CN201742278U - 一种直流换向器式双凸极磁阻电机 - Google Patents

Abstract

一种直流换向器式双凸极磁阻电机，由电机本体和换向器以及电刷装置构成；换向器不随转轴旋转而电刷随转轴旋转；与绕组相连的换向片的个数是定子凸极和转子凸极个数的最小公倍数，电刷的个数最多等于转子凸极的个数；换向片连接绕组的顺序与绕组在定子凸极上的分布顺序是相反的；可以借助改变换向器绕转轴的周向位置的方式，实现调速、刹车和反转操作；可以借助改变电刷前后缘夹角的方式改变电机的输出功率和机电效率；这种电机的操控方式与开关磁阻电机相同，且大大地消除了开关磁阻电机所特有的振动和噪声。

Description

一种直流换向器式双凸极磁阻电机 

技术领域本实用新型涉及一种采用换向器和电刷进行驱动的直流双凸极磁阻电机. 

背景技术普通直流有刷电机以换向器和电刷进行换向这是公知的技术。这种电机采用的是固定不动的电刷与旋转的换向器相接触，将电能以随转动切换的方式导入不同的转子绕组，完成转子磁极极性的交换，驱动转子转动。 

但是这种换向器和电刷的工作方式有较多的缺陷： 

●受换向器结构强度的限制电机转速不能过高； 

●换向器和电刷之间存在换向火花，导致电磁干扰和寿命较短； 

●换向器需要定期维护，而且维护工作十分繁琐； 

●电机效率不高。 

开关磁阻电机的绕组位于定子上，而其转子完全是铁芯。这种电机是在计算机程序控制下完成定子绕组对电机转子的驱动的，因此必须首先依靠转子位置传感器获取转子的实时位置信息。这种电机历来以无换向器磨损、效率高、结构简单为技术优势，但仍然具有自身缺点： 

●电机的噪声和转动力矩的波动较大； 

●电子控制器的开发成本高； 

●转子位置传感器复杂易导致故障。 

2002年3月8日中国专利1(专利申请号02114949.6)提出一种采用单刷换向的空心杯电机。然而该申请并没有提出与单刷相匹配的换向器构造。 

2007年8月3日中国专利3(专利申请号200710143834.8)提出了将单刷换向器用于磁阻电机和直流永磁转子电机。但该申请不像传统的开关磁阻电机那样，以开通角和关断角来控制绕组电流的通断。 

发明内容本实用新型提出一种采用传统的电刷和换向器技术进行换向的直流双凸极磁阻电机。这种电机由现行的开关磁阻电机的电机本体和传统的换向器装置与电刷装置构成，但不含转子位置传感器。这种电机由电机定子装置、转子装置、换向器装置、电刷装置和电机外壳构成，其中绕组分布在具有凸极的定子铁芯磁极上，转子由具有凸极的硅钢片叠制而成，两个轴承分别嵌在前端盖和后端盖的轴承室中，转轴穿过两个轴承。换向器装置不随转轴旋转而电 刷装置随转轴旋转。换向器装置上连接绕组的换向片的个数等于定转子凸极的最小公倍数。可以借助调整换向器的周向位置的方式，对该电机进行调速、刹车和反转，可以通过调整电刷前后缘夹角的方式调整电机的输出功率和效率，也可以将自动调整机构安装在电机中，以便根据应用需要，实时调整电机工作状态。 

更为确切地说，本实用新型提出一种直流换向器式双凸极磁阻电机，电机由电机定子装置、转子装置、换向器装置、电刷装置和电机外壳构成，其中绕组分布在具有凸极的定子铁芯磁极上，转子由具有凸极的硅钢片叠制而成，两个轴承分别嵌在前端盖和后端盖的轴承室中，转轴穿过两个轴承，换向器采用平面型换向器，其换向片与定子绕组相连，并且换向器装置不随转轴旋动，而电刷装置随转子旋转。 

