WO2020073405A1 - 直流电机 - Google Patents

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李少龙
金爱娟
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上海理工大学
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Definitions

  • the chopper uses pulse width modulation technology to control the on and off of the power switch tube to change the output voltage and output current.
  • the output current ripple is inversely proportional to the switching frequency of the power switch tube.
  • the switch of the power switch tube The size of the frequency is proportional to the switching loss (or temperature rise, failure rate).
  • the motor output torque ripple is proportional to the square of the current ripple. Therefore, in order to reduce the motor output torque ripple or reduce the current ripple, the switching frequency must be increased; and in order to reduce the switching loss, the switching frequency must be reduced. This contradictory relationship has affected the development of high-power high-performance DC motor speed control devices. As a result, it is difficult to apply to devices with high torque ripple requirements such as CNC machine tools.
  • the DC motor provided by the present invention may also have a feature in which the number of turns of the series excitation coil in the series excitation winding unit on each main pole is the same, and the parallel excitation coil in the parallel excitation winding unit on each main pole The number of turns is the same.
  • the currents of the series excitation coil and the parallel excitation coil on each main pole are in the same direction.
  • Each pair of main poles corresponds to the spatial position of the corresponding pair of brushes.
  • the stator 12 is provided in the casing 11 and includes three pairs of six main magnetic poles 121 and a field winding 122.
  • the DC motor 100 includes a casing 11, a stator 12, a brush 13, a rotor 14, and a junction box (not shown in the figure).
  • the logarithm of the brush is set to m according to the value of the rated input current.
  • m is set to 3 in this embodiment.
  • the stator 12 is provided in the casing 11 and includes three pairs of six main magnetic poles 121 in total and one excitation winding portion 122.
  • a junction box (not shown) is fixed to the cabinet 11, and as shown in FIGS. 10 and 12, three pairs of external connection terminals 151, 152, and 153 are provided in the junction box.
  • the insulated conductor bar in each string excitation winding unit 1221 has one end and the other end distinguished along the preset current direction of the string excitation coil 12211, and the S polarity main pole 1211 and the N polarity main in each pair of main poles 121
  • the magnetic pole 1212 corresponds to the winding direction of the string excitation coil 12211 and the preset current direction of the string excitation coil 12211.
  • the current encircling directions of the series excitation coils 12211 of two adjacent main magnetic poles 121 are opposite.
  • the insulated conductor bar in each string excitation winding unit 1221 has one end and the other end distinguished along the preset current direction of the string excitation coil 12211, and the S polarity main pole 1211 and the N polarity main in each pair of main poles 121
  • the magnetic pole 1212 corresponds to the winding direction of the string excitation coil 12211 and the preset current direction of the string excitation coil 12211.
  • the current winding directions of the series excitation coils of two adjacent main magnetic poles 121 are opposite.
  • the brush 13 is either a narrow brush or a wide brush.
  • the brush 13 is a narrow brush.
  • Each brush 13 includes one brush body or at least two separately formed brush bodies arranged along the motor axis and electrically connected in parallel; when the brush 13 includes at least two brush bodies, each brush can be made The actual contact area between the brush and the commutator is increased, thereby improving the commutation performance of the brush.
  • the brush 13 in this embodiment includes a brush body.
  • the rotor 14 is disposed in the stator 12, and includes a plurality of armature windings 141 that are mutually connected by a predetermined connection method.
  • the number of armature windings 141 is set to 2m ⁇ n, and the predetermined connection
  • the mode is any one of single-stack, cascade, and complex wave.
  • the connection method of the multiple armature windings 141 is a single stack, and two adjacent brushes 13 are connected to an armature winding branch, and each armature winding branch contains n Pivot winding 141.
  • the terminal of the conventional parallel-serial DC motor 600 has only one terminal unit, and the terminal unit is electrically connected to a pair of power output terminals of a chopper (not shown).
  • the switching frequency of the wave device is 1 kHz.
  • the m insulated ends of all excitation winding units 1221 form m first excitation terminals 1611
  • the m insulated ends of all excitation winding units 1221 form m second excitation terminals 1612
  • m An excitation terminal 1611 and m second excitation terminals 1612 respectively form m pairs of excitation external terminals (ie, m excitation connection units), and the m pairs of excitation external terminals are used to connect the m pairs of second power output terminals Connect one to one.
  • junction box (not shown) is fixed to the cabinet 11, and as shown in FIGS. 37 and 39, three pairs of armature external terminals 151, 152, 153 and three pairs of excitation external terminals 161, 162, 163 are provided In the junction box.
  • the average value of the armature current of the separately excited DC motor and the conventional separately excited DC motor in this embodiment is the same, the armature current ripple and ripple coefficient of the separately excited DC motor in this embodiment are only the traditional other One-ninth of the excited DC motor.
