一种轻量化四极雨刮电机的制作方法

本发明涉及一种雨刮电机，具体涉及一种轻量化四极雨刮电机。

背景技术：

汽车节能减排、降低能源消耗是现在汽车行业的一个趋势，各大主机厂纷纷对车用雨刮电机提出轻量化要求，并且留给雨刮系统的设计空间也越来越小；现有的雨刮电机，主要以两极磁钢为主，在同样的12槽电机，两极电机中，只有10个铁芯槽中的导线被磁极包裹，能够产生转矩，另外两个铁芯槽中导线不能完全被磁极包裹，没有有效地磁通，不能产生有效转矩，使其磁能有效利用率较低，在四极雨刮电机中，绕组绕入在齿槽内，每个绕组均引出接线与相应的换向片连接，实现电流的控制，并且每个铁芯槽都被磁极包裹，受到有效磁通，从而产生所需要的电磁转矩，而雨刮电机中通常要求两个不同转速控制，通过现有技术中的这种接线方式，在四极雨刮电机中，总共需要六个电刷，这就要求雨刮电机有更多的空间来满足要求，且越来越多的汽车装配厂反应其电机太重。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种轻量化的、能提高磁能利用率的轻量化四极雨刮电机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种轻量化四极雨刮电机，包括铁芯、换向器、电刷和电枢轴，相邻铁芯之间形成有用于绕入绕组的齿槽，在铁芯外侧设置有外壳，外壳内壁上设置有磁钢，磁钢位于铁芯外侧，换向器包括换向片，所述换向器与铁芯均套设在电枢轴上，且所述换向器与绕组连接，电刷端面位于换向器外圆上，磁钢为四个，且呈圆周均匀分布在外壳内壁上，所述电刷为3个，在换向器上每组相对的换向片之间均通过导线连接。

进一步，所述磁钢呈圆弧形设置，且每块磁钢的大小相同，相邻磁钢的磁极相反。

进一步，所述相邻磁钢之间设置有间隙。

进一步，所述换向器选用钩形换向器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明中，将传统电机中的两极磁钢变为四极磁钢，通过四极磁钢将齿槽中的绕组包裹，有效地提高了磁能利用率，进而提高电机的转矩，在相同转矩下，四极电机用料及体积均可减小，实现电机轻量化，且在换向器上每组相对的换向片之间均通过导线连接，电流通过导线直接导通，从而减少了电刷的数量，节约了电机中电刷的布置空间，减轻了电机的重量。

附图说明

图1为两极电机有效磁通分析示意图；

图2为四极电机有效磁通分析示意图；

图3为传统四极电机电刷分布示意图；

图4为本发明示意图；

图1至图4中所示附图标记分别表示为：1-铁芯，2-换向器，3-电刷，4-齿槽，5-外壳，6-磁钢，7-导线，101-电枢轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

如图4所示，一种轻量化四极雨刮电机，包括铁芯1、换向器2、电刷3和电枢轴101，相邻铁芯1之间形成有用于绕入绕组的齿槽4，在所述铁芯1外侧设置有外壳5，所述外壳5内壁上设置有磁钢6，所述磁钢6位于铁芯1外侧，所述换向器2包括换向片，所述换向器2与铁芯1均套设在电枢轴101上，且所述换向器2与绕组连接，所述电刷端面位于换向器2外圆上，所述磁钢6为四个，且呈圆周均匀分布在外壳5内壁上，所述电刷3为3个，在所述换向器2上每组相对的换向片之间均通过导线7连接；所述铁芯1既是主磁路的一部分，也是绕组的支撑部件，铁芯1上有12个均匀分布的缺口，形成有齿槽4，绕组绕入在齿槽4内，所述绕组为绕入式绕组，在绕组中通入电流后，铁芯1将电能变为磁能，产生旋转磁场，磁场切割磁钢6的磁力线产力矩，从而驱动负载运转，所述换向器2与铁芯1均套设在电枢轴101上，且所述换向器与绕组连接，用于接通电流并转换电流的方向，所述电刷端面位于换向器2的外圆上，作为导入和导出电流的滑动接触体，具体的说，电刷固定设置于刷盒内，刷盒固定在刷架上，电刷前端与换向器相接触，从而配合来实现机械换向，所述绕组走向及绕组与换向片之间的连接方式与现有技术中的一致，在本发明中，所述磁钢6为四个，且沿圆周均匀分布在外壳1内壁上，通过四极磁钢，使绕入在12个齿槽4中的绕组被磁钢6包裹，产生磁通，为电机提供转矩，由于电机的转矩就是受永磁体提供的有效磁通得到的，在四极电机中，有效磁通得到显著提高，使其沿铁芯1法线方向受到的洛仑兹力加强，那么在整个电机内提供给铁芯1旋转的力也就增强，有效地提高了磁能利用率，减小漏磁现象的发生，提高了电机的转矩；由于具有高的磁能利用率，如果要得到与两极电机相同力矩的电机，那么本发明提供的四极雨刮电机中电流、导线长度、磁场强度等参数均可减小，从而电机用料及体积均可减小，可通过减薄磁体厚度、减短磁体长度、减小铁芯厚度等方式，实现电机轻量化，由于雨刮电机通常要求两个不同的转速控制，现有的四极电机中，总共需要六个电刷3，这就要求电机有更多的空间来满足，而高速和低速电刷的位置很接近，在电刷的固定方式上，难度很大，在本发明中，所述换向片为偶数片，且两两相对，在所述换向器2上每组相对的换向片之间均通过导线7连接，电流通过导线7直接导通，那么相对应的电刷3则可以省掉不用，这样，本发明中所提供的四极雨刮电机只需用到三个电刷就可以正常工作运转，在满足雨刮电机正常工作运转的前提下，减少了电刷的数量，有效地节约了电刷布置空间，减轻了电机重量。

