CN105990965A - 一种直流有刷电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直流有刷电机，包括定子和转子。定子包括2P个磁极，P为大于1的整数；转子包括转轴、转子铁芯、换向器和绕组。转子铁芯有m×P个齿，m为大于2的整数；绕组包括若干绕制于齿并电连接到相应换向片的线圈元件；换向器有2m×P个换向片，2m×P个换向片分为2m组，每组有P个换向片，被一根均压线顺次导电连接；其中，至少一组换向片的均压线与所有线圈元件由同一根绕线连续形成。实施本发明能通过绕线形成换向器的均压线，至少一部分均压线与所有线圈元件由同一根绕线连续形成，提高了绕线效率，减少了连接均压线和线圈元件的换向片挂钩上的绕线次数，有利于碰焊，同时也避免了换向片挂钩上的绕线与相邻换向片挂钩上的绕线短路。

Description

一种直流有刷电机

【技术领域】

本发明涉及电机领域，更具体地，涉及一种直流有刷电机。

【背景技术】

传统的有刷直流电机包括定子和转子，转子具有转轴、固定到转轴的换向器、固定到转轴的转子铁芯、绕制到转子铁芯的齿上并与换向器的换向片导电连接的绕组。定子具有电刷与换向片电连接，从而实现为绕组供电。

为了减少电刷的数量，通常在换向器上增加均压线，连接到同一跟均压线的若干个换向片具有相同的电位，因此，该若干个换向片的其中一个换向片与电刷导电连接时，等效于该若干个换向片都与电刷导电连接。

传统的具有均压线的换向器结构复杂，制造效率不高。

【发明内容】

本发明的一个目的是提供一种结构简单的具有均压线的直流有刷电机。该直流有刷电机包括定子和可转动地安装到定子的转子。所述定子包括2P个磁极，P为大于1的整数。所述转子可转动地安装到定子，包括转轴、固定转轴的转子铁芯、换向器和绕组。所述转子铁芯具有m×P个齿，m为大于2的整数；所述绕组包括若干绕制于齿并电连接到相应换向片的线圈元件；所述换向器具有2m×P个换向片，所述2m×P个换向片分为2m组，每组具有P个换向片，所述P个换向片被一根均压线顺次导电连接；所述2m组换向片中，至少一组换向片的均压线与所有线圈元件由同一根绕线连续地形成。

作为一种优选方案，所述2m组换向片中，每组换向片的均压线形成闭环。

作为一种优选方案，所述转子的所有均压线与所有线圈元件由同一根绕线连续地形成。

作为一种优选方案，每个线圈元件绕在一个相应的齿上，且每个线圈元件的两个线端绕转轴超过90°机械角度后分别从转轴两侧挂接到对应的两个换向片上。

作为一种优选方案，对于连续形成的任意两个所述线圈元件具有相反的缠绕方向，其中一个所述线圈元件以顺时针方向绕制，另一个所述线圈元件以逆时针方向绕制。

作为一种优选方案，每个齿上绕制有两个线圈元件，且该两个线圈元件的缠绕方向相反。

作为一种优选方案，所述若干个线圈元件中，其中一部分线圈元件与所有均压线由同一根绕线连续地交替形成，剩余的线圈元件由所述同一根绕线连续形成。

作为一种优选方案，所述定子具有两个电刷与所述换向器的换向片电连接，所述绕组形成6个支路并联到所述两个电刷。

作为一种优选方案，每个换向片直接与两个所述线圈元件连接，且该两个所述线圈元件的缠绕方向相反。

作为一种优选方案，每个线圈元件由P个子元件组成，所述P个子元件分别绕在所述转子的P个齿上；所述P个子元件中，相邻两个子元件的距离等于极距的偶数倍。

作为一种优选方案，所述定子具有两个电刷与换向器的换向片电连接，所述转子绕组形成两个支路并联到所述两个电刷。

作为一种优选方案，所述若干个线圈元件中，所有的线圈元件与所有的均压线由同一根绕线连续地交替形成。

作为一种优选方案，其中部分换向片直接与两个线圈元件连接，且该两个线圈元件的缠绕方向相反。

作为一种优选方案，P为3，m为3。

实施本发明，能通过绕线形成换向器的均压线，并且，至少一部分均压线与所有的线圈元件由同一根绕线连续地形成，提高了绕线效率，而且连接此均压线和线圈元件的换向片钩上的绕线数减少了，有利于碰焊，同时也消除了此换向片钩上的绕线与相邻换向片钩上的绕线短路的机会。

