CN103595214A - 直流电动机 - Google Patents

Abstract

直流电动机具有定子，该定子包括布置在圆周方向上的两个磁体。电枢包括电枢芯，该电枢芯具有布置在圆周方向上且径向地面对磁体的8个槽。换向器与电枢芯整体地旋转，并且包括在圆周方向上被布置在圆周方向上的4个凹槽所划分的4个换向片。线圈以分布绕组的方式缠绕在各槽内。2个电刷接触换向片。以电角度为180°的间距被布置且彼此串联连接的2个线圈连接到被各电刷电短路的2个换向片，使得这2个线圈在换向片之间延伸。各凹槽在圆周方向上位于与凹槽中的另一个凹槽分开电角度180°的位置偏离的位置。

Description

直流电动机

技术领域

本发明涉及一种包括用于供电的电刷的直流电动机。

背景技术

直流电动机包括定子、电枢和电刷。定子包括布置在圆周方向上的多个磁极。电枢可以旋转并且径向地面对定子。电刷将电能提供给电枢。例如，电枢包括电枢芯、换向器和线圈。电枢芯包括在电枢旋转轴周围径向延伸的多个齿。包括布置在圆周方向(电枢的旋转方向)上的多个换向片的换向器与电枢芯整体地旋转。线圈以分布绕组的形式缠绕在电枢芯的周围，并且延伸穿过在圆周方向上彼此相邻的齿之间所形成的槽。电刷与换向片接触从而将电流经过换向片提供给线圈。

日本专利公开公报第2009-124850号描述了这种直流电动机的一个例子，其中布置在换向器中的换向片数量可以是电枢芯的槽数量(齿数量)的一半。日本专利公开公报第2009-124850号中所描述的直流电动机构造成满足磁极数量:槽数量(齿数量):换向片数量=2P:2PN:PN(其中P是大于或等于2的整数，N为大于或等于3的奇数)的关系。例如，直流电动机可包括4个磁极、20个槽(齿)和10个换向片。

在换向片数量是槽数量(齿数量)一半的直流电动机的换向器中，在圆周方向上分离相邻换向片的凹槽(底切undercuts)数量小于换向片数量等于或大于槽数量的直流电动机的换向器的凹槽数量。由此减小电刷在这些凹槽上移动时(即，电刷所接触的换向片被切换时)的机械磨损，因此电刷的使用寿命不受影响。此外，由此减小电刷所接触换向片被切换时电刷撞击换向片所产生的噪声。

发明内容

在换向片数量为槽数量的一半的直流电动机中，磁极数量、槽数量和换向片数量的组合不一定必须满足磁极数量:槽数量(齿数量):换向片数量=2P:2PN:PN(其中P为大于或等于2的整数，N为大于或等于3的奇数)的关系，如日本专利公开公报第2009-124850号中所述。例如，直流电动机也可满足磁极数量:槽数量:换向片数量=n:2mn:mn(其中m为正整数，n为大于或等于2的偶数)的关系。

然而，在这种直流电动机中，槽数量和换向片数量是磁极数量的倍数。因此，由于流动的电流不能获得令人满意的旋转。

本公开的一个目的是提供一种包括n个磁极、2mn个槽和mn个换向片的可旋转直流电动机。

本公开的一个方面是关于一种具备定子的直流电动机，该定子包括布置在圆周方向上的n个磁极(其中n为大于或等于2的偶数)。电枢包括电枢芯，该电枢芯包括布置在圆周方向上且径向地面对磁极的2mn个槽(其中m为正整数，n为大于或等于2的偶数)。换向器与电枢芯整体地旋转。换向器包括mn个换向片(其中m为正整数，n为大于或等于2的偶数)，这些换向片在圆周方向上被布置在圆周方向上的mn个凹槽(其中m为正整数，n为大于或等于2的偶数)所分开。多个线圈以分布绕组的方式缠绕在槽内。多个电刷接触这些换向片。以电角度180°的整数倍的间距而布置且彼此串联连接的至少2个线圈连接到被各电刷电短路的2个换向片，使得线圈中的至少2个线圈在这2个换向片之间延伸。每个凹槽位于在圆周方向上与凹槽中的另一个凹槽分开电角度180°的位置偏离的位置。

在上述方面，各凹槽在圆周方向上位于与凹槽中的另一个凹槽开电角度180°的位置偏离的位置。换句话说，凹槽不被布置在圆周方向上与另一个凹槽分开电角度180°的位置。因此，nm个换向片不具有固定的圆周尺寸。电刷经常被布置成形成在阳极电刷和阴极电刷之间的电角度为180°的间距。由此使阳极电刷的换向定时和阴极电刷的换向定时错开（shift）。因此，提供给线圈的电流变得不规则并且磁平衡受到干扰。由此产生使电枢旋转的旋转力。结果，包括n个磁极、2mn个槽和mn个换向片的直流电动机可以旋转。

