TWI413343B - 直流電動機 - Google Patents

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TWI413343B TW096138422A TW96138422A TWI413343B TW I413343 B TWI413343 B TW I413343B TW 096138422 A TW096138422 A TW 096138422A TW 96138422 A TW96138422 A TW 96138422A TW I413343 B TWI413343 B TW I413343B
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Description

直流電動機
本發明係有關一種直流電動機，其包括一轉子及一定子，該轉子藉電刷而接觸，以達成換向。
上述直流電動機之電刷耐用性強烈受到電動機的負載左右。只有在一小負載範圍可達到高電刷耐用性。當直流電動機負載較高及較低時，電刷的磨損增加，尤其是負電刷負載高，正電刷負載低時。
DE 1763023 A1提出一種電動機之電刷配置，其可與一集電環互相作用，該電刷相對於集電環一圓周線偏移約18°。設有集電器之直流電動機使用此種配置時，不利於電刷之耐用性，因火花的產生增加，會導致碳電刷快速磨損。
US 4344072 A1提出一種電刷配置，電刷之中心線不相交。但電刷中縱軸與轉子交點的圓周距離為相同。
GB 1537567 A提出一種電刷配置，其包括三個電刷，其圓周距離為60°或120°。US 5852352提出一種相似之配置。
本發明之目的在於改良上述直流電動機之電刷的耐用性。
藉由申請專利範圍第1項之請求標的，對上述目的提供一種可能的解決方案，提出一種直流電動機1，其包括： 轉子3、定子6、及用於切換轉子3之極性的正極及負極兩個電刷7、7，其特徵為：兩個電刷7、7之位置，係於與轉子3之縱軸x垂直相交的參考軸z上，根據從兩個電刷7、7相互對向的初期位置開始的兩個電刷7、7之一體的平行位移、及從該平行位移後之位置之以縱軸x為中心的各個電刷7、7之旋轉位移，來加以設定；在兩個電刷7、7之一體的平行位移中，各直徑線D、D(其係通過兩個電刷7、7之各個中縱軸y、y與轉子3之外周之交點)與參考軸z所成的角度α、β各自成為12.5°-11°；以及，在平行位移之後之各個電刷7、7之旋轉位移中，正極之電刷7為朝角度α減少的方向旋轉位移△α，則角度α’成為7°-11°，同時，負極之電刷7為朝角度β增大的方向旋轉位移△β，則角度β’成為13°-17°。
出乎意料地，即使在使用於較寬廣的負載變化範圍之情況下，在相互產生同等的摩耗之意義上，於特定的角度範圍內，發現壽命明顯的上昇。而且，未認知有火花產生頻率之上昇。較佳為只設置兩個電刷。於電刷之間能夠存在沒有電刷之範圍，則外周尺寸較短者為較長者之例如82至98%(角度產生變化之情況)。即使在平行位移(參照圖2)之情況下，亦為相同。在後者(平行位移)之情況，以成為有利於檢測出全體的比率之方式，使一側之電刷正對著而另一側，則離開於平行距離a成為3°至10°之角度來位移。在此，特別是一側之領域成為82至93%之比例。
正電刷的交點位移在轉子旋轉方向上，負電刷的交點位 移在轉子旋轉方向的相反方向上。
其他申請專利範圍之標的係依附申請專利範圍第1項，但其亦可獨立存在。
亦可使電刷中縱軸與轉子縱軸相交，亦即使電刷對轉子縱軸偏轉，而同樣使兩電刷間一圓周距離縮短，另一圓周距離增大。設兩電刷時，可使一電刷或兩電刷對轉子縱軸朝彼此旋轉，或對徑向相對之位置旋轉。亦可使電刷中縱軸以割線式(分割成圓弧狀之方式)穿過轉子，而與轉子縱軸有一距離，例如使一或兩電刷對徑向相對之位置平行位移。如此使得電刷中縱軸與轉子圓周的交點在轉子圓周線上產生位移，而縮短兩電刷間一圓周距離及增大另一圓周距離。該平行位移後可使電刷再對其交點側傾，使得電刷中縱軸不與轉子縱軸相交。電刷單純平行位移後，電刷中縱軸以割線式(分割成圓弧狀之方式)穿過轉子，如此可簡單地將電刷插入電刷橋中，因電刷架彼此對準。
