專利名稱：一種直流換向器式雙凸極磁阻電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種采用換向器和電刷進行驅(qū)動的直流雙凸極磁阻電 機·背景技術(shù)普通直流有刷電機以換向器和電刷進行換向這是公知的技術(shù)。這種電機 采用的是固定不動的電刷與旋轉(zhuǎn)的換向器相接觸，將電能以隨轉(zhuǎn)動切換的方式導入不同的 轉(zhuǎn)子繞組，完成轉(zhuǎn)子磁極極性的交換，驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。但是這種換向器和電刷的工作方式有較多的缺陷 受換向器結(jié)構(gòu)強度的限制電機轉(zhuǎn)速不能過高； 換向器和電刷之間存在換向火花，導致電磁干擾和壽命較短； 換向器需要定期維護，而且維護工作十分繁瑣； 電機效率不高。開關(guān)磁阻電機的繞組位于定子上，而其轉(zhuǎn)子完全是鐵芯。這種電機是在計算機程 序控制下完成定子繞組對電機轉(zhuǎn)子的驅(qū)動的，因此必須首先依靠轉(zhuǎn)子位置傳感器獲取轉(zhuǎn)子 的實時位置信息。這種電機歷來以無換向器磨損、效率高、結(jié)構(gòu)簡單為技術(shù)優(yōu)勢，但仍然具 有自身缺點·電機的噪聲和轉(zhuǎn)動力矩的波動較大； 電子控制器的開發(fā)成本高； 轉(zhuǎn)子位置傳感器復(fù)雜易導致故障。2002年3月8日中國專利1 (專利申請?zhí)?2114949. 6)提出一種采用單刷換向的 空心杯電機。然而該申請并沒有提出與單刷相匹配的換向器構(gòu)造。2007年8月3日中國專利3 (專利申請?zhí)?00710143834. 8)提出了將單刷換向器 用于磁阻電機和直流永磁轉(zhuǎn)子電機。但該申請不像傳統(tǒng)的開關(guān)磁阻電機那樣，以開通角和 關(guān)斷角來控制繞組電流的通斷。發(fā)明內(nèi)容本實用新型提出一種采用傳統(tǒng)的電刷和換向器技術(shù)進行換向的直流雙 凸極磁阻電機。這種電機由現(xiàn)行的開關(guān)磁阻電機的電機本體和傳統(tǒng)的換向器裝置與電刷裝 置構(gòu)成，但不含轉(zhuǎn)子位置傳感器。這種電機由電機定子裝置、轉(zhuǎn)子裝置、換向器裝置、電刷裝 置和電機外殼構(gòu)成，其中繞組分布在具有凸極的定子鐵芯磁極上，轉(zhuǎn)子由具有凸極的硅鋼 片疊制而成，兩個軸承分別嵌在前端蓋和后端蓋的軸承室中，轉(zhuǎn)軸穿過兩個軸承。換向器裝 置不隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而電刷裝置隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。換向器裝置上連接繞組的換向片的個數(shù)等于定 轉(zhuǎn)子凸極的最小公倍數(shù)?？梢越柚{(diào)整換向器的周向位置的方式，對該電機進行調(diào)速、剎車 和反轉(zhuǎn)，可以通過調(diào)整電刷前后緣夾角的方式調(diào)整電機的輸出功率和效率，也可以將自動 調(diào)整機構(gòu)安裝在電機中，以便根據(jù)應(yīng)用需要，實時調(diào)整電機工作狀態(tài)。更為確切地說，本實用新型提出一種直流換向器式雙凸極磁阻電機，電機由電機 定子裝置、轉(zhuǎn)子裝置、換向器裝置、電刷裝置和電機外殼構(gòu)成，其中繞組分布在具有凸極的 定子鐵芯磁極上，轉(zhuǎn)子由具有凸極的硅鋼片疊制而成，兩個軸承分別嵌在前端蓋和后端蓋 的軸承室中，轉(zhuǎn)軸穿過兩個軸承，換向器采用平面型換向器，其換向片與定子繞組相連，并 且換向器裝置不隨轉(zhuǎn)軸旋動，而電刷裝置隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。[0016]與繞組相接的換向片的個數(shù)等于電機定子凸極和轉(zhuǎn)子凸極個數(shù)的最小公倍數(shù)。不 同繞組在定子凸極上的分布順序，與它們在換向器上與換向片的連接順序是相反的所有電刷只與電源的同一個電極相連，電刷數(shù)量最多可等于轉(zhuǎn)子凸極的數(shù)量。換 向器上與繞組相連的換向片之間可以設(shè)置與電源負極相連的換向片。這種直流換向器式雙凸極磁阻電機，采用線控或電控的方式，改變換向器與定子 凸極相對位置，對電機進行調(diào)速、剎車和反轉(zhuǎn)操作。