一种具备直流电机换向器功能的轴承的制作方法

本实用新型涉及一种具备直流电机换向器功能的轴承，该轴承采用绝缘性较好的陶瓷或尼龙材料制作而成，利用内置的铜片与轴承金属滚柱之间的周期性接触，使轴承具有了直流电机换向器的功能，该轴承将普通碳刷换向器滑动摩擦的方式改变为滚动摩擦的方式，在将换向器和轴承合二为一的同时，减少了换向器的摩擦损耗，本实用新型涉及材料学、机械设计、电路设计等技术领域。

背景技术：

直流有刷电机因其结构简单，造价低廉，性能可靠已经广泛地应用到工业、生活等各个领域。与直流无刷电机相比，有刷电机无需控制器，电机内也无需安装霍尔元件等的磁场位置检测装置，仅用电刷便可实现电机的稳定工作。但直流有刷电机也存在着一些技术弱点，尤其是电刷或换向器之间高速滑动摩擦，电刷磨损速度快。采用碳刷一定程度上增加了电刷的使用寿命。但碳刷的磨损速度依然很快。一般而言直流有刷电机需要一年或半年时间更换一次新的电刷。

技术实现要素：

为了克服传统电刷的上述缺陷，本实用新型采用将电刷和轴承合二为一的思路，将传统的电刷与换向器之间的滑动摩擦改为轴承滚柱与换向铜片之间的滚动摩擦。在将换向器和轴承合二为一的同时，减少了换向器的摩擦损耗，具体的技术方案如下所述。

本实用新型的技术方案为：一种具备直流电机换向器功能的轴承，其特征在于陶瓷或尼龙制成的轴承旋转部件（5）上装配有转子换向铜片（1）、转子换向铜片（2）、转子换向铜片（3）和转子换向铜片（4），陶瓷或尼龙制成的轴承固定部件（6）上装配有固定铜片一（7）和固定铜片二（8），钢制滚柱（9）被装配到轴承旋转部件（5）和轴承固定部件（6）之间的缝隙，钢制滚柱（9）两侧装配有尼龙制成的滚柱架（10）；优选的，所述的具备直流电机换向器功能的轴承，其特征在于转子换向铜片（1）、转子换向铜片（2）、转子换向铜片（3）和转子换向铜片（4）及固定铜片一（7）、固定铜片二（8）中间均有一片翘起的部分，从而保证与接触到的滚柱（9）之间良好的接触。

本实用新型的有益效果是使传统直流有刷电机上的换向器和轴承合二为一，既简化了电机机构，又使传统换向器与换向铜片之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，减少了换向器与换向铜片的磨损，延长了换向器的使用寿命，减少了换向铜片的更换频率。

附图说明

下面结合附图和实例对本实用新型进一步说明。

图1一种具备直流电机换向器功能的轴承应用场景效果图

图2一种具备直流电机换向器功能的轴承工作原理图

图3换向铜片在轴承旋转部件上的安装过程图

图4换向铜片在轴承旋转部件上安装好的效果图

图5固定铜片在轴承固定部件上的安装过程图

图6固定铜片在轴承固定部件上的安装好的效果图

图7轴承固定部件与轴承旋转部件在轴承中的装配过程图

图8轴承固定部件与轴承旋转部件在轴承中的位置关系图

图9滚柱在轴承上的安装过程图

图10滚柱在轴承上均匀布置后的效果图

图11滚柱架的装配过程图

图12滚柱架装配后的轴承整体效果图

其中，图1中a-1.a相绕组的第一部分线圈，a-2.a相绕组的第二部分线圈，b-1.b相绕组的第一部分线圈，b-2.b相绕组的第二部分线圈；图2中1.转子换向铜片，2.转子换向铜片，3.转子换向铜片，4.转子换向铜片；图3中5.轴承旋转部件；图5中6.轴承固定部件，7.固定铜片一；图6中8.固定铜片二；图9中9.滚柱；图11中10.滚柱架。