  • each excitation winding unit and the correspondingly connected pair of brushes are independent of each other, when a part of the power supply output terminal of the DC power supply and the brushes and connection lines in the motor fail, other parts It can still work normally, and because the magnetic field excited by the excitation winding unit of the non-fault part mainly acts on the armature winding branch connected to the corresponding brush, it can not only further ensure the output of larger output torque, but also avoid the traditional The sudden out-of-control phenomenon caused by the fault of the DC motor further improves the reliability and safety of the system.
  • the power switching tube may not need to use a power module or parallel current sharing technology, thereby reducing costs; when the DC power supply is When using a battery, reduce the number of parallel branches inside the battery, reduce the battery balancing problem that occurs when multiple battery cells are connected in parallel, and also reduce the cost caused by the consistency of screening battery cells, and reduce the battery caused by parallel connection
  • the overall performance of the battery decreases, improving the energy density, power, performance, durability and safety of the battery.
  • each parallel excitation winding unit and a pair of brushes connected in parallel with each other and the series excitation winding unit connected in series are mutually independent, when a certain part of the DC power supply output terminal and the motor When the brushes and connecting wires in the fault occur, the other parts can still work normally, and because the magnetic field excited by the excitation winding unit of the non-faulted part mainly acts on the armature winding branch connected to the corresponding brush, it can not only further It ensures the output of large output torque, and avoids the sudden runaway phenomenon caused by the failure of the traditional DC motor, which further improves the reliability and safety of the system.
  • each parallel excitation winding unit and a pair of brushes connected in parallel with each other and the series excitation winding unit connected in series are mutually independent, for a motor with a large rated input current, as long as m is large enough, the working current of each branch or the output current of each pair of power output terminals will be correspondingly reduced.
  • the DC power supply is a chopper or rectified power supply
  • the power switch tube does not need to use a power module or Parallel current sharing technology, thereby reducing costs;
  • the DC power supply is a battery, the number of parallel branches in the battery is reduced, the battery balancing problem caused by multiple battery cells in parallel is reduced, and the consistency of screening battery cells is also reduced. The cost incurred by the battery is reduced, and the overall performance attenuation caused by the parallel connection is reduced, and the energy density, power, performance, durability and safety of the battery are improved.

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Abstract

本发明提供一种直流电机，包括：机壳；m对电刷，固定在机壳内；定子，设置在机壳内，包含与m对电刷相对应的m对主磁极并且包含n个励磁绕组部；以及转子，设置在定子内。具有这样的特征：每一对主磁极含有S极性主磁极和N极性主磁极，相邻的2个主磁极的极性不同，每一对电刷中的2个电刷的位置相邻，每一对电刷含有一个与S极性主磁极相对应的S极对应电刷和一个与N极性主磁极相对应的N极对应电刷，每一个励磁绕组部含有m个励磁绕组单元，该m个励磁绕组单元与m对主磁极分别相对应，每一个励磁绕组单元通过由包裹有绝缘层的金属线构成的绝缘导体条在相对应的一对主磁极上分别制成励磁线圈而形成，m为不小于2的正整数，n为1或2。

Description

直流电机 技术领域
本发明属于电机领域，特别涉及一种直流电机。
背景技术
直流电机按励磁方式分为串励直流电机、并励直流电机、串并励直流电机、并串励直流电机以及他励直流电机等五种。
串励直流电机的励磁绕组与电枢绕组串联在一起，电机转矩与电流的平方成正比例关系，具有转速高、启动力矩大、体积小、重量轻、不容易堵转、适用电压范围很广、可以用调压的方法来调速等优点，能够满足电动汽车快速启动、加速、爬坡、频繁启/停等要求，因而在电动搬运车、轨道车、观光游览车、货车、船舶等大负荷车辆驱动上具有较为明显的优势。
并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组并联并共用同一电源，它具有良好的调速性能、较大的启动转矩和过载能力强等优点，广泛应用于轧钢机、电力机车、大型机床主轴传动系统和船舶等中。
串并励直流电机是复励直流电机，它包含2套励磁绕组，分别是串励磁绕组和并励磁绕组。串并励直流电机的电枢绕组和串励磁绕组串励后与并励磁绕组并励。串励磁绕组和并励磁绕组产生的磁场是同向增强的电机为积复励直流电机。积复励电机融合了串励直流电机和并励直流电机的优点，低速时启动转矩大，轻载时高速运行又避免了飞车的可能，特别适合起重机运行工况，即重载大转矩启动，重载时可低速运行，轻载时可高速运行，以保证作业的安全和效率。在电动搬运车、轨道车、观光游览车、货车、船舶等大负荷车辆驱动上也具有较为明显的优势。
并串励直流电机是复励直流电机，它包含2套励磁绕组，分别是并励磁绕组和串励磁绕组。并串励直流电机的电枢绕组与并励磁绕组并励后再与串励磁绕组串励。串励磁绕组和并励磁绕组产生的磁场是同向增强的电机为积复励直流电机。积复励电机融合了串励直流电机和并励直流电机的优点，低速时启动转矩大，轻载时高速运行又避免了飞车的可能，特别适合起重机运行工况，即重载大转矩启动，重载时可低速运行，轻载时可高速运行，以保证作业的安全和效率。在电动搬运车、轨道车、观光游览车、货车、船舶等大负荷车辆驱动上也具有较为明显的优势。
他励直流电机的励磁绕组与电枢绕组分别由两个电源供电，励磁电流单独提供，与电枢电流无关。因而他励直流电机控制方便，容易实现调速、正反转和能量回馈。广泛应用于电动叉车、电动汽车、电动观光车、电动牵引车、大型机床主轴传动系统和船舶等等。
直流电机一般是与斩波器一起使用构成直流电机调速装置的，为了保证系统可靠性，斩波器的最大输出电流一般是电机额定电流的2到3倍。大功率高性能直流电机，特别是低压大电流直流电机，需要连续工作电流很大的斩波器，而相关的技术和产品被个别国家和公司控制和垄断，导致价格很高，而且市场上能够采购到的高性能电机用斩波器的输出电流值也仅仅是在一千安培以下，这严重制约和影响了低压大电流直流电机的发展。
斩波器是采用脉冲宽度调制技术控制功率开关管的导通和关断来改变输出电压和输出电流的，其输出电流纹波的大小与功率开关管的开关频率成反比，功率开关管的开关频率的大小与开关损耗(或温升、故障率)成正比。而电机输出转矩纹波是与电流纹波的平方正比。因此，为了减小电机输出转矩纹波或者减小电流纹波，必须提高开关频率；而为了减小开关损耗，又必须降低开关频率。这一个矛盾关系影响了大功率高性能直流电机调速装置的发展。导致其在数控机床等对转矩纹波要求很高的装置上难以应用。
应用于国防设备中的直流电动机，由于隐身的需求对振动和电磁干扰特别敏感，也就是 说对电机输出转矩的纹波和电流的纹波要求特别严格。而目前，应用于大功率国防电动设备的传统型串励直流电机已经难以应对技术日益发达的侦查技术。
基于上述原因，大功率的直流电动机发展受到了制约和影响，影响了经济建设和国防建设。
发明内容
本发明是为解决上述问题而进行的，目的在于提供一种直流电机。
为了实现上述目的，本发明采用了下述技术方案：
本发明提供了一种直流电机，与至少一个直流电源相连接，其特征在于，包括：机壳；m对电刷，固定在机壳内；定子，设置在机壳内，包含与m对电刷相对应的m对主磁极并且包含n个励磁绕组部；以及转子，设置在定子内，包含采用预定的联结方式进行相互联结的多个电枢绕组，其中，每一对主磁极含有S极性主磁极和N极性主磁极，相邻的2个主磁极的极性不同，每一对电刷中的2个电刷的位置相邻，每一对电刷含有一个与S极性主磁极相对应的S极对应电刷和一个与N极性主磁极相对应的N极对应电刷，每一个励磁绕组部含有m个励磁绕组单元，该m个励磁绕组单元与m对主磁极分别相对应，每一个励磁绕组单元通过由包裹有绝缘层的金属线构成的绝缘导体条在相对应的一对主磁极上分别制成励磁线圈而形成，m为不小于2的正整数，n为1或2。
本发明提供的直流电机，还可以具有这样的特征：其中，直流电机与由至少一个直流电源所形成的m对电源输出端子相连接，当n为1时，每个励磁绕组单元中的绝缘导体条具有一端和另一端，所有绝缘导体条的m个一端与所有电刷中的m个S极对应电刷电气连接；或者，所有绝缘导体条的m个一端与所有电刷中的m个N极对应电刷电气连接，所有绝缘导体条的m个另一端形成m个第一接线端，未与m个一端相连接的m个电刷的引出端形成m个第二接线端，m个第一接线端与m个第二接线端分别相对应地形成m对外部接线端子，m对外部接线端子用于与m对电源输出端子一一对应连接。
本发明提供的直流电机，还可以具有这样的特征：其中，直流电机与由至少一个直流电源所形成的m对电源输出端子相连接，当n为1时，每个励磁绕组单元中的绝缘导体条具有一端和另一端，所有绝缘导体条的m个一端与所有电刷中的m个S极对应电刷电气连接形成m个第一接线端，同时，所有绝缘导体条的m个另一端与所有电刷中的m个N极对应电刷电气连接形成m个第二接线端；或者，所有绝缘导体条的m个一端与所有电刷中的m个N极对应电刷电气连接形成m个第一接线端，同时，所有绝缘导体条的m个另一端与所有电刷中的m个S极对应电刷电气连接形成m个第二接线端，m个第一接线端与m个第二接线端分别相对应地形成m对外部接线端子，m对外部接线端子用于与m对电源输出端子一一对应连接。
本发明提供的直流电机，还可以具有这样的特征：其中，各个主磁极上的励磁线圈的匝数相同，每一对主磁极与相对应的一对电刷的空间位置相对应。