如果采用線控方式，則在換向器上固定 了一個滑輪和鋼索，以使采用手把調(diào)整換向器的周向位置，在換向器上還設(shè)置了一個拉簧， 以使當鋼索拉力減小時，拉簧將換向器拉回初始位置；如果采用電控方式，則蝸桿驅(qū)動電機 驅(qū)動蝸桿帶動蝸輪轉(zhuǎn)動，蝸輪與換向器固定，蝸桿驅(qū)動電機以正反轉(zhuǎn)帶動換向器雙向轉(zhuǎn)動。電刷裝置由固定電刷和活動電刷組成，與之相配的是固定刷握和活動刷握，電刷 與刷握隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，活動刷握相對固定刷握發(fā)生周向位移，使活動電刷的前緣相對于固定 電刷的前緣從重合位置發(fā)生錯位，使活動電刷的前緣至固定電刷的后緣之間的角程發(fā)生變 化。電刷裝置不但包括固定電刷和活動電刷、固定刷握和活動刷握，還包括軸向調(diào)整塊和限 位塊，限位塊既在固定刷握或轉(zhuǎn)軸的牽制下與固定刷握和轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)，也在軸向調(diào)整塊 的牽制下沿軸向運動；當限位塊在軸向靜止時，其牽制活動刷握與固定刷握同步旋轉(zhuǎn)；當 軸向調(diào)整塊沿軸向往復(fù)運動，其帶動限位塊沿軸向往復(fù)運動，導致旋轉(zhuǎn)中的活動刷握相對 固定刷握發(fā)生周向往復(fù)位移，使活動刷握中的活動電刷與固定刷握中的固定電刷發(fā)生周向 往復(fù)位移。這種電機具有特殊的技術(shù)優(yōu)勢。對于永磁直流有刷電機來說 續(xù)流二極管的使用消除了換向器和電刷之間的電火花，回收了繞組的無功功率 能量，使電機效率更高，并使換向器和電刷的磨損都有所降低，壽命更長； 電刷數(shù)量最多可與轉(zhuǎn)子凸極的數(shù)量相同，因此，有利于減小換向器尺寸，或者降 低電刷電流密度； 換向器位于電機本體外側(cè)，即使需要對換向器進行維護也無需拆解電機本體， 且沒有對繞組的碳粉污染； 固定的換向器可以降低其結(jié)構(gòu)強度要求，簡單牢固的電刷裝置適于更高速的旋 轉(zhuǎn)； 結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝簡單，成本更低。對于開關(guān)磁阻電機來說 換向器和電刷特有的隨動驅(qū)動方式，大大地消除了開關(guān)磁阻電機不可避免的噪 聲和轉(zhuǎn)動力矩脈動； 電機換向器和電刷可以替代轉(zhuǎn)子位置傳感器和昂貴的電子控制器，使電機系統(tǒng) 的整體成本在當前水平上大幅降低； 通過旋轉(zhuǎn)換向器，可以改變繞組的通斷時刻，這相當于在開關(guān)磁阻電機上調(diào)整 開通角θ on或關(guān)斷角θ off，實現(xiàn)調(diào)速、反轉(zhuǎn)和剎車的操作； 通過更換電刷和刷握，可以實現(xiàn)調(diào)整電刷的前后緣之間的夾角或距離，這相當 于在開關(guān)磁阻電機上調(diào)整相繞組的相導通角θ on- θ off ； 通過調(diào)整固定電刷和動電刷的位置，可以實時動態(tài)地，調(diào)整θ οη-θ off。綜上所述，這種電機完全具備開關(guān)磁阻電機的控制方式，在不考慮電刷磨損的前提下，幾乎可以完 全替代目前還很昂貴的開關(guān)磁阻電機。另外，這種電機還具備了普通直流 有刷電機調(diào)速方便的優(yōu)點，既可以使用普通的斬波調(diào)壓電路調(diào)速，也可以采用旋轉(zhuǎn)換向器 和調(diào)整電刷前后緣夾角的方式調(diào)速。因此，這種電機既集成了開關(guān)磁阻電機和普通直流有 刷電機的優(yōu)點，也同時盡可能避免了兩者的缺點，具有可以轉(zhuǎn)速更高、成本更低和操作更多 樣化的優(yōu)勢，并且大大降低了故障率和故障處置成本。雖然將轉(zhuǎn)動的換向器與固定不動的電刷進行位置互換，形成固定不動的換向器和 轉(zhuǎn)動電刷的方案并非常人不可想象，但本方案給出了具體的實施方案，并且由此帶來了巨 大的技術(shù)優(yōu)勢和實際應(yīng)用價值。本實用新型使這種電機具有嶄新的性能和控制特性，也為 超大容量直流電機技術(shù)提供了 一種技術(shù)途徑。

