CN103545962B - 一种永磁直流电机的转子 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种永磁直流电机的转子，所述转子使用偶数组线圈，y1为N为自然数，从而实现短线绕组；每片换向片上有两个挂钩，从而减少换向片的个数，同时也实现绕线灵活，可以对称绕线。并且实现端部尺寸也较小，加工时间短，整机功率密度高，噪音振动小，制造成本低，并可应用到所有偶数槽接法。

Description

一种永磁直流电机的转子

技术领域

本发明涉及电机领域，尤其涉及到一种永磁直流电机的转子。

背景技术

永磁直流电机是用永磁体建立磁场的一种直流电机，具有良好的机械特性和调节特性，广泛的应用在汽车工业中。永磁直流电机主要由定子、转子和电刷换向器组成，转子由电枢冲片叠加构成，其冲片按槽数可分为奇数槽冲片和偶数槽冲片。奇数槽冲片能减小电枢齿产生的定位力矩，但是这种结构单边磁拉力较大，容易引起噪音、振动问题，需考虑对定子磁钢或电枢进行优化来削弱磁拉力，但效果有限。偶数槽冲片单边磁拉力较小，可以减小噪音，但定位力矩较大，需采用较小槽口宽或转子斜槽等方法来减小定位转矩，在要求高密度的应用场合，减小槽口宽或斜槽均会给自动绕线带来困难。换向器的片数一般和槽数相等，但较多的换向片数将增加制造上的复杂性，增加制造成本。现代电动车辆用电机系统部件极力追求高密度、轻量小型化、低成本和高可靠性，性能指标非常苛刻，因此，现在的永磁电机存在奇数槽冲片容易引起噪音、振动等问题，偶数槽冲片会给自动绕线带来困难。

发明内容

本发明提供了一种短距绕组的永磁直流电机的转子，旨在解决现在的永磁电机存在奇数槽冲片容易引起噪音、振动等问题，偶数槽冲片会给自动绕线带来困难的问题。

一种永磁直流电机的转子，所述转子包括2N槽的铁芯、N片换向片、2N组线圈，每片换向片上有两个挂钩；

第一组线圈的上层边放置在所述铁芯的第一槽内，第一组线圈的下层边放置在第二槽内，所述第一槽和所述第二槽的距离为第一节距y1，所述第一组线圈的上层边连接的换向片和所述第一组线圈的下层边连接的换向片距离为换向片节距yc；

第二组线圈和所述第一组线圈串联，所述第二组线圈的上层边放置在第三槽内，所述第三槽和所述第一槽的距离为合成节距y，所述第二线圈的下层边放置在第四槽内，所述第四槽和所述第三槽的距离为所述第一节距y1，所述第二组线圈的上层边连接的换向片和所述第二组线圈的下层边连接的换向片距离为换向片节距yc，所述第一组线圈的下层边连接的挂钩和所述第二组线圈的上层边连接的挂钩相同；

依此类推，最后一组线圈的下层边连接所述第一组线圈的上层边所在的挂钩；

其中，y1为ε为小于1的分数或者0，P为所述永磁直流电机的极对数，yc为(N±1)，y1为的整数部分，N为自然数。

所述P=1，N=3时，y1为2，yc为4。

所述P=1，N=4时，y1为3，yc为3。

一种永磁直流电机，所述永磁直流电机包括定子、转子；

所述永磁直流电机包括定子、转子；

所述定子包括机壳和磁钢，所述机壳支撑磁钢并且是磁极之间的磁路通道，所述磁钢设置在所述机壳内并由所述机壳支撑，所述磁钢产生电机内的激励磁场；

所述转子包括转轴、电枢和换向器，所述电枢和换向器连接，并且所述电枢和换向器设置在所述转轴上，所述转轴用于转子输出转矩，所述换向器用于产生能使所述转子向某方向转动的特定转矩。

所述转子包括2N槽的铁芯、N片换向片、2N组线圈，每片换向片上有两个挂钩；

第一组线圈的上层边放置在所述铁芯的第一槽内，第一组线圈的下层边放置在第二槽内，所述第一槽和所述第二槽的距离为第一节距y1，所述第一组线圈的上层边连接的换向片和所述第一组线圈的下层边连接的换向片距离为换向片节距yc；

第二组线圈和所述第一组线圈串联，所述第二组线圈的上层边放置在第三槽内，所述第三槽和所述第一槽的距离为合成节距y，所述第二线圈的下层边放置在第四槽内，所述第四槽和所述第三槽的距离为所述第一节距y1，所述第二组线圈的上层边连接的换向片和所述第二组线圈的下层边连接的换向片距离为换向片节距yc，所述第一组线圈的下层边连接的挂钩和所述第二组线圈的上层边连接的挂钩相同；

