CN102237734B - 一种电机 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例公开的电机包括定子及装设于定子内的转子,所述转子包括转轴、电枢绕组、以及固定到转轴的转子铁心和换向器,所述换向器包括若干换向片,所述转子铁心具有若干齿,相邻齿之间形成线槽,所述电枢绕组容置于所述线槽内;所述电枢绕组包括通过所述换向片联结的若干线圈组,每个线圈组包括至少两个直接串接且彼此至少间隔一个齿的线圈,每个线圈组首尾的两个线圈分别直接连接到相邻的两个换向片。本发明的实施例能够改善换向,提高电机寿命,并改善绕线工艺产生的平衡量。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域,尤其涉及电机的转子结构。
背景技术
单相串励电机也称通用电机,是带换向器的电枢绕组经电刷与定子励磁绕组串联的单相电机,是交流换向器电机中最常用的类型。此种电机由于转速高、体积小、重量轻、启动转矩大、调速方便,具有串励特性,常用于医疗器械、电动工具、日用电器等需要高速、体积小、重量轻的小功率器械的驱动,如:食物搅拌机、吸尘器、家用缝纫机、电钻、电磨及其他手提式电动工具。
现有的业界常用的单相串励电机通常采用两个励磁绕组分别缠绕于定子的两个凸极上,每一励磁绕组在相应凸极处形成主磁极,且两主磁极的极性相反,两主磁极通过定子铁心两边的轭部、两主磁极与转子间的气隙、转子电枢构成磁回路,磁路贯穿整个定子铁心的截面,磁路较长。对于电机的转子绕组,每个线圈的两端通常直接连接到两个换向片上,当换向线圈匝数较高时,换向情况较差。
因此,需开发一种能改善换向、优化磁路的新型通用电机。
发明内容
本发明的实施例提供一种电机,包括定子及装设于定子内的转子,所述转子包括转轴、电枢绕组、以及固定到转轴的转子铁心和换向器,所述换向器包括若干换向片,所述转子铁心具有若干齿,相邻齿之间形成线槽,所述电枢绕组容置于所述线槽内;所述电枢绕组包括通过所述换向片联结的若干线圈组,每个线圈组包括至少两个直接串接且彼此至少间隔一个齿的线圈,每个线圈组首尾的两个线圈分别直接连接到相邻的两个换向片。
优选的,所述定子包括定子铁心,所述定子铁心包括沿其周向交替设置的P个主凸极轭部和P个辅助极轭部、分别设于主凸极轭部和辅助极轭部的P个主凸极和P个辅助极,所述P个主凸极上分别缠有励磁绕组,通电后可于所述P个主凸极处分别形成极性相同的磁极,于所述P个辅助极处分别形成与主凸极处的磁极极性相反的磁极;其中P为大于1的正整数。
本发明具有以下有益效果:与传统技术中仅采用一个线圈连接两个换向片相比,本发明实施例采用包括至少两个线圈的线圈组连接两个换向片,能够有效降低换向线圈中的电感电动势,从而达到改善换向、提高电机寿命的目的。
进一步的,本发明实施例可以通过两个励磁绕组形成四个磁极,在相邻主磁极与辅助磁极间形成磁回路,使磁路得到改善。并且,在获得相同输出力的情况下,本实施例的通用电机可以具有更小的体积和重量,能够节省材料,降低了成本,并改善绕线工艺产生的平衡量。
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容,请参阅以下有关本发明的详细说明与附图,然而所附图仅提供参考与说明用,并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1所示为本发明一实施例提供的电机沿垂直轴线方向的侧视图;
图2所示为图1的电机的磁场分布示意图;
