[发明专利]改进型多速电动机

说明书

本发明一般说来涉及直流电动机，更具体地说，涉及多速直流电动机，例如具有两极三电刷布置或四极六电刷布置的双速直流电动机。

双速直流电动机的一个普通应用是或以低速或以高速用作驱动机动车风挡刮水器的驱动电动机。典型地，机动车的驱动器把一个刮水器开关安置在或低速设定侧或高速设定侧，从而通过相联电路把电功率引导到对直流电动机供电。一种通常使用的双速直流电动机有三个电刷，包括一个低速电刷，一个高速电刷和一个共同部分电刷，用于对电动机电枢上的绕组供给电流。各电刷同一个安排在电枢轴上并与电枢轴一起旋转的换向器接触。一对电刷，通常为低速电刷和共同部分电刷，大体上按180°圆周隔开关系来安排。在电动机操作期间，电流从电源通过低速电刷传到换向器，因此流过电动机绕组，并通过与低速电刷大体上按180°圆周来安排的共同部分电刷流回到电源。

当电流供给低速电刷时，电动机以第一低转速(低RPM)操作，并且刮水器以低速扫刮，例如每分钟45周。当希望以第二高速操作电动机时，电流替换通过高速电刷供给绕组，该高速电刷与低速电刷和共同部分电刷按圆周隔开关系安置，并且安置在低速电刷与共同部分电刷之间。如本领域技术人员所周知，当电流通过这个第三电刷供给电动机时，该第三电刷在圆周上比低速电刷更接近共同部分电刷，则电动机的转速增加到第二高RPM(每分钟转数)，并且刮水器以高速扫刮，例如每分钟65周。电动机的低转速与高转速之间的相对差由高速电刷对共同部分电刷的偏移，即分开角所确定。

双速直流电动机操作期间所经历的一个固有问题是由高速电刷端面的电磨损，通常称为腐蚀而引起。这个腐蚀是由于断开电刷端面与换向器之间接触时所发生的电飞弧而引起。由于高速电刷安置成当绕组经过可以由永磁极或绕制式电磁极所形成的电动机的场磁体所建立的磁场的中性区域之外时，发生电枢绕组的整流，而低速电刷和共同部分电刷安置成当绕组经过场磁体所建立的磁场的中性区域之内时，发生电刷绕组的整流，所以高速电刷侧所经历的飞弧比低速电刷和共同部分电刷侧所经历的飞弧更为剧烈。

在其操作寿命的早期阶段，典型地在电动机操作的最初两百个小时左右，随着高速电刷安置在换向器上，高速电刷的端面腐蚀则导致电刷与换向器之间有效接触线的移动。因此，高速电刷与换向器之间的有效接触线离开其电刷中心的初始位置，朝着电刷的前沿方向移动，该初始位置是在电动机交付使用之前为做规范试验而操作时接触线所安置的位置。有效接触线的这种移动不利地影响电动机性能，因为它导致高速操作下电动机的RPM超过高速操作下电动机的希望RPM，使刮水器以每分钟达75到80周扫刮，而不是高速设定侧的希望每分钟65周。对一台磨合电动机，实际高速RPM可能远大于规范试验期间所测量的高RPM，并且实际超过规范速度的可接受范围。

本发明的一个目的是提供一种多速直流电动机，它表现为最小的高速偏移。

按照本发明，安排在低速电刷与共同部分电刷之间的高速电刷的端面不同于常规的弧形电刷端面，有一个非弧形端面，它不易遭受速度偏移腐蚀。该非弧形端面由两个相交的偏移表面形成，这两个偏移表面在高速电刷端面与换向器之间相交提供一条接触线，该接触线沿电动机旋转方向相反的方向，即朝着电刷的前沿方向，位移离开高速电刷的中心线一个预选圆周间隔。相交表面可以包括平面型表面，也可以包括等值表面。

按照本发明的一个实施例，安排在直径方向上相对的低速电刷和共同部分电刷中间的两极三电刷双速直流电动机的高速电刷的端面有一个第一端面和一个第二端面，它们在一条相交线相交，这条相交线在该中间电刷置于其操作位置时形成与电动机换向器的接触线，第二表面偏移第一表面一个锐角，第一表面与第二表面之间的偏移角的大小按照电刷跨在其上的直径来改变。在本发明包括一个分数功率的双速直流电动机，尤其适合用作机动车风挡刮水器系统的驱动电动机的特定实施例中，电动机有一个直径大约为0.860英寸的换向器，高速电刷的端面的第一和第二表面包括平面型表面，并且第一和第二平面型表面以10到15度范围的偏移角，且最优大约为13度的角相交，而且提供一条安排在离高速电刷前沿向内大约0.025英寸(大约0.6235毫米)位置处的接触线，而不是安排在大约0.20英寸(大约5.15毫米)宽电刷的中宽线位置处。

本发明使得多速电动机有可能具有最小的高速漂移，即具有稳定的转速，该转速在电动机的整个寿命期间不会改变。

这里将参考附图叙述本发明，其中：

图1是一种使用双速直流电动机的典型机动车风挡刮水器系统的示意图；