專利名稱：低成本電流勵磁電機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電機，具體涉及一種低成本電流勵磁電機。
背景技術：
電流勵磁電機，尤其是串激電機，廣泛應用于家用電器，如吸塵 器，攪拌機，吹風簡等。電機功率大多在幾十至幾千瓦之間，單次工 作時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 激電機釆用了支架式端蓋，即繞組或部分繞組露在空氣中，以便于散 熱，甚至有些電機還帶有冷卻風葉，對電機進行強制冷卻。由于家用
交流電源的限制，該類串激電機的工作電流一般小于20A。傳統(tǒng)的家 用電器串激電機元一例外地釆用2極(單極對數(shù))定子結構。其主要的原 因在于大家認為 一是多極對數(shù)電機的換向比2極電機要差。由于串 激電機工作在110V/60Hz或者230V/50Hz下，通常家用串激電機出于 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 需要承受更高的換向器片間電壓，換向更差。二是低成本電流勵磁電 機繞線困難。串激電機需要在定子的齒上繞線。對一對極串激電機， 在定子上只有2個齒，對p對極電機而言，則需要在px2個齒上繞線，
且每個齒相對較小，增加了繞線的困難。
近來，由于原材料尤其是有色金屬的價格大幅上漲，串激電機 的成本不斷上升，迫使電機重新設計，以降低成本。
由于近些年對家用串激電機的要求越來越高，希望電機體積變 小并且功率增加。電機的功率密度趨于極限，其勵磁磁場在工作狀 態(tài)甚至空載狀態(tài)都是飽和的。過度飽和的勵磁磁場使得家用串激電機 釆用多極對數(shù)定子成為可能。由于家用串激電機的勵磁磁場的飽和 性，多極對數(shù)結構可以釆用降低導線用量的結構。

實用新型內容
本實用新型的目的是向社會提供一種體積小，成本低的低成本 電流勵磁電機。
本實用新型的技術方案是設計一種低成本電流勵磁電機，包括 轉子、定子、碳刷、換向器、前端蓋、后端蓋，定子繞組和轉子繞 組通過碳刷和換向器串聯(lián)，其特征在于所選定子上有2xp(p^2)定 子齒，定子齒上有繞組形成勵磁磁極，定子芯片總長與定子內徑之 比為小于等于1/V ;轉子齒數(shù)大于2xp小于等于25。
其中p為電機極對數(shù)。設電機定子沖芯的長度為a，定子芯片內圓 直徑為d，當電機端部相對越長，其改為多極對數(shù)結構就越有利。對 原2極電機，其端部長度ml大致相當于轉子外徑，也就是定子內徑d， 當為p對極時，端部長度m2為原來的l/p，即m2約為ml/p。
2極線圈總長為nlx (2 x ml+2 x a); p極線圈總長為n2 x (2 x m2+2
x a)。
其中，m2=ml/p, nl為單對極時線圈總圈數(shù)，n2為p對極時線圈 總圈數(shù)，通常改為p對極后，為保證電機換向不會變差，定轉子線圈 數(shù)比例不變，同樣為保證電機功率不變，定子圈數(shù)和轉子圈數(shù)的乘積 是單對極電機的p倍。 可得
n2=nl ，
欲省、鋼，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p-2時，a/d<0.71。 當p二3時，a/d<0.577。 當p^4時，a/d<0.5。
所述定子繞組和轉子繞組通過碳刷和換向器串聯(lián)。所述定子繞組和轉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。
所述每個定子齒的形狀和大小相同，分布在定子的內圈，所有定 子齒下極弧角度之和大于180度機械角度。
在每兩個相鄰的定子齒之間可以有換向極，在所述換向極上繞有 線圈。
所述前端蓋和后端蓋，或者所述前端蓋或后端蓋有通風孔，所述 通風孔的面積占整個前端蓋或后端蓋的總面積的50%以上。
本實用新型由于釆用4極或更多極結構后，相對于現(xiàn)有的2極串激
電機來講，其繞組的端部高度減小，整個電機軸向長度可以減小，使 電機體積變小，有益于家電產(chǎn)品的小型化。