圖Ia是一種本實用新型實施例中采用的6-4極直流換向器式雙凸極磁阻電機本 體示意圖；圖Ib是該6-4極直流換向器式雙凸極磁阻電機的一種換向器構(gòu)造示意圖；圖Ic是該6-4極直流換向器式雙凸極磁阻電機的另一種換向器構(gòu)造示意圖；圖2是本實用新型第一優(yōu)選實施例的換向器和電刷裝置的示意圖；圖3a是本實用新型第二優(yōu)選實施例換向器裝置和電刷裝置線控方案示意圖；圖3b是該實施例的線控變位換向器在初始位置時，換向器和電刷的位置關(guān)系示 意圖；圖3c是該實施例的換向器在變位后，換向器和電刷的位置關(guān)系示意圖；圖3d是電機空載時正反轉(zhuǎn)速度與換向器位置的關(guān)系示意圖。圖4a是本實用新型第三優(yōu)選實施例，即電控變位換向器裝置和電刷裝置示意圖；圖4b是本實用新型第三優(yōu)選實施例，即手調(diào)變位換向器裝置和電刷裝置示意圖；圖5是本實用新型第四優(yōu)選實施例，即可調(diào)電刷前后緣刷角的電刷裝置示意圖；圖6是本實用新型第五優(yōu)選實施例，即可實時調(diào)節(jié)電刷前后緣夾角的電刷裝置示 意圖；圖7是本實用新型第六優(yōu)選實施例，即另一種可實時調(diào)節(jié)電刷前后緣夾角的電刷 裝置的示意圖；圖8a是本實用新型第七優(yōu)選實施例調(diào)節(jié)電刷前后緣夾角的原理示意圖；圖8b是本實用新型第七優(yōu)選實施例的一種電刷裝置的實例示意圖。圖中，1.電機定子裝置；10.電機本體；11.定子鐵芯；12.定子繞組；12A.定子相 繞組A ； 12B.定子相繞組B ； 12C.定子相繞組C ；2.電機轉(zhuǎn)子裝置；21.轉(zhuǎn)子鐵芯；22.轉(zhuǎn)軸； 221.轉(zhuǎn)軸尾伸部；23.軸承；3.換向器；31.換向片；31A.繞組A的換向片；31B.繞組B的 換向片；31C.繞組C的換向片；32.電源換向片；33.負極集電環(huán)；4.電刷；41.電刷壓簧； 42.滑輪；421.滑輪拉簧；422.滑輪鋼索；423.手把；43.蝸輪；431.蝸桿；432.蝸桿驅(qū)動 電機；44.刷握；441.固定刷握；442.固定電刷；443.活動刷握；444.活動電刷；445.刷握 壓簧；446.刷握調(diào)整螺釘；45.刷握蓋板；451.固定刷握蓋板；452.活動刷握蓋板；453.刷 握蓋板固定螺釘；454.限位凸起；455.刷握復(fù)位彈簧；46.限位塊；460.調(diào)整叉；461.螺 旋凸齒；462.螺旋凹槽；463.盤槽；47.軸向調(diào)整塊；48.連桿；481.連桿座；482.聯(lián)動座；
49.限位塊鋼索座；491.刷握鋼索座；492.鋼索導向座；493.鋼索；5.電機外殼；51.電機 前端蓋；52.電機后端蓋；53.換向室端蓋；54.緊固螺栓。
具體實施方式
圖1是直流換向器式雙凸極磁阻電機技術(shù)的第一優(yōu)選實施例。該實施例是以6-4 極直流雙凸極電機為基礎(chǔ)，后續(xù)實施例的說明皆以該電機為例。但這并不表示下述實施例 技術(shù)僅限于該6-4極的雙凸極電機。電機本體10由電機定子裝置1、轉(zhuǎn)子裝置2、換向器3、電刷4和電機外殼5構(gòu)成。 其中定子裝置1上設(shè)有三相繞組12A、12B和12C，分布在定子鐵芯11上；兩個軸承23分別 嵌在前端蓋51和后端蓋52的軸承室中；轉(zhuǎn)軸22穿過兩個軸承23，將轉(zhuǎn)子鐵芯21與定子鐵 芯11在軸向上對正；轉(zhuǎn)軸尾伸部221的尾端穿過平面型換向器3的中心孔至其換向片31 一側(cè)，換向器3和電刷4位于后端蓋52與換向室端蓋53之間的換向室內(nèi)。四個緊固螺栓 54將定子裝置1、電機外殼5連接在一起，并使其內(nèi)部的各個部件定位于良好的工作狀態(tài)。本實用新型所采用的換向器，其特征是換向器上連接繞組的換向片31的數(shù)量是 定子凸極和轉(zhuǎn)子凸極數(shù)的最小公倍數(shù)，且在連接繞組的換向片31之間，設(shè)有直接與電源一 個電極相連的換向片。通常這個換向片是與電源負極相連的負極換向片32。在本實施例中，上述最小公倍數(shù)為12。在本實施例的換向器3上，有12片換向片 31連接繞組，另12片換向片連接電源，且在每兩個繞組換向片31之間設(shè)置一個連接電源的 換向片32。因此本實施例的換向器3的總片數(shù)是24，并且換向片32連接的電源極性是電 源負極。繞組的一端接換向片31和續(xù)流二極管的正極，繞組的另一端接電源正極。24片換 向片31按以下規(guī)則接線序號 換向片名稱連接1繞組A的換向片31A繞組A2電源換向片32電源負極3繞組B的換向片31B繞組B4電源換向片32電源負極5繞組C的換向片31C繞組C6電源換向片32電源負極…23繞組C的換向片31C繞組C24電源換向片32電源負極如果換向器上的換向片的序號A、B、C是按照逆時針順序設(shè)置的，則定子上的繞組 序號A、B、C必須按照順時針方向設(shè)置。由此可以導出本實用新型電機的一個技術(shù)特征不 同繞組在定子凸極上的分布順序，與它們在換向器上與換向片的連接順序是相反的。圖Ib示意了這種24片平面向器的形式和接線順序。