dòng)軸，7是碳刷，8是飛輪，9是轉(zhuǎn)子齒圈，10是鍵槽，11是軸承，12是上蓋，13是轉(zhuǎn)子鐵芯，14是導(dǎo)電環(huán)，15是轉(zhuǎn)子繞組，16是定子繞組，17是漏磁場，18是換向片，19是外環(huán)轉(zhuǎn)子齒圈；本發(fā)明工作原理如下
1)電磁場的構(gòu)成主磁場，(定子的磁場與磁路)如圖3當(dāng)定子激磁繞組通電后，用右手定則判斷，設(shè)定子極性為左N右S依據(jù)磁場就近閉合的特性。磁力線從N極出發(fā)穿越氣隙→對應(yīng)定子N極下的轉(zhuǎn)子極齒→轉(zhuǎn)子軛→對應(yīng)定子S極下的轉(zhuǎn)子極齒→穿越氣隙→定子S極→通過激磁繞組→回定子N極閉合。
轉(zhuǎn)子的磁場與磁路。如圖4轉(zhuǎn)子在任何瞬時(shí)，只有處在定子激磁繞組下的幾個(gè)極齒通有直流電，(在轉(zhuǎn)子齒圈上有對稱兩處，而且極性相同)設(shè)幾個(gè)極齒的極性S極向上，他產(chǎn)生的磁場分兩路閉合，一路逆時(shí)針從極齒的N極端→轉(zhuǎn)子軛→對應(yīng)定子N極下的轉(zhuǎn)子極齒→穿越氣隙→定子N極端→自上而下穿過定子激磁繞組導(dǎo)線→穿越氣隙→回極齒的S極端。
另一路順時(shí)針從極齒的N極端→轉(zhuǎn)子軛→對應(yīng)定子S極下的轉(zhuǎn)子極齒→穿越氣隙→定子S極端→自上而下穿過定子激磁繞組導(dǎo)線→穿越氣隙→回極齒的S極端。
2)電磁力的構(gòu)成與受力方向如圖5轉(zhuǎn)子的磁場處在定子的磁場中，極齒的S極端受定子N極吸引與S極排斥的合力產(chǎn)生向左(逆時(shí)針)的作用力，而極齒的N極端有兩處，一個(gè)與定子N極相對排斥，另一個(gè)與定子S極相對吸引也產(chǎn)生有利向左的分力。
依據(jù)電動(dòng)機(jī)左手定則判斷如圖五5-5，已知定子激磁繞組電流方向是下出上入設(shè)轉(zhuǎn)子不動(dòng)，定子受力向右如F1，而實(shí)際是定子被固定，所以轉(zhuǎn)子受反作用力，運(yùn)動(dòng)方向如F23)電機(jī)整體磁場的磁勢如圖6，無論從電機(jī)的那一點(diǎn)出發(fā)，沿轉(zhuǎn)子，定子轉(zhuǎn)一周，電磁力方向一致。
例如上方轉(zhuǎn)子極齒S極區(qū)-，<吸引>-定子1N極-<排斥>-轉(zhuǎn)子極齒N極區(qū)-<吸引>-定子2S極-<排斥>下方轉(zhuǎn)子極齒S極區(qū)<吸引>-定子2N極-<排斥>-轉(zhuǎn)子極齒N極區(qū)-<吸引>-定子1S極-<排斥>上方轉(zhuǎn)子極齒S極區(qū)。
電機(jī)外殼上的接線端子盒，起到方便接通電源，改變串、并激方式及人為更換轉(zhuǎn)向作用。傳動(dòng)軸以電機(jī)底盤與電機(jī)上蓋中央的軸承為支點(diǎn)滑動(dòng)配合，保障飛碟形電機(jī)的運(yùn)行。
本發(fā)明與傳統(tǒng)電機(jī)結(jié)構(gòu)區(qū)別如下1)長徑比不同傳統(tǒng)電機(jī)L∶D=0．7-1．5∶1，飛碟形電機(jī)δ∶D=1∶4-6；2)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同傳統(tǒng)電機(jī)轉(zhuǎn)子為圓柱實(shí)體，飛碟形電機(jī)轉(zhuǎn)子為寬度不大的中空齒圈；3)定子結(jié)構(gòu)不同傳統(tǒng)電機(jī)定子為寬度較大磁極內(nèi)突齒圈狀或極掌狀，飛碟形電機(jī)為寬度不大的有弧度的帶狀或極掌狀；4)換向方式不同；傳統(tǒng)電機(jī)電樞繞組180度電流需換向，飛碟形電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組電流永不換向而磁場交變；5)作用力性質(zhì)不同傳統(tǒng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場只能做圓周運(yùn)動(dòng)，飛碟形電機(jī)交變磁場電機(jī)可以展開作直線運(yùn)動(dòng)；
6)結(jié)構(gòu)組合型式不同傳統(tǒng)電機(jī)組合型式單一，飛碟形電機(jī)可組成單環(huán)、雙環(huán)與直線三種型式。
7)制動(dòng)不同傳統(tǒng)電機(jī)小力臂驅(qū)動(dòng)大力臂不需同步制動(dòng)，飛碟形電機(jī)大力臂驅(qū)動(dòng)小力臂必需同步制動(dòng)。
為了克服飛碟形電機(jī)的偏大，可選用鋼度大，質(zhì)量輕的金屬或非金屬做飛輪與機(jī)殼，因?yàn)樗麄儾粎⒂鑼?dǎo)電和導(dǎo)磁，以降低自重。
為了克服飛碟形電機(jī)的交連問題，在每個(gè)極齒上套裝的線圈與相鄰的線圈電流方向相反，磁場可能交連，不參與做功，可用屏蔽的方法解決。
