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CN103166413B - 内置式永磁直流电机 - Google Patents

内置式永磁直流电机 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种内置式永磁直流电机，包括具有绕组的定子、具有永磁体并容置在该定子中的转子、正极碳刷、负极碳刷、分别通过正极碳刷与负极碳刷连接至外部电源的正极与负极的正极连接部与负极连接部、固定至该转子的换向器及换向碳刷。该换向器包括间隔设置并且分别连接至该正极连接部及该负极连接部的正极换向片及负极换向片。各绕组通过对应的换向碳刷在转子转动时连接至对应的正极换向片或负极换向片，以在电机通电过程中维持转子相对定子连续转动。由于省去了传统高成本的驱动电路，从而使得本发明的直流电机成本较低。

Description

内置式永磁直流电机
技术领域
本发明涉及永磁电机，尤其涉及一种有刷的内置永磁式直流电机。
背景技术
内置永磁式直流电机具有单位体积的输出转矩大，输入电压小等优点，被广泛用于在汽车领域。内置永磁式直流电机通常包括具有永磁体的转子，缠绕有绕组并包围转子的定子以及用于控制绕组的电流以使转子转动的驱动电路。然而，由于驱动电路结构复杂并且成本较高，导致内置永磁式直流电机的成本也较高。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种低成本的内置式永磁直流电机。
一种内置式永磁直流电机，包括具有绕组的定子、具有永磁体并容置在该定子中的转子、第一电极碳刷、第二电极碳刷、分别通过该第一电极碳刷与第二电极碳刷连接至外部电源的两极的第一电极连接部与第二电极连接部、固定至该转子的换向器及换向碳刷。该换向器包括间隔设置并且分别连接至该第一电极连接部及该第二电极连接部的第一电极换向片及第二电极换向片。各绕组通过对应的换向碳刷在转子转动时连接至对应的第一电极换向片或第二电极换向片，以在电机通电过程中维持转子相对定子连续转动。
本发明的内置永磁式直流电机使用了结构简单并且成本低的换向器与碳刷结构，省去了传统结构复杂并且成本高的驱动电路，使得成本较低，产品 更具竞争力。
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
图1示出本发明较佳实施方式的内置式永磁直流电机的示意图。
图2为图1的内置式永磁直流电机的分解示意图。
图3为图1的内置式永磁直流电机的正极碳刷、负极碳刷、正极连接部、负极连接部、换向器以及换向电刷的示意图。
图4为图3的平面示意图。
图5为图1的内置式永磁直流电机的火花消除电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述，从而凸显本发明的技术方案及有益效果。
请结合图1至图4，本发明较佳实施方式的内置永磁式直流电机10包括定子100、转子200、支架250、正极碳刷302、负极碳刷304、正极连接部306、负极连接部308、换向器400以及换向电刷500。
请再结合图2、图3及图4，定子100包括定子铁芯102及缠绕在定子铁芯102上的绕组104，绕组104按照星形接法形成U、V、W三个相。转子200包括转轴202、固定至转轴202的转子铁芯204以及夹设在铁芯204形成的槽之间的永磁体206。转子200容置在定子100之间并且两者之间存在气隙。
支架250固定至定子100以与定子100保持同步，其包括一个环状的底板252及自底板252一侧向外突起的环状部254，环状部254上开设有三个第一电 刷槽256、一个第二电刷槽258及一个第三电刷槽260。各第一电刷槽256沿环状部254的径向延伸并互成夹角，并且其径向外侧密封，径向内侧开口。第二电刷槽258及第三电刷槽260沿轴向自环状部254向内凹陷至底板252，第二电刷槽258相对于第三电刷槽260靠近环状部254外侧。
换向器400固定至转子200的转轴202并且被支架250包围。换向器400包括一个套设在转轴202上的绝缘基底402、六个自绝缘基底402外表面间隔均匀地向外延伸的绝缘突起404、三个分别固定在两个绝缘突起404之间的正极换向片406以及三个分别固定在两个绝缘突起404之间的负极换向片408，各绝缘突起404夹设在一个正极换向片406与一个负极换向片408之间。
正极连接部306位于换向器400远离定子100一侧。正极连接部306大致呈圆环状，并且其径向内侧开设有三个定位孔307。三个正极换向片406电性连接至正极连接部306，并且位于相邻两个定位孔307之间。负极连接部308位于正极连接部306远离换向器400一侧，并且与正极连接部306绝缘。负极连接部308呈圆环状，并且其外径大于正极连接部306的外径。三个负极换向片408穿过定位孔307电性连接至负极连接部308并且与正极连接部306绝缘，其中，定位孔307起到定位固定作用。正极连接部306、正极换向片406与负极连接部308之间可通过在对应位置贴绝缘膜或者涂绝缘漆等方式来实现。在本实施方式中，正极换向片406与正极连接部306由金属材料一体成型，负极换向片408与负极连接部308也由金属材料一体成型。
三个换向电刷500分别容置在第一电刷槽256中。各换向电刷500电性连接至对应的U、V、W三相并且其刷头与换向器400滑动接触。正极碳刷302与负极碳刷304分别容置在第三电刷槽260与第二电刷槽258中，分别用于电性连接至外部直流电源的正极与负极。正极碳刷302与负极碳刷304的刷头分别跟正极连接部306与负极连接部308滑动接触。