【附图说明】

图1是本发明第一实施例提供的永磁直流有刷电机的爆炸示意图；

图2显示了图1所示电机的转子；

图3是本发明第一实施例的转子绕组的展开示意图；

图4是图3所示转子绕组的俯视图的接线示例图；

图5是图3所示转子绕组的接线示意图；

图6是本发明第二实施例的转子绕组展开示意图；

图7是图6所示转子绕组的俯视图的接线示例图；

图8是图6所示转子绕组的接线示意图。

【具体实施方式】

以下以6极9槽的永磁直流有刷电机对本发明进行说明。应当意识到，本发明不局限于6极9槽的直流有刷电机。

参考图1和图2，本实施例的电机包括定子和转子。

定子包括外壳71、安装到外壳内壁的永磁体72、安装到外壳开口处的端盖76、分别安装到外壳71和端盖76的轴承74和75。永磁体72共形成6个磁极，如果以P表示电机的磁极对数，那么，本实施例中，P为3。

转子包括转轴81、固定到转轴81的换向器83、转子铁芯85和绕组87。转轴81由轴承74和75滚动支撑，从而使转子能够相对于定子转动。

请同时参阅图3和图4，转子铁芯85具有9个齿T1-T9，每两个相邻齿T1-T9之间形成一个绕线槽用于容纳绕组87的元件。本实施例中，转子的齿数等于定子的磁极对数的整数倍，如果使用m×P表示转子的齿数，那么，P为3，m也为3。

本实施例中，换向器具有18个换向片83，换向片83的数量等于齿数的两倍，等于极对数P的6倍。

下面结合图3、图4和图5来描述本实施例的转子绕线以及换向器83的均压线。图3中，第一行的两个矩形框表示定子的两个电刷，其中一个电刷为正极，另一个电刷为负极。第二行的的矩形方框表示换向器83的18个换向片S1-S18，；要注意的是，图3中有一部分换向片是重复的。第三行的矩形框，表示转子的9个齿T1-T9，。在各个齿之间的方框，表示定子的六个磁极，其中三个N极和三个S极，N极与S极交替排列。

如果使用换向片的数量来表示极距，即相邻的S极与N极之间的距离，则本实施例中，一个极距对应3个换向片(即18/16＝3)，本领域技术人员知晓，相距两个(或2的整数倍)极距的换向片是等电位换向片，换言之，等电位换向片对应相同磁极的永磁体72。如果使用换向片数量来表示等电位换向片之间的距离，则本实施例中，相同电位的换向片之间间隔6个换向片。例如换向片S1、S7、S13属于等电位的一组换向片。类似地，换向片S2、S8、S14属于等电位的一组换向片，换向片S3、S9、S15属于等电位的一组换向片，换向片S4、S10、S16属于等电位的一组换向片，换向片S5、S11、S17属于等电位的一组换向片，换向片S6、S12、S18属于等电位的一组换向片，即，每组等电位换向片具有3个换向片(与极对数P相同)，该18个换向片共分为6组(18/P)，。对于具有2P个磁极、2m×P的换向片的电机，换向片可分为2m组，每组具有P个等电位的换向片。

本实施例中，绕线先挂接到换向片S1，然后顺次挂接换向片S7、S13并返回到换向片S1，从而形成一个闭环的均压线，该闭环均压线将换向片S1、S7和S13短路连接在一起。

接着，绕线从换向片S1出来，以顺时针方向缠绕齿T1若干匝，然后挂接到换向片S14，从而形成了一个线圈元件，该线圈元件的两个线端分别电连接到换向片S1和S14。本实施例中，绕制在齿T1的线圈元件的两个线端绕转轴超过90°机械角度后分别从转轴两侧挂接到换向片S1和S14，因此，该线圈元件的两个线端比较贴近转轴(见图4)。

