CN1902807B - 具有整流子转子的电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机，它具有至少四个在定子(11)中的励磁极并具有一个整流子转子(13)，它在圆周上具有许多槽(N1-N6)和极齿(Z1-Z6)，它们多于励磁极的数量并且具有两倍数量的整流子片(L)，它们通过至少两个碳刷(B1，B2)为线圈(S1-S6)供电，这些线圈分别缠绕在一个极齿上，其中触桥(K)使分别相互对置的整流子片(L)相互连接。为了改善线圈在转子(13)上的整流以及形成转矩规定，对于一个偶数的槽、极齿和线圈从设置在相邻极齿(Z1，Z2)上的线圈(S1，S2)分别使一个线圈(S1)的始端和末端直接连在相邻的整流子片(L1，L12)上并且使另一线圈(S2)的始端和末端通过一个触桥(K)连在相邻的整流子片(L12，L11)。

Description

具有整流子转子的电机 

技术领域

本发明涉及一种电机，它具有至少四个在定子中的励磁极并具有一个整流子转子。 

背景技术

由文献DE 19757279C1已知，对于一个四极电机使用一个具有十二个整流子片和十二个连接在其上的线圈的整流子转子，用于实现微小的转矩波动性和良好的整流。在此相互直径方向对置的整流子片通过触桥相互连接，用于对称地构成转子供电并且只通过一个碳刷对保证。所述触桥在缠绕线圈时制成，方式是首先从一个整流子片开始缠绕线圈并接着在相邻的整流子片上通过线圈导线敷设到对置的整流子片的触桥，用于从那里开始交替地建立另一线圈和触桥。在此转子线圈成对地在对置的侧面上通过两个所谓的飞翼(Flyern)制成并且接着使触桥通过转子旋转180°构成。对这种电机中尤其对于小的结构尺寸相当费事地将许多线圈缠绕到转子的槽里面。此外在三个极齿上缠绕的线圈在绕组端部上交叉，这导致绕组端部大的放电。此外由于在三个槽上大的绕距产生长的绕组端部连接，它们不仅费材料而且导致高的热损。 

由文献US-PS 4,532,449还已知一种具有整流子转子的电机，其中转子线圈的数量只有整流子片数量的一半。在那里五个线圈由一个碳刷对通过十个整流子片供电。在此线圈作为单齿绕组缠绕，方式是分别从一个线圈到下一线圈越过一个极齿实现。线圈的始端和末端分别与整流子片接通，在其间各空出一个整流子片。这些空出的整流子片为了对线圈供电通过触桥与其对置的整流子片连接，对置的整流子片与线圈连接。这个解决方案的缺陷是，在两个以90°相互错开的碳刷的条件下在时间上错开地进行整流过程，由此使整流的线圈产生单侧径向作用的力，它们可能导致形成噪声以及转子轴承单侧负载及相应较大轴承磨损。此外由于整流子片应力增加在以十个整流子片代替十二个整流子片时产生增强的碳刷烧损，它可能对于整流子的使用寿命并由此对电机的使用寿命产生不利地影响。 

类似的电机由US-PS 4,876,472公开，其中卷绕了五个单个齿绕组，方式是分别由一个线圈向下一个线圈通过触桥越过两个极齿。五个线圈的始端和末端在此直接连到相邻的整流子片上。为此需要十个整流子片，缺点是在此整流过程在两个彼此错开90°的碳刷的情况下也也在时间上依次进行。

以上方案致力于，对于转子线圈数量只是整流子片数量一半的电机改善整流并且可以使它们以小的结构尺寸没有在绕组端部上的线圈交叉地制成。 

发明内容

本发明提出一种电机，其具有至少四个在定子中的励磁极并具有整流子转子，它在圆周上具有多于励磁极数量的槽和极齿，电机还具有多个整流子片，它们两倍于极齿的数量，并且电机具有至少一对位置固定的碳刷，它们以励磁极的一个极距相互错开地与整流子片共同起作用，用于为线圈供电，这些线圈分别缠绕在极齿之一上，其中分别使直径方向对置的整流子片通过触桥相互连接，整流子转子有偶数的槽、极齿和线圈，从设置在相邻极齿上的线圈中分别使一个线圈的始端和末端直接连在相邻的整流子片上并且使另一线圈的始端通过所述触桥之一而末端直接地或者反过来地连在相邻的整流子片上。其具有以下优点，通过新的线圈对于整流子片的布置使线圈一方面作为单齿线圈具有一个微小的轴向绕组端部长度和放电，另一方面连同触桥实现更好的整流并由此实现更长的使用寿命。 