在换向器400的周向方向上，三个换向碳刷500的宽度a、各绝缘突起404 的宽度b、各正极换向片406的宽度c、各负极换向片408的宽度(在本实施方式中与正极换向片406的宽带相等，同为c)、以及相邻两个换向碳刷500所夹角度d使得换向器400在随着转子200旋转的过程中，三个换向碳刷500连接至对应的正极换向片406或负极换向片408，以维持转子200相对定子100连续转动。具体地，转子200转动的过程中，各相与外部电源的连接方式如下(以下用“U”表示U相连接电源正极，以“-U”表示U相连接电源负极)：…U-V、UW-V、-VW、-U-VW、-UW、-UVW、-UV、-UV-W、V-W、UV-W、U-W、U-V-W、U-V…。
在本实施方式中，换向碳刷500的宽度a约为15°，正极换向片406及负极换向片408的宽度c均约为30°，绝缘突起404的宽度b约为24°，相邻两个换向碳刷500所夹角度d约为40°。然而可以理解，为维持转子200相对定子100连续转动，各角度并不限于以上列举的角度。比如，换向碳刷500的宽度a可为15°±3°，正极换向片406及负极换向片408的宽度c为30°±5°，绝缘突起404的宽度b为24°±3°，相邻两个换向碳刷500所夹角度d为40°±6°。又比如，各正极换向片406的宽度、负极换向片408的宽度以及相邻的正极换向片406与负极换向片408之间的间隔宽度大于该换向碳刷500的宽度，相邻两个换向碳刷500所夹角度大于相邻的正极换向片406与负极换向片408之间的间隔宽度。总之，只需能维持转子200相对定子100连续转动便可。
可以理解，在内置永磁式直流电机10还包括一个外壳(图未示)的情况下，支架250所具有的支撑换向碳刷500、正极碳刷302及负极碳刷304的结构也可集成至外壳上，此时支架250可省略。可以理解，正极换向片406与负极换向片408也可容置于直接开设在绝缘基底402上的凹槽内。
本发明的内置永磁式直流电机10使用了结构简单并且成本低的换向器与碳刷结构，省去了传统结构复杂并且成本高的驱动电路，使得成本较低，产品更具竞争力。
请参阅图5，优选地，各相还通过一个第一二极管D1连接至电源正极，并且第一二极管D1的阴极连接至电源正极。各相还通过一个第二二极管D2连接至电源负极，并且第二二极管D2的阳极连接至电源负极。在换向电刷500从正极换向片406或负极换向片408切换至绝缘突起404时，或者以上过程反过来时，由于换向电刷500上电流突变，会使得与换向电刷500对应相位的绕组上产生电压较大的凸波。此时第一二极管D1或第二二极管D2在该凸波的作用下会导通，以抑制该凸波的最大电压，减小此时加载在换向电刷500上的电压，从而降低换向电刷500与换向器400之间产生火花的可能性。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，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适当改变及等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种内置式永磁直流电机，包括具有绕组的定子及具有永磁体并容置在该定子中的转子，其特征在于，该内置式永磁直流电机还包括：
第一电极碳刷与第二电极碳刷；
第一电极连接部与第二电极连接部，分别通过该第一电极碳刷与第二电极碳刷连接至外部直流电源的两极；
固定至该转子的换向器，包括间隔设置并且分别连接至该第一电极连接部及该第二电极连接部的第一电极换向片及第二电极换向片；及
三个换向碳刷，各绕组通过对应的换向碳刷在转子转动时连接至对应的第一电极换向片或第二电极换向片，以在电机通电过程中维持转子相对定子连续转动；
在该换向器的周向方向上，各第一电极换向片的宽度、第二电极换向片的宽度以及相邻的第一电极换向片与第二电极换向片之间的间隔宽度大于上述换向碳刷的宽度，相邻两个换向碳刷所夹角度大于相邻的第一电极换向片与第二电极换向片之间的间隔宽度。
2.如权利要求1所述的内置式永磁直流电机，其特征在于，该第一电极连接部与第一电极换向片一体成型，该第二电极连接部与第二电极换向片一体成型。
3.如权利要求1所述的内置式永磁直流电机，其特征在于，该换向器还包括夹设在第一电极换向片与第二电极换向片之间的绝缘突起。
4.如权利要求1所述的内置式永磁直流电机，其特征在于，该第一电极连接部呈圆环状且位于该换向器远离定子一侧，该第二电极连接部呈圆环状且位于该第一电极连接部远离该换向器一侧，该第二电极连接部的外径大于该第一电极连接部的外径，该第一电极碳刷与该第二电极碳刷位于该第二电极连接部与定子之间。
5.如权利要求4所述的内置式永磁直流电机，其特征在于，该第一电极连接部径向内侧开设有定位孔，第二电极换向片穿过该定位孔连接至该第二电极连接部。
6.如权利要求1所述的内置式永磁直流电机，其特征在于，还包括与定子固定的支架，该支架具有包围该换向器的环状部，该环状部开设有容置换向碳刷的第一电刷槽、容置第二电极碳刷的第二电刷槽及容置第一电极碳刷的第三电刷槽。
7.如权利要求1所述的内置式永磁直流电机，其特征在于，该定子的绕组形成三个相，各相分别连接至对应的一个换向碳刷，该换向器具有三个间隔均匀的第一电极换向片及三个间隔均匀的第二电极换向片。
8.如权利要求7所述的内置式永磁直流电机，其特征在于，该换向器还包括夹设在第一电极换向片与第二电极换向片之间的绝缘突起。
9.如权利要求8所述的内置式永磁直流电机，其特征在于，各换向碳刷的宽度为12°至18°，各第一电极换向片及各第二电极换向片的宽度为25°至35°，各绝缘突起的宽度为21°至27°，相邻两个换向碳刷所夹角度为34°至46°。
10.如权利要求1所述的内置式永磁直流电机，其特征在于，绕组形成三个相，各相还通过一个第一二极管连接至外部电源正极，并且各第一二极管的阴极连接至外部电源正极；各相还通过一个第二二极管连接至外部电源负极，并且各第二二极管的阳极连接至外部电源负极。
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