專利名稱：低成本電流勵(lì)磁電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低成本電流勵(lì)磁電機(jī)。
背景技術(shù)：
電流勵(lì)磁電機(jī)，尤其是串激電機(jī)，廣泛應(yīng)用于家用電器，如吸塵 器，攪拌機(jī)，吹風(fēng)筒等。電機(jī)功率大多在幾十至幾千瓦之間，單次工 作時(shí)間一般為幾分鐘至十幾分鐘。由于功率密度較大，家用電器的串 激電機(jī)采用了支架式端蓋，即繞組或部分繞組露在空氣中，以便于散 熱，甚至有些電機(jī)還帶有冷卻風(fēng)葉，對電機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。由于家用交流電源的限制，該類串激電機(jī)的工作電流一般小于20A。傳統(tǒng)的家 用電器串激電機(jī)無一例外地采用2極(單極對數(shù))定子結(jié)構(gòu)。其主要 的原因在于大家認(rèn)為 一是多極對數(shù)電機(jī)的換向比2極電機(jī)要差。由 于串激電才幾工作在110V/60Hz或者230V/50Hz下，通常家用串;敫電才幾 出于成本的考慮，改善換向的措施較少，其本身換向較差。多極對數(shù) 電機(jī)需要承受更
高的換向器片間電壓，換向更差。二是低成本電流勵(lì) 磁電機(jī)繞線困難。串激電機(jī)需要在定子的齒上繞線。對一對極串激電 機(jī)，在定子上只有2個(gè)齒，對p對極電機(jī)而言，則需要在px2個(gè)齒 上繞線，且每個(gè)齒相對較小，增加了繞線的困難。近來，由于原材料尤其是有色金屬的價(jià)格大幅上漲，串激電機(jī)的 成本不斷上升，迫使電機(jī)重新設(shè)計(jì)，以降低成本。
由于近些年對家用串激電機(jī)的要求越來越高，希望電機(jī)體積變小 并且功率增加。電機(jī)的功率密度趨于極限，其勵(lì)磁磁場在工作狀態(tài)甚 至空栽狀態(tài)都是飽和的。過度飽和的勵(lì)磁磁場使得家用串激電機(jī)采用多極對數(shù)定子成為可能。由于家用串激電機(jī)的勵(lì)磁磁場的飽和性，多極對數(shù)結(jié)構(gòu)可以采用降低導(dǎo)線用量的結(jié)構(gòu)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是向社會提供一種體積小，成本低的低成本電流 勵(lì)磁電機(jī)。本發(fā)明的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種低成本電流勵(lì)磁電機(jī)，包括轉(zhuǎn) 子、定子、換向結(jié)構(gòu)、前、后端蓋，其特征在于所述定子上有2x p(p^2)定子齒，定子齒上有定子繞組形成勵(lì)》茲磁極，定子芯片總長 與定子內(nèi)徑之比為小于等于1/V^;轉(zhuǎn)子齒數(shù)大于2 x p小于等于25。其中p為電機(jī)極對數(shù)。設(shè)電機(jī)定子沖芯的長度為a,定子芯片內(nèi) 圓直徑為d,當(dāng)電機(jī)端部相對越長，其改為多極對數(shù)結(jié)構(gòu)就越有利。 對原2極電機(jī)，其端部長度ml大致相當(dāng)于轉(zhuǎn)子外徑，也就是定子內(nèi)徑d，當(dāng)為p對;f及時(shí)，端部長度m2為原來的1/p,即m2約為ml/p。2才及線圈總長為nl x (2 x ml+2 x a); p才及線圈總長為n2 x (2 x m2+2xa)。其中m2=ml/p, ml-d,nl為單對極時(shí)線圈總圏數(shù)，n2為p對極 時(shí)線圈總?cè)?shù)，通常改為p對極后，為保證電機(jī)換向不會變差，定轉(zhuǎn) 子線圈數(shù)比例不變，同樣為保證電機(jī)功率不變，定子圈數(shù)和轉(zhuǎn)子圈 數(shù)的乘積是單對極電機(jī)的p倍?？傻胣2=nl x ^ ，欲省銅，需要滿足n2 x (2 x m2+2a) < nl x (2 x ml+2a)可得a/d〈1/^ 其中P^2,當(dāng)p-2時(shí)，a/d<0.71。 當(dāng)p-3時(shí)，a/d<0. 577。 當(dāng)p-4時(shí)，a/d<0.5。