关于形成高转矩方面如下在线圈中得到一个特别有利的通量分布，在一个旋转方向上看去相邻的线圈通过其始端和末端敷设在在另一旋转方向上看去相邻的整流子片上。在此适宜地是，使相邻线圈的始端和末端交替地直接或间接地通过一个触桥敷设在相邻的整流子片上。此外对于通过缠绕自动机制造线圈有利的是，使所述设置在相邻极齿上的线圈分别直接或间接地通过一个触桥相互串联地构成。在此适宜地是使所述相邻线圈交替地直接或者通过触桥相互串联地连通。在此以特别简单的方式使所有的线圈和触桥连续地通过一个线圈导线制成，其中适宜地通过缠绕自动机交替地连续缠绕线圈和触桥。 

为了使触桥尽可能有秩序地敷设在线圈的绕组端部，建议，至少 一部分触桥、最好所有的触桥离开转子的整流子侧通过其槽敷设到背离整流子的一侧上。在此为了不会由于安置在那里的轴承损伤在转子背面上的触桥，适宜地使触桥以转子的至少一个极齿并且最多两个相邻的极齿导引。为了使线圈始端和末端尽可能有秩序地在整流子的相应整流子片上导引，还建议，每两个圈的始端和末端从整流子侧通过相邻槽敷设到转子背面上。在此对于所有线圈和触桥的绕线线路图以有利的方式构成，使所有线圈和触桥可通过一个所谓的飞翼或一个所谓的针缠绕在转子上。 

附图说明

下面借助于附图举例详细描述本发明。附图中： 

图1以正视图示出一个按照本发明的电机， 

图2以放大图示出一个具有图1电机转子的第一实施例，在六个极齿上具有六个线圈和一个具有十二个整流子片的整流子和两个碳刷， 

图3示出用于图2转子的绕线图， 

图4示出图2转子的第二实施例，但是具有不同布线的线圈， 

图5示出相应的绕线图， 

图6作为第三实施例示出一个用于按照图2的转子的六个线圈的三个分绕线图，具有另一布线变型方案。 

具体实施方式

在图1中以一个正视图作为电机示出一个永久励磁的四极直流电机并且以10表示。这种电机优选在汽车中用于伺服驱动和类似驱动并且必需在高负荷下尽可能在汽车的整个使用寿命上可靠地工作。相应地必需使其结构尽可能地结实。所述电机10具有一个四极定子11，它通过一个工作气隙12与一个整流子转子13、下面称为转子共同起作用。所述转子13由一个叠片组14组成，它固定在一个两端支承的转子轴15上。在叠片组14的圆周上设置六个均匀分布的极齿Z，在其间分别构成用于容纳六个线圈S的槽N。所述线圈S作为单齿线圈分别围绕一个极齿Z通过缠绕自动机制成。在此线圈S以特殊的方式通过一个放置在转子轴15上的叠片组14背面上的整流子连接。 

图2在本发明的第一实施例中以放大图从背面示出转子13。在那里设置一个具有均匀分布的十二个整流子片L的整流子16，整流子片与两个位置固定的碳刷B1和B2共同起作用。所述碳刷以90°相互错置并且为了使电机运行供给直流电。为了对于一个四极电机对称地设计转子供电并且保证只具有一个碳刷对，使相互间在直径上对置的整流子16的整流子片L分别通过独立的触桥K相互连接。在那里六个线圈以S1至S6表示，六个极齿以Z1至Z6表示，六个槽以N1至N6表示。 