除了電刷或電刷架之徑向或平行位移外，並優先使用分散繞組。如此可改良特性，尤其是配合偏移之電刷或電刷架。轉子之最佳連接角度約為12.5°，尤其是11°至11.5°，例如11.35°。本發明使正電刷朝較小角度方向偏移至7°至11°，例如8°-10°，尤其例如7°-8°，較佳為7.5°、7.6°、7.7°、7.8°或7.9°。此外，尚包括所有中間值，尤其是1/10°之值。負電刷朝較大角度方向偏移至10°至17°，例如13°-16°，較佳為14.4°、14.5°、14.6°、14.7°、14.8°、14.9°或15°。此外，亦包括所有中間值， 尤其是1/10°之值。兩電刷之總位移範圍為3°-10°，包括所有中間值，尤其是1/10°之值。
直流電動機使用一中間電路電解電容器，其包含一限制負載電流之NTC及在供應電壓切斷後放電之電阻。
以下將依據附圖，詳細說明本發明之實施例。
圖1顯示本發明直流電動機1。該直流電動機1包括一轉子3，其具一轉子軸4，該轉子軸4之一側末端設有一位置固定之集電器5。而且，設有一定子6，以與轉子互相作用。
集電器5藉相對之電刷7而換向。該電刷固定於電刷架8中，並被背後的壓縮彈簧9壓向集電器5。
為了在不同負載，尤其是直流電動機1的整個負載範圍，達到高電刷耐用性，本發明不將電刷7設在轉子旋轉軸x的直徑方向上，而使其偏離該方向。圖2及3顯示垂直於轉子縱軸x的參考軸z，在一般徑向相對配置中，電刷7之中縱軸y對準該參考軸。元件符號D係表示轉子3之直徑線。
不改變電刷7之圓周距離及相對方向而旋轉兩電刷7、7，例如，以逆時針方向，使得其中縱軸y及通過轉子中心點與交點S的線(圖2)在電刷7上與參考軸z重疊時，兩電刷7、7與轉子圓周的交點S產生偏移。該偏移範圍合計為3°-10°，例如，5.1°。後者係由正電刷之偏移3.4°與負電刷之偏移1.7°合計而得(以相同旋轉方向來看， 第一度為負，第二度為正)。
圖2顯示本發明之一實施例，相對之電刷7及電刷架8平行於轉子直徑線，故電刷中縱軸y與參考軸z有一距離a。該電刷7之平行位移使得電刷中縱軸y與轉子或集電器5圓周之交點S在正電刷的轉子方向r及負電刷的轉子方向r反方向上各出現一偏移。故改變了電刷7間的圓周距離。徑向相對設置的電刷7則具相同的圓周距離。該交點之位移使得圓周距離u1縮小，另一圓周距離u2則增大。
電刷7之平行位移使其中縱軸y與轉子或集電器5以割線式(分割成圓弧狀之方式)相交並與轉子縱軸x間隔有一段距離a，該距離a使得參考軸z與通過交點S及轉子縱軸x之直徑線D、D所夾的角度α及β為12.5°-11°。如此使得交點S的位移約為集電器5圓周長度的1%至5%。該兩交點S在圓周線上的彼此靠近使得圓周距離u1約為相對圓周距離u2的0.6至0.95。
如圖3所示，交點S的位移亦可由電刷7或電刷架8對縱軸x的偏轉所產生，而使得電刷中縱軸y與轉子縱軸x相交。此處之正電刷7朝旋轉方向r偏轉，負電刷7則朝旋轉方向r之反方向偏轉。與軸z所產生的角度α及β與上述實施例大致相同，而使得圓周距離u1及u2亦為不同。
此外，如圖4所示，在圖2實施例之平行位移後，電刷7尚可對交點S側傾，使得電刷中縱軸y不與轉子縱軸x相交，而以割線式(分割成圓弧狀之方式)與轉子或集電器5相交。
對徑向相對位置之偏移量可為不同，例如使正電刷對轉子縱軸x擺動或對參考軸z平行位移所產生角度α不同於另一電刷7偏移所產生角度β。
為清楚顯示圖中所示之角度，因而放大圖中所示之角度。
本發明確保正電刷之提前點火較小，負電刷之提前點火較大，而最佳化負載範圍的換向。
以下將以表列出初始連接(角度α、β)為12.5°或11.35°時，正及負電刷之偏移(-△α、+△β)、兩電刷之絕對偏移(α-△α、β+△β)及1000小時之功率(最小及最大)。
所有揭示特徵本身皆具有發明性質。本發明揭示之特徵完全包含於本案之申請專利範圍中。
1‧‧‧直流電動機
3‧‧‧轉子
4‧‧‧轉子軸
5‧‧‧集電器
6‧‧‧定子
7‧‧‧電刷
8‧‧‧電刷架
9‧‧‧壓縮彈簧
a‧‧‧距離
D、D’‧‧‧直徑(線)
r‧‧‧(旋轉)方向
S、S’‧‧‧交點
u1、u2‧‧‧圓周距離
x‧‧‧(轉子)縱軸；(轉子)旋轉軸
y、y’‧‧‧(電刷)中縱軸
z‧‧‧(參考)軸
α、α’、β、β’‧‧‧角度
△α、△β‧‧‧(角度)偏移(值)
圖1係本發明構成一電動鼓風機一部份之直流電動機縱截面圖。
圖2係圖1線II-II之截面圖，其顯示電刷配置之第一 實施例。
圖3係如圖2之截面圖，其顯示電刷配置之第二實施例。
圖4係如圖2之截面圖，其係顯示電刷配置之第三實施例。
3‧‧‧轉子
5‧‧‧集電器
7‧‧‧電刷
8‧‧‧電刷架
D‧‧‧直徑線
r‧‧‧旋轉方向
S‧‧‧交點
u1、u2‧‧‧圓周距離
x‧‧‧轉子縱軸
y‧‧‧電刷中縱軸
z‧‧‧參考軸
α、β‧‧‧角度