所述定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組通過碳刷和換向器串聯(lián)。 所述定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的端部部分或者全部暴露于空氣中。 所述定子為方形、圓形、近似方形或近似圓形。所述每個(gè)定子齒的形狀和大小相同，分布在定子的內(nèi)團(tuán)，所有定子齒下極弧角度之和大于180度機(jī)械角度。在每兩個(gè)相鄰的定子齒之間可以有換向極，在所述換向極上繞有 線圏。所述前端蓋和后端蓋，或者所述前端蓋或后端蓋有通風(fēng)孔，所述通風(fēng)孔的面積占整個(gè)前端蓋或后端蓋的總面積的50%以上。本發(fā)明由于采用4極或更多極結(jié)構(gòu)后，相對于現(xiàn)有的2極串激電機(jī)來講，其繞組的端部高度減小，整個(gè)電機(jī)軸向長度可以減小，使電機(jī)體積變小，有益于家電產(chǎn)品的小型化。當(dāng)采用4極或更多極后，為保證電流勵(lì)磁磁場不變，理論上每個(gè) 齒的圈數(shù)不變，則總?cè)?shù)變?yōu)樵瓉淼膒倍?？紤]到勵(lì)fl^茲場飽和的原 因，需要定子繞組的總?cè)?shù)可以適當(dāng)少于p倍總?cè)?shù)，對勵(lì)磁磁場的 損失可以通過增加電樞磁場來彌補(bǔ)電機(jī)性能。因?yàn)椴捎枚鄬O后，由 于定子繞組串聯(lián)導(dǎo)體相對增加，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體數(shù)也可相應(yīng)增加。往往定子 繞組較重，減少定子繞組對總用銅量有益。多極對數(shù)定子端部繞組較小，可以節(jié)省繞線用量。極對數(shù)越多， 則定子齒寬度越小，繞組端部的比例就越小。轉(zhuǎn)子改為4極或更多 極后，也可省銅。轉(zhuǎn)子每個(gè)繞組的跨距變短，也就是端部繞組減少。在實(shí)例中，兩才及總?cè)t為146圈，改為四才及后，總?cè)ζ鄑為200 圈。但每圈長度變短，從170毫米(兩極)變?yōu)镮OO毫米(四極)， 170 x 146〉 200 x 100總長度減少。同時(shí)導(dǎo)線變細(xì)，(由0.65mm到 0.55mm),兩極和四極的電阻大小相等。定子省銅約35%。轉(zhuǎn)子適當(dāng) 增加，由原來的每個(gè)線圈50圈增加為四極的60圏，但端部也變短，由50毫米縮短到30毫米，所以轉(zhuǎn)子電阻也變小，轉(zhuǎn)子省銅約20-40%。視轉(zhuǎn)子釆用的繞組方式而定。因?yàn)椴捎盟臉O后，轉(zhuǎn)子可以采用集中繞組來省銅(端部繞組)。所謂集中繞組，就是轉(zhuǎn)子上的線圏只繞在一個(gè)齒上，而不像普通繞組方式，線圏在多個(gè)齒上。實(shí)際上，定子的四個(gè)線圈也可以看作集中繞組。整個(gè)電機(jī)的成本節(jié)省15%。故這種電機(jī)體積小，成本低，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖l是本發(fā)明串激電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明帶有換向極的4極定子的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