对于转子通过六个线圈N的一个有利的磁势偶数的线圈数是重要的；因为由于分别相互对置的线圈S同时整流使由于整流引起的在对置的极齿Z上的径向力分量相加为零。此外为了在转子圆周上实现尽可能高的转矩所述线圈S与整流子片L的连接是重要的。在此规定，由设置在相邻极齿Z上的线圈S分别使一个线圈S的始端和末端直接 连接在相邻的整流子片L上并且使另一线圈S的始端和末端通过一个触桥K连接在相邻的整流子片L上。此外设置在相邻极齿Z上的线圈S分别交替地直接或者间接地通过一个触桥K相互串联连接。 

此外对于形成尽可能强大的转子转矩重要的是，在一个旋转方向上看去相邻的线圈S通过其始端和末端分别敷设在另一旋转方向上看去相邻的整流子片L上。这一点对于所有三个实施例都是一致的，其中相邻的线圈S交替地直接和间接地通过一个触桥K相互连接。 

为了详细描述通过整流子16的线圈布线，图3示出用于图2的转子13线圈S1至S6的绕线图。为了描述按照图3的绕线图还使用绕线表1，为了自动地产生六个线圈S1至S6和六个触桥K1至K6和其在整流子16的整流子片L1至L12上的接触可以将该表输入到一个自动缠绕机的控制器里面。 

绕线表1 

  

S/K	整流子片		槽	圈数	槽		整流子片
								S1	1	>	1	42	6	>	12
K1	12	>				>	6
								S2	6	>	1	42	2	>	11
K2	11	>				>	5
								S3	5	>	3	42	2	>	4
K3	4	>				>	10
								S4	10	>	3	42	4	>	3
K4	3	>				>	9
								S5	9	>	5	42	4	>	8
K5	8	>				>	2
								S6	2	>	5	42	6	>	7
K6	7	>				>	1

由绕线表1可以看出，所有六个线圈S和触桥K连续地由一个线圈导线制成。此外可以看出，在那里线圈S和触桥K交替地连续缠绕。下面详细描述：

以在图2和3中的线圈S1开始使绕组导线17首先固定在整流子片L1上，然后使线圈S1的始端通过槽N1敷设，然后围绕极齿Z1缠绕42圈，然后使线圈末端通过槽N6固定在整流子片L12上。接着不中断线圈导线地使第一触桥K1从整流子片L12敷设到整流子片L6。从那里使线圈S2的始端通过槽N1敷设，线圈S2以42圈围绕极齿Z2缠绕并且使末端通过槽2导引到整流子片L11。接着从那里使触桥K2从整流子片11敷设到整流子片L5。然后从那里使线圈S3的始端通过槽N3敷设，该线圈以42圈围绕极齿Z3缠绕并且使末端通过槽N2敷设到片L4。然后使触桥K3从片L4衔接到片L10。接着使线圈S4的始端从片10通过槽N3敷设，该线圈以42圈围绕极齿Z4缠绕并且使末端通过槽N4敷设到片L3。然后使触桥K4从片L3衔接到片L9。从那里使线圈S5的始端通过槽N5敷设，该线圈以42圈缠绕到极齿Z5上并且使线圈末端通过槽N4敷设到片L8。现在使触桥K5从片L8衔接到片L2。接着使线圈S6通过其始端从片L2通过槽N5敷设，以42圈缠绕到极齿Z6上并且使末端通过槽N6敷设到片L7。最后还使触桥K6从片7敷设到片1。在这里使绕组导线最后断开。为了更加清晰在图3中使槽N以及片L连续编号。 

在按照图2的转子的整流子16上也可以使触桥K独立地制成并且分别通过相互对置的整流子片布线。在这种情况下也使六个线圈S单个地、成对地和成三个地同时制成并且与其整流子片L接通。所述绕线表2对于这种情况示出相应的对于一个缠绕自动机的步骤顺序： 

绕线表2 

  

S/K	整流子片		槽	圈数	槽		整流子片
								S1	1	>	1	42	6	>	12
S2	6	>	1	42	2	>	11
								S3	5	>	3	42	2	>	4
S4	10	>	3	42	4	>	3
								S5	9	>	5	42	4	>	8
S6	2	>	5	42	6	>	7