本发明提供的直流电机，还可以具有这样的特征：其中，直流电机与由至少一个直流电源所形成的m对电源输出端子相连接，当n为2时，定子包含一个串励磁绕组部和一个并励磁绕组部，串励磁绕组部含有m个串励磁绕组单元，并励磁绕组部含有m个并励磁绕组单元，每一个串励磁绕组单元通过绝缘导体条制成串励磁线圈而形成，每一个并励磁绕组单元通过绝缘导体条制成并励磁线圈而形成，每个串励磁绕组单元中的绝缘导体条具有串励一端和串励另一端，每个并励磁绕组单元中的绝缘导体条具有并励一端和并励另一端，所有串励磁绕组单元的绝缘导体条的m个串励一端与所有电刷中的m个S极对应电刷电气连接；或者，所有串励磁绕组单元的绝缘导体条的m个串励一端与所有电刷中的m个N极对应电刷电气连接，所有串励磁绕组单元的绝缘导体条的m个串励另一端形成m个第一接线端，未与m个串励一端相连接的m个电刷的引出端形成m个第二接线端，m个第一接线端与m个第二接线端分别相对应地形成m对外部接线端子，m对外部接线端子用于与m对电源输出端子一一对应连接，所有并励磁绕组单元中的绝缘导体条的m个并励一端与m个第一接线端一一对应连接，同时，所有并励磁绕组单元中的绝缘导体条的m个并励另一端与m个第二接线端一一对应连接；或者，所有并励磁绕组单元中的绝缘导体条的m个并励另一端与m个第一接线端一一对应连接，同时，所有并励磁绕组单元中的绝缘导体条的m个并励 一端与m个第二接线端一一对应连接。
本发明提供的直流电机，还可以具有这样的特征：其中，直流电机与由至少一个直流电源所形成的m对电源输出端子相连接，当n为2时，定子包含一个串励磁绕组部和一个并励磁绕组部，串励磁绕组部含有m个串励磁绕组单元，并励磁绕组部含有m个并励磁绕组单元，每一个串励磁绕组单元通过绝缘导体条制成串励磁线圈而形成，每一个并励磁绕组单元通过绝缘导体条制成并励磁线圈而形成，每个串励磁绕组单元中的绝缘导体条具有串励一端和串励另一端，每个并励磁绕组单元中的绝缘导体条具有并励一端和并励另一端，所有并励磁绕组单元中的绝缘导体条的m个并励一端与所有电刷中的m个S极对应电刷电气连接形成m个第一电气连接点，同时，所有并励磁绕组单元中的绝缘导体条的m个另一端与所有电刷中的m个N极对应电刷电气连接形成m个第二电气连接点；或者，所有并励磁绕组单元中的绝缘导体条的m个并励另一端与所有电刷中的m个S极对应电刷电气连接形成m个第一电气连接点，同时，所有并励磁绕组单元中的绝缘导体条的m个一端与所有电刷中的m个N极对应电刷电气连接形成m个第二电气连接点，所有串励磁绕组单元中的绝缘导体条的m个串励一端与m个第一电气连接点分别相对应连接，同时，所有串励磁绕组单元中的绝缘导体条的m个串励另一端形成m个第一接线端；或者，所有串励磁绕组单元中的绝缘导体条的m个串励另一端与m个第一电气连接点分别相对应连接，同时，所有串励磁绕组单元中的绝缘导体条的m个串励一端形成m个第一接线端，m个第二电气连接点形成m个第二接线端，m个第一接线端与m个第二接线端分别相对应地形成m对外部接线端子，m对外部接线端子用于与m对电源输出端子一一对应连接。
本发明提供的直流电机，还可以具有这样的特征：其中，各个主磁极上的串励磁绕组单元中的串励磁线圈的匝数相同，各个主磁极上的并励磁绕组单元中的并励磁线圈的匝数相同，每一个主磁极上的串励磁线圈和并励磁线圈的电流环绕方向相同，每一对主磁极与相对应的一对电刷的空间位置相对应。
本发明提供的直流电机，还可以具有这样的特征：其中，在每个串励磁绕组单元中，2个串励磁线圈的连接关系是串联和并联中的任意一种，各个串励磁绕组单元中的2个串励磁线圈的连接关系相同，在每个并励磁绕组单元中，2个并励磁线圈的连接关系是串联和并联中的任意一种，各个并励磁绕组单元中的2个并励磁线圈的连接关系相同。
本发明提供的直流电机，还可以具有这样的特征：其中，直流电源的数量为1个，m对电源输出端子分别为直流电源的m路电源输出支路上的接线端。
本发明提供的直流电机，还可以具有这样的特征：其中，直流电源的数量为m个，m对电源输出端子分别为m个直流电源的接线端。
本发明提供的直流电机，还可以具有这样的特征：其中，直流电源包括至少一个第一直流电源和至少一个第二直流电源，直流电机与由至少一个第一直流电源所形成的m对第一电源输出端子和由至少一个第二直流电源所形成的m对第二电源输出端子相连接，当n为1时，每个励磁绕组单元中的绝缘导体条具有一端和另一端，每对电刷的两个引出端分别形成第一电枢接线端和第二电枢接线端，所有电刷的m个第一电枢接线端与m个第二电枢接线端分别相对应地形成m对电枢外部接线端子，m对电枢外部接线端子用于与m对第一电源输出端子一一对应连接，所有绝缘导体条的m个一端形成m个第一励磁接线端，所有绝缘导体条的m个另一端形成m个第二励磁接线端，m个第一励磁接线端与m个第二励磁接线端分别相对应地形成m对励磁外部接线端子，m对励磁外部接线端子用于与m对第二电源输出端子一一对应连接。
本发明提供的直流电机，还可以具有这样的特征：其中，第一直流电源的数量为1个，m对第一电源输出端子分别为第一直流电源的m路电源输出支路上的接线端；或者，第一直流电源的数量为m个，m对第一电源输出端子分别为m个第一直流电源的接线端。
本发明提供的直流电机，还可以具有这样的特征：其中，第二直流电源的数量为1个，m对第二电源输出端子分别为第二直流电源的m路电源输出支路上的接线端；或者，第二直流电源的数量为m个，m对第二电源输出端子分别为m个第二直流电源的接线端。
本发明提供的直流电机，还可以具有这样的特征：其中，各个主磁极上的励磁线圈的匝数相同。
本发明提供的直流电机，还可以具有这样的特征：其中，在每个励磁绕组单元中，2个励磁线圈的连接关系是串联和并联中的任意一种，各个励磁绕组单元中的2个励磁线圈的连 接关系相同。
本发明提供的直流电机，还可以具有这样的特征：其中，每个电刷包含一个电刷本体或至少两个沿电机轴向布置并在电气上并联的分开成形的电刷本体。
本发明提供的直流电机，还可以具有这样的特征：其中，绝缘导体条为漆包线和绝缘铜导条中的任意一种。
本发明提供的直流电机，还可以具有这样的特征：其中，预定的联结方式是单叠、复叠和复波中的任意一种。
本发明提供的直流电机，还可以具有这样的特征：其中，直流电源为斩波器、电池和整流电源中的任意一种。
发明的作用与效果
根据本发明提供的直流电机，因为每一对主磁极含有S极性主磁极和N极性主磁极，相邻的2个主磁极的极性不同，每一对电刷中的2个电刷的位置相邻，每一对电刷含有一个与S极性主磁极相对应的S极对应电刷和一个与N极性主磁极相对应的N极对应电刷，每一个励磁绕组部含有m个励磁绕组单元，m个励磁绕组单元与m对主磁极分别相对应，每一个励磁绕组单元通过由包裹有绝缘层的金属线构成的绝缘导体条在相对应的一对主磁极上分别制成励磁线圈而形成，m为不小于2的正整数，所以，每个励磁绕组单元在结构上是相互独立的，每个励磁绕组单元都能够独立工作，即：每个励磁绕组单元的电流是相互独立的，能够使得每个励磁绕组单元的电流做到相似且相互错开m分之一开关周期，进而使得m个励磁绕组单元的电流总和，也就是电机的励磁电流的纹波和纹波系数都减小，一方面，减小电机的电磁干扰；另一方面，使得m个励磁绕组单元所形成的主磁场的纹波和纹波系数都减小，进而使得电机的输出转矩的纹波和纹波系数都减小，从而导致电机的输出转速的的纹波和纹波系数都减小，同时减小电机的振动和噪声。
而且，由于每个励磁绕组单元的电流是相互独立的，在某部分的励磁绕组单元出现故障时，其他部分的励磁绕组单元依然可以正常工作而且所对应的主磁极的磁场强度保持基本不变，不仅能够保证输出较大的输出转矩，而且避免出现传统的直流电机在励磁绕组出现故障后的突然失控现象，提高了系统的可靠性和安全性。
进一步，由于每个励磁绕组单元的电流是相互独立的，每个励磁绕组单元的电流是励磁绕组部的电流的m分之一，因此，当额定励磁绕组部的电流很大时，只要m足够大，每个励磁绕组单元的电流就会相对应的减小，使得与励磁绕组单元相连接的连接线和连接件对接触电阻和绝缘的要求降低，从而降低了生产制造的成本和难度，有助于提高系统的性价比、可靠性和安全性。
综上，本实施例的直流电机结构简单、连接线短、生产工艺简单，制造容易，维修方便，生产成本和维护成本低，具有结构设计合理、简单、可靠性和安全性高等优点，使得本发明不但可以应用于电动汽车、电动搬运车、轨道车、观光游览车、货车、船舶等大负荷电动设备，而且还可以应用于数控机床和潜艇等高性能电动设备。
附图说明
图1为本发明实施例中的直流电机的纵向剖面结构示意图；
图2为本发明实施例一中的串励直流电机的横向剖面电路连接示意图；
图3为本发明的串励直流电机的电枢绕组与励磁绕组的电路连接示意图；
图4为本发明实施例一中的串励直流电机的电枢绕组与励磁绕组的电路连接示意图；
图5为本发明实施例一中的串励直流电机的电枢绕组单叠联结展开示意图；
图6为传统的串励直流电机的电路连接示意图；
图7为本发明实施例一中的串励直流电机三个接线单元的输入电流波形图；
图8为本发明实施例一中的串励直流电机的电流和传统的串励直流电机的电流比较图；
图9为本发明实施例一中的串励直流电机的转矩和传统的串励直流电机的转矩比较图；
图10为本发明实施例二中的并励直流电机的横向剖面电路连接示意图；
图11为本发明的并励直流电机的电枢绕组与励磁绕组的电路连接示意图；
图12为本发明实施例二中的并励直流电机的电枢绕组与励磁绕组的电路连接示意图；
图13为传统的并励直流电机的电路连接示意图；
图14为本发明实施例二中的并励直流电机三对电刷的输入电流波形图；
图15为本发明实施例二中的并励直流电机三个励磁绕组单元的输入电流波形图；
图16为本发明实施例二中的并励直流电机的电枢电流和传统的并励直流电机的电枢电流比较图；
图17为本发明实施例二中的并励直流电机的励磁电流和传统的并励直流电机的励磁电流比较图；
图18为本发明实施例二中的并励直流电机的转矩和传统的并励直流电机的转矩比较图；
图19为本发明实施例三中的串并励直流电机的横向剖面电路连接示意图；
图20为本发明的串并励直流电机的电枢绕组与励磁绕组的电路连接示意图；
图21为本发明实施例三中的串并励直流电机的电枢绕组与励磁绕组的电路连接示意图；
图22为传统的串并励直流电机的电路连接示意图；
图23为本发明实施例三中的串并励直流电机三对电刷的输入电流波形图；
图24为本发明实施例三中的串并励直流电机三个励磁绕组单元的输入电流波形图；
图25为本发明实施例三中的串并励直流电机的电枢电流和传统的串并励直流电机的电枢电流比较图；
图26为本发明实施例三中的串并励直流电机的励磁电流和传统的串并励直流电机的励磁电流比较图；
图27为本发明实施例三中的串并励直流电机的转矩和传统的串并励直流电机的转矩比较图；
图28为本发明实施例四中的并串励直流电机的横向剖面电路连接示意图；
图29为本发明的并串励直流电机的电枢绕组与励磁绕组的电路连接示意图；
图30为本发明实施例四中的并串励直流电机的电枢绕组与励磁绕组的电路连接示意图；
图31为传统的并串励直流电机的电路连接示意图；
图32为本发明实施例四中的并串励直流电机三对电刷的输入电流波形图；
图33为本发明实施例四中的并串励直流电机三个励磁绕组单元的输入电流波形图；
图34为本发明实施例四中的并串励直流电机的电枢电流和传统的并串励直流电机的电枢电流比较图；
图35为本发明实施例四中的并串励直流电机的励磁电流和传统的并串励直流电机的励磁电流比较图；
图36为本发明实施例四中的并串励直流电机的转矩和传统的并串励直流电机的转矩比较图；
图37为本发明实施例五中的他励直流电机的横向剖面电路连接示意图；
图38为本发明的他励直流电机的电枢绕组与励磁绕组的电路连接示意图；
图39为本发明实施例五中的他励直流电机的电枢绕组与励磁绕组的电路连接示意图；
图40为传统的他励直流电机的电路连接示意图；
图41为本发明实施例五中的他励直流电机三对电刷的输入电流波形图；
图42为本发明实施例五中的他励直流电机三个励磁绕组单元的输入电流波形图；
图43为本发明实施例五中的他励直流电机的电枢电流和传统的他励直流电机的电枢电 流比较图；
图44为本发明实施例五中的他励直流电机的励磁电流和传统的他励直流电机的励磁电流比较图；以及
图45为本发明实施例五中的他励直流电机的转矩和传统的他励直流电机的转矩比较图。
具体实施方式
以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。
<实施例一>
图1为本发明实施例中的直流电机的纵向剖面结构示意图；图2为本发明实施例一中的串励直流电机的横向剖面连接示意图；图3为本发明的串励直流电机的电枢绕组与励磁绕组的电路连接示意图；图4为本发明实施例一中的串励直流电机的电枢绕组与励磁绕组的电路连接示意图；图5为本发明实施例一中的串励直流电机的电枢绕组单叠联结展开示意图。
在本实施例中，直流电机100为串励直流电机，该串励直流电机与由至少一个直流电源(图未示)所形成的m对电源输出端子相连接，具有额定输入电流。当直流电源的数量为1个时，m对电源输出端子分别为直流电源的m路电源输出支路上的接线端；当直流电源的数量为m个时，m对电源输出端子分别为m个直流电源的接线端。直流电源为斩波器、电池和整流电源中的任意一种，本实施例中直流电源采用开关频率为1千赫兹的斩波器。
如图1和图2所示，直流电机100包括机壳11、定子12、电刷13、转子14以及接线盒(未在图中示出)。如图3所示，根据额定输入电流的值将电刷的对数设置为m。如图4和图5所示，本实施例中m设置为3。当一对电源输出端子的最大输出电流为I 1，直流电机的额定输入电流为I max，电刷的对数m满足下述条件：m＞I max÷I 1。
如图1和图2所示，定子12设置在机壳11内，包含3对共6个主磁极121以及一个励磁绕组部122。
如图2所示，每一对主磁极121含有S极性主磁极1211和N极性主磁极1212。在所有主磁极121中，相邻的2个主磁极121的极性相反。
如图1至图3所示，励磁绕组部122含有3个励磁绕组单元1221，该3个励磁绕组单元1221与3对主磁极121分别相对应。每一个励磁绕组单元1221通过由包裹有绝缘层的金属线构成的绝缘导体条在相对应的一对主磁极121上分别制成励磁线圈12211而形成。绝缘导体条为漆包线和绝缘铜导条中的任意一种，本实施例中，绝缘导体条为漆包线。本实施例中，各个主磁极121上的励磁线圈12211的匝数相同，使得电机在正常工作时的磁场均匀，力矩恒定。
每个励磁绕组单元1221中的绝缘导体条具有沿励磁线圈12211的预设电流方向而区分的一端和另一端，每一对主磁极121中的S极性主磁极1211和N极性主磁极1212与励磁线圈12211的绕制方向和励磁线圈12211的预设电流方向相对应。相邻两个主磁极121的励磁线圈12211的电流环绕方向相反。
