專利名稱：具有集中繞組的刷式直流電機(jī)以及交流整流子電機(jī)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直流電機(jī)或AC整流子(通用)電機(jī)。尤其是，本發(fā)明涉及在轉(zhuǎn)子上采用集中繞組(concentrated winding)的電機(jī)，該轉(zhuǎn)子有纏繞在齒上的線圈。
在普通的DC電機(jī)或AC整流子(通用)電機(jī)中，有三種轉(zhuǎn)子電樞繞組疊繞組、波形繞組和蛙腿式繞組。這些繞組由總是互鎖的單線圈(simple coil)元件制成。對于互鎖的繞組，端繞組的軸向長度和電樞磁路之間的比值相對較高，如Klein的美國專利No.4329610、Ban等的美國專利No.4197475以及Ikeda的美國專利No.4437028所述。
所有這些繞組的主要區(qū)別在于使單線圈的接線端子與整流子連接所采用的方法。疊繞組也稱為復(fù)疊繞組，對于這種繞組，并聯(lián)線路的數(shù)目等于極點的數(shù)目。波形繞組有時稱為串聯(lián)繞組，不管極點的數(shù)目如何，它只有兩條并聯(lián)線路。蛙腿式繞組是布置在相同電樞中、在相同狹槽內(nèi)并與相同整流條相連的、疊繞組和波形繞組的聯(lián)合體。
采用疊繞組的主要問題是在不同并聯(lián)線路中的感應(yīng)電壓不相等。感應(yīng)電壓的這些差別是由于在不同極點下的不相等磁路磁阻或不相等的磁通，這是由轉(zhuǎn)子偏心、極點不重合和/或永磁體磁化強(qiáng)度不同而引起的。因為感應(yīng)電壓不平衡，在繞組中出現(xiàn)平衡電流，該平衡電流通過電刷。這些平衡電流引起線圈和電刷的不必要加熱，并將使整流作用變差。
采用平衡器連接(equalizer connection)是克服不希望的平衡電流作用的普通方法。這些連接通過提供繞過電刷觸點的低電阻線路而提高了電流整流，減輕了電刷的流通電流。在波形繞組中，由于并聯(lián)線路的不平衡電壓引起的流通電流問題減小，但還不能完全使電壓平衡。
為了避免線圈互鎖，可以將電樞單線圈直接纏繞在轉(zhuǎn)子磁路的各齒上。這種繞組稱為集中繞組，如我們的科技文章“PermanentMagnet Brushless DC Motor with Soft Metal Powder forAutomotive Application”(IEEE工業(yè)應(yīng)用科學(xué)，St.Louis，1998年10月)以及“Synthesis of High Performance PM Motors withConcentrated Windings”(IEEE IEMDC，Seattle，1999年5月)中所述。這種繞組也稱為非疊置繞組，如Ban等的美國專利No.4197475所述。這種繞組減少了端繞組的銅容積、銅損失和電機(jī)的總軸向長度。當(dāng)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的效率相比時，效率提高。這種繞組結(jié)構(gòu)還比疊繞組戶波形繞組更容易形成。當(dāng)電機(jī)的軸向長度較小且電機(jī)的外徑很重要時，與用于疊繞組的銅的容積相比，使用這樣的繞組結(jié)構(gòu)能夠增加70％。
具有集中繞組的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有較少數(shù)目的狹槽，并更易于形成磁路。磁路可以利用普通的軟磁性層疊材料形成(由層疊物堆垛形成的軛鐵)，而且可以采用由金屬粉制成的軟磁性復(fù)合材料。軟磁性復(fù)合材料的滲透性比普通層疊材料的滲透性低三倍，如在Jack等的W.O專利No.9950949中所述。這樣的低滲透性值減小了在電樞中的線圈電感，并改進(jìn)了在兩個收集器和電樞中的整流處理。具有少量狹槽的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)非常適于利用由金屬粉制成的軟磁性復(fù)合材料來形成直流電機(jī)或交流整流子(通用)電機(jī)的電樞磁路。由于較少數(shù)目的狹槽具有相對較大尺寸，在轉(zhuǎn)子軛鐵的直接模制處理時的機(jī)械限制減小。還可以很容易地將端繞組插入轉(zhuǎn)子磁路的有效部分中。疊繞組的該軸向插入改善了銅容積的減小以及電機(jī)總軸向長度的減小。
不過，集中繞組技術(shù)通常與具有較短節(jié)距的繞組相關(guān)，并局限于這樣的繞組，即性能比傳統(tǒng)繞組結(jié)構(gòu)的性能更低的繞組。具有較短節(jié)距的集中繞組局限于很小功率的用途(低于100W)，例如用于計算機(jī)外圍設(shè)備或玩具的電機(jī)。這是最簡單且成本較低的刷式直流電機(jī)，它廣泛用于玩具中。這種2極點電機(jī)在定子芯上采用永磁體，并有在它的轉(zhuǎn)子芯上的三個齒以及一個線圈只纏繞在一個齒上的集中繞組。電樞線圈的接線端子通過三個片以及兩個電刷用于整流子相連，如Fujisaki等的美國專利No.4868433所述。該結(jié)構(gòu)的繞組具有120電角度的較短節(jié)距。繞組系數(shù)或在由繞組包圍的磁通的基本分量和每個極點的總磁通之間的比值只能等于0.866。
這種電機(jī)結(jié)構(gòu)的主要缺點是在扭矩-重量比、扭矩波動等方面性能較低，且當(dāng)功率增加時整流性能較差。由于該結(jié)構(gòu)，線圈線路中在電刷之間的感應(yīng)電壓并不總是平衡。這種不平衡的工作狀態(tài)產(chǎn)生補(bǔ)償損失、扭矩波動、機(jī)械振動和整流問題。這些問題只有在較低功率用途中可接受。
發(fā)明簡介本發(fā)明是一種DC或AC整流子電機(jī)的電樞繞組，該繞組消除了繞組的互鎖問題以及流通電流問題。所有的線路電壓都完全平衡，且與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，改進(jìn)了電流的整流。