接着，绕线从换向片S14出来，然后顺次挂接换向片S2、S8并返回到换向片S14，从而形成一个闭环的均压线，该闭环均压线将换向片S2、S8和S14短路连接在一起。

接着，绕线从换向片S14出来，以逆时针方向缠绕齿T9若干匝，然后挂接到换向片S15，从而形成了一个线圈元件。该线圈元件的两个线端绕转轴超过90°机械角度后分别从转轴的两侧挂接到换向片S14和S15(如图4所示)。

类似地，绕线从换向片S15出来，然后顺次挂接换向片S3、S9并返回到换向片S15，从而形成一个闭环的均压线，该闭环均压线将换向片S15、S3和S9短路连接在一起。

接着，绕线从换向片S15出来，以顺时针方向缠绕齿T8若干匝，然后挂接到换向片S10，从而形成了一个线圈元件。与顺时针缠绕在T1上的线圈元件类似，该线圈元件的两个线端也是绕转轴超过90°机械角度后分别从转轴两侧挂接到换向片S15和S10。此外，所述线圈元件的线端绕转轴所形成的机械角度可以在90°至180°之间。

接着，绕线从换向片S10出来，顺次挂接到换向片S16、S4并返回换向片S10，从而形成一个闭环的均压线，该闭环均压线将换向片S10、S16和S4短路连接在一起。

接着，绕线从换向片S10出来，以逆时针方向缠绕齿T7若干匝，然后挂接到换向片S11，从而形成了一个线圈元件。

接着，绕线从换向片S11出来，顺次挂接到换向片S17和S5，并返回换向片S11，从而形成一个闭环的均压线，该闭环均压线将换向片S11、S17和S5短路连接在一起。

接着，绕线从换向片S11出来，以顺时针方向缠绕齿T6若干匝，然后挂接到换向片S6，从而形成一个线圈元件。

接着，绕线从换向片S6出来，顺次挂接到换向片S12和S18，并返回换向片S6，从而形成一个闭环的均压线，该闭环均压线将换向片S6、S12和S18短路连接在一起。

接着，绕线从换向片S6出来，以逆时针方向缠绕齿T5若干匝，然后挂接到换向片S7，从而形成一个线圈元件。

因为均压线已经绕制完毕，所以继续绕线圈元件即可。具体地，绕线从换向片S7出来，以顺时针方向缠绕齿T4若干匝，然后挂接到换向片S2，从而形成了一个线圈元件。绕线从换向片S2出来，以逆时针方向缠绕齿T3若干匝，然后挂接到换向片S3，从而形成了一个线圈元件。绕线从换向片S3出来，以顺时针方向缠绕齿T2若干匝，然后挂接到换向片S16，从而形成了一个线圈元件。绕线从换向片S16出来，以逆时针方向缠绕齿T1若干匝，然后挂接到换向片S17，从而形成了一个线圈元件。

绕线从换向片S17出来，以顺时针方向缠绕齿T9若干匝，然后挂接到换向片S12，从而形成了一个线圈元件。绕线从换向片S12出来，以逆时针方向缠绕齿T8若干匝，然后挂接到换向片S13，从而形成了一个线圈元件。绕线从换向片S13出来，以顺时针方向缠绕齿T7若干匝，然后挂接到换向片S8，从而形成了一个线圈元件。绕线从换向片S8出来，以逆时针方向缠绕在齿T6若干圈，然后挂接到换向片S9，从而形成了一个线圈元件。

线圈从换向片S9出来，以顺时针方向缠绕在齿T5若干匝，然后挂接到换向片S4，从而形成一个线圈元件。绕线从换向片S4出来，以逆时针方向缠绕在齿T4若干匝，然后挂接到换向片S5，从而形成一个线圈元件。绕线从换向片S5出来，以顺时针方向缠绕在齿T3若干匝，然后挂接到换向片S18，从而形成一个线圈元件。绕线从换向片S18出来，以逆时针方向缠绕在齿T2若干匝，然后挂接到换向片S7，从而形成一个线圈元件。因为换向片S7与S1是等电位的，因此，绕制在齿T2的线圈元件的一个线端连接到换向片S1或者S7在电路上是等效的。