飛碟電機(jī)疊厚尺寸小，可能使氣隙面積不足，但是直徑擴(kuò)大一倍，周長擴(kuò)大3．14倍，可用表面積大來彌補(bǔ)。
電機(jī)中的電磁扭矩是由作用在載流導(dǎo)體上或轉(zhuǎn)子表面處的電磁力產(chǎn)生的，作為旋轉(zhuǎn)電機(jī)主要機(jī)理的能量轉(zhuǎn)換過程?？梢杂梅浅：唵蔚年P(guān)系來描述即E×Ia=Ta×ωm式中左邊表示電功率，右邊表示機(jī)械功率，Ta電磁扭矩是一個(gè)標(biāo)量用N．m(牛頓．米)，ωm為角速度。已知載流線圈在磁場中受到的電磁扭矩用下列式計(jì)算M=B×I×L×D式中M為電磁扭矩(牛頓．米)，B為磁通密度(特斯拉)，I為電流強(qiáng)度(A安培)，L線圈在磁場中的有效長度(m)，D為線圈兩邊的垂直距離(m)，即直徑=二倍的力臂。依據(jù)力學(xué)原理，M=B↓×I↓×L×D↑↑，本公式仍能成立，電機(jī)的角速度受磁場交變頻率影響，與電機(jī)直徑關(guān)系大不。在角速度相等的條件下，電機(jī)直徑越大線速度越高，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性量越大。
圖9、10為本發(fā)明的雙環(huán)轉(zhuǎn)子齒圈電機(jī)結(jié)構(gòu)，它是在轉(zhuǎn)子齒圈為單環(huán)結(jié)構(gòu)(圖12)的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)與內(nèi)環(huán)齒圈9一體成型的外環(huán)齒圈19，將定子16置于所述的內(nèi)環(huán)齒圈9與外環(huán)齒圈19之間，兩側(cè)均勻留有氣隙。從而形成具有內(nèi)、外環(huán)齒圈9、19的雙環(huán)轉(zhuǎn)子齒圈的電機(jī)結(jié)構(gòu)。
由于增加了一個(gè)外環(huán)齒圈19，定子的磁場利用率更高，漏磁場更小，電磁力更大。
權(quán)利要求
1．一種飛碟形電機(jī)，它包括定子、轉(zhuǎn)子和換向器三部分；其特征在于在傳動(dòng)軸中央與傳動(dòng)軸垂直水平面上，通過鍵槽與鍵緊配和固定一個(gè)不導(dǎo)電、不磁化的圓盤狀飛輪；在飛輪的外圓周面上，固定由矽鋼片沖壓成型，疊加成需要厚度的齒圈形轉(zhuǎn)子鐵芯；在每個(gè)極齒上各套裝一只繞向相同，匝數(shù)相等的線圈，當(dāng)作轉(zhuǎn)子繞組；將所有繞組負(fù)端并聯(lián)接到導(dǎo)電環(huán)上；通過碳刷與電機(jī)外殼的接線端子聯(lián)接；所有繞組正端依次排序?qū)?yīng)的分別接在換向器的換向片上；通過碳刷與電機(jī)外殼的接線端子聯(lián)接，構(gòu)成了轉(zhuǎn)子；定子是由矽鋼片沖壓成型，疊加成需要厚度的以傳動(dòng)軸中心為原點(diǎn)取同心弧，呈條狀或極掌狀鐵芯，定子疊厚大于轉(zhuǎn)子疊厚，鐵芯中間部位縱向繞有激磁繞組并用螺栓將定子固定在電機(jī)底盤上；與轉(zhuǎn)子保持均勻的氣隙；定子繞組的引出線，分別接在電機(jī)外殼的接線端子上，本裝置可以是上述的單環(huán)結(jié)構(gòu)，也可以是多環(huán)結(jié)構(gòu)。
2．如權(quán)利要求1所述的一種飛碟形電機(jī)，其特征在于所述飛輪的直徑可以等于或大于所驅(qū)動(dòng)的車輪直徑。
3．如權(quán)利要求1所述的一種飛碟形電機(jī)，其特征在于所述飛輪與機(jī)殼可選用非導(dǎo)磁、導(dǎo)電的質(zhì)量輕的金屬或非金屬材料。
4．如權(quán)利要求1所述的一種飛碟形電機(jī)，其特征在于在每個(gè)極齒上套裝的線圈與相鄰的線圈之間有屏蔽隔離層。
5．如權(quán)利要求1所述的一種飛碟形電機(jī)，其特征在于所述的多環(huán)結(jié)構(gòu)可以是雙環(huán)結(jié)構(gòu)，它是增加了一個(gè)與內(nèi)環(huán)齒圈一體成型的外環(huán)齒圈，且定子置于內(nèi)、外環(huán)齒圈之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及汽車專用牽引直流電機(jī)。它由定子、轉(zhuǎn)子和換向器組成。所述轉(zhuǎn)子繞組固定在不導(dǎo)電、不磁化的圓盤狀飛輪外圓周面上;所述定子以傳動(dòng)軸中心為原點(diǎn),取同心弧,呈條狀或極掌狀,由矽鋼片疊加構(gòu)成,并且與轉(zhuǎn)子保持均勻的氣隙。本發(fā)明的外形為既大又扁的飛碟形。本發(fā)明具有輸入功率小、工作狀態(tài)佳和提高使用壽命的優(yōu)點(diǎn),可以將電動(dòng)汽車行駛里程延長一倍以上。
文檔編號H02K23/54GK1282134SQ0012360
公開日2001年1月31日 申請日期2000年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月29日
發(fā)明者孫序有, 孫寧 申請人:孫寧