与绕组相接的换向片的个数等于电机定子凸极和转子凸极个数的最小公倍数。不同绕组在定子凸极上的分布顺序，与它们在换向器上与换向片的连接顺序是相反的。 

所有电刷只与电源的同一个电极相连，电刷数量最多可等于转子凸极的数量。换向器上与绕组相连的换向片之间可以设置与电源负极相连的换向片。 

这种直流换向器式双凸极磁阻电机，采用线控或电控的方式，改变换向器与定子凸极相对位置，对电机进行调速、刹车和反转操作。如果采用线控方式，则在换向器上固定了一个滑轮和钢索，以使采用手把调整换向器的周向位置，在换向器上还设置了一个拉簧，以使当钢索拉力减小时，拉簧将换向器拉回初始位置；如果采用电控方式，则蜗杆驱动电机驱动蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮与换向器固定，蜗杆驱动电机以正反转带动换向器双向转动。 

电刷装置由固定电刷和活动电刷组成，与之相配的是固定刷握和活动刷握，电刷与刷握随转轴旋转，活动刷握相对固定刷握发生周向位移，使活动电刷的前缘相对于固定电刷的前缘从重合位置发生错位，使活动电刷的前缘至固定电刷的后缘之间的角程发生变化。电刷装置不但包括固定电刷和活动电刷、固定刷握和活动刷握，还包括轴向调整块和限位块，限位块既在固定刷握或转轴的 牵制下与固定刷握和转轴同步旋转，也在轴向调整块的牵制下沿轴向运动；当限位块在轴向静止时，其牵制活动刷握与固定刷握同步旋转；当轴向调整块沿轴向往复运动，其带动限位块沿轴向往复运动，导致旋转中的活动刷握相对固定刷握发生周向往复位移，使活动刷握中的活动电刷与固定刷握中的固定电刷发生周向往复位移。 

这种电机具有特殊的技术优势。对于永磁直流有刷电机来说： 

●续流二极管的使用消除了换向器和电刷之间的电火花，回收了绕组的无功功率能量，使电机效率更高，并使换向器和电刷的磨损都有所降低，寿命更长； 

●电刷数量最多可与转子凸极的数量相同，因此，有利于减小换向器尺寸，或者降低电刷电流密度； 

●换向器位于电机本体外侧，即使需要对换向器进行维护也无需拆解电机本体，且没有对绕组的碳粉污染； 

●固定的换向器可以降低其结构强度要求，简单牢固的电刷装置适于更高速的旋转； 

●结构和生产工艺简单，成本更低。 

对于开关磁阻电机来说： 

●换向器和电刷特有的随动驱动方式，大大地消除了开关磁阻电机不可避免的噪声和转动力矩脉动； 

●电机换向器和电刷可以替代转子位置传感器和昂贵的电子控制器，使电机系统的整体成本在当前水平上大幅降低； 

●通过旋转换向器，可以改变绕组的通断时刻，这相当于在开关磁阻电机上调整开通角θon或关断角θoff，实现调速、反转和刹车的操作； 

●通过更换电刷和刷握，可以实现调整电刷的前后缘之间的夹角或距离，这相当于在开关磁阻电机上调整相绕组的相导通角θon-θoff； 

●通过调整固定电刷和动电刷的位置，可以实时动态地，调整θon-θoff。 

综上所述，这种电机完全具备开关磁阻电机的控制方式，在不考虑电刷磨损的前提下，几乎可以完全替代目前还很昂贵的开关磁阻电机。另外，这种电机还具备了普通直流有刷电机调速方便的优点，既可以使用普通的斩波调压电路调速，也可以采用旋转换向器和调整电刷前后缘夹角的方式调速。因此，这种电机既集成了开关磁阻电机和普通直流有刷电机的优点，也同时尽可能避免了两者的缺点，具有可以转速更高、成本更低和操作更多样化的优势，并且大大降低了故障率和故障处置成本。 

虽然将转动的换向器与固定不动的电刷进行位置互换，形成固定不动的换向器和转动电刷的方案并非常人不可想象，但本方案给出了具体的实施方案，并且由此带来了巨大的技术优势和实际应用价值。本实用新型使这种电机具有崭新的性能和控制特性，也为超大容量直流电机技术提供了一种技术途径。 