如上所述，本实施例中，转子的所有均压线与所有线圈元件由同一根绕线连续地形成，绕制过程不需要断线，因此，显著地提高了制造效率。

本实施例中，均压线与一部分线圈元件由同一根绕线交替式地连续形成，在换向片都连接有均压线之后，其余的线圈元件由同一根绕线连续地形成。

本实施例中，对于连续形成的任意两个线圈元件具有相反的缠绕方向，其中一个线圈元件以顺时针方向绕制，另一个线圈元件以逆时针方向绕制。

本实施例中，每个齿上绕制有两个线圈元件，且该两个线圈元件的缠绕方向相反。

本实施例中，每个换向片直接与两个线圈元件连接，且该两个线圈元件的缠绕方向相反。

本实施例中，虽然定子只使用两个电刷，但是，转子绕组在均压线的配合下，转子绕组形成了六个并联支路并联到该两个电刷。

参考图6、图7和图8，本发明第二实施例提供的电机的定子同样具有6个磁极(即，2P＝6)和两个电刷，转子具有9个齿T1-T9(即，m×P＝9)，换向器具有18个换向片S1-S18(即，2m×P＝18)。本实施例中，均压线依然由绕组的绕线形成。本实施例与上述第一实施例的区别在于，每个线圈元件分布在3个齿上。

具体而言，本实施例中，绕线先挂接到换向片S1，然后依次挂接到换向片S7和S13，然后返回换向片S1，从而形成一个闭环的均压线，该闭环均压线将换向片S1、S7和S13短路连接在一起。

接着，绕线从换向片S1出来，以顺时针方向缠绕在齿T1若干匝，然后以顺时针方向缠绕到齿T4若干匝，然后以顺时针方向缠绕到齿T7若干匝，然后挂接到换向片S8。

接着，绕线从换向片S8出来，挂接到换向片S14、S2，然后返回换向片S8，从而形成一个闭环的均压线，该闭环均压线将换向片S8、S14、S2短路连接到一起。

接着，绕线从换向片S8出来，以逆时针方向缠绕在齿T6上若干匝，然后以逆时针方向缠绕到齿T3上若干匝，然后以逆时针方向缠绕到齿T9若干匝，然后挂接到换向片S15。

接着，绕线从换向片S15出来，挂接到换向片S3、S9，然后返回换向片S15，从而形成一个闭环的均压线，该闭环均压线将换向片S15、S3、S9短路连接到一起。

接着，绕线从换向片S15出来，以顺时针方向缠绕在齿T8上若干匝，然后以顺时针方向缠绕到齿T2上若干匝，然后以顺时针方向缠绕到齿T5上若干匝，然后挂接到换向片S4。

接着，绕线从换向片S4出来，挂接到换向片S10、S16，然后返回换向片S4，从而形成一个闭环的均压线，该闭环均压线将换向片S4、S10、S16短路连接到一起。

接着，绕线从换向片S4出来，以逆时针方向缠绕在齿T4上若干匝，然后以逆时针方向缠绕到齿T1上若干匝，然后以逆时针方向缠绕到齿T7上若干匝，然后挂接到换向片S11。

接着，绕线从换向片S11出来，依次挂接到换向片S17、S5，然后返回换向片S11，从而形成一个闭环的均压线，该闭环均压线将换向片S11、S17、S5短路连接到一起。

接着，绕线从换向片S11出来，以顺时针方向缠绕在齿T6上若干匝，然后以顺时针方向缠绕到齿T9上若干匝，然后以顺时针方向缠绕到齿T3上若干匝，然后挂接到换向片S18。

接着，绕线从换向片S18出来，依次挂接到换向片S6、S12，然后返回换向片S18，从而形成一个闭环的均压线，该闭环均压线将换向片S18、S6、S12短路连接到一起。

接着，绕线从换向片S18出来，以逆时针方向缠绕在齿T2上若干匝，然后以逆时针方向缠绕到齿T8上若干匝，然后以逆时针方向缠绕到齿T5上若干匝，然后挂接到换向片S7。