为了减少电机的漏磁现象，一定程度上提高电机的输出力矩，本发明中，所述磁钢6呈圆弧形设置，且每块磁钢6的大小都相同，相邻磁钢的磁极相反；其提高了电机中电能传递效率，使漏磁减小，有助于提高电机的输出力矩。

本发明中，所述相邻磁钢6之间设置有间隙，使磁场在周向上连续，实现了电机的低速的大力矩输出，且在一定程度上降低了振动。

换向器可采用钩型换向器和槽型换向器，为了便于导线在每组相对的换向片之间的连接，本发明中，优选的换向器采用钩型换向器，钩型换向器的换向片上有挂线钩，导线可直接将相对的挂线钩连接，实现相对换向片之间的连接，其连接稳定，不易松脱，保证了雨刮电机的正常工作运转。

通过实施例进一步详细说明该轻量化四极雨刮电机实现轻量化和提高磁能利用率；

如图1、图2所示，在同样12槽的电机中，两极电动机中，只有10个齿槽中的导线被磁极包裹，产生磁通，为电机提供力矩；单个磁极下有效磁通为：

其中，b代表导线处的磁通密度，l为导体长度，r代表磁极半径。

在四极电机中，12个齿槽中的导线均被磁极包裹，产生磁通，为电机提供转矩；其单个磁极下有效磁通为：

由上述可得，两极与四极电机中的有效磁通之比为：

由于电机的转矩就是受磁体提供的有效磁通量得到，因此，两极电机与四极电机的转矩之比也为1.443，即在四极电机中，磁通的利用率可以提高44.3％。，因此，如果要得到与两极电机相同转矩的电机，那么四极电机中的电流i、导线长度l、磁场强度b等参数可以减小，从而减少电机用料及体积，即：磁体厚度减薄或减短磁体长度、铁芯厚度减小等方式，实现电机轻量化；当电机处于低速转运时，需要用到四个电刷，其中两个接负极，两个接正极，当电机高速运转时，还需要在其他位置增加另一个高转速控制，则还需要增加两个接正极的电刷，而雨刮电机通常要求两个不同的转速控制，则雨刮电机总共需要六个电刷，需要电机有更多的空间来布置电刷，如图3所示，仅画出两组对着的绕线组走向，磁钢和电刷在空间上固定，换向器上各换向片之间绝缘，实线表示从铁芯1上端通过的导线，虚线表示从铁芯1下端通过的导线，圆点⊙表示流出纸面的电流，圆点⊕表示流入纸面的电流；如图4所示，本发明中，将相对的换向片之间通过导线7连接，电流通过导线7直接接通，那么相对应的电刷可省掉不用，从而减少电刷数量，此处，通过两组组相对的换向片之间的连接来说明雨刮电机中电刷的数量分布，例如换向片①和换向片⑦用导线7直接相连，电流通过导线7传输，那么原来换向片⑦处对应的电刷则可省掉不用，换向片④和换向片⑩通过导线直接连接，电流通过导线传输，则换向片⑩处对应的电刷也可省去不用，以此类推，其余相对的换向片之间也通过导线连接，换向片相对应的电刷则可省去不用，因此，将每组相对的换向片之间均通过导线直接连接后，该四极雨刮电机中只需用到三个电刷即可满足工作需要，不需要电机提供更多的空间来满足电刷布置要求，节约了空间，减轻了电机重量。

以上为本发明的具体实施方式，从实施过程可以看出，本发明所提供的一种轻量化四极雨刮电机，将传统电机中的两极磁钢变为四极磁钢，通过四极磁钢将齿槽中的绕组包裹，有效地提高了磁能利用率，进而提高电机的转矩，在相同转矩下，四极电机用料及体积均可减小，实现电机轻量化，且在换向器上每组相对的换向片之间均通过导线连接，从而减少了电刷的数量，节约了电机中电刷的布置空间，减轻了电机的重量。