CN102570725A

CN102570725A - 具有消弧装置的直流电动机

Info

Publication number: CN102570725A
Application number: CN2011104606623A
Authority: CN
Inventors: 张力; 王宗奎
Original assignee: Beijing New Aerospace Century Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing New Aerospace Century Technology Co Ltd
Priority date: 2011-12-31
Filing date: 2011-12-31
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明涉及一种具有消弧装置的直流电动机，所述的消弧装置包括至少一对置于电动机外壳内换向电刷后的消弧电刷，以及连接在消弧电刷间的含单向导通电路和吸弧装置的消弧电路。所述的装置在电动机的换向电刷和换向片在换向时能避免由电动机转子上的线圈产生的反向电动势引起的电弧。本发明的装置具有结构简单，效果好的优点。

Description

具有消弧装置的直流电动机

技术领域

本发明涉及一种具有消弧装置的直流电动机。

背景技术

直流电动机是一种将电能转换成机械能的装置，在其转子上至少装有由一对换向片组成的换向器，相应的在直流电动机外壳内至少装有一对换向电刷，其作用在于当电动机运行时，通过换向器和换向电刷进行换向，以确保向电动机输入直流电，维持直流电动机持续运转。电动机在运行过程中，换向电刷与换向器的换向片不断地处于接触、脱离、再接触的轮换，换向片与换向电刷脱离瞬间，由于转子上绕有线圈，而线圈是个电感元件，所以这个感性负载的线圈会产生反向电动势，其瞬间电量要通过换向片释放，从而产生电弧。电弧产生的高温，会使换向片表面氧化，导致换向片和换向电刷间接触不良，严重的甚至会导致换向片和电刷无法正带工作，从而损坏直流电动机。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能克服已有技术缺陷的具有消弧装置的直流电动机。

按照本发明所说的一种具有消弧装置的直流电动机，包括转子和外壳，其中转子上至少装有由一对第一换向片和第二换向片组成的换向器，相应地在直流电动机外壳内至少装有一对第一换向电刷和第二换向电刷，所述第一换向电刷和第二换向电刷间连接一直流电源，所述直流电动机还包括一个消弧装置；所述消弧装置包括至少一对第一消弧电刷和第二消弧电刷，以及连接第一消弧电刷和第二消弧电刷的消弧电路，所述第一消弧电刷和第二消弧电刷分别位于直流电动机外壳内，与所述第一换向电刷和第二换向电刷相邻，且按电动机的转动方向位于所述第一换向电刷和第二换向电刷之前；所述消弧电路包括单向导通电路和吸弧装置，其中单向导通电路的电流方向与直流电源的电流方向相反。

按照本发明所说的一种具有消弧装置的直流电动机，在实际运行过程中，转子每转动一周，不论电动机是顺时针方向转动，还是逆时针方向转动，都可分成四个阶段，差异只是换向电刷与换向片在接触顺序上的不同。下面对四个阶段分别说明如下。

为便于说明，设定转子以顺时针方向转动，且直流电源的正极与第一换向电刷连接，负极与第二换向电刷连接。

第一阶段是第一换向电刷和第二换向电刷分别与第一换向片和第二换向片电接触瞬间起，直至第一换向电刷和第二换向电刷即将脱离第一换向片和第二换向片。在此期间，第一换向片和第二换向片的电极性分别为正和负。第一消弧电刷和第二消弧电刷分别与第一换向片和第二换向片电接触，而它们之间脱离电接触的时间晚于第一换向电刷和第二换向电刷，在电接触期间，第一消弧电刷和第二消弧电刷的电极性分别为正和负，与第一换向电刷和第二换向电刷相同，因此，消弧电路不导通，直流电动机处于正常工作状态，与已有技术相较，没有区别。

