CN1127951A - 带有新月型电刷的直流电机 - Google Patents

Abstract

一种单速、两极永磁电机(10)，具有带新月型电刷(68)的紧凑电刷片组件(56)，安装在由形成转子(38)的许多环形叠片(48)所构成的容积内，使该电机的高度“X”比标准电机小很多。此外，还介绍了二速、四极永磁电机(100)，它具有比标准二速电机小很多的高度。在每种电机中，都有电连接于电源线的扼流圈(64)，并且横跨每条电源线为一电容(146)，用于抑止无线电频率的干扰。

Description

带有新月型电刷的直流电机

本发明涉及一种直流电机，特别是带有新月型电刷的一和二速四极永磁电机的电刷片。

最普通的直流(d.c)电机的电刷型式是竖直型电刷，这些例子发现于一些美国专利中。例如专利号为5006747，名称为″电动发电机电刷的装配和安装方法″以及专利号为4596941，名称为″电动机″等，用图解说明了附着在弹簧杆上的电刷，弹性地安装在电机端壁上，这仍是一种竖直型电刷。

另一种电刷型式叫做锤击电刷。在美国专利4638204，名称为″用于整流子电动机的锤击电刷夹持器组件″中有所说明。该专利由西门子(Siemens)Aktiengesell schaft出版在1987，1，20。此电刷安装于电刷夹持器中。该夹持器带着与整流子相接触的电刷在驱轴上转动。电刷随着可拆卸式电刷夹持器的转动弧型而弯曲。

本电机的一个根本优点，是减少了电机总高度和总宽度，在应用中，电机的长度或宽度是一有利条件。

本发明的另一优点是在电机整个使用寿命中，保持电刷在整流子上的压力。

本电机的再一个优点是提供了二速四级电机，在其中，电刷实质上包含在电枢的叠片中。

它还有另一优点是提供了一弯曲的或是新月型的电刷。并在整个电刷的寿命期间，保持电刷的压力不变。

这些和其它的优点在下面详细说明中将会更加明显。

一直流永磁型电机，在其一端带有机壳开口，在其另一支承轴承件的封闭端带有一置于中心的孔。该电机的端盖适用于封闭该机壳的开口。设置在该端盖中心的为一轴承机构，以便用于与机壳封闭端的轴承件相对准。一弹簧装置确定并保持该轴承机构于端盖内，电枢装置包括一可转动安装在一端的轴承机构之中的电枢轴，并且在机壳中的轴承件从中间联接着轴的两端，整流子装在电枢轴上，而电枢包括着若干电枢线圈。

电刷片装置固定在端盖之内，并且安装得使诸电刷与整流子相接触，该电刷片装置至少具有每个都有一电刷的径向相对的一对电刷机构。该电刷片装置包括一非导电基底件，它带有一比整流子直径大的中心孔。该基底件在其外周边之内支承着至少一对电刷机构。该电刷机构带有一用来保持和引导弧形电刷的弧形电刷管。利用安装在基底件上的扭转弹簧将每个电刷都装得与整流子相接触，用来在向着整流子弧形方向上倾斜每一电刷。

在第二实施例中，说明了一个二速四极电机，其中电刷片包括在环形电枢的周边内用于每一速度的若干电刷，因此，这一电机也减小了高度或宽度。

在附图中：

图1是一个两极，单速的永磁电机最佳实施例的平面图；

图2是图1中的沿2-2线剖开的断面图；

图3是图1电机的电刷片组件平面图；

图4是图1电机中电枢组件的断面图；

图5是图4中沿5-5线截开的电枢腹板平面图；

图6是电刷平面图；

图7是图6中沿7-7线的截面图；

图8是图9中按箭头8方向的电刷管的正视图；

图9是电刷管局部剖视平面图；

图10是一剖面图，类似于图2四级、二速的永磁电机的另一实施例的视图；

图11是图10电机的低速刷片组件平面图；

图12是图10电机的高速刷片组件平面图；

图13是图10电机的公共刷片组件平面图；

图14是图1电机的控制电路示意图；

图15是图14电机的实际控制台；

图16是图10所示电机的控制的现有技术线路图；

图17是用于图16电机线路控制的现有技术控制台。

参考附图，图1中用参考字母表示了一单速二级永磁电机10的平面图。电机罩12实际上是管状型的，一端为封闭式。正如所展示的，电机罩12端部上设有若干个孔口14，其用途是供电机罩内部的空气流入和流出。图示的三个安装支座16连接着或是由电机10的端盖18形成。