在每个励磁绕组单元1221中，2个励磁线圈12211的连接关系是串联和并联中的任意一种，而且各个励磁绕组单元1221中的2个励磁线圈12211的连接关系相同。本实施例中，2个励磁线圈12211的连接关系是串联。
如图1和图2所示，3对共6个电刷13固定设置在机壳11内，每一对电刷13含有一个与S极性主磁极1211相对应的S极对应电刷131和一个与N极性主磁极1212相对应的N极对应电刷132。每一对电刷13中的2个电刷13的位置相邻；而且，每一对电刷13与相对应的每一对主磁极121的空间位置相对应，能够使得电枢绕组中的磁场强度在发生故障时保持最大，从而可以产生最大的力矩。
电刷13是窄电刷和宽电刷中的任意一种，本实施例中电刷13是窄电刷。每个电刷13包含一个电刷本体或至少两个沿电机轴向布置并在电气上并联的分开成形的电刷本体；当电刷13包含至少两个电刷本体时，能够使得每个电刷与换向器的实际接触面积增大，从而改善了电刷的换向性能。如图1所示，本实施例中电刷13包含一个电刷本体。
如图3所示，所有励磁绕组单元1221的绝缘导体条的m个一端与所有电刷13中的m个N极对应电刷132电气连接；所有励磁绕组单元1221的绝缘导体条的m个另一端形成m个第一接线端1511，未与m个励磁绕组单元1221的绝缘导体条的一端相连接的m个S极对应电刷131的引出端形成m个第二接线端1512，m个第一接线端1511与m个第二接线端1512分别相对应地形成m对外部接线端子(即m个接线单元)，m对外部接线端子用于与m对电源输出端子一一对应连接。当然，也可根据需要，所有励磁绕组单元1221的绝缘导体条的m个一端与所有电刷13中的m个S极对应电刷131电气连接，未与m个励磁绕组单元1221的绝缘导体条的一端相连接的m个N极对应电刷132的引出端形成m个第二接线端1512。
本实施例中，如图2和图4所示，第一接线端1511与第二接线端1512相对应地形成1对外部接线端子151，第一接线端1521与第二接线端1522相对应地形成1对外部接线端子152，第一接线端1531与第二接线端1532相对应地形成1对接线端子153，3对外部接线端子(即3个接线单元)151、152和153用于与3对电源输出端子一一对应连接。
如图1和图2所示，转子14设置在定子12内，包含采用预定的联结方式进行相互联结的多个电枢绕组141，电枢绕组141的数目设置为2m*n个，预定的联结方式是单叠、复叠和复波中的任意一种。本实施例中，如图5所示，多个电枢绕组141的联结方式是单叠，相邻2个电刷连接一条电枢绕组支路，每条电枢绕组支路含有n个电枢绕组141。
接线盒(图未示)固定在机壳11上，在如图2和图4所示，3对外部接线端子151、152和153被设置在接线盒内。
图6为传统的串励直流电机的电路连接示意图；图7为本发明实施例一中的串励直流电机三个接线单元的输入电流波形图；图8为本发明实施例一中的串励直流电机的电流和传统的串励直流电机的电流比较图；图9为本发明实施例一中的串励直流电机的转矩和传统的串励直流电机的转矩比较图。
如图6所示，传统的串励直流电机600的接线端只有1个接线单元，该接线单元与1个斩波器(图中未示出)的1对电源输出端子对应电气连接，斩波器的开关频率为1千赫兹。
在稳定状态下，电流纹波为最大值和最小值之差，纹波系数为最大值和最小值之差与平均值的百分比。
如图7所示，本实施例中的串励直流电机三个接线单元151、152和153的输入电流纹波都等于99.32-87.36＝11.96安培，平均值都等于93.33安培，纹波系数都等于11.96/93.33×100％＝12.8％。
如图8所示，在稳定状态下，本实施例中的串励直流电机的电流纹波等于281.96-278.00＝3.96安培，平均值等于279.98安培，纹波系数都等于3.96/279.98×100％＝1.41％。传统的串励直流电机的电流纹波等于297.95-261.99＝35.96安培，平均值等于279.98安培，纹波系数等于3.96/279.98×100％＝12.8％。虽然本实施例中的串励直流电机和传统的串励直流电机的电流平均值相同，但是本实施例中的串励直流电机的电流纹波和纹波系数都只有传统的串励直流电机的九分之一。
已知，串励直流电机的电磁转矩和运动方程如下
Figure PCTCN2018114622-appb-000001
其中，T em为电磁转矩；C T为转矩常数；Φ为主磁场的磁通；L af为励磁绕组部和电枢绕组的互感，为常数；I f为励磁电流；I a为电枢电流；T load为负载转矩；J为负载的转动惯量，为常数；Ω为输出角速度。
在本实施例中，串励直流电机的输入电流等于电枢电流，也等于励磁电流，串励直流电机的额定输入电流是电机在额定工作状态下的最大输入电流。
在式(1)中，电磁转矩T em与电枢电流I a和主磁场的磁通Φ乘积成正比，直流电机的主磁场是由斩波器供电的励磁绕组部激励的，根据式(1)可知，电磁转矩T em与电枢电流I a和励磁电流I f的乘积成正比，励磁电流I f的纹波系数和电枢电流I a的纹波系数将导致电磁转矩T em产生更大的纹波系数、输出角速度Ω的脉动或纹波更大，驱动装置和电动设备的性能更差。
在本实施例中，L af取为1，在稳定状态下，如图9所示，本实施例中的串励直流的电机转矩纹波等于79503.7-77281.1＝2222.6N·m，平均值都等于78390.9N·m，纹波系数都等于2.84％。传统的串励直流电机的转矩纹波等于88776.6-68639.9＝20136.7N·m，平均值等于78497.4N·m，纹波系数等于25.65％。
也就是说，本实施例中的串励直流电机尽管和传统的串励直流电机的转矩平均值基本相同，但是本实施例中的串励直流电机转矩的纹波和纹波系数都只有传统的串励直流电机的九分之一，减小电机的输出转矩的纹波和纹波系数，进而减小电机输出转速的的纹波和纹波系数，最终实现减小电机的电磁干扰、振动和噪声，提高串励直流电机和电动设备的性能的目的。
<实施例二>
图10为本发明实施例二中的并励直流电机的横向剖面电路连接示意图；图11为本发明的并励直流电机的电枢绕组与励磁绕组的电路连接示意图；图12为本发明实施例二中的并励直流电机的电枢绕组与励磁绕组的电路连接示意图。
在本实施例中，直流电机100为并励直流电机，该并励直流电机与由至少一个直流电源(图未示)所形成的m对电源输出端子相连接，具有额定输入电流。当直流电源的数量为1个时，m对电源输出端子分别为直流电源的m路电源输出支路上的接线端；当直流电源的数量为m个时，m对电源输出端子分别为m个直流电源的接线端。直流电源为斩波器、电池和整流电源中的任意一种，本实施例中直流电源采用开关频率为1千赫兹的斩波器。
如图1和图10所示，直流电机100包括机壳11、定子12、电刷13、转子14以及接线盒(未在图中示出)。如图11所示，根据额定输入电流的值将电刷的对数设置为m。如图12和图5所示，本实施例中m设置为3。当一对电源输出端子的最大输出电流为I 1，直流电机的额定输入电流为I max，电刷的对数m满足下述条件：m＞I max÷I 1。
如图1和图10所示，定子12设置在机壳11内，包含3对共6个主磁极121以及一个励磁绕组部122。
如图10所示，每一对主磁极121含有S极性主磁极1211和N极性主磁极1212。在所有主磁极121中，相邻的2个主磁极121的极性相反。
如图1、图10和图11所示，励磁绕组部122含有3个励磁绕组单元1221，该3个励磁绕组单元1221与3对主磁极121分别相对应。每一个励磁绕组单元1221通过由包裹有绝缘层的金属线构成的绝缘导体条在相对应的一对主磁极121上分别制成励磁线圈12211而形成。绝缘导体条为漆包线和绝缘铜导条中的任意一种，本实施例中，绝缘导体条为漆包线。本实施例中，各个主磁极121上的励磁线圈12211的匝数相同，使得电机在正常工作时的磁场均匀，力矩恒定。
每个励磁绕组单元1221中的绝缘导体条具有沿励磁线圈12211的预设电流方向而区分 的一端和另一端，每一对主磁极121中的S极性主磁极1211和N极性主磁极1212与励磁线圈12211的绕制方向和励磁线圈12211的预设电流方向相对应。相邻两个主磁极121的励磁线圈12211的电流环绕方向相反。
在每个励磁绕组单元1221中，2个励磁线圈12211的连接关系是串联和并联中的任意一种，而且各个励磁绕组单元1221中的2个励磁线圈12211的连接关系相同。本实施例中，2个励磁线圈12211的连接关系是串联。
如图1和图10所示，3对共6个电刷13固定设置在机壳11内，每一对电刷13含有一个与S极性主磁极1211相对应的S极对应电刷131和一个与N极性主磁极1212相对应的N极对应电刷132。每一对电刷13中的2个电刷13的位置相邻；而且，每一对电刷13与相对应的每一对主磁极121的空间位置相对应，能够使得电枢绕组中的磁场强度在发生故障时保持最大，从而可以产生最大的力矩。
电刷13是窄电刷和宽电刷中的任意一种，本实施例中电刷13是窄电刷。每个电刷13包含一个电刷本体或至少两个沿电机轴向布置并在电气上并联的分开成形的电刷本体；当电刷13包含至少两个电刷本体时，能够使得每个电刷与换向器的实际接触面积增大，从而改善了电刷的换向性能。如图1所示，本实施例中电刷13包含一个电刷本体。
如图11所示，所有励磁绕组单元1221的绝缘导体条的m个一端与所有电刷13中的m个N极对应电刷132电气连接形成m个第一接线端1511，同时，所有励磁绕组单元1221的绝缘导体条的m个另一端与所有电刷13中的m个S极对应电刷131电气连接形成m个第二接线端1512，m个第一接线端1511与m个第二接线端1512分别相对应地形成m对外部接线端子(即m个接线单元)，m对外部接线端子用于与m对电源输出端子一一对应连接。当然，也可根据需要，所有励磁绕组单元1221的绝缘导体条的m个一端与所有电刷13中的m个S极对应电刷131电气连接形成m个第一接线端1511，同时，所有励磁绕组单元1221的所有绝缘导体条的m个另一端与所有电刷中的m个N极对应电刷132电气连接形成m个第二接线端1512。
本实施例中，如图10和图12所示，第一接线端1511与第二接线端1512相对应地形成1对外部接线端子151，第一接线端1521与第二接线端1522相对应地形成1对外部接线端子152，第一接线端1531与第二接线端1532相对应地形成1对接线端子153，3对外部接线端子(即3个接线单元)151、152和153用于与3对电源输出端子一一对应连接。
如图1和图10所示，转子14设置在定子内，包含采用预定的联结方式进行相互联结的多个电枢绕组141，电枢绕组141的数目设置为2m×n个，预定的联结方式是单叠、复叠和复波中的任意一种。本实施例中，如图5所示，多个电枢绕组141的联结方式是单叠，相邻2个电刷13连接一条电枢绕组支路，每条电枢绕组支路含有n个电枢绕组141。
接线盒(图未示)固定在机壳11上，在如图10和图12所示，3对外部接线端子151、152和153被设置在接线盒内。
图13为传统的并励直流电机的电路连接示意图；图14为本发明实施例二中的并励直流电机三对电刷的输入电流波形图；图15为本发明实施例二中的并励直流电机三个励磁绕组单元的输入电流波形图；图16为本发明实施例二中的并励直流电机的电枢电流和传统的并励直流电机的电枢电流比较图；图17为本发明实施例二中的并励直流电机的励磁电流和传统的并励直流电机的励磁电流比较图；图18为本发明实施例二中的并励直流电机的转矩和传统的并励直流电机的转矩比较图。
如图13所示为传统的并励直流电机600的接线端只有1个接线单元，该接线单元与1个斩波器(图中未示出)的1对电源输出端子对应电气连接，斩波器的开关频率为1千赫兹。
在稳定状态下，电流纹波为最大值和最小值之差，纹波系数为最大值和最小值之差与平均值的百分比。
如图14所示，本发明实施例中的并励直流电机三对电刷A1B1、A2B2和A3B3的输入电流纹波都等于99.31-87.33＝11.99安培，平均值都等于93.32安培，纹波系数都等于 11.99/93.32×100％＝12.84％。
如图15所示，本实施例中的并励直流电机的三个励磁绕组单元1221、1222和1223的输入电流纹波都等于61.97-61.37＝0.60安培，平均值都等于61.67安培，纹波系数都等于0.60/61.67×100％＝0.97％。
如图16所示，在稳定状态下，本实施例中的并励直流电机的电枢电流等于三对电刷A1B1、A2B2和A3B3的电流之和，电枢电流的纹波为281.95-277.98＝3.97安培，平均值等于279.97安培，纹波系数都等于3.97/279.97×100％＝1.42％。传统的并励直流电机的电枢电流纹波等于297.94-261.98＝35.96安培，平均值等于279.97安培，纹波系数等于35.96/279.97×100％＝12.84％。虽然本实施例中的并励直流电机和传统的并励直流电机的电枢电流平均值相同，但是本实施例中的并励直流电机的电枢电流纹波和纹波系数都只有传统电机的九分之一。
如图17所示，在稳定状态下，本实施例中的并励直流电机的励磁电流等于三个励磁绕组单元1221、1222和1223的电流之和，励磁电流的纹波为185.10-184.90＝0.2安培，平均值等于185.0安培，纹波系数都等于0.2/185×100％＝0.11％。传统的并励直流电机的电枢电流纹波等于185.9-184.1＝1.8安培，平均值等于185.0安培，纹波系数等于1.8/185.0×100％＝0.97％。虽然本实施例中的并励直流电机和传统的并励直流电机的励磁电流平均值相同，但是本实施例中的并励直流电机的励磁电流纹波和纹波系数都只有传统电机的九分之一。
已知，并励直流电机的电磁转矩和运动方程如下
Figure PCTCN2018114622-appb-000002
其中，T em为电磁转矩；C T为转矩常数；Φ为主磁场的磁通；L af为励磁绕组部和电枢绕组的互感，为常数；I f为励磁电流；I a为电枢电流；T load为负载转矩；J为负载的转动惯量，为常数；Ω为输出角速度。
在本实施例中，并励直流电机的输入电流等于电枢电流和励磁电流之和，并励直流电机的额定输入电流是电机在额定工作状态下的最大输入电流。
在式(1)中，电磁转矩T em与电枢电流I a和主磁场的磁通Φ乘积成正比，直流电机的主磁场是由斩波器供电的励磁绕组部激励的，根据式(1)可知，电磁转矩T em与电枢电流I a和励磁电流I f的乘积成正比，励磁电流I f的纹波系数和电枢电流I a的纹波系数将导致电磁转矩T em产生更大的纹波系数、输出角速度Ω的脉动或纹波更大，驱动装置和电动设备的性能更差。