依此类推，最后一组线圈的下层边连接所述第一组线圈的上层边所在的挂钩；

其中，y1为ε为小于1的分数或者0，P为所述永磁直流电机的极对数，yc为(N±1)，y1为的整数部分，N为自然数。

所述P=1，N=3时，y1为2，yc为4。

所述P=1，N=4时，y1为3，yc为3。

本发明提供的一种永磁直流电机的转子，所述转子使用偶数组线圈，y1为N为自然数，从而实现短线绕组；每片换向片上有两个挂钩，从而减少换向片的个数，同时也实现绕线灵活，可以对称绕线。并且实现端部尺寸也较小，加工时间短，整机功率密度高，噪音振动小，制造成本低，并可应用到所有偶数槽接法。

附图说明

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获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种六槽两极永磁直流电机的转子绕线图；

图2与图1瞬间相对应的电枢电路图；

图3是本发明另一种实施例提供的一种八槽两极永磁直流电机的转子绕线图；

图4与图3瞬间相对应的电枢电路图；

图5是现有技术中六槽六换向片永磁直流电机的转子绕线图；

图6是现有技术中七槽七换向片永磁直流电机的转子绕线图；

图7是本发明另一种实施例提供的一种电机的绕线图。

具体实施方式

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。

参考图1，图1是本发明实施例提供的一种永磁直流电机的转子。图1中1、2…6表示线圈1、线圈2…线圈6，图1中A、B…表示槽，图1中Ⅰ、Ⅱ…Ⅵ表示挂钩，其中，挂钩Ⅰ、Ⅱ在同一个换向片上，挂钩Ⅲ、Ⅳ在同一个换向片上，挂钩Ⅴ、Ⅵ在同一个换向片上，线圈1上的实线表示线圈1的上层边，线圈1上的虚线表示线圈1的下层边。

所述转子包括2N槽的铁芯、N片换向片、2N组线圈，每片换向片上有两个挂钩；

第一组线圈的上层边放置在所述铁芯的第一槽内，第一组线圈的下层边放置在第二槽内，所述第一槽和所述第二槽的距离为第一节距y1，所述第一组线圈的上层边连接的换向片和所述第一组线圈的下层边连接的换向片距离为换向片节距yc；

第二组线圈和所述第一组线圈串联，所述第二组线圈的上层边放置在第三槽内，所述第三槽和所述第一槽的距离为合成节距y，所述第二线圈的下层边放置在第四槽内，所述第四槽和所述第三槽的距离为所述第一节距y1，所述第二组线圈的上层边连接的换向片和所述第二组线圈的下层边连接的换向片距离为换向片节距yc，所述第一组线圈的下层边连接的挂钩和所述第二组线圈的上层边连接的挂钩相同；

依此类推，最后一组线圈的下层边连接所述第一组线圈的上层边所在的挂钩；

其中，y1为ε为小于1的分数或者0，P为所述永磁直流电机的极对数，yc为(N±1)，y1为的整数部分，N为自然数。

优选的，本发明的一种实施例，所述P=1，N=3时，y1为2，yc为4。

具体的，如图1所示，转子铁芯采用偶数槽，设定为2N，其中N为正整数。则换向片数为N，按照波绕组方法进行绕制。以6槽两极永磁直流电机为例，其绕组展开图如图2所示。电机的定子是由一对永磁体构成，转子由6槽铁芯，3片换向片和6组铜线组成，每片换向片上两个挂钩，依次标记为Ⅰ、Ⅱ…Ⅵ，每个线圈分别标示为元件1、2、3……6。从挂钩Ⅰ出发，1号换向片上的挂钩Ⅰ接到元件1的上层边，上层边放置在A号虚槽内，现有技术中，根据第一节距y1=Q/(2p)，Q为槽数，p为极对数可知，y1为3，为节省端部绕线和消除谐波，y1为y1=2，实现短距绕组，元件1即第一组线圈的上层边放置在A号虚槽内，所以，元件1的下层边根据y1=2应放置在C号虚槽。设定换向片节距yc为4，故元件1下层边与挂钩Ⅳ相连，为了实现元件4即第二线圈与元件1串联，元件4的上层边与挂钩Ⅳ相连，元件4的上层边放置在D号虚槽，元件4的下层边放置在F号虚槽，并与挂钩Ⅵ相连。这样相连了元件1和元件4，在电枢和换向器表面绕过一周，回到与挂钩Ⅰ相邻的挂钩Ⅵ上。按此规律连续镶嵌，可将元件1、2…6全部串联起来。由于每片换向片上的两个挂钩短路，故绕线交叉时，可以与就近的挂钩相连，方便焊接。