附图说明

图1a是一种本实用新型实施例中采用的6-4极直流换向器式双凸极磁阻电机本体示意图； 

图1b是该6-4极直流换向器式双凸极磁阻电机的一种换向器构造示意图； 

图1c是该6-4极直流换向器式双凸极磁阻电机的另一种换向器构造示意图； 

图2是本实用新型第一优选实施例的换向器和电刷装置的示意图； 

图3a是本实用新型第二优选实施例换向器装置和电刷装置线控方案示意图； 

图3b是该实施例的线控变位换向器在初始位置时，换向器和电刷的位置关系示意图； 

图3c是该实施例的换向器在变位后，换向器和电刷的位置关系示意图； 

图3d是电机空载时正反转速度与换向器位置的关系示意图。 

图4a是本实用新型第三优选实施例，即电控变位换向器装置和电刷装置示意图； 

图4b是本实用新型第三优选实施例，即手调变位换向器装置和电刷装置示意图； 

图5是本实用新型第四优选实施例，即可调电刷前后缘刷角的电刷装置示意图； 

图6是本实用新型第五优选实施例，即可实时调节电刷前后缘夹角的电刷装置示意图； 

图7是本实用新型第六优选实施例，即另一种可实时调节电刷前后缘夹角的电刷装置的示意图； 

图8a是本实用新型第七优选实施例调节电刷前后缘夹角的原理示意图； 

图8b是本实用新型第七优选实施例的一种电刷装置的实例示意图。 

图中，1.电机定子装置；10.电机本体；11.定子铁芯；12.定子绕组；12A.定子相绕组A；12B.定子相绕组B；12C.定子相绕组C；2.电机转子装置；21.转子铁芯；22.转轴；221.转轴尾伸部；23.轴承；3.换向器；31.换向片；31A.绕组A的换向片；31B.绕组B的换向片；31C.绕组C的换向片；32.电源换向片；33.负极集电环；4.电刷；41.电刷压簧；42.滑轮；421.滑轮拉簧；422.滑轮钢索；423.手把；43.蜗轮；431.蜗杆；432.蜗杆驱动电机；44.刷握；441.固定刷握；442.固定电刷；443.活动刷握；444.活动电刷；445.刷握压簧；446.刷握调整螺钉；45.刷握盖板；451.固定刷握盖板；452.活动刷握盖板；453.刷握盖板固定螺钉；454.限位凸起；455.刷握复位弹簧；46.限位块；460.调整叉；461.螺旋凸齿；462.螺旋凹槽；463.盘槽；47.轴向调整块；48.连杆；481.连杆座；482.联动座；49.限位块钢索座；491.刷握钢索座；492.钢索导向座；493.钢索；5.电机外壳；51.电机前端盖；52.电机后端盖；53.换向室端盖；54.紧固螺栓。 

具体实施方式

图1是直流换向器式双凸极磁阻电机技术的第一优选实施例。该实施例是以6-4极直流双凸极电机为基础，后续实施例的说明皆以该电机为例。但这并不表示下述实施例技术仅限于该6-4极的双凸极电机。 

电机本体10由电机定子装置1、转子装置2、换向器3、电刷4和电机外壳5构成。其中定子装置1上设有三相绕组12A、12B和12C，分布在定子铁芯11上；两个轴承23分别嵌在前端盖51和后端盖52的轴承室中；转轴22穿过两个轴承23，将转子铁芯21与定子铁芯11在轴向上对正；转轴尾伸部221的尾端穿过平面型换向器3的中心孔至其换向片31一侧，换向器3和电刷4位于后端盖52与换向室端盖53之间的换向室内。四个紧固螺栓54将定子装置1、电机外壳5连接在一起，并使其内部的各个部件定位于良好的工作状态。 

本实用新型所采用的换向器，其特征是换向器上连接绕组的换向片31的数量是定子凸极和转子凸极数的最小公倍数，且在连接绕组的换向片31之间，设有直接与电源一个电极相连的换向片。通常这个换向片是与电源负极相连的负极换向片32。 