圖Ic則示意了另一種平面 換向器的形式，該換向器只有連接繞組的換向片31而沒有直接連接電源負極的換向片32， 取而代之的是負極集電環(huán)33。與負極集電環(huán)33相配的是負極集電環(huán)電刷。圖2示意了裝配在圖1電機中的換向器和電刷裝置的構(gòu)造示例。刷握44限制在轉(zhuǎn)軸上而僅有軸向自由度，刷握蓋板45安置在刷握44的軸向外側(cè)，并由刷握蓋板固定螺釘 453固定在轉(zhuǎn)軸尾伸部分221的端部；刷握蓋板45為刷握44中的電刷壓簧41和刷握壓簧 47提供了支撐面，刷握壓簧47則使刷握44以輕微的壓力附著在換向器3的表面，這樣可以 避免電刷在接觸摩擦阻力的作用下歪斜，為電刷正確地工作提供支持。刷握44完全覆蓋換 向器3的表面將有利于換向器3的防塵，避免惡化電刷4與換向器3的接觸條件。本實用新型的技術(shù)特征還在于所有電刷只與電源的同一個電極相連，且電刷的 數(shù)量不再是普通直流電機的一對，而是最多可等于轉(zhuǎn)子凸極的數(shù)量。由于第一優(yōu)選實施例 的轉(zhuǎn)子有四個凸極，因此本實施例最多允許安裝四個電刷。刷握44上可以按90°均布四個 相同的電刷4，這將大大降低換向器的尺寸，或減小電刷的電流密度，降低電刷溫度，這有利 于減少換向器和電刷的故障本實用新型的第一優(yōu)選實施例采用了只設(shè)置了兩個呈180°分布的電刷位，使用 兩個相同的電刷與換向器接觸。這樣做的目的是為了減小電刷產(chǎn)生的摩擦阻力和加強換向 器的散熱。但無論如何，電刷和刷握呈質(zhì)量分布平衡的對稱態(tài)分布。本實用新型的第一優(yōu)選實施例是本實用新型技術(shù)方案的一種簡單形式。這種形式 是換向器固定不動，電刷的前緣與后緣的夾角Φ是固定數(shù)值。電機出廠前可以通過確定換 向器的周向位置和選擇前后緣夾角Φ適當?shù)碾娝⒀b配于電機之上，以期以預(yù)制的方式，使 電機的輸出滿足預(yù)期的需求。但無論在設(shè)計上怎樣設(shè)置換向片的前后緣夾角Φ或改變其 大小，均不得出現(xiàn)如下情形電刷可能處于兩個繞組換向片31之間的區(qū)域上而不與任一繞組換向片31接觸。為避免上述現(xiàn)象發(fā)生，電刷的前后緣夾角Φ應(yīng)滿足以下關(guān)系式φ =(定子凸極夾角+轉(zhuǎn)子凸極夾角)Χ 0.5-繞組換向片31前后緣夾角該關(guān)系式對本實用新型所有技術(shù)方案的平面型或圓柱形換向器都適用。圖3是本實用新型的第二優(yōu)選實施例方案，該實施例是一種線控調(diào)速、剎車和反 轉(zhuǎn)方案。在圖3a中，該方案在換向器3上固定了一個鋼索滑輪42和滑輪鋼索422，以便采 用手把423調(diào)整換向器3的周向位置，改變其與定子凸極相對位置。除此而外，在換向器上 還設(shè)置了一個滑輪拉簧421，以便當滑輪鋼索422拉力減小時，滑輪拉簧421可以將換向器 3拉回初始位置。本實用新型實施例采用線控的方式，可以采用旋轉(zhuǎn)換向器，改變其與定子凸極相 對位置的方式，進行調(diào)速、剎車和反轉(zhuǎn)，其特征在于使換向器相對于定子凸極繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)， 以便改變其周向位置。圖3b是鋼索在初始位置上。假設(shè)該位置對應(yīng)電機的最大轉(zhuǎn)速點。當操作人員完 全握下手把時，換向器3完成變位操作，換向器3逆指針轉(zhuǎn)動到圖3c的位置。此時電機處 于高效剎車狀態(tài)。而在兩個位置之間，隨著手把行程的增大，轉(zhuǎn)速逐漸降低，電機呈無級調(diào) 速狀態(tài)。如果在初始位置上將換向器以剎車過程相反方向轉(zhuǎn)動，電機將在轉(zhuǎn)速略微減小之 后迅速完成反轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)之后的轉(zhuǎn)速將比反轉(zhuǎn)之前的轉(zhuǎn)速低。圖3d是電機空載時正反轉(zhuǎn)速η與換向器位置S的關(guān)系示意圖。如果換向器發(fā)生周 向位置變化后，某通電繞組對應(yīng)的定子凸極處于兩個相鄰轉(zhuǎn)子凸極之間的正中位置，則是 電機轉(zhuǎn)速即將發(fā)生轉(zhuǎn)速換向的時刻。如果將位于該定子凸極當前轉(zhuǎn)動方向側(cè)的轉(zhuǎn)子凸極稱之為前向轉(zhuǎn)子凸極，而將位于該定子凸極轉(zhuǎn)動方向相反的轉(zhuǎn)子凸極稱之為后向轉(zhuǎn)子凸極， 那么若電機維持原轉(zhuǎn)動方向不變，則繞組通電的定子凸極將對后向轉(zhuǎn)子凸極保持更大的吸 引力。因此，如果當換向器位置接近轉(zhuǎn)速發(fā)生換向的位置時，繼續(xù)轉(zhuǎn)動換向器將使繞組通電 的定子凸極，對前向轉(zhuǎn)子凸極的吸引力大于對后向轉(zhuǎn)子凸極的吸引力，此時就會發(fā)生轉(zhuǎn)向