當釆用4極或更多極后，為保證電流勵磁磁場不變，理論上每個 齒的圈數(shù)不變，則總圈數(shù)變?yōu)樵瓉淼膒倍?？紤]到勵磁磁場飽和的原 因，需要定子繞組的總圈數(shù)可以適當少于p倍總圈數(shù)，對勵磁磁場的 損失可以通過增加電樞磁場來彌補電機性能。因為釆用多對極后，由 于定子繞組串聯(lián)導體相對增加，轉子導體數(shù)也可相應增加。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)定子端部繞紐較小，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。轉子改為4極或更多極 后，也可省生銅。轉子每個繞組的跨5巨變短，也就是端部繞組減少。
在實例中，兩極總圈套文為146圈，改為四極后，總圏套史為 200圈。但每圈長度變短，從170毫米(兩極)變?yōu)镮OO亳米(四極)，170 x 146〉 200 x 100總長度減少。同時導線變細，(由0.65mm到 0.55mm)，兩極和四極的電阻大小相等。定子省銅約35%。轉子適當 增加，由原來的每個線圈50圖增加為四極的60圈，但端部也變短， 由50毫米縮短到30亳米，所以轉子電阻也變小，轉子省銅約20-40%。 視轉子采用的繞組方式而定。因為釆用四極后，轉子可以采用集中繞組來省銅(端部繞組)。所謂集中繞組，就是轉子上的線圏只繞在一 個 齒上，而不像普通繞組方式，線圈在多個齒上。實際上，定子的四個 線圈也可以看作集中繞組。整個電機的成本節(jié)省15%。故這種電機 體積小，成本低，具有明顯的經(jīng)濟效益。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明；
圖i是本實用新型串激電機的結構示意圖2是

圖1的定轉子結構示意圖3是本實用新型帶有換向極的4極定子的結構示意圖。
具體實施方式

以下結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式
作進一步 描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本實用新型的技術方案，而 不能以此來限制本實用新型的保護范圍。
請參見圖1和圖2，以一款定子內徑為60毫米，定子沖芯1長度為25 亳米的四極串激電機為例說明其實施方式。由于傳統(tǒng)的2極(單對極)
電機往往做成類似方形的結構且四邊邊長有時不等，定子結構并不完 全對稱。改成4個齒后，四個齒不能完全對稱分布，相應的槽也不是 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并進行絕緣處理，將已經(jīng)繞制好的四個定子繞組ll、 12、 13、 14 (參見圖3)分別壓入四個定子齒23、 24、 25、 26中，如將定子繞組ll 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11), 并將四個定子繞組碰焊，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。整個定子繞紐ll、 12、 13、 14共留兩 個接頭，其中一個將與電源相連。另一個接頭7將連接到一個碳刷架 3上。碳刷架3上共有四個碳刷8、 10、 15、 16。每個碳刷通過導線于
6對面的碳刷相連，如碳刷10和碳刷15相連、碳刷8和碳刷16相連。碳 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17。前、后端蓋4、 9被 大量鏤空開成通風孔，有著較大面積可以通風散熱，形成敞開式結構， 所述通風孔的面積可以占到整個前支架或后支架的總面積的50%以上。
轉子7由轉子芯片，轉子繞組2，換向器6和轉軸51組成。轉子芯 片和換向器6被固定在轉軸5上。轉子芯片上有14個槽，每個線圈跨過 3個轉子齒，如27、 28、 29。相對2極電機轉子7的每個線圖的跨距減
少。總的來說，定子芯片總長與定子內徑之比為小于等于i/V^;轉