在本实施例中，上述最小公倍数为12。在本实施例的换向器3上，有12片换向片31连接绕组，另12片换向片连接电源，且在每两个绕组换向片31之间设置一个连接电源的换向片32。因此本实施例的换向器3的总片数是24，并且换向片32连接的电源极性是电源负极。 

绕组的一端接换向片31和续流二极管的正极，绕组的另一端接电源正极。24片换向片31按以下规则接线： 

序号      换向片名称              连接 

1         绕组A的换向片31A        绕组A 

2         电源换向片32            电源负极 

3         绕组B的换向片31B        绕组B 

4         电源换向片32            电源负极 

5         绕组C的换向片31C        绕组C 

6         电源换向片32            电源负极 

… 

23        绕组C的换向片31C        绕组C 

24        电源换向片32            电源负极 

如果换向器上的换向片的序号A、B、C是按照逆时针顺序设置的，则定子上的绕组序号A、B、C必须按照顺时针方向设置。由此可以导出本实用新型电机的一个技术特征：不同绕组在定子凸极上的分布顺序，与它们在换向器上与换向片的连接顺序是相反的。 

图1b示意了这种24片平面向器的形式和接线顺序。图1c则示意了另一种平面换向器的形式，该换向器只有连接绕组的换向片31而没有直接连接电源负极的换向片32，取而代之的是负极集电环33。与负极集电环33相配的是负极 集电环电刷。 

图2示意了装配在图1电机中的换向器和电刷装置的构造示例。刷握44限制在转轴上而仅有轴向自由度，刷握盖板45安置在刷握44的轴向外侧，并由刷握盖板固定螺钉453固定在转轴尾伸部分221的端部；刷握盖板45为刷握44中的电刷压簧41和刷握压簧47提供了支撑面，刷握压簧47则使刷握44以轻微的压力附着在换向器3的表面，这样可以避免电刷在接触摩擦阻力的作用下歪斜，为电刷正确地工作提供支持。刷握44完全覆盖换向器3的表面将有利于换向器3的防尘，避免恶化电刷4与换向器3的接触条件。 

本实用新型的技术特征还在于：所有电刷只与电源的同一个电极相连，且电刷的数量不再是普通直流电机的一对，而是最多可等于转子凸极的数量。由于第一优选实施例的转子有四个凸极，因此本实施例最多允许安装四个电刷。刷握44上可以按90°均布四个相同的电刷4，这将大大降低换向器的尺寸，或减小电刷的电流密度，降低电刷温度，这有利于减少换向器和电刷的故障。 

本实用新型的第一优选实施例采用了只设置了两个呈180°分布的电刷位，使用两个相同的电刷与换向器接触。这样做的目的是为了减小电刷产生的摩擦阻力和加强换向器的散热。但无论如何，电刷和刷握呈质量分布平衡的对称态分布。 

本实用新型的第一优选实施例是本实用新型技术方案的一种简单形式。这种形式是换向器固定不动，电刷的前缘与后缘的夹角φ是固定数值。电机出厂前可以通过确定换向器的周向位置和选择前后缘夹角φ适当的电刷装配于电机之上，以期以预制的方式，使电机的输出满足预期的需求。但无论在设计上怎样设置换向片的前后缘夹角φ或改变其大小，均不得出现如下情形： 

电刷可能处于两个绕组换向片31之间的区域上而不与任一绕组换向片31接触。 

为避免上述现象发生，电刷的前后缘夹角φ应满足以下关系式： 

φ＝(定子凸极夹角+转子凸极夹角)×0.5-绕组换向片31前后缘夹角 

该关系式对本实用新型所有技术方案的平面型或圆柱形换向器都适用。 

图3是本实用新型的第二优选实施例方案，该实施例是一种线控调速、刹 车和反转方案。在图3a中，该方案在换向器3上固定了一个钢索滑轮42和滑轮钢索422，以便采用手把423调整换向器3的周向位置，改变其与定子凸极相对位置。除此而外，在换向器上还设置了一个滑轮拉簧421，以便当滑轮钢索422拉力减小时，滑轮拉簧421可以将换向器3拉回初始位置。 

