CN215186336U - 一种一对组磁极并联电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种一对组磁极并联电机，转子包括相互独立的至少两个独立线圈；定子包括一对由第一磁体和第二磁体构成的磁体对，一对由正导电环和负导电环相对设置构成的导电环对，且第一磁体的N极和第二磁体的S极分别用于作用于通电的独立线圈；每个独立线圈均具有两个分别用于在转子旋转过程中交替电连接正导电环、负导电环的接电端点，且在一个旋转周期中，存在有至少两个独立线圈相互并联的时刻，且每个独立线圈的轨迹圆心角和线圈角度分别小于或等于180度。本方案并联电机无论多少个线圈形式，均不需要换向器来分配通电时间，能够实现所有线圈并联工作，在一定条件下能够实现所有线圈全时并联工作，有效提高电机的工作效率。

Description

一种一对组磁极并联电机

技术领域

本实用新型属于电机技术领域，尤其是涉及一种一对组磁极并联电机。

背景技术

电机包括有刷电机和无刷电机，其中有刷电机由于其性能稳定，造价低等优点而被广泛用于一些要求不高的场合。

在只有一个线圈的情况下，无法保证转轴的连续转动，所以目前的电机都是使用多线圈的形式。如图1所示，目前典型的有三线圈电机，三线圈电机中，具有一对磁极和一对电刷，每个线圈与相邻线圈的的公共点接触于一个换向片，转子在转动过程中，两个电刷分别轮流接触于三个换向片实现换向。当线圈数量增多时，每个线圈的通电时间随之减少，各个线圈的通电时间需要通过换向器来实现，线圈数量越多，每个线圈的作用时间越短，这样的方式虽然从线圈整体上来看增加了线圈数量，并通过串联的方式提高了线圈输出力矩，但是从每组单独的线圈角度讲，每个线圈被作用的时间却大大减少，每个线圈的利用率有线，从而使电机的工作效率受到较大的限制，无法实现所有线圈全时工作。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种一对组磁极并联电机。

为达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：

一种一对组磁极并联电机，包括转子和定子，所述的转子包括相互独立的至少两个独立线圈；

所述的定子包括一对由第一磁体和第二磁体构成的磁体对，一对由正导电环和负导电环相对设置构成的导电环对，且第一磁体的N极和第二磁体的S极分别用于作用于通电的独立线圈；

每个独立线圈均具有两个分别用于在转子旋转过程中交替电连接正导电环、负导电环的接电端点，且在一个旋转周期中，存在有至少两个独立线圈相互并联的时刻，且每个独立线圈的轨迹圆心角和线圈角度分别小于或等于180度。

在上述的一对组磁极并联电机中，在一个旋转周期中，存在有至少三/四/五/六个独立线圈相互并联的时刻；

在每个旋转周期中，存在至少两/三/四/五/六个独立线圈相互并联的时刻大于1/Z旋转周期，Z等于2、3、4或5；

每个独立线圈的轨迹圆心角大于90度且小于或等于180度；

每个独立线圈的线圈角度大于90度且小于或等于180度。

在上述的一对组磁极并联电机中，所述的正导电环包括正有效段弧度，所述的负导电环包括负有效段弧度，正有效段弧度与负有效段弧度之间具有空缺弧度，且每个独立线圈的两个接电端点构成的轨迹圆心角均大于所述的空缺弧度。

