CN105990966A - 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；转子还包括转轴、转子铁芯、换向器和绕组；转子铁芯有m×P个齿；换向器有n×P个换向片，n是m的整数倍；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；n×P个换向片分为n组，每组有P个换向片，被一根均压线顺次导电连接；n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。实施本发明，通过绕线形成换向器的均压线，且至少部分均压线与所有线圈元件由同一绕线连续形成，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钩上绕线与相邻换向片钩上绕线短路。

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：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n×P个换向片，n是m的整数倍；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n×P个换向片分为n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n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n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，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，每个线圈元件绕在一个相应的齿上，且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，这两个换向片相互间隔一个换向片。

作为一种优选方案，P为3，m为3，n为3。

作为一种优选方案，每个换向片具有两个并排的挂钩。

作为一种优选方案，所述n组换向片中，其中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；其余的n-1组换向片中，每组换向片的均压线在形成闭环后被切断。

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，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，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，剩余的线圈元件所述同一根绕线连续形成。

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，这两个换向片相互间隔一个换向片。

作为一种优选方案，所述n组换向片中，其中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；其余的n-1组换向片，每组换向片的均压线在形成闭环后被切断。

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，所述均压线与所述线圈元件由同一根绕线交替式地连续形成；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。

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；

图9是本发明第三实施例的转子绕组展开示意图；

图10是图9所示转子绕组的俯视图的接线示例图；

图11是图9所示转子绕组的接线示意图；

图12是本发明第四实施例的转子绕组展开示意图；

图13是图12所示转子绕组的俯视图的接线示例图；

图14是图12所示转子绕组的接线示意图；

图15是本发明第五实施例的转子绕组展开示意图；

图16是图15所示转子绕组的俯视图的接线示例图；

图17是图15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。

实施例1

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表示电机的极对数，那么，本实施例中，P为3(即，2P＝6)。

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滚动或滑动支撑，从而使转子能够相对于定子转动。

请同时参阅图3至图5，转子铁芯85具有9个齿T1-T9，每两个相邻齿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。如果用对应的齿数来表示极距(极距即指相邻的S极与N极之间的距离)，一个极距对应9/6个齿，也即1.5个齿。

本实施例中，换向器具有9个换向片S1-S9，换向片S1-S9数量等于齿数。如果以n×P表示换向片的数量，那么n＝m＝3。但是，本发明能应用到换向片数量等于齿数的整数倍的电机中。

下面结合图3至图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。第二行的矩形框表示换向器的9个换向片S1-S9；要注意的是，图3中有一部分换向片是重复的。第三行的竖直放置的矩形框，表示转子的9个齿T1-T9。最后一行的横向放置的矩形框，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。

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。本实施例中，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，一个极距对应即9/6个换向片，也即1.5换向片，相同电位的换向片之间的距离为两个极距，也即3个换向片，例如换向片S1、S4和S7属于等电位的一组换向片。类似地，换向片S2、S5和S8属于等电位的一组换向片，换向片S3、S6和S9属于等电位的一组换向片，即，该9个换向片分为3组(n＝3)，每组具有3个换向片(P＝3)。对于具有2P个磁极、n×P的换向片的电机，换向片可分为n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S4、S7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、S4和S7短路连接在一起。

接着，绕线从换向片S1出来，缠绕齿T1若干匝，然后挂接到换向片S8，从而形成了一个线圈绕组，该线圈绕组的两个线端分别电连接到换向片S1和S8。本实施例中，换向片S1、S8隔着转轴与齿T1相对，换言之，绕制在齿T1的线圈元件的两个线端分别挂接到齿T1对面的两个换向片S1和S8，因此，该线圈元件的两个线端相当于绕着转轴缠了接近180度机械角度，在实践中，该两个线端位于换向器与转子铁芯之间。此外，所述线圈元件的线端可以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S8出来，然后顺次挂接换向片S2、S5并返回到换向片S8，从而形成一个闭环的均压线，该闭环均压线将换向片S8、S2和S5短路连接在一起。

接着，绕线从换向片S8出来，缠绕齿T8若干匝，然后挂接到换向片S6，从而形成了一个线圈绕组。类似地，换向片S8、S6隔着转轴与齿T8相对，因此，该线圈元件的两个线端相当于绕着转轴缠了接近180度机械角度。

类似地，绕线从换向片S6出来，然后顺次挂接换向片S3、S9并返回到换向片S6，从而形成一个闭环的均压线，该闭环均压线将换向片S6、S3和S9短路连接在一起。至此，换向器的均压线已经绕制完毕。

接着，绕线从换向片S6出来，缠绕齿T6若干匝，然后挂接到换向片S4，从而形成了一个线圈绕组。类似地，换向片S6、S4隔着转轴与齿T6相对，，因此，该线圈元件的两个线端相当于绕着转轴缠了接近180度机械角度。

