CN215580796U - 直流电机以及吸尘器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种直流电机以及吸尘器。所述直流电机包括壳体和设于壳体内的转子、定子以及驱动模块，转子包括电枢绕组、集电环结构和电刷结构，电枢绕组、集电环结构均套设于一转轴；定子为永磁体且固定设置于壳体内壁；电刷结构设置于壳体并与集电环结构抵接，电枢绕组通过集电环结构、电刷结构连接外电源；驱动模块用于驱动电枢绕组内的电枢电流换向。本实用新型使用集电环结构替代换向器，并采用驱动模块驱动电枢绕组的电流换向，无需机械换向有效降低传统电刷结构和换向器的磨损，提升电刷结构和集电环结构的使用寿命。

Description

直流电机以及吸尘器

技术领域

本实用新型涉及直流电机技术领域，特别涉及一种直流电机以及吸尘器。

背景技术

现有的家用吸尘器产品中，充电式小型手持家用吸尘器采用直流有刷直流电机作为吸尘器的主动力源，小型直流有刷直流电机制造工艺成熟，产业链完善，成本低廉，但是由于碳刷配合换向器摩擦形成损耗，随着使用时间的增加，存在换向片老化打火短路等问题，寿命相对较短，产品寿命不能得到保障。无刷直流电机不存在机械换向问题，随着使用时间的增加，线路老化，短路大火的风险大大降低，直流电机使用寿命大大增加。在现有的大型电机中，其换向器更换起来容易，但是小型电机因为不方便更换以及更换经济收益低，需要提出新的解决方案，以提升电机的使用寿命，相应地减少资源浪费。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种直流电机以及吸尘器，旨在解决吸尘器的主动力源的成本低和寿命长难以均衡的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提出的一种直流电机，所述直流电机包括壳体和设于所述壳体内的转子、定子以及驱动模块，所述定子为永磁体且固定设置于所述壳体内壁，所述壳体内设置一转轴，所述转子包括：

电枢绕组，所述电枢绕组套设于所述转轴并转动设于所述壳体内；

电刷结构，所述电刷结构设于所述壳体；以及

集电环结构，所述集电环结构套接于所述转轴，并与所述电枢绕组电性连接，所述集电环结构与所述电刷结构抵接且电性导通。

可选地，所述集电环结构包括：

环本体，所述环本体套设于所述转轴；

至少两导电环，至少两所述导电环间隔设于所述环本体的外周壁，并分别与所述电刷结构抵接且电性导通；以及

至少两接线端，至少两所述接线端设于所述环本体靠近所述电枢绕组的一端，一所述接线端电性连接于一所述导电环，所述电枢绕组通过一所述接线端、一所述导电环与所述电刷结构电连接。