图2与图1瞬间相对应的电枢电路图。为使引出的电动势最大，电刷放置在几何中心线上，即磁极中心线。此时元件1，3被电刷正极短路，元件2，6和元件5，4分别从挂钩Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ引出换向片1和2，回到挂钩Ⅴ、Ⅵ引出换向片3上。由图3可见，该接法形成了多支路电路，电动势分布较均匀，对振动有较好的削弱。

作为另一种实施例，所述P=1，N=4时，y1为3，yc为3。

具体的，图3是本发明另一个实施例提供的一种八槽两极永磁直流电机的转子绕线图。电机的定子是由一对永磁体构成，转子由8槽铁芯，4片换向片和8组线圈组成，每片换向片上两个挂钩，依次标记为Ⅰ、Ⅱ…Ⅷ，每组线圈分别标示为元件1，2，3……8。从挂钩1出发，1号换向片接到元件1的上层边，上层边放置在A号虚槽内，现有技术中根据第一节距y1=Q/(2p)，Q为槽数，p为极对数可知，y1为4，本发明中y1为y1=3，从而实现短距绕组，节省端部绕线和消除谐波。由于元件1即第一组线圈上层边放置在A号虚槽，y1=3，因此，元件1的下层边放置在D号虚槽。元件1的挂钩是在1号换向片上，设定换向片节距yc为3，故元件1的下层边与4号换向片上的挂钩Ⅶ相连，这样元件在电枢和换向器表面绕过一周，回到与1号换向片相邻的4号换向片上。然后元件7即第二组线圈与元件1串联，从挂钩Ⅶ出发，其元件7的上层边放置在G号虚槽，元件7的下层边放置在B号虚槽，并与挂钩Ⅴ相连。按此规律连续镶嵌，可将1、2…8号元件全部串联起来，最后回到挂钩Ⅰ上。由于每片换向片上的两个挂钩短路，故绕线交叉时，可以与就近的挂钩相连，方便焊接。

图4与图3瞬间相对应的电枢电路图。为使引出的电动势最大，电刷放置在几何中心线上，即磁极中心线。所有元件分别从挂钩Ⅲ、Ⅳ引出换向片2，回到挂钩Ⅶ、挂钩Ⅷ引出换向片4上。由图3可见，该接法形成了多支路电路，电动势分布较均匀，对振动有较好的削弱。

图6是现有技术中六槽六换向片永磁直流电机的转子绕线图。该绕法按照y1=Q/(2p)=3，yc=5来连接。从图中可以看出，绕组跨距较大，端部尺寸过长，与换向片连接时引线缠绕角度大，容易引起短路或断路。

图7是现有技术中七槽七换向片永磁直流电机的转子绕线图。该绕法按照y1=Q/(2p)±ε=3，yc=6来连接。从图中可以看出，绕组跨距较大，端部尺寸过长，与换向片连接时引线缠绕角度大，容易引起短路或断路。

本发明提供的一种永磁直流电机的转子，所述转子使用偶数组线圈，y1为N为自然数，从而实现短线绕组；每片换向片上有两个挂钩，从而减少换向片的个数，同时也实现绕线灵活，可以对称绕线。并且实现端部尺寸也较小，加工时间短，整机功率密度高，噪音振动小，制造成本低，并可应用到所有偶数槽接法。

参考图7，图7是本发明另一种实施例提供的一种电机的绕线图。所述永磁直流电机包括定子10、转子11；

所述定子包括机壳101和磁钢102，所述机壳支撑磁钢并且是磁极之间的磁路通道，所述磁钢设置在所述机壳内并由所述机壳支撑，所述磁钢产生电机内的激励磁场；

所述转子包括转轴111、电枢112和换向器113，所述电枢112和换向器113连接，并且所述电枢112和换向器113设置在所述转轴111上，所述转轴用于转子输出转矩，所述换向器用于产生能使所述转子向某方向转动的特定转矩。

所述转子包括2N槽的铁芯、N片换向片、2N组线圈，每片换向片上有两个挂钩；

第一组线圈的上层边放置在所述铁芯的第一槽内，第一组线圈的下层边放置在第二槽内，所述第一槽和所述第二槽的距离为第一节距y1，所述第一组线圈的上层边连接的换向片和所述第一组线圈的下层边连接的换向片距离为换向片节距yc；