图3所示为图1的电机的转子的电枢绕组的一种绕线方式的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明的一实施例提供一种电机,包括定子及装设于定子内的转子,所述转子包括转轴、电枢绕组、以及固定到转轴的转子铁心和换向器,所述换向器包括若干换向片,所述转子铁心具有若干齿,相邻齿之间形成线槽,所述电枢绕组容置于所述线槽内;其特征在于:所述电枢绕组包括通过所述换向片联结的若干线圈组,每个线圈组包括至少两个直接串接且彼此至少间隔一个齿的线圈,每个线圈组首尾的两个线圈分别直接连接到相邻的两个换向片。其中,“直接串接”或“直接连接”中的“直接”是指“串接”或“连接”的两个元件之间不存在第三个元件。
本发明的另一实施例的电机包括定子及装设于定子内的转子,定子具有2P个磁极,所述转子包括转轴、电枢绕组、以及固定到转轴的转子铁心和换向器,所述换向器具有m个换向片Z1~Zm,所述转子铁心具有n个齿,相邻齿之间形成线槽,所述电枢绕组容置于所述线槽内;所述电枢绕组包括m个线圈组W1~Wm,换向片Zk和换向片Zk+1通过线圈组Wk实现电连接,换向片Zm和换向片Z1通过线圈组Wm实现电连接;每个线圈组包括两个线圈(为便于理解和描述,按照绕线先后顺序,以下分别称为第一线圈和第二线圈),第一线圈的一端连接到一个换向片,另一端与第二线圈的一端连接(即第一线圈和第二线圈直接串接),第二线圈的另一端则连接到与第一线圈所连接换向片相邻的换向片。每个线圈跨绕的齿数q与极距n/2P满足|q-n/2P|<1的关系。其中,P为大于1的整数,m、n为大于P的偶数,k∈[1,m-1],q为整数,m/n的值可以是1、2、或3。
较佳的,m/n的值为2;q为小于n/2P且满足|q-n/2P|<1的关系的整数;同一线圈组的第一线圈和第二线圈间隔1个齿并具有相同的绕线方向;直接连接到同一换向片的两个线圈组的线圈绕线方向相反;线圈组Wi+2与线圈组Wi间隔1个齿,i=1,2,…,m-2。
以下通过一个具体实例进行详细说明。图1示出一个单相4极18槽36换向片串励电机沿垂直轴线方向的剖视图,该电机可直接使用交流电或者直流电作为电源,包括定子19与转子15。
所述定子19包括定子铁心20及励磁绕组30,所述定子铁心20由多数个叠片沿转子轴向堆叠而成,包括沿其周向交替设置的两个主凸极轭部22和两个辅助极轭部24、分别从主凸极轭部22和辅助极轭部24向内延伸的两个主凸极26和两个辅助凸极28,所述主凸极26与辅助凸极28沿转子15周向交替分布于转子15的铁心的外侧,所述励磁绕组30分别缠绕于所述主凸极26上,辅助凸极28上未缠励磁绕组。
转子15的外径D、定子19外部的最小尺寸Y优选地满足以下关系:D/Y>7∶10。在本发明中,所述转子15的外径是指转子铁心的外径,所谓定子19外部的最小尺寸是指通过定子中心的连接定子外周边两点的连线中的距离最小者的尺寸。
请参阅图2,所述励磁绕组30通电后可在主凸极26处形成励磁极,且两主凸极26处形成励磁极的极性相同(如沿径向励磁极的北极都朝外或都朝里),磁力线在每一主磁极、定子轭部、相邻的两辅助磁极、相邻的两辅助磁极与转子间的气隙、转子、转子与主磁极间的气隙之间形成回路。这样,缠绕于所述两主凸极26上的励磁绕组30可于主凸极处形成两个极性相同的励磁极,于辅助凸极28处形成两个感应磁极,共形成4个磁极。
