专利名称：具有单齿—转子绕组的电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按照权利要求1所述类型的电机，优选地直流电动机。
对于具有大的转矩和小的转速的直流电动机来说选择高极数是有利的。此外使用单数绕组也使得高的功率或者转矩密度成为可能。为了达到小的力矩波动性应尽可能如此地选择齿的数量，即极数和齿数的最
小共数倍(KGV)尽可能地大，这样每转一圈在齿和极之间就出现许多不同的》兹断开部位。这样例如就为具有/V极定子和一个带有11个齿的整流子转子的直流电动机产生88个KGV。在这种情况中为了使电机的结构空间和制造费用低应尽可能小地选择整流子薄片的数量。
WO 02/21 665 A2公开了在整流子薄片的数量方面使用极数的数倍。此外在该文献中还公开了为了减少炭刷数量在例如两个炭刷上将整流子薄片按照规定的距离通过触桥如此连接起来。尽管如此，这些类型的已公开的方案仍然存在整流子薄片数量比较大，并且相应地结构空间大和制造费用高的缺点。
只要整流子薄片的数量是极对数和槽数量的数倍，则通过磁阻和电整流所引起的力和转矩波动的相同级(Ordnungen)被激发。这特别是导致噪音辐射的提高。
发明内容
使用本发明的方案在使电机的转矩波动性尽可能小的情况下超过已公开的规模地努力减小整流子薄片的数量。
在具有权利要求1特征的电机中以有利的方式通过极数，齿数和薄片数的合理的组合达到最大地波动性降低。另 一优点在于通过这种方式，通过整流子的紧凑结构可使电机的结构空间和制造费用低。此外由此还降低了噪音辐射。
通过在从属权利要求中所列出的措施产生在独立权利要求中所说明的特征的有利的方案和改进。
通过下述措施产生线圈的更好的整流，即整流子具有两个正电刷以及两个负电刷，这些电刷分别比整个薄片宽度的数倍多半个薄片宽度地彼此错位。通过这一措施保证在两个正电刷和两个负电刷的情况下总是
以推才免式(im Gegentakt)完成电流的整流。而在已/>开的具有薄片宽度的整数倍错位的电刷的方案中就不是这种情况。
在此根据薄片数量产生不同的方案。这样以有利的方式当整流子的薄片数量为偶数时两个正电刷以及两个负电刷分別彼此错位励磁线圈的双倍的极距，并且当整流子的薄片数量为奇数时整流子的两个正电刷以及两个负电刷彼此错位180°。此外，通过下述措施达到电机的最佳电流整流，即负电刷中的一个电刷相对于正电刷中的一个电刷错位三倍的极距(沿电机的转动方向)。通过下术措施可达到整流的进一步最佳化，即整流子的分别彼此错位四个极距的薄片通过触桥彼此连接。
通过下述措施借助自动缠绕机可特别方便地制造线圈和触桥，即极齿的线圈和整流子的触桥用 一根缠绕线缠绕。这种类型的电机优选地在汽车中有多种用途。此外，作为用于刮水器直接驱动装置的一个优选的实施形式，在此提出一种电机，它具有一个由八个极齿或者极槽以及22个薄片的整流子转子和一个8极的定子。
下面借助附图对本发明进行示例性的说明。这些附图是图1:根据本发明的电机的第一实施例的前视简图。图2:用于用缠绕自动机制造的线圈和电机的触桥的缠绕表。图3a:图1的电机的展开简图，该电机具有第一三个线圈和整流子转子的触桥。
图3b、 3c和3d:按照图2的缠绕表用于制造转子绕组的对于线圈和触桥4至6、 7至9和10至11的另一简图。
图4:具有9个齿和18个薄片的8极电机的另一实施例简图。图5:用于其的缠绕表。
图6:按照图5的缠绕表制造的具有两个第一线圈和触桥的图4的电机的展开示意图。
图7:具有11个齿和33个薄片的12极的电机的一个第三实施例的简图，和
图8:所属的缠绕表。
