专利名称：一种电机的制作方法
技术领域：
本发明电机领域，尤其涉及使用换向器和碳刷的多极电机，所述多极电机是指具 有四个或者四个以上磁极的电机。
背景技术：
有刷电机通常包括定子和转子，定子包括若干磁极和若干碳刷，转子包括转轴、换 向器和绕组等，碳刷与换向器摩擦接触从而给绕组供电。碳刷的数量通常随着磁极数的增 加而增加，例如，两个磁极的电机通常具有两根碳刷，四个磁极的电机通常具有四根碳刷。 如图8所示的电机中，定子具有4个磁极和4根碳刷201’ 204’。碳刷数量增加，既增加 了电机的成本，又增加了电机的体积。减少碳刷数量的一种方法是在电机转子上采用波绕组。但是，波绕组要求电机转 子的槽数、换向器的换向片数量都是奇数，且槽数、换向片数量都不能等于磁极数的整数 倍，从而限制了绕波绕的使用范围。此外，转子的槽数为奇数且换向器具有奇数个换向片的 电机只能使用单飞叉的绕线工艺，绕线效率低，从而导致电机的制造成本增加。减少碳刷数量的另一种方法是在换向器上采用均压线，均压线用于短路换向器的 两个或者多个换向片，从而减少了碳刷的数量。但是，加设均压线会提高换向器的成本，且 容易干涉转子绕组与换向片的连接。因此，亟需一种换向片数为偶数、定子具有四个以上的磁极并使用两根碳刷的电 机。
发明内容
本发明提供的电机包括定子和转子，所述定子包括2P个磁极，P为大于1的整数； 所述转子包括转轴、固定到转轴的转子铁芯和换向器，所述换向器具有m个换向片，m是大 于P的偶数 每两个相邻的换向片都通过至少一个绕组实现电连接，其中一部分绕组每个 绕组包括P个串联的线圈，每个线圈的两端都直接连接到对应的换向片；所述定子包括两 根碳刷与所述换向器摩擦接触，所述转子的绕组共形成两个并联支路与所述两根碳刷电连 接。本发明的一种改进是:m等于P的整数倍；所述定子铁芯具有η个齿，η是大于P的 整数且η等于P的整数倍。本发明的一种改进是所述m个换向片沿换向器周向依次表示为Z1 Zm，连接换 向片Zn^n Z1的绕组具有一个线圈；对于两个相邻的换向片Zx和Zx+1，其中1彡χ < X+1彡m， 若χ等于m/p的整数倍，则连接换向片Zx和Zx+1的绕组包括P+1个串联的线圈；否则，连接 换向片Zx和Zx+1的绕组包括P个串联的线圈。本发明的一种改进是所述m个换向片沿换向器周向依次表示为Z1 Zm ；若连接 所述换向片Zx与Zx+1的绕组还连接到换向片Zy，则X与y满足ι X-y |等于m/P的整数倍或 者|(x+l)_y|等于m/P的整数倍；沿着换向器的同一个圆周方向，从换向片Zx到换向片Zy跨越的换向片数量，不等于从换向片Zy到换向片Zx+1跨越的换向片数量。本发明的一种改进是P = 2，m = 36，η = 18 ；或者P = 2，m = 52，η = 26 ；或者 P = 3，m = 54，η = 27。本发明的实施例的有益效果是本发明的多极电机具有偶数个换向片，能够使用 高效的绕线工艺例如双飞叉绕线工艺；此外，该电机使用的碳刷数量小于电机磁极的数量， 降低了电机的成本。为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细 说明与附图，然而所附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图中图1是本发明一个实施例的通用电机的示意图；图2是图1所示电机卸下盖板后的平面示意图；图3是图1所示电机的绕组的绕线示意图；图4是图3所示绕组的连接关系示意图；图5是图4所示电机的绕组的电路关系示意图；图6是本发明另一个实施例的绕组的连接关系示意图；图7是本发明再一个实施例的绕组的连接关系示意图；图8是现有的一种通用电机的示意图。
具体实施例方式下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式