在本公开的直流电动机的又一方面，磁极的数量为大于或等于4的偶数，并且以电角度为360°的间距所布置的换向片彼此连接。

在此结构中，可以将电流同时提供给连接的换向片。因此，电刷的数量可以小于n。

在本公开的直流电动机的又一方面，串联连接的线圈包括缠绕成正向绕组的线圈和缠绕成反向绕组的线圈。每个电刷的周向位置位于在圆周方向上彼此相邻的2个磁极的中间。

本公开的直流电动机的又一方面包括4个磁极、16个槽和8个换向片。

本公开的直流电动机的又一方面包括2个磁极、8个槽和4个换向片。

基于下面通过举例来说明本发明原理的描述并且结合附图，本发明的其它方面和优点将变得显见。

附图说明

通过参考下面对本发明优选实施方式的描述并且结合附图，可以最佳地理解本发明及其目的和优点，在附图中：

图1是第一实施方式的直流电动机的剖视图。

图2是第一实施方式的直流电动机沿一个平面展开的示意图。

图3是第一实施方式的直流电动机沿一个平面展开的示意图。

图4A至图4E是对将凹槽的周向位置设置在布置在第一实施方式的直流电动机中的换向器内的方法进行说明的示意图。

图5A至图5D是对第一实施方式的直流电动机中的电流提供模式进行说明的示意图。

图6是第二实施方式的直流电动机的剖视图。

图7是第二实施方式的直流电动机沿一个平面展开的示意图。

图8是第二实施方式的直流电动机沿一个平面展开的示意图。

图9A至图9E是对将凹槽的周向位置设置在布置在第二实施方式的直流电动机中的换向器内的方法进行说明的示意图。

图10是另一个实施方式的直流电动机沿一个平面展开的示意图。

具体实施方式

第一实施方式

现在将参照附图来描述直流电动机的一个实施方式。

如图1中所示，本实施方式的直流电动机1包括大致呈圆柱形的定子11和径向地面对定子11的电枢21。定子11包括大致呈管状的磁轭壳体12、以及在圆周方向上以相同的角间距布置在磁轭壳体12内圆周表面上的n个磁体13和14(其中n为大于或等于2的偶数)。在本实施方式中，将n设置为“2”。因此，作为N极的一个磁体13以及作为S极的一个磁体14被固定到磁轭壳体12的内圆周表面。磁体13和14以180°的间距被布置在圆周方向上。本实施方式的直流电动机1具有2个磁极，因为定子11包括2个磁体13和14。

如图1和图2中所示，布置在定子11的径向内侧的电枢21包括：旋转轴22、固定到旋转轴22的电枢芯23、缠绕在电枢芯23周围的线圈24、和固定到旋转轴22的换向器25。电枢21的旋转轴22被支撑从而可相对于定子11旋转。图1中未示出线圈24。

电枢芯23径向地面对磁体13和14，并且电枢芯23的外周被磁体13和14包围。电枢芯23包括2mn个(其中m为正整数，n为大于或等于2的偶数)在旋转轴22周围径向延伸的齿31。在本实施方式中，将n设定为“2”如上所述，将m设定为“2”。因此，本实施方式的电枢芯23具有8个齿31。在电枢芯23中，在圆周方向上在相邻齿31之间的空间形成槽32。电枢芯23包括2mn个齿31，因而包括布置在圆周方向上的2mn个槽32(其中m为正整数，n为大于或等于2的偶数)。在本实施方式中，电枢芯23包括8个齿31。通过将导电线26缠绕在齿31的周围，而将线圈24以分布绕组的方式缠绕在电枢芯23的8个槽32内。

换向器25包括圆柱形的绝缘材料41、以及在圆周方向上布置在绝缘材料41外圆周表面上的mn个换向片42(其中m为正整数，n为大于或等于2的偶数)。通过将旋转轴22压合入绝缘材料41，而将换向器25固定到旋转轴22并且使换向器25与旋转轴22整体地旋转。旋转轴22的旋转使换向器25与电枢芯23整体地旋转。

布置在换向器25中的换向片42的数量为mn。该数量是布置在电枢芯23内的槽32的数量的一半。在本实施方式中，将m设定为“2”并且将n设定为“2”。因此，换向器25包括4个换向片42，该数量是8个槽32的一半。凹槽43(底切)在圆周方向上被布置在相邻的换向片42之间。在圆周方向上凹槽43使相邻的换向片42分离。包括4个换向片42的换向器25具备布置在圆周方向上的4个凹槽43。各凹槽43位于偏离在圆周方向上与另一个凹槽43分离达电角度180°的位置的位置。在直流电动机1中，磁极的数量为“2”。因此，电角度180°对应于机械角度180°。

现在对在包括2个磁极、8个槽32和4个换向片42的本实施方式直流电动机1中设置凹槽43的周向位置的方法进行描述。

首先，如图4A中所示，圆柱形的换向片材料45被假设地划分成8个相同部分，该数量与槽32的数量相同。换向片材料45是被划分为4个换向片42的构件，这4个换向片被布置在绝缘材料41的外圆周表面上并且是由导电金属板材(例如铜板)所构成。在图4中，虚线表示假设地划分换向片材料45的假设分割线L。假设地将换向片材料45划分为8个部分的8条假设分割线L，以相等的角间距被布置在圆周方向上。假设分割线L在换向片材料45的径向方向上平直地延伸。

如图4B中所示，将用作基准的基准凹槽设置位置G0设置在假设地划分换向片材料45的8个假设分割线L中的1个分割线上。基准凹槽设置位置G0是形成凹槽43的位置，在图4中用粗实线表示形成凹槽43的位置。

然后，将位于在圆周方向上从基准凹槽设置位置G0向一侧(图4B中的逆时针方向)方向前进电角度180°的位置的假设分割线L定义为不设置(不形成)凹槽43的第一凹槽非设置位置P1。在图4中，在不设置凹槽43的各位置标上叉号。

如图4C中所示，然后将在第一凹槽非设置位置P1的圆周方向上的一侧与第一凹槽非设置位置P1(图4C中的逆时针方向)相邻的假设分割线L定义为设置凹槽43(形成)的第一凹槽设置位置G1。然后，将位于在圆周方向上从第一凹槽设置位置G1向一侧方向(图4C中的逆时针方向)前进电角度180°的位置的假设分割线L定义为不设置凹槽43的第二凹槽非设置位置。

接着，如图4D中所示，将在第二凹槽非设置位置P2的圆周方向上的一侧(图4D中的逆时针方向)与第二凹槽非设置位置P2相邻的假设分割线L定义为设置凹槽43的第二凹槽设置位置G2。然后，将位于在圆周方向上从第二凹槽设置位置G2向一侧方向(图4D中的逆时针方向)前进电角度180°的位置的假设分割线L定义为不设置凹槽43的第三凹槽非设置位置P3。