在本發(fā)明中，整流子片的數(shù)目高于轉(zhuǎn)子齒的數(shù)目，多個單線圈纏繞在相同的齒上。各線圈的引線與整流子的不同片相連。對于相同的供給DC電壓值和相同的電機(jī)速度范圍，采用本發(fā)明減小了每線圈的圈數(shù)。電樞繞組的并聯(lián)線路能夠完全平衡。通過電樞的并聯(lián)電路的等電流分布能夠保持，在這些并聯(lián)電路之間沒有流通電流。各單線圈的電感值減小，因此與在一個齒上只纏繞有一個的線圈的集中繞組情況相比，能夠減小整流問題。端繞組的銅容積、Joule損失以及電機(jī)電樞的軸向長度都比具有互鎖線圈的疊繞組或波形繞組更低。還可以將各線圈的引線與整流子片的連接布置成能夠使電刷之間的不同線圈線路中獲得平衡的電動勢。這些結(jié)構(gòu)可以高效用于較大功率范圍的電機(jī)，且它們的實現(xiàn)成本低于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的成本。
根據(jù)本發(fā)明，提供了兩種結(jié)構(gòu)具有規(guī)則分布的、有相同尺寸的轉(zhuǎn)子齒的結(jié)構(gòu)；以及具有規(guī)則分布的、有不同尺寸的轉(zhuǎn)子齒的結(jié)構(gòu)。這兩種結(jié)構(gòu)在性能和實現(xiàn)成本方面都很高效。這些結(jié)構(gòu)的繞組系數(shù)值(即由繞組包圍的磁通的基本分量和每個極點的總磁通之間的比值)較高。
本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)的性能在電流整流方面與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的性能相同。但是本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)的性能在扭矩-繞組體積比方面高于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的性能。通過本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)，銅的容積減小，Joule損失(銅損失)和重量也減小。電機(jī)的總軸向長度也減小，效率提高，并高于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提出的繞組和磁路的結(jié)構(gòu)也更容易實現(xiàn)。從而使電機(jī)的總成本減至最小。
附圖的簡要說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明具有集中繞組和永磁體的直流電機(jī)的一個實例的剖視圖。
圖2是通過將電樞和整流子的外周展開成平面而形成的鼓形電樞的展開表面圖。
圖3是與圖2的機(jī)器等效的機(jī)器結(jié)構(gòu)的視圖，其中，轉(zhuǎn)子繞組由纏繞在齒上的集中繞組形成。
圖4是具有3個轉(zhuǎn)子狹槽、2個定子極點、6個整流子片以及2個電刷的機(jī)器的展開圖，其中，轉(zhuǎn)子繞組由纏繞在齒上的集中繞組形成。
圖5是具有6個轉(zhuǎn)子狹槽、4個定子極點、12個整流子片以及4個電刷的機(jī)器的展開圖，其中，轉(zhuǎn)子繞組由纏繞在齒上的集中繞組形成。
圖6是具有6個轉(zhuǎn)子狹槽、4個定子極點、12個整流子片以及2個電刷的機(jī)器的展開圖，其中，轉(zhuǎn)子繞組由纏繞在齒上的集中繞組形成。
圖7是具有20個轉(zhuǎn)子狹槽、4個定子極點、20個整流子片以及4個電刷的機(jī)器的展開圖，其中，從1到5有單一的疊繞組和較短的節(jié)距。
圖8是與圖7的機(jī)器等效的機(jī)器結(jié)構(gòu)的視圖，其中，轉(zhuǎn)子繞組由纏繞在齒上的集中繞組形成。
圖9是具有5個轉(zhuǎn)子狹槽、4個定子極點、20個整流子片以及4個電刷的機(jī)器的展開圖，其中，轉(zhuǎn)子繞組由纏繞在齒上的集中繞組形成。
圖10圖7和圖9所示的機(jī)器的并聯(lián)線圈線路的視圖。
圖11是具有5個轉(zhuǎn)子狹槽、4個定子極點、20個整流子片以及2個電刷的機(jī)器的展開圖，其中，轉(zhuǎn)子繞組由纏繞在齒上的集中繞組形成。
圖12是具有5個轉(zhuǎn)子狹槽、4個定子極點、40個整流子片以及4個電刷的機(jī)器的展開圖，其中，轉(zhuǎn)子繞組由纏繞在齒上的集中繞組形成。
圖13是具有5個轉(zhuǎn)子狹槽、4個定子極點、40個整流子片以及2個電刷的機(jī)器的展開圖，其中，轉(zhuǎn)子繞組由纏繞在齒上的集中繞組形成。
圖14是具有10個轉(zhuǎn)子狹槽、8個定子極點、40個整流子片以及8個電刷的機(jī)器的展開圖，其中，轉(zhuǎn)子繞組由纏繞在齒上的集中繞組形成。
圖15是具有12個轉(zhuǎn)子狹槽、4個定子極點、12個整流子片以及4個電刷的機(jī)器的展開圖，其中有單一的疊繞組和節(jié)距。
圖16是與圖15的機(jī)器等效的結(jié)構(gòu)的視圖，其中，轉(zhuǎn)子繞組由纏繞在齒上的集中繞組形成。
圖17是具有6個轉(zhuǎn)子狹槽、4個定子極點、12個整流子片以及4個電刷的機(jī)器的展開圖，其中，轉(zhuǎn)子繞組由纏繞在齒上的集中繞組形成。
圖18是具有6個轉(zhuǎn)子狹槽、4個定子極點、12個整流子片以及2個電刷的機(jī)器的展開圖，其中，轉(zhuǎn)子繞組由纏繞在齒上的集中繞組形成，規(guī)則分布的轉(zhuǎn)子齒有兩種不同尺寸。
圖19是具有10個轉(zhuǎn)子狹槽、8個定子極點、40個整流子片以及4個電刷的機(jī)器的展開圖，其中，轉(zhuǎn)子繞組由纏繞在齒上的集中繞組形成，規(guī)則分布的轉(zhuǎn)子齒有兩種不同尺寸。
圖20是永磁體電機(jī)的軸向剖視圖，其中，轉(zhuǎn)子磁路利用層疊鋼材料形成。
圖21是永磁體電機(jī)的軸向剖視圖，其中，轉(zhuǎn)子磁路利用各向同性的軟磁復(fù)合材料形成。