详细描述，将使本发明的技术方案 及其他有益效果显而易见。本发明提供的电机包括定子和转子，定子具有四个或四个以上磁极，转子的换向 器的换向片数量是偶数。实施本发明，能减少碳刷的数量，能提高绕线效率。图1是本发明一个实施例的电机的示意图，图2是其卸下盖板后的平面示意图。 如图1和图2所示，该电机为单相串励电机，包括定子和转子，转子安装在定子内并能够相 对于定子转动。定子包括定子铁芯100以及安装到端部的两根碳刷201和202。定子铁芯 100包括定子轭部以及从定子轭部沿径向向内延伸的两个主凸极102和104、两个辅助凸极 101和103，主凸极和辅助凸极沿定子轭部周向交替分布并围绕在转子外围。主凸极102和 104上缠有励磁绕组，辅助凸极101和103上没有励磁绕组，一控制装置(图中未示出)控 制所述励磁绕组的接线端和所述电刷201和202的电连接端的电连接，并使得所述励磁绕 组通电后所述电机定子形成四个磁极。控制凸极上的励磁绕组来形成磁极的控制方法已为 业界所熟知，且不是本专利的重点，因此不在此作详细说明。电机的转子包括转轴301、固定到转轴301的转子铁芯和换向器302、缠绕于所述 转子铁芯上并连接到换向器的若干个绕组。本实施例中，转子铁芯具有18个齿，换向器302 具有36个连接片，齿数和连接片数量都是磁极对数的整数倍。图3是图1所示电机的绕线示意图。图3中，第一行表示两根碳刷201和202 ；第 二行表示换向器的36个换向片，这36个换向片沿换向器周向编号为Z1 Z36，换向片的编号标示在对应的换向片上方；第三行表示转子铁芯的18个齿，相邻的两个齿形成一个槽， 这18个齿共形成18个槽，这18个槽沿转子铁芯周向编号为S1 S18，槽的编号标示在对应 的槽中；第四行表示电机的4个磁极101 104。图4是图3所示的绕组的连接关系示意图。参考图3和图4，绕线在换向片Z1挂 钩后，跨绕槽S5和S1形成一个线圈，然后连接到换向片Z19，接着跨绕槽S14和Sltl形成另一 个线圈，随后返回到换向片Z2，而换向片Z2与换向片Z1相邻。换言之，换向片Z1和换向片 Z2通过一绕组实现电连接，该绕组包括两个串联的线圈，且这两个线圈还共同端接到换向 片Z19。换向片Z19与换向片Z1具有相同的磁场位置。本说明书中，两个换向片具有相同的 磁场位置，是指这两个换向片能够同时正对N极或者S极。本领域的技术人员已知道，对于 具有m个换向片和P个磁极的电机，每个磁极对应的换向片数量是m/2P，因为N极与S极 交替排列，因此，如果两个换向片Zx和Zy的编号差值的绝对值|y-x|等于m/P的整数倍，那 么，换向片Zx和Zy将具有相同的磁场位置。本实施例中，电机的磁极数是4，换向器具有 36个换向片，因此，编号差值的绝对值等于18(也就是36/2)的两个换向片具有相同的磁场 位置。类似地，换向片Z2与换向片Z3也通过一绕组实现电连接，该绕组包括两个串联的 线圈，一个线圈跨绕槽S6和Sltl (也就是跨绕4个齿)，另一个线圈跨绕槽S15和槽S1，这两个 线圈还共同端接到换向片Z2tl，而换向片Z2tl与换向片Z2具有相同的磁场位置。换向片Z36与换向片Z1相邻并通过一个绕组实现电连接，但是，该绕组仅仅包括一 个线圈，该线圈跨绕槽S5和S9，如图4所示。此外，换向片Z18与换向片Z19相邻并通过一个 绕组实现电连接，但是，该绕组包括3个线圈，第一个线圈端接换向片Z18和Z36，第二个线圈 端接换向片Z36和换向片Z1，第三个线圈端接换向片Z1和Z19。图3和图4所示的转子绕组的特点归纳如下对于定子包括2P个磁极、换向器具 有m(m为大于P的偶数)个换向片Z1 Zm的电机，连接换向片Zm和Z1的绕组具有一个线 圈；对于相邻的两个换向片Zx和Zx+1，其中1彡χ < x+1彡m，若χ等于m/p的整数倍，则连 接换向片厶和Zx+1的绕组具有P+1个串联的线圈；否则，连接换向片厶和Zx+1的绕组包括P 个串联的线圈。因此，对于该电机的m个绕组，其中一个绕组具有一个线圈，其中P-I个绕 组每个绕组包括P+1个串联的线圈，其他的m-P个绕组每个绕组包括P个串联的线圈。其 中，P是大于1的整数，m是大于P的偶数，m/p是整数。此外，每一个所述线圈跨绕的齿数都相同，设转子的铁芯具有η个齿，则每个线圈 跨绕的齿数q与极距η/2Ρ满足|q_n/2P| < 1，且属于同一个各个线圈具有相同的绕线方 向。