本实用新型实施例采用线控的方式，可以采用旋转换向器，改变其与定子凸极相对位置的方式，进行调速、刹车和反转，其特征在于：使换向器相对于定子凸极绕转轴旋转，以便改变其周向位置。 

图3b是钢索在初始位置上。假设该位置对应电机的最大转速点。当操作人员完全握下手把时，换向器3完成变位操作，换向器3逆指针转动到图3c的位置。此时电机处于高效刹车状态。而在两个位置之间，随着手把行程的增大，转速逐渐降低，电机呈无级调速状态。 

如果在初始位置上将换向器以刹车过程相反方向转动，电机将在转速略微减小之后迅速完成反转。反转之后的转速将比反转之前的转速低。 

图3d是电机空载时正反转速n与换向器位置S的关系示意图。如果换向器发生周向位置变化后，某通电绕组对应的定子凸极处于两个相邻转子凸极之间的正中位置，则是电机转速即将发生转速换向的时刻。如果将位于该定子凸极当前转动方向侧的转子凸极称之为前向转子凸极，而将位于该定子凸极转动方向相反的转子凸极称之为后向转子凸极，那么若电机维持原转动方向不变，则绕组通电的定子凸极将对后向转子凸极保持更大的吸引力。因此，如果当换向器位置接近转速发生换向的位置时，继续转动换向器将使绕组通电的定子凸极，对前向转子凸极的吸引力大于对后向转子凸极的吸引力，此时就会发生转向突变。 

转向突变后，转速值n较小，且可能伴有电机振动。此时如果反向转动换向器，转速会在换向后的转速方向上逐渐增大，并随换向器变位的加大而逐渐达到最大值，接着将再次进行转速换向。如果转速换向后换向器的变位在原方向上持续下去，电机的转速将继续下降，振动幅度增加，之后电机将进入滞转状态，然后电机转速将出现反向启转，随后转速在反向方向上逐渐增大。 

只有在电机转速较小时，电机才会出现一般开关磁阻电机的振动和噪声。 这是绕组续流对转动的影响所致，即转速较低时，导通时间相对较长，绕组电流过大导致的续流时间过长的结果。 

对于8-6极的直流换向器式双凸极磁阻电机，改变换向器的周向位置也同样可以使电机产生无级调速、刹车和反转的效果。 

开关磁阻电机的转速换向必须将电机转速降为零，然后再调换参数，将控制对象从当前的转子凸极转到相邻的另一个转子凸极，再开始电机的启动过程。而换向器式双凸极磁阻电机可以迅速地完成电机换向。电机负载越大，发生换向的转速越低，换向后的转速也就越高。 

图4是本实用新型的第三优选实施例方案。该方案在调整换向器位置的技术上采用了电动蜗轮蜗杆的电控方案。 

在图4a中，蜗杆驱动电机432驱动蜗杆431带动蜗轮43转动，蜗轮43仍然与换向器3固定。当蜗杆驱动电机432以正反转带动换向器3双向转动时，就可以实现电机的无级调速、刹车和反转操作。 

蜗杆驱动电机432可以采用位置伺服电机，以便达到与开关磁阻电机类似的计算机程序控制效果。 

图4a中的蜗杆431也可以采用改锥以人力调整，如图4b。这样就可以很方便地替代图2中所示结构的出厂设置程序，可以在工作现场随时根据需要设置换向器3的周向位置。 

本实用新型第一、二、三优选实施例是在固定导通角的前提下，通过调整ton来调整电机输出特性的技术特例。在本实施例及后续的实施例中将描述怎样实时调整导通角。 

图5是本实用新型的第四种优选实施例。该实施例除了采用换向器3周向变位的技术方案，还采用了可以调整电刷前后缘夹角的刷握技术。 

在图5中，电刷4由固定电刷442和活动电刷444组成，与之相配的是固定刷握441和活动刷握443。电刷442和444与刷握441和443随转轴旋转，固定电刷442和活动电刷444都有各自的电刷压簧41，固定刷握盖板451被刷握盖板固定螺钉453固定在转轴端部，限位凸起454压住活动刷握盖板452，使之与固定刷握盖板保持轴向位置，以避免其被电刷压簧41驱动。其特征在于：活 动刷握443相对固定刷握441发生周向位移，使活动电刷444的前缘相对于固定电刷442的前缘从重合位置发生错位，使活动电刷444的前缘至固定电刷442的后缘之间的角程发生变化，这最终将导致与换向器连接的所有绕组，其导通时间都以相同的幅度改变。 