圖22是電機(jī)的軸向剖視圖，其中，轉(zhuǎn)子磁路利用各向同性的軟磁復(fù)合材料形成。
優(yōu)選實施例的說明在本發(fā)明的實施例中，轉(zhuǎn)子有規(guī)則分布的轉(zhuǎn)子齒，這些齒有相同的尺寸，且在定子上有2P個極點，這些極點交替磁化成北極和南極。這些極點可以通過安裝在由軟磁材料制成的芯的表面上的永磁體片而構(gòu)成，或者通過纏繞在由軟磁材料制成的齒上且供給DC或AC電流的線圈而構(gòu)成。轉(zhuǎn)子芯有S個狹槽。轉(zhuǎn)子的單線圈纏繞在S個齒上，或者在某些情況下只纏繞在S/2個齒上。在整流子上有Z個片，這些片與線圈的終端相連。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，2B個電刷在整流子表面上滑動。這些機(jī)器的特征以如下條件表示P為整數(shù)，且0＜P＜10S＝2P+AA是整數(shù)，等于-1或1或2或3S＞2Z＝K*LCM(S，2P)±n K是大于0的整數(shù)LCM是S和2P的最小公倍數(shù)n等于o或KB＝P或更小這里，表1表示了一些結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)考慮到K等于1且n等于0時的情況。每條線路的線圈數(shù)等于mph(mph＝Z/2p)。電刷數(shù)2B通常等于定子極點數(shù)2P。多個同心線圈纏繞在各轉(zhuǎn)子齒上，并連接到不同整流子片上。這時，每個齒的同心線圈數(shù)N等于N＝Z/S采用這樣的繞組結(jié)構(gòu)，可以減小每單線圈的圈數(shù)。在具有相同定子極點數(shù)目的傳統(tǒng)機(jī)器結(jié)構(gòu)中，通常通過采用更高的轉(zhuǎn)子狹槽數(shù)目來同樣減小圈數(shù)。因為各單線圈的電感值減小，整流問題也減小。
還可以布置成使各線圈與整流子片相連，以便在電刷之間的不同線圈線路中獲得平衡電動勢。這樣的結(jié)構(gòu)可以使繞組系數(shù)Kb值(由繞組包含的磁通的基本分量和每個極點的總磁通之間的比值)接近1(表1)，因此有很高的扭矩-重量比。所有這些機(jī)器可以在很寬的功率范圍內(nèi)和在很高的電樞電流值情況下高效用于電機(jī)和發(fā)電機(jī)。
表1

另外可以減小電刷數(shù)目2B以及纏繞在相同轉(zhuǎn)子齒上的同心線圈數(shù)目N，以便使電機(jī)成本減至最小。這樣結(jié)構(gòu)的電機(jī)在表2中表示。表1的列2至11所示的結(jié)構(gòu)有該特性，這時，需要在整流子片上添加某些平衡器連接(在不布置在狹槽中的情況下直接連接這些片的電線，例如見圖6的線連接片3至9)。應(yīng)當(dāng)知道，這種變化降低了整流處理性能，同時增加了在剩余電刷中的電流水平。這種變化優(yōu)選是用于很小功率和小功率機(jī)器中。
表2

還可以使整流子片Z的數(shù)目減小一半，并滿足下面關(guān)系，以確定片的數(shù)目Z＝LCM(S，2P)/2 且Z/2P＞3通過這樣減小片的數(shù)目，如表3中所示結(jié)構(gòu)，可以獲得在電刷之間的不同線圈線路的不平衡電動勢，同時該不平衡的值將與各并聯(lián)線路中的線圈數(shù)成反比。
表3

在本發(fā)明的第二實施例中，這些結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子有規(guī)則分布且不同尺寸的轉(zhuǎn)子齒。
尤其是，這些機(jī)器的定子有2P個極點，這些極點交替磁化成北極和南極。這些極點可以通過安裝在由軟磁材料制成的芯的表面上的永磁體片而構(gòu)成，或者通過纏繞在由軟磁材料制成的齒上且供給DC或AC電流的線圈而構(gòu)成。轉(zhuǎn)子芯有S個狹槽，轉(zhuǎn)子齒有兩種不同的幾何尺寸，它們交替環(huán)繞芯的外周。轉(zhuǎn)子線圈纏繞在S/2個齒上。在整流子上有Z個片，這些片與線圈的終端相連。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，2B個電刷在整流子表面上滑動。這些機(jī)器的特征以如下條件表示P為整數(shù)，且0＜P＜10S＝2P+AA是整數(shù)，且1＜A＜PZ＝K*LCM(S/2，2P)±n K是大于0的整數(shù)LCM是S/2和2P的最小公倍數(shù)
n等于o或KB＝P或更小這里，表4提供了示例結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)考慮到K等于1且n等于0時的情況。每條線路的線圈數(shù)等于mph(mph＝Z/2p)。電刷數(shù)2B通常等于定子極點數(shù)2P。多個同心線圈纏繞在各轉(zhuǎn)子齒上，并連接到不同整流子片上。這時，纏繞在各轉(zhuǎn)子齒上的同心線圈數(shù)N等于N＝2Z/S表4

根據(jù)整流特性和平衡并聯(lián)線圈線路，這些電機(jī)結(jié)構(gòu)提供了與表1中所列出的前述結(jié)構(gòu)相同的優(yōu)點。但是它還可以獲得更高的繞組系數(shù)Kb(等于整數(shù)，Kb＝1)，并使每單位體積的銅產(chǎn)生的扭矩最大。這些結(jié)構(gòu)可以在很寬的功率范圍內(nèi)和在很高的電樞電流值情況下高效用于電機(jī)和發(fā)電機(jī)。它還可以象表1中的前述結(jié)構(gòu)情況那樣，可以對電刷數(shù)目、整流子片數(shù)目、每個齒的同心線圈的數(shù)目的選擇進(jìn)行不同程度的簡化，以便能減小電機(jī)成本，并簡化實現(xiàn)方法。
應(yīng)當(dāng)知道，本發(fā)明提出的所有方法都可采用不同的電刷寬度。
根據(jù)本發(fā)明，DC或AC整流子電機(jī)可以利用由層疊鋼制成的磁路或者由軟磁性復(fù)合材料制成的磁路來制造。