[0028] 在那里线圈S1的始端从整流子片L1通过槽N1以42圈围绕极齿Z1缠绕并且使末端通过槽6敷设到整流子片L12上，在那里绕组导线17被剪断。然后使线圈S2的始端从整流子片L6通过槽N1敷设，该线圈以42圈缠绕到极齿Z2上并且使末端通过槽N2敷设到整流子片Ll1上。所述线圈S3的始端现在从整流子片L5通过槽N3敷设，该线圈以42圈缠绕到极齿Z3上并且使末端通过槽N2敷设到片L4上。所述线圈S4的始端从片10通过槽N3敷设，该线圈以42圈围绕极齿Z4缠绕并且使末端通过槽N4敷设到片L3上。所述线圈S5的始端从片L9通过槽N5敷设，该线圈以42圈围绕极齿Z5缠绕并且使末端通过槽N4敷设到片L8上。最后还要使线圈S6通过其始端从片L2通过槽N5敷设，以42圈围绕极齿Z6缠绕并且使末端通过槽N6敷设到片L7。所述线圈S1，S3和S5以及线圈S2，S4，S6也可以分别同时通过一个相应的缠绕自动机制成，因为其通过其附属的片的布线分别与图2和3所示的是相同的。 

在图4中作为第二实施例示出相同的转子，其具有六个极齿Z13、六个线圈S和十二个在整流子16上的整流子片L，但是其中线圈S以另一顺序通过整流子片L布线。这一点通过在图5中所示的绕线图可以看出，它借助于绕线表3对于图4和5的六个线圈S和触桥K详细描述。所有线圈S1至S6和触桥K1至K6能够按照这个绕线表由一个缠绕自动机连续地制成。在此如下进行：

绕线表3 

  

S/K	整流子片		槽	圈数	槽		整流子片
								S1	1	>	6	42	1	>	12
K1	12	>				>	6
								S2	6	>	2	42	1	>	11
K2	11	>				>	5
								S3	5	>	2	42	3	>	4
K3	4	>				>	10
								S4	10	>	4	42	3	>	3
K4	3	>				>	9
								S5	9	>	4	42	5	>	8
K5	8	>				>	2
								S6	2	>	6	42	5	>	7
K6	7	>				>	1

首先将绕组导线17固定在整流子片1上然后使线圈S1始端由整流子片L1通过槽N6敷设，该线圈以42圈缠绕到极齿Z1上并且使末端通过槽N1敷设到整流子片L12上。现在没有中断地使触桥K1从整流子片L12衔接到整流子片L6。然后使线圈S2以其始端从整流子片L6通过槽N2以42圈围绕极齿Z2缠绕并且使末端通过槽N1敷设到整流子片Ll1。接着使触桥K2从整流子片L11衔接到整流子片L5。然后使线圈S3的始端从整流子片L5通过槽N2敷设，该线圈以42圈缠绕到极齿Z3上并且使末端通过槽N3敷设到整流子片L4上。然后使触桥K3从整流子片L4敷设到整流子片L10。现在使线圈S4的始端从整流子片L10通过槽N4敷设，该线圈以42圈围绕极齿Z4缠绕并且使末端通过槽N3敷设到L3上。触桥K4从整流子片L3衔接到整流子片L9。然后使线圈S5以其始端从整流子片L9通过槽N4敷设，该线圈以42圈缠绕到极齿Z5上并且使末端通过槽N5敷设到整流子片L8。触桥K5从整流于片L8衔接到整流于片L2。现在使线圈S6以其始端从整流子片L2通过槽N6敷设，然后以42圈围绕极齿Z6缠绕并且使末端通过槽N5敷设到整流子片L7上。最后使触桥K6从整流子片L7衔接到整 流子片L1。由此完成转子绕组并且在整流子片L1上剪断绕组导线17。 

在图6中示出另一实施例用于使线圈S和触桥K布线在按照图2的转子13上。在此图6示出绕线图，它为了更加清晰分成段a，b和c。在此段a示出一个第一绕组列，它具有线圈S1和S2和触桥K1和K2。段b示出另一紧接着的绕组列，它具有线圈S3和S4以及触桥K3和K4。最后段c示出紧接着的最后的绕组列，它具有线圈S5和S6和触桥K5和K6。在那里可以看到，线圈始端和末端部分地、以及触桥K全部地离开整流子侧通过槽N敷设到转子13的背离整流子的侧面上。在此触桥K在转子的背面上分别绕过两个极齿Z环绕导引。在这个实施例中所有线圈S和触桥K也以一个绕组导线17通过缠绕自动机可连续缠绕地制成，现在借助于绕组表4描述。对应于按照图6的绕线图也将绕线表分成截段a，b和c。然后得到下列的步骤顺序： 

