不需要换向器的直流电机研究

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不需要换向器的直流电机研究

作者：罗清 越良

来源：《海峡科技与产业》2013年第08期

摘 要：本文是关于不需要换向器的直流电机新结构。该结构由2个被隔离的互斥的磁场，以及在该磁场中的螺线管线圈所组成。在该线圈中通入直流电流，螺线管将产生与磁场、电流方向垂直的方向运动，形成一种不需要换向器的直流电动机；反之，当螺线管按与磁场垂直方向运动时，螺线管中产生直流电压，连接线圈二端，即可产生直流电流输出。通过结构参数的调整电机的能力将得到极大的拓展。

关键词：电动机；发电机；直流；互斥磁场；无换向器 1 引言

1831年，英国科学家米切尔·法拉第发现了电磁感应原理；1834年，法国莫里茨·雅可比发明了直流电动机；1866年法国冯·西门子发明了自激式直流发电机；1870年，比利时工程师齐纳布·格拉姆发明直流发电机，能够产生大量电能的发电机才得以问世。

电的启动从蓄电池到发电机和电动机，都是从直流开始的。交流电的发展是借助于变压器解决了长距离输电后才盖过了直流电机的光芒。电镀、电冶炼、光电及交流发电机的励磁电源所需的直流电，虽然可以用电力整流元件，把交流电转换为直流电，但从某些工作性能方面来看，交流整流电源还不能完全取代直流发电机。

直流电机的一大缺陷是换向器，换向器由多个换向片组成，分别联接到电枢的各个转子绕组中，转子绕组在磁场中的不同位置切割磁力线，产生的是交变电流，经过换向器将交变电流换向为纯直流电，换向器与电刷接触再将电流输送到外回路产生直流功率。

为了克服上述缺陷，出现了一种单极直流电机。如图1所示，当2个环形励磁线圈通直流电时，电机气隙的整个圆周上将产生单一极性的磁场。当转轴带动圆筒形铜质电枢旋转时，枢轴的两端即产生感生电动势，其方向是固定不变的。此电动势由电刷从电枢两端引出提供电流，无换向问题，但仍然离不开电刷。 2 工作原理

图2、3为这种电机的结构原理图。

如图 2、3所示，该直流电机装置主要由互斥磁场的二组磁极和铁芯中环构成，铁芯中环上绕有线圈。中环 3 两侧相对布置的磁体1和磁体2与中环3所形成的气隙磁场方向与导电线圈4在磁场内的部分相互垂直，且磁体1和磁体2的磁场方向相反相斥。下面先以电动机为例介绍其工作原理，参见图2。