1.4 直流电机结构

直流电机结构主要零部件

图1-17为小型卧式直流电机的典型结构。该型电机的基本特征是：防护式、机座带底脚、有两个端盖轴承、单轴伸（根据需要也可制成双轴伸）、自扇冷轴向抽风式通风系统，容量较大时采用外通风。

和交流电机不同，直流电机的机座一般要求导磁，因此通常采用钢板焊接或铸钢。在换向较困难或由可控硅电源供电的电机中，磁轭也用冲片叠成；有的甚至采用隐极定子结构，即定子铁芯由带有齿槽的冲片叠成，励磁绕组和换向极绕组均放在槽中，从而有可能使定子体积缩小。和交流机座相似，直流机座一般也需装设吊环螺钉、底脚和出线盒。

主磁极由铁芯、励磁绕组和一些附件组成。主磁极铁芯一般由1～2-mm厚的钢板冲制后叠成，再用螺钉固定于基座上。各励磁绕组在导线截面小于3-0mm2左右时，用绝缘线绕制，截面较大时用裸扁线绕制成。换向极又称附加极，其数目和主磁极相同或为其12。换向极铁芯一般用整块钢或1～2-mm厚的钢板制成，对换向要求较高或由可控硅电源供电的电机，则用硅钢片叠成。换向极绕组除1～2kW的小电机外，一般都由裸扁线制成。

电枢铁芯由硅钢片叠成，轭部开有轴向通风道，容量较大的铁芯沿轴向分段。铁芯用键固定于转轴上（小型）或通过支架与转轴作机械联接。电枢绕组用绝缘圆线或扁线绕制而成，其槽部用槽楔固紧，或用与端部相同的扎紧方式；端部支撑在绕组支架上，外表面用无纬玻璃丝带或钢丝扎紧。

换向器是直流电机的关键部件之一，对它的结构有下列基本要求：（1）有足够的片间压力，以保证换向器在正常运行时不会发生凸片现象；（2）各部件具有足够的强度和刚度，在电机起动、制动或允许的超速运行时，不应产生有害的变形；（3）工作表面有较高的耐磨性和耐电弧性；（4）电气绝缘强度要高。

在直流电机中应用最广泛的是拱形换向器。它由许多换向片和云母片交替叠成圆筒，然后两端加工成鸽尾形并加以紧固而成。根据紧固方法的不同，拱形换向器可分为螺帽式、铆接式、螺栓式与螺杆式等多种型式。中小型直流电机中常用螺帽式结构（见图1-17）。它适用于外径小于250mm和长度不超过300mm的换向器，其紧固系借助两个钢制V形压圈从两端将换向片夹紧，再用一个螺帽拧紧在套筒上，在压圈和换向片间垫有用云母制成的V形绝缘圈。铆接式是依靠套筒把压圈铆紧，适用于直径为40～80mm的小换向器。螺栓式和螺杆式系分别采用螺栓或拉紧螺杆来紧固换向器，前者适用于直径大于360mm的换向器。后两种结构，尤其是螺杆式，不但能较好地补偿换向片受热时的轴向伸长，因而可防止运行时换向器表面的热变形；而且片间云母片厚度不均匀时，也能由于各螺栓（或螺杆）的分别收紧而使换向片较可靠地形成紧密的整体。

由于拱形换向器的结构和工艺均较复杂，因此小型直流电机中已广泛采用塑料换向器。其结构形式很多，但主要有图1-18所示的两种形式。塑料换向器采用酚醛树脂玻璃纤维压塑料，经过热压使换向片紧固成一个整体。其优点是：（1）结构简单（省去了压圈、套筒、螺母和V形绝缘环等许多零件）;（2）对换向片的加工要求较低，因而劳动生产率较高；（3）系整体结构，故运行时不易造成因装配不良而引起的换向片凸出；（4）耐潮耐震性能较好；（5）可节约贵重的云母材料，简化工艺过程，重量轻、尺寸小、成本低。目前我国在B级绝缘直流电机中，外径125mm以下的换向器几乎已全部采用了塑料结构，外径150mm的塑料换向器也已在一般的直流电机中使用，并在研制外径200mm以上的塑料换向器。

当换向器和电枢直径相差较小，或为了提高电机使用的可靠性时，电枢绕组元件的端头可用锡直接焊在开于换向片一端的小孔或小槽内，也可焊在片端升高部分铣出的沟槽里。但当换向器直径和电枢直径相差较多，或虽不多但从机械方面看来工作条件并不困难时，则采用专门的升高片来进行连接，以节约换向片铜材。升高片一般用薄铜带或薄铜板制成，铆接在换向片端部，升高片很高时应加以适当支撑。

电刷装置由电刷、刷握、刷杆座等零件组成。对电刷装置的基本要求是：（1）具有足够的刚度，在电机正常运行时不产生有害变形和震动；（2）应使电刷在刷握内能上下自由滑动，刷握的弹簧能保证所需的电刷压力；（3）刷杆座沿圆周方向的位置调整及更换电刷应较方便；（4）电刷在换向器表面的布置应使后者的磨损能较均匀。

在中小型直流电机中，通常采用直刷握。这种刷握的弹簧按结构又可分为恒压弹簧、圆柱形弹簧和涡形弹簧等数种。其中恒压弹簧刷握可使电刷在其磨损过程中所受压力基本不变；圆柱形弹簧刷握和涡形弹簧刷握不能保持电刷压力不变，因此带有压力可调节机构。大型直流电机中较多地采用斜刷握（见图1-19），它可减小电刷和刷握间的摩擦力，但仅使用同样的一排单斜刷握时，电机转向不宜改变，因而仅适用于不可逆转的电机；对可逆转电机，则在每组电刷中需使用一对斜向不同的双斜刷握。可配刷握放大图及类型。

直流电机的端盖也分为带轴承和不带轴承两种类型，前者主要用于小型电机、采用滚动轴承的中型电机中，后者主要用于采用座式轴承的中大型电机中。带轴承的端盖（见图1-19所示）可缩短电机的轴向长度，其结构（卧式电机）除与机座连接用的止口、轴承室以及两者之间的过渡部分外，前端盖上还开有视察换向器和电刷运行情况，并可供维护用的视察窗，后端盖上则开有出风用的窗口。不带轴承的端盖和机座间的连接面部采用止口，但需要有一定的定位措施。端盖通常用铸铁制成，要求重量轻时用铝合金铸造，对强度要求较高的端盖，则用铸钢制成。大型直流电机中采用钢板焊接或铸造的端盖。

图1-19及图1-20分别为单电枢和双电枢大型直流电机的总装图。除前面已提到的部分结构外，它们还具有下列特点：

（1）机座为钢板焊接结构，并采用叠片式磁轭；

（2）磁极上具有补偿绕组；

（3）图1-20中采用了空心轴结构，它由四段组成，相互间用螺栓连接在一起。空心轴既减轻了重量，又具有较大的抗扭刚度；

（4）由电机外部的鼓风机与冷却器、过滤器等组成封闭循环式的通风系统；

（5）均采用螺杆式拱形换向器；

（6）为了阻断因磁路不对称而引起的轴电流的回路，在换向器端的轴承座与底板间垫有绝缘（要用两层绝缘材料中间夹一层钢板，以便检查绝缘情况）。此外，图1-19中还在传动端另装一套接地电刷12，以便将由某些其他原因（例如采用可控硅供电电源等）引起的对地轴电流引走。应当指出，这些措施也适用于其他大型电机。

（7）大型直流电机强风冷结构，如图1-20、图1-21所示。