在本实施例中，L af取为1，在稳定状态下，如图18所示，本实施例中的并励直流的电机转矩纹波等于52188.25-51398.38＝789.87N·m，平均值等于51793.56N·m，纹波系数等于1.53％。传统的并励直流电机的转矩纹波等于55386.15-48229.93＝7156.21N·m，平均值等于51798.89N·m，纹波系数等于13.82％。
也就是说，本实施例中的并励直流电机尽管和传统的并励直流电机的转矩平均值基本相同，但是本实施例中的并励直流电机转矩的纹波和纹波系数都只有传统电机的九分之一，减小电机的输出转矩的纹波和纹波系数，进而减小电机输出转速的的纹波和纹波系数，最终实现减小电机的电磁干扰、振动和噪声，提高并励直流电机和电动设备的性能的目的。
<实施例三>
图19为本发明实施例三中的串并励直流电机的横向剖面电路连接示意图；图20为本发 明的串并励直流电机的电枢绕组与励磁绕组的电路连接示意图；图21为本发明实施例三中的串并励直流电机的电枢绕组与励磁绕组的电路连接示意图。
在本实施例中，直流电机100为串并励直流电机，该串并励直流电机与由至少一个直流电源(图未示)所形成的m对电源输出端子相连接，具有额定输入电流。当直流电源的数量为1个时，m对电源输出端子分别为直流电源的m路电源输出支路上的接线端；当直流电源的数量为m个时，m对电源输出端子分别为m个直流电源的接线端。直流电源为斩波器、电池和整流电源中的任意一种，本实施例中直流电源采用开关频率为1千赫兹的斩波器。
如图1和图19所示，直流电机100包括机壳11、定子12、电刷13、转子14以及接线盒(未在图中示出)。如图3所示，根据额定输入电流的值将电刷的对数设置为m。如图4和图5所示，本实施例中m设置为3。当一对电源输出端子的最大输出电流为I 1，直流电机的额定输入电流为I max，电刷的对数m满足下述条件：m＞I max÷I 1。
如图1、图19和图20所示，定子12设置在机壳11内，包含3对共6个主磁极121、一个串励磁绕组部122以及一个并励磁绕组部123。
如图19所示，每一对主磁极121含有S极性主磁极1211和N极性主磁极1212。在所有主磁极121中，相邻的2个主磁极121的极性相反。
如图1、图19和图20所示，串励磁绕组部122含有3个串励磁绕组单元1221，该3个串励磁绕组单元1221与3对主磁极121分别相对应。每一个串励磁绕组单元1221通过由包裹有绝缘层的金属线构成的绝缘导体条在相对应的一对主磁极121上分别制成串励磁线圈12211而形成。本实施例中，各个主磁极121上的串励磁线圈12211的匝数相同，使得电机在正常工作时的磁场均匀，力矩恒定。
每个串励磁绕组单元1221中的绝缘导体条具有沿串励磁线圈12211的预设电流方向而区分的一端和另一端，每一对主磁极121中的S极性主磁极1211和N极性主磁极1212与串励磁线圈12211的绕制方向和串励磁线圈12211的预设电流方向相对应。相邻两个主磁极121的串励磁线圈12211的电流环绕方向相反。
在每个串励磁绕组单元1221中，2个串励磁线圈12211的连接关系是串联和并联中的任意一种，而且各个串励磁绕组单元1221中的2个串励磁线圈12211的连接关系相同。本实施例中，2个串励磁线圈12211的连接关系是串联。
如图1、图19和图20所示，并励磁绕组部123含有3个并励磁绕组单元1231，该3个并励磁绕组单元1231与3对主磁极121分别相对应。每一个并励磁绕组单元1231通过由包裹有绝缘层的金属线构成的绝缘导体条在相对应的一对主磁极121上分别制成并励磁线圈12311而形成。本实施例中，各个主磁极121上的并励磁线圈12311的匝数相同，使得电机在正常工作时的磁场均匀，力矩恒定。
每个并励磁绕组单元1231中的绝缘导体条具有沿并励磁线圈12311的预设电流方向而区分的一端和另一端，相邻两个主磁极121的并励磁线圈12311的电流环绕方向相反。本实施例中，每一个主磁极121上的串励磁线圈12211和并励磁线圈12311的电流环绕方向相同。
在每个并励磁绕组单元1231中，2个并励磁线圈12311的连接关系是串联和并联中的任意一种，而且各个并励磁绕组单元1231中的2个并励磁线圈12311的连接关系相同。本实施例中，2个并励磁线圈12311的连接关系是串联。
串励磁绕组单元1221的绝缘导体条和并励绕组单元1231中的绝缘导体条分别为漆包线和绝缘铜导条中的任意一种，本实施例中，绝缘导体条均为漆包线。
如图1和图19所示，3对共6个电刷13固定设置在机壳11内，每一对电刷13含有一个与S极性主磁极1211相对应的S极对应电刷131和一个与N极性主磁极1212相对应的N极对应电刷132。每一对电刷13中的2个电刷13的位置相邻；而且，每一对电刷13与相对应的每一对主磁极121的空间位置相对应，能够使得电枢绕组中的磁场强度在发生故障 时保持最大，从而可以产生最大的力矩。
电刷13是窄电刷和宽电刷中的任意一种，本实施例中电刷13是窄电刷。每个电刷13包含一个电刷本体或至少两个沿电机轴向布置并在电气上并联的分开成形的电刷本体；当电刷13包含至少两个电刷本体时，能够使得每个电刷与换向器的实际接触面积增大，从而改善了电刷的换向性能。如图1所示，本实施例中电刷13包含一个电刷本体。
如图20所示，所有串励磁绕组单元1221的绝缘导体条的m个串励一端与所有电刷13中的m个N极对应电刷132电气连接；所有串励磁绕组单元1221的绝缘导体条的m个串励另一端形成m个第一接线端1511，未与m个串励一端相连接的m个S极对应电刷131的引出端形成m个第二接线端1512，m个第一接线端1511与m个第二接线端1512分别相对应地形成m对外部接线端子(即m个接线单元)，m对外部接线端子用于与m对电源输出端子一一对应连接。当然，也可根据需要，所有串励磁绕组单元1221的绝缘导体条的m个串励一端与所有电刷13中的m个S极对应电刷131电气连接，未与m个串励磁绕组单元1221的绝缘导体条的一端相连接的m个N极对应电刷132的引出端形成m个第二接线端1512。
所有并励磁绕组单元123中的绝缘导体条的m个并励一端与m个第一接线端1511一一对应连接，同时，所有并励磁绕组单元123中的绝缘导体条的m个并励另一端与m个第二接线端1512一一对应连接。当然，也可根据需要，所有并励磁绕组单元123中的绝缘导体条的m个并励另一端与m个第一接线端1511一一对应连接，同时，所有并励磁绕组单元123中的绝缘导体条的m个并励一端与m个第二接线端1512一一对应连接。
本实施例中，如图19和图21所示，第一接线端1511与第二接线端1512相对应地形成1对外部接线端子151，第一接线端1521与第二接线端1522相对应地形成1对外部接线端子152，第一接线端1531与第二接线端1532相对应地形成1对接线端子153，3对外部接线端子(即3个接线单元)151、152和153用于与3对电源输出端子一一对应连接。3个串励磁绕组单元122和对应的3个并励磁绕组单元123的励磁效果可以是积复励和差复励中的一种，本实施例中是积复励，主磁极所激励磁场较大，电机转矩较大。
如图1和图19所示，转子14设置在定子12内，包含采用预定的联结方式进行相互联结的多个电枢绕组141，电枢绕组141的数目设置为2m×n个，预定的联结方式是单叠、复叠和复波中的任意一种。本实施例中，如图5所示，多个电枢绕组141的联结方式是单叠，相邻2个电刷13连接一条电枢绕组支路，每条电枢绕组支路含有n个电枢绕组141。
接线盒(图未示)固定在机壳11上，在如图19和图21所示，3对外部接线端子151、152和153被设置在接线盒内。
图22为传统的串并励直流电机的电路连接示意图；图23为本发明实施例三中的串并励直流电机三对电刷的输入电流波形图；图24为本发明实施例三中的串并励直流电机的三个励磁绕组单元的输入电流波形图；图25为本发明实施例三中的串并励直流电机的电枢电流和传统的串并励直流电机的电枢电流比较图；图26为本发明实施例三中的串并励直流电机的励磁电流和传统的串并励直流电机的励磁电流比较图；图27为本发明实施例三中的串并励直流电机的转矩和传统的串并励直流电机的转矩比较图。
如图22所示，传统的串并励直流电机600的接线端只有1个接线单元，该接线单元与1个斩波器(图中未示出)的1对电源输出端子对应电气连接，斩波器的开关频率为1千赫兹。
在稳定状态下，电流纹波为最大值和最小值之差，纹波系数为最大值和最小值之差与平均值的百分比。
如图23所示，本实施例中的串并励直流电机三对电刷A1B1、A2B2和A3B3的输入电流纹波都等于130.38-120.40＝9.98安培，平均值都等于125.39安培，纹波系数都等于9.98/125.39×100％＝7.96％。
如图24所示，本实施例中的串并励直流电机三个串励磁绕组单元1221、1222和1223 的电流纹波都等于130.38-120.40＝9.98安培，平均值都等于125.39安培，纹波系数都等于9.98/125.39×100％＝7.96％。三个并励磁绕组单元1231、1232、1233的电流纹波都等于72.29-71.59＝0.70安培，平均值都等于71.94安培，纹波系数都等于0.70/71.94×100％＝0.97％。
如图25所示，在稳定状态下，本实施例中的串并励直流电机的电枢电流等于三对电刷A1B1、A2B2和A3B3的电流之和，电枢电流的纹波为377.82-374.51＝3.31安培，平均值等于376.16安培，纹波系数都等于3.31/376.16×100％＝0.88％。传统的串并励直流电机的电枢电流纹波等于391.14-361.17＝29.97安培，平均值等于376.16安培，纹波系数等于29.97/376.16×100％＝7.97％。虽然本实施例中的串并励直流电机和传统的串并励直流电机的电枢电流平均值相同，但是本实施例中的串并励直流电机的电枢电流纹波和纹波系数都只有传统的串并励直流电机的九分之一。
如图26所示，在稳定状态下，本实施例中的串并励直流电机的励磁电流等于三个串励磁绕组单元单元1221、1222、1223和三个并励磁绕组单元1231、1232、1233的电流之和，励磁电流的纹波为593.76-590.22＝3.54安培，平均值等于591.99安培，纹波系数都等于3.54/591.99×100％＝0.60％。传统的串并励直流电机的电枢电流纹波等于608.02-575.95＝32.07安培，平均值等于591.99安培，纹波系数等于32.07/591.99×100％＝5.42％。虽然本实施例中的串并励直流电机和传统的串并励直流电机的励磁电流平均值相同，但是本实施例中的串并励直流电机的励磁电流纹波和纹波系数都只有传统的串并励直流电机的九分之一。
已知，串并励直流电机的电磁转矩和运动方程如下
Figure PCTCN2018114622-appb-000003
其中，T em为电磁转矩；C T为转矩常数；Φ为主磁场的磁通；L af为励磁绕组部和电枢绕组的互感，为常数；I f为励磁电流；I a为电枢电流；T load为负载转矩；J为负载的转动惯量，为常数；Ω为输出角速度。
在本实施例中，串并励直流电机的输入电流等于电枢电流和并励磁电流之和，也等于串励磁电流和并励磁电流之和，串并励直流电机的额定输入电流是电机在额定工作状态下的最大输入电流。
在式(1)中，电磁转矩T em与电枢电流I a和主磁场的磁通Φ乘积成正比，直流电机的主磁场是由斩波器供电的励磁绕组部激励的，根据式(1)可知，电磁转矩T em与电枢电流I a和励磁电流I f的乘积成正比，励磁电流I f的纹波系数和电枢电流I a的纹波系数将导致电磁转矩T em产生更大的纹波系数、输出角速度Ω的脉动或纹波更大，驱动装置和电动设备的性能更差。
在本实施例中，L af取为1，在稳定状态下，如图27所示，本实施例中的串并励直流的电机转矩纹波等于224331.78-221042.30＝3289.48N·m，平均值等于222686.66N·m，纹波系数等于3289.48/222686.66＝1.48％。传统的串并励直流电机的转矩纹波等于237820.34-208017.82＝29802.52N·m，平均值等于222765.80N·m，纹波系数等于29802.52/222765.80＝13.38％。
也就是说，本实施例中的串并励直流电机尽管和传统的串并励直流电机的转矩平均值基本相同，但是本实施例中的串并励直流电机转矩的纹波和纹波系数都只有传统的串并励直流电机的九分之一，减小电机的输出转矩的纹波和纹波系数，进而减小电机输出转速的的纹波和纹波系数，最终实现减小电机的电磁干扰、振动和噪声的目的。
<实施例四>
图28为本发明实施例四中的并串励直流电机的电路连接示意图横向剖面电路连接示意图；图29为本发明的并串励直流电机的电枢绕组与励磁绕组的电路连接示意图；图30为本发明实施例四中的并串励直流电机的电枢绕组与励磁绕组的电路连接示意图。
在本实施例中，直流电机100为并串励直流电机，该并串励直流电机与由至少一个直流电源(图未示)所形成的m对电源输出端子相连接，具有额定输入电流。当直流电源的数量为1个时，m对电源输出端子分别为直流电源的m路电源输出支路上的接线端；当直流电源的数量为m个时，m对电源输出端子分别为m个直流电源的接线端。直流电源为斩波器、电池和整流电源中的任意一种，本实施例中直流电源采用开关频率为1千赫兹的斩波器。
如图1和图28所示，直流电机100包括机壳11、定子12、电刷13、转子14以及接线盒(未在图中示出)。如图29所示，根据额定输入电流的值将电刷的对数设置为m。如图29和图5所示，本实施例中m设置为3。当一对电源输出端子的最大输出电流为I 1，直流电机的额定输入电流为I max，电刷的对数m满足下述条件：m＞I max÷I 1。
如图1、图28和图29所示，定子12设置在机壳11内，包含3对共6个主磁极121、一个串励磁绕组部122以及一个并励磁绕组部123。
如图28所示，每一对主磁极121含有S极性主磁极1211和N极性主磁极1212。在所有主磁极121中，相邻的2个主磁极121的极性相反。
