CN103682929B - 有刷电机换向器 - Google Patents

Abstract

有刷电机换向器包括电绝缘的基体、若干沿周向间隔分布于基体上的换向片、以及若干在两相邻换向片之间的电绝缘气体释放部件。每一气体释放部件可经气体释放表面释放出导电性小于空气的气体。所述气体释放表面低于换向片的外表面从而与所述两相邻换向片的两相对侧壁共同形成扩散空间。气体释放部件所释放出的气体沿所述扩散空间扩散，从而抑制换向火花，降低火花对电刷和换向片的磨损。

Description

有刷电机换向器

技术领域

本发明涉及有刷电机的换向器，尤其涉及换向器的火花抑制结构。

背景技术

有刷电机包括定子以及相对定子转动的转子。转子包括转轴、固定于转轴的转子磁芯、固定于转轴并与转子磁芯相邻的换向器、以及缠绕于转子磁芯的齿上并与换向器电连接的转子绕组。定子包括定子磁极、供电端子、以及至少一对用于与换向器的换向片滑动接触的电刷。外部电源经供电端子、电刷和换向器被提供给转子绕组，转子绕组通电后形成转子磁场，与定子磁场相互作用从而驱动转子旋转。

换向过程中，当电刷离开某一换向片时，流过相应转子绕组的电流发生突变，产生较大的感应电动势，从而在电刷与该换向片之间形成强电场。电刷与该换向片附近的空气在强电场的作用下发生气体电离，从而形成电弧放电路径并产生电火花（也可称作换向火花）。换向火花较强时，将破坏电刷与换向器之间的滑动接触，使两者磨损增加。因此，如何抑制换向火花是电机设计需要考虑的关键问题之一。

发明内容

本发明提供一种换向器，包括电绝缘的基体、以及若干沿周向间隔分布于基体上的换向片。换向器还包括若干电绝缘的气体释放部件。每一气体释放部件在两相邻换向片之间并具有气体释放表面。气体释放部件可经气体释放表面释放出导电性小于空气的气体。气体释放表面低于换向片的外表面从而与所述两相邻换向片的两相对侧壁共同形成扩散空间，使得气体释放部件所释放出的气体沿所述扩散空间扩散。

根据一较佳实施方案，气体释放表面相对于两相邻换向片的径向内表面的外侧。

根据另一较佳实施方案，所述两相邻换向片的两相对侧壁至少其中之一设凹陷部，所述气体释放部件延伸入所述凹陷部内。

根据另一较佳实施方案，所述气体释放表面具有两侧面，该两侧面至少其中之一与同侧换向器的侧壁之间具有周向间隙以释放所述气体。

根据另一较佳实施方案，所述气体释放部件部分地设于两相邻换向片的径向内表面的内侧，并在径向上由所述径向内表面定位。

可选的，所述两相邻换向片的两相对侧壁为斜面，且两侧壁之间的距离沿径向从外向内逐渐增大。

可选的，所述气体释放部件的轴向横截面在相邻换向片之间的部分呈梯形或三角形。

可选的，所述气体释放部件的轴向横截面在相邻换向片之间的部分呈凹凸起伏形状。

可选的，所述气体释放表面位于两相邻换向片的径向内表面的内侧。

可选的，所述气体释放表面与两相邻换向片的径向内表面位于同一假想圆柱面上。

可选的，所述气体释放表面为凸面。

可选的，所述若干气体释放部件各自独立成型。

可选的，所述若干气体释放部件与基体不可拆卸地一体成型。

较佳的，所述气体释放部件由热塑型材料制成。

较佳的，所述基体由热固型材料制成。

本发明实施例中，由于气体释放部件所释放气体的导电性小于空气。因此当转子转组在换向过程中产生较大感应电动势时，相邻换向片之间以及换向片与电刷之间发生的气体电离程度（也即电弧放电程度）减弱，即电火花得以减小，从而可以降低电火花对电刷和换向片造成的磨损。减小电火花也可以降低电火花所导致的换向器温度升高的程度，从而可进一步降低电刷和换向片的磨损。

