电动机换向装置和电动机装置的制作方法

1.本发明涉及电动机技术领域，特别涉及一种电动机换向装置和电动机装置。


背景技术：

2.随着人们生活水平的提高和现代化生产、办公自动化的发展，家用电器、工业机器人等设备越来越趋于高效率化、小型化和高智能化，电机作为执行元件的重要组成部分，应用也因此而迅速增长。
3.目前，市面上所用的三相直流电动机多为无刷电机，电子换向三相直流电动机主要包括：定子、转子、pcba等，无刷电机工作原理是通过程序控制完成换向的，即无需碳刷就可以完成电流换向；由于需要用到程序控制，包括需要滤波、整流、高频换向等，pcba成本较高，且由于电子零部件较多，长期在环境恶劣条件下使用故障率高。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的是提供一种电动机换向装置和电动机装置，旨在解决现有电动机成本和故障率较高的问题。
5.为实现上述目的，本发明提出的电动机换向装置，用于包括定子和转子的电动机，包括：
6.换向器，同轴连接于所述转子，所述换向器包括若干个同圆心设置的换向环，若干所述换向环之间为绝缘设置；所述换向环包括换向环本体和连接于所述换向环本体的换向片，若干所述换向环的换向片在周向上交替等间隔地设置；以及
7.电刷组件，所述电刷组件包括若干个相对所述换向片设置的电源电刷，以及两个相对所述换向环本体的换向环电刷；所述电源电刷抵接于所述换向环的换向片，且可电连接于外接电源的正极和负极；所述换向环电刷抵接于所述换向环本体，且电连接于所述定子的线圈；
8.其中，所述换向器转动时，不同的所述换向片与所述电源电刷交替循环抵接，所述电源电刷和换向环电刷通过所述换向环实现电导通。
9.在一实施例中，若干所述换向环的换向环本体设置在同一平面，所述换向片位于所述换向环本体的外侧，且朝所述换向环本体的轴线方向延伸设置。
10.在一实施例中，所述换向环数量为三个，每个所述换向环包括四个等间隔地设于所述换向环本体外侧的换向片。
11.在一实施例中，所述换向器还包括绝缘骨架，所述换向环本体连接于所述绝缘骨架端面，所述换向片连接于所述绝缘骨架外周面，所述换向环与所述绝缘骨架一体成型。
12.在一实施例中，所述绝缘骨架包括相互连接的第一连接部和第二连接部，所述换向环连接于所述第一连接部，所述第二连接部呈中空柱状设置，用于套设于电动机转子的外周。
13.在一实施例中，所述第一连接部背向所述第二连接部的端面上设有周向间隔设置
的间隔孔，所述间隔孔位于相邻两所述换向环本体之间，所述第一连接部的外周面间隔设有间隔槽，所述间隔槽位于相邻两所述换向片之间。
14.在一实施例中，所述换向环电刷包括两铜合金弹片和石墨片，两所述铜合金弹片一端连接，另一端呈夹角设置，所述石墨片连接于两所述铜合金弹片且伸出至所述夹角外，所述电源电刷包括安装架及连接于所述安装架的电刷头，所述电刷头远离所述换向环的一端和所述安装架之间连接有弹性件。
15.在一实施例中，所述换向环材质为铜合金，所述换向环的表面粗糙度不大于3.2μm。
16.本发明还提出一种电动机装置，包括：
17.壳体；
18.定子，设于所述壳体内，所述定子包括定子铁芯、线圈和轴承，所述线圈绕设于所述定子铁芯，所述轴承与所述定子铁芯同轴设置；
19.转子，包括转子轴和套设于所述转子轴外的永磁体，所述转子轴转动连接于所述轴承，且使得所述线圈套设于所述永磁体外，所述转子可相对所述定子转动；以及
20.如上所述的电动机换向装置，所述换向器连接于所述转子远离所述轴承的一端，所述电刷组件连接于所述壳体。
21.在一实施例中，所述电动机装置还包括电机pcba，所述换向环电刷电连接于所述电机pcba，所述电机pcba电连接于所述线圈。
22.本发明技术方案通过设置同轴连接于电动机转子的换向器，换向器包括若干个同圆心设置的换向环，若干换向环之间为绝缘设置，换向环包括换向环本体和连接于换向环本体的换向片，若干换向环的换向片在周向上交替等间隔地设置；以及电刷组件，电刷组件包括若干个相对换向片设置的电源电刷，以及两个相对换向环本体的换向环电刷，电源电刷抵接于换向环的换向片，且可电连接于外接电源的正极和负极，换向环电刷抵接于换向环本体，且电连接于定子的线圈；所述换向器转动时，不同的换向片与电源电刷交替循环抵接，电源电刷和换向环电刷通过所述换向环实现电导通。随着换向器的转动，与电源电刷抵接的换向片也随之改变，最终定子线圈内的电流方向也发生改变，使得定子形成的磁场的方向也发生改变，通过所述换向器和电刷组件，实现定子电流的机械换向，避免了使用pcba及其带有的复杂控制电路，在节省成本的同时，还使得电动机换向装置可适用于各种复杂恶劣的工况。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
