一种滚动换向装置的制作方法

[0001]
本实用新型涉及电气设备领域，尤其涉及一种滚动换向装置。


背景技术：

[0002]
传统的电机滑动换向器有以下缺点：即由于电刷与换向器之间的接触面面积较大，存在着很大的滑动摩擦，导致电刷磨损快，换向器磨损快，严重影响了有刷电机的寿命、可靠性和经济性；加之电机运行时电刷与换向器之间始终存在电火花，造成大量电能的额外损失，同时也伴随着产生大量的热量使电机升温，因而大大降低了有刷电机的效率，也使有刷电机的应用范围受到很大限制。


技术实现要素：

[0003]
为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种滚动换向装置，其能解决电刷与换向器之间的接触面面积较大，存在着很大的滑动摩擦，导致电刷磨损快，换向器磨损快，严重影响了有刷电机的寿命的问题。
[0004]
为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：
[0005]
一种滚动换向装置，包括用于连接转子的换向器和电刷，所述电刷包括设置在其靠近换向器一侧的第一端面，所述换向器包括至少两个沿圆周方向设置的第二端面，所述第一端面和第二端面均呈弧状结构，所述第一端面与第二端面相互抵接，并形成滚动摩擦；所述电刷，用于通过换向器与转子连接，以形成闭合的电路。
[0006]
优选的，所述第一端面在圆周方向上的宽度大于任意两个相邻的第二端面在圆周方向上的间距。
[0007]
优选的，所述电刷包括至少一个设有第一端面的刷体，所述刷体的第一端面与换向器的第二端面相互抵接。
[0008]
优选的，所述刷体为柱体结构。
[0009]
优选的，所述换向器包括若干与转子连接的导体滚子和至少一个用于固定导体滚子的滚子保持架，所述滚子保持架呈柱体结构，所述导体滚子沿圆周方向设置在滚子保持架中，所述电刷的第一端面通过导体滚子的第二端面与转子连接。
[0010]
优选的，所述导体滚子包括设置有第二端面的本体，所述本体呈柱体结构，所述转子与本体的一端连接，所述滚子保持架与本体的另一端连接。
[0011]
优选的，所述本体靠近转子的一端向转子方向凸起形成第一触体，所述本体远离转子的另一端向远离转子的方向凸起形成第二触体，所述本体通过第一触体与转子连接，所述本体通过第二触体与滚子保持架连接。
[0012]
优选的，所述换向器包括滚子保持架的数量为2，分别记为第一滚子保持架和第二滚子保持架，所述第一滚子保持架与第二滚子保持架在水平面上的投影完全重合，所述导体滚子沿圆周方向分别设置在第一滚子保持架与第二滚子保持架中，所述第一滚子保持架中导体滚子和第二滚子保持架中导体滚子均与电刷连接。
[0013]
优选的，所述上下相邻的导体滚子呈阶梯设置。
[0014]
优选的，所述电刷包括互相分离的上刷体和下刷体，所述上刷体和下刷体在水平面上的投影完全重合，所述上刷体与第一滚子保持架中导体滚子连接，所述下刷体与第二滚子保持架中导体滚子连接
[0015]
相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：通过导体滚子与电刷之间产生滚动摩擦，来减小导体滚子与电刷之间的摩擦力，使得导体滚子与电刷的磨损减小，从而提高导体滚子与电刷在滚动时的稳定性，优选的，导体滚子的两端向外凸起，形成尖端，分别与滚子保持架和转子连接，进一步减小导体滚子与电刷之间的滚动摩擦力。
附图说明
[0016]
图1为实施例一中所述的滚动换向装置的结构示意图。
[0017]
图2为实施例一中所述的导体滚子的结构示意图。
[0018]
图3为实施例一中所述的双层换向器的结构示意图。
[0019]
图4为实施例二中所述的滚动换向装置的结构示意图。
[0020]
图5为实施例二中所述的导体滚子的结构示意图。
[0021]
图6为实施例三中所述的滚动换向装置的结构示意图。
[0022]
图7为实施例四中所述的滚动换向装置的结构示意图。
[0023]
图8为实施例五中所述的滚动换向装置的结构示意图。
[0024]