請參見圖1和圖2，以一款定子內(nèi)徑為60毫米，定子沖芯1長 度為25毫米的四極串激電機(jī)為例說明其實(shí)施方式。由于傳統(tǒng)的2極 (單對極)電機(jī)往往做成類似方形的結(jié)構(gòu)且四邊邊長有時(shí)不等，定子結(jié) 構(gòu)并不完全對稱。改成4個(gè)齒后，四個(gè)齒不能完全對稱分布，相應(yīng)的 槽也不是對稱的。但芯片總體分布還是規(guī)則的。定子的外輪廓也可為 圓形或類似圓形，其取決于電機(jī)制品的安裝需要。將數(shù)片4極的定子芯片1以焊接的方式疊在一起，接著將疊成的 芯片l并進(jìn)行絕緣處理，將已經(jīng)繞制好的四個(gè)定子繞組11、 12、 13、 14 (參見圖3)分別壓入四個(gè)定子齒23、 24、 25、 26中，如將定子 繞組11壓入定子齒23中(見圖2,圖2中只畫出了定子齒23上的 定子繞組ll),并將四個(gè)定子繞組碰焊，首尾相連，并保證相鄰的定 子齒中繞線方向不同，以產(chǎn)生不同極性的磁場。整個(gè)定子繞組11、12、 13、 14共留兩個(gè)接頭，其中一個(gè)將與電源相連。另一個(gè)接頭7 將連接到一個(gè)碳刷架3上。碳刷架3上共有四個(gè)碳刷8、 10、 15、 16。 每個(gè)碳刷通過導(dǎo)線于對面的碳刷相連，如碳刷IO和碳刷15相連、碳 刷8和,灰刷16相連。^灰刷架3被安裝到后端蓋4上。前支架9和后 支架4裝上軸承5,用鉚釘(或其他方式)接到定子上。形成穩(wěn)定的定 子架構(gòu)17。前、后端蓋4、 9被大量鏤空開成通風(fēng)孔，有著較大面積 可以通風(fēng)散熱，形成敞開式結(jié)構(gòu)，所述通風(fēng)孔的面積可以占到整個(gè)前 支架或后支架的總面積的50%以上。轉(zhuǎn)子7由轉(zhuǎn)子芯片，轉(zhuǎn)子繞組2,換向器6和轉(zhuǎn)軸51組成。轉(zhuǎn) 子芯片和換向器6被固定在轉(zhuǎn)軸5上。轉(zhuǎn)子芯片上有14個(gè)槽，每個(gè) 線圈跨過3個(gè)轉(zhuǎn)子齒，如27、 28、 29。相對2極電機(jī)轉(zhuǎn)子7的每個(gè) 線圈的跨距減少。總的來說，定子芯片總長與定子內(nèi)徑之比為小于等 于1/V^;轉(zhuǎn)子齒數(shù)大于極數(shù)小于等于25為宜。電機(jī)功率密度越大，其轉(zhuǎn)子槽數(shù)相對越少，因?yàn)椴蹟?shù)少則所有槽的總面積就越大，轉(zhuǎn)子槽 中的導(dǎo)體就越多，轉(zhuǎn)子電樞反應(yīng)就越強(qiáng)，電機(jī)功率就越高。由于理想 狀況下?lián)Q向器片間電壓不應(yīng)超過25伏，當(dāng)電才幾接到電源(Vs)上時(shí)(譬 如230V),換向器有N個(gè)片，每條之路各自承受Vs(230V)電壓，去掉 被碳刷短路的換向器片B,每兩換向器片之間的電壓為 vol=Vs/((N-B )/c))其中電機(jī)轉(zhuǎn)子形成c條并聯(lián)的支路，最少有 2條支路，B為被短路的換向器片數(shù)，當(dāng)為p對極，2條支路時(shí)電機(jī) 有2xp+2個(gè)片被短路。當(dāng)b=2，Vs=230,B=4， vol=25,則230/((N-2 x 2-2)/2)<25可得N>=25。即理想狀況下N>=25時(shí)換向傘支好。但— 有時(shí)為降低成本，會小于25。通常轉(zhuǎn)子槽數(shù)小于或者等于換向器片 數(shù)。當(dāng)N取偏小值時(shí)，換向器片數(shù)少，成本低，轉(zhuǎn)子槽數(shù)相應(yīng)也會較