本实施例中，一个磁极对应的齿数是4. 5 (也就是18/4)，因此，每个线圈可以跨绕4个 齿或者5个齿。本实施例是跨绕4个齿，以减少线圈的连接端的长度，减少线圈的耗铜量。再有，在图3和图4所示的绕组中，每一个所述线圈的两端都直接连接到对应的换 向片。若连接所述换向片厶与？㈣的绕组的线圈还连接到换向片Zy，其中，y兴χ且y兴x+1， 那么，|x_y|等于m/P的整数倍或者|x+l-y|等于m/P的整数倍，也就是说，换向片Zy与该 绕组其中一个末端所连接的换向片(Zx或者Zx+1)的编号差值等于m/P的整数倍。此外，沿 着换向器的同一个圆周方向，从换向片Zx到换向片Zy跨越的换向片数量，不等于从换向片 Zy到换向片Zx+1跨越的换向片数量。例如，连接换向片Z1和Z2的绕组还连接到换向片Z19， 而从换向片Z1经Z2到换向片Z19共跨越17个换向片(换向片Z2 Z18)，从换向片Z19经Z1到换向片Z2共跨越18个换向片(Z20 Z36 Z1)。另外，对于连续的3个换向片，例如换向片Zp Z2和Z3,串联换向片Z1与换向片Z2 的绕组的各个线圈的绕线方向与串联换向片Z2和Z3的绕组的绕线方向相反。图5是图1所示电机的绕组电路连接关系的示意图。图中小方柱表示换向片，换 向片旁边的数字表示换向片的序号，例如换向片旁边的序号1表示换向片Zp两个换向片 之间为线圈，线圈的标记标示在对应的线圈旁边。其中，带负号线圈标记例如表示线圈 是逆时针绕制的，而未带负号的线圈标记例如C1表示线圈是顺时针绕制的。例如，1号换向 片和2号换向片之间的绕组包括线圈C2和线圈C11,这两个线圈是顺时针绕制；而2号换向 片和3号换向片之间的线圈C_7和线圈C_16是逆时针绕制的。如图5所示，电机的m个绕组(共m ·Ρ个线圈)形成两个并联支路并分别连接到 碳刷201和202。本实施例的电机在换向时，碳刷201接触1号 3号换向片，从而短路了 线圈C2、线圈C11以及线圈C_16 ；而碳刷202接触10号 12号换向片，从而短路了线圈C2、 线圈C11以及线圈(_16。如果像现有电机那样使用4根碳刷，则会有更多的线圈被短路，从而 降低了电机的效率。下面结合图5和图8进行说明。参考图5和图8，如果像图8那样子使用4根碳刷，碳刷201’会短路1号 3号 换向片，而同极的碳刷203’会短路19号 21号换向片，从而比碳刷201多短路了一个线 圈(线圈C3)。类似地，碳刷202’及其同极碳刷204’比碳刷202多短路了一个线圈(线圈 C_12)。因此，实施本发明，还可以减少被短路的线圈数，从而提高了电机的效率。本实施例中，碳刷201和202形成的机械角度约等于90度，也就是相当于一个磁 极对应的角度(360度/4)。图6是本发明另一个实施例的绕组的连接关系示意图。该电机的定子具有4个磁 极(即2P = 4)和两个碳刷，转子铁芯具有26个齿(即n = 26)，换向器具有52个齿(即m =52)。如图6所示，该电机的绕组依然具有如下特点每个绕组的两端连接到对应的两个 换向片，将所述52个换向片沿换向器周向依次表示为Z1 Z52，连接换向片Z52和Z1的绕组 具有一个线圈；对于相邻的两个换向片Zx和Zx+1，其中1彡χ < x+1彡52，若χ等于m/P的 整数倍，则连接换向片厶和Zx+1的绕组包括P-I个串联的线圈；否则，连接换向片厶和Zx+1 的绕组包括P个串联的线圈。每一个所述线圈跨绕的齿数都相同，每一个所述线圈的两端 都直接连接到对应的换向片。图7是本发明再一个实施例的绕组的连接关系示意图。该电机的定子具有6个磁 极(即2P = 6)，转子铁芯具有27个齿(即η = 27)，换向器具有54个齿(即m = 54)。这 种电机的绕组同样具有上述的规律，也是只需要使用两根碳刷即可，节省了碳刷的数量。本领域的技术人员应当意识到，可以将本发明的原理应用到通用电机或者普通永 磁直流电机(PMDC)中。此外，两个相邻的换向片之间的绕组，可以采用单层绕法或者双层 绕法。对于m个换向片的电机，采用单层绕法则具有m个绕组共m · P个线圈，如果采用双 层绕法，则具有2m个绕组共2m · P个线圈。本发明的电机适用于食品搅拌器、榨汁机、吹风机、研磨机、洗衣机、吸尘器等应用 领域。