绕组表4 

  

S/K

整流    子片

槽

圈数

槽

槽

圈数

槽

圈数

槽

整流    子片

  

S1	1	>	6	42	1						>	12
													K1	12	>	6	1	4						>	6
S2	6	>	3	1/2	1	2	41	2	1/2	6	>	11
													K2	11	>	5	1	3						>	5
S3	5	>	2	42	3						>	4
													K3	4	>	2	1	6						>	10
S4	10	>	5	1/2	3	4	41	4	1/2	2	>	3
													K4	3	>	1	1	5						>	9
S5	9	>	4	42	5						>	8
													K5	8	>	4	1	2						>	2
S6	2	>	1	1/2	5	6	41	6	1/2	4	>	7
													K6	7	>	3	1	1						>	1

首先在绕线图的段a中使绕组导线17与整流子片L1接通并且使线圈S1的始端A敷设在槽N6里面，接着围绕极齿Z1缠绕42圈然后 使末端通过槽N1敷设到整流子片L12上。现在看触桥K1，它从整流子片L12通过槽6敷设到转子的背面并且从那里通过槽N4导引到整流子片L6。现在从整流子片L6使线圈S2以其始端通过槽N3导引到转子的背面并从那里导引到槽N1，然后通过槽N2在极齿Z2上缠绕41圈并最后使末端从槽N2通过转子背面敷设到槽N6并从那里接着敷设到整流子片Ll1。现在看触桥K2，它从整流子片Ll1通过槽N5导引到转子背面并且从那里越过两个极齿通过槽N3引回并敷设到整流子片L5。现在在绕线图的段b中从整流子片L5实现连续导引。从那里使线圈S3始端通过槽N2敷设并且使线圈以42圈围绕极齿Z3缠绕，其中末端通过槽N3敷设在整流子片L4上。接着是触桥K3，它从整流子片L4通过槽N2敷设到转子背面，从那里越过两个极齿Z通过槽N6引回然后敷设到整流子片L10上。接着看线圈S4，它以其始端从整流子片L10穿过槽N5并在转子背面导引到槽N3，然后通过槽N4以41圈围绕极齿Z4缠绕，然后使末端从槽N4在转子背面上导引到槽N2并最终敷设到整流子片L3上。下面看触桥K4，它从整流子片L3通过槽N1导引到转子背面，从那里越过两个极齿Z通过槽N5敷设到整流子片L9。现在看在绕线图第三截段c中的线圈S5，其中首先使始端从整流子片L9通过槽N4敷设，该线圈以42圈缠绕然后使末端通过槽N5敷设在整流子片L8上。从那里触桥K5从整流子片L8通过槽N4导引到转子背面并且从那里越过两个极齿Z通过槽N2敷设到整流子片L2。现在线圈S6的始端从整流子片2通过槽N1导引到转子背面并且从那里通过槽N5和N6以41圈围绕极齿Z6缠绕，其中末端从槽N6通过转子背面穿过槽N4敷设在整流子片L7上。最后还使触桥K6从整流子片L7通过槽N3导引到转子背面并从那里越过两个极齿Z通过槽N1再引回。绕组导线的末端E从那里再到达整流子片L1。 

对于按照图6的实施例的特性是，在那里不仅触桥K离开整流子侧面敷设到转子背面，而且以相同的方式也使每个两线圈的始端和末端分别通过相邻的槽敷设到背离整流子的转子侧面上。由此在整流子侧面上得到最佳的导线导引，方法是在那里绕组导线分别从整流子片以最短的路径导引到一个槽。 

