[发明专利]一种水银电刷换向器直流旋转电机以及制造方法

说明书

本发明涉及直流旋转电机、换向器以及制造方法。 

直流电机的产生源于1832年美国人期特金发明了直流电机换向器，1836年pixii发明了带换向器的直流电机。直流电机运用较广泛，在矿山、冶金、交通、机械制造、造纸要、橡胶等行业均有运用。它具有低速大转矩，平滑调速的特点以及优良的性价比是其它电机无法取代的。但它也存在换向器整流子易磨损，易出现“打火”现象，操作、维护、运营成本高的缺点。一百多年来国内外有关技术人员为攻克这一难题进行了不懈的努力。如：长城换向器公司的《03239176》、《200620108375》奥地利雷德公司《96180521》，他们的换向器创新都只限于细节上的改进，或延长了整流子的使用寿命，或减小了电火花，或提高了生产效率降低生产成本，但没有改变换向器整流子、炭刷基本结构，未能彻底解决整流子的机械磨损和“打火”问题。该问题已严重制约了有刷直流电机的发展，“有刷”成为直流电机落后的代名词，成为直流电机发展的瓶颈。近十几年由于市场对电动汽车、电动车的需求量大，无刷永磁电机得到长足的发展。从无刷永磁电机工作本质分析该电机不是直流电机，而属交流感应电机，具有交流感应电机的基本特性。它的低速转矩输出特性与汽车、电动车的运行特性是不匹配的，作为电机直接驱动的电动汽车，电动车肯定是 不适合的。目前市场上的以无刷永磁直流电机直驱的电动汽车、电动车的爬坡、加速性能与燃油汽车、摩托车存在很大的差距，说明无刷永磁直流电机的研发尚在初级阶段，还有很长的一段路要走。本发明水银电刷直流电机除了该电机原有的低转速大转矩、平滑调速的特点，还具有换向器无机械磨损，无“打火”，无噪音的优点。以水银电刷换向器直流电机直驱电动汽车，电动车的爬坡、加速性能不差于燃油汽车、摩托车，特别是性价比优于后者，只是燃油汽车、摩托车造价的百分之五十，甚至还要低。水银电刷直流电机技术的出现将为有刷直流电机直驱电动汽车、电动车带来突破，也为有刷直流电机的发展带来希望。 

一种水银电刷换向器直流电机。详见图3、图4原理图。N、S、主磁极、a、b、c、d线图、AA′-BB′换向器、k、j、e、o整流子极片。导线连接o-n-m(经过轴中心孔)-l-a-b-d-c(经过轴中心孔)-i-g-f-e。在i处分支路线i-j；在l处分支路线l-k；在A′+B′-加直流电源，电流从A′+-P-O-n-m-l-a-b-d-c-i-j-p-B′-。载流导体ab、cd受电磁力的作用形成转矩开始逆时针方向转动(左手定律)，此时整流了极电e、k置空。线圈传动180°后电流从A′+-P-e-f-g-c-d-b-a-l-k-p-B′-，此时整流子极电O、J置空。由于AA′-BB′的换向作用线圈中的电流是交流的，产生的转矩方向是不变的。AA′-BB′换向器的水银电刷B′P所处的位置与传统的直流电机炭刷所处的位置相差180°，但还是合符电机学理论的，电流从轴中心孔辐射至绕组。而轴中心孔与主磁极几何中线是重迭的， 所以说与电机学相关的理论是不矛盾的。 

关于换向器的磨损和“打火”成因众说纷云归纳为三点：1、电磁原因，绕组在换向瞬间产生反电势，极性与后绕组电流极性相反，前后整流子极片的电压击穿空气释放电能并产生火花；2、机械原因，换向器整流子径向跳动大，或动平衡不好，炭刷压力不均，整流子表面不洁净。3、电化学原因，整流子表面氧化亚铜层被破坏。本技术在水银电刷P上置有一层消弧液、消弧粉q，其厚度是相邻极片绝缘距离S加上极片宽度，δ≥R+S。详见附图5。前绕组在换向瞬间极片产生反电势(电感原理)，但它与后极片之间始终有S厚度消弧液、粉q隔离，q的电阻大于空气电阻，两极电之间不能产生电击。关于整流子机械磨损的问题，水银电刷的导电性能非常好，远远超过炭刷，触点电阻是1毫欧电阻。液态水银与固态整流子相对运动的磨损非常小，可忽略，即便是有磨损接触面也不可能产生间隙“打火”之说不能成立。