[发明专利]直流电机无电弧换向器

说明书

本发明涉及一种直流电机换向器。

在直流电机中，换向器是其重要部件，也是易出故障的部件，其中电弧烧蚀和环火是换向器最主要故障。造成这些故障主要原因是电刷和换向片之间电弧。长期以来是靠在电机中增加换向极抑制换向器的电弧，但还不能从根本上消除电弧的产生。本发明针对上述问题，提出一种直流电机无电弧换向器。

图1、2、3、4直流电机无电弧换向器工作过程原理图，图1中1是电刷，2是辅助电刷，3是辅助电刷接触的轨道两相邻换向片之间绝缘间隔，4是换向片，5是电枢绕组，6是电阻，7是二极管，8是电容器。

在直流电机换向器中，产生电弧的主要原因是：被换向的电枢绕组线圈，在极短时间内改变电流方向，在该绕组中将产生很大的感应电动势，在换向开始和结束会在电刷的前刷边或后刷边与即将接触或分离的换向片之间产生电弧，如果在电刷和上述换向片之间增加电容器，由于电容器两端电压不会突变，短瞬间形成续流电流，这就可以保证不会产生上述电弧。电机转动是连续的，因此必须在每次换向后，及时放掉电容器中在换向中额外储存的电荷，以备下次换向电弧的消除。综上所述，本发明的总体构思为：

如图1所示，对直流电机换向器的每个电刷1，增设一个或者两个辅助电刷2，对于增设一个辅助电刷2，它相对于电刷1接触同一换向片的时间可以是超前，也可以是落后；对于增设两个辅助电刷2，它们相对于电刷1接触同一换向片的时间一个是超前的，另一个是落后的。辅助电刷和电刷在换向器上处于不同的轨道，和辅助电刷接触的轨道两相邻换向片之间绝缘间隔3周向宽度不小于电刷周向宽度，以使辅助电刷不同时接触相邻的两个换向片。在辅助电刷2和电刷1的接线端之间连接充放电电路，该电路中包括二极管7电容器8和电阻6，其中电阻6和电容器8并联再和二极管7串联，二极管8邻近电刷1一端的极性，对于直流电动机和电刷1连接的电源极性相同，对于直流发电机和电刷1输出的极性相反。

电容器选择实施例：一般情况，电容量选择按2～10微法/安，耐压按电源电压的三分之一左右。

以下对直流电机无电弧换向器工作过程作以简要叙述：

如图1所示，设图中是一直流电动机换向器，换向片朝左方运动，在初始位置，设电刷1刚换向结束，仅和一个换向片接触，两个辅助电刷2此时分别和电刷接触的换向片所相邻的换向片已处于接触，左方辅助电刷2将换向结束时引起的突变的电位差转换为电流通过二极管7注入电容器8，抑制了后刷边的电弧，同样处于右方的辅助电刷2将其接触的换向片和电刷1接触的换向片之间电位差突变转换为电流注入相应的电容器，抑制了紧接着再次换向开始前刷边的电弧。如图2所示，经过一定时间间隔，左方辅助电刷完全进入换向片之间绝缘间隔，而右方辅助电刷和电刷1接触了同一换向片，但由于二极管作用，电容器存放的电荷不会由这个换向片短路释放形成电弧。如图3所示，再经过一定时间间隔，左方的辅助电刷也和电刷1同时接触同一换向片，同样也不会形成电弧。如图4所示，再经过一定时间间隔，右方电刷完全进入绝缘间隔。需要说明，在上述图2、3、4所示的过程中，电阻6逐渐释放掉电容器在图1中换向积累的电荷，再经过一定时间间隔，完成一次换向循环，又重复上述过程。

理论和实验表明，直流电机无电弧换向器可以消除换向器中的电弧，极大延长换向器的使用寿命，减少电机的故障。直流电机无电弧换向器在直流电机领域有着广阔的应用前景。