CN119362808B - 一种电机用机械换相器以及电机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电机用机械换相器以及电机，包括：换相电极以及非滑动机械换相装置，换相电极从电机线圈引出至换相器外侧并连接非滑动机械换相装置，换相电极一一对应连接至非滑动机械换相装置内部的换相环，电机转子轴连接非滑动机械换相装置，电机转子轴转动带动非滑动机械换相装置同步以非滑动方式切换换相电极至供电电源，实现换相功能，本申请的结构，配合的电机转子简单、转动惯量轻，且具有直流电机的高性能，是一种无碳刷滑环装置，可以提高可靠性，并且解决有刷电机的磨损和无刷电机控制器的复杂度问题，结合了有刷电机易控制和无刷电机无磨损的优势，是一种近零磨损的换相器。

Description

一种电机用机械换相器以及电机

技术领域

本申请涉及电机用机械换相器以及直流电机领域，具体为一种电机用机械换相器以及直流电机。

背景技术

电机中的机械换相器主要用于直流电机和某些类型的交流电机中，特别是在需要改变电流方向的场合。机械换相器是一种物理装置，它通过与电机转子上的电刷接触来实现电路的切换，从而确保电机可以持续地产生旋转力矩。

在直流电机中，当转子旋转时，电刷会接触到换相器的不同部分，这些部分通常被称为换相片。每个换相片连接到转子绕组的一个或多个线圈。随着电机的旋转，换相器的作用是适时地切换电机线圈的相位，改变流经部分线圈的电流方向，确保线圈相位符合磁场需求，这样就能保持转子产生的磁场方向相对于定子的磁场方向恒定，进而产生持续的旋转力矩。

换相器的主要类型有：

碳刷换相器：碳刷换相器是最常见的类型，使用碳刷作为接触材料，与换相片接触以传递电流，碳刷换相器设计简单有效，但碳刷会随时间磨损，需要定期更换。

金属刷换相器：使用金属制成的电刷代替碳刷，虽然减少了磨损，但由于金属电刷与换相片之间的摩擦更大，可能会导致更多的火花和电磁干扰。

直流电机广泛应用于各种需要精确控制速度和位置的应用中，如电梯、起重机、电动工具等。在一些特殊应用中，如家用电器和工业设备中，也会使用带有机械换相器的交流电机。

传统有刷直流电机需要通过铜环以及电刷进行换相，保证转子的运行。传统无刷电机，需要将转子的线圈转移到定子，然后配合电子换相器才能运行，现有的有刷电机均为滑动接触，该方式易磨损、有电火花等缺陷。而无刷电机存在控制器复杂、成本高等问题。

因此目前市场对低磨损、低成本的机械换相器以及电机需求日益剧烈。

发明内容

本申请提供一种电机用机械换相器以及直流电机，有着低磨损以及低成本的优势，能够解决上述背景技术中的问题。

本申请解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电机用机械换相器，包括换相电极以及非滑动机械换相装置，换相电极从电机线圈引出至换相器外侧并连接非滑动机械换相装置，换相电极一一对应连接至非滑动机械换相装置内部的换相环，电机转子轴连接非滑动机械换相装置，电机转子轴转动带动非滑动机械换相装置同步以非滑动方式切换换相电极至供电电源，实现换相功能。

本电机用机械换相器在电机转子轴转动时，电机转子轴带动非滑动机械换相装置通过非滑动的方式切换换相电极，解决了传统的换相器以滑动的方式而导致的高磨损问题，配合的电机转子简单、转动惯量轻，且具有直流电机的高性能，是一种无碳刷滑环装置，可以提高可靠性，并且解决有刷电机的磨损和无刷电机控制器的复杂度问题，结合了有刷电机易控制和无刷电机无磨损的优势，是一种近零磨损的换相器。

作为优选，机械换相装置包括换相环、导电滚子、电源环，换相环连接直流电机的定子的线圈并与导电滚子接触，导电滚子与电源环接触，电源环连接电源，电源环通电后电机转子轴旋转带动导电滚子沿电源环内侧或外侧滚动转动实现换相。