然后，如图4E中所示，将在圆周方向上第三凹槽非设置位置P3的一侧(图4E中的逆时针方向)与第三凹槽非设置位置P3相邻的假设分割线L定义为设置凹槽43的第三凹槽设置位置G3。然后，将位于在圆周方向上从第三凹槽设置位置G3向一侧方向(图4E中的逆时针方向)前进电角度180°的位置的假设分割线L定义为不设置凹槽43的第四凹槽非设置位置P4。

如上所述，将设置凹槽43的凹槽设置位置G0至G3或者不设置凹槽43的凹槽非设置位置P1至P4分配给全部的假设分割线L。当制造换向器25时，在基准凹槽设置位置G0以及第一至第三凹槽设置位置G1至G3形成凹槽43。由此，在换向器25的外圆周表面上形成在圆周方向上划分换向片材料45的4个凹槽43。结果，4个换向片42形成并且布置在圆周方向上，如图1和图2中所示。将凹槽43的位置设置成使得凹槽43不存在于与各凹槽43分离达电角度180°的位置。亦即，各凹槽43被布置在与另一个凹槽43分离达电角度180°的位置偏离的位置。由此形成具有不同圆周尺寸的多种类型的换向片42。换句话说，被凹槽43分离的mn个(在本实施方式中为4)换向片42被构成为使得换向片42具有不同的圆周尺寸。在本实施方式中，4个换向片42包括具有不同圆周尺寸的三种类型的换向片(即，第一换向片42a、第二换向片42b和第三换向片42c)。第一换向片42a具有最小圆周尺寸，该最小圆周尺寸等于在圆周方向上被划分的换向片材料45的8分之一部分的圆周尺寸(即，在圆周方向上两个相邻假设分割线L之间的圆周间距)。第三换向片42c具有最大圆周尺寸，该最大圆周尺寸是第一换向片42a的圆周尺寸的3倍。第二换向片42b具有中间尺寸，该中间尺寸是在最小尺寸和最大尺寸之间并且是第一换向片42a的圆周尺寸的2倍。换向器25包括2个第二换向片42b。在换向器25中，第一换向片42a、第二换向片42b、第三换向片42c、和第二换向片42b从第一换向片42a开始按顺序被布置在圆周方向上。

如图1中所示，一个阳极电刷61和一个阴极电刷62被布置在磁轭壳体12内的换向器25的外圆周上。电刷61和62被压抵在换向器25的外圆周表面上从而接触换向器25的外圆周表面。阳极电刷61和阴极电刷62被布置在圆周方向上分离达电角度180°(在本实施方式中是机械角度180°)的两个位置。此外，阳极电刷61和阴极电刷62在圆周方向上位于磁体13和磁体14之间(在圆周方向上的N极磁体13的中间和圆周方向上的S极磁体14的中间之间)。

现在将详细描述线圈24的绕线模式。

如图2中所示，串联连接的2个线圈24连接到被阳极电刷61(或阴极电刷62)电短路的2个换向片42(即，在圆周方向上相邻的2个换向片42)，从而这2个线圈24在2个换向片42之间延伸。在被电刷61(或电刷62)电短路的2个换向片42之间串联连接的2个线圈24是在圆周方向上分开电角度180°的第一线圈24a和第二线圈24b。串联连接的第一线圈24a和第二线圈24b缠绕在4个齿31上，使得它们的绕线方向变成彼此相反。在本实施方式中，第一线圈24a缠绕成正向绕组，第二线圈24b缠绕成反向绕组。在图2中，用实线表示第一线圈24a，用虚线表示第二线圈24b。

在图2中，在圆周方向上将4个换向片42按顺序赋予换向片编号“1”至“4”。此外，在圆周方向上从周向位置与对应于换向片编号“1”的换向片42相一致的槽32开始按顺序地赋予槽编号“1”至“8”。将通过举例并且利用2个线圈24(第一线圈24a和第二线圈24b)来描述线圈24的绕线模式，这2个线圈24连接到换向片42从而从对应于换向片编号“1”的换向片42延伸至对应于在圆周方向上相邻的换向片编号“2”的换向片42。在图2中，用粗线表示在对应于换向片编号“1”和“2”的换向片42之间串联连接的2个线圈24，以便于识别。连接(挂钩和融合)到对应于换向片编号“1”的换向片42的竖板的导电线26进入对应于槽编号“2”的槽32并且以分布绕组的方式缠绕至在对应于槽编号“2”的槽32和对应于槽编号“6”的槽32之间的4个齿31，从而形成第一线圈24a。然后，导电线26离开对应于槽编号“6”的槽32，进入对应于槽编号“2”的槽32，并且在与第一线圈24a相反的方向上以分布绕组的方式缠绕以形成第二线圈24b。第二线圈24b缠绕在位于对应于槽编号“2”的槽32和对应于槽编号“6”的槽32之间的4个齿31上。这4个齿31位于在圆周方向上与第一线圈24a刚刚缠绕的4个齿31相反的位置。然后，导电线26离开对应于槽编号“6”的槽32并且连接(挂钩和融合)到对应于换向片编号“2”的换向片42的竖板。因此，以电角度180°的间距布置并且彼此串联连接的2个线圈24(即，一个第一线圈24a和一个第二线圈24b)连接到在圆周方向上相邻的对应于换向片编号“1”的换向片42和对应于换向片编号“2”的换向片42，从而2个线圈24在换向片42之间延伸。串联连接的第一线圈24a与第二线圈24b的绕线方向彼此相反。

