有刷电机换向器及其形成方法

xiaoxiao2020-8-1  9

有刷电机换向器及其形成方法
【专利摘要】本发明公开有刷电机换向器及其形成方法。换向器包括电绝缘的基体、以及若干沿周向间隔分布于基体外表面的换向片。换向器的形成方法包括设置若干电绝缘的气体释放部件的步骤。每一气体释放部件在两相邻换向片之间具有气体释放表面,并可经气体释放表面释放出导电性小于空气的气体。气体释放表面低于换向片的外表面从而与所述两相邻换向片的两相对侧壁共同形成扩散空间。气体释放部件所释放出的气体沿所述扩散空间扩散,从而抑制换向火花,降低火花对电刷和换向片的磨损。
【专利说明】有刷电机换向器及其形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及有刷电机的换向器,尤其涉及换向器的火花抑制结构。
【背景技术】
[0002]有刷电机包括定子以及相对定子转动的转子。转子包括转轴、固定于转轴的转子磁芯、固定于转轴并与转子磁芯相邻的换向器、以及缠绕于转子磁芯的齿上并与换向器电连接的转子绕组。定子包括定子磁极、供电端子、以及至少一对用于与换向器的换向片滑动接触的电刷。外部电源经供电端子、电刷和换向器被提供给转子绕组,转子绕组通电后形成转子磁场,与定子磁场相互作用从而驱动转子旋转。
[0003]换向过程中,当电刷离开某一换向片时,流过相应转子绕组的电流发生突变,产生较大的感应电动势,从而在电刷与该换向片之间形成强电场。电刷与该换向片附近的空气在强电场的作用下发生气体电离,从而形成电弧放电路径并产生电火花(也可称作换向火花)。换向火花较强时,将破坏电刷与换向器之间的滑动接触,使两者磨损增加。因此,如何抑制换向火花是电机设计需要考虑的关键问题之一。

【发明内容】

[0004]本发明的一方面提供一种换向器,包括电绝缘的基体、以及若干沿周向间隔分布于基体外表面的换向片。换向器还包括若干与基体各自成型的电绝缘的气体释放部件。每一气体释放部件在两相邻换向片之间具有气体释放表面。气体释放部件可经气体释放表面释放出导电性小于空气的气体。沿换向器径向气体释放表面低于换向片的外表面从而与所述两相邻换向片的两相对侧壁共同形成扩散空间,使得气体释放部件所释放出的气体沿所述扩散空间扩散。
[0005]较佳的,所述基体与若干换向片不可拆卸地成型为一体。
[0006]较佳的,所述基体与若干气体释放部件不可拆卸地成型为一体。
[0007]可选的,所述气体释放部件至少部分注射成型于所述基体外表面的若干槽中。
[0008]可选的,所述气体释放部件至少部分插装于所述基体外表面的若干槽中。
[0009]可选的,所述气体释放部件至少部分注射成型于相邻换向片之间。
[0010]可选的,所述气体释放部件至少部分插装于相邻换向片之间。
[0011 ] 较佳的,所述气体释放部件由热塑性材料制成。
[0012]本发明的另一方面提供一种换向器的形成方法。换向器包括电绝缘的基体、以及若干沿周向间隔分布于基体外表面的换向片。所述方法包括在换向器中设置若干电绝缘的气体释放部件的步骤。每一气体释放部件在两相邻换向片之间具有气体释放表面,并可经气体释放表面释放出导电性小于空气的气体。气体释放表面低于换向片的外表面从而与所述两相邻换向片的两相对侧壁共同形成扩散空间,使得气体释放部件所释放出的气体沿所述扩散空间扩散。
[0013]根据一较佳实施方案,所述若干气体释放部件被设置于各对相邻换向片之间。[0014]可选的,所述设置气体释放部件步骤之前包括将若干换向片沿周向间隔安装至基体外表面的步骤。
[0015]可选的,所述设置气体释放部件步骤之后包括在换向片内侧一体成型基体于气体释放部件和换向片表面上的步骤。
[0016]根据另一较佳实施方案,所述若干气体释放部件被设置于基体外表面上的若干沿周向间隔分布的凹槽中。
[0017]可选的,所述设置气体释放部件步骤之后包括将若干换向片沿周向间隔安装至基体外表面的步骤。
[0018]可选取的,所述方法还包括:在一金属环内侧一体成型基体于金属环表面上的步骤,所述基体的径向外端设若干用于容纳气体释放部件的凹槽或孔;以及在所述金属环上形成若干通槽,使各通槽与基体的对应凹槽或孔相连通的步骤。
[0019]根据再一较佳实施方案,所述若干气体释放部件被周向间隔地设置于一金属环的内表面。
[0020]可选的,所述设置若干气体释放部件步骤之后包括:在所述金属环内侧一体成型基体于气体释放部件和金属环表面上的步骤;以及在所述金属环上形成若干通槽从而形成所述若干间隔分布的换向片并暴露所述若干气体释放部件的步骤。