作为优选，电机转子轴两侧固定连接有第一连接件和第二连接件，第一连接件固定连接第一轴承，第二连接件固定连接第二轴承，第一轴承上套设与电机转子轴平行的第一导电滚子，第二轴承上套设与电机转子轴平行的第二导电滚子，第一导电滚子外侧套设有与电机转子轴平行的第一电源环，第二导电滚子外侧套设有电机转子轴平行的第二电源环，换相环位于第一电源环和第二电源环之间，三者水平之间存在一定空间，换相环内侧分别与两个导电滚子外侧接触，两个电源环分别连接电源正负极，电机转子轴转动带动两个导电滚子分别同时沿两个电源环内侧滚动转动实现换相。

作为优选，电机转子轴两侧固定连接有对称设置的第一连接件和第二连接件，第一连接件固定连接第一轴承，第二连接件固定连接第二轴承，第一轴承上套设与电机转子轴平行的第一导电滚子，第二轴承上套设与电机转子轴平行的第二导电滚子，第一连接件和第二连接件上邻接第一导电滚子和第二导电滚子位置分别套设有绝缘体，第一导电滚子内侧套设有与电机转子轴平行的第一电源环，第二导电滚子内侧套设有电机转子轴平行的第二电源环，两个绝缘体分别接触第一电源环和第二电源环，换相环位于第一电源环和第二电源环之间，换相环外侧分别与两个导电滚子接触，第一电源环、第二电源环以及换相环水平之间存在一定空间，两个电源环分别连接电源正负极，电机转子轴转动带动两个导电滚子分别同时沿两个电源环外侧滚动转动实现换相。

作为优选，第一连接件和第二连接件形状尺寸相同，两者均为L型，并且均通过L型的其中一个个端点与电机转子轴连接，两者连接电机转子轴的端点相同，方向相异。

作为优选，第一连接件和第二连接件之间的夹角为180°。

作为优选，第一连接件和第二连接件形状尺寸相同，两者均为L型，两者对称连接电机转子轴。

一种电机，包括上述任一所述的电机用机械换相器。

一种车辆，采用上述任一所述的电机用机械换相器或电机。

本申请的实质性效果是：本电机用机械换相器在电机转子轴转动时，电机转子轴带动非滑动机械换相装置通过非滑动的方式切换换相电极，解决了传统的换相器以滑动的方式而导致的高磨损问题，配合的电机转子简单、转动惯量轻，且具有直流电机的高性能，是一种无碳刷滑环装置，可以提高可靠性，并且解决有刷电机的磨损和无刷电机控制器的复杂度问题，结合了有刷电机易控制和无刷电机无磨损的优势，是一种近零磨损的换相器。

附图说明

图1是本申请实施例一的剖视结构示意图；

图2是本申请实施例二的立体结构示意图；

图3是本申请实施例三的剖视结构示意图；

图4是本申请实施例的换向环剖视结构示意图；

图5是本申请实施例四的导电滚子结构示意图；

图6是本申请实施例五的导电滚子结构示意图。

图中：1、换相环；2、第一连接件；3、第二连接件；4、第一轴承；5、第二轴承；6、电机转子轴；7、定子；8、第一导电滚子；9、第二导电滚子；10、第一电源环；11、第二电源环。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本申请的技术方案作进一步的具体说明。

实施例一

如图1和4所示，一种电机用机械换相器，包括换相电极以及非滑动机械换相装置，换相电极从电机线圈引出至换相器外侧并连接非滑动机械换相装置，换相电极一一对应连接至非滑动机械换相装置内部的换相环，电机转子轴6连接非滑动机械换相装置，电机转子轴6转动带动非滑动机械换相装置同步以非滑动方式切换换相电极至供电电源，实现换相功能，其中，电机转子轴6上方为电机转子，该结构将有刷直流电机的转子和定子互换，转子无需绕线，线圈嵌在定子上。电机转子轴6两侧固定连接有第一连接件2和第二连接件3，第一连接件2和第二连接件3，其中，第一连接件2和第二连接件3形状尺寸相同，两者均为L型，并且均通过L型的其中一个个端点与电机转子轴6连接，两者连接电机转子轴6的端点相同，方向相异，第一连接件2和第二连接件3之间的夹角为180°，因此第一连接件2和第二连接件3均与电机转子轴6垂直设置，第一连接件2固定连接第一轴承4，第二连接件3固定连接第二轴承5，第一轴承4上套设与电机转子轴6平行的第一导电滚子8，第二轴承5上套设与电机转子轴6平行的第二导电滚子9，第一导电滚子8外侧套设有与电机转子轴6平行的第一电源环10，第二导电滚子9外侧套设有电机转子轴6平行的第二电源环11，换相环1位于第一电源环10和第二电源环11之间，由于电源环和换相环之间需要留空绝缘，因此三者水平之间存在一定空间，换相环1内侧分别与两个导电滚子外侧接触，两个电源环分别连接电源正负极，电机转子轴6转动带动两个导电滚子分别自转同时沿两个电源环内侧滚动转动实现换相，需要说明的是，第一连接件2、第二连接件3、第一轴承4、第二轴承5、第一导电滚子8、和第二导电滚子9是若干个，且必须为偶数一一对应上述结构的对应关系。本电机用机械换相器摒弃了传统的滑动接触换相，采用滚动接触降低摩擦力，并且结构简单，整体成本低。