突變轉(zhuǎn)向突變后，轉(zhuǎn)速值η較小，且可能伴有電機振動。此時如果反向轉(zhuǎn)動換向器，轉(zhuǎn) 速會在換向后的轉(zhuǎn)速方向上逐漸增大，并隨換向器變位的加大而逐漸達到最大值，接著將 再次進行轉(zhuǎn)速換向。如果轉(zhuǎn)速換向后換向器的變位在原方向上持續(xù)下去，電機的轉(zhuǎn)速將繼 續(xù)下降，振動幅度增加，之后電機將進入滯轉(zhuǎn)狀態(tài)，然后電機轉(zhuǎn)速將出現(xiàn)反向啟轉(zhuǎn)，隨后轉(zhuǎn) 速在反向方向上逐漸增大。只有在電機轉(zhuǎn)速較小時，電機才會出現(xiàn)一般開關(guān)磁阻電機的振動和噪聲。這是繞 組續(xù)流對轉(zhuǎn)動的影響所致，即轉(zhuǎn)速較低時，導通時間相對較長，繞組電流過大導致的續(xù)流時 間過長的結(jié)果。對于8-6極的直流換向器式雙凸極磁阻電機，改變換向器的周向位置也同樣可以 使電機產(chǎn)生無級調(diào)速、剎車和反轉(zhuǎn)的效果。開關(guān)磁阻電機的轉(zhuǎn)速換向必須將電機轉(zhuǎn)速降為零，然后再調(diào)換參數(shù)，將控制對象 從當前的轉(zhuǎn)子凸極轉(zhuǎn)到相鄰的另一個轉(zhuǎn)子凸極，再開始電機的啟動過程。而換向器式雙凸 極磁阻電機可以迅速地完成電機換向。電機負載越大，發(fā)生換向的轉(zhuǎn)速越低，換向后的轉(zhuǎn)速 也就越高。圖4是本實用新型的第三優(yōu)選實施例方案。該方案在調(diào)整換向器位置的技術(shù)上采 用了電動蝸輪蝸桿的電控方案。在圖4a中，蝸桿驅(qū)動電機432驅(qū)動蝸桿431帶動蝸輪43轉(zhuǎn)動，蝸輪43仍然與換 向器3固定。當蝸桿驅(qū)動電機432以正反轉(zhuǎn)帶動換向器3雙向轉(zhuǎn)動時，就可以實現(xiàn)電機的 無級調(diào)速、剎車和反轉(zhuǎn)操作。蝸桿驅(qū)動電機432可以采用位置伺服電機，以便達到與開關(guān)磁阻電機類似的計算 機程序控制效果。圖4a中的蝸桿431也可以采用改錐以人力調(diào)整，如圖4b。這樣就可以很方便地替 代圖2中所示結(jié)構(gòu)的出廠設(shè)置程序，可以在工作現(xiàn)場隨時根據(jù)需要設(shè)置換向器3的周向位置。本實用新型第一、二、三優(yōu)選實施例是在固定導通角的前提下，通過調(diào)整ton來調(diào) 整電機輸出特性的技術(shù)特例。在本實施例及后續(xù)的實施例中將描述怎樣實時調(diào)整導通角。圖5是本實用新型的第四種優(yōu)選實施例。該實施例除了采用換向器3周向變位的 技術(shù)方案，還采用了可以調(diào)整電刷前后緣夾角的刷握技術(shù)。在圖5中，電刷4由固定電刷442和活動電刷444組成，與之相配的是固定刷握 441和活動刷握443。電刷442和444與刷握441和443隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，固定電刷442和活動 電刷444都有各自的電刷壓簧41，固定刷握蓋板451被刷握蓋板固定螺釘453固定在轉(zhuǎn)軸 端部，限位凸起454壓住活動刷握蓋板452，使之與固定刷握蓋板保持軸向位置，以避免其 被電刷壓簧41驅(qū)動。其特征在于活動刷握443相對固定刷握441發(fā)生周向位移，使活動 電刷444的前緣相對于固定電刷442的前緣從重合位置發(fā)生錯位，使活動電刷444的前緣至固定電刷442的后緣之間的角程發(fā)生變化，這最終將導致與換向器連接的所有繞組，其 導通時間都以相同的幅度改變。本實施例中在活動刷握443和固定刷握441之間有刷握調(diào)整螺釘446，調(diào)整螺釘 446可使活動刷握443相對于固定刷握441繞轉(zhuǎn)軸發(fā)生周向位移，并帶動原先處于前后緣分 別重合的活動電刷444和固定電刷442發(fā)生周向位移，使由固定電刷442和活動電刷444 組成的電刷4相對于每個換向片31的實際導通時間增大。這實際就是增大了電刷的前后 緣夾角，也就使電機在轉(zhuǎn)動時的驅(qū)動電流增大，輸出功率增加。在調(diào)整活動電刷前緣位置的同時，可以借助調(diào)整換向器的位置，使固定電刷后緣 也向前移動，以確保在相繞組電感下降之前斷電，并使續(xù)流不致延續(xù)到電感下降區(qū)。 