CN105743289A - 电机驱动装置及其电机、电刷 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电机驱动装置及其电机、电刷。该电刷具有用于与电机的换向器X摩擦接触的前端面以及与所述前端面连接的第一侧面和第二侧面，沿所述换向器的旋转方向上，所述第一侧面与第二侧面分别位于所述电刷的相对两侧，所述前端面具有第一接触面和第二接触面，所述第一接触面、第二接触面比所述前端面的其他区域更早地接触所述换向器，且所述第一接触面、第二接触面分别位于所述前端面的两对角位置。实施本发明，增大了电机的电刷在初始状态时与换向器的接触宽度，延长换向时间，从而使电机产生的波纹电流更规律、电机运转更稳定。

Description

电机驱动装置及其电机、电刷
【技术领域】
本发明涉及电机领域，更具体地，涉及一种电刷、使用该电刷的电机、以及使用该电机的电机驱动装置。
【背景技术】
有刷直流电机使用电刷与换向器的配合实现电机供电电路的持续导通以及电流换向。传统的电刷的前端面的初始状态是平面。而换向器是圆柱状的，因此新安装的电刷与换向器的接触相当于线接触，该种接触是不稳定的，因此，电刷在换向器的转动过程中会产生不规则的震动，从而产生机械噪音及火花。此外，换向器转动过程中，相邻两个或多个换向片被一根电刷短路时，会使电机的电流产生波动形成纹波电流，现有技术开发了一种通过利用纹波电流测得电机转子的转速，以省略检测传感器和检测磁环的成本，但电刷与换向器的不稳定接触增加或放大了纹波电流的不规则性，导致测试结果不准确或无法通过电机的纹波电流测得转子的转速。
因此，亟需一种改进的方案。
【发明内容】
本发明的一个目的是提供一种能使波纹电流更规律，电机运转更稳定的电机驱动装置及其电机、电刷。本发明第一方面提供一种电刷，所述电刷具有用于与电机的换向器摩擦接触的前端面以及与所述前端面连接的第一侧面和第二侧面，沿所述换向器的旋转方向上，所述第一侧面与第二侧面分别位于所述电刷的相对两侧，所述前端面具有第一接触面和第二接触面，所述第一接触面、第二接触面比所述前端面的其他区域更早地接触所述换向器，且所述第一接触面、第二接触面分别位于所述前端面的两对角位置。
作为一种优选方案，所述电刷的前端面包括第一凸起部和第二凸起部，所述第一接触面和第二接触面分别位于所述第一凸起部和第二凸起部上，所述第一凸起部和第二凸起部共同构成V形构造。
作为一种优选方案，所述第一凸起部与第二凸起部分别位于前端面的第一对角线的两侧，所述第一接触面和第二接触面分别位于前端面的第二对角线的两端。
作为一种优选方案，所述第一凸起部相对垂直于第一侧面或第二侧面的截面的倾斜角度大于所述第一接触面相对该截面的倾斜角度。
作为一种优选方案，沿远离所述第一对角线的方向，所述第一凸起部和第二凸起部的凸起高度逐渐增加，且高度增加的变化率基本相等。
作为一种优选方案，所述第一凸起部与第二凸起部分别位于前端面的一中线的两侧，所述中线为前端面在换向器的旋转方向上的中线。
作为一种优选方案，所述第一凸起部相对重直于第一侧面或第二侧面的截面的倾斜角度大于所述第一接触面相对该截面的倾斜角度。
作为一种优选方案，沿远离所述中线的方向，所述第一凸起部和第二凸起部的凸起高度逐渐增加，且高度增加的变化率基本相等。
作为一种优选方案，所述第一接触面与第二接触面与电刷初始接触时为线接触，所述接触线的长度为电刷沿电机轴向的高度的20％至90％；较佳地，所述接触线的长度为电刷沿电机轴向的高度的40％至80％。
作为一种优选方案，所述第一接触面与所述第二接触面为棱锥状、棱台状或者楔形。
作为一种优选方案，所述第一接触面与所述第二接触面关于所述前端面的中心点对称。
作为一种优选方案，所述第一接触面和第二接触面的横截面积沿着其凸起的方向逐渐缩小。
作为一种优选方案，所述前端面中邻接所述第一凸起部与第一侧面的区域形成第一平面，所述前端面中邻接所述第二凸起部和第二侧面的区域形成第二平面，所述第一平面与第二平面相交或者共面。
本发明第二方面提供一种电机，该电机包括定子和可转动地安装到定子的转子；所述转子包括转轴、固定到转轴的换向器和转子铁芯、以及绕制到转子铁芯并与所述换向器的换向片电连接的转子绕组；所述定子包括上述任意一种电刷。
