高节能、大转矩直流电动机 本发明属一种节能效果明显，大转矩，适用性极广的直流电动机的运转原理发明。凡利用本原理设计制造的所有直流电动机，均适用于工业、农业、交通运输事业、家电及矿山、冶金行业的牵引、调速电机。特别适宜制造各类车、船用直流电动机、电动自行车、电动摩托车、电动汽车等。
本发明高节能，大转矩直流电动机，整体结构布局上与普通直流电动机无太大差异，主要差别为主极(以后称定子)和转枢(以后称转子)的极数比和极数的选择。
本发明直流电机，定子与转子极数的比例，可以是1∶3，也可以是1∶4或1∶5。
定子磁极数为2、6或10……即定子磁极数为2或2以上均相隔一个偶数的偶数。如2，2以上隔4选6，或再隔8选10等等。
定子磁极磁场方向的排列原则是：通过轴心的二个磁极向心为异性磁场。或顺秩序相邻向心互为异性磁场排列的原则。
定子磁极的极面宽度或弧弦长(每块磁极占有的中心角)应等于或略小于360°除极数。即定子二极，每极的极面宽度所占有的中心角应为180°或180°至150°之间，接近半个圆。
定子6极，每极的弧弦长(占有的中心角)应为60°或60°至55°之间。
转子磁极的选择原则是：定子磁极数比转子磁极数等于1∶3或1∶4……即定子二极，转子可选6极，(见说明书附图5)定子二极转子也可选8极(见说明书附图4)定子6极，转子可选18极(见说明书附图3)定子6极转子也可选24极(见说明书附图2)
用於给转子供电，使其生产不断变化的电磁场，促使转子与定子产生旋转作用的换向器5、6，其换向器铜片5的数量地设计的原则是；转子磁极数是几，换向铜片5的数量也是几，并且其排列顺序和序号与转子磁极的排列顺序和序号相同。
用於本发明直流电机的换向电刷7的数量的选用原则：
1、无论定转子磁极数为多少均可选择合适的位置通过轴心“对称的安装，+、-(正、负)电刷各一个(称一组)。
2、定子极数是6或6以上的电刷的数量可选2组或2组以上，但最多不得大于定子极数除以2的数，且每组的二个+、-电刷必须通过轴心对称位置安装。另一组或二组……与第一组的电刷的安装角度与定子磁极的对应角度相同。
用於与换向器所接触的电刷的弧弦长(以下称电刷宽)的设计原则：
每块电刷同时应接触的换向器片(连同换向器片间的云母片)的数量等于转子磁极数除以定子磁极数减1(超大转矩要求时)。或转子磁极数除以定子磁极数减2或1.5(高效节能时，定子磁极采用永磁体时)
本发明直流电机，整体布局结构见说明书附图1。工作原理和运转图见说明书附图2.3.4.5。
定子磁极8，固定在电机壳体10的园周内侧。换向电刷7通过弹簧的适当的压力与换向器5、6相接触做成固定不转，固定在与定子同心的壳体10的合适位置。
说明书附图2：转子体2与换向器6固定在同一圆心上，且同步旋转。换向器换向铜片5的数量与转子磁极数相同都是24。换向电刷7可设计成一组(+、-电刷各一个)，通过轴心对称的安装，也可设计成二组或三组(+、-电刷，各二个或三个)，当设计成三组时，只需将转子磁极线圈4的端与相应的换向器片相接和转子磁极线圈相并连，或串联。其余连线无需连接。6个电刷的排列方式与定子磁极排列方式相同，均向心相邻互为异性电源的电刷，并每组+、-电刷通过轴心，对称安装。三组电刷十电刷与十电刷并联，一电刷与一刷并联，然后并入或串入转子换向器电路。
24个转子磁极线圈4采用统一线径，统一绕向，统一匝数的方式制成。
当采用一组换向电刷时：24个转子磁极线圈4和24片换向器片5的连线原则是：
每对称通过轴心的二个磁极的线圈，一个磁极线圈的⊙端与另一个磁极线圈的端相连，形成并联电路。二磁极线圈的⊙端相连形成串联电路。然后，与之相隔7极的另二个磁极线圈的端相连，形成正三角形。24个磁极线圈端相连后，形成8个正三角形。
然后，按顺序，将24个磁极线圈的端，依秩接入24片换向器铜片5。
定子磁极，当采用永磁体时，无须设置磁极线圈9，当采用电激磁时，则必须设置磁极线圈9。
同一台电机中，定子磁极线圈也采用同一线径，同一绕向，同一匝数的线圈结构。
根据所需电机功率的不同，设计转子体的体积，同一电动机中，定子磁极8的长度应和转子磁极3的长度(叠厚)相同。
转子极靴间的进线槽，应以正常进线为准。电机功率确定之后，关键是确定定子结构。
