本發(fā)明涉及一種混合式直流電機系統(tǒng)。

背景技術：

直流電機（direct current machine）是指能將直流電能轉換成機械能（直流電動機）或將機械能轉換成直流電能（直流發(fā)電機）的旋轉電機。它是能實現直流電能和機械能互相轉換的電機。當它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉換為機械能；作發(fā)電機運行時是直流發(fā)電機，將機械能轉換為電能。

直流電機的結構應由定子和轉子兩大部分組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉動的部分稱為轉子，其主要作用是產生電磁轉矩和感應電動勢，是直流電機進行能量轉換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇等組成。

直流電機因為自身結構的問題，存在的最大缺陷就是碳刷和換向器的問題，為了解決這個問題，工業(yè)界引入了無刷直流電機的概念。

無刷直流電機由電動機主體和驅動器組成，是一種典型的機電一體化產品。 無刷電機是指無電刷和換向器（或集電環(huán)）的電機，又稱無換向器電機。早在十九紀誕生電機的時候，產生的實用性電機就是無刷形式，即交流鼠籠式異步電動機，這種電動機得到了廣泛的應用。但是，異步電動機有許多無法克服的缺陷，以致電機技術發(fā)展緩慢。上世紀中葉誕生了晶體管，因而采用晶體管換向電路代替電刷與換向器的直流無刷電機就應運而生了。這種新型無刷電機稱為電子換向式直流電機，它克服了第一代無刷電機的缺陷。

無刷直流電機由電動機主體和驅動器組成，是一種典型的機電一體化產品。 電動機的定子繞組多做成三相對稱星形接法，同三相異步電動機十分相似。電動機的轉子上粘有已充磁的永磁體 ，為了檢測電動機轉子的極性，在電動機內裝有位置傳感器。驅動器由功率電子器件和集成電路等構成，其功能是：接受電動機的啟動、停止、制動信號，以控制電動機的啟動、停止和制動；接受位置傳感器信號和正反轉信號，用來控制逆變橋各功率管的通斷，產生連續(xù)轉矩；接受速度指令和速度反饋信號，用來控制和調整轉速；提供保護和顯示等等。

直流電機具有響應快速、較大的起動轉矩、從零轉速至額定轉速具備可提供額定轉矩的性能，但直流電機的優(yōu)點也正是它的缺點，因為直流電機要產生額定負載下恒定轉矩的性能，則電樞磁場與轉子磁場須恒維持90°，這就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在電機轉動時會產生火花、碳粉因此除了會造成組件損壞之外，使用場合也受到限制。交流電機沒有碳刷及整流子，免維護、堅固、應用廣，但特性上若要達到相當于直流電機的性能須用復雜控制技術才能達到?，F今半導體發(fā)展迅速功率組件切換頻率加快許多，提升驅動電機的性能。微處理機速度亦越來越快，可實現將交流電機控制置于一旋轉的兩軸直角坐標系統(tǒng)中，適當控制交流電機在兩軸電流分量，達到類似直流電機控制并有與直流電機相當的性能。

此外已有很多微處理機將控制電機必需的功能做在芯片中，而且體積越來越小；像模擬/數字轉換器(analog-to-digital converter，adc)、脈沖寬度調制(pulse wide modulator，pwm)…等。直流無刷電機即是以電子方式控制交流電機換相，得到類似直流電機特性又沒有直流電機機構上缺失的一種應用。

傳統(tǒng)的有刷直流電機，電機主要由磁鋼，線圈，換向片（器），電刷，轉子，外殼等幾個部分組成。由于其固有的電刷-換向器結構，存在以下的缺點：

1)由于結構上采用碳刷和換向器，存在碳刷和換向器磨損及壽命短的問題。

2)在電機轉動時，碳刷和換向器之間會產生電火花，影響電機壽命，同時會對現代的電子部件產生電磁干擾，也對電機的應用場合提出了高的要求。

3)電機長時間運轉時，碳刷和換向器反復接觸脫離，電流通過是，會產生比較高的電機溫升。

4)電機長期運轉時，碳刷和換向器摩擦產生碳粉，容易造成電機組件的損壞。

5)電機在高速運轉的情況下所產生的電磁干擾信號會干擾到目前各種無線信號的傳輸和接收。

6)有刷直流電機因為存在機械式的碳刷和換向器，存在效率低的缺點。

直流無刷電機（主要針對內轉子電機，下同）由轉軸，永磁鐵轉子，外殼，定子及線圈，霍爾器件（可選件），電流換向電路組成。直流無刷電機是為了克服直流有刷電機的上述缺點而設計的，其與直流有刷電機結構區(qū)別在于：