图中：1-换向器；11-第二端面；12-导体滚子；121-本体；122-第一触体；123-第二触体；13-滚子保持架；2-电刷；21-第一端面；22-刷体。
具体实施方式
[0025]
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0026]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0027]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0028]
下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述：
[0029]
在本实用新型中，所述滚动换向装置不限于应用于电机中，根据电机的可逆运行原理，还可应用于发电机中。所述电刷2的个数可以根据实质运行的需求而增加，所述电刷2的材质不限于石墨，还可以采用铜、银等具备良好导电性能的金属材料或者合金材料制成，同时电刷2可以为块状物或者圆柱体。所述导体滚子12采用具备良好导电性能的材料制成。
[0030]
实施例一：
[0031]
如图1-3所示，在本实施例中，一种滚动换向装置，包括用于连接转子的换向器1和电刷2，所述电刷2包括设置在其靠近换向器1一侧的第一端面21，所述换向器1包括至少两个沿圆周方向设置第二端面11，所述第一端面21和第二端面11均呈弧状结构，优选的，所述电刷2可以为一侧端面呈弧状结构的块状物或者圆柱体，以使得所述第一端面21与第二端面11相互抵接，并形成滚动摩擦，优选的，当所述第一端面21与第二端面11所对应的圆心处在同一个方向上，则第二端面11与第二端面11的位置关系互为内切，当所述第一端面21与第二端面11所对应的圆心处在相反方向上，第一端面21与第二端面11的位置关系互为外切。
[0032]
如图1所示，在本实施例中，所述换向器1由呈柱体结构的滚子保持架13和多个固定在滚子保持架13中的导体滚子12组成，优选的，所述导体滚子12包括设置有第二端面11且呈柱体结构的本体121(所述第二端面11为柱体结构的弧形面)，所述本体121靠近转子的一端(即柱体的一个底面)向转子方向凸起形成呈锥体结构或者球体结构的第一触体122，所述本体121远离转子的一端(即柱体的另一个底面)向远离转子的方向凸起形成呈锥体结构或者球体结构的第二触体123，如图2所示，所述本体121通过第一触体122与转子连接，具体的，所述第一触体122的尖端与转子连接，所述第一触体122的底端与本体121连接，所述本体121通过第二触体123与滚子保持架13连接，所述第二触体123的尖端与滚子保持架13连接，所述第二触体123的底端与本体121连接，优选的，还包括弹性元件，所述第一触体122通过弹性元件与转子连接，避免第一触体122或者第二触体123在使用过程中，因磨损严重而断开了导体滚子12与转子之间的连接。
[0033]
优选的，还可以直接在导体滚子12的本体121与滚子保持架13之间、导体滚子12的本体121与转子之间直接设置类似陀螺之类的零件或者夹具，至少有一个尖端，以减少导体滚子12的本体121与滚子保持架13之间、导体滚子12的本体121与转子之间的摩擦。
[0034]
在本实施例中，所述滚动换向装置在运行时，电刷2的刷体22的第一端面21与导体滚子12的第二端面11互相抵接，由于电刷2与导体滚子12均采用导体组成，所述电刷2与导体滚子12之间能形成闭合的电路，即电刷2、导体滚子12和转子处于同一个闭合电路中，根据“电生磁，磁生电”的原理，当转子中有电流流过时，就会产生一个磁场，并且在定子的磁场的作用下，转子开始转动，并带动整个换向器1转动(公转)，此时电刷2的刷体22的第一端面21与导体滚子12的第二端面11互相抵接，产生一定的摩擦力，由于导体滚子12仅通过两端的尖端与滚子保持架13和弹性元件接触中，尖端与滚子保持架13和弹性元件之间的接触面可以看作为一个极细小的点，故尖端与滚子保持架13和弹性元件之间的摩擦力可以忽略，所以在电刷2的刷体22的第一端面21的摩擦力的作用下，导体滚子12开始自转(绕两个尖端之间连线做自转运动，此时滚子保持架