参阅图2，这里描绘了图1直流电机10的一个断面，其一端上有罩12的开口，并在闭合端的中央位置处设有孔口20，如图所示。孔口包含在电机壳12的凹陷处，由此利用机壳12端部形成了需在内部的平面21。支撑在孔口20内的轴承件22，图中示出为一球轴承。并且弹簧件24将轴承件22固定在合适的位置内，沿机壳12内侧装有若干块永磁铁26，用于供给电机10磁通量。

在最佳实例中，在机壳12敝开端封闭机盖12的端盖18有若干个安装支座16与之相连或由其形成，其作用为用来支撑电机。端盖18装有轴承件28，如所描绘的为一由轴承材料所形成的整体轴承。它实际上被安置于中央，并且在机壳12封闭端处的孔20中与轴承件22相对准。用于定位和保持轴承28的弹簧30支撑在端盖18内，并且实际上被定位在端盖的壁中。

如图4所描绘的，电枢装置32包括电枢轴34，整流子36和电枢38，装置32用轴承件22和轴承机构28支撑着加以旋转。安装在电枢轴34上并在两轴承之间的是带有若干整流子棒40的整流子36，每个棒40都带有钩形物42，整流子36上的每一条棒与电枢38中的绕组44相连接。与传统的钩形物相比，钩形物42所绘出的反方向形式能够更加压缩图2中的电机宽度或高度″X″。

安装在电枢轴上的还有腹板46(如图4所示)，它支撑着电枢38的叠片48。诸叠片48为环形，并且在腹板件两侧用相等数目的叠片安装在腹板件46的两平表面49-50上，用来平衡该电枢(见图4)。如果叠片数不相等，可以叠片短的一叠上附加一平衡配重(未示出)，以便平衡。如图5所示，腹板件46有若干从轮体54延伸出来的径向延伸的狭槽52，以允许自整流子36的钩形件42通过其中延展。

电刷片机构56(如图3所示)装在端盖18之内，并至少有一对装在非导电的基底件60上的完全相反的电刷件58。如所示的那样，有两对电刷件装在电刷片机构56上，基底件60带有直径比整流子60的直径大的中心孔62，从而允许整流子在其中延伸。在该较佳实施例中，基底件60的形状大致是圆形的，并支撑基底件周边或外圆内侧的该对电刷件58。如图3所示，电刷片机构56另外还包括电连接的扼流圈件64。用于减少电磁干扰。

表示在图8-9中的电刷件58包括一弧形的电刷管66，它有如图6-7中所示的支撑于其中的新月型或弧形的电刷68。电刷片机构56被定位，致使诸电刷68与整流子相接触。弧形电刷管66夹持并引导新月型电刷68保持与整流子36相接触。这一点表示在图3之中。装在基底件60上的是一扭曲弹簧70，用来在向着整流子36的弧形方向上偏转每个所说的电刷68。扭曲弹簧被定位在支撑柱72上，支撑柱72最贴近电刷68的弧中心。按这种方式，由于电刷68磨损，在电刷磨损期间，扭曲弹簧70将施加同样的压力于该电刷。

如图4所示，整流子36靠着腹板54安装并大致在由环形电枢38所形成的圆筒之内。这种做法使电机10的高度(X)得以减小。装在端盖18中的电刷片机构56落入并基本上包含在由电枢38的环状叠片所形成的内容积中。如图2中所示。可将整流子成型以提供一用于在端盖18中的轴承装置的凹处74，以便于轴承装置进一步延伸入电机10，从而减小电机高度X。