Claims (2)

  1. 一種直流電動機(1)，其包括：轉子(3)、定子(6)、及用於切換轉子(3)之極性的正極及負極兩個電刷(7、7)，其特徵為：兩個電刷(7、7)之位置，係於與轉子(3)之縱軸(x)垂直相交的參考軸(z)上，根據從該兩個電刷(7、7)相互對向的初期位置開始的兩個電刷(7、7)之一體的平行位移、及從該平行位移後之位置之以縱軸(x)為中心的各個電刷(7、7)之旋轉位移，來加以設定；在兩個電刷(7、7)之一體的平行位移中，通過該兩個電刷(7、7)之各個中縱軸(y、y)與轉子(3)之外周之交點的各直徑線(D、D)，各自與參考軸(z)形成為12.5°至11°之角度(α、β)；以及在平行位移之後之各個電刷(7、7)之旋轉位移中，正極之電刷(7)朝該角度(α)減少的方向旋轉位移(△α)，則其角度(α’)成為7°至11°，而同時，負極之電刷(7)朝該角度(β)增大的方向旋轉位移(△β)，則其角度(β’)成為13°至17°。
  2. 如申請專利範圍第1項之直流電動機，其中，電刷(7)之中縱軸(y)係通過轉子(3)而與轉子縱軸(x)間隔有一段距離(a)。
TW096138422A 2006-10-13 2007-10-12 直流電動機 TWI413343B (zh)

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