CN102857056B - 有刷直流电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有刷直流电机，包括定子和转子，定子包括若干相绕组，转子包括若干与绕组相对的永久磁铁，所述转子还包括一换向装置，换向装置包括若干相互绝缘的环形导电部、分别与导电部电连接的换向部，所述换向部沿转子周向间隔分布，所述定子还包括第一电刷组及第二电刷组，所述第一电刷组连接至直流电源的两极，并与换向装置的导电部或换向部滑动接触，所述第二电刷组包括若干第二电刷，分别与绕组相连并与换向装置的换向部或导电部滑动接触，第二电刷与电源之间设有用于消除绕组换向火花的火花消除电路。本发明的有刷直流电机，绕组设在定子上，磁铁设在转子上，磁铁转子结构牢固；采用火花消除电路，可消除绕组换向火花。

Description

有刷直流电机

技术领域

本发明涉及一种有刷电机，尤其涉及一种有刷直流电机。

背景技术

现有的有刷直流电机，转子通常包括换向器和与换向器电连接的绕组，定子通常包括与转子绕组相对的永久磁铁和与换向器滑动接触的电刷，绕组通过换向器和电刷连接至电源。

然而，此种有刷直流电机，绕组设在转子上，转子绕组高速旋转，机械特性不好；而且，绕组通常采用铜线，不适合使用强度较差的导线如铝线。

本发明旨在提供一种新型的绕组静止，磁铁旋转的有刷直流电机。

发明内容

本发明提供一种有刷直流电机，包括定子和转子，所述定子包括若干相绕组，所述转子包括若干与绕组相对的磁极，所述转子还包括一换向装置，所述换向装置包括若干相互绝缘的环形导电部、分别与导电部电连接的换向部，所述换向部沿转子周向间隔分布，所述定子还包括第一电刷组及第二电刷组，所述第一电刷组包括两个第一电刷用于分别连接至直流电源的两极，所述第一电刷与换向装置的导电部或换向部滑动接触，所述第二电刷组包括若干第二电刷，分别与绕组相连并与换向装置的换向部或导电部滑动接触，第二电刷与电源之间设有用于消除绕组换向火花的火花消除电路。

可选地，所述火花消除电路包括若干分支，分支数等于定子绕组相数，每一分支的两端分别连接至电源的两极，每一分支包括至少两个串接的二极管，每一第二电刷电连接至一相应分支的所述两串接的二极管之间的联结点。

可选地，所述换向装置包括圆柱形的绝缘本体、环形的第一导电部和与第一导电部电连接的若干第一换向部、及环形的第二导电部和与第二导电部电连接的若干第二换向部，第一导电部和第一换向部与第二导电部和第二换向部绝缘，第一换向部与第二换向部沿转子周向交替设置于绝缘本体的外表面，所述第一电刷与换向装置的导电部滑动接触，第二电刷与换向装置的换向部滑动接触。

可选地，所述第一和第二换向部的总个数等于定子磁极数。

可选地，所述换向部的宽度等于绕组导电角对应弧长减去电刷宽度和防止正负电短路所需的间隙，相邻换向部之间的间距大于电刷宽度。

可选地，所述第一换向部与第二换向部沿转子轴向部分重叠，第一导电部和第二导电部分别位于换向部的轴向两侧。

可选地，所述第一换向部与第二换向部沿转子轴向部分重叠，第一导电部和第二导电部位于换向部的轴向同侧。

可选地，所述换向装置为盘形端面形式，包括环形的第一导电部、若干第一换向部、环形的第二导电部和若干第二换向部，第一导电部和第二导电部分别形成大小圆盘，小圆盘位于大圆盘内，第一换向部和第二换向部分别从第一导电部和第二导电部的相对边缘沿径向相对延伸，第一换向部与第二换向部沿径向部分重叠、沿圆周方向交错排列。

可选地，所述换向装置包括圆柱形的绝缘本体、若干呈环形的导电部、及若干分别与导电部电连接的换向部，所述换向部沿转子周向交替设置于绝缘本体的外表面，所述第一电刷与换向装置的换向部滑动接触，第二电刷与换向装置的导电部滑动接触。

可选地，相邻换向部之间设有电阻块，其阻值为定子绕组电阻值的3倍以上。

本发明所举实施例具有以下有益效果：绕组设在定子上，磁铁设在转子上，磁铁转子结构牢固；而且，设在定子上的绕组可以采用低强度导线如铝线，从而降低成本；采用火花消除电路，可消除绕组换向火花。