1)直流有刷的轉子是由線圈組成的，直流無刷的轉子是由永磁鐵做的；

2)直流有刷有電刷和換向器，而直流無刷沒有電刷和換向器結構；

3)直流無刷的定子是由線圈組成的，而直流有刷的定子是由永磁鐵做成的；

4)直流有刷定子電流通過電路產生換向從而帶動永磁鐵轉動；

5)直流無刷通過電流，同時通過碳刷和換向器使電流流向產生變化，從而產生持續(xù)的同一方向的扭力；

通過以上直流有刷電機和直流無刷電機的結構分析，我們得出了直流無刷電機的缺點：

1)低速起動時有輕微振動，

2)價格高，控制器要求高；

3)易形成共振，因為任何一件東西都有一個固有振動頻率，如果無刷電機的振動頻率與車架或塑料件的振動頻率相同或接近時就容易形成共振現象，但可以通過調整將共振現象減小到最小程度。所以采用無刷電機運轉時有時會發(fā)出一種嗡嗡的聲音。

電機的生產成本比無刷電機要高，主要是生產工藝過程中的成本和材料成本都要比有刷電機要高。

技術實現要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種混合式直流電機系統(tǒng)。

為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：一種混合式直流電機系統(tǒng)，包括電機；所述電機包括轉軸；所述轉軸上安裝有鐵芯；所述鐵芯上纏繞有多組線圈；所述鐵芯兩端的轉軸上安裝有導流裝置；所述鐵芯、導流裝置均設在外殼內，且所述導流裝置與所述轉軸、外殼之間絕緣；所述鐵芯相對位置的外殼內固定有定子；所述導流裝置包括第一導電金屬盤和第二導電金屬盤；所述第一導電金屬盤和第二導電金屬盤均包括多個同心的金屬環(huán)；同一個金屬盤中，相鄰兩個金屬環(huán)之間絕緣連接；其中第一導電金屬盤中，每一個金屬環(huán)內均安裝有多個能軸向轉動的導電滾子；所述第二導電金屬盤的金屬環(huán)表面與所述第一導電金屬盤相應金屬環(huán)內的導電滾子表面接觸，且能在所述導電滾子轉動時以第二導電金屬盤的圓心為中心旋轉；所述轉軸穿過所述第一導電金屬盤、第二導電金屬盤的中心；所述第二導電金屬盤的所有金屬環(huán)表面均設有接線柱；所述線圈通過所述接線柱與控制器電連接。

所述第一導電金屬盤中，相鄰兩個金屬環(huán)之間設有用于支撐所述導電滾子的有絕緣特性的保持架。使得導流裝置內部結構更加穩(wěn)固。

所述第一導電金屬盤和第二導電金屬盤內的金屬環(huán)個數均為3個。滿足一般場合的使用需求。

每個所述金屬環(huán)內的多個導電滾子等間隔設置。

與現有技術相比，本發(fā)明所具有的有益效果為：本發(fā)明重新設計有刷直流電機內部結構，去掉換向器和碳刷，設計了導電的軸承，采用目前技術成熟的無刷直流電機驅動器的控制結構，通過電子換向實現電機的持續(xù)運轉以及啟動，停止，制動，正反轉。同時兼具了有刷直流電機的結構簡單，生產成本低的優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例電機結構示意圖；