第二组线圈和所述第一组线圈串联，所述第二组线圈的上层边放置在第三槽内，所述第三槽和所述第一槽的距离为合成节距y，所述第二线圈的下层边放置在第四槽内，所述第四槽和所述第三槽的距离为所述第一节距y1，所述第二组线圈的上层边连接的换向片和所述第二组线圈的下层边连接的换向片距离为换向片节距yc，所述第一组线圈的下层边连接的挂钩和所述第二组线圈的上层边连接的挂钩相同；

依此类推，最后一组线圈的下层边连接所述第一组线圈的上层边所在的挂钩；

其中，y1为ε为小于1的分数或者0，P为所述永磁直流电机的极对数，yc为(N±1)，y1为的整数部分，N为自然数。

优选的，所述P=1，N=3时，y1为2，yc为4。

优选的，所述P=1，N=4时，y1为3，yc为3。

本发明提供的一种永磁直流电机的转子，所述转子使用偶数组线圈，y1为N为自然数，从而实现短线绕组；每片换向片上有两个挂钩，从而减少换向片的个数，同时也实现绕线灵活，可以对称绕线。并且实现端部尺寸也较小，加工时间短，整机功率密度高，噪音振动小，制造成本低，并可应用到所有偶数槽接法。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种永磁直流电机的转子，其特征在于，转子铁芯采用偶数槽，所述转子包括具有2N个槽的铁芯、N片换向片、2N组线圈，每片换向片上有两个挂钩，由于每片换向片上的两个挂钩短路，故绕线交叉时，能够与就近的挂钩相连，方便焊接；

第一组线圈的上层边放置在所述铁芯的第一槽内，第一组线圈的下层边放置在第二槽内，所述第一槽和所述第二槽的距离为第一节距y1，所述第一组线圈的上层边连接的换向片和所述第一组线圈的下层边连接的换向片距离为换向片节距yc；

第二组线圈和所述第一组线圈串联，所述第二组线圈的上层边放置在第三槽内，所述第三槽和所述第一槽的距离为合成节距y，所述第二组线圈的下层边放置在第四槽内，所述第四槽和所述第三槽的距离为所述第一节距y1，所述第二组线圈的上层边连接的换向片和所述第二组线圈的下层边连接的换向片距离为换向片节距yc，所述第一组线圈的下层边连接的挂钩和所述第二组线圈的上层边连接的挂钩相同；

依此类推，最后一组线圈的下层边连接所述第一组线圈的上层边所在的挂钩；

其中，y1为的整数部分，ε为小于1的分数或者0，P为所述永磁直流电机的极对数，yc为(N±1)，N为自然数。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述P＝1，N＝3时，y1为2，yc为4。

3.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述P＝1，N＝4时，y1为3，yc为3。

4.一种永磁直流电机，其特征在于，所述永磁直流电机包括定子、转子；

所述定子包括机壳和磁钢，所述机壳支撑磁钢并且是磁极之间的磁路通道，所述磁钢设置在所述机壳内并由所述机壳支撑，所述磁钢产生电机内的激励磁场；

所述转子包括转轴、电枢和换向器，所述电枢和换向器连接，并且所述电枢和换向器设置在所述转轴上，所述转轴用于转子输出转矩，所述换向器用于产生能使所述转子向某方向转动的特定转矩；

转子铁芯采用偶数槽，所述转子包括2N槽的铁芯、N片换向片、2N组线圈，每片换向片上有两个挂钩，由于每片换向片上的两个挂钩短路，故绕线交叉时，能够与就近的挂钩相连，方便焊接；

第一组线圈的上层边放置在所述铁芯的第一槽内，第一组线圈的下层边放置在第二槽内，所述第一槽和所述第二槽的距离为第一节距y1，所述第一组线圈的上层边连接的换向片和所述第一组线圈的下层边连接的换向片距离为换向片节距yc；

第二组线圈和所述第一组线圈串联，所述第二组线圈的上层边放置在第三槽内，所述第三槽和所述第一槽的距离为合成节距y，所述第二组线圈的下层边放置在第四槽内，所述第四槽和所述第三槽的距离为所述第一节距y1，所述第二组线圈的上层边连接的换向片和所述第二组线圈的下层边连接的换向片距离为换向片节距yc，所述第一组线圈的下层边连接的挂钩和所述第二组线圈的上层边连接的挂钩相同；

依此类推，最后一组线圈的下层边连接所述第一组线圈的上层边所在的挂钩；

其中，y1为的整数部分，ε为小于1的分数或者0，P为所述永磁直流电机的极对数，yc为(N±1)，N为自然数。

5.根据权利要求4所述的永磁直流电机，其特征在于，所述P＝1，N＝3时，y1为2，yc为4。

6.根据权利要求4所述的永磁直流电机，其特征在于，所述P＝1，N＝4时，y1为3，yc为3。