[0021]本发明实施例中,由于气体释放部件所释放气体的导电性小于空气。因此当转子转组在换向过程中产生较大感应电动势时,相邻换向片之间以及换向片与电刷之间发生的气体电离程度(也即电弧放电程度)减弱,即电火花得以减小,从而可以降低电火花对电刷和换向片造成的磨损。减小电火花也可以降低电火花所导致的换向器温度升高的程度,从而可进一步降低电刷和换向片的磨损。
【专利附图】

【附图说明】
[0022]附图中:
[0023]图1示出依据本发明一较佳实施例的换向器;
[0024]图2示出图1的换向器的左视图;
[0025]图3示出图1的换向器的基体;
[0026]图4示出图1的换向器的换向片;
[0027]图5示出图1的换向器的气体释放部件;
[0028]图6示出图1的换向器的电火花抑制原理图;
[0029]图7示出依据本发明另一较佳实施例的换向器;
[0030]图8至图10示出图7的换向器的一种形成方法中的部分步骤;
[0031]图11示出依据本发明再一实施例的换向器;
[0032]图12至图15示出图11的换向器的一种形成方法中的部分步骤;
[0033]图16和图17示出图11的换向器的另一种形成方法中的部分步骤。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图,通过对本发明的【具体实施方式】详细描述,将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。可以理解,附图仅提供参考与说明用,并非用来对本发明加以限制。附图中显示的尺寸仅仅是为了便于清晰描述,而并不限定比例关系。
[0035]图1和图2示出依本发明一较佳实施例的可用于有刷电机的换向器10。图3示出换向器10的基体。图4示出换向器10的换向片。图5示出换向器10的气体释放部件。参照附图所示,换向器10包括中空的电绝缘基体12、若干沿周向均匀间隔固定于基体12的外表面的换向片14、以及紧紧套设于各换向片14的外表面的固定环16。每一换向片14的一端具有用于电连接电机的转子绕组的导电端子18。基体12的外表面设有若干沿周向间隔分布的凹槽20。各换向片14间隔分布于基体12外表面的相邻凹槽20之间,且每两个相邻换向片14的两相对侧壁22之间的距离小于凹槽20的槽口。这样,两相邻换向片14的两相对侧壁22与对应凹槽20共同形成倒T形槽。每一倒T形槽内设有倒T形的电绝缘的气体释放部件24。上述倒T形配置可在径向上定位气体释放部件24,避免气体释放部件24在换向器高速旋转过程中被甩离,同时还可以增加相邻换向片14之间的气体释放部件24的体积,从而容许产生更多气体。气体释放部件24的外表面位于相邻换向片14之间的部分形成气体释放表面26。气体释放表面26低于换向片14的外表面28,并与相邻换向片14的两相对侧壁22共同形成扩散空间30。
[0036]较佳的,气体释放部件24可以由已知的可自然释放气体的热塑性材料成型,并且该材料所释放气体的导电性小于空气。换向器10工作过程中,气体释放部件24可经气体释放表面26自然释放出气体并沿扩散空间30扩散。气体释放表面26低于换向片14的外表面28可以避免气体释放部件24与电机的电刷直接摩擦接触而产生电绝缘粉屑,进而避免电绝缘粉屑附着到换向片14的外表面28上从而影响换向片14与电刷接触时的导电性。
[0037]一并结合图6,本实施例中,气体释放部件24可经气体释放表面26在两相邻换向片14之间以及换向片14与电刷32之间释放出导电性小于空气的气体34。与传统中未设置气体释放部件的换向器相比,当转子绕组36在换向过程中产生较大感应电动势时,由于气体释放部件24所释放气体的导电性小于空气,因此在相邻换向片14之间以及换向片14与电刷32之间发生的气体电离程度(也即电弧放电程度)减弱,即电火花得以减小。减小电火花可以降低其对电刷和换向片造成的磨损。减小电火花也可以降低电火花所导致的换向器温度升高的程度,从而可进一步降低电刷和换向片的磨损。
[0038]换向器10的一种形成方法包括以下步骤:
[0039]S11、分别形成电绝缘基体12、若干换向片14、及若干气体释放部件24。
[0040]S12、将各气体释放部件24分别插装于基体12外表面上形成的凹槽20中。
[0041]S13、将各换向片14沿周向间隔安装在各对相邻气体释放部件24之间。
[0042]S14、将一固定环16紧紧套设于各换向片14的外表面。
[0043]可以理解的,作为替代,也可以先将各换向片14间隔安装到基体12后,再将各气体释放部件24插装于相邻换向片14与基体12共同形成的倒T形槽内。