本实施例中在活动刷握443和固定刷握441之间有刷握调整螺钉446，调整螺钉446可使活动刷握443相对于固定刷握441绕转轴发生周向位移，并带动原先处于前后缘分别重合的活动电刷444和固定电刷442发生周向位移，使由固定电刷442和活动电刷444组成的电刷4相对于每个换向片31的实际导通时间增大。这实际就是增大了电刷的前后缘夹角，也就使电机在转动时的驱动电流增大，输出功率增加。 

在调整活动电刷前缘位置的同时，可以借助调整换向器的位置，使固定电刷后缘也向前移动，以确保在相绕组电感下降之前断电，并使续流不致延续到电感下降区。 

本实施例中， 

图6是本实用新型的第五种优选实施例。与图5所示的实施例不同的是，该实施例可以在电机转动期间实时调整电刷前后缘的夹角。 

本实施例的电刷装置不但包括固定电刷442和活动电刷444、固定刷握441和活动刷握443，还包括轴向调整块47和限位块46。 

本实施例的技术特征在于：限位块46既在固定刷握441或转轴22的牵制下与固定刷握441和转轴22同步旋转，也在轴向调整块47的牵制下沿轴向运动；当限位块46在轴向静止时，其牵制活动刷握443与固定刷握441同步旋转；当轴向调整块47沿轴向往复运动，其带动限位块46沿轴向往复运动，导致旋转中的活动刷握443相对固定刷握441发生周向往复位移，使活动刷握443中的活动电刷444与固定刷握441中的固定电刷442发生周向往复位移。 

本实施例的技术实施方案是：固定电刷442、固定刷握441、活动电刷444和活动刷握443与图五中的相似。固定刷握441位于呈环状的活动刷握443的环内部位。在二者的径向界面部位固定刷握441一侧，有容纳限位块46上的四个调整叉460的带状空间。 

限位块46向换向器3方向设置有四个调整叉460，调整叉460穿过固定刷握盖板451和活动刷握盖板452伸向固定刷握441和活动刷握443。限位块46调整叉的内缘设有轴向直凸齿，而固定刷握441上有与之相配的轴向直凹槽。由此决定限位块46与固定刷握441同步旋转。 

限位块46调整叉的外缘设有螺旋凸齿461，而活动刷握443内缘上设有与之相配的螺旋凹槽462。该螺旋槽462的螺距较大，以便当限位块46上下移动时，螺旋凸齿461可以推动具有螺旋凹槽462的活动刷握443发生绕转轴的周向往复位移。 

因此本实施例的技术特征还在于：采用轴向直齿槽460和螺旋凸齿461的方式，实现活动刷握443与固定刷握441的同步和错位运动的控制。 

与两个刷握构造相同的还有固定刷握盖板451和活动刷握盖板452的构造。两个刷握441和443与两个刷握盖板451和452的螺旋凹槽相配，使得限位块46在做直线运动时，活动刷握443与活动刷握盖板452的运动是同步的。此外，固定刷握盖板451的外缘具有限制活动刷握盖板452沿轴向远离换向器3的限位凸起454。 

限位块46远离换向器3一端还有一个盘槽463，该盘槽463与轴向调整块47上的圆盘嵌合。该盘槽与圆盘结构实际上就是一个双向止推滑动轴承。另外轴向调整块47的尾伸端截面不为圆形，并以此从换向器室端盖53中央的孔中伸出。该孔的形状与轴向调整块47的尾伸部截面形状相同。因此，轴向调整块47的轴向运动可以传递给限位块46，而限位块46的绕转轴的旋转不会传递给轴向调整块47。 