本實施例中，圖6是本實用新型的第五種優(yōu)選實施例。與圖5所示的實施例不同的是，該實施 例可以在電機轉(zhuǎn)動期間實時調(diào)整電刷前后緣的夾角。本實施例的電刷裝置不但包括固定電刷442和活動電刷444、固定刷握441和活動 刷握443，還包括軸向調(diào)整塊47和限位塊46。本實施例的技術(shù)特征在于限位塊46既在固定刷握441或轉(zhuǎn)軸22的牽制下與固 定刷握441和轉(zhuǎn)軸22同步旋轉(zhuǎn)，也在軸向調(diào)整塊47的牽制下沿軸向運動；當限位塊46在 軸向靜止時，其牽制活動刷握443與固定刷握441同步旋轉(zhuǎn)；當軸向調(diào)整塊47沿軸向往復(fù) 運動，其帶動限位塊46沿軸向往復(fù)運動，導致旋轉(zhuǎn)中的活動刷握443相對固定刷握441發(fā) 生周向往復(fù)位移，使活動刷握443中的活動電刷444與固定刷握441中的固定電刷442發(fā) 生周向往復(fù)位移。本實施例的技術(shù)實施方案是固定電刷442、固定刷握441、活動電刷444和活動刷 握443與圖五中的相似。固定刷握441位于呈環(huán)狀的活動刷握443的環(huán)內(nèi)部位。在二者的 徑向界面部位固定刷握441 一側(cè)，有容納限位塊46上的四個調(diào)整叉460的帶狀空間。限位塊46向換向器3方向設(shè)置有四個調(diào)整叉460，調(diào)整叉460穿過固定刷握蓋板 451和活動刷握蓋板452伸向固定刷握441和活動刷握443。限位塊46調(diào)整叉的內(nèi)緣設(shè)有 軸向直凸齒，而固定刷握441上有與之相配的軸向直凹槽。由此決定限位塊46與固定刷握 441同步旋轉(zhuǎn)。限位塊46調(diào)整叉的外緣設(shè)有螺旋凸齒461，而活動刷握443內(nèi)緣上設(shè)有與之相配 的螺旋凹槽462。該螺旋槽462的螺距較大，以便當限位塊46上下移動時，螺旋凸齒461可 以推動具有螺旋凹槽462的活動刷握443發(fā)生繞轉(zhuǎn)軸的周向往復(fù)位移。因此本實施例的技術(shù)特征還在于采用軸向直齒槽460和螺旋凸齒461的方式，實 現(xiàn)活動刷握443與固定刷握441的同步和錯位運動的控制。與兩個刷握構(gòu)造相同的還有固定刷握蓋板451和活動刷握蓋板452的構(gòu)造。兩個 刷握441和443與兩個刷握蓋板451和452的螺旋凹槽相配，使得限位塊46在做直線運動 時，活動刷握443與活動刷握蓋板452的運動是同步的。此外，固定刷握蓋板451的外緣具 有限制活動刷握蓋板452沿軸向遠離換向器3的限位凸起454。限位塊46遠離換向器3 —端還有一個盤槽463，該盤槽463與軸向調(diào)整塊47上的 圓盤嵌合。該盤槽與圓盤結(jié)構(gòu)實際上就是一個雙向止推滑動軸承。另外軸向調(diào)整塊47的 尾伸端截面不為圓形，并以此從換向器室端蓋53中央的孔中伸出。該孔的形狀與軸向調(diào)整塊47的尾伸部截面形狀相同。因此，軸向調(diào)整塊47的軸向運動可以傳遞給限位塊46，而限 位塊46的繞轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)不會傳遞給軸向調(diào)整塊47。當軸向調(diào)整塊47沿軸向往復(fù)運動時，帶動與轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)的限位塊46 —起沿軸 向往復(fù)運動。由于調(diào)整叉內(nèi)緣的直槽和外緣螺旋凸齒的作用，活動刷握443與固定刷握441 在跟隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的同時發(fā)生周向往復(fù)位移，帶動活動電刷444的前緣，產(chǎn)生從與固定電刷 442前緣的重合位置向前偏移，和回到初始位置的往復(fù)運動，這就使導通角的數(shù)值發(fā)生增大 和恢復(fù)初始值的變化，從而調(diào)整電機的驅(qū)動電流發(fā)生增大和恢復(fù)原值的變化。在本實施例中，既可以采用固定刷握441位于呈環(huán)狀活動刷握443的環(huán)內(nèi)部位的 方式，也可以采用活動刷握443位于呈環(huán)狀的固定刷握441的環(huán)內(nèi)部位的方式。并且在同 一技術(shù)特征下還可以具有其他的技術(shù)實施方案本優(yōu)選實施例的特征還預(yù)示著，如果調(diào)整叉460不是采用向內(nèi)凸起的直凸齒，而 是與其外緣螺旋凸齒461旋向相同的內(nèi)緣螺旋凸齒，那么固定刷握441將在調(diào)整叉內(nèi)緣螺 旋凸齒的驅(qū)動下發(fā)生周向運動，從而達到與換向器周向轉(zhuǎn)動相同的效果，以實現(xiàn)繞組開通 角與關(guān)斷角按預(yù)定關(guān)系聯(lián)動的技術(shù)效果。