[0044]上述方法中,各气体释放部件24先单独成型之后再被插装至对应凹槽20中,即气体释放部件24可拆卸地与基体12形成一体。作为替代,也可在将各换向片14安装到基体12之前或之后,通过流体注射方式直接成型各气体释放部件24于基体12的对应凹槽20内,从而使气体释放部件24不可拆卸地与基体12形成一体。
[0045]图7示出根据本发明另一较佳实施例的换向器40。换向器40包括空心的电绝缘基体12、以及若干沿周向均匀间隔分布于基体12的外表面的换向片14。相邻换向片14之间具有通槽42。基体12的外表面分布有若干凹槽20,每一凹槽20与一对应通槽42连通。每一气体释放部件24整体设于基体12的一凹槽20中。气体释放部件24的外表面位于相邻换向片14之间的部分形成气体释放表面26。该气体释放表面26低于换向片14的内表面44或与换向片14的内表面44齐平,并与相邻换向片14的两相对侧壁22共同形成扩散空间30。
[0046]一并参阅图8至图10,换向器40的一种形成方法包括以下步骤:
[0047]S21、提供一金属环46 (如图8所示)和若干气体释放部件24 (如图9所示)。金属环46的内表面间隔地设有若干凸起48。
[0048]S22、如图10所示,一体模制成型基体12于金属环46的内表面上,并在基体12的径向外端形成若干沿周向间隔分布的孔50。金属环46内表面的凸起48可加强基体12与金属环46的结合效果。作为孔50的替代,也可在基体12外表面上形成若干凹槽。可以理解的,也可通过其他已知方式成型基体12于金属环46的内表面上,使得基体12与金属环46不可拆卸地形成一体。
[0049]S23、将若干气体释放部件24分别插装至基体12的孔50或凹槽中。
[0050]S24、在金属环46上形成若干径向通槽42,暴露所述若干气体释放部件24,形成如图7所示的换向器40。
[0051]上述方法中,先将气体释放部件24插装至基体12的孔50或凹槽后,再在金属环46上形成径向通槽42。作为一种替代,也可先在金属环46上形成径向通槽42使通槽42与基体12的对应孔50或凹槽连通,再将气体释放部件24插装至基体12的凹槽20中。
[0052]上述方法中,各气体释放部件24先单独成型之后再被插装至基体12的孔50或凹槽中,即气体释放部件24可拆卸地与基体12形成一体。作为替代,也可通过注射方式直接成型各气体释放部件24于基体12的对应孔50或凹槽内,从而使气体释放部件24不可拆卸地与基体12形成一体。
[0053]图11示出根据本发明再一较佳实施例的换向器54。换向器54包括空心的电绝缘基体12、以及若干沿周向均勻间隔分布于基体12的外表面的换向片14。基体12 —体成型在气体释放部件24和换向片14的内表面44上。每两相邻换向片14的两相对侧壁22与基体12外表面的对应凹槽20共同形成倒T形槽。每一凹槽20内设有电绝缘的气体释放部件24。气体释放部件24的气体释放表面26低于换向片14的外表面28、并与相邻换向片14的两相对侧壁22共同形成扩散空间30。
[0054]一并参阅图12至图15,换向器54的一种形成方法包括以下步骤:
[0055]S31、提供一金属环46 (如图12所示)和若干气体释放部件24 (如图13所示)。金属环46的内表面设有若干沿周向间隔分布的定位槽56以及若干凸起48。
[0056]S32、如图14所示,将若干气体释放部件24分别装设至金属环46内表面的定位槽56中。
[0057]S33、如图15所示,在金属环46内侧一体模制成型基体12于气体释放部件24和金属环46的表面上。金属环46内表面的凸起48可加强基体12与金属环46的结合效果。可以理解的,也可通过其他已知方式使基体12 —体成型至金属环46。
[0058]S34、在金属环46上形成若干开槽,暴露所述若干气体释放部件24,形成如图11所不的换向器54。[0059]上述方法中,各气体释放部件24先单独成型之后再被装设至金属环46的定位槽56中。作为替代方案,也可通过注射方式直接成型各气体释放部件24于金属环46的定位槽中。
[0060]一并参阅图16和图17,换向器54的另一种形成方法包括以下步骤:
[0061]S41、提供若干换向片14 (如图16所不)和若干气体释放部件24。每一换向片14的内表面设有凸起48。
[0062]S42、如图17所不,沿一圆周方向间隔布置所述若干换向片14,并使各换向片14设于各对相邻气体释放部件24之间。
[0063]S43、在换向片14内侧一体模制成型基体12于气体释放部件24和换向片14的表面上,形成如图11所示的换向器54。换向片14内表面的凸起48可加强基体12与换向片14的结合效果。可以理解的,也可通过其他已知方式使基体12—体成型至各换向片14上。