优选的,所述定子铁心为双边结构,定子轭部为封闭框形结构。每一凸极26、28包括从定子轭部沿径向向内延伸的颈部,从颈部沿转子周向延伸的两极靴,两极靴远离轭部(与转子相对)的表面形成连续的极弧,围绕在转子15铁心外侧。所述主凸极轭部22的径向宽度小于辅助极轭部24的径向宽度,所述主凸极26极靴的末端26a与定子轭部间的距离大于所述辅助凸极28极靴的末端28a与定子轭部间的距离,这样,所述主凸极26极靴与主凸极轭部22间可形成较大收容空间,以容纳励磁绕组30。可以理解地,此处所称周向和径向为广义上的周向和径向,并非针对圆或圆柱形结构,如,本发明实施例中的定子轭部可以是方形或圆形。
所述转子15的外径D略小于定子凸极26、28的极弧所在圆的直径,因此,定子凸极26、28的极弧所在圆的直径与定子19外部的最小尺寸比亦大于7∶10。可以理解地,主凸极26与转子铁心间的间隙可以等于或不等于辅助凸极28与转子铁心间的间隙,当前述两间隙不相等时,定子凸极26、28的极弧所在圆是指直径较小的圆的直径。
可以理解地,本发明实施例的辅助极,除了可以为凸极外,还可以为隐极,为凸极时,其上亦可以绕少量的励磁绕组,匝数少于主凸极上的励磁绕组的匝数,通电后主凸极上的励磁绕组与辅助凸极上的励磁绕组产生极性相反的磁场。所述辅助极轭部上可设安装孔(如图2所示)以便安装电机端盖。
所述转子15包括转轴、电枢绕组、固定于转轴一端的换向器、固定至转轴另一端的转子铁心,所述换向器包括36个换向片,所述转子铁心具有18个齿,相邻齿之间形成线槽,所述电枢绕组容置于所述线槽内,所述电枢绕组包括通过该36个换向片联结的36个线圈组,每个线圈组包括两个线圈,第一线圈的一端连接到一个换向片,另一端与第二线圈的一端连接(即第一线圈和第二线圈直接串接),第二线圈的另一端则连接到与第一线圈所连接换向片相邻的换向片,第一线圈和第二线圈间隔一个齿,每个线圈跨绕4个齿。所述电枢绕组通过换向器和碳刷与定子19上的励磁绕组30电连接,通电后,励磁绕组30产生磁场,磁场穿过转子15,通电的电枢绕组在励磁绕组30产生的磁场作用下使转子15旋转。
图2是上述电枢绕组的一种绕线方式的示意图。第一行示出电机的四个碳刷C1~C4;第二行示出换向器的36个换向片Z1~Z36;第三行示出转子铁心的18个线槽S1~S18,以及容置于线槽内的线圈(为避免混乱,图中仅示出部分线圈);第四行示出电机的4个磁极P1~P4,其中,P1、P3为两个极性相同的励磁极,P2、P4为与P1、P3极性相反的感应磁极。
图2所示的电枢绕组的完整连接关系如下表所示。
如图2和上表所示,换向片Z1和换向片Z2通过线圈组W1实现电连接。线圈组W1具有两个线圈W11和W12,线圈W11的一端连接到换向片Z1,另一端与线圈W12的一端连接,线圈W12的另一端则连接到换向片Z2。其中,线圈W11为跨绕线槽S5和S1形成,线圈W12为跨绕线槽S6和S2形成。
换向片Z2与换向片Z3通过线圈组W2实现电连接。线圈组W2具有两个线圈W21和W22,线圈W21的一端连接到换向片Z2,另一端与线圈W22的一端连接,线圈W22的另一端则连接到换向片Z3。其中,线圈W21为跨绕线槽S6和S10形成,线圈W22为跨绕线槽S7和S11形成。
换向片Z3与换向片Z4通过线圈组W3实现电连接。线圈组W3包括两个线圈W31和W32,线圈W31的一端连接到换向片Z3,另一端与线圈W32的一端连接,线圈W32的另一端则连接到换向片Z4。其中,线圈W31为跨绕与W11相同的线槽S6和S2形成,线圈W32为跨绕线槽S7和S3形成。
换向片Z4与换向片Z5通过线圈组W4实现电连接。线圈组W4包括两个线圈W41和W42,线圈W41的一端连接到换向片Z4,另一端与线圈W42的一端连接,线圈W42的另一端则连接到换向片Z5。其中,线圈W41为跨绕与W21相同的线槽S7和S11形成,线圈W42为跨绕线槽S8和S12形成。