图9:具有按照图8的缠绕表所制造的第一3个线圏和6个触桥的图7的电^/L的相应的展开图。
具体实施例方式
在图1中示意示出了一种永^磁激励的8才及直流电动^L作为电片;L的一
个第一实施例的前视图，并且该电机用附图标记10表示。这种类型的电机优选地用于汽车中的伺服驱动装置、通风机、玻璃刮水器等，并且在大载荷时必须在汽车的整个寿命期尽可能可靠地运行。其它的要求是
尽可能小的力和转矩波动以及小的噪音辐射。直流电动机10具有一个8极的定子ll。该定子通过一个工作气隙12和一个整流子转子13,以下称之为转子，共同作用。转子13由一个叠片铁心14构成。该叠片铁心固定在一个两侧支承的转子轴15上。在叠片铁心14的圆周上设置有11个均匀分布的极齿Z。在这些极齿之间分别设置有槽N用于容纳一个转子绕组17的一共11个线圏S。在这种情况中这些线圈作为单齿线圏是通过缠绕自动机产生到各一个4及齿Z上。在此它们以特别的方式和一个在叠片铁心14的前端侧上安装到转子轴15上的整流子16连接(verschaltet)。这个整流子具有22个在圆周上均匀分布设置的薄片L。这些薄片分别和两个位置固定的正炭刷B+和负炭刷B-共同作用。它们彼此分别错位90°,并且为了使电机运行给它们提供直流电。在这种情况中转子13的11个极齿Z和定子11的八个激励极共同作用。为了实现电机的尽可能小的转矩波动性，极齿的数量和激励极的数量不同。此外，在此薄片L的数量是极齿数的两倍。
为了最佳的磁阻和电机的电整流此外还要求整流子薄片L的数量是激励极P的半极对数的多倍，然而却不是极对数本身的多倍。此外，极对数还必须是一偶数。这些条件适于图1所示的具有一个极对数口=4和薄片数为22的直流电动机10。此外通过下述措施使电机的整流最佳化，即两个正电刷B+以及两个负电刷B》匕整个薄片宽度b的数倍多半个薄片宽度地彼此错开。通过这一措施保证，当正电刷或者负电刷之一位于一个薄片L的中间时另一正电刷或者负电刷分别搭接两个邻近的薄片L。此外，当整流子16的薄片数为偶数时为了最佳的磁阻还要求使两个正电刷B+以及两个负电刷B-分别彼此4普开激励极P的双倍的极距Pt。这在图1的8极的直流电动机10中产生了分别为90。的电刷错位。此外为了取得最佳的整流还要求负电刷B-之一相对于正电刷B+之一沿电机的箭头D的旋转方向错开三倍的极距Pt。
图2示出一个缠绕图表。用这个缠绕图表制造直流电动机10的11个线圈，并且和整流子16的22个薄片以及和11个触桥K连接。其中这个缠绕表是由一个缠绕自动机完成的。在该缠绕机中用绕组线交替地缠绕极齿Z的线圈S和触桥K。
图3a到图3d示出图1的直流电动机10的展开简图。用这些图表示按照图2的缠绕表分四段制造线圈S和触桥K的情况，并在下面继续加以说明。从图中可以看到具有极P1到8时8极定子11,11个极齿Z1到11,槽N1至11和具有薄片Ll至22的整流子16。
图3a示出用于制造具有线圈Sl至S3和触桥K1至K3的转子绕组17的一个第一段。绕组头18a可以自由选择，并且在此配属于薄片Ll。此外转子薄片L也可自由选择地配属于极齿Z,在此这是如此选择的，即第一极齿Z1正好置于整流子16的薄片Ll和L22之间的薄片缝的高度。现在按照图3a这个位置在圆周上角度位置『0。。此外在这个位置中定子11的北极P1在中间位于极齿Z1上。当第一正电刷B+搭接薄片L22和L1时，第二正电刷B+错位双倍的极距2Pt,也就是说沿转动方向D与其错位90。，并且位于薄片L6的中间上。第一负电刷B—相对于第一正电刷B+错位3倍的极距3Pt设置，即相应于沿转动方向D错位135°的角度，并且位于薄片L9上。第二负电刷B—与其又错位90。，并且位于薄片L14和L15上。因此正电刷以及负电刷的电刷错位分别为五倍半的薄片宽度(5.5b)。