当需制作数百瓦以下的微型电机时，定子磁极材料可选用普通铁氧永磁体材料。
数百瓦至数拾千瓦的小功率电机时，定子磁极材料可选用浊铁硼类稀土永磁材料制作。
大于数拾千瓦的电机，其定子磁极必须选用电激磁的结构。
当制作的直流电机以高效、节能的目的时，每块定子磁极的弧弦长所占有的中心角应≤60°(本附图2画成45°为显示图面清析)
并同时配合换向电刷所包含的换向器铜片数调整；超大转矩时，应同时盖括3片换向器铜片。高效节能时，可以只盖括二片或一片换向器片。(当盖括一片换向器片时，每块定子磁极的弧弦长应≤45°中心角，并且定子磁极选用永磁体)。
当电刷盖括三片换向器铜片时，则形成24个转子磁极被定子磁极同时强吸、强斥工作。其中，6个转子磁极，瞬间换向。
当电刷盖括一片换向器铜片时，则形成12个转子磁极，同时被定子磁极强斥工作，其中6个磁极瞬时换向。六个磁极自由吸合，根据铁磁原理，充分利用了永磁体的磁能积形成无电耗做功，这时的节电效果最好。
从说明书附图2可以看出：
定子1.3.5向心为S极，2.4.6向心为N极。
电刷同时接触二片换向器铜片，被电刷所接触的换向器片所连接的转子磁极线圈，形成通路产生电磁场。十刷产生S极磁场，一刷产生N极磁场：附图2中Z2、Z3及所连接的Z10、Z11、Z18、Z19接触十刷，产生S极，Z14、Z15及所连接的Z22、Z23、Z6、Z7接触一刷，产生N极。
附图2中。磁极线圈形成通路的为Z2、Z14，Z3、Z15，Z10、Z22，Z11、Z23，Z18、Z6，Z19、Z7分别形成通路。
附图2中，定转子磁极的相互作用力为：D1S极；强斥Z2、Z3S极。D2N极；强斥Z6、Z7N极。D3S极；强斥Z10、Z11S极。D4N极强斥、Z14、Z15N极。D5S极；强斥Z18、Z19S极。D6N极；强斥Z22、Z23N极。Z4、Z8、Z12、Z16、Z20、Z24分别被D1、D2、D3、D4、D5、D6顺旋转方向自由牵拉吸合，Z1、Z5、Z9、Z13、Z17、Z21暂时处与换向位置。
待上述磁极换向结束，又将增加上述换向磁极被D1到D6 6个定子磁极相对应强斥的作用力，并且Z3、Z7、Z11、Z15、Z19、Z23，分别转化为被D2、D3、D4、D5、D6、D1顺向强吸的作用力。所有定转子磁极均同时参与顺旋转方向的相互吸斥工作，故转矩力特大。
若，定子磁极的弧弦长(占有的中心角)再增加一点，由45°增加至60°同时电刷盖括的换向器片再增加一片。
即十刷同时接触，序号为2.3.4的换向器片，一刷同时接触，序号为14，15，16换向器片，且换向极换向结束。
则定转子磁极的磁场作用力为：
D1S极强斥Z1、Z2、Z3强吸Z24、Z23
D2N极强斥Z5、Z6、Z7强吸Z4、Z3
D3S极强斥Z9、Z10、Z11强吸Z8、Z7
D4N极强斥Z13、Z14、Z15N极强吸Z12 Z11S极
D5S极强斥Z17、Z18、Z19强吸Z16、Z15
D6N极强斥Z21、Z22、Z23强吸Z20、Z19
所有磁极均参与顺向强斥，强吸工作，部分转子磁极，被二个定子磁极双向工作，故转矩力超大。
本专利直流电机，当定子采用电激磁磁极时，定子上的激磁线圈，直接外接直流电源的+、-极，如附图2所示。也可以一端外接直流电源的+、-极，另一端接入电刷电路，属串激电路。
说明书附图3为定子6极，转子18极，定转子极数比为1∶3的运转原理图，其中Z1、Z4、Z7、Z10、Z13、Z17处与换向的瞬间位置，其余转子各极均工作于被定子磁极强斥，强吸的位置上，转矩力超大。
说明书附图4为定转子极数比1∶4，定子2极，转子8极的工作原理图，定子磁极的极面宽(占有中心角)约略小于180°，Z1、Z5处与瞬时换向的位置，其余转子各极均处于被定子磁极强吸，强斥的工作位置上，转矩力超大。
说明书附图5，为定转子磁极极数比1∶3，定子2极转子6极，转子Z1、Z4处与瞬间换向位置，Z2被D1强斥，Z5被D2强斥，Z3、Z6顺向自由吸合，属高效节能工作态状。
根据本发明原理，还可设计出定子10极，转子30极和40极，定转子极数比为1∶3和1∶4的大转矩的直流电机也可设计出，定子6极转子30极，定转子极数比为1∶5等等的其他高节能大转矩直流电动机。