参照图14和15，分别为本发明的两极、单速电机的电路图和真值表。这一电路图和真值表是众所周知的。

参照图10，其中表示出-四极二速电机100。基本的四极、二速电机描述在4910790号美国专利中。在这一实施例中的电刷片机构102表示在图11-14中。

二速，直流电机100包括第一和第二整流子104、106安装在电枢轴108上，第二整流子106包在第一整流子104之上并与之缘绝。该二整流子安装在电枢轴108上的轴承装置110和轴承件112之间处。如图所示，电枢装置114包括若干安装在带有中心轮体120的腹板件上的环状叠片116，该中心轮体120用于安装在电枢轴108上的第一整流子104与轴承件112之间处。腹板件118表示为若干个平板件，每个平板件有若干从轴体120径向延伸的狭槽，通过它钩形装置122从每一整流子104、106延伸。

安装到图10电机100的端盖124上的为带有第一、第二和第三基本件132、134、136的电刷片机构102。第一基片件132与图4和图11所表示的相类似。当四极二速电机在低速工作时，第一基片件132，为电活性的，而在高速下，第三基片件134为电活性的。

第一基片件132表示在图11中，在第一基片件132中的第一孔138的直径大于第一整流子104的直径。第一基片件支撑在第一基片件外圈边之内的两对电刷机构58。图示为在基片件132上的两对电刷机构58。电刷机构58具有弧形电刷管66，用它来夹持和引导弧形或新月型电刷68，并且对第一基片件132，一扭曲弹簧安装在弹簧轴72上，用于在弧形方向上向着第一整流子104倾斜每个电刷68。第一基片件支撑着扼流圈件64。

图13中表示第三基片件136。在第三基片件136中的第一孔138的直径大于第一整流子104的直径。第二基片件134是负电的，普通的或接地的电元件，并接受公共的电连接。安装在第二基片件上的是扼流圈件64。

图12中表示了第二基片件134。在第二基片件134中的孔140直径大于第二整流子106的直径。该第三基片件支撑在第三基片件外周边之内的两对电刷机构58，电刷机构58具有用于夹持和引导弧形或新月形电刷68的弧形电刷管66，以及对第三基片件134安装在弹簧轴72上的扭曲弹簧70，用于在弧形方向上向着第二整流子106倾斜每个电刷68，安装在第三基片件上的是扼流圈64。

电刷片机构102在第一和第三基片件132和134之间已放置第二或负的电刷片136。三个电刷片一起形成叠片电刷片机构102。这一点表示在图10中。

由于这一电机具有两个整流子104、106，整流子的轴向长度比表示在图2中的电机10长。因此，腹板118没有相同数目的叠片116固定到该腹板的每个面上。腹板118的该侧带有较大的叠片层116，使电刷片机构102要加以定位，致使电刷件58(它安放在第二整流子106上)，由环形转子叠片116形成在该容积之中。

如在，790专利中所述的，电枢绕组的两层128和130通过叠片116加以缠绕。绕组的内层128连接着第二整流子106，用于高速操作，而绕组的外层130连接到第一整流子104，用于低速操作。

参照图16，该二速电机100可由一对控制开关142、144加以控制，开关142和144是不相容的，在其中，如果一为关则另一必为开。这一点表示在图17的真值表中。实际上两开关142、144可在同时打开，但不可在同时关闭或工作。供给两开关142、144的电源可为全电压电源。第一开关142的常规开接触通过扼流圈64被连接到低速或第一整流子104的一对电刷上。在第一电刷片132上的第二对电刷被接到第二电刷片136上。第二开关144的常规开接触通过扼流圈64被连接到高速工件上的或第二整流子106的第三电刷片140上的一对电刷。第二对电刷连接到第三基片件136上。地线则连接到该第三基片件136上。因此为了在第二或低速下操作电机，则两绕组相串联，通过每个绕组的电压降正比于绕组的电阻。当电机在第一或高速下运行时，通过第二开关144和扼流圈64将电源连接到第二整流子的诸电刷和高速绕组上，所连接的跨接每条电源线的是第一和第二滤波电容146，它与三个扼流圈相配合工作，以抑止无线电频率的干扰。