第二阶段从第一换向电刷和第二换向电刷脱离第一换向片和第二换向片的瞬间起，到第一换向电刷和第二换向电刷即将与第二换向片和第一换向片电接触的瞬间，也就是说，在第一换向片和第二换向片换向期间，在此期间，由于转子线圈自身的反向电动势作用，第一换向片的电极性为负，第二换向片的电极性为正。与此同时，当第一换向片和第二换向片脱离第一换向电刷和第二换向电刷瞬间，第一消弧电刷和第二消弧电刷在此瞬间分别与第一换向片和第二换向片电接触，这就是说，第一消弧电刷的反向电势电极性为负，第二消弧电刷的反向电势电极性为正。此时，第一换向电刷与第一消弧电刷的电极性相反，同样第二换向电刷和第二消弧电刷的电极性也相反，消弧电路导通，消弧电路的吸弧装置将第一换向片和第二换向片连接的线圈上产生的反向电动势，也即拉弧电量消耗掉，从而避免产生电弧。

第三阶段是第一换向片和第二换向片分别与第二换向电刷和第一换向电刷电接触的瞬间，直至第一换向电刷和第二换向电刷分别与第二换向片和第一换向片行将脱离的瞬间，在此期间，第一换向片的电极性为负，而第二换向片的电极性为正。第一消弧电刷和第二消弧电刷继续与第二换向片和第一换向片电接触，此时，第一消弧电刷的电极性为正，与第一换向电刷相同，第二消弧电刷的电极性为负，与第二换向电刷相同，因此，消弧电路不能导通，直流电动机处于正常工作状态，与已有技术相较，没有区别。

第四阶段从第一换向电刷和第二换向电刷脱离第二换向片和第一换向片的瞬间，直至第一换向电刷和第二换向电刷即将与第一换向片和第二换向片电接触，也就是说，第一换向片和第二换向片又一次处于换向期间，在此期间，由于转子线圈自身的反向电动势作用，第一换向片的电极性为正，而第二换向片的电极性为负。与此同时，当第一换向电刷和第二换向电刷脱离第二换向片和第一换向片瞬间，第一消弧电刷和第二消弧电刷在此瞬间分别与第二换向片和第一换向片电接触，这就是说，第一消弧电刷的电极性为负，而第二消弧电刷的电极性为正。由此，第一换向电刷与第一消弧电刷的电极性相反，同样第二换向电刷和第二消弧电刷的电极性也相反，消弧电路再次导通，消弧电路的消弧装置将第一换向片和第二换向片连接的线圈上产生的反向电动势，也即拉弧电量消耗掉，从而避免产生电弧。

接下去又回复到第一阶段，直流电动机的运转始终按上述四个阶段周而复始的工作。

现在对消弧电路做进一步的说明。消弧电路连接在第一消弧电刷和第二消弧电刷之间，包括一个单向导通电路和吸弧装置。

按照本发明所说的消弧电路，该电路导通极性，如前所述，条件是第一消弧电刷片和第二消弧电刷片与第一换向电刷和第二换向电刷的电压极性相反。这样，在第一换向电刷和第二换向电刷正常工作时，第一消弧电刷和第一换向电刷分别与第一换向片接触，而第二消弧电刷和第二换向电刷分别与第二换向片接触，因此，第一消弧电刷和第二消弧电刷的电压极性分别与第一换向电刷和第二换向电刷的电压极性相同，消弧电路不会接通，不会消耗直流电源输出的电流，也不会影响第一换向电刷和第二换向电刷的正常工作。当第一换向电刷和第二换向电刷分别脱离与第一换向片和笫二换向片接触时，而第一消弧电刷与第二换向片电接触连接，第二消弧电刷与第一换向片电接触连接，由于第一换向片和第二换向片上的极性没有改变，因此，第一消弧电刷和第二消弧电刷分别与第一换向电刷和第二换向电刷两端的电压极性相反，消弧电路导通，该电路将第一换向片和第二换向片连接的线圈上产生的反向电动势消耗掉，直至第一换向电刷与第一消弧电刷分别与第二换向片接触，第二换向电刷和第二消弧电刷分别与第一换向片接触，消弧电路将断开。