电枢绕组的其他线圈组可按照同一线圈组的第一线圈和第二线圈间隔一个齿并具有相同的绕线方向、直接连接到同一换向片的两个线圈组的线圈绕线方向相反、以及线圈组Wi+2与线圈组Wi间隔1个齿的方式参照上表缠绕完成,此处不再赘述。
较佳的,每个线圈组中两个线圈的匝数相等。可以理解的,两个线圈具有不同的匝数时也可以实现本发明的目的。
在连接两个换向片的线圈的总匝数x(x=x1+x2)相同的情况下,传统技术中通常只用一个线圈连接两个换向片,换向线圈中电感电动势与线圈总匝数的平方x2成正比,本实施例中采用包括两个线圈的线圈组连接两个换向片,换向线圈中电感电动势与线圈组中每个线圈的匝数的平方之和x1 2+x2 2成正比,因此,本发明实施例能够有效降低换向线圈中的电感电动势,从而达到改善换向、提高电机寿命的目的;另外,连接两个换向片的线圈所跨绕的线槽更加分散,可以改善绕线工艺产生的平衡量。
另外,传统的通用电机通过定子上的两个励磁绕组形成两个磁极,且磁路贯穿整个定子铁心的截面,磁路较长。相比之下,本实施例的通用电机通过两个励磁绕组形成四个磁极,在相邻主磁极与辅助磁极间形成磁回路,使磁路得到改善。而且,在获得相同输出力的情况下,本实施例的通用电机可以具有更小的体积和重量,例如,定子铁心的轴向高度和/或径向尺寸减小,定子绕组和/或转子绕组的匝数减少等等。因此,本实施例的通用电机节省了材料的使用,降低了成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种电机,包括定子及装设于定子内的转子,所述转子包括转轴、电枢绕组以及固定到转轴的转子铁心和换向器,所述换向器包括若干换向片,所述转子铁心具有若干齿,相邻齿之间形成线槽,所述电枢绕组容置于所述线槽内;其特征在于:所述电枢绕组包括通过所述换向片联结的若干线圈组,每个线圈组包括至少两个直接串接且彼此至少间隔一个齿的线圈,每个线圈组首尾的两个线圈分别直接连接到相邻的两个换向片;同一线圈组中各线圈的绕线方向相同,且直接连接到同一换向片的两个线圈组的线圈绕线方向相反。
2.如权利要求1所述的电机,其特征在于:每个线圈组包括两个直接串接的线圈,这两个线圈间隔一个齿。
3.如权利要求1所述的电机,其特征在于:同一线圈组中各线圈的匝数相等。
4.如权利要求1所述的电机,其特征在于:同一线圈组中各线圈的匝数不相等。
5.如权利要求1所述的电机,其特征在于:所述换向片的数量与转子铁心的线槽数的比值等于1、2或3。
6.如权利要求1所述的电机,其特征在于:所述定子包括2P个磁极,所述换向器具有m个换向片,所述转子铁心具有n个齿;其中,P为大于1的整数,m、n为大于P的偶数。
7.如权利要求6所述的电机,其特征在于:P的取值为2。
8.如权利要求1至6任一所述的电机,其特征在于:所述定子包括定子铁心,所述定子铁心包括沿其周向交替设置的P个主凸极轭部和P个辅助极轭部以及分别设于主凸极轭部和辅助极轭部的P个主凸极和P个辅助极,所述P个主凸极上分别缠有励磁绕组,通电后于所述P个主凸极处分别形成极性相同的磁极,于所述P个辅助极处分别形成与主凸极处的磁极极性相反的磁极;其中P为大于1的正整数。
9.如权利要求8所述的电机,其特征在于:所述转子外径与定子铁心外部最小尺寸的比值大于7:10。
10.如权利要求8所述的电机,其特征在于:所述主凸极轭部的宽度小于辅助极轭部的宽度。
11.如权利要求8所述的电机,所述辅助极上绕有励磁绕组,其匝数少于主凸极上励磁绕组的匝数。
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