CN102738998A - 有刷直流电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种有刷直流电机，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永久磁铁，所述转子还包括一换向装置，所述换向装置包括第一导电部和从第一导电部一体延伸的若干第一换向部、及第二导电部和从第二导电部一体延伸的若干第二换向部，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，所述定子还包括第一电刷组及第二电刷组，所述第一电刷组用于与直流电源连接并分别与换向装置的导电部滑动接触，所述第二电刷组用于与第一和第二换向部交替滑动接触并分别与各相绕组相连。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；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。

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永久磁铁，所述转子还包括一换向装置，所述换向装置包括第一导电部和从第一导电部一体延伸的若干第一换向部、及第二导电部和从第二导电部一体延伸的若干第二换向部，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，所述定子还包括第一电刷组及第二电刷组，所述第一电刷组用于与直流电源连接并分别与换向装置的导电部滑动接触，所述第二电刷组用于与第一和第二换向部交替滑动接触并分别与绕组相连。
优选地，所述换向部的个数等于定子磁极数。
优选地，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应大于电刷宽度。
优选地，每相绕组的一端与一对应的第二电刷连接，绕组的另一端连接至共同点。
优选地，每相绕组连接于两相应的第二电刷之间。
优选地，所述第二电刷组的个数等于绕组相数，所述绕组相数为大于2的整数。
可选地，所述第二电刷组的个数等于绕组相数的2倍，所述绕组相数为小于等于2的正整数。
优选地，所述换向装置的导电部为连续环形。
优选地，所述换向装置为圆柱形，所述第二电刷组围绕在所述换向装置的换向部的外围。
优选地，相邻换向部之间的间隙内设置有至少一导电片，所述导电片通过电容或电容与电阻的组合连接至其中一相邻换向部。
可选地，所述换向装置为盘形端面换向方式，第二电刷组与换向部相对排列位置总是使位于磁极下的绕组通电。
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。
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平面展开示意图；
图4A至图4C所示为本发明一实施例的有刷直流电机的绕组电压与相位关系示意图；
图5所示为本发明另一实施例的有刷直流电机的立体示意图；
图6所示为本发明另一实施例的有刷直流电机的换向装置的平面展开示意图。
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固定的若干永久磁铁54，所述转子可旋转地收容于定子内，所述磁铁54与绕组16相对。
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包括环形的第一导电部62和从第一导电部62一体延伸的若干第一换向部64、及环形的第二导电部72和从第二导电部72一体延伸的若干第二换向部74，第一换向部64与第二换向部74相对设置且沿周向交替排列，两换向部64、74相互绝缘。优选地，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。
所述定子还包括第一电刷组(正、负电刷)21～22及第二电刷组(绕组电刷)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分别与每相绕组16相连，用于向绕组16供电，第二电刷组31～33的电刷个数等于绕组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。
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，转子永久磁铁52在旋转磁场的作用下旋转，转子旋转后，所述第二电刷组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。
在本发明中，所述磁铁52可以形成若干磁极，如2极、4极、6极等，所述换向装置60的换向部64、74的总个数等于磁铁52的磁极数。
图4A至图4C所示为本发明一实施例的有刷直流电机的绕组电压与相位关系示意图。
请一并参阅图4A至图4C，下面以磁铁54形成4个磁极，定子设有6个绕线槽(见图2)，6个绕组16连接为3相绕组A相、B相、C相为例进行详细描述。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。当绕组采用180度(本发明所指角度如无特别说明即指电角度)导通时，所述换向装置60的换向部64、74的宽度基本等于180度导通角所对应的弧长减去一个第二电刷的宽度和防止正负电短路所需的间隙，所述间隙范围优选为0.1至2毫米。第二电刷组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360度/3＝120度)。
当绕组采用120度导通时，所述换向装置60的换向部64、74的宽度等于120度导通角所对应的弧长减去一个第二电刷的宽度和防止正负电短路所需的间隙，第二电刷组31～33相互之间的间隔电角度为120度。
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，定子槽数为K*N*2P个，k、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，定子绕组亦可为有槽、无槽、叠绕、波绕、同心绕及环形绕线等方式。
当绕组相数为单相或2相时，第二电刷组的电刷个数为相数的2倍。
当绕组相数为大于等于3相时，所述第二电刷组的最少个数等于绕组相数。
在前述实施例中，所述换向装置为圆柱形，导电部62、72形成圆柱面，第一和第二换向部64、74分别从两导电部62、72的相对轴向端沿轴向相对延伸，第一换向部64与第二换向部74沿轴向重叠、沿圆周方向相互交错排列，所述第二电刷组31～33围绕在所述换向部64、74的外围，用于与第一和第二换向部交替滑动接触。
可以理解地，本发明还可采用盘形端面换向方式，如换向装置做成圆盘形，导电部62、72形成大小圆盘，小圆盘套在大圆盘内，第一和第二换向部64、74分别从两导电部62、72的相对边缘沿径向相对延伸，第一换向部64与第二换向部74沿径向重叠、沿圆周方向相互交错排列，第二电刷组与换向部相对排列位置总是使位于磁极下的绕组通电。
图5所示为本发明另一实施例的有刷直流电机的立体示意图；
图6所示为本发明另一实施例的有刷直流电机的换向装置的平面展开示意图。
请参阅图5和图6，本实施例的有刷直流电机中，相邻换向部64、74之间的间隙内可以设置至少一导电片81，所述导电片81通过一阻抗82连接至其中一相邻换向部64、74，所述阻抗82可以是电容或电容与电阻的组合，连接至换向部64、74的导电片81与阻抗82，可以抑制电刷离开换向部64、74的瞬间产生火花。
优选地，相邻换向部64、74之间的间隙内设置有两导电片81，两导电片81分别通过一阻抗82电连接至相邻两换向部64、74，这样，不管电机正转或反转，导电片81与阻抗82都可以抑制电刷离开换向部的瞬间产生火花。
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 (11)

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永久磁铁，其特征在于，所述转子还包括一换向装置，所述换向装置包括第一导电部和从第一导电部一体延伸的若干第一换向部、及第二导电部和从第二导电部一体延伸的若干第二换向部，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，所述定子还包括第一电刷组及第二电刷组，所述第一电刷组用于与电源连接并分别与换向装置的导电部滑动接触，所述第二电刷组用于与第一和第二换向部交替滑动接触并分别与各相绕组相连。
2.根据权利要求1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。
3.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。
4.根据权利要求1所述的有刷直流电机，其特征在于，每相绕组的一端与一对应的第二电刷连接，绕组的另一端连接至共同点。
5.根据权利要求1所述的有刷直流电机，其特征在于，每相绕组连接于两相应的第二电刷之间。
6.根据权利要求1至5任一项所述的有刷直流电机，其特征在于，所述第二电刷组的个数等于绕组相数，所述绕组相数为大于2的整数。
7.根据权利要求1至5任一项所述的有刷直流电机，其特征在于，所述第二电刷组的个数等于绕组相数的2倍，所述绕组相数为小于等于2的正整数。
8.根据权利要求1至5任一项所述的有刷直流电机，其特征在于，所述换向装置的导电部为连续环形。
9.根据权利要求8所述的有刷直流电机，其特征在于，所述换向装置为圆柱形，所述第二电刷组围绕在所述换向装置的换向部的外围。
10.根据权利要求8所述的有刷直流电机，其特征在于，相邻换向部之间的间隙内设置有至少一导电片，所述导电片通过电容或电容与电阻的组合连接至其中一相邻换向部。
11.根据权利要求8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换向方式，第二电刷组与换向部相对排列位置总是使位于磁极下的绕组通电。
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