以与连接到换向片42从而在对应于换向片编号“1”和“2”的换向片42之间延伸的2个线圈24同样的方式，串联连接的2个线圈24(第一线圈24a和第二线圈24b)也连接到对应于换向片编号“2”和“3”的换向片42、对应于换向片编号“3”和“4”的换向片42、以及对应于换向片编号“4”和“1”的换向片42，从而这2个线圈24在2个相应的换向片42之间延伸。在本实施方式的直流电动机1中，将各线圈24的卷数全部设置为相同数量。

现在将描述本实施方式的直流电动机1的操作。

在图2所示的状态下，阳极电刷61接触对应于换向片编号“1”的换向片42并且阴极电刷62接触对应于换向片编号“3”的换向片42。在此状态下，电流被提供给在换向片编号“1”的换向片42和编号“3”的换向片42之间串联布置的全部8个线圈24，如图2和图5A中所示。电流在相同方向(见图2中的实线箭头)上被提供给全部的第一线圈24a，并且电流在相同方向(见图2中的虚线箭头)上被提供给全部的第二线圈24b。

图3中示出了电枢21从图2中所示状态旋转电角度22.5°(机械角度22.5°)的状态。在图3中所示的状态下，阳极电刷61经由凹槽43接触在圆周方向上相邻的对应于换向片编号“1”的换向片42和对应于换向片编号“2”的换向片42，因此使这2个换向片42短路。阴极电刷62接触对应于换向片编号“3”的换向片42。因此，如图3和图5B中所示，在对应于换向片编号“1”的换向片42和对应于换向片编号“2”的换向片42之间串联布置的2个线圈24经历换向。换向中的第一线圈24a径向地面对N极磁体13的周向中间位置(磁极的周向中间位置)，类似地换向中的第二线圈24b径向地面对S极磁体14的周向中间位置(磁极的周向中间位置)。电流从电刷61和62被提供给在对应于换向片编号“1”的换向片42和对应于换向片编号“3”的换向片42之间串联布置的4个线圈24、以及在对应于换向片编号“2”的换向片42和对应于换向片编号“3”的换向片42之间串联布置的2个线圈24。在这种情况下，电流在相同方向(见图3中的实线箭头)上被提供给3个第一线圈24a，并且电流在相同方向(见图3中的虚线箭头)上被提供给3个第二线圈24b。当仅由图3中所示的阳极电刷61执行换向时，产生使电枢21旋转的旋转力。

然后，电枢21从图3中所示状态进一步旋转电角度22.5°(机械角度22.5°)。结果，阳极电刷61接触对应于换向片编号“2”的换向片42并且阴极电刷62接触对应于换向片编号“3”的换向片42。在此状态下，电流被提供给在对应于换向片编号“2”的换向片42和对应于换向片编号“3”的换向片42之间串联布置的全部8个线圈24，如图3和图5C中所示。电流在相同方向上被提供给全部的第一线圈24a，并且电流在相同方向上被提供给全部的第二线圈24b。

当电枢21进一步旋转时，阳极电刷61接触对应于换向片编号“2”的换向片42，阴极电刷62经由凹槽43接触在圆周方向上相邻的对应于换向片编号“3”的换向片42和对应于换向片编号“4”的换向片42，因此使这2个换向片42短路。在此状态下，在对应于换向片编号“3”的换向片42和对应于换向片编号“4”的换向片42之间串联布置的2个线圈24是处在换向中，如图3和图5D中所示。换向中的第一线圈24a径向地面对N极磁体13的周向中间位置(磁极的周向中间位置)，类似地换向中的第二线圈24b径向地面对S极磁体14的周向中间位置(磁极的周向中间位置)。电流从电刷61和62被提供给在对应于换向片编号“2”的换向片42和对应于换向片编号“3”的换向片42之间串联布置的2个线圈24、以及在对应于换向片编号“2”的换向片42和对应于换向片编号“4”的换向片42之间串联布置的4个线圈24。电流在相同方向上被提供给被供给电流的3个第一线圈24a，并且电流在相同方向上被提供给被供给电流的3个第二线圈24b。在仅由阴极电刷62执行换向的状态下，产生使电枢21旋转的旋转力。

在本实施方式中，阳极电刷61和阴极电刷62是以电角度180°的间距被布置，并且换向器25在圆周方向上与各凹槽43分开电角度180°的位置不包括凹槽43。因此，如上所述，在阳极电刷61中执行换向的定时和在阴极电刷62中执行换向的定时被错开。因为换向器25在圆周方向上与各凹槽43分开电角度180°的位置不包括凹槽43，所以4个换向片42的圆周尺寸是不固定的。因此，在电枢21的旋转方向上各电刷61和62接触各换向片42的距离是不同的。因此，在电枢21中电流的供给变得不规则并且磁平衡受到影响。当仅由阳极电刷61或者仅由阴极电刷62执行换向时，产生使电枢21旋转的旋转力并且使电枢21旋转。

被电刷61(或电刷62)电短路的在2个换向片42之间串联连接的2个线圈24包括缠绕成正向绕组的第一线圈24a、和缠绕成反向绕组的第二线圈24b这两者。此外，电刷61和62的周向位置是在圆周方向上相邻的2个磁体13和14的中间(磁极之间)。因此，串联连接的正向绕组的第一线圈24a和反向绕组的第二线圈24b是以电角度180°的间距被布置。当串联连接的正向绕组的第一线圈24a和反向绕组的第二线圈24b被电刷61(或电刷62)换向时，电刷61(或电刷62)被布置在第一线圈24a和第二线圈24b的圆周方向上的中央部。

如上所述，第一实施方式具有下述优点。

(1)各凹槽43位于偏离在圆周方向上与另一个凹槽43分开电角度180°的位置的位置。因此，4个换向片的圆周尺寸不固定。2个电刷61和62被布置成使得阳极电刷61和阴极电刷62被分开电角度180°的间距。由此阳极电刷61执行换向的定时和阴极电刷62执行换向的定时被错开。因此，提供给线圈24的电流变得不规则并且磁平衡受到影响，因此产生使电枢21旋转的旋转力并且使电枢21旋转。因此，包括2个磁极、8个槽和4个换向片的直流电动机1变得可旋转。