Claims (14)

1.一种直流电机，在其一端有一机壳开口并有一孔中心设置于封闭端之内，该孔支撑一轴承件；

一永久磁场；

一端盖适用于封闭在机壳开口端的机壳；

中心设置在端盖中的轴承装置用来与机壳中心孔相对准；

用于将端盖中的轴承装置定位并保持的弹簧装置；

电枢装置包括一电枢轴，一整流子，以及一电枢，电枢轴可转动地装入在一端的轴承装置中，而且轴承件在机壳中的轴的两端中间处；

电刷片装置，安装着至少一对径向相对的电刷装置(每一个都有一电刷)，该电刷片装置装入端盖并加以定位，以使诸电刷与整流子相接触；

其特征在于，所说的电刷片装置包括一非导电的基底件，该基底件带有直径比整流子直径大的中心孔，基底件在其外周边之内支撑着至少一对电刷装置，并且所说的电刷装置有一弧形电刷管，用来夹持和引导新月型的电刷，以及一装到所说基底上的扭曲弹簧在弧形方向上向着整流子倾斜所说的每一个电刷。

2.按照权利要求1所述的直充电机，其特征在于所说的电枢包括若干装在腹板件上的环状叠片，该腹板有用来将电枢轴装到轴承装置和轴承件之间处的中心轮体。

3.按照权利要求2所述的直流电机，其特征在于所说的腹板件具有若干从所说的轮体径向延伸的狭槽。

4.按照权利要求3所述的直流电机，其特征在于所说的叠片安装在所说腹板件的两平表面上。

5.按照权利要求3所述的直流电机，其特征在于所说的狭槽数目等于整流子中心棒的数目。

6.按照权利要求3所述的直流电机，其特征在于整流子靠近所说的轮体加以安装，并基本上在环形电枢所形成的圆筒之内。

7.按照权利要求6所述的直流电机，其特征在于所说的电刷片装置安装到端盖上，并且所说的至少一对径向相对着的电刷件基本上包含在所说的环形电枢之内。

8.按照权利要求1所述的直流电机，其特征在于所说的电刷片装置还包括用于减小电磁干挠而电耦合到所说的电刷上的扼流圈装置。

9.按照权利要求1所述的直流电机，其特征在于，还包括一安装在电枢轴上的第二个整流子，所说的第二个整流子在第一个整流子之外缘并与之绝缘。

10.按照权利要求9所述的直流电机，还包括一第二电刷片装置，其特征在于所说的第二电刷片装置包括第一、第二和第三非导电基片件，第一和第三基片件带有直径大于第一整流子直径的中心孔，并且第二基片件带有直径大于第二整流子直径的中心孔，每个基片件在所述基片件外周边之内支撑着至少一对电刷件。

11.按照权利要求10所述的直流电机，其特征在于所说的每个第一和第二基片包括一用于保持和引导每个新月型电刷的弧形电刷管，并且一扭曲弹簧安装到所说的每个基片上，该弹簧将所说的每个基片按弧形方向分别朝着第一和第二整流子倾斜。

12.按照权利要求9所说的直流电机，其特征在于所说的电枢包括若干安装在腹板件上的环形叠片，该腹板件带有一用于安装到电枢轴的第一整流子和轴承件之间处的中心轮体，所述腹板件具有若干从所说的轮体径向延伸、用以容纳来自各所述第一和第二整流子的所述钩形件的狭槽。

13.一种用于带有基片件的电机的电刷片，其特征在于至少一个电刷管安装在所说的基片件上，一弹簧柱安装到所说的基片件上，一新月型电刷放置于所说的电刷管内，并且一扭曲弹簧装置安装到用于在第一方向上倾斜所说新月型电刷的所说的弹簧柱上。

14.按照权利要求13所述的电刷片，其特征在于还包括用于减小电磁干扰的与所说的每个电刷电连接的扼流圈装置。

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