圖2為本發(fā)明一實施例導流裝置立體結構圖一；

圖3為本發(fā)明一實施例導流裝置剖視圖；

圖4為本發(fā)明一實施例導流裝置立體結構圖二。

具體實施方式

如圖1-圖4所示，本發(fā)明一實施例導流結構包括第一導電金屬盤1和第二導電金屬盤2；所述第一導電金屬盤1和第二導電金屬盤2均包括多個同心的金屬環(huán)3；同一個金屬盤中，相鄰兩個金屬環(huán)3之間絕緣連接；其中第一導電金屬盤1中，每一個金屬環(huán)3內均安裝有多個能軸向轉動的導電滾子4；所述第二導電金屬盤2的金屬環(huán)3表面與所述第一導電金屬盤1相應金屬環(huán)3內的導電滾子4表面接觸，且能在所述導電滾子4轉動時以第二導電金屬盤2的圓心為中心旋轉；本發(fā)明的電機包括上述導流裝置13，電機包括轉軸6；所述轉軸6上安裝有鐵芯8；所述鐵芯8上纏繞有三組線圈7；所述鐵芯8兩端的轉軸6上安裝有導流裝置；所述鐵芯8、導流裝置均設在外殼9內，且所述導流裝置與所述轉軸6、外殼9之間絕緣（通過絕緣套12絕緣）；所述鐵芯8相對位置的外殼9內固定有定子10（磁鋼）；轉軸6過所述第一導電金屬盤1第二導電金屬盤2中心；所述第二導電金屬盤2所有金屬環(huán)表面均設有接線柱11；所述接線柱11與控制器連接。

第一導電金屬盤1中，相鄰兩個金屬環(huán)之間設有用于支撐所述導電滾子4的保持架5，所有的保持架同心；第一導電金屬盤1和第二導電金屬盤2內的金屬環(huán)3個數均為3個；第一導電金屬盤1和第二導電金屬盤2內的所有金屬環(huán)表面均設有接線柱。

導電滾子為圓柱滾子。

保持架的作用首先是保持整個導電圓柱滾子組（同一個金屬環(huán)內的所有導電滾子）的每個滾子在相應的導電金屬環(huán)3上滾動，其次是保證每兩個同心的導電圓柱滾子相互之間絕緣隔離。

圓柱導電滾子的外形是個圓柱體，其圓柱外表面涂覆了高導電的金屬層，目的是能夠充分的導電。

個所述金屬環(huán)內的多個導電滾子等間隔設置。

本發(fā)明的導流原理為：第一導電金屬盤和第二導電金屬盤2是兩個結構完全一樣的裝置。本導流裝置的第一導電金屬盤1隨著旋轉體轉動，第一導電金屬盤上分布著多圈導電金屬環(huán)3，每圈導電金屬環(huán)之間都有絕緣環(huán)互4相間隔絕緣。旋轉體中的某一相與第一導電金屬盤中的導電環(huán)3相接，旋轉體中的電流即可與第一導電金屬盤1中的導電金屬環(huán)3導通，導電金屬環(huán)3通過相應的導電滾子組中的滾子5相通，導電滾子組中的滾子5與第一導電金屬盤1相對靜止同時在第二導電金屬盤2上相應的技術環(huán)上滾動。同時導電滾子組中的滾子與第二導電金屬相應的金屬盤相互導通。第一導電金屬盤1與旋轉體是一起旋轉的，兩者是相對靜止的；第二導電金屬盤2是靜止的，它與旋轉體和第一導電金屬盤1是相互旋轉運動的。這樣，旋轉體中的電流就通過第一導電金屬盤1上的導電金屬環(huán)3、導電滾子5、傳送到靜止的第二導電金屬盤2上的導電金屬環(huán)3再通過引線樁傳送出來。

電機內部裝有位置傳感器。位置傳感器的安裝分為兩種方式：一種是直接安裝在定子槽中；另外一種是單獨安裝在非驅動端，并在軸上有小傳感器磁鋼?？刂破鞲鶕恢脗鞲邪崔D子位置的變化，沿著一定次序對轉子繞組的電流進行換流（即檢測轉子磁極相對定子繞組的位置，并在確定的位置處產生位置傳感信號，經信號轉換電路處理后去控制功率開關電路，按一定的邏輯關系進行繞組電流切換）。轉子繞組的工作電壓由位置傳感器輸出控制的電子開關電路提供。

位置傳感器有磁敏式、光電式和電磁式三種類型。

磁敏式位置傳感器的無刷直流電動機，其磁敏傳感器件（例如霍爾元件、磁敏二極管、磁敏電阻器或專用集成電路等）裝在定子組件上，用來檢測永磁體、轉子旋轉時產生的磁場變化。

當電流通過接線柱和導流裝置通電時，電機定子磁鋼磁場對通過電流的轉子產生一個旋轉力，當旋轉的轉子線圈轉過一定角度時，通過電機控制器產生一個相反的方向的電流，電機電子磁鋼磁場產生了相同方向的旋轉力。如此通過電機控制器反復的變換三組轉子線圈中的電流方向，讓電機產生持續(xù)的旋轉力?？刂破髋c線圈之間是通過導流子中相對靜止的第二金屬導電盤2上導電環(huán)3中固定的接線樁來連接的。