(2)分开电角度180°的2个线圈24(第一线圈24a和第二线圈24b)串联连接。因此，换向片42的数量变为槽32的数量的一半。因此，凹槽43的数量小于换向片数量等于或大于槽数量时的数量。因此，减小电刷61和62横穿凹槽43时(即，当切换被接触的换向片42时)所产生的机械磨损。因此，电刷61和62的使用寿命不受影响。此外，当切换换向片42时由于电刷61和62撞击换向片42所产生的噪声被抑制。当制造换向器25时，在换向片材料45中形成凹槽43的数量也变少。因此，容易制造换向器25。

(3)在被电刷61(或电刷62)短路的2个换向片之间串联连接的2个线圈24(即，第一线圈24a和第二线圈24b)是以电角度180°的间距(在本实施方式中为机械角度180°)被布置。串联连接的2个线圈24之间的间距等于N极磁体13和S极磁体14在圆周方向上的间距。因此，当经由换向片42将电流提供给线圈24时，以平衡的方式产生使电枢21旋转的旋转力。

(4)在被电刷61(或电刷62)电短路的2个换向片42之间串联连接的2个线圈24包括缠绕成正向绕组的第一线圈24a、和缠绕成反向绕组的第二线圈24b。此外，电刷61和62的周向位置位于在圆周方向上相邻的2个磁体13和14之间(在磁极之间)。因此，串联连接的正向绕组的第一线圈24a和反向绕组的第二线圈24b是以电角度为180°的间距而布置。当对第一线圈24a和第二线圈24b进行换向时，用于对串联连接的正向卷绕的第一线圈24a和反向卷绕的第二线圈24b进行换向的电刷61(或电刷62)被布置在第一线圈24a和第二线圈24b之间。因此，简化了线圈24(即，第一线圈24a和第二线圈24b)的绕线模式。

第二实施方式

下面将参照附图来描述直流电动机的一个实施方式。对于与第一实施方式相同的构造标出相同的附图标记，并且省略其描述。

如图6中所示，第二实施方式的直流电动机101包括大致呈圆柱形的定子111、和径向地面对定子111的电枢121。定子111包括磁轭壳体12、以及在圆周方向上以相同角间距布置在磁轭壳体12的内圆周表面上的n个磁体13和14(其中n为大于或等于2的偶数)。在本实施方式中，将n设定为“4”。因此，将2个N极磁体13和2个S极磁体14固定到磁轭壳体12的内圆周表面。磁体13和14是以在圆周方向上90°的间距被布置，使得N极和S极被交替地被布置在圆周方向上。本实施方式的直流电动机101具有4个磁极，因为定子111包括4个磁体13和14。

如图6和图7中所示，电枢121被布置在定子111的径向内侧，并且电枢121包括旋转轴22、固定到旋转轴22的电枢芯123、缠绕在电枢芯123周围的线圈24、和固定到旋转轴22的换向器125。电枢121的旋转轴22被支撑从而可相对于定子111旋转。图6中未示出线圈24。

电枢芯123径向地面对磁体13和14，并且电枢芯123的外周被磁体13和14包围。电枢芯123包括围绕旋转轴22径向延伸的2mn个齿31(其中m为正整数，n为大于或等于2的偶数)。在本实施方式中，将n设定为“4”如上所述，将m设定为“2”。因此，本实施方式的电枢芯123具有16个齿31。电枢芯123包括2mn个齿31，因此包括布置在圆周方向上的2mn个(其中m为正整数，n为大于或等于2的偶数)(在本实施方式中为16个)槽32。通过将导电线26缠绕在齿31周围，而将线圈24以分布绕组的方式缠绕在位于电枢芯123的16个槽32内。

在换向器125中，在圆周方向上布置在绝缘材料41外圆周表面上的换向片42的数量为mn(其中m为正整数，n为大于或等于2的偶数)，该数量是布置在电枢芯123内的槽32数量的一半。在本实施方式中，将m设定为“2”，将n设定为“4”。因此，换向器125包括8个换向片42，该数量是16个槽32的一半。在圆周方向上相邻的换向片42在圆周方向上被布置在换向片42之间的凹槽(底切)43所分离。具备8个换向片42的换向器125包括布置在圆周方向上的8个凹槽43。各凹槽43位于偏离在圆周方向上与另一个凹槽43分开电角度180°的位置的位置。在直流电动机101中，磁极的数量为“4”。因此，电角度180°为机械角度90°。

现在对在包括4个磁极、16个槽32和8个换向片42的本实施方式直流电动机101中设置凹槽43周向位置的方法进行描述。

首先，如图9A中所示，换向片材料45被假设地划分为16个部分，这是与槽32的数量相同的数量。在图9中，用虚线表示假设地划分换向片材料45的假设分割线L。假设地将换向片材料45划分为16个部分的16根假设分割线L，以相等的角间距被布置在圆周方向上，并且在换向片材料45的径向方向上平直地延伸。

如图9B中所示，将基准凹槽设置位置G0设置在假设分割线L上。在本实施方式中，定子111包括4个磁体13和14(4个磁极)。因此，电角度360°对应于机械角度180°。因此，在机械角度360°中存在2个电角度360°。将基准凹槽设置位置G0作为基准，并且将基准凹槽设置位置G0设置在分开电角度360°的16个假设分割线L中的2个分割线处。在图9中，用粗实线表示形成凹槽43的位置。

然后，将位于在圆周方向上从基准凹槽设置位置G0向一侧方向(图9B中的逆时针方向)前进达电角度180°的位置的各假设分割线L定义为不设置(不形成)凹槽43的第一凹槽非设置位置P1。在图9中，在不设置凹槽43的各位置标上叉号。