圖7是本實用新型第六優(yōu)選實施例，也是第五優(yōu)選實施例的另一種技術(shù)方案。該方案的固定刷握441仍然位于活動刷握443的環(huán)內(nèi)部位。限位塊46仍然以四 個調(diào)整叉460與固定刷握441同步，而4個調(diào)整叉460以4組連桿48、連桿座481牽制活動 刷握蓋板452，活動刷握443以四組聯(lián)動座482與活動刷握蓋板452同步。固定刷握蓋板451上仍然有限位凸起454，以限制活動刷握443的遠離換向器3的 軸向運動。當軸向調(diào)整塊47發(fā)生遠離轉(zhuǎn)子鐵芯的運動時，限位塊46將連桿48抬起，拉動活 動刷握蓋板452，并通過聯(lián)動座482拉動活動刷握443發(fā)生周向位移，使固定電刷442和活 動電刷444的邊緣發(fā)生錯位，達到改變電刷前后緣有效夾角的效果。圖8是本實用新型第七優(yōu)選實施例，也是用于6-4極直流雙凸極電機上的另一種 實時調(diào)整電刷前后緣夾角的技術(shù)方案。由于本實施例中與一個繞組相連的換向片的個數(shù)為四，而電刷個數(shù)也是四個。當 一個繞組導通時相當于四個換向片同時導通，而導通角θ = ton-toffI是由電刷的前后 緣夾角決定。如圖8a所示，當四個電刷處于圓周90°分布時，四個電刷的導通時間θ、ton和 toff都是相同的；當電機以順指針轉(zhuǎn)動時，如果活動刷握443逆順時針發(fā)生角位移δ，則活 動電刷444將使換向片相對于固定電刷442提前δ導通，并提前δ關(guān)斷，而固定電刷442 依然按原計劃時刻導通和關(guān)斷。這樣換向片31相對于由活動電刷444和固定電刷442組 成的電刷4來說，會發(fā)生提前δ導通而按預(yù)定時刻關(guān)斷的效果。這就達到了增大組合電 刷前后緣夾角而無需分裂電刷的目的。如圖8b所示，本實施例的實施技術(shù)方案是電刷裝置包括兩個刷握44和兩個刷握 蓋板45、一個限位塊46以及鋼索63。兩個刷握441和443、刷握蓋板451和452呈剪刀臂 狀疊裝在轉(zhuǎn)軸22上，固定刷握441上裝有鋼索機構(gòu)，以牽引與固定刷握441呈剪刀臂狀疊 置的活動刷握443改變剪刀差角。初始狀態(tài)時兩個刷握中線的夾角是90°。當限位塊46向上移動時，限位塊鋼索座49拉動鋼索493，并穿過鋼索導向座492拉動對面的活動刷握蓋板443上的刷握鋼索座 491，使活動刷握443以減小剪刀角的形式靠近固定刷握441，達到增大兩組電刷的實 際前 緣角的目的。當限位塊46向下運動時，刷握復(fù)位彈簧455使活動刷握443以增大剪刀角的 形式向初始位置靠近，使兩組電刷的實際前緣角減小到接近初始值。本實用新型的優(yōu)選換向器采用平面換向器。由于圓柱形換向器的電刷在旋的條件 下具有下述幾個不利因素，因此本實用新型將圓柱形換向器的應(yīng)用不作為優(yōu)選實施例。但 本實用新型并不排斥圓柱形換向器在本實用新型中的應(yīng)用。本實用新型的優(yōu)選換向器采用平面換向器，但本實用新型并不排斥圓柱形換向器 在本實用新型中的應(yīng)用。本實用新型未將圓柱形換向器作為優(yōu)選實施例是由于下述幾個不 利因素 因離心力導致旋轉(zhuǎn)的電刷對換向器表面的壓力隨轉(zhuǎn)速而變化； 因離心力的影響使外置式電刷長度受到限制，即使是內(nèi)圓柱式的換向器，內(nèi)置 式電刷的長度也受換向器內(nèi)接觸面半徑的限制； 電刷與換向器圓柱面的接觸不易保持全弧面接觸； 圓柱形換向器表面磨損將導致?lián)Q向器外圓徑的減小，將使電刷與換向片的導通 關(guān)系發(fā)生變化。本實用新型所針對的電機是6-4極雙凸極磁阻電機，但本實用新型所述及的技術(shù) 方案所提出的換向片分布規(guī)律以及換向片的角程取值規(guī)則，均可在包括8-6極等其他定轉(zhuǎn) 子極對數(shù)的雙凸極磁阻電機上使用，所不同的是換向器上連接繞組的換向片31的個數(shù)不 同。同樣，本實用新型所述及的換向器和電刷的使用都是直接驅(qū)動繞組的形式。如果 采用本實用新型所述的換向器和電刷裝置連接電子功率控制器的驅(qū)動端，而使該電子功率 控制器的輸出端驅(qū)動繞組當然也在本實用新型所述技術(shù)的范圍。