附图说明

附图中：

图1是依据本发明一较佳实施例的换向器的周向平面展开剖视示意图；

图2示出图1的换向器的电火花抑制原理图；

图3是依据本发明另一实施例的换向器的周向平面展开剖视示意图；

图4和图5示出本发明提供的另外两种可选的换向器的周向展开平面剖视图；

图6和图7分别示出本发明第五和第六实施例的换向器。

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。可以理解，附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。附图中显示的尺寸仅仅是为了便于清晰描述，而并不限定比例关系。

图1示出本发明一较佳实施例的换向器10的周向平面展开剖视示意图。换向器10包括呈空心圆柱状的电绝缘基体12、沿周向均匀间隔固定于基体12的外表面14的若干换向片16、以及若干与换向片16一一对应地电连接的导电端子（图中未示出）。每两个相邻换向片16的两个相对侧壁18与基体12的外表面14共同形成凹槽，使相邻换向片16彼此电绝缘。

本实施例中，每两个相邻的换向片16之间的凹槽内设有电绝缘的气体释放部件20。气体释放部件20相对于换向片16的径向内表面22沿径向向外凸起，其外表面位于相邻换向片之间的部分形成气体释放表面24。该气体释放表面24低于换向片16的外表面26，并与相邻换向片16的两相对侧壁18共同形成扩散空间28。较佳的，气体释放部件20可通过注塑方式成型在对应凹槽内。换向器10工作过程中，气体释放部件20可经气体释放表面24自然释放出气体并沿扩散空间28扩散。气体释放表面24低于换向片16的外表面26可以避免气体释放部件20与电刷直接摩擦接触而产生电绝缘粉屑，进而避免电绝缘粉屑附着到换向片16的外表面26上从而影响换向片16与电刷接触时的导电性。较佳的，气体释放部件20可以由已知的可自然释放气体的热塑型材料成型，并且该材料所释放气体的导电性小于空气。

较佳的，相邻换向片16的两相对侧壁18上均设有凹陷部30。气体释放部件20延伸入凹陷30内以在径向上定位气体释放部件20，避免气体释放部件20在换向器高速旋转过程中被甩离凹槽。该凹陷30同时还可以增加相邻换向片16之间的凹槽内可容纳的气体释放部件的体积，从而容许产生更多气体。可以理解的，也可仅在两相对侧壁18的其中之一上设凹陷30。

一并结合图2，本实施例中，气体释放部件20可经气体释放表面24在两相邻换向片16之间以及换向片16与电刷32之间释放出导电性小于空气的气体34。与传统中未设置气体释放部件的换向器相比，当转子转组36在换向过程中产生较大感应电动势时，由于气体释放部件20所释放气体的导电性小于空气，因此在相邻换向片16之间以及换向片16与电刷32之间发生的气体电离程度（也即电弧放电程度）减弱，即电火花得以减小。减小电火花可以降低其对电刷和换向片造成的磨损。减小电火花也可以降低电火花所导致的换向器温度升高的程度，从而可进一步降低电刷和换向片的磨损。

图3示出根据本发明另一实施例的换向器40的周向平面展开剖视示意图。本实施例中，气体释放部件20与基体12由相同或不同的材料不可拆卸地一体成型。气体释放部件20自基体12的外表面14一体延伸入相邻换向片16之间的凹槽中。并且，气体释放部件20的气体释放表面24包括两侧面42，该两侧面42与相邻换向器的两侧壁18之间具有周向间隙44，这样可以增大气体释放表面24的面积从而增加气体释放量。可以理解，气体释放部件20也可仅有一个侧面与换向片的侧壁18之间形成可释放气体的周向间隙。进一步的，还可以将气体释放表面24设为凹凸不平的表面以增大其表面积。当然，

图4和图5分别示出本发明提供的另外两种可选的换向器50和60。图4所示的换向器50中，气体释放部件20设于基体12上开设的凹槽52内，其气体释放表面24相对于两相邻换向片16的内表面22在径向上向内凹陷。图5所示的换向器60中，气体释放部件20设于基体12上开设的凹槽52内，其气体释放表面24与两相邻换向片16的内表面22处在同一假想圆柱面上。