接着，如图9C中所示，将在圆周方向上第一凹槽非设置位置P1一侧(图9C中的逆时针方向)与各第一凹槽非设置位置P1相邻的各假设分割线L定义为设置(形成)凹槽43的第一凹槽设置位置G1。然后，将位于在圆周方向上从各第一凹槽设置位置G1向一侧方向(图9C中的逆时针方向)前进达电角度180°的位置的各假设分割线L定义为不设置凹槽43的第二凹槽非设置位置P2。

然后，如图9D中所示，将在圆周方向上各第二凹槽非设置位置P2一侧(图9D中的逆时针方向)与各第二凹槽非设置位置P2相邻的各假设分割线L定义为设置凹槽43的第二凹槽设置位置G2。然后，将位于在圆周方向上从各第二凹槽设置位置G2向一侧(图9D中的逆时针方向)前进电角度180°的位置的各假设分割线L定义为不设置凹槽43的第三凹槽非设置位置P3。

然后，如图9E中所示，将在圆周方向上各第二凹槽非设置位置P2一侧(图9E中的逆时针方向)与各第三凹槽非设置位置P3相邻的各假设分割线L定义为设置凹槽43的第三凹槽设置位置G3。然后，将位于在圆周方向上从各第三凹槽设置位置G3向一侧方向(图9E中的逆时针方向)前进电角度180°的位置的假设分割线L定义为不设置凹槽43的第四凹槽非设置位置P4。

如上所述，将设置凹槽43的凹槽设置位置G0至G3或者不设置凹槽43的凹槽非设置位置P1至P4指定给全部的假设分割线L。当制造换向器25时，在基准凹槽设置位置G0以及第一至第三凹槽设置位置G1至G3处形成凹槽43。由此，在换向器125的外圆周表面上形成在圆周方向上划分换向片材料45的8个凹槽43，结果形成布置在圆周方向上的8个换向片42，如图6和图7中所示。凹槽43的位置被设置成使得凹槽43不存在于与各凹槽43分开电角度180°的位置。亦即，各凹槽43被布置在与另一个凹槽43分开电角度180°的位置偏离的位置。由此形成具有不同圆周尺寸的多种类型的换向片42。换句话说，形成被凹槽43分离的mn个(在本实施方式中为4个)换向片42，使得换向片42具有不同的圆周尺寸。在本实施方式中，8个换向片42包括具有不同圆周尺寸的三种类型的换向片(即，第一换向片42e、第二换向片42f和第三换向片42g)。第一换向片42e具有最小圆周尺寸，该最小圆周尺寸等于在圆周方向上被划分的换向片材料45的16分之一的圆周尺寸(即，在圆周方向上2个相邻假设分割线L之间的周向间距)。换向器125包括2个第一换向片42e。第三换向片42c具有最大圆周尺寸，该最大圆周尺寸是第一换向片42e的圆周尺寸的3倍。换向器125包括2个第三换向片42c。第二换向片42f具有在最小尺寸和最大尺寸之间的中间尺寸，该中间尺寸是第一换向片42e的圆周尺寸的2倍。换向器125包括4个第二换向片42b。在换向器125中，第一换向片42e、第二换向片42f、第三换向片42g和第二换向片42f从第一换向片42e开始按顺序布置在圆周方向上。

如图6中所示，2个阳极电刷61和2个阴极电刷62被布置在磁轭壳体12内的换向器125的外圆周上。各电刷61和62被压抵在换向器125的外圆周表面上从而接触换向器125的外圆周表面。阳极电刷61和阴极电刷62被交替地布置在圆周方向上，并且相邻的阳极电刷61和阴极电刷62以电角度180°的间距(在本实施方式中机械角度90°)被布置在圆周方向上。此外，相同极性的电刷61是以电角度360°(在本实施方式中为机械角度180°)的间距被布置，并且相同极性的电刷62是以电角度为360°(在本实施方式中机械角度180°)的间距被布置。各电刷61和62位于在圆周方向上相邻的磁体13和磁体14之间的周向中间位置(在圆周方向上相邻的磁体13和14中的N极磁体13的周向中间位置和S极磁体14的周向中间位置之间的周向中间位置)。

现在将对线圈24的绕线模式进行详细描述。

如图7中所示，串联连接的2个线圈24连接到被阳极电刷61(或阴极电刷62)电短路的2个换向片42(即，在圆周方向上相邻的2个换向片42)从而2个线圈24在这2个换向片42之间延伸。被电刷61(或电刷62)电短路的2个换向片42之间串联连接的2个线圈24是在圆周方向上分开电角度180°的第一线圈24a和第二线圈24b。串联连接的第一线圈24a和第二线圈24b分别以相反的绕线方向缠绕在3个齿31的周围。在本实施方式中，第一线圈24a缠绕成正向绕组，第二线圈24b缠绕成反向绕组。在图7中，用实线表示第一线圈24a，用虚线表示第二线圈24b。