自动缠绕机按照图2的缠绕表以行的方式工作，其中依次缠绕线圈Sl至11和触桥K1至11,并且分別和整流子16的配属于它们的薄片L接触。
为了清楚起见在图3a至图3d中对槽N以及薄片L逐一进行编号。在这些展开图中双重示出的线圈分别用虚线表示在图3a至3d的右侧。在这种情况中制造过程的细节说明如下
按照图3a,从线圈Sl开始，首先将缠绕线18固定在薄片Ll上，然后将线圈Sl通过槽N6，再然后绕极齿Z7 88圈，然后线圈尾通过槽N7固定在薄片L2上。紧接着缠绕线不中断地将第一触桥K1从薄片L2敷设到薄片L13。从那里线圈S2的头通过槽N1，将具有88圏的线圈缠绕齿Z2，并且将其末端通过槽N2导往薄片L 14。然后从那里将触桥K2敷设到薄片L3。由此现在将线圈S3的头通过槽N7，将线圈绕齿Z8缠绕，并且将末端通过槽N8地敷设到薄片L4。从那里将缠绕线过渡到
7图3b。
根据图3b触桥K3从薄片L4到达薄片L15。在这种情况中可以看 出，触桥K将整流子16的错位180。的薄片L彼此连接起来。这在此相 应于四倍的极距4Pt。紧接着线圈S4的头从薄片L15通过槽N2，将具 有88圏的线圈缠绕齿Z3，并且将其末端通过槽N3敷设到薄片L16上。 现在触桥K4从薄片L16到达薄片L5。从那里线圈S5的头通过槽N8 铺置，将线圈缠绕到极齿Z9上，并且将线圈末端通过槽N9设置到薄片 L6上。现在触桥K5从薄片L6到达薄片L17。紧接着线圈S6用它的头 从薄片L17通过槽N3，缠绕到极齿Z4上，并且将末端通过槽N4敷设 到薄片L18上。从那里将缠绕线18过渡到图3C。
根据图3C现在触桥K6从薄片L18到薄片L7。紧接着线圈S7的头 从薄片L7通过槽N9，将线圈绕齿Z10缠绕，并且末端通过N10敷设到 薄片L8上。然后触桥K7从薄片L8到达薄片L19。由此然后线圈S8的 头从那里通过槽N4，线圈绕齿Z5缠绕，并且末端通过槽N5到达薄片 L20。然后触桥K8从薄片L20到达薄片L9。线圈S9的头从那里通过槽 N10,将具有88圈的线圈缠绕到极齿Zll上，并且将线圈末端通过槽 Nll敷设到薄片L10上。从那里缠绕线18过渡到图3d。
根据图3d现在触桥K9从薄片L10到达薄片L21。紧接着线圈S10 的头从薄片L21通过槽N5，将具有88圈的线圏缠绕齿Z6，并且将末端 通过槽N6敷设到薄片L22上。然后触桥K10从薄片L22到达薄片Lll。 从那里线圈Sll的头通过槽Nll铺置，将线圈缠绕到极齿Z1上，并且 线圏末端通过槽N1敷设到薄片L12上。最后还将触桥K11从薄片L12 敷设到薄片Ll。在此将缠绕线18最后被切断，并且形成转子绕组17 的末端18b。
图4示出直流电动才几20的一个第二实施例。它的定子11又具有8 极P。然而在此整流子转子13仅设置9个槽N或者极齿Z。这些极齿分 别支承一个线圈S。整流子16在此设置有18个薄片L,并且分别通过 两个正电刷B+和负电刷B-提供直流电流。
图5示出图4的直流电动机20的用于转子绕组17的缠绕表。 图6也示出图4的直流电动机20的展开简图。用这个展开图在下 面更加详细地说明图5的缠绕表的头四个缠绕段的线圏S和触桥K的制 造和连接的缠绕方法。在这种情况中，两个正电刷B+和负电刷B—以如同第一实施例的相同方式分别彼此4普位90。。这在8极的定子11中对应 于双倍的极距2Pt。第一负电刷B-在此相对于第一正电刷B+错位135。， 或者三个极距。
