CN102761223B - 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，定子包括若干相绕组和定子导磁凸极铁心，转子包括转子导磁凸极铁心，转子还包括两相互绝缘的换向装置，每一换向装置包括一导电部和若干换向部，定子还包括两第一电刷及若干第二电刷，第一电刷通过选择开关连接至电源的一极并分别与两导电部滑动接触，第二电刷分别与绕组相连，每相绕组的另一端连接至电源的另一极，选择开关选择性地导通两第一电刷其中之一至电源的一极，可使电机向两相反方向中的一方向旋转，第二电刷与换向部滑动接触以轮流向各相绕组提供单极性电流激励。本发明的有刷直流电机，绕组设在定子上，转子无磁铁从而结构牢固；绕组采用单极性激励方式，电刷数量少，换向器结构简单。

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，机械特性较差；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，无磁铁凸极铁心、转子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，包括定子和可相对定子旋转的转子，所述定子包括导磁凸极铁心及若干相缠绕于定子凸极上的绕组，所述转子包括转子导磁凸极铁心，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及与第一导电部电连接的若干第一换向部，所述定子还包括第一电刷及若干第二电刷，所述第一电刷用于连接至直流电源并与换向装置的导电部滑动接触，所述若干第二电刷分别与所述若干相绕组相连，所述第二电刷轮流与相应的第一换向部滑动接触以向各相绕组轮流提供单极性电流激励。
优选地，每相绕组的一端连接至一相应的第二电刷，另一端连接至电源的一极，所述第一电刷连接至电源的另一极。
优选地，所述换向部的个数等于转子凸极个数，所述第二电刷个数等于绕组相数。
优选地，所述转子还包括另一换向装置，所述另一换向装置包括若干第二换向部用于与所述第二电刷滑动接触，所述两换向装置相互绝缘，所述电源选择性地与两换向装置其中之一导通，从而使得转子可选择性地沿两相反方向中的一方向旋转。
优选地，所述另一换向装置还包括与第二换向部电连接的第二导电部，所述定子包括两个第一电刷，分别与两换向装置的导电部滑动接触，所述两第一电刷与电源之间设选择开关，用于选择性地导通两换向装置其中之一与电源。
优选地，所述换向部与第二电刷所对应的角度之和大于等于换向角。
优选地，所述换向装置的导电部为连续环形，所述相邻第二电刷之间的夹角满足一下关系，Ω＝β+N*α，其中，Ω代表所述相邻第二电刷之间的夹角；β代表换向角，等于360度除以定子凸极数减去360度除以转子凸极数的绝对值；α代表等效位置角，等于360度除以转子凸极数；N为整数。
优选地，所述定子包括6个绕组分别绕在6个定子凸极上，所述转子包括4个凸极，所述换向角为30度。
优选地，所述定子包括8个绕组分别绕在8个定子凸极上，所述转子包括6个凸极，所述换向角为15度。
优选地，所述转子凸极沿轴向突出，所述定子绕组通电后形成轴向磁场。
优选地，所述转子凸极沿径向向外突出，所述定子绕组通电后形成径向磁场。
本发明所举实施例具有以下有益效果：绕组设在定子上，转子无磁铁成本低、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；绕组采用单极性激励方式，电刷数量少，换向器结构简单。
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的有刷直流电机去除外壳后的主要部件示意图；
图3为图2的另一角度示意图；
图4是图2的横截面示意图；
图5所示为图1的有刷直流电机的换向装置的立体示意图；
图6所示为本发明另一实施例的有刷直流电机的横截面示意图；
图7所示为图6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5，本发明一实施例的有刷直流电机，包括定子和可相对定子旋转的转子。