具体实施方式

首先将转子换向铜片（1），转子换向铜片（2），转子换向铜片（3），转子换向铜片（4）按照图3的方式装配在轴承旋转部件（5）上，再将固定铜片一（7）和固定铜片二（8）按照图5的方式装配到轴承固定部件（6）上，最后将滚柱（9）和滚柱架（10）装配到轴承旋转部件（5）和轴承固定部件（6）之间的缝隙，本装置便装配完成。

基本工作原理如图1及图2所示。将上述装配好的轴承安装到转子转轴上。再将a相绕组的第一部分线圈（a-1）的端点、a相绕组的第二部分线圈（a-2）的端点分别焊接到转子换向铜片（1）、转子换向铜片（3）上；b相绕组的第一部分线圈（b-1）、b相绕组的第二部分线圈（b-2）的端点分别焊接到转子换向铜片（2）和转子换向铜片（4）上，焊接点选择图3中换向铜片的侧边为宜。本装置的工作原理如图2所示，场景使用效果如图1所示。

轴承旋转部件（5）和轴承固定部件（6）均采用陶瓷或尼龙等绝缘性较好的材料制成。而滚柱（9）为钢制。当给固定铜片一（7）和固定铜片二（8）分别接通直流电源的正负极时，电流将通过这些部件接触到的滚柱（9）分别传递给转子换向铜片（1）、转子换向铜片（3）上，此时a相绕组的第一部分线圈（a-1）和a相绕组的第二部分线圈（a-2）内便产生了电流。a相绕组线圈便形成一对n、s磁极开始吸引图1中的永磁铁s、n，使转子发生转动。轴承旋转部件（5）也跟随转子发生同步转动（如图2所示）。当转子转动90度后，转子换向铜片（1）、转子换向铜片（3）与电源断开，而转子换向铜片（2）和转子换向铜片（4）又与电源接触，于是b相绕组的第一部分线圈（b-1）、b相绕组的第二部分线圈（b-2）中便产生电流，b相绕组又形成一对n、s磁极开始吸引图1中的永磁铁s、n使转子继续转动。如此反复转子便会连续转动下去。其转动的基本原理与普通的有刷电机是一样的，只是换向器被内置于轴承中，电路的导通依靠轴承滚柱滚动实现。整个过程中滚柱（9）与转子换向铜片及固定铜片之间的接触均为滚动摩擦方式，极大地减少了各个铜片的磨损，延长了换向器的使用寿命。同时也使换向器和轴承这两个有刷直流电机上必有的装置合二为一，使直流电机结构更加紧凑。

技术特征：

1.一种具备直流电机换向器功能的轴承，其特征在于陶瓷或尼龙制成的轴承旋转部件（5）上装配有转子换向铜片（1，2，3，4），陶瓷或尼龙制成的轴承固定部件（6）上装配有固定铜片一（7）和固定铜片二（8），钢制滚柱（9）被装配到轴承旋转部件（5）和轴承固定部件（6）之间的缝隙，钢制滚柱（9）两侧装配有尼龙制成的滚柱架（10）。

2.根据权利要求1所述的具备直流电机换向器功能的轴承，其特征在于转子换向铜片（1，2，3，4）及固定铜片一（7）、固定铜片二（8）中间均有一片翘起的部分，从而保证与接触到的滚柱（9）之间良好的接触。

技术总结
一种具备直流电机换向器功能的轴承，其特征在于陶瓷或尼龙制成的轴承旋转部件上装配有四个转子换向铜片，陶瓷或尼龙制成的轴承固定部件上装配有两个固定铜片，钢制滚柱被装配到轴承旋转部件和轴承固定部件之间的缝隙，钢制滚柱两侧装配有尼龙制成的滚柱架，四个转子换向铜片及两个固定铜片中间均有一片翘起的部分，从而保证与接触到的滚柱之间良好的接触，本实用新型的有益效果是使传统直流有刷电机上的换向器和轴承合二为一，既简化了电机机构，又使传统换向器与换向铜片之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，减少了换向器与换向铜片的磨损，延长了换向器的使用寿命，减少了换向铜片的更换频率。

技术研发人员：伊双清;孙荣敏
受保护的技术使用者：广西科技大学鹿山学院
技术研发日：2019.12.18
技术公布日：2020.05.26