24.图1为本发明电动机装置一实施例的结构示意图；
25.图2为图1中转子和换向器连接时的结构示意图；
26.图3为图2的爆炸示意图；
27.图4为图1中换向器的结构示意图；
28.图5为图4中换向器另一视角的结构示意图；
29.图6为图4中换向环的结构示意图；
30.图7为图1中定子的爆炸图；
31.图8为图1中换向环电刷的结构示意图；
32.图9为图1中电源电刷的结构示意图。
33.附图标号说明：
34.标号名称标号名称10电动机装置100壳体200定子210定子铁芯220线圈230轴承240定子骨架300转子310转子轴320永磁体330转子骨架400电动机换向装置410换向器411换向环4111换向环本体4112换向片412绝缘骨架4121第一连接部4121a间隔孔4121b间隔槽4122第二连接部420电刷组件421换向环电刷4211铜合金弹片4212石墨片422电源电刷4221弹性件4222电刷头4223安装架500电机pcba
35.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
38.另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
39.目前，市面上所用的三相直流电动机多为无刷电机，电子换向三相直流电动机主
要包括：定子、转子、pcba等，无刷电机工作原理是通过程序控制完成换向的，即无需碳刷就可以完成电流换向；由于需要用到程序控制，包括需要滤波、整流、高频换向等，pcba成本较高，且由于电子零部件较多，长期在环境恶劣条件下使用故障率高。
40.为解决上述问题，本发明提出一种电动机换向装置及设有该电动机换向装置的电动机装置。
41.请参阅图1和图6，所述电动机换向装置400用于包括定子200和转子300的电动机，在本实施例中，所述电动机换向装置400包括换向器410和电刷组件420。其中，所述换向器410同轴连接于所述转子300，所述换向器410包括若干个同圆心设置的换向环411，若干所述换向环411之间为绝缘设置；所述换向环411包括换向环本体4111和连接于所述换向环本体4111的换向片4112，若干所述换向环411的换向片4112在周向上交替等间隔地设置；所述电刷组件420包括若干个相对所述换向片4112设置的电源电刷422，以及两个相对所述换向环本体4111的换向环电刷421；所述电源电刷422抵接于所述换向环411的换向片4112，且可电连接于外接电源的正极和负极；所述换向环电刷421抵接于所述换向环本体4111，且电连接于所述定子200的线圈220；所述换向环411转动时，不同的所述换向片4112与所述电源电刷422交替循环抵接，所述电源电刷422和换向环电刷421通过所述换向环411实现电导通。
42.所述电源电刷422电连接于外接电源的正极和负极时，电流通过所述电源电刷422流向所述换向环411，再从所述换向环411流向所述换向环电刷421，最终流入所述定子200的线圈220，产生磁场，当所述转子300也形成有磁场，且所述定子200形成的磁场和转子300形成的磁场的方向相反时，在所述磁场的作用下，所述转子300开始转动。由于所述换向器410同轴连接于所述转子300，在所述转子300的带动下，所述换向器410也同步转动，而随着所述换向器410的转动，与所述电源电刷422抵接的所述换向片4112也随之改变，最终所述线圈220内的电流方向也发生改变，使得所述定子200形成的磁场的方向也发生改变，即可使所述定子200形成的磁场和转子300形成的磁场的方向始终保持相反的状态。当所述换向器410转动，不同的所述换向片4112与所述电源电刷422交替循环抵接时，即可实现所述转子300的持续转动。
43.所述电动机换向装置400在直流电源的基础上，通过所述换向器410和电刷组件420，实现所述定子200电流的机械换向，避免了使用pcba及其带有的复杂控制电路，在节省成本的同时，还使得所述电动机换向装置400可适用于各种复杂恶劣的工况。
44.具体的，为实现不同的所述换向片4112与所述电源电刷422交替循环抵接，将不同的所述换向环411的换向片4112设置在同一圆周的同一高度上，保证所述电源电刷422在与不同所述换向片4112抵接时的一致性。所述换向片4112连接于所述换向环本体4111，所述换向片4112可以和所述换向环本体4111设置在同一高度，且朝所述换向环本体4111的径向延伸设置，即所述电源电刷422与换向片4112的抵接面以及所述换向环电刷421与换向环本体4111的抵接面位于同一平面上。当所述换向片4112设于所述换向环本体4111外侧时，所述换向片4112使得所述换向器410的最大外径变大；当所述换向片4112设于所述换向环本体4111内侧时，为布置所述换向片4112，所述换向环本体4111的直径需要满足一定的需求，即所述换向器410的最大外径需要满足一定的需求。