本发明不局限于所示的实施例，因为线圈以不同的方式通过整流子的整流子片布线。因此也可以使线圈和触桥例如以相反的顺序由缠 绕自动机制成。触桥也可以在整流子上在需要的情况下独立地制成。此外可以适宜地使整流子16相对于转子13槽或多或少地在一个或另一方向上错开地固定在转子轴15上，由此在极齿Z1与整流子片缝隙之间在整流子片L1与整流子片L12之间产生一个或多或少的大错置角α，用于通过这种方式在加工工艺上实现在转子片与线圈之间的有利连接。在实施例中实现一个错置角α＝0°。因为触桥K分别使相互对置的整流子片L相互连接，触桥可以有选择地在一个或另一方向上在转子上环绕导引，如同在按照图3和5所示的实施例可以看到的那样。但是相应地对于按照图6的实施例敷设在转子背面上的触桥也有效。此外也能够使这个触桥不越过两个按照图6的极齿而是分别只越过一个极齿通过相邻的槽再引回到整流子侧面上。 

本发明也不局限于四极电机，因为以相同的方式也使八极和十二极电机配有一个整流子转子，其中从十二或十八个线圈分别使相邻的线圈交替地直接或通过一个触桥敷设到相邻整流子片上。

Claims (14)

1.电机，其具有至少四个在定子(11)中的励磁极并具有整流子转子(13)，所述整流子转子在圆周上具有多于励磁极数量的槽(N)和极齿(Z)，电机还具有多个整流子片(L)，它们两倍于极齿的数量，并且电机具有至少一对位置固定的碳刷(B)，它们以励磁极的一个极距相互错开地与整流子片共同起作用，用于为线圈(S)供电，这些线圈分别缠绕在极齿之一上，其中分别使直径方向对置的整流子片通过触桥(K)相互连接，其特征在于，整流子转子(13)有偶数的槽(N)、极齿(Z)和线圈(S)，从设置在相邻极齿(Z1，Z2)上的线圈(S1，S2)中分别使一个线圈(S1)的始端和末端直接连在相邻的整流子片(L1，L12)上并且使另一线圈(S2)的始端通过所述触桥(K1-K6)之一而末端直接地或者反过来地连在相邻的整流子片(L12，L11或L6，L5)上。

2.如权利要求1所述的电机，其特征在于，第一线圈的始端和末端所在的整流子片对与同该第一线圈在一个旋转方向上相邻的线圈的始端和末端所在的另一整流子片对在另一旋转方向上相邻。

3.如权利要求2所述的电机，其特征在于，所述相邻线圈(S1，S2)的始端和末端交替地直接或间接地通过触桥(K1)敷设在相邻的整流子片(L1，L12；L12，L11)上。

4.如权利要求1至3中任一项所述的电机，其特征在于，所述设置在相邻极齿(Z1，Z2)上的线圈(S1，S2)分别直接或间接地通过触桥(K)相互串联地接通。

5.如权利要求4所述的电机，其特征在于，所述相邻线圈(S1，S2)交替地直接或者通过触桥(K1)相互串联地接通。

6.如权利要求5所述的电机，其特征在于，所有的线圈(S)和触桥(K)连续地通过线圈导线(17)制成。

7.如权利要求6所述的电机，其特征在于，所述线圈(S)和触桥(K)交替地连续缠绕。

8.如权利要求6或7所述的电机，其特征在于，至少一部分触桥(K)从转子(13)的整流子侧通过其槽(N)敷设到背离整流子(16)的转子(15)一侧上。

9.如权利要求8所述的电机，其特征在于，所述敷设到背离整流子(16)的转子(13)侧的触桥(K)在转子(13)的至少一个极齿(Z)并且以最多两个极齿(Z)上导引。

10.如权利要求6所述的电机，其特征在于，所述相应的另一线圈(S2)的始端和末端从整流子侧通过相邻槽(N)敷设到背离整流子(16)的转子侧上。

11.如权利要求6所述的电机，其特征在于，所有线圈(S)和触桥(K)通过缠绕自动机缠绕在转子(13)上。

12.如权利要求6所述的电机，其特征在于，所有的六个线圈(S)和触桥(K)连续地通过线圈导线(17)制成。

13.如权利要求8所述的电机，其特征在于，所有的触桥从转子(13)的整流子侧通过其槽(N)敷设到背离整流子(16)的转子(15)一侧上。

14.如权利要求6所述的电机，其特征在于，所有线圈(S)和触桥(K)通过所谓的飞翼或针缠绕在转子(13)上。

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