可选地，所述电刷结构包括至少两导电片，至少两所述导电片设于所述壳体内，所述导电片的一端抵接所述导电环并电性导通，所述导电片的另一端用于电连接外电源。

可选地，所述电刷结构还包括至少两固定件，至少两所述固定件间隔设置，一所述固定件的一端电性导通一所述导电片，另一端穿设所述壳体用于电连接外电源。

可选地，所述导电片包括：

安装部，所述安装部一端固定设于所述固定件；和

刷接部，所述刷接部连接于所述安装部的另一端，所述安装部与所述刷接部呈夹角设置，所述刷接部与所述导电环电性抵接。

可选地，所述电刷结构包括三个所述导电片，所述集电环结构包括三个所述导电环和三个所述接线端，一所述导电片通过一所述导电环与一所述接线端连接。

可选地，所述导电片为铜片。

可选地，所述定子包括两永磁体，两所述永磁体间隔设置于所述壳体的内壁，两所述永磁体与所述电枢绕组、所述电刷结构组件以及所述集电环结构间隔设置。

可选地，所述直流电机还包括控制板，所述驱动模块设于所述控制板，以控制所述电枢绕组的电流换向。

本实用新型还提出一种吸尘器，包括如上述的直流电机，所述吸尘器还包括：

机壳，所述直流电机设置于机壳内；和

风轮，所述风轮设置于所述直流电机的输出端并位于所述机壳内。

本实用新型技术方案的直流电机包括壳体和设于壳体内的转子、定子以及驱动模块，转子包括电枢绕组、集电环结构和电刷结构。在转子部分，本实用新型使用集电环结构替代换向器，并采用驱动模块驱动电枢绕组的电流换向，使得电枢绕组可以继续作为转子存在于直流电机内部，电刷结构通过集电环结构与电枢绕组电连接，以导入或导出电流，无需机械换向有效降低传统电刷结构和换向器的磨损，保留了有刷电机成熟的工艺和材料成本优势的同时提升电刷结构和集电环结构的使用寿命。在定子部分，永磁体可以沿壳体的内壁延展设置，以增大永磁体的面积，永磁体的材料选择局限性缩小，降低直流电机的成本。本实用新型的直流电机无需使用换向器进行机械换向，采用集电环结构和电刷结构的配合用于传导电枢绕组内的电流，提升直流电机的使用寿命的同时降低制作成本，适合小型直流电机的普遍推广使用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型直流电机一实施例的电机立体结构示意图；

图2为本实用新型直流电机一实施例的转子、定子配合的结构示意图；

图3为本实用新型直流电机一实施例的转子的各部件配合的结构示意图；

图4为本实用新型直流电机一实施例的集电环结构和电刷结构配合的结构示意图；

图5为本实用新型直流电机一实施例的三相集电环结构示意图；

图6为本实用新型直流电机一实施例的单相集电环结构示意图

图7为本实用新型直流电机一实施例对应单相集电环结构的电枢绕组和永磁体的一配合结构示意图；

图8为本实用新型直流电机一实施例对应单相集电环结构的电枢绕组的绕线的电流输入和输出结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	直流电机	10	壳体
30	转子	11	转轴
				31	电枢绕组	33	电刷结构
311	转子齿	331	导电片
				312	电枢铁心	3311	安装部
313	绕线	3312	刷接部
				31A	绕组槽	332	固定件
32	集电环结构	50	定子
				321	环本体	323	接线端
322	导电环

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

如图1至图4所示，本实用新型提出一种直流电机100，直流电机100应用于小型直流电机领域。直流电机100包括壳体10和设于壳体10内的转子30、定子50以及驱动模块(图中未示出)，定子50为永磁体且固定设置于壳体10内壁，壳体10内设置一转轴11，转子30包括电枢绕组31、电刷结构33以及集电环结构32。电枢绕组31套设于转轴11并转动设于壳体10内，电刷结构33设于壳体10，集电环结构32套接于转轴11，并与电枢绕组31电性连接，集电环结构32与电刷结构33抵接且电性导通。

在一可选实施例中，直流电机100包括壳体10和设于壳体10内的转子30、定子50以及驱动模块，转子30包括电枢绕组31、集电环结构32和电刷结构33。壳体10内设置有转轴11，电枢绕组31、集电环结构32均套设于转轴11并与转轴11同步旋转；电刷结构33固定设置于壳体10内，电刷结构33一端与集电环结构32抵接，另一端外接电源，电枢绕组31通过集电环结构32、电刷结构33连接外电源；驱动模块用于驱动电枢绕组31内的电枢电流换向，电枢绕组31的电流产生的磁场与定子50的主磁场相互作用产生电磁转矩驱动转轴11旋转，从而使直流电机100带动负载。在转子30部分，本实用新型使用集电环结构32替代换向器，并采用驱动模块驱动电枢绕组31的电流换向，使得电枢绕组31可以继续作为转子30存在于直流电机100内部，电刷结构33通过集电环结构32与电枢绕组31电连接，以导入或导出电流，无需机械换向有效降低传统电刷结构33和换向器的磨损，保留了有刷电机100成熟的工艺和材料成本优势的同时提升电刷结构33和集电环结构32的使用寿命。在定子50部分，永磁体可以沿壳体10的内壁延展设置，以增大永磁体的面积，打破永磁体的材料选择局限性，可供选择作为永磁体的材料种类增加，降低直流电机100的成本。本实用新型的直流电机100无需使用换向器进行，采用集电环结构32和电刷结构33的配合用于传导电枢绕组31内的电流，提升直流电机100的使用寿命的同时降低制作成本，适合小型直流电机100的普遍推广使用。