45.请参阅图6，较优的，在一实施例中，若干所述换向环411的换向环本体4111设置在同一平面，所述换向片4112位于所述换向环本体4111的外侧，且朝所述换向环本体4111的
轴线方向延伸设置。具体的，当所述换向环本体4111水平设置时，所述换向片4112可以朝上延伸设置，也可以朝下延伸设置，所述电源电刷422与换向片4112的抵接面以及所述换向环电刷421与换向环本体4111的抵接面不在同一平面上，在所述换向环本体4111外径不变的情况下，可以充分布置所述换向片4112且不过分增大所述换向器410的最大外径。进一步的，当所述换向器410连接于所述转子300的上端时，所述换向片4112沿所述换向环本体4111的轴线方向朝下延伸设置，减小所述换向器410和转子300整体所占的体积。
46.请继续参阅图6，在一实施例中，所述换向环411数量为三个，每个所述换向环411包括四个等间隔地设于所述换向环本体4111外侧的换向片4112。此时所述电动机换向装置400可以实现将两相直流转化为三相直流，实现所述线圈220内电流方向的循环变化。在所述转子300转速以及所述换向片4112间隔距离不变的情况下，所述换向片4112的数量影响电流换向的频率，同一所述换向环411的换向片4112数量越多，设置三个不同所述换向环411的换向片4112所需的角度范围越小，在所述转子300转动一周时，所述电流换向的次数也就越多。而所述换向器410和转子300是同步转动的，电流换向的频率需要与所述转子300的转动速率相适配，在所述转子300还未转动到相应角度时就改变电流的方向，则无法起到驱动所述转子300转动的作用。较优的，每个所述换向环411设置为包括四个等间隔地设于所述换向环本体4111外侧的换向片4112，使得电流换向的频率与所述转子300的转动速率具有较好的适配效果。
47.为实现电流换向的效果，不同所述换向环411之间需保持绝缘设置，具体的，若干所述换向环411可以一体成型设置，通过在不同所述换向环411之间设置绝缘层来实现其之间的绝缘，也可以将若干所述换向环411单独设置，通过间隔设置来实现不同的所述换向环411之间的绝缘。
48.请参阅图4和图5，在一实施例中，所述换向器410还包括绝缘骨架412，所述换向环本体4111连接于所述绝缘骨架412端面，所述换向片4112连接于所述绝缘骨架412外周面，所述换向环411与所述绝缘骨架412一体成型。所述绝缘骨架412实现了不同所述换向环411之间的绝缘效果，同时还对所述换向环411起到固定支撑效果，便于所述换向环411与其他部件的安装连接。较优的，所述换向环411和绝缘骨架412一体成型，所述绝缘骨架412通过对所述换向环411注塑包胶形成，避免了所述换向环411与绝缘骨架412之间的安装步骤，节省了安装时间。
49.进一步的，为便于所述换向器410和转子300之间的安装连接，所述绝缘骨架412设置为包括相互连接的第一连接部4121和第二连接部4122，所述换向环411连接于所述第一连接部4121，所述第二连接部4122呈中空柱状设置，用于套设于电动机转子300的外周。所述换向器410与转子300连接时，所述换向器410可通过所述第二连接部4122直接套设于所述转子300上，需要更换维修时也可以拆卸下来，实现所述换向器410和转子300的灵活安装。
50.具体的，对所述换向环411进行注塑包胶所采用的材料为热固性塑料，也即所述绝缘骨架412的材质为热固性塑料，热固性塑料具有出色的绝缘性、耐腐蚀和耐水性，且物料成本低，可以进一步减小所述电动机换向装置400所需的生产成本。
51.在一实施例中，所述第一连接部4121背向所述第二连接部4122的端面上设有周向间隔设置的间隔孔4121a，所述间隔孔4121a位于相邻两所述换向环本体4111之间，所述第
一连接部4121的外周面间隔设有间隔槽4121b，所述间隔槽4121b位于相邻两所述换向片4112之间。在对所述换向环411进行注塑包胶时，所述间隔孔4121a用于保证相邻所述换向环本体4111之间的径向间距，所述间隔槽4121b用于保证相邻所述换向片4112之间的周向间距，减小生产所述换向器410时，不同所述换向器410之间的精度误差，提升成品的一致性。