本发明第三方面提供一种电机驱动装置，该装置包括电机和安装到电机的齿轮箱，所述电机的输出轴安装有蜗杆，所述齿轮箱内安装有蜗轮与所述蜗杆啮合，所述电机包括定子和可转动地安装到定子的转子；所述转子包括转轴、固定到转轴的换向器和转子铁芯、以及绕制到转子铁芯并与所述换向器的换向片电连接的转子绕组；所述定子包括上述任意一种电刷。
与现有技术相比，实施本发明，增大了电机的电刷在初始状态时与换向器的接触宽度，延长换向时间，从而使电机产生的波纹电流更规律、电机运转更稳定。
【附图说明】
图1是本发明第一实施例提供的电机驱动装置的结构示意图；
图2是图1所示电机驱动装置的电机的爆炸示意图；
图3是图2所示电机内的碳刷装置的示意图；
图4是图3所示电机使用的电刷的结构示意图；
图5是图4所示电刷的另一个视角的示意图；
图6是本发明第二实施例提供的电刷的结构示意图；
图7是图6所示电刷的另一个视角的示意图；图8是本发明第三实施例提供的电刷的结构示意图；
图9是图8所示电刷的另一个视角的示意图；
图10是本发明第四实施例提供的电刷的结构示意图；
图11是图10所示电刷的另一个视角的示意图。
【具体实施方式】
为使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
参考图1至图3，本发明提供一种电机驱动装置11包括电机100和齿轮箱300。齿轮箱300安装到电机100，电机100的转轴101的输出端安装有蜗杆102，齿轮箱300内安装有涡轮与蜗杆啮合。
电机100包括定子130和可转动地安装到定子130的转子110。转子110包括转轴101、换向器104、转子铁芯106、转子绕组。换向器104和转子铁芯106固定到转轴101，转子绕组绕制到转子铁芯106并与换向器104的换向片电连接。定子130包括筒状的外壳131、安装到外壳131内壁的永磁体135、安装到外壳131开端口的端盖137。本实施例中，端盖137上集成了电刷装置，电刷装置包括电刷200。电刷200基本上呈棱柱状，沿着转轴101的径向插入到端盖137，用于与换向器104的换向片摩擦接触，实现电源的供应和换向。
参考图4和图5，本实施例中，电刷200包括主体及与主体电连接的导线290。电刷200的主体大致呈棱柱状，其具有用于与电机100的换向器104摩擦接触的前端面210，以及与前端面210连接的第一侧面230和第二侧面250，第一侧面230和第二侧面250分别位于电刷200沿换向器旋转方向的相对两侧，且第一侧面230与第二侧面250的连线方向与换向器104(见图2)的转动方向相同或相反。与前端面210相对的另一端面(简称后端面)形成有凸起的安装部225用于固定弹簧，所述弹簧促使电刷200与换向器104保持压力接触。电刷200在靠近后端面的位置连接导线290，导线290的连接位置位于第一侧面230与第二侧面250之间的上侧面，靠近后端面。
前端面210具有第一接触面212b和第二接触面214b，第一接触面212b位于第一凸起部212上，第二接触面214b位于第二接触面214上。第一接触面212、第二接触面214比前端面210的其他区域更早地接触换向器104。第一凸起部212、第二凸起部214分别与第一侧面230、第二侧面250连接，优选地，第一凸起部212与第一侧面230的角部相交的位置、第二凸起部214与第二侧面250相交的位置是最凸的，使得电刷200的前端面210中靠近第一侧面230、第二侧面250的部分能够最先与换向器104接触。如此，电刷200与换向器104的接触是稳定的，降低了电刷200的机械震动；此外，电刷在在初始状态基本以最大的宽度(第一侧面230、第二250的距离)与换向器104接触，延长了换向时间，从而提高电流换向的规律性以及纹波电路的规律性。
本实施例中，第一凸起部212和第二凸起部214分别位于前端面210的一对角线L1的两侧。沿第一对角线L1方向看，所述第一凸起部212和第二凸起部214构成V形构造。第一凸起部212包括靠近第一对角线L1的第一表面212a和远离对角线L1的第一接触面212b。第一接触面212b的面积小于第一表面212a的面积。第一表面212a优选地为斜面，其自对角线L1朝向第一侧面230以及换向器104倾斜延伸。第一接触面212b位于前端面210远离对角线L1的顶角处。第一接触面212b优选地为一斜面，其自第一表面212a朝第一侧面230和换向器104倾斜延伸。第一接触面212b相对垂直于第一侧面230或第二侧面250的截面的倾斜角度小于第一表面212a相对于该截面的倾斜角度，以达到改善电机100噪音的目的。