尤其是，當(dāng)采用各向同性的軟磁性復(fù)合材料時，磁通的一部分也可以沿軸向流通，因此，可以使得齒尖沿軸向方向延伸，從而，對于給定總長度的電機(jī)，當(dāng)固定用于特定用途時，有效氣隙區(qū)域的軸向長度最大。在該結(jié)構(gòu)中，在線圈和軛鐵下面，氣隙通量集中在轉(zhuǎn)子齒的中心部分。因為在線圈下面的轉(zhuǎn)子齒的中心部分的軸向長度以及軛鐵的軸向長度小于齒尖的軸向長度，這時，端繞組、整流子和電刷軸向插入，電機(jī)的總軸向長度減小。通過該方法，在不減小扭矩特性的情況下，采用各向同性的軟磁性復(fù)合材料來減小電機(jī)的軸向長度。
當(dāng)采用各向同性的軟磁性復(fù)合材料時，電機(jī)的中心部分的橫截面以及在線圈下面的定子齒的橫截面都可以制成為圓形、橢圓形或環(huán)形。這些截面可以減小由于繞組線圈的急劇彎曲而破壞絕緣體的危險，并使銅的填充系數(shù)最大。
還可以使定子的永磁體或齒偏斜，以便減小氣隙磁阻或扭矩變化。通過使轉(zhuǎn)子的齒偏斜也可以獲得相同的效果。當(dāng)采用各向同性的軟磁性復(fù)合材料時，可以只使齒尖偏斜。
圖1表示了根據(jù)本發(fā)明具有集中繞組和永磁體的直流電機(jī)的一個實例。部件1是定子軛鐵。部件2是一個定子極點，該極點交替磁化成北極和南極，且該極點由永磁體片制成。部件3是轉(zhuǎn)子齒的齒尖。部件4是在線圈下面的轉(zhuǎn)子齒的中心部分。部件5是轉(zhuǎn)子軛鐵。部件6是纏繞在定子齒上的集中繞組。部件7是一個整流子片或桿。部件8是一個與整流子片接觸的電刷，該電刷用于向電樞繞組供給電流。
圖2、3和4分別表示了從傳統(tǒng)電機(jī)結(jié)構(gòu)衍生出具有由纏繞在齒上的集中繞組制成的轉(zhuǎn)子繞組的機(jī)器結(jié)構(gòu)的方法。這些結(jié)構(gòu)分別有相同數(shù)目的定子極點，且整流子片數(shù)目等于轉(zhuǎn)子狹槽數(shù)目。
尤其是，圖2表示了具有6個轉(zhuǎn)子狹槽、2個定子極點、6個整流子片以及2個電刷的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子繞組是簡單的疊繞組，并以120電角度的較短節(jié)距交疊。各單線圈的接線端子與整流子片的連接布置成使線圈線路在電樞繞組中完全平衡。
在圖2中，電樞繞組的6個單線圈以1.1、1.2、2.1、2.2、3.1、3.2表示。線圈1.1和1.2表示電動勢同相的單線圈，因為它們相對于定子極點的位置相同。線圈2.1、2.2以及線圈3.1、3.2的情況也是這樣。根據(jù)本領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)記法，圖2中的點是極性標(biāo)記，表示繞組的極性。確定了6個轉(zhuǎn)子狹槽的齒分別以T1至T6表示。整流子片分別以標(biāo)記1至6表示，如圖所示，電壓V施加在電刷B1、B2上。定子極點的北極和南極分別標(biāo)記為N和S。在這些附圖中采用類似的命名方式。
與圖2相比，通過使在相同的轉(zhuǎn)子齒上具有同相電動勢的單線圈重新分組，可以避免疊繞組的互鎖，如圖3所示。尤其是，在扭矩和電動勢特性、磁通以及電流密度方面，圖3是與圖2的機(jī)器等效的機(jī)器結(jié)構(gòu)圖，其中，圖3的轉(zhuǎn)子繞組由纏繞在齒上的集中繞組制成。電動勢的相與圖2中的線圈1.1和1.2相同的單線圈重分組在相同齒上。為了增大裝有導(dǎo)體的狹槽的尺寸，并使在圖2的原型機(jī)中的整個轉(zhuǎn)子電樞的全部銅部分與圖3的等效機(jī)中(即各狹槽的銅部分的總量)相同，在孔狹槽周圍的齒重分組，以便形成新的齒分別，如圖3所示。與圖2相比，在圖3中，齒尖的位置在氣隙周圍沒有變化，不過，圖2的機(jī)器的齒在齒尖和內(nèi)部轉(zhuǎn)子軛鐵之間的中心部分在圖3中變化為形成單個較大的齒。通過該方法，在氣隙中的空載磁通空間分布圖形并沒有改變，且從圖2的原型機(jī)到圖3的等效機(jī)，在齒中的軟磁材料也全部保持，以避免磁通飽和。因此，在軛鐵中的軟磁性材料和在狹槽中的銅的總量也改變。這形成了如圖3所示具有集中繞組的機(jī)器，如上所述，該機(jī)器與圖2的原型機(jī)等效。在各線圈中，形狀和電動勢幅值并沒有改變。
如圖3所示，某些狹槽為空的，可以對各空狹槽周圍的齒分組。在氣隙周圍處，齒尖的位置并沒有變化，只有在齒尖和內(nèi)部轉(zhuǎn)子軛鐵之間的、齒的中心部分進(jìn)行變化，以便形成單個的大齒。在氣隙中的空載磁通空間分布圖形沒有變化，如圖3所示。這時，可以使單線圈集中環(huán)繞各齒。在齒中的全部軟磁性材料以及整個轉(zhuǎn)子電樞的全部銅部分都保留，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的原型機(jī)的相應(yīng)部分相同。
圖4是具有3個轉(zhuǎn)子狹槽、2個定子極點、6個整流子片以及2個電刷的機(jī)器的展開圖，其中，轉(zhuǎn)子繞組由纏繞在齒上的集中繞組形成。兩個單線圈例如線圈1.1和1.2纏繞在相同的齒上，并與不同的整流子片相連。與整流子片的連接與在圖2所示機(jī)器中所用的連接相同?？梢灾溃趫D的右側(cè)，線圈路線沒有變化。纏繞在相同齒上的各單線圈(例如線圈1.1和線圈1.2)有相同的電動勢。這時，即使當(dāng)氣隙磁阻或在各定子極點下的永磁體的磁化并不完全相同，橫過各并聯(lián)線圈線路的總電動勢也將完全平衡。這種機(jī)器在力矩、電動勢特征、磁通密度以及電流密度方面與圖2中的機(jī)器相同。
在圖4中的機(jī)器有集中繞組，在扭矩和電動勢特性、磁通密度以及電流密度方面，該機(jī)器等效于圖2中的原型機(jī)。在兩機(jī)器中(即圖2和圖4中的機(jī)器)，單線圈的接線端子與整流子的連接相同。在電樞繞組中的線圈線路總是平衡，即即使當(dāng)氣隙磁阻或在各定子極點下的永磁體的磁化并不完全相同，橫過各并聯(lián)線圈線路的總電動勢也將平衡。