所述定子包括环形的由导磁材料制成的铁心12、缠绕于铁心12的向内延伸的定子凸极14上的若干绕组16，在本实施例中，所述绕组16为集中式绕组(即每个绕组16只绕在一个凸极14上)，所述定子设有6个凸极14，相邻凸极14之间形成绕线槽，每个凸极14上缠绕一绕组，从而形成6个绕组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。所述定子还包括一外壳18，固定套置于铁心12外表面，外壳18的两端设端盖19。
所述转子包括转轴52、相对转轴52固定的转子铁心，所述转子铁心形成若干向外延伸的转子凸极54，所述转子可旋转地收容于定子内，所述转子凸极54与定子绕组16相对。在本实施例中，所述转子形成4个沿径向向外突出的凸极54，所述转子凸极54由导磁材料制成，优选地，由铁磁材料制成。
所述转子还包括一固定至转轴52的换向机构60。请参阅图5，所述换向机构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，所述第一导电部62和第一换向部64形成第一换向装置，第二导电部72和第二换向部74形成第二换向装置，所述两换向装置设置于一绝缘柱体的外圆柱面上，两换向装置相互绝缘，第一换向部64与第二换向部74可相对设置且沿周向交替排列，换向部64、74的外表面位于同一圆柱面上，相邻换向部64、74之间的空隙内可填充耐磨片80，所述耐磨片80的外表面位于换向部64、74所共同形成的圆柱面上。所述第一、二换向部64、74的个数分别等于转子凸极54的个数。
所述定子还包括若干第一电刷21～22及若干第二电刷31～33，所述电刷可安装在一环形电刷架(图未示)上。在本实施例中，所述第一电刷包括两个电刷21～22，电刷21～22的一端分别与换向机构60的导电部62、72滑动接触，另一端通过导线24、25连接至选择开关(图未示)，所述选择开关连接至直流电源(图未示)的一极，用于选择性地电连接所述两电刷21～22其中之一至电源。第二电刷的个数等于绕组相数，在本实施例中，所述第二电刷包括3个电刷31～33，分别与3相绕组16的一端相连，用于向绕组16供电，每相绕组的另一端连接在一起并连接至电源的另一极。所述相邻第二电刷31～33之间的夹角(机械角)满足以下关系，Ω＝β+N*α，其中，Ω代表所述相邻第二电刷之间的夹角；β代表换向角，等于360度除以定子凸极数减去360度除以转子凸极数的绝对值；α代表等效位置角，等于360度除以转子凸极数；N为整数，在本实施例中，N等于1，换向角等于30度，相邻第二电刷31～33之间的夹角等于120度。第二电刷31～33与第一换向部64的位置排列，总是使得转子沿某一方向旋转时，所述第二电刷31～33沿某种方向(如按31-32-33的方向)交替与一相应的第一换向部64滑动接触；第二电刷31～33与第二换向部74的位置排列，总是使得转子沿另一相反方向旋转时，所述第二电刷31～33沿另一相反方向(如按33-32-31的方向)交替与一相应的第二换向部74滑动接触。
当选择开关导通其中一个第一电刷21与电源后，电流通过所述第一电刷21、第一换向装置和第二电刷31～33轮流流向每相绕组16，从而产生旋转磁场，转子凸极54在旋转磁场的作用下沿一方向旋转，转子旋转后，所述第二电刷31～33轮流与相应的第一换向装置的第一换向部64滑动接触，从而轮流向各相绕组16提供单极性电流激励。可以理解地，当另一第一电刷22连接电源后，电流通过所述另一第一电刷22、第二换向装置和第二电刷31～33流向绕组16从而产生旋转磁场，转子凸极54在旋转磁场的作用下沿另一相反方向旋转。
可以理解地，当电机用于只需要单向驱动场合时，转子只需要单方向旋转，这样，换向机构只需要一套换向装置即可。
在前述实施例中，所述转子凸极54沿径向向外突出，所述定子绕组16通电后形成径向磁场。当然，所述转子凸极54也可以沿轴向突出，所述定子绕组16通电后形成轴向磁场。