从图5的缠绕表中可以看出，9个线圈S和触桥K交替且连续地由 缠绕线18制成。下面详细地叙述此制造过程
根据图6从线圈Sl开始，缠绕线18首先用线头18a固定在薄片Ll 上。然后线圈Sl的头通过槽N5，然后绕极齿Z6绕88圈，为了然后将 线圈末端通过槽N6固定在薄片L2上。紧接着缠绕线不中断地将第一触 桥K1从薄片L2铺设到薄片Lll上，并且从那里将线圈S2的头通过槽 Nl,线圈S2缠绕齿Z2，并且末端通过槽N2被引导到薄片L12。紧接 着从那里触桥K2从薄片L12铺设到薄片L3上。按照图6的展开图缠绕 线在右侧从那里出来一直到线圈S3。和图3a到图3d的第一实施例一样， 现在在第二实施例中也是一步一步地完成图5的缠绕表，直到最后用最 后的触桥KIO，缠绕线重新到达薄片Ll,并且在那里被切断。
图7示出直流电动机30的一个第三实施例。该电动才几的12才及的定 子31具有在其圓周均匀分布的12个永久磁铁。它们形成具有交替极性 的8个极。这些极和一个转子33共同作用。这个转子具有11个槽N和 极齿。在这些极齿上分别缠绕一个线圈S。这ll个线圏S和一个整流子 36连接。这个整流子在它的圆周具有33个薄片L。为了给电机提供电 流这些整流子薄片L和两个正电刷B+和两个负电刷B-共同作用。与前 面的两个实施例不同的是在此该整流子36具有一个奇数的薄片数。通 过这一措施为了最佳的整流可使两个正电刷B+以及两个负电刷B-分别 彼此错位180。。在这种情况中负电刷B—相对于正电刷B+分别错位90°。
图8示出了 一个缠绕表。可用 一个自动缠绕机采用这个缠绕表制造 11个线圏S和22个触桥K。在这种情况中与前述的实施例不同的是在 每个线圏之后依次地制造两个触桥，然后才是下一个线圏。在此也可用 一^f艮缠绕线缠绕所有的线圈S和触桥K。
图9在直流电动机30的一个展开图中示出了一个具有转子33和它 的整流子36的12极的定子31。下面借助图8的缠绕表详细地i兌明图9 的头3个线圈S和头6个触桥K的制造和设置的情况。具体实施步骤如 下
首先将缠绕线18固定在薄片L上的点18a中。然后线圈Sl的头通过槽N4，然后绕极齿Z5缠绕88圈，为的是然后通过槽N5将线圏的末端固定在薄片L24上。紧接着该缠绕线不中断地将第一触桥K1从薄片L24铺设到薄片L2,并且同时从那里将第二触桥K2 —直导引到薄片L13。从那里线圈S2的头通过槽N8，将线圈缠绕到极齿Z9上，并且将末端通过槽N9通往薄片L3。现在，从那里触桥K3铺设到薄片L14,并且此外触桥K4铺设到薄片L25。然后从那里线圈S3的头通过槽Nl,线圏绕极齿Z2缠绕，并且将末端通过槽N2到达薄片L15。然后将触桥K5铺设到薄片L26上，并且再然后将触桥K6铺设到薄片L4上。从薄片L4将缠绕线在图9中的右侧引向线圈S4,其中，这个缠绕步骤以及所有其它的从图8的缠绕表中得到的缠绕步骤以和在第 一实施例中所述的相同方式是由一个自动缠绕机完成的，直到最后在最后的触桥K22之后缠绕线又重新到达薄片Ll。
在薄片数量是极齿数量的多倍的电机中为了减小磁阻(Reduktanz)和电整流的波动性的重要的方案构思在于整流子薄片L的数量 一定是激励极的半极对数的数倍，而不是整个极对数p的数倍，此外，其中极对数还必须是一个偶数。这种方案构思并不局限于已示的实施例。因此仅在一种8极的电机中就为它的转子给出一些其它的代替方案，例如具有13个槽/极齿和26个整流子薄片或者15个槽/极齿和30个整流子薄片。相应地人们也可在4极、12极和16极的电机中得到许多替代方案。