圖5是具有6個轉(zhuǎn)子狹槽、4個定子極點、12個整流子片以及4個電刷的機(jī)器的展開圖，其中，轉(zhuǎn)子繞組由纏繞在齒上的集中繞組形成。該機(jī)器通過使圖4中的機(jī)器的結(jié)構(gòu)增倍而由圖4中的機(jī)器衍生出來。
此外，在根據(jù)本發(fā)明制成很小功率的機(jī)器時，可以進(jìn)行各種變化，以便簡化該結(jié)構(gòu)。尤其是，可以減小電刷數(shù)目，同時在整流子上增加平衡器連接。這如圖6所示，圖6是具有6個轉(zhuǎn)子狹槽、4個定子極點、12個整流子片以及2個電刷的機(jī)器的展開圖，其中，轉(zhuǎn)子繞組由纏繞在齒上的集中繞組形成。該機(jī)器是圖5所示的機(jī)器通過減小電刷數(shù)目并在整流子上增加平衡器連接而發(fā)展形成。如圖6所示，纏繞在各齒上的兩個線圈通過平衡器連接而并聯(lián)。也可選擇，可以將環(huán)繞各齒的單線圈的數(shù)目減至一，同時幾個整流子片并不與線圈接線端子直接連接。
根據(jù)本發(fā)明，同樣的方法可以用于圖8和9的另外實例。首先，圖7表示了具有20個轉(zhuǎn)子狹槽、4個定子極點、20個整流子片以及4個電刷的傳統(tǒng)機(jī)器。轉(zhuǎn)子的繞組以1至5的較短節(jié)距交疊。電樞繞組中的線圈線路如圖10所示。
圖8是在扭矩和電動勢特性、磁通密度以及電流密度方面與圖7中的機(jī)器等效的機(jī)器的視圖，其中，圖8中的轉(zhuǎn)子繞組由纏繞在齒上的集中繞組制成。電動勢的相位與線圈1.1、1.2、1.3、1.4一樣的線圈在相同齒上重新分組。為了增加充滿導(dǎo)體的狹槽的尺寸，并使在圖7的原型機(jī)和圖8的等效機(jī)中的整個轉(zhuǎn)子電樞的全部銅部分(即各狹槽的銅部分的總量)保持相同，環(huán)繞空狹槽的齒重新分組，以便形成圖8中所示的、新的齒分布。在氣隙周圍，齒尖的位置并沒有變化，只是圖7的機(jī)器的齒在齒尖和內(nèi)部轉(zhuǎn)子軛鐵之間的中心部分變化為形成單個較大的齒。通過該方法，在氣隙中的空載磁通空間分布圖形并沒有改變，且從圖7的原型機(jī)到圖8的等效機(jī)，在齒中的軟磁材料也全部保留，以避免磁通飽和。因此，在軛鐵中的軟磁性材料和在狹槽中的銅的總量也不變。這形成了如圖8所示具有集中繞組的機(jī)器，如上所述，該機(jī)器與圖7的原型機(jī)等效。在各線圈中，形狀和電動勢幅值并沒有改變。
圖9是具有5個轉(zhuǎn)子狹槽、4個定子極點、20個整流子片以及4個電刷的機(jī)器的展開圖，其中，轉(zhuǎn)子繞組由纏繞在齒上的集中繞組形成。四個單線圈纏繞在相同的齒上，并與不同的整流子片相連。與整流子片的連接與在圖7所示機(jī)器中所用的連接相同。纏繞在相同齒上的各單線圈(例如線圈1.1、1.2、1.3和1.4)有相同的電動勢。這時，即使當(dāng)氣隙磁阻或在各定子極點下的永磁體的磁化并不完全相同，橫過各并聯(lián)線圈線路的總電動勢也將完全平衡。
在扭矩和電動勢特性、磁通密度以及電流密度方面，該機(jī)器等效于圖7中所示的機(jī)器。
圖10是在圖7和圖9中所示的機(jī)器的并聯(lián)線圈線路的視圖。
在根據(jù)本發(fā)明的很小功率的機(jī)器中，可以進(jìn)行各種變化，以便簡化該結(jié)構(gòu)。它可以減小電刷數(shù)目，同時在整流子上增加平衡器連接。單線圈的數(shù)目也可以減小，如圖11所示。根據(jù)本發(fā)明，圖12表示了與圖9所示相同類的電機(jī)，其中具有更高的結(jié)構(gòu)周期性(periodicity)。
尤其是，圖11是具有5個轉(zhuǎn)子狹槽、4個定子極點、20個整流子片以及2個電刷的機(jī)器的展開圖，其中，轉(zhuǎn)子繞組由纏繞在齒上的集中繞組形成。該機(jī)器是圖9所示的機(jī)器通過減小電刷數(shù)目并在整流子上增加平衡器連接而發(fā)展形成。在該機(jī)器中，可以將在各齒上的單線圈的數(shù)目減至2，如圖11所示。
同樣，圖12是具有5個轉(zhuǎn)子狹槽、4個定子極點、40個整流子片以及4個電刷的機(jī)器的展開圖，其中，轉(zhuǎn)子繞組由纏繞在齒上的集中繞組形成。該機(jī)器是圖9所示的機(jī)器發(fā)展而成，其中，單線圈數(shù)目和整流子片數(shù)目更高。
圖13表示了與圖9的電機(jī)相同的結(jié)構(gòu)，其中，整流數(shù)目以及纏繞在齒上的單線圈的數(shù)目更高。
尤其是，圖13是具有5個轉(zhuǎn)子狹槽、4個定子極點、40個整流子片以及2個電刷的機(jī)器的展開圖，其中，轉(zhuǎn)子繞組由纏繞在齒上的集中繞組形成。該機(jī)器是圖12所示的機(jī)器通過減小電刷數(shù)目并在整流子上增加平衡器連接而發(fā)展形成。根據(jù)參考圖9所述的方法，在極性相反(+和-)的2個電刷之間的片數(shù)增加(10片vs.5片)。因此，2個連續(xù)片之間的電壓降低。這種方法在電源電壓較高且需要限制在2個連續(xù)片之間的電壓幅值時采用。在本圖中，可以將各齒上的單線圈數(shù)目減少至2。
根據(jù)本發(fā)明，圖14是圖9所示方法發(fā)展而成，其中具有更高的結(jié)構(gòu)周期性。
尤其是，圖14是具有10個轉(zhuǎn)子狹槽、8個定子極點、40個整流子片以及8個電刷的機(jī)器的展開圖，其中，轉(zhuǎn)子繞組由纏繞在齒上的集中繞組形成。該機(jī)器是從圖9所示的機(jī)器通過使結(jié)構(gòu)的周期性倍增而衍生的。
本發(fā)明也用于圖16和17，該圖表示了具有由集中繞組制成的轉(zhuǎn)子繞組以及規(guī)則分布且有兩種不同尺寸的轉(zhuǎn)子齒。圖15中所示的、作為參考的傳統(tǒng)機(jī)器有12個轉(zhuǎn)子狹槽、4個定子極點、12個整流子片和4個電刷。轉(zhuǎn)子的繞組交疊一定徑節(jié)。