子齒數(shù)大于極數(shù)小于等于25為宜。電機功率密度越大，其轉子槽數(shù)相 對越少，因為槽數(shù)少則所有槽的總面積就越大，轉子槽中的導體就越 多，轉子電樞反應就越強，電機功率就越高。由于理想狀況下?lián)Q向器 片間電壓不應超過25伏，當電機接到電源(Vs)上時(譬如230V),換向 器有N個片，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Vo產(chǎn)Vs/((N-B)/c))其中電機 轉子形成C條并聯(lián)的支珞，最少有2條支路，B為被短路的換向器片 數(shù)，當為p對極，2條支路時電機有2xp+2個片被短路。gb=2， Vs=230， B=4， V01=25，則230/((N-2 x 2-2)/2) <25可得N〉=25。即 理想狀況下N〉-25時換向較好。但有時為降低成本，會小于25。通常 轉子槽數(shù)小于或者等于換向器片數(shù)。當N取偏小值時，換向器片數(shù)少， 成本低，轉子槽數(shù)相應也會較少，有利于提高電機功率密度。考慮到 經(jīng)常使用的槽數(shù)和極數(shù)的配合，以及轉子繞組方式(如波繞組)等，轉 子的槽數(shù)應不大于25。同時由于轉子齒數(shù)(槽數(shù))小于定子齒數(shù)時，定 子磁場利用不充分，故槽數(shù)大于2xp。
4極電機的換向器6，其片數(shù)較多，有28片以降低片問電壓。由 于電機的電角度是機械角度的2倍，電機的借偏角度適當減小，該換向器6的借偏角度為10度。
對同樣大小的電機，2極電機所需的機部寬度大約為4極電機所 需的軛部31寬度的兩倍。也就是說同樣外徑轉子，四極定子有更大的 定子槽面積30,適合更粗線徑的導體(如使采用鋁線成為可能)。
請參見圖3，圖3是本實用新型帶有換向極的4極定子的結構示意園。
圖3中釆用了換向極53，換向極53位于每相鄰兩個定子齒中間，并繞
上繞組52,以改善換向。
多極電機具有更多極意味著更多的碳刷，更大的換向器，更繁瑣
的繞線，也就是更高的成本。在銅價上漲的形況下，銅的成本比重更 大，節(jié)省的銅足以彌補其他成本的上升。權衡考慮，兩個極變?yōu)楦?極后，經(jīng)濟上也是可行的。以2KW家用電機相比，多極電機整個電機 省銅35%,長度由2極電機原來的140毫米減少為94亳米，整個電機的 省本節(jié)省15%。
以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技 術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提 下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新 型的保護范圍。
權利要求1、一種低成本電流勵磁電機，包括轉子、定子、碳刷、換向器、前端蓋、后端蓋，定子繞組和轉子繞組通過碳刷和換向器串聯(lián)，其特征在于所選定子上有2×p(p≥2)定子齒，定子齒上有繞組形成勵磁磁極，定子芯片總長與定子內徑之比為小于等于 id="icf0001" file="Y2009201076620002C1.tif" wi="12" he="4" top= "56" left = "127" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>轉子齒數(shù)大于2×p小于等于25。
2、 根據(jù)權利要求l所述的低成本電流勵磁電機，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構，有通 風孔，所述定子繞組和轉子繞組的端部部分或者全部暴露于空氣中。
3、 根據(jù)權利要求2所述的低成本電流勵磁電機，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)權利要求l所述的低成本電流勵磁電機，其特征在于所 述每個定子齒的形狀和大小大致相同，分布在定子的內圏，所有定子 齒下極弧角度之和大于180度機械角度。
5、 根據(jù)權利要求4所述的低成本電流勵磁電機，其特征在于在 每兩個相鄰的定子齒之間可以有換向極，在所述換向極上繞有線圈。
專利摘要一種家用電器用低成本電流勵磁電機，包括轉子、定子、換向結構、機座、前、后支架式端蓋，所述定子上有2×p(p≥2)個以上的定子齒，定子齒上有線圈形成勵磁磁極，定子芯片總長與定子內徑之比為小于等于1/P；轉子齒數(shù)大于定子極數(shù)(2×p)小于等于25。本實用新型可以減少銅(鋁)導線用量，降低電機成本，縮小電機體積。在金屬材料價格上漲和對電機功率要求越來越高的情況下，有著明顯的經(jīng)濟效益。
文檔編號H02K1/16GK201403005SQ20092010766
公開日2010年2月10日 申請日期2009年5月6日 優(yōu)先權日2009年5月6日
發(fā)明者夏國忠, 晴 曾, 蔡一民 申請人:無錫頂一電機有限公司