一种直流电动机及应用
【技术领域】
[0001]本发明设计一种直流电机，特别是大功率的直流电机。
【背景技术】
[0002]直流电机存在一些固有的缺点，如电刷和换向器易磨损，需经常维护；换向器换向时会产生火花，使电机的最高速度受到限制，也使应用环境受到限制；而且直流电机结构复杂，制造困难，所用钢铁材料消耗大，制造成本高等缺点，不过总体来说的直流电机的调速性，启动力矩等优势仍旧为大家喜欢，继续占领者机电市场的重要地位。
【发明内容】
[0003]本发明解决了直流电机换向困难和换向器换向时产生火花的问题。同时简化了直流电机的结构，使得直流电机更加方便的制造。
[0004]具体实施
如图1所示I至10是导线，导线I与10组成一个小线圈，导线2与9组成一个小线圈，导线3与8组成一个小线圈，导线4与7组成一个小线圈，导线5与6组成一个小线圈。磁极11，另外一磁极12。
[0005]相邻小线圈可以组成一大线圈，以减小换向器个数。
[0006]如图2所示导电片15，导电片16的作用是将电流引到线圈。灭弧片13，灭弧片14的作用是限制电弧的产生和熄灭电弧。电刷19，电刷20是将电流引到换向片。换向片和导电片里面是绝缘层21，可以放导线之类的如导线17，导线18。还可以方更多的导线。灭弧片使用非线性电阻材料或氧化锌或绝缘体或半导体也可以组合使用上述材料。具体原理是当电刷由导电片向灭弧片转移时，由于没有了电流存在或者电流很小。电刷就没有了火花或者火花很小。当电流过零时候电弧熄灭或者早已经熄灭。
[0007]如图3所示导电片34，导电片35的作用是将电流引到线圈。灭弧片36，灭弧片37的作用是限制电弧的产生和熄灭电弧。换向片和导电片里面是绝缘层31，可以放导线之类的如导线32，导线33。还可以方更多的导线。导电片34嵌入灭弧片，使得灭弧片更加容易的限制电弧的产生和熄灭电弧。具体原理是当电刷由导电片向灭弧片转移时，由于仍然有电流存在非线性电阻导通电流阻止电弧产生。由于电压下降灭弧片电阻增大阻止电流流过。由于灭弧片阻止了电流流过所以没有了电弧的产生。
[0008]另外可使用导电片与灭弧片的连接，灭弧片与绝缘片的连接。这样灭弧片可以不用太大的地方同时可以提高绝缘强度。
[0009]如图4线圈及引出线42从左边引出，线圈及引出线41从右边引出。左右都有引出线，这样可以增加碳刷数量。
[0010]如图5绞盘及直流电动机51，拉动飞机起飞。
[0011]效果评估利用上述方法生产出来的直流电动机功率大，启动性能好。相比传统的电机可靠性更高。无容易磨损的部件。应用范围广泛，造价便宜。特别是在能源的利用效率上比交流电机更有优势。节约的电能都可以轻易购买直流电机。可以应用在电动汽车上，也可以作为飞机起飞的助推器。
[0012]军事上应用
就利用本发明的技术与蒸汽弹射器的比较
蒸汽弹射器一启动，飞机引擎的动力加上蒸汽压力，使钢圈断开，飞机前冲，在45米距离内达到时速250千米/小时。飞机弹射起飞脱离滑梭后，活塞前端的注管就落入水池，在几米的距离内停顿，滑梭移回原位，推动另一架飞机起飞。母舰上每个蒸汽弹射器每分钟可推动两架飞机起飞。通常航空母舰最多装设4个蒸汽弹射器。据已公开资料显示，在役蒸汽弹射器总重量接近500吨，每次弹射最大输出能量可达到95兆焦耳，最短工作周期为45秒，平均每次耗用近700公斤蒸汽。也就是飞机加速度5.3584g(考虑飞机自身发动机不提供加速度)起飞时间1.269秒。
[0013]利用本直流电机做为动力和利用功率密度为lOOOw/kg，能量密度为90wh/kg的锂电池作为能源装置。
[0014]最大功率出现在飞机末端为40顿*飞机加速度5.3584g*250千米/小时=149兆瓦
本发明电机重量:交流电动机的重量功率比为lkg/kw启动电流是正常电流的8倍相同的绝缘直流电的电压是交流电压的3倍来估计电动机重量。最大功率149兆瓦*功率密度lkg/kw/电流倍数8/绝缘倍数3=6.2吨。
[0015]锂电池重量149兆瓦/lkg/kw=149吨
弹射输出能量=0.5*飞机重量40吨*起飞速度250千米/起飞小时*起飞速度250千米/小时=96兆焦。
[0016]电池从满电到电能耗尽的弹射次数=电池重量149吨*电池能量密度90wh/kg/每次射能量96兆焦=699次。
[0017]基于本发明的电机加上锂电池作为能源的飞机辅助起飞装置主要设备的重量为155 吨。
[0018]民航上应用
民航的飞机起飞靠的自身动力起飞，加速度小，起飞速度小。起飞油耗大。如果采用本发明的起飞装置可以变成加速度大，起飞速度大。起飞油耗小。利本发明的飞机起飞辅助装置加大起飞加速度，加大起飞速度，这样飞机获得更高能量。减少总发动机输出，就等于是减少了油耗。
[0019]民航上应用的经济价值
以波音747-400飞机为例，起飞一次耗油5吨左右，因为要开全加力模式.空客A320飞机属于中型干线飞机，比747-400小一号，起飞一次耗油4吨。747飞机一般在滑行阶段需要耗油907千克左右。深圳机场2014年起飞量为25.75万架次。假如每架飞机节约3吨油。则深圳机场每年可以减少大概25.75*3=77.25万吨。油价按4000元每吨则价值309000万元。
[0020]装置主要设备
假设波音747最大重量为380吨飞机起飞速度为130米每秒(468公里每小时)加速度为Ig则最大功率为2457000千瓦，电池重2457吨，电机重82吨。
【附图说明】
[0021]图1是直流电机的绕组和磁极的结构示意图。
[0022]图2是第一种换向器的结构示意图。
[0023]图3是第二种换向器的结构示意图。
[0024]图4是直流电机的绕组即引出线结构示意图。
[0025]图5是一种直流电动机在飞机起飞辅助装置应用的结构示意图。
【主权项】
1.一种直流电动机其特征在于:一个线圈使用一个换向器，至少使用两个换向器。2.一种直流电动机其特征在于:从线圈的右和右边都布置换向器。3.一种换向器其特征在于:换向片与灭弧片的连接。4.一种换向器其特征在于:换向片与灭弧片的连接，换向片嵌入灭弧片。5.一种换向器其特征在于:换向片与灭弧片的连接，灭弧片与绝缘片的连接。6.一种换向器的灭弧片其特征在于:材料使用非线性电阻材料或氧化锌或绝缘体或半导体。7.—种拉动装置其特征在于:使用直流电动机拉动飞机起，直流电动机一个线圈使用一个换向器，至少使用两个换向器。8.—种拉动装置其特征在于:使用直流电动机拉动飞机起，使用锂电池作为飞机起飞能源。
【专利摘要】本发明涉及一种直流电机，特别是大功率或超大功率的直流电机，同时包含该电机在飞机起飞上的应用。
【IPC分类】H02K23/00, H02K23/66
【公开号】CN104935142
【申请号】CN201510286849
【发明人】郭富强
【申请人】郭富强
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年5月31日