如图1、图28和图29所示，串励磁绕组部122含有3个串励磁绕组单元1221，该3个串励磁绕组单元1221与3对主磁极121分别相对应。每一个串励磁绕组单元1221通过由包裹有绝缘层的金属线构成的绝缘导体条在相对应的一对主磁极121上分别制成串励磁线圈12211而形成。本实施例中，各个主磁极121上的串励磁线圈12211的匝数相同，使得电机在正常工作时的磁场均匀，力矩恒定。
每个串励磁绕组单元1221中的绝缘导体条具有沿串励磁线圈12211的预设电流方向而区分的一端和另一端，每一对主磁极121中的S极性主磁极1211和N极性主磁极1212与串励磁线圈12211的绕制方向和串励磁线圈12211的预设电流方向相对应。相邻两个主磁极121的串励磁线圈的电流环绕方向相反。
在每个串励磁绕组单元1221中，2个串励磁线圈12211的连接关系是串联和并联中的任意一种，而且各个串励磁绕组单元1221中的2个串励磁线圈12211的连接关系相同。本实施例中，2个串励磁线圈12211的连接关系是串联。
如图1、图28和图29所示，并励磁绕组部123含有3个并励磁绕组单元1231，该3个并励磁绕组单元1231与3对主磁极121分别相对应。每一个并励磁绕组单元1231通过由包裹有绝缘层的金属线构成的绝缘导体条在相对应的一对主磁极121上分别制成并励磁线圈12311而形成。本实施例中，各个主磁极121上的并励磁线圈12311的匝数相同，使得电机在正常工作时的磁场均匀，力矩恒定。
每个并励磁绕组单元1231中的绝缘导体条具有沿并励磁线圈12311的预设电流方向而区分的一端和另一端，相邻两个主磁极121的并励磁线圈12311的电流环绕方向相反。本实施例中，每一个主磁极121上的串励磁线圈12211和并励磁线圈12311的电流环绕方向相同。
在每个并励磁绕组单元1231中，2个并励磁线圈12311的连接关系是串联和并联中的任意一种，而且各个并励磁绕组单元1231中的2个并励磁线圈12311的连接关系相同。本实施例中，2个并励磁线圈12311的连接关系是串联。
串励磁绕组单元1221的绝缘导体条和并励绕组单元1231中的绝缘导体条分别为漆包线和绝缘铜导条中的任意一种，本实施例中，绝缘导体条均为漆包线。
如图1和图28所示，3对共6个电刷13固定设置在机壳11内，每一对电刷13含有一个与S极性主磁极1211相对应的S极对应电刷131和一个与N极性主磁极1212相对应的N极对应电刷132。每一对电刷13中的2个电刷13的位置相邻；而且，每一对电刷13与 相对应的每一对主磁极121的空间位置相对应，能够使得电枢绕组中的磁场强度在发生故障时保持最大，从而可以产生最大的力矩。
电刷13是窄电刷和宽电刷中的任意一种，本实施例中电刷13是窄电刷。每个电刷13包含一个电刷本体或至少两个沿电机轴向布置并在电气上并联的分开成形的电刷本体；当电刷13包含至少两个电刷本体时，能够使得每个电刷与换向器的实际接触面积增大，从而改善了电刷的换向性能。如图1所示，本实施例中电刷13包含一个电刷本体。
如图29所示，所有并励磁绕组单元1231中的绝缘导体条的m个并励一端与所有电刷13中的m个N极对应电刷132电气连接形成m个第一电气连接点，同时，所有并励磁绕组单元1231中的绝缘导体条的m个另一端与所有电刷中的m个S极对应电刷131电气连接形成m个第二电气连接点。当然，也可根据需要，所有并励磁绕组单元1231中的绝缘导体条的m个并励另一端与所有电刷13中的m个N极对应电刷132电气连接形成m个第一电气连接点，同时，所有并励磁绕组单元1231中的绝缘导体条的m个一端与所有电刷13中的m个S极对应电刷131电气连接形成m个第二电气连接点。
所有串励磁绕组单元1221中的绝缘导体条的m个串励一端与m个第一电气连接点分别相对应连接，同时，所有串励磁绕组单元1221中的绝缘导体条的m个串励另一端形成m个第一接线端1511；m个第二电气连接点形成m个第二接线端1512，m个第一接线端1511与m个第二接线端1512分别相对应地形成m对外部接线端子(即为接线单元)，m对外部接线端子用于与m对电源输出端子一一对应连接。当然，也可根据需要，所有串励磁绕组单元1221中的绝缘导体条的m个串励另一端与m个第一电气连接点分别相对应连接，同时，所有串励磁绕组单元1221中的绝缘导体条的m个串励一端形成m个第一接线端1511。
本实施例中，如图28和图30所示，第一接线端1511与第二接线端1512相对应地形成1对外部接线端子151，第一接线端1521与第二接线端1522相对应地形成1对外部接线端子152，第一接线端1531与第二接线端1532相对应地形成1对接线端子153，3对外部接线端子(即3个接线单元)151、152和153用于与3对电源输出端子一一对应连接。3个串励磁绕组单元122和对应的3个并励磁绕组单元123的励磁效果可以是积复励和差复励中的一种，本实施例中是积复励，主磁极所激励磁场较大，电机转矩较大。
如图1和图28所示，转子14设置在定子12内，包含采用预定的联结方式进行相互联结的多个电枢绕组141，电枢绕组141的数目设置为2m×n个，预定的联结方式是单叠、复叠和复波中的任意一种。本实施例中，如图5所示，多个电枢绕组141的联结方式是单叠，相邻2个电刷13连接一条电枢绕组支路，每条电枢绕组支路含有n个电枢绕组141。
接线盒(图未示)固定在机壳11上，在如图28和图30所示，3对外部接线端子151、152和153被设置在接线盒内。
图31为传统的并串励直流电机的电路连接示意图；图32为本发明实施例四中的并串励直流电机三对电刷的输入电流波形图；图33为本发明实施例四中的并串励直流电机的三个励磁绕组单元的输入电流波形图；图34为本发明实施例四中的并串励直流电机的电枢电流和传统的并串励直流电机的电枢电流比较图；图35为本发明实施例四中的并串励直流电机的励磁电流和传统的并串励直流电机的励磁电流比较图；图36为本发明实施例四中的并串励直流电机的转矩和传统的并串励直流电机的转矩比较图。
如图31所示，传统的并串励直流电机600的接线端只有1个接线单元，该接线单元与1个斩波器(图中未示出)的1对电源输出端子对应电气连接，斩波器的开关频率为1千赫兹。
在稳定状态下，电流纹波为最大值和最小值之差，纹波系数为最大值和最小值之差与平均值的百分比。
如图32所示，本实施例中的并串励直流电机三对电刷A1B1、A2B2和A3B3的输入电流纹波都等于112.19-102.35＝9.84安培，平均值都等于107.27安培，纹波系数都等于 9.84/107.27×100％＝9.17％。
如图33所示，本实施例中的并串励直流电机三个串励磁绕组单元1221、1222和1223的电流纹波都等于175.85-165.51＝10.34安培，平均值都等于170.68安培，纹波系数都等于10.34/170.68×100％＝6.06％。三个并励磁绕组单元1231、1232和1233的电流纹波都等于63.66-63.16＝0.49安培，平均值都等于63.41安培，纹波系数都等于0.49/63.41×100％＝0.78％。
如图34所示，在稳定状态下，本实施例中的并串励直流电机的电枢电流等于三对电刷A1B1、A2B2和A3B3的电流之和，电枢电流的纹波为323.45-320.18＝3.26安培，平均值等于321.82安培，纹波系数都等于3.26/321.82×100％＝1.01％。传统的并串励直流电机的电枢电流纹波等于336.58-307.04＝29.55安培，平均值等于321.82安培，纹波系数都等于29.55/321.82×100％＝9.18％。虽然本实施例中的并串励直流电机和传统的并串励直流电机的电枢电流平均值相同，但是本实施例中的并串励直流电机的电枢电流纹波和纹波系数都只有传统的并串励直流电机的九分之一。
如图35所示，在稳定状态下，本实施例中的并串励直流电机的励磁电流等于三个串励磁绕组单元1221、1222和1223以及三个并励磁绕组单元1231、1232和1233的电流之和，励磁电流的纹波为704.06-700.48＝3.59安培，平均值等于702.27安培，纹波系数都等于3.59/702.27×100％＝0.51％。传统的并串励直流电机的电枢电流纹波等于718.51-686.01＝32.50安培，平均值等于702.27安培，纹波系数都等于32.50/702.27×100％＝4.63％。虽然本实施例中的并串励直流电机和传统的并串励直流电机的励磁电流平均值相同，但是本实施例中的并串励直流电机的励磁电流纹波和纹波系数都只有传统的并串励直流电机的九分之一。
已知，并串励直流电机的电磁转矩和运动方程如下
Figure PCTCN2018114622-appb-000004
其中，T em为电磁转矩；C T为转矩常数；Φ为主磁场的磁通；L af为励磁绕组部和电枢绕组的互感，为常数；I f为励磁电流；I a为电枢电流；T load为负载转矩；J为负载的转动惯量，为常数；Ω为输出角速度。
在本实施例中，并串励直流电机的输入电流等于电枢电流和并励磁电流之和，也等于串励磁电流，并串励直流电机的额定输入电流是电机在额定工作状态下的最大输入电流。
在式(1)中，电磁转矩T em与电枢电流I a和主磁场的磁通Φ乘积成正比，直流电机的主磁场是由斩波器供电的励磁绕组部激励的，根据式(1)可知，电磁转矩T em与电枢电流I a和励磁电流I f的乘积成正比，励磁电流I f的纹波系数和电枢电流I a的纹波系数将导致电磁转矩T em产生更大的纹波系数、输出角速度Ω的脉动或纹波更大，驱动装置和电动设备的性能更差。
在本实施例中，L af取为1，在稳定状态下，如图36所示，本实施例中的并串励直流的电机转矩纹波等于227725.80-224281.17＝3444.63N·m，平均值等于226003.19N·m，纹波系数等于3444.63/226003.19＝1.52％。传统的并串励直流电机的转矩纹波等于241839.18-210630.99＝31208.19N·m，平均值等于226082.27N·m，纹波系数等于13.80％。
也就是说，本实施例中的并串励直流电机尽管和传统的并串励直流电机的转矩平均值基本相同，但是本实施例中的并串励直流电机转矩的纹波和纹波系数都只有传统的并串励直流电机的九分之一，减小电机的输出转矩的纹波和纹波系数，进而减小电机输出转速的的纹波和纹波系数，最终实现减小电机的电磁干扰、振动和噪声的目的。
<实施例五>
图37为本发明实施例五中的他励直流电机的横向剖面电路连接示意图；图38为本发明的他励直流电机的电枢绕组与励磁绕组的电路连接示意图；图39为本发明实施例五中的他励直流电机的电枢绕组与励磁绕组的电路连接示意图。
在本实施例中，直流电机100为他励直流电机，该他励直流电机与由至少一个第一直流电源(图未示)所形成的m对第一电源输出端子和由至少一个第二直流电源(图未示)所形成的m对第二电源输出端子相连接，具有额定输入电流和额定励磁输入电流。当第一直流电源的数量为1个时，m对第一电源输出端子分别为第一直流电源的m路第一电源输出支路上的接线端；当第一直流电源的数量为m个时，m对第一电源输出端子分别为m个第一直流电源的接线端。当第二直流电源的数量为1个时，m对第二电源输出端子分别为第二直流电源的m路第二电源输出支路上的接线端；当第二直流电源的数量为m个时，m对第二电源输出端子分别为m个第二直流电源的接线端。第一直流电源和第二直流电源分别为斩波器、电池和整流电源中的任意一种，本实施例中第一直流电源和第二直流电源均采用开关频率为1千赫兹的斩波器。
如图1和图37所示，他励直流电机100包括机壳11、定子12、电刷13、转子14以及接线盒(未在图中示出)。如图38所示，根据额定输入电流的值将电刷的对数设置为m。如图39和图5所示，本实施例中m设置为3。当一对电源输出端子的最大输出电流为I 1，直流电机的额定输入电流为I max，电刷的对数m满足下述条件：m＞I max÷I 1。
如图1和图37所示，定子12设置在机壳11内，包含3对共6个主磁极121以及一个励磁绕组部122。
如图37所示，每一对主磁极121含有S极性主磁极1211和N极性主磁极1212。在所有主磁极121中，相邻的2个主磁极121的极性相反。
如图1、图37和图38所示，励磁绕组部122含有3个励磁绕组单元1221，该3个励磁绕组单元1221与3对主磁极121分别相对应。每一个励磁绕组单元1221通过由包裹有绝缘层的金属线构成的绝缘导体条在相对应的一对主磁极121上分别制成励磁线圈12211而形成。绝缘导体条为漆包线和绝缘铜导条中的任意一种，本实施例中，绝缘导体条为漆包线。本实施例中，各个主磁极121上的励磁线圈12211的匝数相同，使得电机在正常工作时的磁场均匀，力矩恒定。
每个励磁绕组单元1221中的绝缘导体条具有沿励磁线圈12211的预设电流方向而区分的一端和另一端，每一对主磁极121中的S极性主磁极1211和N极性主磁极1212与励磁线圈12211的绕制方向和励磁线圈12211的预设电流方向相对应。相邻两个主磁极121的励磁线圈12211的电流环绕方向相反。
在每个励磁绕组单元1221中，2个励磁线圈12211的连接关系是串联和并联中的任意一种，而且各个励磁绕组单元1221中的2个励磁线圈12211的连接关系相同。本实施例中，2个励磁线圈12211的连接关系是串联。
如图1和图37所示，3对共6个电刷13固定设置在机壳11内，每一对电刷13含有一个与S极性主磁极1211相对应的S极对应电刷131和一个与N极性主磁极1212相对应的N极对应电刷132。每一对电刷13中的2个电刷13的位置相邻；而且，每一对电刷13与相对应的每一对主磁极121的空间位置相对应，能够使得电枢绕组中的磁场强度在发生故障时保持最大，从而可以产生最大的力矩。
电刷13是窄电刷和宽电刷中的任意一种，本实施例中电刷13是窄电刷。每个电刷13包含一个电刷本体或至少两个沿电机轴向布置并在电气上并联的分开成形的电刷本体；当电刷13包含至少两个电刷本体时，能够使得每个电刷与换向器的实际接触面积增大，从而改善了电刷的换向性能。如图1所示，本实施例中电刷13包含一个电刷本体。
如图39所示，每对电刷13的两个引出端分别形成第一电枢接线端1511和第二电枢接 线端1512，所有电刷13的m个第一电枢接线端1511与m个第二电枢接线端1512分别相对应地形成m对电枢外部接线端子(即m个电枢接线单元)，m对电枢外部接线端子用于与m对第一电源输出端子一一对应连接。
所有励磁绕组单元1221的绝缘导体条的m个一端形成m个第一励磁接线端1611，所有励磁绕组单元1221的绝缘导体条的m个另一端形成m个第二励磁接线端1612，m个第一励磁接线端1611与m个第二励磁接线端1612分别相对应地形成m对励磁外部接线端子(即m个励磁接线单元)，m对励磁外部接线端子用于与m对第二电源输出端子一一对应连接。