少，有利于提高電機(jī)功率密度?？紤]到經(jīng)常使用的槽數(shù)和極數(shù)的配合，以及轉(zhuǎn)子繞組方式(如波繞組)等，轉(zhuǎn)子的槽數(shù)應(yīng)不大于25。 同時(shí)由于轉(zhuǎn)子齒數(shù)(槽數(shù))小于定子齒數(shù)時(shí)，定子磁場利用不充分， 故槽數(shù)大于2 x p.4極電機(jī)的換向器6，其片數(shù)較多，有28片以降低片間電壓。由 于電機(jī)的電角度是機(jī)械角度的2倍，電機(jī)的借偏角度適當(dāng)減小，該換 向器6的借偏角度為10度。對同樣大小的電機(jī)，2極電機(jī)所需的軛部寬度大約為4極電機(jī)所 需的軛部31寬度的兩倍。也就是說同樣外徑轉(zhuǎn)子，四極定子有更大 的定子槽面積30，適合更粗線徑的導(dǎo)體(如使釆用鋁線成為可能)。請參見圖3，圖3是本發(fā)明帶有換向極的4極定子的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3中釆用了換向極53,換向極53位于每相鄰兩個(gè)定子齒中間，并繞 上繞組52,以改善換向。多極電機(jī)具有更多極意味著更多的破刷，更大的換向器，更繁瑣 的繞線，也就是更高的成本。在銅價(jià)上漲的形況下，銅的成本比重更 大，節(jié)省的銅足以彌補(bǔ)其他成本的上升。權(quán)衡考慮，兩個(gè)極變?yōu)楦?極后，經(jīng)濟(jì)上也是可行的。以2KW家用電機(jī)相比，多極電機(jī)整個(gè)電 機(jī)省銅35%,長度由2極電機(jī)原來的140毫米減少為94毫米，整個(gè) 電才幾的省本節(jié)省15%。
權(quán)利要求
1、一種低成本電流勵(lì)磁電機(jī)，包括轉(zhuǎn)子、定子、碳刷、換向器、前端蓋、后端蓋，定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組通過碳刷和換向器串聯(lián)，其特征在于所述定子上有2×p(p≥2)定子齒，定子齒上有繞組形成勵(lì)磁磁極，定子芯片總長與定子內(nèi)徑之比為小于等于；轉(zhuǎn)子齒數(shù)大于2×p小于等于25。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的低成本電流勵(lì)磁電機(jī)，其特征在于所 述前端蓋和后端蓋，或者所述前端蓋或后端蓋為支架式結(jié) 構(gòu)，有通風(fēng)孔，所述定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的端部部分或者 全部暴露于空氣中。
3、 才艮據(jù)權(quán)利要求2所述的低成本電流勵(lì)磁電才幾，其特征在 于所述定子為方形、圓形、近似方形或近似圓形。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低成本電流勵(lì)磁電沖幾，其特征在 于所述每個(gè)定子齒的形狀和大小大致相同，分布在定子 的內(nèi)圈，所有定子齒下極弧角度之和大于180度機(jī)械角 度。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的低成本電流勵(lì),茲電才幾，其特征在 于在每兩個(gè)相鄰的定子齒之間可以有換向^^,在所述換 向極上繞有線圈。
全文摘要
一種家用電器用低成本電流勵(lì)磁電機(jī)，包括轉(zhuǎn)子、定子、換向結(jié)構(gòu)、機(jī)座、前、后支架式端蓋，所述定子上有2×p(p≥2)個(gè)以上的定子齒，定子齒上有線圈形成勵(lì)磁磁極，定子芯片總長與定子內(nèi)徑之比為小于等于1/P；轉(zhuǎn)子齒數(shù)大于定子極數(shù)(2×p)小于等于25。本發(fā)明可以減少銅(鋁)導(dǎo)線用量，降低電機(jī)成本，縮小電機(jī)體積。在金屬材料價(jià)格上漲和對電機(jī)功率要求越來越高的情況下，有著明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號H02K13/00GK101127459SQ20071007603
公開日2008年2月20日 申請日期2007年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月18日
發(fā)明者尹得強(qiáng) 申請人:尹得強(qiáng)