实施例二

如图2所示，一种电机用机械换相器，本实施例中，第一导电滚子8和第二导电滚子9之间的两个夹角度数不同，相应的连接电机转子轴6的两个连接件之间的两个夹角度数不同，第一导电滚子8和第二导电滚子9沿电机转子轴6长度方向为一高一低设置，第一导电滚子8外侧套设有与电机转子轴6平行的第一电源环10，第二导电滚子9外侧套设有电机转子轴6平行的第二电源环11，换相环1位于第一电源环10和第二电源环11之间，由于电源环和换相环之间需要留空绝缘，因此三者水平之间存在一定空间，换相环1内侧分别与两个导电滚子外侧接触，两个电源环分别连接电源正负极，电机转子轴6转动带动两个导电滚子分别自转同时沿两个电源环内侧滚动转动实现换相，本电机用机械换相器摒弃了传统的滑动接触换相，采用滚动接触降低摩擦力，并且结构简单，整体成本低。

实施例三

如图3所示，一种电机用机械换相器，包括换相电极以及非滑动机械换相装置，换相电极引出至换相器外侧，电机转子轴6连接换向器的非滑动机械换相装置，电机转子轴6转动带动非滑动机械换相装置同步以非滑动方式切换换相电极至供电电源，实现换相功能，机械换相装置包括换相环1、导电滚子、电源环，换相环1连接直流电机的定子7的线圈并与导电滚子接触，导电滚子与电源环接触，电源环连接电源，电源环通电后电机转子轴6旋转带动导电滚子沿电源环内侧或外侧滚动转动实现换相，本实施例的非滑动机械换相装置采用导电滚子沿电源环外侧滚动转动实现换相，具体的，电机转子轴6两侧固定连接有对称设置的第一连接件2和第二连接件3，连接件2和第二连接件3形状尺寸相同，两者均为L型，两者对称连接电机转子轴6，第一连接件2固定连接第一轴承4，第二连接件3固定连接第二轴承5，第一轴承4上套设与电机转子轴6平行的第一导电滚子8，第二轴承5上套设与电机转子轴6平行的第二导电滚子9，第一连接件2和第二连接件3上邻接第一导电滚子8和第二导电滚子9位置分别套设有绝缘体，第一导电滚子8内侧套设有与电机转子轴6平行的第一电源环10，第二导电滚子9内侧套设有电机转子轴6平行的第二电源环11，两个绝缘体分别接触第一电源环10和第二电源环11，换相环1位于第一电源环10和第二电源环11之间，换相环1外侧分别与两个导电滚子接触，第一电源环10、第二电源环11以及换相环1水平之间存在一定空间，两个电源环分别连接电源正负极，电机转子轴6转动带动两个导电滚子分别同时沿两个电源环外侧滚动转动实现换相。

实施例四

如图5所示，本实施例与实施例一的区别在于，第一连接件2、第二连接件3、第一轴承4、第二轴承5、第一导电滚子8、和第二导电滚子9均为3个，连接对应关系与实施例一一致。

实施例五

如图6所示，本实施例与实施例三的区别在于，第一连接件2、第二连接件3、第一轴承4、第二轴承5、第一导电滚子8、和第二导电滚子9均为3个，连接对应关系与实施例一一致。