相似地，第二凸起部214包括靠近第一对角线L1的第二表面214a和远离第一对角线L1的第二接触面214b。所述第二接触面214b的面积小于第二表面214a的面积。第二表面214a优选地为斜面，其自第一对角线L1朝向第二侧面250以及换向器104倾斜延伸。第二接触面214b位于前端面210远离第一对角线L1的顶角处。所述第二接触面214b优选地为一斜面，其自第二表面214a朝第二侧面250和换向器104倾斜延伸。所述第二接触面214b相对垂直于第一侧面230或第二侧面250的截面的倾斜角度小于第二表面214a相对于该截面的倾斜角度，以达到改善电机100噪音的目的。
第一凸起部212的第一接触面212b和第二凸起部214的第二接触面214b沿着换向器104(见图2)的轴线方向上下错开，即，第一凸起部212与第二凸起部214的连线方向与换向器104的转动平面相交，第一凸起部212和第二凸起部214分别位于前端面210的一中线的两侧，该中线为前端面在换向器的旋转方向上的中线。优选地，第一接触面212b与第二接触面214b分别位于前端面210的第二对角线L2的两端。第一凸起部212与第二凸起部214形状相同，如此便可使得第一凸起部212与换向片104的接触面积和第二凸起部214与换向片104的接触面积尽可能相同，使纹波电流更稳定。在本实施例中，第一凸起部212、第二凸起部214的垂直于第一侧面和上侧面的横截面均为三角形或近似三角形，且截面积沿靠近换向器的方向逐渐减小。第一凸起部212和第二凸起部214均为三棱锥或三棱台形，其最靠近换向器104的位置分别位于对角线L2的末端处，即第一接触面212b、214b处，第一凸起部212和第二凸起部214分别形成由该两个对角滑向第一对角线L1的斜坡，从而在所述对角线L1的位置形成向内的凹陷。
第一侧面230与第二侧面250平行，第一凸起部212和第二凸起部214呈中心对称，第一接触面212a与第二接触面214b关于前端面210的中心点对称。沿着远离对角线L1的方向，第一凸起部212的凸起高度逐渐增加，第二凸起部214的突起高度逐渐增加。较佳地，所述第一凸起部212和第二凸起部214相对对角线L1突起高度的变化率相同，如此可以尽可能保证电刷200磨损时第一凸起部212和第二凸起部214与换向器104的接触面积相等。
参考图6和图7，本发明第二实施例提供的电刷400与第一实施例的主要区别在于，第一凸起部212和第二凸起部214分别位于前端面210的中线211的两侧，且沿中线211的延伸方向看，第一凸起部212和第二凸起部214共同构成V形构造。所述中线211基本平行于换向器104的轴向，且位于前端面210沿换向器104周向上的中央。所述第一凸起部212的第一接触面212b相对重直于第一侧面230或第二侧面250的截面的倾斜角度大于第一表面212a相对于该截面的倾斜角度。
本实施例中，第一凸起部212的第一接触面212b、第二凸起部214的第二接触面214b依然相对于换向器104的轴线方向上下错开。优选地，第一凸起部212的第一接触面212b、第二凸起部214的第二接触面214b分别位于电刷400前端面210的两个对角处。电刷400与换向器104接触时，所述第一凸起部212和第二凸起部214的接触面212b、214b形成初始接触面。本实施例中，所述第一接触面212b、214b大致呈梯形。
参考图8和图9，本发明第三实施例提供的电刷500的第一凸起部212和第二凸起部214也位于电刷500的中线的两侧，且共同形成V形构造。本实施例与第二实施例的区别在于，所述第一凸起部212和第二凸起部214的接触面212b、214b为矩形。