下面进一步说明消弧电路的单向导通电路和吸弧装置。所说的单向导通电路的导通电流方向与直流电源的电流方向相反，由此才能保证换向器正常工作，而单向导通路不会导通，反之，只有当换向器与第一换向电刷和第二换向电刷脱离瞬间导通，吸弧装置工作，实现消耗掉第一换向片和第二换向片间连接的线圈上产生的反向电动势，消除第一换向电刷和第二换向电刷脱离换向器时产生的电弧。按照本发明所说的一种具有消弧装置的直流电动机的单向导通电路可以是晶体二极管，但不限于此，对于本专业技术人员公知的其它元件或电路，只要能实现单向导通均可用于本发明。

按照本发明所说的一种具有消弧装置的直流电动机，所说的消弧装置是指能吸收或消耗第一换向片和第二换向片间连接的线圈上产生的反向电动势所产生的能量，符合上述要求的能吸收或消耗上述能量的元件可以是电容，也可以是电阻，也可以是两者的结合，或者是能满足上述要求的其它元件或装置。

如前所述，消弧电刷的设置是按照直流电动机的转动方向设置在第一换向电刷和第二换向电刷之前，一旦直流电动机需正反两个方向都可转动，本领域的技术人员不难理解，当直流电动机采用多个换向电刷，同样可以前面所说的处置。

综上，按照本发明所说的一种具有消弧装置的直流电动机克服了已有技术中的缺陷，有效地消耗了换向电刷和换向器脱离时线圈释放的拉弧电量，避免电刷和换向器的损坏，提高电刷和换向器，以及直流电动机的寿命和工作质量。

本发明的上述目的和其它目的及其优点通过下面结合附图所示实施例的详细说明将会更加清楚。

附图说明

图1是按照本发明所说的一种具有消弧装置的直流电动机在未换向前的结构示意图；

图2是按照本发明所说的一种具有消弧装置的直流电动机在换向时的结构示意图。

具体实施方式

现在参照附图来说明按照本发明的一种具有消弧装置的直流电动机。图中只示出了转子和本发明有关的部分。如图1和图2所示，转子10的外侧为由第一换向片31和第二换向片32组成的换向器30，与第一换向片31和第二换向片32电接触连接的是第一换向电刷11和第二换向电刷12，以及与第一换向电刷11和第二换向电刷12绝缘隔开的第一消弧电刷21和第二消弧电刷22，第一换向电刷11和第二换向电刷12，以及第一消弧电刷21和第二消弧电刷22均固定在直流电动机外壳(未示出)内侧。其中，第一换向电刷11和第二换向电刷12之间连接一直流电源B，电源B的正极与第一换向电刷11连接，负极连接到第二换向电刷12。第一消弧电刷21和第二消弧电刷22之间连接一消弧电路23，该消弧电路23包括一作为单向导通电路的晶体二极管231和一个作为吸弧装置的电阻232。

如前所述，直流电动机的转动方向与消弧电刷设置位置和单向导通电路的电流方向有关。为便于说明，在图1中设定转子按顺时钟方向转动，即图中A所示方向，所以图中的第一消弧电刷21和第二消弧电刷22分别在第一换向电刷11和第二换向电刷12的前面，而晶体二极管231的电流方向是由第二消弧电刷22流向第一消弧电刷21，即晶体二极管231的导通电流方向与电源B的电流方向相反。