52.所述电源电刷422和换向环电刷421通过所述换向环411实现电导通，所述换向环411起到桥梁的作用，所述换向环411需要具备一定的导电性，即表明所述换向环411由导电材料制作，较优的，所述换向环411材质为铜合金，铜合金具有良好的导电性能，同时具有良好的延展性，便于生产加工成所需的结构形状。
53.请参阅图8和图9，在一实施例中，所述换向环电刷421包括两铜合金弹片4211和石墨片4212，两所述铜合金弹片4211一端连接，另一端呈夹角设置，所述石墨片4212连接于两所述铜合金弹片4211且伸出至所述夹角外，所述电源电刷422包括安装架4223及连接于所述安装架4223的电刷头4222，所述电刷头4222远离所述换向环411的一端和所述安装架4223之间连接有弹性件4221。所述石墨片4212伸出所述夹角外的下端部分与所述换向环本体4111抵接，随着所述换向器410的转动，所述换向环本体4111和所述石墨片4212之间发生滑动摩擦，所述石墨片4212不可避免地会产生一定程度的磨损，导致所述石墨片4212伸出所述夹角外的部分长度变短。同理，随着所述换向器410的转动，所述换向片4112和所述电刷头4222之间发生滑动摩擦，所述电刷头4222也会不可避免地产生一定程度的磨损。
54.为保证所述石墨片4212始终抵接所述换向环本体4111，将两所述铜合金弹片4211一端连接，另一端呈夹角设置，上方的所述铜合金弹片4211在与另一所述铜合金弹片4211形成夹角的同时自身发生了一定程度的弯曲，形成的弹力使得上方的所述铜合金弹片4211有了向下的运动趋势，抵压所述石墨片4212，使得所述石墨片4212始终抵接所述换向环本体4111。为保证所述电刷头4222始终抵接所述换向片4112，所述电刷头4222远离所述换向环411的一端和所述安装架4223之间连接有弹性件4221，在弹力的作用下，所述弹性件4221具有带动所述电刷头4222朝所述换向片4112移动的趋势，使得所述电刷头4222能够始终抵接所述换向片4112。具体的，所述弹性件4221包括弹簧等。
55.进一步的，为降低所述电源电刷422和换向环电刷421的磨损，可以降低所述换向环411表面的粗糙度，也即降低所述电源电刷422、换向环电刷421与所述换向环411之间的摩擦阻力。较优的，所述换向环411表面粗糙度设置为不大于3.2μm，可以降低所述电源电刷422和换向环电刷421的磨损，延长所述电源电刷422和换向环电刷421的使用寿命。
56.请参阅图1至图3、图7，本发明还提出一种电动机装置10，所述电动机装置10包括壳体100、定子200、转子300以及如上所述的电动机换向装置400。其中，所述定子200设于所述壳体100内，所述定子200包括定子铁芯210、线圈220和轴承230，所述线圈220绕设于所述定子铁芯210，所述轴承230与所述定子铁芯210同轴设置；所述转子300包括转子轴310和套设于所述转子轴310外的永磁体320，所述转子轴310转动连接于所述轴承230，且使得所述线圈220套设于所述永磁体320外，所述转子300可相对所述定子200转动；所述换向器410连接于所述转子300远离所述轴承230的一端，所述电刷组件420连接于所述壳体100。由于本电动机装置10采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
57.请参阅图7，在一实施例中，所述电动机装置10还包括电机pcba500，所述换向环电刷421电连接于所述电机pcba500，所述电机pcba500电连接于所述线圈220。此时所述电机pcba500只起导通所述换向环电刷421和线圈220的作用，不改变电流的流向，当需要将所述电动机装置10的机械换向改变为无刷电子换向时，可以在所述电机pcba500上增设控制芯片，并将外接直流电源直接连通所述电机pcba500，使得所述电动机装置10所能适用的方式更加多变。
58.请参阅图3和图7，在一实施例中，所述定子200还包括定子骨架240，所述定子铁芯210、线圈220和轴承230安装于所述定子骨架240，同时，所述定子骨架240还起到绝缘相邻之间线圈220的作用，防止相邻所述线圈220之间接触形成短路。所述转子300还包括转子骨架330，所述转子轴310和永磁体320安装于所述转子骨架330，所述换向器410连接于所述转子骨架330。所述换向器410和所述转子300之间可以单独成型设置后再通过安装连接在一起，也可以通过注塑一体成型。
59.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。