当轴向调整块47沿轴向往复运动时，带动与转轴同步旋转的限位块46一起沿轴向往复运动。由于调整叉内缘的直槽和外缘螺旋凸齿的作用，活动刷握443与固定刷握441在跟随转轴旋转的同时发生周向往复位移，带动活动电刷444的前缘，产生从与固定电刷442前缘的重合位置向前偏移，和回到初始位置的往复运动，这就使导通角的数值发生增大和恢复初始值的变化，从而调整电机的驱动电流发生增大和恢复原值的变化。 

在本实施例中，既可以采用固定刷握441位于呈环状活动刷握443的环内 部位的方式，也可以采用活动刷握443位于呈环状的固定刷握441的环内部位的方式。并且在同一技术特征下还可以具有其他的技术实施方案。 

本优选实施例的特征还预示着，如果调整叉460不是采用向内凸起的直凸齿，而是与其外缘螺旋凸齿461旋向相同的内缘螺旋凸齿，那么固定刷握441将在调整叉内缘螺旋凸齿的驱动下发生周向运动，从而达到与换向器周向转动相同的效果，以实现绕组开通角与关断角按预定关系联动的技术效果。 

图7是本实用新型第六优选实施例，也是第五优选实施例的另一种技术方案。 

该方案的固定刷握441仍然位于活动刷握443的环内部位。限位块46仍然以四个调整叉460与固定刷握441同步，而4个调整叉460以4组连杆48、连杆座481牵制活动刷握盖板452，活动刷握443以四组联动座482与活动刷握盖板452同步。 

固定刷握盖板451上仍然有限位凸起454，以限制活动刷握443的远离换向器3的轴向运动。 

当轴向调整块47发生远离转子铁芯的运动时，限位块46将连杆48抬起，拉动活动刷握盖板452，并通过联动座482拉动活动刷握443发生周向位移，使固定电刷442和活动电刷444的边缘发生错位，达到改变电刷前后缘有效夹角的效果。 

图8是本实用新型第七优选实施例，也是用于6-4极直流双凸极电机上的另一种实时调整电刷前后缘夹角的技术方案。 

由于本实施例中与一个绕组相连的换向片的个数为四，而电刷个数也是四个。当一个绕组导通时相当于四个换向片同时导通，而导通角θ＝|ton-toff|是由电刷的前后缘夹角决定。 

如图8a所示，当四个电刷处于圆周90°分布时，四个电刷的导通时间θ、ton和toff都是相同的；当电机以顺指针转动时，如果活动刷握443逆顺时针发生角位移δ，则活动电刷444将使换向片相对于固定电刷442提前δ导通，并提前δ关断，而固定电刷442依然按原计划时刻导通和关断。这样换向片31相对于由活动电刷444和固定电刷442组成的电刷4来说，会发生提前δ导通 而按预定时刻关断的效果。这就达到了增大组合电刷前后缘夹角而无需分裂电刷的目的。 

如图8b所示，本实施例的实施技术方案是：电刷装置包括两个刷握44和两个刷握盖板45、一个限位块46以及钢索63。两个刷握441和443、刷握盖板451和452呈剪刀臂状叠装在转轴22上，固定刷握441上装有钢索机构，以牵引与固定刷握441呈剪刀臂状叠置的活动刷握443改变剪刀差角。 

初始状态时两个刷握中线的夹角是90°。当限位块46向上移动时，限位块钢索座49拉动钢索493，并穿过钢索导向座492拉动对面的活动刷握盖板443上的刷握钢索座491，使活动刷握443以减小剪刀角的形式靠近固定刷握441，达到增大两组电刷的实际前缘角的目的。当限位块46向下运动时，刷握复位弹簧455使活动刷握443以增大剪刀角的形式向初始位置靠近，使两组电刷的实际前缘角减小到接近初始值。 

本实用新型的优选换向器采用平面换向器。由于圆柱形换向器的电刷在旋的条件下具有下述几个不利因素，因此本实用新型将圆柱形换向器的应用不作为优选实施例。但本实用新型并不排斥圆柱形换向器在本实用新型中的应用。 