可以理解的是，在一可选地实施例中，直流电机100的壳体10内径、外径一定的情况下，电枢绕组31的有效直径可尽可能设置为较大，使得直流电机100的功率密度不用提高很多，散热，损耗等问题有明显改善。

可以理解的是，外电源可以是设置为直插电源，也可以设置为蓄电池。

可选地，集电环结构32包括环本体321、至少两导电环332以及至少两接线端333。环本体321套设于转轴11，至少两导电环332间隔设于环本体321的外周壁，并分别与电刷结构33抵接且电性导通，至少两接线端333设于环本体321靠近电枢绕组31的一端，一接线端333电性连接于一导电环332，电枢绕组31通过一接线端333、一导电环332与电刷结构33电连接。

在一可选实施例中，集电环结构32包括环本体321、至少两导电环332以及至少两接线端333，环本体321本身为绝缘设置，至少两导电环332间隔设于环本体321的外周壁且互为绝缘设置，一接线端333只与一导电环332电性导通，电刷结构33与导电环332抵接且电性导通，集电环与电刷的设置将外电源和电枢绕组31之间的电流导通，设置驱动模块以进行电流的换向，使得电枢绕组31的电枢电流持续产生与定子50的主磁场相互作用的磁场，随即产生电磁转矩驱动转轴11旋转。

可以理解的是，可选实施例中，集电环结构32可设置为单相集电环结构32，亦可设置为三相集电环结构32。当使用单相集电环结构32时，集电环结构32包括两导电环332和两接线端333，一接线端333连接一导电环332，两接线端333之间和/或两导电环332之间相互绝缘设置。

可选地，电刷结构33包括至少两导电片331，至少两导电片331设于壳体10内，导电片331的一端抵接导电环332并电性导通，导电片331的另一端用于电连接外电源。

在一可选实施例中，电刷结构33固定设置于壳体10，用于导通外电源和集电环结构32。电刷结构33设置至少两导电片331，至少两导电片331间隔设于壳体10。其中，一导电片331连接一导电环332和与导电环332电对应设置的接线端333，以将外电源的电流经导电片331、导电环332以及接线端333导入电枢绕组31。

可以理解的是，导电片331、导电环332以及接线端333的配合既可以导入电流至电枢绕组31，亦可以将电枢绕组31的电流导出。

可以理解的是，在任一可选实施例中，使用单相集电环结构32时，集电环结构32包括两导电环332和两接线端333，一接线端333连接一导电环332，两接线端333之间和/或两导电环332之间相互绝缘设置，电刷结构33包括两导电片331，两导电片331间隔设置以绝缘，一导电片331连接一导电环332和一接线端333。

可以理解的是，在一可选实施例中，集电环结构32可以设置为三相集电环或单相集电环。当集电环结构32设置为三相集电环结构32时，结合参照图2和图3所示，集电环结构32设置有三导电环332和三个接线端333，电枢绕组31设置为两极三槽，即转子30采用三槽结构、三条绕线313，槽为绕组槽31A，绕组槽31A由相互靠近的两电枢铁心组成。当集电环结构32设置为单相集电环结构32时，参照图6所示的集电环结构32，电枢绕组31设置为四极四槽，即转子30采用四槽结构、四条绕线313。

可以理解的是，在一可选实施例中，结合参照图7所示，绕线313一共有四条，每条绕线313为三十匝，缠绕方向邻极相反，四条绕线313一共有八个接头；绕线313的缠绕方式和焊接方式具体参考图8所示，同一绕组槽31A内的接头电流方向一致，焊接在一起，于是汇总为两对正负极，单相集电环结构32设置有正极导电环和负极导电环，再将两个绕线313正极焊接到正极导电环上，绕线313负极焊接到负极导电环。单相集电环结构32对应的定子50采用两对极永磁体搭配壳体10的微型马达结构。需要说明的是，单相集电环结构32对应的电枢绕组31的转子齿311并不是关于中轴线对称，而是存在一定的偏心，转子齿311的偏心设计增加了磁极气隙的不均匀，牺牲了一部分电机性能，但是改三相驱动为单相驱动后设置偏心转子齿311，打破直流电机100转动方向的随机性，简化了控制电路的驱动方案。