[0064]本发明实施例中的换向器较佳的可用于高功率电机,在此类应用中,基体12可由热固型材料制成,从而能够在高温环境中为换向片14提供稳定的支撑。气体释放部件24较佳的可选择在非高温环境中也能自然释放出导电性小于空气的气体的电绝缘材料制成,这样,气体释放部件24在高温中释放的气体更多,因此换向火花的抑制效果更佳。
[0065]当然,本发明实施例中的换向器也可用于低功率电机,可以理解的,在此类应用中,气体释放部件24应由在非高温环境中也能释放出导电性小于空气的气体的电绝缘材料制成。
[0066]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
[0067]例如,在换向器54的第二种形成方法中,若干气体释放部件24可以由一连接环连接为一体以便于准确定位。在将基体12 —体成型至换向片14上后,可视情况去除或保留连接环。
【权利要求】
1.一种换向器,包括电绝缘的基体、以及若干沿周向间隔分布于基体外表面的换向片;其特征在于:所述换向器还包括若干与所述基体各自成型的电绝缘的气体释放部件,每一气体释放部件在两相邻换向片之间具有气体释放表面,所述气体释放部件可经气体释放表面释放出导电性小于空气的气体,沿换向器径向所述气体释放表面低于换向片的外表面从而与所述两相邻换向片的两相对侧壁共同形成扩散空间,使得气体释放部件所释放出的气体沿所述扩散空间扩散。
2.如权利要求1所述的换向器,其特征在于,所述基体与若干换向片不可拆卸地成型为一体。
3.如权利要求1所述的换向器,其特征在于,所述基体与若干气体释放部件不可拆卸地成型为一体。
4.如权利要求1或2或3所述的换向器,其特征在于,所述气体释放部件至少部分注射成型于所述基体外表面的若干槽中。
5.如权利要求1或2所述的换向器,其特征在于,所述气体释放部件至少部分插装于所述基体外表面的若干槽中。
6.如权利要求1或2或3所述的换向器,其特征在于,所述气体释放部件至少部分注射成型于相邻换向片之间。
7.如权利要求1或2或3所述的换向器,其特征在于,所述气体释放部件至少部分插装于相邻换向片之间。
8.如权利要求1或2或3所述的换向器,其特征在于,所述气体释放部件由热塑性材料制成。
9.一种换向器的形成方法,所述换向器包括电绝缘的基体、以及若干沿周向间隔分布于基体外表面的换向片,其特征在于,所述方法包括在换向器中设置若干电绝缘的气体释放部件的步骤;每一气体释放部件在两相邻换向片之间具有气体释放表面,并可经气体释放表面释放出导电性小于空气的气体,所述气体释放表面低于换向片的外表面从而与所述两相邻换向片的两相对侧壁共同形成扩散空间,使得气体释放部件所释放出的气体沿所述扩散空间扩散。
10.如权利要求9所述的方法,其特征在于,所述若干气体释放部件被设置于各对相邻换向片之间。
11.如权利要求10所述的方法,其特征在于,所述设置气体释放部件步骤之前包括将若干换向片沿周向间隔安装至基体外表面的步骤。
12.如权利要求10所述的方法,其特征在于,所述设置气体释放部件步骤之后包括在换向片内侧一体成型基体于气体释放部件和换向片表面上的步骤。
13.如权利要求9所述的方法,其特征在于,所述若干气体释放部件被设置于基体外表面上的若干沿周向间隔分布的凹槽中。
14.如权利要求13所述的方法,其特征在于,所述设置气体释放部件步骤之后包括将若干换向片沿周向间隔安装至基体外表面的步骤。
15.如权利要求13所述的方法,其特征在于,所述方法还包括: 在一金属环内侧一体成型基体于金属环表面上的步骤,所述基体的径向外端设若干用于容纳气体释放部件的凹槽或孔;以及在所述金属环上形成若干通槽,使各通槽与基体的对应凹槽或孔相连通的步骤。
16.如权利要求9所述的方法,其特征在于,所述若干气体释放部件被周向间隔地设置于一金属环的内表面。
17.如权利要求16所述的方法,其特征在于,所述设置若干气体释放部件步骤之后包括: 在所述金属环内侧一体成型基体于气体释放部件和金属环表面上的步骤;以及在所述金属环上形成若干通槽从而形成所述若干间隔分布的换向片并暴露所述若干气体释放部件的步骤 。
【文档编号】H01R43/06GK103682908SQ201210336532
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月12日 优先权日:2012年9月12日
【发明者】W·戈尔特, 刘清式 申请人:德昌电机(深圳)有限公司

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