在图7中，在圆周方向上按顺序将8个换向片42标为换向片编号“1”至“8”。此外，从在对应于换向片编号“1”的换向片42附近的槽32开始，在圆周方向上按顺序给出槽编号“1”至“16”。现在将通过举例并且利用2个线圈24(第一线圈24a和第二线圈24b)来描述线圈24的绕线模式，该两个线圈24连接到换向片42从而从对应于换向片编号“1”的换向片42延伸至在圆周方向上相邻的对应于换向片编号“2”的换向片4。在图7中，用粗线表示在对应于换向片编号“1”和“2”的换向片42之间串联连接的2个线圈24，以便于识别。连接到(挂钩和融合)对应于换向片编号“1”的换向片42的竖板的导电线26，进入对应于槽编号“2”的槽32并且以分布绕组的方式缠绕到位于对应于槽编号“2”的槽32和对应于槽编号“5”的槽32之间的3个齿31，从而形成第一线圈24a。然后，导电线26离开对应于槽编号“5”的槽32，进入对应于槽编号“1”的槽32，并且在与第一线圈24a相反的方向上以分布绕组的方式被缠绕在位于对应于槽编号“14”的槽32和对应于槽编号“1”的槽32之间的3个齿31周围，从而形成第二线圈24b。然后，导电线26离开对应于槽编号“14”的槽32并且连接(挂钩和熔合)到对应于换向片编号“2”的换向片42的竖板。因此，以电角度180°的间距被布置并且彼此串联连接的2个线圈24(即，一个第一线圈24a和一个第二线圈24b)被连接到在圆周方向上相邻的对应于换向片编号“1”的换向片42和对应于换向片编号“2”的换向片42，从而2个线圈24在这2个换向片42之间延伸。串联连接的第一线圈24a和第二线圈24b的绕线方向彼此相反。

以与连接到对应于换向片编号“1”和“2”的换向片42且在换向片42之间延伸的2个线圈24同样的方式，串联连接的2个线圈24(第一线圈24a和第二线圈24b)也连接到对应于换向片编号“2”和“3”的换向片42、对应于换向片编号“3”和“4”的换向片42、对应于换向片编号“4”和“5”的换向片42、对应于换向片编号“5”和“6”的换向片42、对应于换向片编号“6”和“7”的换向片42、对应于换向片编号“7”和“8”的换向片42、以及对应于换向片编号“8”和“1”的换向片42，并且2个线圈24在换向片42之间延伸。在本实施方式的直流电动机101中，将各线圈24的卷绕数量全部设置为相同数量。

现在将描述本实施方式的直流电动机101的操作。

在图7所示的状态下，阳极电刷61接触对应于换向片编号“1”和“5”的2个换向片42，阴极电刷62接触对应于换向片编号“3”和“7”的2个换向片42。在此状态下，电流被提供给全部的16个线圈24，亦即，4个线圈24被串联布置在对应于换向片编号“1”的换向片42和对应于换向片编号“3”的换向片42之间，4个线圈24被串联布置在对应于换向片编号“1”的换向片42和对应于换向片编号“7”的换向片42之间，4个线圈24被串联布置在对应于换向片编号“5”的换向片42和对应于换向片编号“3”的换向片42之间，4个线圈24被串联布置在对应于换向片编号“5”的换向片42和对应于换向片编号“7”的换向片42之间。电流在相同方向(见图7中的实线箭头)上被提供给全部的第一线圈24a，并且电流在相同方向(见图7中的虚线箭头)上被提供给全部的第二线圈24b。

图8中示出了电枢121从图7中所示状态旋转电角度22.5°(机械角度11.25°)的状态。在图8所示的状态下，1个阳极电刷61经由凹槽43使在圆周方向相邻的对应于换向片编号“1”的换向片42和对应于换向片编号“2”的换向片42电短路，另一个阳极电刷61使在圆周方向上经由凹槽43相邻的对应于换向片编号“5”的换向片42和对应于换向片编号“6”的换向片42电短路。阴极电刷62接触对应于换向片编号“3”和“7”的2个换向片42。连接在对应于换向片编号“1”的换向片42和对应于换向片编号“2”的换向片42之间的2个线圈24以及连接在的对应于换向片编号“5”的换向片42和对应于换向片编号“6”的换向片42之间的2个线圈24处在换向中。换向中的第一线圈24a径向地面对N极磁体13的周向中间位置(磁极的周向中间位置)，换向中的第二线圈24b径向地面对S极磁体14的周向中间位置(磁极的周向中间位置)。电流从电刷61和62被提供给在对应于换向片编号“1”和“7”的换向片42之间串联布置的4个线圈24、在对应于换向片编号“2”和“3”的换向片42之间串联布置的2个线圈24、在对应于换向片编号“5”和“3”的换向片42之间串联布置的4个线圈24、以及在对应于换向片编号“6”和“7”的换向片42之间串联布置的2个线圈。在这种情况下，电流在相同方向(见图8中的实线箭头)上被提供给被供给电流的6个第一线圈24a，并且电流在相同方向(见图8中的虚线箭头)上被提供给被供给电流的6个第二线圈24b。图8中示出了在仅由阳极电刷61执行换向的状态下所产生的使电枢121旋转的旋转力。

在本实施方式中，阳极电刷61和阴极电刷62是以电角度为180°的间距被布置，并且各凹槽43位于偏离在圆周方向上与另一个凹槽43分开电角度180°的位置的位置。因此，如上所述，在阳极电刷61中执行换向的定时和在阴极电刷62中执行换向的定时被错开。此外，因为各凹槽43位于在圆周方向上与另一个凹槽43分开电角度180°的位置偏离的位置，所以8个换向片42的圆周尺寸不固定。因此，在电枢121的旋转方向上各电刷61和62接触各换向片42的距离是不相同的。因此，电流的提供变得不规则，并且电枢121中的磁平衡受到干扰。当仅由阳极电刷61或者仅由阴极电刷62执行换向时，产生使电枢121旋转的旋转力并且使电枢121旋转。

在被电刷61(或电刷62)电短路的2个换向片42之间串联连接的2个线圈24包括缠绕成正向绕组的第一线圈24a和缠绕成反向绕组的第二线圈24b这两者。此外，电刷61和62的周向位置位于在圆周方向上相邻的2个磁体13和14之间(在磁极之间)。因此，串联连接的正向卷绕的第一线圈24a和反向卷绕的第二线圈24b是以电角度180°的间距被布置。当串联连接的正向卷绕的第一线圈24a和反向卷绕的第二线圈24b被电刷61(或电刷62)换向时，电刷61(或电刷62)被布置在圆周方向上位于第一线圈24a和第二线圈24b之间的中间位置。