可选地，电刷结构33还包括至少两固定件332，至少两固定件332间隔设置，一固定件332的一端电性导通一导电片331，另一端穿设壳体10用于电连接外电源。

在一可选实施例中，电刷结构33固定设置于壳体10，用于导通外电源和集电环结构32。电刷结构33设置有至少两固定件332和两导电片331，一固定件332与一导电片331对应连接。其中，至少两固定件332之间间隔设置且均穿设于壳体10，一固定件332的一端位于壳体10外部以连接外电源，另一端位于壳体10内且用于固定对应连接的导电片331，导电片331一端固定设置于固定件332，另一端与导电环332抵接且电性导通导电环332。

可以理解的是，固定件332为导电材料，可以与导电片331材质相同，导电片331与固定件332为可拆卸安装，便于更换导电片331。

可选地，导电片331包括安装部3311和刷接部3312。安装部3311一端固定设于固定件332，刷接部3312连接于安装部3311的另一端，安装部3311与刷接部3312呈夹角设置，刷接部3312与导电环332电性抵接。

在一可选实施例中，导电片331的一端固定设置于固定件332，另一端与导电环332抵接且电性导通导电环332。其中，导电片331包括安装部3311和刷接部3312，安装部3311与刷接部3312之间呈夹角设置，安装部3311固定设置于固定件332，刷接部3312与导电环332抵接且电性导通。

可以理解的是，呈夹角设置的安装部3311和刷接部3312可受外力使夹角略微变大或变小。本实用新型的安装部3311设置于固定件332，且安装部3311和刷接部3312呈锐角设置时，依靠导电环332的抵接作用力相对减小夹角，以形成刷接部3312和导电环332的紧密抵接，避免因电刷结构33的导电片331和导电环332的接触不良产生电火花，同时避免电磁干扰，提升电刷结构33和集电环结构32的接触稳定性。

可选地，电刷结构33包括三个导电片331，集电环结构32包括三个导电环332和三个接线端333，一导电片331通过一导电环332与一接线端333连接。

在一可选实施例中，集电环结构32设置为三相集电环结构32，则集电环结构32包括有三个导电环332和三个接线端333，每一导电环332对应连接一接线端333，其中，电刷结构33包括三个导电片331，三个导电片331之间间隔设置，每一导电片331对应连接一导电环332和一接线端333。

可选地，导电片331为铜片，铜片可根据需要设置铜片的长度、宽度以及厚度。采用铜制的电刷在提升电刷的导电性能的同时减小传统电机100使用碳刷的磨损消耗，有效延长直流电机100的使用寿命。

可选地，定子50包括两永磁体，两永磁体间隔设置于壳体10的内壁，两永磁体与电枢绕组31、电刷结构33组件以及集电环结构32间隔设置。

在一可选实施例中，定子50包括极性相反的两永磁体，两永磁体间隔设置于壳体10内壁，固定的情况下，永磁体可根据壳体10的内径大小去调整每一永磁体的表面积大小。在直流无刷电机100中，永磁体作为定子50对其材料的要求严苛，导致无刷电机100的成本提升，而本申请使用电枢绕组31做转子30部分，使用驱动模块驱动电流换向，在定子50的设置部分，对材料要求的局限性不高，可供选择作为永磁体的材料种类增加，增大永磁体的设置面积以设置磁通量，保持持续性的电磁转矩。

可以理解的是，永磁体可设置为永磁磁钢，至少设置为相反极性的两块永磁磁钢。永磁体的设置面积随壳体10内径的变化进行设置。当壳体10的内径增大时，单一永磁体的表面积可相应增加。