如图1所示，第一换向电刷11和第二换向电刷12仍处于与第一换向片31和第二换向片32接触，也就是说，换向片仍处于经换向电刷向其供电，电动机正常工作。

如图2所示，当转子继续向顺时针方向转动，第一换向片31和第一换向电刷11脱离电接触的瞬间，第一消弧电刷21则与第一换向片31电接触，与此同时，第二换向片32和第二换向电刷12也脱离电接触，第二消弧电刷22与第二换向片32电接触。直到第一换向片31与第二换向电刷12、第二换向片32与第一换向电刷11接触前，第一换向片31和第二换向片32均不与供电的换向电刷接触，此时缠绕在转子10上的线圈(未示出)产生的反向电动势所形成的电流通过第一换向片31和第二换向片32要释放，而此时第一消弧电刷21和第二消弧电刷22与第一换向片31和第二换向片32电接触，且第一消弧电刷21为负极，第二消弧电刷22为正极，它们分别与相邻的第一换向电刷11和第二换向电刷12的极性相反，这就使连接两个消弧电刷间的消弧电路导通，线圈产生的反向电动势所释放的电流被作为吸弧装置的电阻232吸收，转化成热能释放。

转子再继续向顺时针方向转动，笫二换向片32与第一换向电刷11电接触，同样，第一换向片31与第二换向电刷12电接触，而第一换向电刷11和第二换向电刷12的电极性未变，所以，此时的第一换向片31为负极，第二换向片32则为正极，从而完成第一换向片31和第二换向片32的一次换向。

转子继续向顺时针方向转动，在第一换向片31和第二换向片32脱离第二换向电刷12和第一换向电刷11的瞬间，第一消弧电刷21和第二消弧电刷22与第二换向片32和第一换向片31电接触，直到第一换向片31和第二换向片32与第一换向电刷11和第二换向电刷12电接触之前，第一换向片31和第二换向片32均不与任何换向电刷接触，此时缠绕在转子10的线圈(未示出)产生的反向电动势形成的电流要通过两个换向片释放，而此时的第一消弧电刷21和第二消弧电刷22已分别与第一换向片31和第二换向片32电接触，且第一消弧电刷21为负极，第二消弧电刷22为正极，且与相邻的第一换向电刷11和第二换向电刷12的极性相反，消弧电路再次被导通，线圈产生的反向电动势所释放的电流被作为吸弧装置的电阻232吸收，转化成热能释放。

转子再继续向顺时针方向转动，第一换向片31与第一换向电刷11电接触，而第二换向片32与第二换向电刷12电接触，第一换向电刷11和第二换向电刷12的电极性未变，这样第一换向片31为正极，而第二换向片32为负极，从而换向片又一次换向。

通过上面对实施例的说明，当只有一对换向电刷和一对换向片的情况下，转子每转动一周有两次消弧。不言而喻，当有多对换向电刷和多对换向片的情况下，消弧装置的数目也相应增加，消弧的次数将成倍增加。

发明人已对本发明的构思及其实施例做出了详细说明，对于本专业的技术人员在此基础上可以做出各种变换和改进，但这些变换和改进都没有脱离本发明的精神，都在权利要求书要求保护的范围内。

Claims

1.一种具有消弧装置的直流电动机，包括转子和外壳，其中转子上至少装有由一对第一换向片和第二换向片组成的换向器，相应地在直流电动机外壳内至少装有一对第一换向电刷和第二换向电刷，所述第一换向电刷和第二换向电刷间连接一直流电源，其特征在于：所述直流电动机还包括一个消弧装置；

所述消弧装置包括至少一对第一消弧电刷和第二消弧电刷，以及连接所述第一消弧电刷和第二消弧电刷的消弧电路；所述第一消弧电刷和第二消弧电刷分别位于直流电动机外壳内，与所述第一换向电刷和第二换向电刷相邻，且按电动机的转动方向位于所述第一换向电刷和第二换向电刷之前；所述消弧电路包括单向导通电路和吸弧装置，其中单向导通电路的电流方向与直流电源的电流方向相反。

2.按照权利要求1所述的具有消弧装置的直流电动机，其特征在于，所述单向导通电路为单向晶体管或单向电路。

3.按照权利要求1所述的具有消弧装置的直流电动机，其特征在于，所述吸弧装置为电阻或电容或两者均有。