本实施例中，如图37和图39所示，第一电枢接线端1511与第二电枢接线端1512相对应地形成1对电枢外部接线端子151，第一电枢接线端1521与第二电枢接线端1522相对应地形成1对电枢外部接线端子152，第一电枢接线端1531与第二电枢接线端1532相对应地形成1对电枢接线端子153，3对电枢外部接线端子(即3个电枢接线单元)151、152和153用于与3对第一电源输出端子一一对应连接。
第一励磁接线端1611与第二励磁接线端1612相对应地形成1对励磁外部接线端子161，第一励磁接线端1621与第二励磁接线端1622相对应地形成1对励磁外部接线端子162，第一励磁接线端1631与第二励磁接线端1632相对应地形成1对励磁外部接线端子163，3对励磁外部接线端子(即3个励磁接线单元)161、162和163用于与3对第二电源输出端子一一对应连接。
如图1和图37所示，转子14设置在定子12内，包含采用预定的联结方式进行相互联结的多个电枢绕组141，电枢绕组141的数目设置为2m×n个，预定的联结方式是单叠、复叠和复波中的任意一种。本实施例中，如图5所示，多个电枢绕组141的联结方式是单叠，相邻2个电刷13连接一条电枢绕组支路，每条电枢绕组支路含有n个电枢绕组141。
接线盒(图未示)固定在机壳11上，在如图37和图39所示，3对电枢外部接线端子151、152、153以及3对励磁外部接线端子161、162、163被设置在接线盒内。
图40为传统的他励直流电机的电路连接示意图；图41为本发明实施例五中的他励直流电机三对电刷的输入电流波形图；图42为本发明实施例五中的他励直流电机三个励磁绕组单元的输入电流波形图；图43为本发明实施例五中的他励直流电机的电枢电流和传统的他励直流电机的电枢电流比较图；图44为本发明实施例五中的他励直流电机的励磁电流和传统的他励直流电机的励磁电流比较图；图45为本发明实施例五中的他励直流电机的转矩和传统的他励直流电机的转矩比较图。
如图40所示，传统的他励直流电机600的接线端只有1个电枢接线单元和1个励磁接线单元，1个电枢接线单元和1个励磁接线单元与2个斩波器(图中未示出)的2对电源输出端子分别相对应地电气连接，2个斩波器的开关频率都为1千赫兹。
在稳定状态下，电流纹波为最大值和最小值之差，纹波系数为最大值和最小值之差与平均值的百分比。
如图41所示，本实施例中的他励直流电机三对电刷A1B1、A2B2和A3B3的输入电流纹波都等于99.31-87.33＝11.99安培，平均值都等于93.32安培，纹波系数都等于11.99/93.32×100％＝12.84％。
如图42所示，本实施例中的他励直流电机三个励磁绕组单元1221、1222和1223的输入电流纹波都等于61.97-61.37＝0.60安培，平均值都等于61.67安培，纹波系数都等于0.60/61.67×100％＝0.97％。
如图43所示，在稳定状态下，本实施例中的他励直流电机的电枢电流等于图41中三对电刷A1B1、A2B2和A3B3的电流之和，电枢电流的纹波为281.95-277.98＝3.97安培，平均值等于279.97安培，纹波系数都等于3.97/279.97×100％＝1.42％。传统的他励直流电机的电枢电流纹波等于297.94-261.98＝35.96安培，平均值等于279.97安培，纹波系数等于35.96/279.97×100％＝12.84％。虽然本实施例中的他励直流电机和传统的他励直流电机的电枢电流平均值相同，但是本实施例中的他励直流电机的电枢电流纹波和纹波系数都只有传统 的他励直流电机的九分之一。
如图44所示，在稳定状态下，本实施例中的他励直流电机的励磁电流等于图42中三个励磁绕组单元1221、1222和1223的电流之和，励磁电流的纹波为185.10-184.90＝0.2安培，平均值等于185.0安培，纹波系数都等于0.2/185×100％＝0.11％。传统的他励直流电机的励磁电流纹波等于185.9-184.1＝1.8安培，平均值等于185.0安培，纹波系数等于1.8/185.0×100％＝0.97％。虽然本实施例中的他励直流电机和传统的他励直流电机的励磁电流平均值相同，但是本实施例中的他励直流电机的励磁电流纹波和纹波系数都只有传统的他励直流电机的九分之一。
已知，他励直流电机的电磁转矩和运动方程如下
Figure PCTCN2018114622-appb-000005
其中，T em为电磁转矩；C T为转矩常数；Φ为主磁场的磁通；L af为励磁绕组部和电枢绕组的互感，为常数；I f为励磁电流；I a为电枢电流；T load为负载转矩；J为负载的转动惯量，为常数；Ω为输出角速度。
在本实施例中，他励直流电机的输入电流等于电枢电流，他励直流电机的额定输入电流是电机在额定工作状态下的最大输入电流。
在式(1)中，电磁转矩T em与电枢电流I a和主磁场的磁通Φ乘积成正比，直流电机的主磁场是由斩波器供电的励磁绕组部激励的，根据式(1)可知，电磁转矩T em与电枢电流I a和励磁电流I f的乘积成正比，励磁电流I f的纹波系数和电枢电流I a的纹波系数将导致电磁转矩T em产生更大的纹波系数、输出角速度Ω的脉动或纹波更大，驱动装置和电动设备的性能更差。
在本实施例中，L af取为1，在稳定状态下，如图45所示，本实施例中的他励直流的电机转矩纹波等于52188.25-51398.38＝789.87N·m，平均值等于51793.56N·m，纹波系数等于1.53％。传统的他励直流电机的转矩纹波等于55386.15-48229.93＝7156.21N·m，平均值等于51798.89N·m，纹波系数等于13.82％。
也就是说，本实施例中的他励直流电机尽管和传统的他励直流电机的转矩平均值基本相同，但是本实施例中的他励直流电机转矩的纹波和纹波系数都只有传统的他励直流电机的九分之一，减小电机的输出转矩的纹波和纹波系数，进而减小电机输出转速的的纹波和纹波系数，最终实现减小电机的电磁干扰、振动和噪声，提高串励直流电机和电动设备的性能的目的。
实施例的作用与效果
根据本实施例一至五提供的直流电机，因为每一对主磁极含有S极性主磁极和N极性主磁极，相邻的2个主磁极的极性不同，每一对电刷中的2个电刷的位置相邻，每一对电刷含有一个与S极性主磁极相对应的S极对应电刷和一个与N极性主磁极相对应的N极对应电刷，每一个励磁绕组部含有m个励磁绕组单元，m个励磁绕组单元与m对主磁极分别相对应，每一个励磁绕组单元通过由包裹有绝缘层的金属线构成的绝缘导体条在相对应的一对主磁极上分别制成励磁线圈而形成，m为不小于2的正整数，所以，每个励磁绕组单元在结构上是相互独立的，每个励磁绕组单元都能够独立工作，即：每个励磁绕组单元的电流是相互独立的，能够使得每个励磁绕组单元的电流做到相似且相互错开m分之一开关周期，进而使得m个励磁绕组单元的电流总和，也就是电机的励磁电流的纹波和纹波系数都减小，一方面，减小电机的电磁干扰；另一方面，使得m个励磁绕组单元所形成的主磁场的纹波和纹波系数都减小，进而使得电机的输出转矩的纹波和纹波系数都减小，从而导致电机的输出转速的的纹波和纹波系数都减小，同时减小电机的振动和噪声。
而且，由于每个励磁绕组单元的电流是相互独立的，在某部分的励磁绕组单元出现故障时，其他部分的励磁绕组单元依然可以正常工作而且所对应的主磁极的磁场强度保持基本不变，不仅能够保证输出较大的输出转矩，而且避免出现传统的直流电机在励磁绕组出现故障后的突然失控现象，提高了系统的可靠性和安全性。
进一步，由于每个励磁绕组单元的电流是相互独立的，每个励磁绕组单元的电流是励磁绕组部的电流的m分之一，因此，当额定励磁绕组部的电流很大时，只要m足够大，每个励磁绕组单元的电流就会相对应的减小，使得与励磁绕组单元相连接的连接线和连接件对接触电阻和绝缘的要求降低，从而降低了生产制造的成本和难度，有助于提高系统的性价比、可靠性和安全性。
综上，本实施例的直流电机结构简单、连接线短、生产工艺简单，制造容易，维修方便，生产成本和维护成本低，具有结构设计合理、简单、可靠性和安全性高等优点，使得本发明不但可以应用于电动汽车、电动搬运车、轨道车、观光游览车、货车、船舶等大负荷电动设备，而且还可以应用于数控机床和潜艇等高性能电动设备。
此外，在实施例一中，每对外部接线端子连接了相互串联的一个励磁绕组单元和一对电刷，即：每个励磁绕组单元和对应连接的一对电刷所构成的支路是相互独立的，每条支路的电流也是独立的，每条支路都能够独立工作并由相对应的一对电源输出端子独立供电，每对电源输出端子只要承担一条支路的工作电流，只有电机额定输入电流的m分之一，能够使得直流电源的每对电源输出端子的输出电流波形相似且相互错开m分之一开关周期，m对电刷的电流总和，也就是电机的电枢电流的纹波和纹波系数都进一步减小，一方面，进一步减小电机的电磁干扰；另一方面，使得电机的输出转矩的纹波和纹波系数都进一步减小，从而导致电机输出转速的纹波和纹波系数都进一步减小，同时进一步减小电机的振动和噪声。而且，由于每个励磁绕组单元和对应连接的一对电刷所构成的支路是相互独立的，当直流电源的某部分电源输出端子和电机中的电刷、连接线出现故障时，其他部分依然可以正常工作，并且由于非故障部分的励磁绕组单元所激励磁场主要作用于相对应的电刷所连接的电枢绕组支路，不仅能够进一步保证输出较大的输出转矩，而且避免出现传统的直流电机因为故障而产生的突然失控现象，进一步提高了系统的可靠性和安全性。另外，由于每个励磁绕组单元和对应连接的一对电刷所构成的支路是相互独立的，因此对于额定输入电流很大的电机，只要m足够大，每条支路的工作电流或者每对电源输出端子的输出电流就会相对应的减小，当直流电源为斩波器或整流电源时，功率开关管可以不需要采用功率模块或并联均流技术，从而降低成本；当直流电源为电池时，减少电池内部的并联支路数，减小多个电池单体并联后产生的电池均衡问题，也减小由于筛选电池单体的一致性而产生的费用，并且减小电池由于并联引起的整体性能衰减，提高电池的能量密度、功率、性能、耐久性和安全性。
另外，在实施例二中，每对外部接线端子连接了相互串联的一个励磁绕组单元和一对电刷，即：每个励磁绕组单元和对应连接的一对电刷所构成的支路是相互独立的，每条支路的电流也是独立的，每条支路都能够独立工作并由相对应的一对电源输出端子独立供电，每对电源输出端子只要承担一条支路的工作电流，只有电机额定输入电流的m分之一，能够使得直流电源的每对电源输出端子的输出电流波形相似且相互错开m分之一开关周期，m对电刷的电流总和，也就是电机的电枢电流的纹波和纹波系数都进一步减小，一方面，进一步减小电机的电磁干扰；另一方面，使得电机的输出转矩的纹波和纹波系数都进一步减小，从而导致电机输出转速的纹波和纹波系数都进一步减小，同时进一步减小电机的振动和噪声。而且，由于每个励磁绕组单元和对应连接的一对电刷所构成的支路是相互独立的，当直流电源的某部分电源输出端子和电机中的电刷、连接线出现故障时，其他部分依然可以正常工作，并且由于非故障部分的励磁绕组单元所激励磁场主要作用于相对应的电刷所连接的电枢绕组支路，不仅能够进一步保证输出较大的输出转矩，而且避免出现传统的直流电机因为故障而产生的突然失控现象，进一步提高了系统的可靠性和安全性。另外，由于每个励磁绕组单元和对应连接的一对电刷所构成的支路是相互独立的，因此对于额定输入电流很大的电机，只要m足够大，每条支路的工作电流或者每对电源输出端子的输出电流就会相对应的减小，当直流电源为斩波器或整流电源时，功率开关管可以不需要采用功率模块或并联均流技术，从而降低成本；当直流电源为电池时，减少电池内部的并联支路数，减小多个电池单体并联后产生的电池均衡问题，也减小由于筛选电池单体的一致性而产生的费用，并且减小电池由 于并联引起的整体性能衰减，提高电池的能量密度、功率、性能、耐久性和安全性。
此外，在实施例三中，每对外部接线端子连接了先相互串联的一个串励磁绕组单元和一对电刷以及再相互并联的并励磁绕组单元，即：每个串励磁绕组单元以及对应连接的一对电刷的并励磁绕组单元所构成的支路是相互独立的，每条支路的电流也是独立的，每条支路都能够独立工作并由相对应的一对电源输出端子独立供电，每对电源输出端子只要承担一条支路的工作电流，只有电机额定输入电流的m分之一，能够使得直流电源的每对电源输出端子的输出电流波形相似且相互错开m分之一开关周期，m对电刷的电流总和，也就是电机的电枢电流的纹波和纹波系数都进一步减小，一方面，进一步减小电机的电磁干扰；另一方面，使得电机的输出转矩的纹波和纹波系数都进一步减小，从而导致电机输出转速的纹波和纹波系数都进一步减小，同时进一步减小电机的振动和噪声。而且，由于每个串励磁绕组单元以及对应连接的一对电刷的并励磁绕组单元所构成的支路是相互独立的，当直流电源的某部分电源输出端子和电机中的电刷、连接线出现故障时，其他部分依然可以正常工作，并且由于非故障部分的励磁绕组单元所激励磁场主要作用于相对应的电刷所连接的电枢绕组支路，不仅能够进一步保证输出较大的输出转矩，而且避免出现传统的直流电机因为故障而产生的突然失控现象，进一步提高了系统的可靠性和安全性。另外，由于每个串励磁绕组单元以及对应连接的一对电刷的并励磁绕组单元所构成的支路是相互独立的，因此对于额定输入电流很大的电机，只要m足够大，每条支路的工作电流或者每对电源输出端子的输出电流就会相对应的减小，当直流电源为斩波器或整流电源时，功率开关管可以不需要采用功率模块或并联均流技术，从而降低成本；当直流电源为电池时，减少电池内部的并联支路数，减小多个电池单体并联后产生的电池均衡问题，也减小由于筛选电池单体的一致性而产生的费用，并且减小电池由于并联引起的整体性能衰减，提高电池的能量密度、功率、性能、耐久性和安全性。