在上述的一对组磁极并联电机中，每个独立线圈的轨迹圆心角大于120度且小于或等于180度；

每个独立线圈的线圈角度大于120度且小于或等于180度；

所述的导电环/磁体为一整体或被切割为相邻的两个或多个；

正导电环和负导电环具有相同的圆心以使正有效段弧度构成正导电环，负有效段弧度构成负导电环。

在上述的一对组磁极并联电机中，所述独立线圈的线圈角度等于或趋近于180度；

所述独立线圈的轨迹圆心角等于或趋近于180度；

且趋近范围为趋近180度20度、10度、5度或2度以内。

在上述的一对组磁极并联电机中，正导电环有效段和负导电环有效段均趋近于零，且负导电环有效段与正导电环有效段之间通过绝缘薄膜相隔离。

在上述的一对组磁极并联电机中，所述的独立线圈均由漆包线在铁芯的任意两个绕线槽上绕设而得。

在上述的一对组磁极并联电机中，各个独立线圈跨有相同的绕线槽数量；

或者，存在至少两组跨有不同绕线槽数量的独立线圈。

在上述的一对组磁极并联电机中，每个独立线圈的轨迹圆心角与线圈角度相等；

或者，每个独立线圈的轨迹圆心角与线圈角度的角度差小于预设差值。

在上述的一对组磁极并联电机中，所述的独立线圈均以180度的线圈角度绕设在铁芯上，多个独立线圈在旋转轴A上相互交叉，且以旋转轴A为中心线周向依次分布。

本实用新型的优点在于：无论多少个线圈形式，均不需要换向器来分配通电时间，每个线圈的通电时间只与其本身的轨迹圆心角及导电环有效段有关，所有线圈之间互不影响，能够实现所有线圈并联连接，在一定条件下，如导电环有效段均无限趋近于180度，轨迹圆心角180度，线圈角度180度的情况，能够实现所有线圈全时并联工作，提高所有线圈的利用率，进而提高电机的工作效率和输出力矩。

附图说明

图1是现有技术三线圈电机角型接法的结构示意图；

图2是现有技术三线圈电机角型接法的等效电路图；

图3是布置三个独立线圈的示意图；

图4是本实用新型八线槽铁芯绕制三组180度独立线圈的示意图；

图5是本实用新型三组180度独立线圈的接电端点在导电环上的布置示意图；

图6是本实用新型三组120度独立线圈的接电端点在导电环上的布置示意图；

图7是现有技术三线圈电机星型接法的结构示意图；

图8是现有技术三线圈电机星型接法的等效电路图；

图9是图5所示方案的等效电路图。

附图标记：磁体对1；第一磁体11；第二磁体12；导电环对2；线圈L1、L2、L3；独立线圈L4、L5、L6；接电端点a1、a2、b1、b2、c1、c2。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

本实施例公开了一种一对组磁极并联电机，包括转子和定子，转子包括相互独立的至少两个独立线圈，如三个、四个、五个、六个等；

定子包括一对由第一磁体11和第二磁体12构成的磁体对相对设置构成的磁体对1，一对由两个分别用于提供正极电、负极电的正导电环和负导电环相对设置构成的导电环对2，且第一磁体11的N极和第二磁体12的S极分别用于作用于通电的独立线圈；

每个独立线圈均具有两个用于在转子旋转过程中交替电连接正导电环、负导电环的接电端点，且在一个旋转周期中，存在有至少两个独立线圈相互并联的时刻，优选在一个旋转周期中，存在至少两/三/四/五/六个独立线圈相互并联的时刻大于1/Z旋转周期，Z等于2、3、4或5。

每个独立线圈的轨迹圆心角小于或等于180度，轨迹圆心角α的概念为：两个接电端点31位于与旋转轴A垂直的同一平面上，在该平面上两个接电端点31与旋转轴A的夹角即轨迹圆心角α。具体地，本实施例接电端点在旋转过程中直接或间接滑动接触于正导电环、负导电环以与导电环对实现电连接。导电环可以根据需要安装在电机外壳等不进行转动的部位，各接电端点可以通过任何方式固定在转轴上以实现在旋转过程中稳定地与导电环滑动接触，这里不进行限制，且接电端点可以通过滑动接触导电环的上表面，下表面，内表面或外表面实现通电与换向。

需要说明的是，导电环/磁体可以为一整体，也可以为被切割为相邻的两个或多个，这里不进行限制。

具体地，正导电环包括正有效段弧度，负导电环包括负有效段弧度，正有效段弧度与负有效段弧度之间具有空缺弧度，且每个独立线圈的两个接电端点构成的轨迹圆心角均大于空缺弧度，由于接电端点位于空缺弧处的时候，独立线圈失电，使轨迹圆心角大于空缺弧度能够保证独立线圈在旋转过程中至少有某一段时间是通电的。优选地，正导电环和负导电环具有相同的圆心以使正有效段弧度构成正导电环，负有效段弧度构成负导电环。

实际投入时可以根据需要布置相应数量的独立线圈数量，图3中布置有三个独立线圈L4、L5、L6，此时，本领域技术人员可以根据实际情况设置每个独立线圈的线圈角度，以及各个线圈之间的位置关系。

进一步地，为了使磁体能够有效作用于每组通电的独立线圈，保证每个独立线圈的通电时间，这里优选每个独立线圈的轨迹圆心角大于120度且小于或等于180度；线圈角度也优选大于120度且小于或等于180度。