可选地，直流电机100还包括控制板，驱动模块设于控制板，以控制电枢绕组31的电流换向。

在一可选实施例中，本实用新型提供的直流电机100，使用集电环结构32代替换向器，使用铜质电刷结构33替代传统碳刷，直流电机100还包括控制板(图中未示出)，驱动模块设置于控制板，用于驱动电枢绕组31的电流换向。在本实用新型的直流电机100中，集电环结构32不用换向，只是将电流从旋转的电枢绕组31中引出，不存在绝缘问题，因此从机械结构的角度讲，集电环结构32搭配铜质电刷的使用寿命要优于换向器与碳刷的组合，有效提升直流电机100的使用寿命；定子50部分永磁体的设置可以降低直流电机100的成本，采用无刷电机100的换向驱动方式，结合有刷电机100的电刷结构33与集电环结构32的配合，实现提升直流电机100的使用寿命的同时降低制作成本。

本实用新型还提出一种吸尘器(图中未示出)，吸尘器包括如上述的直流电机100，吸尘器还包括机壳和风轮，直流电机100设置于机壳内，风轮设置于直流电机100的输出端并位于机壳内。可以理解的是，上述直流电机100的驱动模块也可以整合至吸尘器产品的控制模块，吸尘器可以是充电式小型手持吸尘器。本实用新型的直流电机100的具体结构参照上述实施例，由于直流电机100采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此吸尘器至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种直流电机，其特征在于，包括壳体和设于所述壳体内的转子、定子以及驱动模块，所述定子为永磁体且固定设置于所述壳体内壁，所述壳体内设置一转轴，所述转子包括：

电枢绕组，所述电枢绕组套设于所述转轴并转动设于所述壳体内；

电刷结构，所述电刷结构设于所述壳体；以及

集电环结构，所述集电环结构套接于所述转轴，并与所述电枢绕组电性连接，所述集电环结构与所述电刷结构抵接且电性导通。

2.如权利要求1所述的直流电机，其特征在于，所述集电环结构包括：

环本体，所述环本体套设于所述转轴；

至少两导电环，至少两所述导电环间隔设于所述环本体的外周壁，并分别与所述电刷结构抵接且电性导通；以及

至少两接线端，至少两所述接线端设于所述环本体靠近所述电枢绕组的一端，一所述接线端电性连接于一所述导电环，所述电枢绕组通过一所述接线端、一所述导电环与所述电刷结构电连接。

3.如权利要求2所述的直流电机，其特征在于，所述电刷结构包括至少两导电片，至少两所述导电片设于所述壳体内，所述导电片的一端抵接所述导电环并电性导通，所述导电片的另一端用于电连接外电源。

4.如权利要求3所述的直流电机，其特征在于，所述电刷结构还包括至少两固定件，至少两所述固定件间隔设置，一所述固定件的一端电性导通一所述导电片，另一端穿设所述壳体用于电连接外电源。

5.如权利要求4所述的直流电机，其特征在于，所述导电片包括：

安装部，所述安装部一端固定设于所述固定件；和

刷接部，所述刷接部连接于所述安装部的另一端，所述安装部与所述刷接部呈夹角设置，所述刷接部与所述导电环电性抵接。

6.如权利要求3所述的直流电机，其特征在于，所述电刷结构包括三个所述导电片，所述集电环结构包括三个所述导电环和三个所述接线端，一所述导电片通过一所述导电环与一所述接线端连接。

7.如权利要求3至6中任一所述的直流电机，其特征在于，所述导电片为铜片。

8.如权利要求1至6中任一所述的直流电机，其特征在于，所述定子包括两永磁体，两所述永磁体间隔设置于所述壳体的内壁，两所述永磁体与所述电枢绕组、所述电刷结构组件以及所述集电环结构间隔设置。

9.如权利要求1至6中任一所述的直流电机，其特征在于，所述直流电机还包括控制板，所述驱动模块设于所述控制板，以控制所述电枢绕组的电流换向。

10.一种吸尘器，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一所述的直流电机，所述吸尘器还包括：

机壳，所述直流电机设置于机壳内；

风轮，所述风轮设置于所述直流电机的输出端并位于所述机壳内。

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