除了第一实施方式的优点(2)至(4)外，第二实施方式还具有以下优点：

(5)8个换向片的圆周尺寸不固定，因为各凹槽43位于在圆周方向上与另一个凹槽43分开电角度180°的位置偏离的位置。总共4个电刷61和62被布置成使得阳极电刷61和阴极电刷62是以电角度180°的间距被布置。因此，阳极电刷61执行换向的定时和阴极电刷62执行换向的定时被错开。因此，提供给线圈24的电流流动变得不规则，并且磁平衡受到干扰。由此产生使电枢121旋转的旋转力并且使电枢121旋转。结果，包括4个磁极、16个槽和8个换向片的直流电动机101可旋转。

可以如下方式修改本发明的各实施方式。

在上述各实施方式中，各电刷61和62的周向位置是位于在圆周方向上相邻的磁体13和磁体14之间的周向中间位置(在圆周方向上相邻的磁体13和14中N极磁体13的周向中间位置和S极磁体14的周向中间位置之间的周向中间位置)。然而，各电刷61和62可被布置成使得周向位置位于磁体13或磁体14的周向中间位置(磁极的周向中间位置)。在这种情况下，在被电刷61(或电刷62)短路的2个换向片42之间的串联连接的2个线圈24缠绕在槽32的周围，因而当各线圈24的周向中间位置径向地面对磁体13或磁体14的各自周向中间位置时2个线圈24被换向。

在第二实施方式的直流电动机101中，可以如图10中所示方式连接以电角度360°的间距被布置的换向片42。在图10所示的实例中，以电角度360°的间距所布置的换向片42被均衡器131短路。因此，电流可以同时被提供给连接的换向片42。因此，将用双点划线所表示的阳极电刷61或阴极电刷62中的至少一个电刷省略。换句话说，电刷61和62的数量变得小于n。如果电刷61和62的数量小于n，那么与电刷61和62的数量为n时相比构件的数量减少。因此，降低了直流电动机101的制造成本。当连接以电角度360°间距所布置的换向片42时，不必省略用双点划线所表示的阳极电刷61和阴极电刷62。

在上述各实施方式中，串联连接的2个线圈24连接到被电刷61(或电刷62)短路的2个换向片42，从而2个线圈24在这2个换向片42之间延伸。然而，以电角度180°整数倍的间距被布置且彼此串联连接的多个线圈24仅需连接到被电刷61(或电刷62)所短路的2个换向片42从而在这2个换向片42之间延伸。以电角度180°的整数倍的间距被布置且彼此串联连接的多个线圈24优选地包括缠绕成正向绕组的线圈24和缠绕成反向绕组(在相对于正向绕组的相反方向上缠绕)的线圈24。在这种情况下，在多个串联连接的线圈24中，通过使以电角度180°奇数倍的间距所布置的线圈24的绕线方向成为相反方向并且使以电角度180°偶数倍的间距所布置的线圈24的绕线方向成为相同方向，而简化线圈24的绕线模式。

第一实施方式的直流电动机1包括2个磁体13和14(2个磁极)、8个槽32、以及4个换向片42。第二实施方式的直流电动机101包括4个磁体13和14(4个磁极)、16个槽32、以及8个换向片42。然而，对于磁体13和14的数量(磁极的数量)、槽32的数量、以及换向片42的数量没有限制。该直流电动机仅需包括n个磁极、2mn个槽32、和mn个换向片42。这里，m为正整数，n为大于或等于2的偶数。在包括n个磁极、2mn个槽32和mn个换向片42的直流电动机中，将以电角度180°的整数倍的间距被布置且彼此串联连接的至少2个线圈24连接到被各电刷61和62电短路的2个换向片42。各凹槽(底切)43位于与在圆周方向上分开电角度180°的位置偏离的位置。根据这种构造，包括n个磁极、2mn个槽32和mn个换向片42的直流电动机变得可旋转。

本文中的实例和实施方式应当被看作是说明性的而不是限制性的，并且本发明并不局限于本文中所给出的详细描述，但在所附权利要求及其等同物的范围内可以对它们进行修改。

Claims (5)

1.一种直流电动机，包括：

定子，所述定子包括布置在圆周方向上的n个磁极，其中n为大于或等于2的偶数；

电枢，所述电枢包括：

电枢芯，所述电枢芯包括布置在圆周方向上且径向地面对所述磁极的2mn个槽，其中m为正整数，n为大于或等于2的偶数，

与所述电枢芯整体旋转的换向器，其中所述换向器包括在圆周方向上被布置在圆周方向上的mn个凹槽所分开的mn个换向片，其中m为正整数，n为大于或等于2的偶数，以及

以分布绕组的方式缠绕在所述槽内的多个线圈；以及

接触所述换向片的多个电刷，

其中，所述线圈中以电角度180°的整数倍的间距布置且彼此串联连接的至少2个线圈连接到被各电刷电短路的2个换向片，使得所述至少2个线圈在所述2个换向片之间延伸；并且

各所述凹槽位于在圆周方向上与所述凹槽中的另一个凹槽分开电角度180°的位置偏离的位置。

2.根据权利要求1所述的直流电动机，其中

磁极的数量为大于或等于4的偶数；并且

以电角度为360°的间距布置的所述换向片彼此连接。

3.根据权利要求1所述的直流电动机，其中所述串联连接的线圈包括缠绕成正向绕组的线圈和缠绕成反向绕组的线圈，各所述电刷的周向位置位于在圆周方向上彼此相邻的2个磁极之间。

4.根据权利要求1所述的直流电动机，包括4个磁极、16个槽和8个换向片。

5.根据权利要求1所述的直流电动机，包括2个磁极、8个槽和4个换向片。

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