优选每个独立线圈的轨迹圆心角和线圈角度相等，线圈角度指线圈在铁芯的360度圆周上所占据的角度。但是在实际生产中，做到完全一致的角度可能存在不便，所以这里优选轨迹圆心角与线圈角度的角度差在预设差值范围内即可，如若预设差值为5度，线圈角度为180度时，轨迹圆心角为175-180，预设差值也可以为3度、10度、20度或30度等。

优选地，本实施例的两个导电环分别趋近于180度，这里的趋近指与目标(180度)之间的偏移差在很小的范围内，如2度、5度、10度等小角度范围。可以通过在正导电环与负导电环之间设置绝缘薄膜相隔离以尽量保证每个独立线圈的通电时间。

轨迹圆心角的角度可以为120度、150度、160度、170度或180度等。在实际应用中，尽量使轨迹圆心角角度和线圈角度分别接近180度以最大化利用所有独立线圈。

进一步地，各个独立线圈均由漆包线在铁芯的任意两个绕线槽上绕设而得，各个独立线圈跨有相同的绕线槽数量，或者，存在至少两组跨有不同绕线槽数量的独立线圈，优选跨有相同数量的绕线槽以保持统一性，便于电机加工制作，跨越绕线槽的数量将影响到独立线圈的线圈角度。如图4，在十二线槽的铁芯上，当一个独立线圈跨越绕线槽数量为五个时，该独立线圈的角度就为180度，严格来说是接近180度，角度范围在150-210度(30n-30(n+2)，n为跨越绕线槽数量)之间，这里线圈角度小于等于180度，所以角度范围在150-180度之间。也可以通过其他材料的导线以其他方式绕制成一个独立线圈，这里不进行限制。

例如，独立线圈可以以180度的线圈角度绕设在铁芯上，此时，如图4和图5所示，多个独立线圈可以在旋转轴A上相互交叉，且以旋转轴A为中心线周向交叉依次分布。在图5状态，L4、L5和L6三个独立线圈均处于通电状态，且三个独立线圈相互并联，在旋转过程中，三个独立线圈在大多数情况下始终处于通电状态，除非其中一个接电端点运动至正导电环和负导电环之间的空缺处，当两个导电环的弧度趋近于180度时，经过空缺处的时间可以忽略不计，如此便可以实现所有独立线圈全时工作。当然，若是需要更多的线圈组，则直接增加独立线圈即可，增加的独立线圈均与其余独立线圈并联。

独立线圈还可以以120度的线圈角度绕设在图4所示的铁芯上，此时，多个独立线圈可以以旋转轴A为中心线周向依次叠加和/或交叉分布。如图6所示，当具有三个独立线圈时，优选独立线圈依次叠加分布，相邻线圈共用一个绕线槽和一个接电端点。在图6所示状态下，L4和L5通电并联，L6处于失电状态，当转子继续旋转至c2/a1接电端点滑动接触至负导电环时，三个独立线圈均通电，此时三个独立线圈构成三个并联回路。

其余线圈角度与180度或120度情况类似，在此不进行赘述。

为了体现本方案的优越性，下面对本方案线圈并联效果进行分析说明，以三个线圈为例，传统3个线圈的情况，绕组接线方式除了图1所示的角型接法还有一种星型接法，如图7、图8，本方案以图5为例，等效电路如图9所示：

(一)在同电流下分析：

三角形连接方式

转矩：

损耗：

电压：

星形连接方式

转矩：T＝C·i·2＝2·C·i

损耗：P＝2i²R

电压：U＝2Ri

本方案连接方式

转矩：

损耗：

电压：

结论：在同电流下，

T_b<T_s<T_x

P_b<P_s<P_x

U_b<U_s<U_x

P为电机损耗，T为电机转矩，C为常数；R为电阻；U为电压；i为电流，下标“b”表示本方案的参数，下标“s”表示现有技术三角形连接方式的参数，下标“x”表示星形连接方式的参数。