圖16是在扭矩和電動勢特性、磁通密度以及電流密度方面與圖15中的機(jī)器等效的結(jié)構(gòu)圖，其中，圖16中的轉(zhuǎn)子繞組由纏繞在齒上的集中繞組制成。電動勢的相位與線圈1.1、1.2、1.3、1.4一樣的線圈在相同齒上重新分組。為了增加充滿導(dǎo)體的狹槽的尺寸，并使在圖15的傳統(tǒng)機(jī)器和圖16的等效機(jī)中的整個轉(zhuǎn)子電樞的全部銅部分(即各狹槽的銅部分的總量)保持相同，環(huán)繞空狹槽的齒重新分組，以便形成圖16中所示的、新的齒分布。在氣隙周圍，齒尖的位置并沒有變化，只是圖15的機(jī)器的齒在齒尖和內(nèi)部轉(zhuǎn)子軛鐵之間的中心部分變化為形成單個較大的齒。通過該方法，在氣隙中的空載磁通空間分布圖形并沒有改變，且從圖15的原型機(jī)到圖16的等效機(jī)，在齒中的軟磁材料也全部保持，以避免磁通飽和。因此，在軛鐵中的軟磁性材料和在狹槽中的銅的總量也不變。應(yīng)當(dāng)知道，全部線圈只纏繞在3個齒上繞。這形成了如圖16所示具有集中繞組的機(jī)器，如上所述，該機(jī)器與圖15的原型機(jī)等效。在各線圈中，形狀和電動勢幅值并沒有改變。
圖17是具有6個轉(zhuǎn)子狹槽、4個定子極點、12個整流子片以及4個電刷的機(jī)器的展開圖，其中，轉(zhuǎn)子繞組由纏繞在3個齒上的集中繞組形成。它有兩種不同尺寸的、規(guī)則分布的轉(zhuǎn)子齒，其中，齒T1、T2和T3為一種尺寸，齒T4、T5和T6為第二尺寸。四個單線圈纏繞在相同的齒上，并與不同的整流子片相連。與整流子片的連接與在圖15所示機(jī)器中所用的連接相同。線圈線路完全平衡。該機(jī)器在扭矩和電動勢特性、磁通密度以及電流密度方面與圖15中的機(jī)器等效，其中，繞組效率等于1。這種集中繞組機(jī)器的性能很好。
在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成很小功率的機(jī)器時，可以進(jìn)行各種變化，以便簡化該結(jié)構(gòu)。例如，可以減小電刷數(shù)目，同時在整流子上增加平衡器連接。圖18是具有6個轉(zhuǎn)子狹槽、4個定子極點、12個整流子片以及2個電刷的機(jī)器的展開圖，其中具有由集中繞組制成的轉(zhuǎn)子繞組以及規(guī)則分布并有兩種不同尺寸的轉(zhuǎn)子齒。該機(jī)器是圖17所示的機(jī)器通過減小電刷數(shù)目并在整流子上增加平衡器連接而發(fā)展形成。在該機(jī)器中，可以將在各齒上的單線圈的數(shù)目減至2，如圖18所示。
圖19表示了具有由集中繞組制成的轉(zhuǎn)子繞組以及規(guī)則分布且有兩種不同尺寸的轉(zhuǎn)子齒的機(jī)器的另一實例。原型機(jī)有40個轉(zhuǎn)子狹槽、8個定子極點、40個整流子片和8個電刷。根據(jù)本發(fā)明的等效機(jī)有具有兩種不同尺寸的轉(zhuǎn)子齒(T1至T5為第一尺寸，T6至T10為第二尺寸)的10個轉(zhuǎn)子狹槽、8個定子極點、40個整流子片和4個電刷。每個齒有8個單線圈。單線圈在整流子上的連接與原型機(jī)相同?？梢詼p小電刷的數(shù)目，同時在整流子上添加平衡器連接。
圖20是具有利用層疊鋼材料形成的轉(zhuǎn)子磁路的永磁體電機(jī)的軸向剖視圖。通常，轉(zhuǎn)子(部件3、4、5)的磁路的軸向尺寸小于永磁體的軸向長度。因此，永磁體的磁通軸向集中在轉(zhuǎn)子內(nèi)，并可以將端繞組部分插入永磁體的軸向長度下面。轉(zhuǎn)子的軸向尺寸的這樣變化將減小電機(jī)的總軸向長度。
圖21是具有利用各向同性軟磁性復(fù)合材料形成的轉(zhuǎn)子磁路的永磁體電機(jī)的軸向剖視圖。在各向同性材料中，磁通的一部分也可以沿軸向流通。因此，可以在不降低電機(jī)性能的情況下增加磁通密度。轉(zhuǎn)子齒在線圈(部件4)和轉(zhuǎn)子軛鐵(部件5)下面的中心部分有相同的軸向尺寸，而齒尖(部件3)的軸向長度幾乎與永磁體的軸向長度相同。當(dāng)與利用層疊鋼的轉(zhuǎn)子(圖20)相比時，電機(jī)的總軸向長度減小。這時，對于由特定用途固定的總軸向長度，通過該結(jié)構(gòu)可以使有效氣隙區(qū)域的軸向長度最大。
圖22是具有利用各向同性軟磁性復(fù)合材料形成的轉(zhuǎn)子磁路的電機(jī)的軸向剖視圖。圖22所示的結(jié)構(gòu)由圖2 1的結(jié)構(gòu)而發(fā)展形成。轉(zhuǎn)子齒在線圈(部件4)和轉(zhuǎn)子軛鐵(部件5)下面的中心部分有相同的軸向尺寸，而齒尖(部件3)的軸向長度幾乎與永磁體的軸向長度相同。部件4和部件5軸向移動。端繞組、整流子和電刷局部或總體沿軸向方向插入，以便進(jìn)一步減小電機(jī)的總軸向尺寸。
本發(fā)明的電機(jī)結(jié)構(gòu)非常適于形成具有金屬粉制成的軟磁性復(fù)合材料的轉(zhuǎn)子磁路。由于較少數(shù)目的狹槽具有相對較大的尺寸，在轉(zhuǎn)子軛鐵的直接模制處理上的機(jī)械限制減小。各向同性的軟磁性復(fù)合材料也能很好地用于使在轉(zhuǎn)子或定子磁路中的軸向氣隙磁通集中，并在不降低電機(jī)性能的情況下減小電機(jī)的總軸向長度。齒尖可以軸向膨脹，并用于使在氣隙中的磁通軸向集中轉(zhuǎn)子或定子的齒和軛鐵內(nèi)(圖21、22)。轉(zhuǎn)子齒的齒尖的軸向長度幾乎可以與永磁體的軸向長度或定子齒尖的軸向長度相同。齒和軛鐵的軸向長度相同，并能夠低于齒尖的軸向長度(圖21、22)。在線圈和轉(zhuǎn)子軛鐵下面的轉(zhuǎn)子齒的中心部分也可以偏離中心和軸向移動(圖22)。還可以將端繞組軸向插入齒尖的內(nèi)部(圖21、22)。整流子和電刷也能夠局部或總體沿軸向方向插入到轉(zhuǎn)子齒齒尖下面(圖22)。這種結(jié)構(gòu)用于減小電機(jī)的總軸向長度。
當(dāng)使用各向同性的軟磁性材料，使轉(zhuǎn)子和定子齒在線圈下的中心部分的橫截面形成圓形、橢圓形或環(huán)形將很有用，以便減小由于繞組線圈的急劇彎曲而破壞絕緣體的危險，并使銅的填充系數(shù)最大。