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S4出来，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绕组。绕线从换向片S2出来，缠绕齿T2若干匝，然后挂接到换向片S9，从而形成了一个线圈绕组。绕线从换向片S9出来，缠绕齿T9若干匝，然后挂接到换向片S7，从而形成了一个线圈绕组。绕线从换向片S7出来，缠绕齿T7若干匝，然后挂接到换向片S5，从而形成了一个线圈绕组。绕线从换向片S5出来，缠绕齿T5若干匝，然后挂接到换向片S3，从而形成了一个线圈绕组。绕线从换向片S3出来，缠绕齿T3若干匝，然后挂接到换向片S4，从而形成了一个线圈绕组。因为换向片S4与S1是等电位的，因此，绕制在齿T3的线圈元件的一个线端连接到换向片S1或者S4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，缩短绕线时长，因此，显著地提高了生产效率。

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，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。

实施例2

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9个换向片S1-S9(即，n×P＝9)。本实施例与上述第一实施例的区别在于：本实施例中，每个换向片具有用于连接均压线的第一挂钩、用于连接线圈元件的第二挂钩。为方便描述，将换向片S1的两个挂钩分别称为S1a和S1b，将换向片S2的两个挂钩分别称为S2a和S2b，其他以此类推。

本实施例中，均压线依然由绕组的绕线形成。具体地，闭环的均压线连接换向片S8、S2和S5，连接点分别为挂钩S8b、S2b和S5b，再回到S8，连接到S8a；闭环的均压线连接换向片S9、S3和S6，连接点分别为挂钩S9b、S3b和S6b，再回到S9，连接到S9a；闭环的均压线连接换向片S1、S4和S7，连接点分别为挂钩S1b、S4b和S7b，再回到S1，连接到S1a。

本实施例中，均压线在换向片S1的挂钩S1a处形成闭环后，就缠绕齿T1若干匝，然后挂接到换向片S2的挂钩S2a，从而形成了一个线圈绕组。接着绕线从S2a出来，缠绕齿T2若干匝，然后挂接到相邻的换向片S2的挂钩S2a……，依次类推，直至绕完所有绕组线圈。

本实施例的3组换向片的均压线中，其中一组换向片(即，换向片S1、S4和S7)的均压线与所有线圈元件由同一根绕线连续地形成；其余的2组换向片中，每组换向片的均压线在形成闭环后被切断。

本实施例中，只有三个挂钩需要挂线(含绕线和均压线)两次，其他挂钩只需要挂线一次，提高了自动绕线的可靠性。

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。

实施例3

参考图9、图10和图11，本发明第三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9个换向片S1-S9(即，n×P＝9)。要实施例与上述第一实施例的区别在于：本实施例中，每个换向片具有用于连接均压线的第一挂钩、用于连接线圈元件的第二挂钩。为方便描述，将换向片S1的两个挂钩分别称为S1a和S1b，将换向片S2的两个挂钩分别称为S2a和S2b，其他以此类推。

本实施例中，均压线依然由绕组的绕线形成，并且，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。绕线从某个换向片例如换向片S1的第二挂钩S1b出来后，顺次连接换向片S4的挂钩S4b、换向片S7的挂钩S7b，然后返回换向片S1的另一个挂钩S1a形成闭环。接着，绕线在未裁断的情况下，从挂钩S1a出来，就缠绕齿T1若干匝，然后挂接到换向片S8的挂钩S8b，从而形成了一个线圈绕组。该线圈元件的两个线端相当于绕着转轴缠绕了接近180度机械角度。

接着，绕线从换向片S8的挂钩S8b出来，顺次连接换向片S2的挂钩S2b、换向片S5的挂钩S5b，然后返回换向片S8的另一个挂钩S8a形成闭环。然后缠绕齿T8若干匝形成线圈元件，然后连接到换向片S6的挂钩S6b。类似地，该线圈元件的两个线端相当于绕着转轴缠绕了接近180度机械角度。

类似地，绕线接着短路连接换向片S6、S9和S3的挂钩S6b、S9b和S3b，再回到S6的挂钩S6a并形成闭环，然后缠绕齿T6形成线圈元件，然后挂接到换向片S4的挂钩S4a。

至此，通过交替形成均压线与线圈元件的方式，已经形成了3个闭环均压线和3个线圈元件，每个换向片都已经被对应的闭环均压线连接。接着，只需连续绕制线圈元件了。绕线从换向片S4的挂钩S4a出来后，缠绕齿T4若干圈形成线圈元件，然后挂接到换向片S2的挂钩S2a；接着缠绕齿T2若干圈形成线圈元件，然后挂接到换向片S9的挂钩S9a；接着缠绕齿T9若干圈形成线圈元件，然后挂接到换向片S7的挂钩S7a；接着缠绕齿T7若干圈形成线圈元件，然后挂接到换向片S5的挂钩S5a；接着缠绕齿T5若干圈形成线圈元件，然后挂接到换向片S3的挂钩S3a；接着缠绕齿T3若干圈形成线圈元件，然后挂接到换向片S1的挂钩S1a。至此，通过一根线不间断的方式，绕制了所有的均压线和线圈元件，提高了绕线效率。