本实用新型的优选换向器采用平面换向器，但本实用新型并不排斥圆柱形换向器在本实用新型中的应用。本实用新型未将圆柱形换向器作为优选实施例是由于下述几个不利因素： 

●因离心力导致旋转的电刷对换向器表面的压力随转速而变化； 

●因离心力的影响使外置式电刷长度受到限制，即使是内圆柱式的换向器，内置式电刷的长度也受换向器内接触面半径的限制； 

●电刷与换向器圆柱面的接触不易保持全弧面接触； 

●圆柱形换向器表面磨损将导致换向器外圆径的减小，将使电刷与换向片的导通关系发生变化。 

本实用新型所针对的电机是6-4极双凸极磁阻电机，但本实用新型所述及的技术方案所提出的换向片分布规律以及换向片的角程取值规则，均可在包括8-6极等其他定转子极对数的双凸极磁阻电机上使用，所不同的是换向器上连接绕组的换向片31的个数不同。 

同样，本实用新型所述及的换向器和电刷的使用都是直接驱动绕组的形式。如果采用本实用新型所述的换向器和电刷装置连接电子功率控制器的驱动端，而使该电子功率控制器的输出端驱动绕组当然也在本实用新型所述技术的范围。 

Claims (8)

1.一种直流换向器式双凸极磁阻电机，电机由电机定子装置、转子装置、换向器装置、电刷装置和电机外壳构成，其中绕组分布在具有凸极的定子铁芯磁极上，转子由具有凸极的硅钢片叠制而成，两个轴承分别嵌在前端盖和后端盖的轴承室中，转轴穿过两个轴承，其特征在于：换向器采用平面型换向器，其换向片与定子绕组相连，并且换向器装置不随转轴旋动，而电刷装置随转子旋转。

2.根据权利要求1的直流换向器式双凸极磁阻电机，其特征在于：与绕组相接的换向片的个数等于电机定子凸极和转子凸极个数的最小公倍数。

3.根据权利要求2的直流换向器式双凸极磁阻电机，其特征在于：不同绕组在定子凸极上的分布顺序，与它们在换向器上与换向片的连接顺序是相反的。

4.根据权利要求3的直流换向器式双凸极磁阻电机，其特征在于：所有电刷只与电源的同一个电极相连，电刷数量最多可等于转子凸极的数量。

5.根据权利要求4的直流换向器式双凸极磁阻电机，其特征在于：换向器上与绕组相连的换向片之间设有与电源负极相连的换向片。

6.根据权利要求5的直流换向器式双凸极磁阻电机，采用线控或电控的方式，改变换向器与定子凸极相对位置，对电机进行调速、刹车和反转操作其特征在于：

a.如果采用线控方式，则在换向器上固定了一个滑轮和钢索，以使采用手把调整换向器的周向位置，在换向器上还设置了一个拉簧，以使当钢索拉力减小时，拉簧将换向器拉回初始位置；

b.如果采用电控方式，则蜗杆驱动电机驱动蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮与换向器固定，蜗杆驱动电机以正反转带动换向器双向转动.

7.根据权利要求6的直流换向器式双凸极磁阻电机，电刷装置由固定电刷和活动电刷组成，与之相配的是固定刷握和活动刷握，电刷与刷握随转轴旋转，其特征在于：活动刷握相对固定刷握发生周向位移，使活动电刷的前缘相对于固定电刷的前缘从重合位置发生错位，使活动电刷的前缘至固定电刷的后缘之间的角程发生变化。

8.根据权利要求7的直流换向器式双凸极磁阻电机，电刷装置不但包括固定电刷和活动电刷、固定刷握和活动刷握，还包括轴向调整块和限位块，其特征在于：限位块既在固定刷握或转轴的牵制下与固定刷握和转轴同步旋转，也在轴向调整块的牵制下沿轴向运动；当限位块在轴向静止时，其牵制活动刷握与固定刷握同步旋转；当轴向调整块沿轴向往复运动，其带动限位块沿轴向往复运动，导致旋转中的活动刷握相对固定刷握发生周向往复位移，使活动刷握中的活动电刷与固定刷握中的固定电刷发生周向往复位移。 

Images