图6示出根据本发明第五实施例的换向器70。本实施例中，气体释放部件20与基体12由不同材料各自成型。每一气体释放部件20部分地设于相邻换向片16的径向内表面22的内侧，并在径向上由相邻换向片16的径向内表面22定位。相邻换向片16的两相对侧壁上沿径向延伸而不设凹陷部，气体释放部件20伸入相邻换向片16的两相对侧壁18之间的部分与所述两相对侧壁18相接触而不具有间隙。气体释放部件20位于两相对侧壁18之间的径向外表面形成气体释放表面24。

图7示出根据本发明第六实施例的换向器80。本实施例中，气体释放部件20与基体12由不同材料各自成型。每一气体释放部件20整体设于相邻换向片16的径向内表面22的内侧，其位于两相邻换向片16之间的气体释放表面24呈凸面。

本发明实施例中的换向器较佳的可用于高功率电机，在此类应用中，基体12可由热固型材料制成，从而能够在高温环境中为换向片16提供稳定的支撑。气体释放部件20较佳的可选择在非高温环境中也能自然释放出导电性小于空气的气体的电绝缘材料制成，这样，气体释放部件20在高温中释放的气体更多，因此换向火花的抑制效果更佳。

当然，本发明实施例中的换向器也可用于低功率电机，可以理解的，在此类应用中，气体释放部件20应由在非高温环境中也能释放出导电性小于空气的气体的电绝缘材料制成。

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。例如，每两个相邻换向片的两相对侧壁还可以是斜面，且两侧壁之间的距离沿径向从外向内逐渐增大。例如，气体释放表面的轴向横截面还可以是梯形、三角形或凹凸起伏形状等。再例如，气体释放部件与基体由相同材料不可拆卸地一体成型，相邻换向片的两相对侧壁上不设凹陷部且气体释放部件伸入相邻换向片之间的凹槽内的部分与换向片的两侧壁之间不设间隙。

Claims (15)

1.一种换向器，包括电绝缘的基体、以及若干沿周向间隔分布于基体上的换向片；其特征在于：所述换向器还包括若干电绝缘的气体释放部件，每一气体释放部件在两相邻换向片之间具有气体释放表面，所述气体释放部件可经气体释放表面释放出导电性小于空气的气体，所述气体释放表面低于换向片的外表面从而与所述两相邻换向片的两相对侧壁共同形成扩散空间，使得气体释放部件所释放出的气体沿所述扩散空间扩散。

2.如权利要求1所述的换向器，其特征在于，所述气体释放表面位于两相邻换向片的径向内表面的外侧。

3.如权利要求2所述的换向器，其特征在于，所述两相邻换向片的两相对侧壁至少其中之一设凹陷部，所述气体释放部件延伸入所述凹陷部内。

4.如权利要求1所述的换向器，其特征在于，所述两相邻换向片的两相对侧壁为斜面，且两相对侧壁之间的距离沿径向从外向内逐渐增大。

5.如权利要求4所述的换向器，其特征在于，所述气体释放部件的轴向横截面在相邻换向片之间的部分呈梯形或三角形。

6.如权利要求4所述的换向器，其特征在于，所述气体释放部件的轴向横截面在相邻换向片之间的部分呈凹凸起伏形状。

7.如权利要求2所述的换向器，其特征在于，所述气体释放表面具有两侧面，该两侧面至少其中之一与同侧换向器的侧壁之间具有周向间隙以释放所述气体。

8.如权利要求2所述的换向器，其特征在于，所述气体释放部件部分地设于两相邻换向片的径向内表面的内侧，并在径向上由所述径向内表面定位。

9.如权利要求1所述的换向器，其特征在于，所述气体释放表面位于两相邻换向片的径向内表面的内侧。

10.如权利要求1所述的换向器，其特征在于，所述气体释放表面与两相邻换向片的径向内表面位于同一假想圆柱面上。

11.如权利要求1所述的换向器，其特征在于，所述气体释放表面为凸面。

12.如权利要求1至11任一项所述的换向器，其特征在于，所述若干气体释放部件各自独立成型。

13.如权利要求1至11任一项所述的换向器，其特征在于，所述若干气体释放部件与基体不可拆卸地一体成型。

14.如权利要求1至11任一项所述的换向器，其特征在于，所述气体释放部件由热塑型材料制成。

15.如权利要求1至11任一项所述的换向器，其特征在于，所述基体由热固型材料制成。