13和弹性元件可以看作对导体滚子12起固定作用)，以使得电刷2与导体滚子12之间产生摩擦力为滚动摩擦力，根据力学原理分析：摩擦力是阻碍物体运动方向或运动趋势(摩擦力的定义)，而滚动摩擦接触点运动方向(合力)是从圆心指向接触点，滚动摩擦方向就可以确定由接触点指向圆心，再结合根据力的分解，滚动摩擦有一个比切向大得多的向上阻力，这个阻力抵消了物体的重力，因此滚动摩擦力很小，所以在本实施例中，通过滚动摩擦取代传统的滑动摩擦，能够减少电刷2与换向器1之间发生相对的位移时产生的摩擦力，有效避免出现磨损的现象，以使得滚动换向装置能够更稳
定地运行。进一步的，为了降低导体滚子12的滚动摩擦，通过驱使相邻的导体滚子12保持一定的间距，避免导体滚子12在滚动时，发送相互抵触，增加导体滚子12的滚动摩擦；同时，滚动换向装置在运行时，电刷2、换向器1与转子必须处于同一个闭合的电路，使得转子中持续有电流流过，以维持转子自身的磁场，从而保证转子在定子的磁场的作用下，持续转动，在本实施例中，所述电刷2的第一端面21在圆周方向上的宽度必须大于任意两个相邻的第二端面11在圆周方向上的间距(即第一端面21的弧度大于任意两个相邻的第二端面11之间的间距的弧度)，以保证电刷2的第一端面21在与上一个导体滚子12即将相离时，已经与下一个导体滚子12相切，即当电刷2位于相邻的导体滚子12之间时，电刷2同时与相邻的导体滚子12连接，以保证电路的闭合。
[0035]
优选的，所述导体滚子12的第二端面11沿弧度方向设有若干第一轮齿，所述电刷2的第一端面21沿弧度方向设有若干与第一轮齿相匹配的第二轮齿，所述第一轮齿与第二轮齿相互啮合。当滚动换向装置开始运行时，第一端面21通过第二轮齿与第二端面11的第一轮齿产生摩擦，由于导体滚子12的尖端与滚子保持架13和弹性元件之间的接触面可以看作为一个极细小的点，故尖端与滚子保持架13和弹性元件之间的摩擦力可以忽略，所以在电刷2的刷体22的第一端面21的摩擦力的作用下，导体滚子12开始自转(绕两个尖端之间连线做自转运动，此时滚子保持架13和弹性元件可以看作对导体滚子12起固定作用)，以使得电刷2与导体滚子12之间产生摩擦力为滚动摩擦力，即第一端面21与第二端面11之间产生摩擦力为滚动摩擦力。
[0036]
进一步的，如图3所示，所述换向器1包括滚子保持架13的数量可为n，n大于1且为正整数，分别记为第一滚子保持架13、第二滚子保持架13...第n滚子保持架13，所述第一滚子保持架13的下端面与第二滚子保持架13的上端面连接、所述第二滚子保持架13的下端面与第三滚子保持架13的上端面连接，如此类推，并且第一滚子保持架13、第二滚子保持架13...第n滚子保持架13的中位线均重合，即第一滚子保持架13、第二滚子保持架13...第n滚子保持架13在水平面上的投影完全重合，另外，所述电刷2的刷体22足够长，能够同时与处于同一垂直平面上的导体滚子12相抵接，即电刷2的刷体22能同时与第一滚子保持架13、第二滚子保持架13...第n滚子保持架13上的导体滚子12相抵接。在本实施例中，所述换向器1包括滚子保持架13的数量可为2，分别记为第一滚子保持架13和第二滚子保持架13，所述第一滚子保持架13的下端面与第二滚子保持架13的上端面连接，并且第一滚子保持架13和第二滚子保持架13的中位线互相重合，所述电刷2的刷体22的长度能够同时与第一滚子保持架13和第二滚子保持架13上处于同一垂直平面上的导体滚子12相抵接，同时电刷2的第一端面21在圆周方向上的宽度大于第一滚子保持架13和/或第二滚子保持架13任意两个左右相邻的第二端面11在圆周方向上的间距，以避免在换向装置运行时，电刷2与导体滚子12之间出现开路。
[0037]
进一步的，当所述换向器1包括滚子保持架13的数量可为n，n大于1且为正整数时，所述上下相邻的导体滚子12可为阶梯设置，在本实施例中，所述换向器1包括滚子保持架13的数量可为2，即换向器1为双层换向器1，所述电刷2包括互相分离的上刷体和下刷体，所述上刷体和下刷体的中位线互相重合，即上刷体和下刷体在水平面上的投影完全重合，所述上刷体与第一滚子保持架13中导体滚子12连接，所述下刷体与第二滚子保持架13中导体滚子12连接，优选的，电刷2刷体22的第一端面21在圆周方向上的宽度大于任意两个相邻的导