權(quán)利要求一種直流換向器式雙凸極磁阻電機，電機由電機定子裝置、轉(zhuǎn)子裝置、換向器裝置、電刷裝置和電機外殼構(gòu)成，其中繞組分布在具有凸極的定子鐵芯磁極上，轉(zhuǎn)子由具有凸極的硅鋼片疊制而成，兩個軸承分別嵌在前端蓋和后端蓋的軸承室中，轉(zhuǎn)軸穿過兩個軸承，其特征在于換向器采用平面型換向器，其換向片與定子繞組相連，并且換向器裝置不隨轉(zhuǎn)軸旋動，而電刷裝置隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的直流換向器式雙凸極磁阻電機，其特征在于 片的個數(shù)等于電機定子凸極和轉(zhuǎn)子凸極個數(shù)的最小公倍數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的直流換向器式雙凸極磁阻電機，其特征在于 極上的分布順序，與它們在換向器上與換向片的連接順序是相反的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的直流換向器式雙凸極磁阻電機，其特征在于 的同一個電極相連，電刷數(shù)量最多可等于轉(zhuǎn)子凸極的數(shù)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的直流換向器式雙凸極磁阻電機，其特征在于 連的換向片之間設(shè)有與電源負極相連的換向片。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的直流換向器式雙凸極磁阻電機，采用線控或電控的方式，改變換 向器與定子凸極相對位置，對電機進行調(diào)速、剎車和反轉(zhuǎn)操作其特征在于a.如果采用線控方式，則在換向器上固定了一個滑輪和鋼索，以使采用手把調(diào)整換向 器的周向位置，在換向器上還設(shè)置了一個拉簧，以使當鋼索拉力減小時，拉簧將換向器拉回 初始位置；b.如果采用電控方式，則蝸桿驅(qū)動電機驅(qū)動蝸桿帶動蝸輪轉(zhuǎn)動，蝸輪與換向器固定，蝸 桿驅(qū)動電機以正反轉(zhuǎn)帶動換向器雙向轉(zhuǎn)動.
7.根據(jù)權(quán)利要求6的直流換向器式雙凸極磁阻電機，電刷裝置由固定電刷和活動電刷 組成，與之相配的是固定刷握和活動刷握，電刷與刷握隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，其特征在于活動刷握 相對固定刷握發(fā)生周向位移，使活動電刷的前緣相對于固定電刷的前緣從重合位置發(fā)生錯 位，使活動電刷的前緣至固定電刷的后緣之間的角程發(fā)生變化。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的直流換向器式雙凸極磁阻電機，電刷裝置不但包括固定電刷和活 動電刷、固定刷握和活動刷握，還包括軸向調(diào)整塊和限位塊，其特征在于限位塊既在固定 刷握或轉(zhuǎn)軸的牽制下與固定刷握和轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)，也在軸向調(diào)整塊的牽制下沿軸向運動； 當限位塊在軸向靜止時，其牽制活動刷握與固定刷握同步旋轉(zhuǎn)；當軸向調(diào)整塊沿軸向往復(fù) 運動，其帶動限位塊沿軸向往復(fù)運動，導致旋轉(zhuǎn)中的活動刷握相對固定刷握發(fā)生周向往復(fù) 位移，使活動刷握中的活動電刷與固定刷握中的固定電刷發(fā)生周向往復(fù)位移。與繞組相接的換向 不同繞組在定子凸 所有電刷只與電源 換向器上與繞組相專利摘要一種直流換向器式雙凸極磁阻電機，由電機本體和換向器以及電刷裝置構(gòu)成；換向器不隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而電刷隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；與繞組相連的換向片的個數(shù)是定子凸極和轉(zhuǎn)子凸極個數(shù)的最小公倍數(shù)，電刷的個數(shù)最多等于轉(zhuǎn)子凸極的個數(shù)；換向片連接繞組的順序與繞組在定子凸極上的分布順序是相反的；可以借助改變換向器繞轉(zhuǎn)軸的周向位置的方式，實現(xiàn)調(diào)速、剎車和反轉(zhuǎn)操作；可以借助改變電刷前后緣夾角的方式改變電機的輸出功率和機電效率；這種電機的操控方式與開關(guān)磁阻電機相同，且大大地消除了開關(guān)磁阻電機所特有的振動和噪聲。
文檔編號H02K23/18GK201742278SQ20092029245
公開日2011年2月9日 申請日期2009年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月24日
發(fā)明者馮魯民 申請人:馮魯民