图10和图11所示的电刷600与第二实施例的电刷400的主要区别在于，第一接触面212b和第二接触面214b沿电机轴向上的长度更长。在电机工作时，电刷600的第一接触面212b和第二接触面214b分别与换向器形成线接触，图11中Y1和Y2分别示意性地表示第一接触面212b和第二接触面214b的接触线。所述接触线Y1、Y2的长度为电刷600沿电机轴向上的高度的20％至90％之间；在40％至80％之间更佳，如此可使电机工作时具有更小的噪音。本实施例中，第一接触面212b和第二接触面214b的接触线Y1、Y2的长度基本相等，且其长度大约为电刷600沿电机轴向的高度的一半，如此，电刷600与换向器能形成更为稳定的接触，尽可能降低电机噪音。上述实施例中，第一凸起部的第一表面和第二凸起部的第二表面均为斜面，作为可替代方案，所述第一表面和第二表面也可以为平面或弧面。
对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (17)

1.一种电刷，所述电刷具有用于与电机的换向器摩擦接触的前端面(210)以及与所述前端面连接的第一侧面(230)和第二侧面(250)，沿所述换向器的旋转方向上，所述第一侧面(230)与第二侧面(250)分别位于所述电刷的相对两侧，其特征在于，
所述前端面具有第一接触面(212b)和第二接触面(214b)，所述第一接触面(212b)、第二接触面(214b)比所述前端面的其他区域更早地接触所述换向器，且所述第一接触面、第二接触面分别位于所述前端面的两对角位置。
2.如权利要求1所述的电刷，其特征在于，所述电刷的前端面包括第一凸起部和第二凸起部，所述第一接触面和第二接触面分别位于所述第一凸起部和第二凸起部上，所述第一凸起部和第二凸起部共同构成V形构造。
3.如权利要求2所述的电刷，其特征在于，所述第一凸起部与第二凸起部分别位于前端面的第一对角线的两侧，所述第一接触面和第二接触面分别位于前端面的第二对角线的两端。
4.如权利要求3所述的电刷，其特征在于，所述第一凸起部相对垂直于第一侧面或第二侧面的截面的倾斜角度大于所述第一接触面相对该截面的倾斜角度。
5.如权利要求3或4所述的电刷，其特征在于，沿远离所述第一对角线的方向，所述第一凸起部和第二凸起部的凸起高度逐渐增加，且高度增加的变化率基本相等。
6.如权利要求2所述的电刷，其特征在于，所述第一凸起部与第二凸起部分别位于前端面的一中线的两侧，所述中线为平分前端面在换向器的旋转方向上的宽度的中线。
7.如权利要求6所述的电刷，其特征在于，所述第一凸起部相对重直于第一侧面或第二侧面的截面的倾斜角度大于所述第一接触面相对该截面的倾斜角度。
8.如权利要求6或7所述的电刷，其特征在于，沿远离所述中线的方向，所述第一凸起部和第二凸起部的凸起高度逐渐增加，且高度增加的变化率基本相等。
9.如权利要求6所述的电刷，其特征在于，所述第一接触面与第二接触面与电刷初始接触时为线接触，所述接触线的长度为电刷沿电机轴向的高度的20％至90％。
10.如权利要求6所述的电刷，其特征在于，所述第一接触面与第二接触面与电刷初始接触时为线接触，所述接触线的长度为电刷沿电机轴向的高度的40％至80％。
11.如权利要求6所述的电刷，其特征在于，所述第一接触面与第二接触面与电刷初始接触时为线接触，所述接触线的长度为电刷沿电机轴向的高度的50％。
12.如权利要求1所述的电刷，其特征在于，所述第一接触面与所述第二接触面为棱锥状、棱台状或者楔形。
13.如权利要求1所述的电刷，其特征在于，所述第一接触面与所述第二接触面关于所述前端面的中心点对称。
14.如权利要求1所述的电刷，其特征在于，所述第一接触面和第二接触面的横截面积沿着其凸起的方向逐渐缩小。
15.如权利要求2所述的电刷，其特征在于，所述前端面中邻接所述第一凸起部与第一侧面的区域形成第一平面，所述前端面中邻接所述第二凸起部和第二侧面的区域形成第二平面，所述第一平面与第二平面相交或者共面。
16.一种电机，包括定子和可转动地安装到定子的转子；所述转子包括转轴、固定到转轴的换向器和转子铁芯、以及绕制到转子铁芯并与所述换向器的换向片电连接的转子绕组；其特征在于，所述定子包括如权利要求1至15任意一项所述的电刷。
17.一种电机驱动装置，包括电机和安装到电机的齿轮箱，所述电机的输出轴安装有蜗杆，所述齿轮箱内安装有蜗轮与所述蜗杆啮合，所述电机包括定子和可转动地安装到定子的转子；所述转子包括转轴、固定到转轴的换向器和转子铁芯、以及绕制到转子铁芯并与所述换向器的换向片电连接的转子绕组；其特征在于，所述定子包括如权利要求1至15任意一项所述的电刷。
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