权利要求
一种电机，包括定子和转子，所述定子包括2P个磁极，P为大于1的整数；所述转子包括转轴、固定到转轴的转子铁芯和换向器，其特征在于所述换向器具有m个换向片，m是大于P的偶数；每两个相邻的换向片都通过至少一个绕组实现电连接，其中一部分绕组每个绕组包括P个串联的线圈，每个线圈的两端都直接连接到对应的换向片；所述定子包括两根碳刷与所述换向器摩擦接触，所述转子的绕组共形成两个并联支路与所述两根碳刷电连接。
2.如权利要求1所述的电机，其特征在于，m等于P的整数倍；所述定子铁芯具有η个 齿，η是大于P的整数且η等于P的整数倍。
3.如权利要求2所述的电机，其特征在于，所述m个换向片沿换向器周向依次表示为 Z1 Zm，连接换向片Zn^P Z1的绕组具有一个线圈；对于两个相邻的换向片Zx和zx+1，其中 1彡χ < X+1彡m，若X等于m/p的整数倍，则连接换向片Zx和Zx+1的绕组包括P+1个串联 的线圈；否则，连接换向片Zx和Zx+1的绕组包括P个串联的线圈。
4.如权利要求2所述的电机，其特征在于，所述m个换向片沿换向器周向依次表示为 Z1 Zm若连接所述换向片Zx与Zx+1的绕组还连接到换向片Zy，则χ与y满足I x-y |等于 m/P的整数倍或者I (x+l)_y|等于m/P的整数倍。
5.如权利要求4所述的电机，其特征在于，沿着换向器的同一个圆周方向，从换向片Zx 到换向片Zy跨越的换向片数量，不等于从换向片Zy到换向片Zx+1跨越的换向片数量。
6.如权利要求5所述的电机，其特征在于，所述定子包括定子铁芯，所述定子铁芯包括 定子轭部以及从定子轭部沿径向向内延伸的P个主凸极和P个辅助凸极，所述P个主凸极 和P个辅助凸极沿定子轭部周向交替分布并围绕在转子外围，所述P个主凸极上缠有励磁 绕组，所述励磁绕组通电后使所述电机定子形成所述2P个磁极。
7.如权利要求5所述的电机，其特征在于所述定子包括定子铁芯，所述定子铁芯包括 定子轭部以及从定子轭部沿径向向内延伸的2P个凸极，所述2P个凸极沿定子轭部周向分 布并围绕在转子外围，所述2P个凸极上缠有励磁绕组，所述励磁绕组通电后使所述电机定 子形成所述2P个磁极。
8.如权利要求1至7中任意一项所述的电机，其特征在于，属于同一个绕组的各个线圈 具有相同的绕线方向。
9.如权利要求8所述的电机，其特征在于，每个线圈的跨距q满足|q-n/2P|<1。
10.如权利要求8所述的电机，其特征在于，对于所述换向器中相邻的三个换向片Zx、 zx+1以及Zx+2，连接换向片Zx与zx+1的绕组的各个线圈的绕线方向与连接换向片zx+1与zx+2 的绕组的各个线圈的绕线方向相反。
11.如权利要求8所述的电机，其特征在于，换向器的换向片数量m等于转子铁芯的齿 数η的整数倍。
12.如权利要求11所述的电机，其特征在于P = 2，m = 36，η = 18 ；或者P = 2，m = 52，η = 26 ；或者P = 3，m = 54，η = 27。
13.如权利要求8所述的电机，其特征在于，所述两根碳刷形成的机械角度约等于180/Ρ度。
全文摘要
本发明涉及一种电机，包括定子和转子，所述定子包括2P个磁极，P为大于1的整数；所述转子包括转轴、固定到转轴的转子铁芯和换向器，所述换向器包括m个换向片，m是大于P的偶数；每两个相邻的换向片都通过至少一个绕组实现电连接，其中一部分绕组每个绕组包括P个串联的线圈，每个线圈的两端都直接连接到对应的换向片；所述定子包括两根碳刷与所述换向器摩擦接触，所述转子的绕组共形成两个并联支路与所述两根碳刷电连接。实施本发明，能够减少换向片数量为偶数的多极电机的碳刷数量，降低了电机的成本。本发明的一些实施例的电机还具有更高的效率。
文档编号H02K23/36GK101958624SQ200910108820
公开日2011年1月26日 申请日期2009年7月20日 优先权日2009年7月20日
发明者刘宝廷, 姜茂雄, 宋永强, 李越, 柴继东, 潘继成 申请人:德昌电机(深圳)有限公司