本实施例中，闭环均压线与线圈元件是交替形成的，从而能够使用一根绕线在不裁断的情况下就能形成所有的均压线和线圈元件。

本实施例中，每个线圈元件由连续形成的P个子线圈元件构成(P是极对数)，该P个子线圈元件以相同的缠绕方向分别绕制在P个齿，该P个齿中任意齿的距离是极距的偶数倍。

本实施例中，对于连续形成的任意两个线圈元件具有相反的缠绕方向，其中一个线圈元件以顺时针方向绕制，另一个线圈元件以逆时针方向绕制。

本实施例中，每个齿上绕制有两个线圈元件，且该两个线圈元件的缠绕方向相反。

本实施例中，部分换向片直接与两个线圈元件连接，且该两个线圈元件的缠绕方向相反。

优选地，本发明的电机定子的电刷、换向器满足以下关系式： $W_b<D_c\&CenterDot;\sin ({\sin }^{-1}\left(\frac{\mathrm{\&delta;}}{D_c}\right)+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2\mathrm{mP}}),$ 其中：

W_b表示电刷的沿着换向器转动方向的宽度；

D_c表示换向器的外径；

δ表示所述换向器中两个相邻的换向片之间的间隙的宽度。

电刷、换向器满足上述约束的时候，能进一步提高线圈元件的利用率，并有利于换向。

对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (15)

1.一种直流有刷电机，包括：

定子，所述定子包括2P个磁极，P为大于1的整数；

转子，所述转子可转动地安装到定子，包括转轴、固定转轴的转子铁芯、换向器和绕组；所述转子铁芯具有m×P个齿，m为大于2的整数；所述换向器具有2m×P个换向片；所述绕组包括若干绕制于齿并电连接到相应换向片的线圈元件；

其特征在于，所述2m×P个换向片分为2m组，每组具有P个换向片，所述P个换向片被一根均压线顺次导电连接；

所述2m组换向片中，至少一组换向片的均压线与所有线圈元件由同一根绕线连续地形成。

2.如权利要求1所述的直流有刷电机，其特征在于，所述2m组换向片中，每组换向片的均压线形成闭环。

3.如权利要求1所述的直流有刷电机，其特征在于，所述转子的所有均压线与所有线圈元件由同一根绕线连续地形成。

4.如权利要求3所述的直流有刷电机，其特征在于，每个线圈元件绕在一个相应的齿上，且每个线圈元件的两个线端绕转轴超过90°机械角度后分别从转轴两侧挂接到对应的两个换向片上。

5.如权利要求3所述的直流有刷电机，其特征在于，对于连续形成的任意两个所述线圈元件具有相反的缠绕方向，其中一个所述线圈元件以顺时针方向绕制，另一个所述线圈元件以逆时针方向绕制。

6.如权利要求3所述的直流有刷电机，其特征在于，每个齿上绕制有两个线圈元件，且该两个线圈元件的缠绕方向相反。

7.如权利要求3所述的直流有刷电机，其特征在于，所述若干个线圈元件中，其中一部分线圈元件与所有均压线由同一根绕线连续地交替形成，剩余的线圈元件由所述同一根绕线连续形成。

8.如权利要求3所述的直流有刷电机，其特征在于，所述定子具有两个电刷与所述换向器的换向片电连接，所述绕组形成6个并联支路连接到所述两个电刷。

9.如权利要求3所述的直流有刷电机，其特征在于，每个换向片直接与两个线圈元件连接，且所述两个线圈元件的缠绕方向相反。

10.如权利要求3所述的直流有刷电机，其特征在于，每个线圈元件由P个子元件组成，所述P个子元件分别绕在所述转子的P个齿上；所述P个子元件中，相邻两个子元件的距离等于极距的偶数倍。

11.如权利要求10所述的直流有刷电机，其特征在于，所述定子具有两个电刷与换向器的换向片电连接，所述转子绕组形成两个并联支路连接到所述两个电刷。

12.如权利要求10所述的直流有刷电机，其特征在于，所述若干个线圈元件中，所有的线圈元件与所有的均压线由同一根绕线连续地交替形成。

13.如权利要求10所述的直流有刷电机，其特征在于，部分换向片直接与两个线圈元件连接，且该两个线圈元件的缠绕方向相反。

14.如权利要求1所述的直流有刷电机，其特征在于，P为3，m为3。

15.如权利要求1所述的直流有刷电机，其特征在于，所述定子的电刷、换向器满足以下关系式：其中：

W_b表示电刷的沿着换向器转动方向的宽度；

D_c表示换向器的外径；

δ表示所述换向器中两个相邻的换向片之间的间隙的宽度。