(二)在同转矩下分析：

本方案连接方式

转矩：

推导出电流：

功耗：

电压：

结论，在同转矩下：

T_b＝T_s＝T_x

P_b<P_s<P_x

U_b<U_s<U_x

I_b>i_s>i_x

(三)在同电压下分析

即，i_b＝2i_s＝6i_x

转矩：T_b＝C·i_b

功耗：

(四)在等功耗情况下

即，

转矩：

电压：

结论，在同功耗下：

T_b>T_s>T_x

U_b<U_s<U_x

I_b>i_s>i_x

以上以三线圈为例，线圈布置越多，以上优势更明显，对于更多线圈的分析可以类推，这里不再赘述。

本方案的一对组电机具有结构简单，性能优异等优点，相对于传统电机具有明显的优势，就以典型的三线圈来说，传统的电机三个线圈无论如何无法实现所有线圈并联，而本方案能够轻易地实现并联，并且传统电机的三线圈轮流通电，尤其是星型接法，无法所有线圈所有时候均处于通电状态，线圈利用率低，而本方案能够实现所有线圈全时工作，提高每个独立线圈的利用率，并且增加线圈数量仍然能够实现所有线圈全时通电和所有线圈并联连接，相对于传统电机在同转矩下具有更少的功率消耗。

本领域技术人员受本申请的启发可以将本申请与现有技术的电机线圈设置方式相结合，即如将部分线圈串联连接，部分线圈独立设置，或将由多组线圈串联而成的串联线圈作为独立线圈，然后将独立线圈相互并联等方式，无论是哪种方式，只要应用了本申请独立线圈相互并联的思路，都应当在本申请的保护范围内。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了磁体对1第一磁体11；第二磁体12；导电环对2；线圈L1、L2、L3；独立线圈L4、L5、L6；接电端点a1、a2、b1、b2、c1、c2等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (10)

1.一种一对组磁极并联电机，包括转子和定子，其特征在于，所述的转子包括相互独立的至少两个独立线圈；

所述的定子包括一对由第一磁体和第二磁体构成的磁体对，一对由正导电环和负导电环相对设置构成的导电环对，且第一磁体的N极和第二磁体的S极分别用于作用于通电的独立线圈；

每个独立线圈均具有两个分别用于在转子旋转过程中交替电连接正导电环、负导电环的接电端点，且在一个旋转周期中，存在有至少两个独立线圈相互并联的时刻，每个独立线圈的轨迹圆心角和线圈角度分别小于或等于180度。

2.根据权利要求1所述的一对组磁极并联电机，其特征在于，在一个旋转周期中，存在有至少三/四/五/六个独立线圈相互并联的时刻；

在每个旋转周期中，存在至少两/三/四/五/六个独立线圈相互并联的时刻大于1/Z旋转周期，Z等于2、3、4或5；

每个独立线圈的轨迹圆心角大于90度且小于或等于180度；

每个独立线圈的线圈角度大于90度且小于或等于180度。

3.根据权利要求2所述的一对组磁极并联电机，其特征在于，所述的正导电环包括正有效段弧度，所述的负导电环包括负有效段弧度，正有效段弧度与负有效段弧度之间具有空缺弧度，且每个独立线圈的两个接电端点构成的轨迹圆心角均大于所述的空缺弧度。

4.根据权利要求3所述的一对组磁极并联电机，其特征在于，

每个独立线圈的轨迹圆心角大于120度且小于或等于180度；

每个独立线圈的线圈角度大于120度且小于或等于180度；

所述的导电环/磁体为一整体或被切割为相邻的两个或多个；

正导电环和负导电环具有相同的圆心以使正有效段弧度构成正导电环，负有效段弧度构成负导电环。

5.根据权利要求4所述的一对组磁极并联电机，其特征在于，所述独立线圈的线圈角度等于或趋近于180度；

所述独立线圈的轨迹圆心角等于或趋近于180度；

且趋近范围为趋近180度20度、10度、5度或2度以内。

6.根据权利要求5所述的一对组磁极并联电机，其特征在于，正导电环有效段和负导电环有效段均趋近于零，且负导电环有效段与正导电环有效段之间通过绝缘薄膜相隔离。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的一对组磁极并联电机，其特征在于，所述的独立线圈均由漆包线在铁芯的任意两个绕线槽上绕设而得。

8.根据权利要求7所述的一对组磁极并联电机，其特征在于，各个独立线圈跨有相同的绕线槽数量；

或者，存在至少两组跨有不同绕线槽数量的独立线圈。

9.根据权利要求8所述的一对组磁极并联电机，其特征在于，每个独立线圈的轨迹圆心角与线圈角度相等；

或者，每个独立线圈的轨迹圆心角与线圈角度的角度差小于预设差值。

10.根据权利要求9所述的一对组磁极并联电机，其特征在于，所述的独立线圈均以180度的线圈角度绕设在铁芯上，多个独立线圈在旋转轴A上相互交叉，且以旋转轴A为中心线周向依次分布。

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