为了避免出现启动死角，第二电刷与换向部所对应的角度之和应大于等于换向角，如定子设6个绕线槽、转子设4个凸极时，换向角为30度，第二电刷与换向部所对应的角度之和应大于等于30度，第二电刷与换向部所对应的角度可各为15度；如定子设6个绕线槽、转子设8个凸极时，换向角为15度，第二电刷与换向部所对应的角度可分别为7度和8度；如定子设8个绕线槽、转子设10个凸极时，换向角为9度，第二电刷与换向部所对应的角度可分别为4度和5度。
在前述实施例中，所述换向机构为圆柱形，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31～33围绕在所述换向部64、74的外围。
可以理解地，本发明还可采用盘形端面换向方式，如换向机构做成圆盘形，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。
可以理解地，本发明的有刷直流电机的定子凸极数(槽数)和转子极数还可以有多种组合方式，如定子设6个凸极、转子形成8个凸极；或定子设8个凸极，转子设6个或10个凸极，定子凸极数等于定子绕组相数乘以定子极数(即每相绕组导通时形成的定子极数)，转子凸极数等于定子凸极数加2或减2。
图6所示的电机为定子设8个凸极、转子设6个凸极；图7所示为图6所示的电机的换向装置的立体示意图。
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 (10)

1.一种有刷直流电机，包括定子和可相对定子旋转的转子，所述定子包括由导磁材料制成的带若干凸极的定子铁心及若干相缠绕于定子凸极上的绕组，所述转子包括由导磁材料制成的带若干凸极的转子铁心，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及与第一导电部电连接的若干第一换向部，所述换向部与第二电刷所对应的角度之和大于等于换向角，所述定子还包括第一电刷及若干第二电刷，所述第一电刷用于连接至直流电源并与换向装置的导电部滑动接触，所述若干第二电刷分别与所述若干相绕组相连，所述第二电刷轮流与相应的第一换向部滑动接触以向各相绕组轮流提供单极性电流激励。
2.根据权利要求1所述的有刷直流电机，其特征在于，每相绕组的一端连接至一相应的第二电刷，另一端连接至电源的一极，所述第一电刷连接至电源的另一极。
3.根据权利要求1所述的有刷直流电机，其特征在于，所述第一换向部的个数等于转子凸极个数，所述第二电刷个数等于定子绕组相数。
4.根据权利要求1所述的有刷直流电机，其特征在于，所述转子还包括另一换向装置，所述另一换向装置包括若干第二换向部用于与所述第二电刷滑动接触，所述两换向装置相互绝缘，所述电源选择性地与两换向装置其中之一导通，从而使得转子可选择性地沿两相反方向中的一方向旋转。
5.根据权利要求4所述的有刷直流电机，其特征在于，所述另一换向装置还包括与第二换向部电连接的第二导电部，所述第一电刷的数量为两个，分别与两换向装置的导电部滑动接触，所述两第一电刷与电源之间设选择开关，用于选择性地导通两换向装置其中之一与电源。
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，所述换向装置的导电部为连续环形，所述相邻第二电刷之间的夹角满足以下关系，Ω＝β+N*α，其中，Ω代表所述相邻第二电刷之间的夹角；β代表换向角，等于360度除以定子凸极数减去360度除以转子凸极数的绝对值；α代表等效位置角，等于360度除以转子凸极数；N为整数。
7.根据权利要求6所述的有刷直流电机，其特征在于，定子凸极数等于绕组相数乘以定子极数，转子凸极数等于定子凸极数加2或减2。
8.根据权利要求6所述的有刷直流电机，其特征在于，所述定子包括6个绕组分别绕在6个定子凸极上，所述转子包括4个凸极，所述换向角为30度。
9.根据权利要求6所述的有刷直流电机，其特征在于，所述定子包括8个绕组分别绕在8个定子凸极上，所述转子包括6个凸极，所述换向角为15度。
10.根据权利要求6所述的有刷直流电机，其特征在于，所述转子凸极沿轴向突出，所述定子绕组通电后形成轴向磁场；或所述转子凸极沿径向向外突出，所述定子绕组通电后形成径向磁场。
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