这些实施例的另 一重要特征是整流子具有两个正电刷B+和两个负电刷B、其中，正电刷以及负电刷彼此间的错位比整个薄片宽度b的数倍多半个薄片宽度。通过这 一措施对于电机的整流有小的电流波动性。
这是由于在两个正电刷和负电刷的情况下电流决不会同时由 一个薄片到相邻的薄片而被整流。此外，通过这一措施还达到磁波动性的频率(极对数x齿数)的频率和电流波动性的频率不同。这意味着力和扭矩的波动更小，以及噪音辐射更小。
10
权利要求
1. 电机，优选是直流电动机(10)，具有在定子(11)中的至少八个激励极(P)以及具有整流子转子(13)，所述整流子转子在圆周上具有若干槽(N)和极齿(Z)，它们的数量和激励极的数量不同，并且它们的极齿分别支承至少一个线圈(S)，该线圈的末端和整流子薄片(L)连接，整流子薄片成对地通过触桥(K)彼此电连接以及通过炭刷(B)被提供电能，整流子薄片的数量是极齿数量的数倍，其特征在于，此外，整流子薄片(L)的数量是激励极(p)的半极对数(p)的数倍，然而却不是极对数(p)的数倍，极对数(p)必须是偶数。
2. 按照权利要求1所述的电机，其特征在于，整流子(16)具有两 个正电刷和两个负电刷(B+, B-),其中，这两个正电刷(B+)以及 两个负电刷(B-)相互比整个薄片宽度(b)的数倍多错位半个薄片宽 度(b)。
3. 3要照权利要求1或2所述的电才几，其特;^正在于，两个正电刷(B+) 以及两个负电刷(B-)当整流子(16)的薄片(L)的数量为偶数时分 别彼此4普位激励才及(P)的双倍的极距(Pt)。
4. 按照权利要求1或2所述的电机，其特征在于，当整流子(36) 的薄片(L)的数量为奇数时，两个正电刷(B+)以及两个负电刷(B-) 彼此错位1800。
5. 按照权利要求2或4所述的电机，其特征在于，负电刷(B-)之 一相对于正电刷(B+)之一错位电机的三倍的极距(Pt)。
6. 按照前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，整流子 (16)的彼此分别错位四个极距(Pt)的薄片(L)通过触桥(K)彼此连接。
7. 按照权利要求1或6所述的电机，其特征在于，极齿(Z)的线 圈(S)和触桥(K)由缠绕线(18)借助自动缠绕机缠绕。
8. 按照权利要求1所述的电机，其特征在于，就一种八极的定子 (11 )而言，整流子转子(13)设置十一个极齿(Z)或者槽(N)以及二十二个薄片(L)。
9. 按照权利要求1所述的电机，其特征在于，就一种八极的定子 (11 )而言，整流子转子(13)设置九个极齿(Z)或者槽(N)以及十八个薄片(L)。
10.按照权利要求1所述的电机，其特征在于，就一种十二极的定子(31)而言，整流子转子(33)设置十一个极齿(Z)或者槽(N)以 及三十三个薄片(L)。
全文摘要
本发明涉及一种电机(10)，它在定子(11)中具有至少8个激励极(P)和一个整流子转子(13)。该整流子转子具有一些极齿(Z)，极齿的数量和激励极的数量不同，并且它的极齿(Z)分别支承至少一个线圈(S)，这个线圈和整流子薄处(L)连接，这些整流子薄片成对地通过触桥(K)彼此连接，其中，薄片数是极齿数的数倍。为了减小电机的磁和电的波动性本发明规定，整流子薄片(L)的数量是激励极(P)的半个极对数的数倍，而不是整个极对数的数倍，其中极对数还必须是偶数。
文档编号H02K23/30GK101501970SQ200780029552
公开日2009年8月5日 申请日期2007年7月31日 优先权日2006年8月7日
发明者G·鲁斯 申请人:罗伯特.博世有限公司