本發(fā)明的所有實施例都可以采用不同的電刷寬度。轉(zhuǎn)子狹槽和/或定子狹槽可以偏斜，以便減小磁阻變化。當(dāng)定子有永磁體時，還可以使轉(zhuǎn)子狹槽和/或永磁體偏斜，以便減小扭矩變化。當(dāng)采用各向同性的軟磁性復(fù)合材料時，可以只使轉(zhuǎn)子齒齒尖和/或定子齒齒尖偏斜。
本發(fā)明的新結(jié)構(gòu)的DC和AC整流子電機(jī)可以廣泛用于各種用途(汽車用途、家用電器用途、電捆扎工具、電動車輛、小和很小功率的DC和AC整流子電機(jī)等)。轉(zhuǎn)子繞組的改進(jìn)效率和簡化形成將提供比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)更低的形成成本和更高的性能。
盡管上面只介紹了本發(fā)明的一些實施例，但是顯然，在不脫離本發(fā)明的精神的情況下可以進(jìn)行多種變化或簡化。因此，本發(fā)明可以用于具有徑向氣隙或橫向氣隙的電機(jī)。還有，本發(fā)明能夠用于有內(nèi)轉(zhuǎn)子或外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的機(jī)器中。還應(yīng)當(dāng)知道，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種其它變化和改變。
權(quán)利要求
1.一種直流電機(jī)，包括定子，該定子有2P個極點；轉(zhuǎn)子芯，該轉(zhuǎn)子芯包括鐵磁體芯，該鐵磁體芯有S個狹槽和S個通過氣隙與定子芯分離的齒；整流子，該整流子有多個片，該片的數(shù)目大于轉(zhuǎn)子狹槽S的數(shù)目；集中繞組轉(zhuǎn)子，該集中繞組轉(zhuǎn)子具有安裝在相同轉(zhuǎn)子齒上的多個絕緣線單線圈，且這些線圈的接線端子與整流子的不同片連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電機(jī)，其中各極點包括安裝在鐵磁體材料芯的表面上的永磁體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電機(jī)，其中各極點包括纏繞在由鐵磁體材料制成的齒上的線圈。
4.一種AC整流子(通用)電機(jī)，包括定子，該定子有2P個極點，各極點包括纏繞在鐵磁體材料芯的齒上的線圈；轉(zhuǎn)子芯，該轉(zhuǎn)子芯包括鐵磁體芯，該鐵磁體芯有S個狹槽和S個通過氣隙與定子芯分離的齒，定子和轉(zhuǎn)子芯包括磁路；整流子，該整流子有多個片，該片的數(shù)目Z大于轉(zhuǎn)子狹槽S的數(shù)目；集中繞組轉(zhuǎn)子，該集中繞組轉(zhuǎn)子具有安裝在相同轉(zhuǎn)子齒上的多個絕緣線單線圈，且這些線圈的接線端子與整流子的不同片連接。
5.一種直流電機(jī)，包括定子，該定子有2P個極點；轉(zhuǎn)子芯，該轉(zhuǎn)子芯包括鐵磁體芯，該鐵磁體芯有S個狹槽和S個通過氣隙與定子芯分離的齒，定子和轉(zhuǎn)子芯包括磁路；轉(zhuǎn)子芯，該轉(zhuǎn)子芯有多個齒，各齒有相同的幾何尺寸；集中繞組轉(zhuǎn)子，該集中繞組轉(zhuǎn)子具有纏繞在各轉(zhuǎn)子齒上的多個絕緣線線圈；整流子，該整流子有多個片，該片的數(shù)目為Z；其中，定子極點數(shù)2P、轉(zhuǎn)子狹槽數(shù)S以及整流子片數(shù)Z滿足以下條件P為整數(shù)，且0＜P＜10S＝2P+A A是整數(shù)，等于-1或1或2或3或4S＞2Z＝K*LCM(S，2P)±n K是大于0的整數(shù)LCM是S和2P的最小公倍數(shù)n等于o或K或者Z＝LCM(S，2P)/2 且Z/2P＞3。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的直流電機(jī)，其中各極點包括安裝在鐵磁體材料芯的表面上的永磁體。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的直流電機(jī)，其中各極點包括纏繞在由鐵磁體材料制成的齒上的線圈。
8.一種AC整流子(通用)電機(jī)，包括定子，該定子有2P個極點，各極點包括纏繞在鐵磁體材料芯的齒上的線圈；轉(zhuǎn)子芯，該轉(zhuǎn)子芯包括鐵磁體芯，該鐵磁體芯有S個狹槽和S個通過氣隙與定子芯分離的齒，各齒有相同的幾何尺寸；集中繞組轉(zhuǎn)子，該集中繞組轉(zhuǎn)子具有纏繞在各轉(zhuǎn)子齒上的多個絕緣線線圈；整流子，該整流子有多個片，該片的數(shù)目為Z；其中，定子極點數(shù)2P、轉(zhuǎn)子狹槽數(shù)S以及整流子片數(shù)Z滿足以下條件P為整數(shù)，且0＜P＜10S＝2P+AA是整數(shù)，等于-1或1或2或3或4S＞2Z＝K*LCM(S，2P)±n K是大于0的整數(shù)LCM是S和2P的最小公倍數(shù)n等于O或K或者Z＝LCM(S，2P)/2 且Z/2P＞3。
9.一種直流電機(jī)，包括定子，該定子有2P個極點；轉(zhuǎn)子芯，該轉(zhuǎn)子芯包括鐵磁體芯，該鐵磁體芯有S個狹槽和S個通過氣隙與定子芯分離的齒；其中，S/2個齒有與其余齒不同的幾何尺寸；集中繞組轉(zhuǎn)子，該集中繞組轉(zhuǎn)子具有纏繞在該S/2個轉(zhuǎn)子齒上的多個絕緣線線圈；整流子，該整流子有多個片，該片的數(shù)目為Z；其中，定子極點數(shù)2P、轉(zhuǎn)子狹槽數(shù)S以及整流子片數(shù)Z滿足以下條件P為整數(shù)，且0＜P＜10S＝2P+AA是整數(shù)，且1＜A＜PZ＝K*LCM(S/2，2P)±nK是大于0的整數(shù)LCM是S/2和2P的最小公倍數(shù)n等于o或K或者Z＝LCM(S/2，2P)/2。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的直流電機(jī)，其中各極點包括安裝在鐵磁體材料芯的表面上的永磁體。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的直流電機(jī)，其中各極點包括纏繞在由鐵磁體材料制成的齒上的線圈。