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

附图中：

图1是本发明一实施例的有刷直流电机的立体示意图；

图2是图1的有刷直流电机的横截面示意图；

图3所示为本发明一实施例的有刷直流电机的换向装置的立体示意图；

图4所示为本发明一实施例的有刷直流电机的绕组与电刷之间的电路连接图；

图5所示为本发明另一实施例的有刷直流电机的换向装置的立体示意图；

图6所示为本发明再一实施例的有刷直流电机的横截面示意图；

图7所示为本发明又一实施例的有刷直流电机的换向装置的立体示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。

请参阅图1至图3，本发明一实施例的有刷直流电机，包括定子和转子。

所述定子包括环形铁心12、缠绕于铁心12的向内延伸的齿14上的绕组16。优选地，所述绕组16由铝线绕成，当然，也可以采用铜线等其他导线。

所述转子包括转轴52、相对转轴52固定的若干磁极54，所述转子可旋转地收容于定子内，所述磁极54与绕组16相对。在本实施例中，所述磁极54由永久磁铁形成。

所述转子还包括一固定至转轴52的换向装置60。所述换向装置60包括圆柱形的绝缘本体、环形的第一导电部62、环形的第二导电部72、及分别从第一导电部62和第二导电部72沿转子轴向相向延伸的若干第一换向部64和第二换向部74，第一换向部64与第二换向部74沿轴向部分重叠、沿圆周方向交替设置于绝缘本体的外圆柱面，第一换向部64与第二换向部74之间相互绝缘。所述换向部64、74的宽度等于绕组导通角所对应的弧长(即换向部64、74共同围成的圆周中对应绕组导通角的部分的弧长)减去一个电刷的宽度和防止正负电短路所需的间隙。所述换向部64、74的总个数等于转子磁极数。优选地，相邻第一换向部64与第二换向部74之间设置有电阻块80，所述电阻块80与换向部之间留有绝缘间隙，所述电阻块80的电阻值为定子绕组电阻三倍以上。

所述定子还包括第一电刷组21～22及第二电刷组31～33，所述第一电刷组包括两个电刷21～22，分别与直流电源的正负极连接，所述电刷21～22的滑动接触端分别与换向装置60的导电部62、72滑动接触，用于连接换向装置60至电源；第二电刷组31～33包括若干个第二电刷31～33，分别与一相绕组16相连，用于向绕组16供电，第二电刷31～33的个数等于绕组16相数，相邻换向部64、74之间的间距大于第二电刷31～33的宽度，以防止电刷同时连接两相邻换向部造成绕组短路。本实施例中定子相数为三相，第二电刷31～33的个数等于3，第二电刷31～33相互之间的间隔电角度等于360度除以电刷个数，本实施例中为120度。

通电后，电流通过电刷和换向装置流向绕组12从而产生旋转磁场，转子磁极52在旋转磁场的作用下旋转，转子旋转后，第二电刷组31～33中的每个电刷与第一和第二换向部64、74交替滑动接触，从而向绕组12提供旋转磁场所需的不同相位的交变电流。

图4所示为本发明一实施例的有刷直流电机的绕组与电刷之间的电路连接示意图。

请一并参阅图4，下面以3相绕组A相、B相、C相为例进行说明。A相、B相、C相绕组可以采用星形接法，即每相绕组的一端分别连接至一第二电刷31～33，绕组的另一端连接在一起；当然也可以采用三角形接法，即每相绕组连接于两第二电刷31～33之间。

所述电机还设有一火花消除电路，所述电路连接于第二电刷31～33与电源之间，具体地，所述火花消除电路包括3分支，每一分支包括至少两个相互串接的二极管，每一第二电刷31～33的末端与其中一分支的相邻两串接的二极管之间的联结点电连接，这样，绕组电流换向时产生的感应电势可通过相应的二极管流回电源，并可消除换向火花。

可以理解地，本发明的有刷直流电机绕组相数并不限于3相，还可以是单相、2相、4相、5相等N相，极数亦可以2、4、6、8、10等2P极，N、P均为大于等于1的整数，定转子配合亦可为内转子、外转子、盘式轴向磁通转子及多个转子。

图5所示为另一形式的圆柱形换向装置，其与前述实施例的圆柱形换向器的不同之处在于，本实施例中的圆柱形换向器，沿转子轴线方向，两导电部162、172位于换向部164、174的同一侧，相互绝缘，此种设置可缩短换向器的轴向尺寸。