另外，在实施例四中，每对外部接线端子连接了先相互相互并联的并励磁绕组单元和一对电刷以及再相互串励的串励磁绕组单元，即：每个先相互相互并联的并励磁绕组单元和一对电刷以及再相互串励的串励磁绕组单元所构成的支路是相互独立的，每条支路的电流也是独立的，每条支路都能够独立工作并由相对应的一对电源输出端子独立供电，每对电源输出端子只要承担一条支路的工作电流，只有电机额定输入电流的m分之一，能够使得直流电源的每对电源输出端子的输出电流波形相似且相互错开m分之一开关周期，m对电刷的电流总和，也就是电机的电枢电流的纹波和纹波系数都进一步减小，一方面，进一步减小电机的电磁干扰；另一方面，使得电机的输出转矩的纹波和纹波系数都进一步减小，从而导致电机输出转速的纹波和纹波系数都进一步减小，同时进一步减小电机的振动和噪声。而且，由于每个先相互相互并联的并励磁绕组单元和一对电刷以及再相互串励的串励磁绕组单元所构成的支路是相互独立的，当直流电源的某部分电源输出端子和电机中的电刷、连接线出现故障时，其他部分依然可以正常工作，并且由于非故障部分的励磁绕组单元所激励磁场主要作用于相对应的电刷所连接的电枢绕组支路，不仅能够进一步保证输出较大的输出转矩，而且避免出现传统的直流电机因为故障而产生的突然失控现象，进一步提高了系统的可靠性和安全性。另外，由于每个先相互相互并联的并励磁绕组单元和一对电刷以及再相互串励的串励磁绕组单元所构成的支路是相互独立的，因此对于额定输入电流很大的电机，只要m足够大，每条支路的工作电流或者每对电源输出端子的输出电流就会相对应的减小，当直流电源为斩波器或整流电源时，功率开关管可以不需要采用功率模块或并联均流技术，从而降低成本；当直流电源为电池时，减少电池内部的并联支路数，减小多个电池单体并联后产生的电池均衡问题，也减小由于筛选电池单体的一致性而产生的费用，并且减小电池由于并联引起的整体性能衰减，提高电池的能量密度、功率、性能、耐久性和安全性。
此外，在实施例五中，每对电枢外部接线端子连接了一对电刷，并且每对励磁外部接线端子连接了一个励磁绕组单元，即：每对电刷所构成的电枢支路和每个励磁绕组单元所构成的励磁支路都是相互独立的而且每个电枢支路与每个励磁支路之间都是相互独立的，每条支路的电流也是独立的，每条支路都能够独立工作并由相对应的一对电源输出端子独立供电，每对电源输出端子只要承担一条支路的工作电流，只有电机额定输入电流的m分之一，能够使得直流电源的每对电源输出端子的输出电流波形相似且相互错开m分之一开关周期，m对电刷的电流总和，也就是电机的电枢电流的纹波和纹波系数都进一步减小，一方面，进一步减小电机的电磁干扰；另一方面，使得电机的输出转矩的纹波和纹波系数都进一步减小， 从而导致电机输出转速的纹波和纹波系数都进一步减小，同时进一步减小电机的振动和噪声。而且，由于每对电刷所构成的电枢支路和每个励磁绕组单元所构成的励磁支路都是相互独立的而且每个电枢支路与每个励磁支路之间都是相互独立的，当直流电源的某部分电源输出端子和电机中的电刷、连接线出现故障时，其他部分依然可以正常工作，并且由于非故障部分的励磁绕组单元所激励磁场主要作用于相对应的电刷所连接的电枢绕组支路，不仅能够进一步保证输出较大的输出转矩，而且避免出现传统的直流电机因为故障而产生的突然失控现象，进一步提高了系统的可靠性和安全性。另外，由于每对电刷所构成的电枢支路和每个励磁绕组单元所构成的励磁支路都是相互独立的而且每个电枢支路与每个励磁支路之间都是相互独立的，因此对于额定输入电流很大的电机，只要m足够大，每条支路的工作电流或者每对电源输出端子的输出电流就会相对应的减小，当直流电源为斩波器或整流电源时，功率开关管可以不需要采用功率模块或并联均流技术，从而降低成本；当直流电源为电池时，减少电池内部的并联支路数，减小多个电池单体并联后产生的电池均衡问题，也减小由于筛选电池单体的一致性而产生的费用，并且减小电池由于并联引起的整体性能衰减，提高电池的能量密度、功率、性能、耐久性和安全性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (19)

  1. 一种直流电机，与至少一个直流电源相连接，其特征在于，包括：
    机壳；
    m对电刷，固定在所述机壳内；
    定子，设置在所述机壳内，包含与m对所述电刷相对应的m对主磁极并且包含n个励磁绕组部；以及
    转子，设置在所述定子内，包含采用预定的联结方式进行相互联结的多个电枢绕组，
    其中，每一对所述主磁极含有S极性主磁极和N极性主磁极，
    相邻的2个所述主磁极的极性不同，
    每一对所述电刷中的2个所述电刷的位置相邻，
    每一对所述电刷含有一个与S极性主磁极相对应的S极对应电刷和一个与N极性主磁极相对应的N极对应电刷，
    每一个所述励磁绕组部含有m个励磁绕组单元，该m个励磁绕组单元与m对所述主磁极分别相对应，
    每一个所述励磁绕组单元通过由包裹有绝缘层的金属线构成的绝缘导体条在相对应的一对所述主磁极上分别制成励磁线圈而形成，
    所述m为不小于2的正整数，所述n为1或2。
  2. 根据权利要求1所述的直流电机，其特征在于：
    其中，所述直流电机与由至少一个所述直流电源所形成的m对电源输出端子相连接，
    当所述n为1时，每个所述励磁绕组单元中的所述绝缘导体条具有一端和另一端，
    所有所述绝缘导体条的m个所述一端与所有所述电刷中的m个所述S极对应电刷电气连接；或者，所有所述绝缘导体条的m个所述一端与所有所述电刷中的m个所述N极对应电刷电气连接，
    所有所述绝缘导体条的m个所述另一端形成m个第一接线端，
    未与m个所述一端相连接的m个所述电刷的引出端形成m个第二接线端，
    m个所述第一接线端与m个所述第二接线端分别相对应地形成m对外部接线端子，
    m对所述外部接线端子用于与m对所述电源输出端子一一对应连接。
  3. 根据权利要求1所述的直流电机，其特征在于：
    其中，所述直流电机与由至少一个所述直流电源所形成的m对电源输出端子相连接，
    当所述n为1时，每个所述励磁绕组单元中的所述绝缘导体条具有一端和另一端，
    所有所述绝缘导体条的m个所述一端与所有所述电刷中的m个所述S极对应电刷电气连接形成m个第一接线端，同时，所有所述绝缘导体条的m个所述另一端与所有所述电刷中的m个所述N极对应电刷电气连接形成m个第二接线端；或者，所有所述绝缘导体条的m个所述一端与所有所述电刷中的m个所述N极对应电刷电气连接形成m个第一接线端，同时，所有所述绝缘导体条的m个所述另一端与所有所述电刷中的m个所述S极对应电刷电气连接形成m个第二接线端，
    m个所述第一接线端与m个所述第二接线端分别相对应地形成m对外部接线端子，
    m对所述外部接线端子用于与m对所述电源输出端子一一对应连接。
  4. 根据权利要求2或3所述的直流电机，其特征在于：
    其中，各个所述主磁极上的所述励磁线圈的匝数相同，
    每一对所述主磁极与相对应的一对所述电刷的空间位置相对应。
  5. 根据权利要求1所述的直流电机，其特征在于：
    其中，所述直流电机与由至少一个所述直流电源所形成的m对电源输出端子相连接，
    当所述n为2时，所述定子包含一个串励磁绕组部和一个并励磁绕组部，
    所述串励磁绕组部含有m个串励磁绕组单元，
    所述并励磁绕组部含有m个并励磁绕组单元，
    每一个所述串励磁绕组单元通过所述绝缘导体条制成串励磁线圈而形成，
    每一个所述并励磁绕组单元通过所述绝缘导体条制成并励磁线圈而形成，
    每个所述串励磁绕组单元中的所述绝缘导体条具有串励一端和串励另一端，
    每个所述并励磁绕组单元中的所述绝缘导体条具有并励一端和并励另一端，
    所有所述串励磁绕组单元的所述绝缘导体条的m个所述串励一端与所有所述电刷中的m个所述S极对应电刷电气连接；或者，所有所述串励磁绕组单元的所述绝缘导体条的m个所述串励一端与所有所述电刷中的m个所述N极对应电刷电气连接，
    所有所述串励磁绕组单元的所述绝缘导体条的m个所述串励另一端形成m个第一接线端，
    未与m个所述串励一端相连接的m个所述电刷的引出端形成m个第二接线端，
    m个所述第一接线端与m个所述第二接线端分别相对应地形成m对外部接线端子，
    m对所述外部接线端子用于与m对所述电源输出端子一一对应连接，
    所有所述并励磁绕组单元中的所述绝缘导体条的m个所述并励一端与m个所述第一接线端一一对应连接，同时，所有所述并励磁绕组单元中的所述绝缘导体条的m个所述并励另一端与m个所述第二接线端一一对应连接；或者，所有所述并励磁绕组单元中的所述绝缘导体条的m个所述并励另一端与m个所述第一接线端一一对应连接，同时，所有所述并励磁绕组单元中的所述绝缘导体条的m个所述并励一端与m个所述第二接线端一一对应连接。
  6. 根据权利要求1所述的直流电机，其特征在于：
    其中，所述直流电机与由至少一个所述直流电源所形成的m对电源输出端子相连接，
    当所述n为2时，所述定子包含一个串励磁绕组部和一个并励磁绕组部，
    所述串励磁绕组部含有m个串励磁绕组单元，
    所述并励磁绕组部含有m个并励磁绕组单元，
    每一个所述串励磁绕组单元通过所述绝缘导体条制成串励磁线圈而形成，
    每一个所述并励磁绕组单元通过所述绝缘导体条制成并励磁线圈而形成，
    每个所述串励磁绕组单元中的所述绝缘导体条具有串励一端和串励另一端，
    每个所述并励磁绕组单元中的所述绝缘导体条具有并励一端和并励另一端，
    所有所述并励磁绕组单元中的所述绝缘导体条的m个所述并励一端与所有所述电刷中的m个所述S极对应电刷电气连接形成m个第一电气连接点，同时，所有所述并励磁绕组单元中的所述绝缘导体条的m个所述另一端与所有所述电刷中的m个所述N极对应电刷电气连接形成m个第二电气连接点；或者，所有所述并励磁绕组单元中的所述绝缘导体条的m个所述并励另一端与所有所述电刷中的m个所述S极对应电刷电气连接形成m个第一电气连接点，同时，所有所述并励磁绕组单元中的所述绝缘导体条的m个所述一端与所有所述电刷中的m个所述N极对应电刷电气连接形成m个第二电气连接点，
    所有所述串励磁绕组单元中的所述绝缘导体条的m个所述串励一端与m个所述第一电气连接点分别相对应连接，同时，所有所述串励磁绕组单元中的所述绝缘导体条的m个所述串励另一端形成m个第一接线端；或者，所有所述串励磁绕组单元中的所述绝缘导体条的m个所述串励另一端与m个所述第一电气连接点分别相对应连接，同时，所有所述串励磁绕组单元中的所述绝缘导体条的m个所述串励一端形成m个第一接线端，
    m个所述第二电气连接点形成m个第二接线端，
    m个所述第一接线端与m个所述第二接线端分别相对应地形成m对外部接线端子，
    m对所述外部接线端子用于与m对所述电源输出端子一一对应连接。
  7. 根据权利要求5或6所述的直流电机，其特征在于：
    其中，各个所述主磁极上的所述串励磁绕组单元中的所述串励磁线圈的匝数相同，
    各个所述主磁极上的所述并励磁绕组单元中的所述并励磁线圈的匝数相同，
    每一个所述主磁极上的所述串励磁线圈和所述并励磁线圈的电流环绕方向相同，
    每一对所述主磁极与相对应的一对所述电刷的空间位置相对应。
  8. 根据权利要求5或6所述的直流电机，其特征在于：
    其中，在每个所述串励磁绕组单元中，2个所述串励磁线圈的连接关系是串联和并联中的任意一种，
    各个所述串励磁绕组单元中的2个所述串励磁线圈的连接关系相同，
    在每个所述并励磁绕组单元中，2个所述并励磁线圈的连接关系是串联和并联中的任意一种，
    各个所述并励磁绕组单元中的2个所述并励磁线圈的连接关系相同。
  9. 根据权利要求2、3、5或6所述的直流电机，其特征在于：
    其中，所述直流电源的数量为1个，m对所述电源输出端子分别为所述直流电源的m路电源输出支路上的接线端。
  10. 根据权利要求2、3、5或6所述的直流电机，其特征在于：
    其中，所述直流电源的数量为m个，m对所述电源输出端子分别为m个所述直流电源的接线端。
  11. 根据权利要求1所述的直流电机，其特征在于：
    其中，所述直流电源包括至少一个第一直流电源和至少一个第二直流电源，
    所述直流电机与由至少一个第一直流电源所形成的m对第一电源输出端子和由至少一个第二直流电源所形成的m对第二电源输出端子相连接，
    当所述n为1时，每个所述励磁绕组单元中的所述绝缘导体条具有一端和另一端，
    每对所述电刷的两个引出端分别形成第一电枢接线端和第二电枢接线端，
    所有所述电刷的m个所述第一电枢接线端与m个所述第二电枢接线端分别相对应地形成m对电枢外部接线端子，
    m对所述电枢外部接线端子用于与m对所述第一电源输出端子一一对应连接，
    所有所述绝缘导体条的m个所述一端形成m个第一励磁接线端，所有所述绝缘导体条的m个所述另一端形成m个第二励磁接线端，
    m个所述第一励磁接线端与m个所述第二励磁接线端分别相对应地形成m对励磁外部接线端子，
    m对所述励磁外部接线端子用于与m对所述第二电源输出端子一一对应连接。
  12. 根据权利要求11所述的直流电机，其特征在于：
    其中，所述第一直流电源的数量为1个，m对所述第一电源输出端子分别为所述第一直流电源的m路电源输出支路上的接线端；或者，
    所述第一直流电源的数量为m个，m对所述第一电源输出端子分别为m个所述第一直流电源的接线端。
  13. 根据权利要求11所述的直流电机，其特征在于：
    其中，所述第二直流电源的数量为1个，m对所述第二电源输出端子分别为所述第二直流电源的m路电源输出支路上的接线端；或者，
    所述第二直流电源的数量为m个，m对所述第二电源输出端子分别为m个所述第二直流电源的接线端。
  14. 根据权利要求11所述的直流电机，其特征在于：
    其中，各个所述主磁极上的所述励磁线圈的匝数相同。
  15. 根据权利要求2、3或11所述的直流电机，其特征在于：
    其中，在每个所述励磁绕组单元中，2个所述励磁线圈的连接关系是串联和并联中的任意一种，
    各个所述励磁绕组单元中的2个所述励磁线圈的连接关系相同。
  16. 根据权利要求1所述的直流电机，其特征在于：
    其中，每个电刷包含一个电刷本体或至少两个沿电机轴向布置并在电气上并联的分开成形的电刷本体。
  17. 根据权利要求1所述的直流电机，其特征在于：
    其中，所述绝缘导体条为漆包线和绝缘铜导条中的任意一种。
  18. 根据权利要求1所述的直流电机，其特征在于：
    其中，所述预定的联结方式是单叠、复叠和复波中的任意一种。
  19. 根据权利要求1所述的直流电机，其特征在于：
    其中，所述直流电源为斩波器、电池和整流电源中的任意一种。
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