[发明专利]一种直流换向器式双凸极磁阻电机

说明书

技术领域  本发明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变换，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。但该申请并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  本发明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。

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：

●续流二极管大大地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。本发明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