图6所示为另一形式的盘形端面换向器，导电部262、272形成大小圆盘，小圆盘272套在大圆盘262内，第一和第二换向部264、274分别从两导电部262、272的相对边缘沿径向相对延伸，第一换向部264与第二换向部274沿径向部分重叠、沿圆周方向相互交错排列，第一电刷21～22沿轴向分别与导电部262、272滑动接触，第二电刷组31～33沿轴向与换向部264、274滑动接触。

图7所示为另一形式的圆柱形换向器与电刷之间的位置关系示意图。

请参阅图7，本实施例中，所述换向器包括圆柱形绝缘本体350、3个环形导电部362、372、382、及3个设置于绝缘本体350外表面的换向部364、374、384，每一换向部364、374、384分别电连接至一相应的导电部362、372、382，第二电刷31～33的滑动接触端分别与导电部362、372、382滑动接触，另一端分别连接至定子绕组，第一电刷21～22(分别与直流电源的正负极连接)与换向部364、374、384滑动接触，换向部364、374、384的个数等于定子绕组相数。火花消除电路可分别设置于第二电刷31～33与电源之间。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种有刷直流电机，包括定子和转子，所述定子包括若干相绕组，所述转子包括若干与绕组相对的磁极，其特征在于，所述转子还包括一换向装置，所述换向装置包括若干相互绝缘的环形导电部、分别与导电部电连接的换向部，所述换向部沿转子周向间隔分布，所述定子还包括第一电刷组及第二电刷组，所述第一电刷组包括两个第一电刷分别连接至直流电源的两极，所述第一电刷与换向装置的导电部或换向部滑动接触，所述第二电刷组包括若干第二电刷，所述第二电刷分别与绕组相连并与换向装置的换向部或导电部滑动接触，第二电刷与绕组之间的联结点与电源之间设有用于消除绕组换向火花的火花消除电路，所述火花消除电路包括若干分支，分支数等于定子绕组相数，每一分支包括至少两个串接的二极管，每一分支中串接后的二极管的阴极对应的一端连接至电源的阳极，串接后的二极管的阳极对应的另一端连接至电源的阴极，每一第二电刷电连接至一相应分支的所述两串接的二极管之间的联结点。

2.根据权利要求1所述的有刷直流电机，其特征在于，所述换向装置包括圆柱形的绝缘本体、环形的第一导电部和与第一导电部电连接的若干第一换向部、及环形的第二导电部和与第二导电部电连接的若干第二换向部，第一导电部和第一换向部与第二导电部和第二换向部绝缘，第一换向部与第二换向部沿转子周向交替设置于绝缘本体的外表面，所述第一电刷与换向装置的导电部滑动接触，第二电刷与换向装置的换向部滑动接触。

3.根据权利要求2所述的有刷直流电机，其特征在于，所述第一和第二换向部的总个数等于定子磁极数。

4.根据权利要求2所述的有刷直流电机，其特征在于，所述换向部的宽度等于绕组导电角对应弧长减去电刷宽度和防止正负电短路所需的间隙，相邻换向部之间的间距大于电刷宽度。

5.根据权利要求2所述的有刷直流电机，其特征在于，所述第一换向部与第二换向部沿转子轴向部分重叠，第一导电部和第二导电部分别位于换向部的轴向两侧。

6.根据权利要求2所述的有刷直流电机，其特征在于，所述第一换向部与第二换向部沿转子轴向部分重叠，第一导电部和第二导电部位于换向部的轴向同侧。

7.根据权利要求1所述的有刷直流电机，其特征在于，所述换向装置为盘形端面形式，包括环形的第一导电部、若干第一换向部、环形的第二导电部和若干第二换向部，第一导电部和第二导电部分别形成大小圆盘，小圆盘位于大圆盘内，第一换向部和第二换向部分别从第一导电部和第二导电部的相对边缘沿径向相对延伸，第一换向部与第二换向部沿径向部分重叠、沿圆周方向交错排列。

8.根据权利要求1所述的有刷直流电机，其特征在于，所述换向装置包括圆柱形的绝缘本体、若干呈环形的导电部、及若干分别与导电部电连接的换向部，所述换向部沿转子周向交替设置于绝缘本体的外表面，所述第一电刷与换向装置的换向部滑动接触，第二电刷与换向装置的导电部滑动接触。

9.根据权利要求1所述的有刷直流电机，其特征在于，相邻换向部之间设有电阻块，其阻值为定子绕组电阻值的3倍以上。