12.一種AC整流子(通用)電機(jī)，包括定子，該定子有2P個極點；轉(zhuǎn)子芯，該轉(zhuǎn)子芯包括鐵磁體芯，該鐵磁體芯有S個狹槽和S個通過氣隙與定子芯分離的齒；其中，S/2個齒有與其余齒不同的幾何尺寸；集中繞組轉(zhuǎn)子，該集中繞組轉(zhuǎn)子具有纏繞在S/2個轉(zhuǎn)子齒上的多個絕緣線線圈；整流子，該整流子有多個片，該片的數(shù)目為Z；其中，定子極點數(shù)2P、轉(zhuǎn)子狹槽數(shù)S以及整流子片數(shù)Z滿足以下條件P為整數(shù)，且 0＜P＜10S＝2P+2A A是整數(shù)，1＜A＜PZ＝K*LCM(S/2，2P)±nK是大于0的整數(shù)LCM是S/2和2P的最小公倍數(shù)n等于o或K或者Z＝LCM(S/2，2P)/2。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的AC整流子(通用)電機(jī)，其中各極點包括安裝在鐵磁體材料芯的表面上的永磁體。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的AC整流子(通用)電機(jī)，其中各極點包括纏繞在由鐵磁體材料制成的齒上的線圈。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電機(jī)，具有利用由金屬粉制成的軟磁性復(fù)合材料形成的磁路部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的直流電機(jī)，其中在線圈下面的轉(zhuǎn)子或定子齒部分的中心部分有圓形、橢圓形或環(huán)形，從而減小由于繞組線圈的急劇彎曲而破壞絕緣體的危險，并使銅的填充系數(shù)最大。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的直流電機(jī)，其中齒在線圈和軛鐵下面的中心部分的軸向長度相同；齒尖的軸向長度大于齒的軸向長度。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的直流電機(jī)，其中端繞組部分或完全插入到齒尖下面。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的直流電機(jī)，其中整流子和電刷部分或完全插入到轉(zhuǎn)子齒尖下面，以便減小電機(jī)的總軸向長度。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的直流電機(jī)，其中齒并不偏斜，而某些齒尖偏斜，以便減小磁阻變化或扭矩變化。
21.根據(jù)權(quán)利要求4所述的AC整流子(通用)電機(jī)，其中一部分磁路是利用由金屬粉制成的軟磁性復(fù)合材料形成的。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的AC整流子(通用)電機(jī)，其中在線圈下面的轉(zhuǎn)子或定子齒部分的中心部分有圓形、橢圓形或環(huán)形，從而減小由于繞組線圈的急劇彎曲而破壞絕緣體的危險，并使銅的填充系數(shù)最大。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的AC整流子(通用)電機(jī)，其中齒在線圈和軛鐵下面的中心部分的軸向長度相同；齒尖的軸向長度大于齒的軸向長度。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的AC整流子(通用)電機(jī)，其中端繞組部分或完全插入到齒尖下面。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的AC整流子(通用)電機(jī)，其中整流子和電刷部分或完全插入到轉(zhuǎn)子齒尖下面，以便減小電機(jī)的總軸向長度。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的AC整流子(通用)電機(jī)，其中齒并不偏斜，而某些齒尖偏斜，以便減小磁阻變化或扭矩變化。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電機(jī)，其中多個平衡器連接添加到整流子上，以便減小電刷數(shù)目。
28.根據(jù)權(quán)利要求4所述的AC整流子(通用)電機(jī)，其中多個平衡器連接添加到整流子上，以便減小電刷數(shù)目。
全文摘要
直流電機(jī)或AC整流子(通用)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，它們在轉(zhuǎn)子上采用了纏繞在齒上的集中繞組。整流子片的數(shù)目大于轉(zhuǎn)子齒的數(shù)目。多個線圈纏繞在相同的齒上。線圈的接線端子與不同的整流子片相連。電樞繞組的并聯(lián)線路完全平衡。通過電樞的并聯(lián)線路保持等電流分布，因此在這些并聯(lián)線路之間沒有流通電流。關(guān)于整流的問題減小，因為線圈電感值較低。端繞組的銅容積、Joule損失和電機(jī)電樞的軸向長度都低于具有互鎖線圈的疊繞組或波形繞組。提供了兩種集中繞組結(jié)構(gòu)一些具有相同尺寸的轉(zhuǎn)子齒，另一些具有不同尺寸的轉(zhuǎn)子齒。
文檔編號H02K23/30GK1470095SQ01817405
公開日2004年1月21日 申請日期2001年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月6日
發(fā)明者杰羅姆·克羅斯, 菲利普·維亞魯熱, 維亞魯熱, 杰羅姆 克羅斯 申請人:魁北克金屬粉末有限公司