实施例六

一种电机，包括如实施例一至四任一电机用机械换相器。

实施例七

一种车辆，采用如实施例一至四任一电机用机械换相器或实施例五的电机。

以上所述的实施例只是本申请的一种较佳的方案，并非对本申请作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (7)

1.一种电机用机械换相器，其特征在于，包括换相电极以及非滑动机械换相装置，换相电极从电机线圈引出至换相器外侧并连接非滑动机械换相装置，换相电极一一对应连接至非滑动机械换相装置内部的换相环，电机转子轴（6）连接非滑动机械换相装置，电机转子轴（6）转动带动非滑动机械换相装置同步以非滑动方式切换换相电极至供电电源，实现换相功能，

电机转子轴（6）两侧固定连接有对称设置的第一连接件（2）和第二连接件（3），第一连接件（2）固定连接第一轴承（4），第二连接件（3）固定连接第二轴承（5），第一轴承（4）上套设与电机转子轴（6）平行的第一导电滚子（8），第二轴承（5）上套设与电机转子轴（6）平行的第二导电滚子（9），第一连接件（2）和第二连接件（3）上邻接第一导电滚子（8）和第二导电滚子（9）位置分别套设有绝缘体，第一导电滚子（8）内侧套设有与电机转子轴（6）平行的第一电源环（10），第二导电滚子（9）内侧套设有电机转子轴（6）平行的第二电源环（11），两个绝缘体分别接触第一电源环（10）和第二电源环（11），换相环（1）位于第一电源环（10）和第二电源环（11）之间，换相环（1）外侧分别与两个导电滚子接触，第一电源环（10）、第二电源环（11）以及换相环（1）水平之间存在一定空间，两个电源环分别连接电源正负极，电机转子轴（6）转动带动两个导电滚子分别同时沿两个电源环外侧滚动转动实现换相。

2.根据权利要求1所述的电机用机械换相器，其特征在于，机械换相装置包括换相环（1）、导电滚子、电源环，换相环（1）连接直流电机的定子（7）的线圈并与导电滚子接触，导电滚子与电源环接触，电源环连接电源，电源环通电后电机转子轴（6）旋转带动导电滚子沿电源环内侧或外侧滚动转动实现换相。

3.根据权利要求1所述的电机用机械换相器，其特征在于，第一连接件（2）和第二连接件（3）形状尺寸相同，两者均为L型，两者对称连接电机转子轴（6）。

4.一种电机用机械换相器，其特征在于，包括换相电极以及非滑动机械换相装置，换相电极从电机线圈引出至换相器外侧并连接非滑动机械换相装置，换相电极一一对应连接至非滑动机械换相装置内部的换相环，电机转子轴（6）连接非滑动机械换相装置，电机转子轴（6）转动带动非滑动机械换相装置同步以非滑动方式切换换相电极至供电电源，实现换相功能，电机转子轴（6）两侧固定连接有第一连接件（2）和第二连接件（3），第一连接件（2）固定连接第一轴承（4），第二连接件（3）固定连接第二轴承（5），第一轴承（4）上套设与电机转子轴（6）平行的第一导电滚子（8），第二轴承（5）上套设与电机转子轴（6）平行的第二导电滚子（9），第一导电滚子（8）外侧套设有与电机转子轴（6）平行的第一电源环（10），第二导电滚子（9）外侧套设有电机转子轴（6）平行的第二电源环（11），换相环（1）位于第一电源环（10）和第二电源环（11）之间，三者水平之间存在一定空间，换相环（1）内侧分别与两个导电滚子外侧接触，两个电源环分别连接电源正负极，电机转子轴（6）转动带动两个导电滚子分别同时沿两个电源环内侧滚动转动实现换相。

5.根据权利要求4所述的电机用机械换相器，其特征在于，第一连接件（2）和第二连接件（3）形状尺寸相同，两者均为L型，并且均通过L型的其中一个个端点与电机转子轴（6）连接，两者连接电机转子轴（6）的端点相同，方向相异。

6.根据权利要求5所述的电机用机械换相器，其特征在于，第一连接件（2）和第二连接件（3）之间的夹角为180°。

7.一种电机，其特征在于，包括如权利要求1-6任一所述的电机用机械换相器。