体滚子12的第二端面11在圆周方向上的间距。当滚动换向装置在运行时，所述上刷体与第一滚子保持架13中导体滚子12刚好相离时，所述下刷体与第二滚子保持架13中导体滚子12刚好相切，即在滚动换向装置运行时，电刷2始终与换向器1的导体滚子12连接。
[0038]
实施例二：
[0039]
在本实施例中，所述导体滚子12设置在所述滚子保持架13的底面上，如图4-5所示，所述滚子保持架13为中空的柱体结构，所述导体滚子12的母线(本体的母线)与滚子保持架13的底面的直径平行，优选的，所述本体121靠近滚子保持架13的内弧面的一端(即柱体的一个底面)向内弧面方向凸起形成呈锥体结构或者球体结构的第一触体122，所述本体121靠近滚子保持架13的外弧面的一端(即柱体的另一个底面)向外弧面的方向凸起形成呈锥体结构或者球体结构的第二触体123，如图所示，所述本体121通过第一触体122与滚子保持架13的内弧面连接，具体的，所述第一触体122的尖端与滚子保持架13的内弧面连接，所述第一触体122的底端与本体121连接，所述本体121通过第二触体123与滚子保持架13的外弧面连接，所述第二触体123的尖端与滚子保持架13的外弧面连接，所述第二触体123的底端与本体121连接。
[0040]
实施例三：
[0041]
如图6-8所示，在本实施例中，一种滚动换向装置，包括用于连接转子的换向器1和电刷2，所述电刷2包括设置在其靠近换向器1一侧的第一端面21，所述换向器1包括至少两个沿圆周方向设置第二端面11，所述第一端面21和第二端面11均呈弧状结构，优选的，所述电刷2为圆柱体，所述换向器1可以为两个相离的圆弧面沿圆周方向组成的结构，还可以为多个相离的圆弧面沿圆周方向组成的结构，根据“电生磁，磁生电”的原理，当转子中有电流流过时，就会产生一个磁场，并且在定子的磁场的作用下，转子开始转动，并带动整个换向器1转动(公转)，此时电刷2的刷体22的第一端面21与圆弧面的第二端面11互相抵接，而圆弧面也会跟随着转子转动，从而驱使承圆柱体结构的电刷2开始做反向的自转运动，即电刷2在圆弧面的摩擦力的作用下开始滚动，所以电刷2与换向器1之间的摩擦力为滚动摩擦。
[0042]
进一步的，所述换向器1中的任意两个相邻的圆弧面之间的间隙与电刷在垂直平面的上投影互相平行或者重合，即任意一个圆弧面的末端处于同一条垂直于水平面的直线上，如图4所示，而电刷2的第一端面21在圆周方向上的宽度大于任意两个相邻的第二端面11在圆周方向上的间距(即电刷2的底面的直径必须大于任意两个相邻的圆弧面的间距)，以保证在滚动换向装置运行中，电刷2与换向器1之间不会相离，即电刷2与换向器1之间不会断路，优选的，所述电刷2设有两个刷体22，分别记为左刷体和右刷体，所述左刷体和右刷体沿圆周方向并列设置在第二端面11上且均与第二端面11抵接，同时左刷体和右刷体之间的圆心距大于任意两个相邻的圆弧面的间距的一半，以使得电刷2与换向器1之间不会相离，即电刷2与换向器1之间不会断路。
[0043]
实施例四：
[0044]
同上理，所述换向器1中的任意两个相邻的圆弧面的间隙还可以与电刷在垂直平面上的投影不完全重合(阶梯设置)，如图7所示，在本实施例中，对电刷2的底面的直径的大小可直接根据实际需要设置，不作其他要求，但电刷2的长度必须大于任意两个相邻的圆弧面的间隙处于同一垂直面上的高度，即可保证在运行过程中，电刷2与换向器1之间不会相离，即电刷2与换向器1之间不会断路，使得电刷2的第一端面21在与上一个导体滚子12即将
相离时，已经与下一个导体滚子12相切，即当电刷2位于相邻的导体滚子12之间时，电刷2同时与相邻的导体滚子12连接，以保证电路的闭合。
[0045]
实施例五：
[0046]
同上理，所述换向器1中的任意两个相邻的圆弧面的间隙与电刷在垂直平面上的投影相交于一点，如图8所示。
[0047]
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。