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。

实施例4

参考图12、图13和图14，本发明第四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9个换向片S1-S9(即，n×P＝9)且每个换向片具有两个挂钩。为方便描述，将换向片S1的两个挂钩分别称为S1a和S1b，将换向片S2的两个挂钩分别称为S2a和S2b，其他以此类推。

本实施例中，均压线依然由绕组的绕线形成。具体地，闭环的均压线连接换向片S5、S8和S2，连接点分别为挂钩S5b、S8b和S2b，再回到S5，连接到S5a；闭环的均压线连接换向片S9、S3和S6，连接点分别为挂钩S9b、S3b和S6b，再回到S9，连接到S9a；闭环的均压线连接换向片S1、S4和S7，连接点分别为挂钩S1b、S4b和S7b，再回到S1，连接到S1a+。

本实施例中，均压线在换向片S1的挂钩S1a处形成闭环后，就缠绕齿T1若干匝、缠绕齿T4若干匝以及缠绕齿T7若干匝从而形成一个线圈元件，然后挂接到换向片S8的挂钩S8a。齿T1、T4和T7之间的距离为极距的偶数倍。实际上，转子的9(即m×P，m＝3，P＝3)个齿T1-T9可分为3(即，m)组，每组具有3(即，P)个齿，每组的3个齿互相之间的距离为极距的偶数倍。本实施例中，每个线圈元件由3个子元件组成，所述3个子元件分别绕在所述转子的3个齿上，所述3个子元件中，相邻两个子元件的距离等于极距的偶数倍。本实施例中，总共有3个线圈元件，其中一个线圈元件的3个子元件分别绕制于齿T1、T4和T7，另一个线圈元件的3个子元件分别绕制于齿T8、T2和T5，另外一个线圈元件的3个子元件分别绕制于齿T6、T9和T3。

本实施例的3组换向片中，其中一组换向片的均压线与该3个线圈元件由同一根绕线连续地形成，其余的2组换向片，每组换向片的均压线在形成闭环后被切断。

转子绕组在均压线的配合下，转子绕组形成了两个并联支路并联到该两个电刷。

实施例5

参考图15、图16和图17，本发明第五实施例是第四实施例的一种变化，主要区别就是调整了闭环均压线与线圈元件的形成顺序。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。具体地，绕线从某个换向片例如换向片S1的挂钩S1b出来后，顺次连接换向片S4的挂钩S4b、换向片S7的挂钩S7b，然后返回换向片S1的挂钩S1a，从而形成了闭环均压线。接着，绕线在不裁断的情况下，顺次缠绕齿T1若干匝、齿T4若干匝、齿T7若干匝，然后挂接到换向片S5的挂钩S5b，形成完成一个线圈元件。接着，绕线在不裁断的情况下，顺次短路连接换向片S8、S2，并返回连接换向片S5的挂钩S5a从而形成另一根闭环均压线。接着，绕线在不裁断的情况下，顺次缠绕齿T5若干匝、齿T8若干匝、齿T2若干匝，然后挂接到换向片S9的挂钩S9b，形成一个线圈元件。类似地，接着形成最后一根闭环均压线和最后一个线圈元件即可。

优选地，本发明的电机定子的电刷、换向器满足以下关系式： $W_b<D_c\&CenterDot;\sin \left(\frac{\mathrm{\&pi;}}{2\mathrm{mP}}\right)+\mathrm{\&delta;},$ 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 (17)

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n×P个换向片，n是m的整数倍；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n×P个换向片分为n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n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n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，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。

5.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相互间隔一个换向片的两个换向片上。

6.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，n为3。

7.如权利要求1所述的直流有刷电机，其特征在于，每个换向片具有两个并排的挂钩。

8.如权利要求7所述的直流有刷电机，其特征在于，所述n组换向片中，其中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；其余的n-1组换向片中，每组换向片的均压线在形成闭环后被切断。

9.如权利要求7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根电刷。

10.如权利要求7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。

11.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，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，剩余的线圈元件所述同一根绕线连续形成。

12.如权利要求10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相互间隔一个换向片的两个换向片上。

13.如权利要求7所述的直流有刷电机，其特征在于，所述n组换向片中，其中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；其余的n-1组换向片，每组换向片的均压线在形成闭环后被切断。

14.如权利要求13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。

15.如权利要求13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支路并联到所述两根电刷。

16.如权利要求7所述的直流有刷电机，所述均压线与所述线圈元件由同一根绕线交替式地连续形成；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。

17.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。