本实用新型实施例涉及一种电机绕组以及包括该电机绕组的电机。
背景技术：
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或直线位移的开环控制电机，是现代数字程序控制系统中的主要执行元件，应用极为广泛，现有的步进电机绕组中每相绕组由4个线圈组成，4个线圈串联成一相绕组。
然而，上述现有步进电机每相绕组的4个线圈是串联的，相电感和相电阻较大，通入线圈的电流降低，可能会导致步进电机转速偏低，扭矩下降的问题，可能不适合需要进行高速和高扭矩工作的场合。
技术实现要素：
本实用新型实施例的目的在于提供一种电机绕组和电机，以解决上述技术问题。
根据本实用新型的至少一个实施例，提供了一种电机绕组，其特征在于，包括：至少第一相绕组和第二相绕组，所述第一相绕组包括第一组线圈和第二组线圈；所述第二相绕组包括第三组线圈和第四组线圈，所述第一组线圈与第二组线圈并联，所述第三组线圈与所述第四组线圈并联；每组所述线圈包括至少两个线圈，所述至少两个线圈串联连接。
例如，流经所述第一组线圈的电流与流经所述第二组线圈的电流相等；流经所述第三组线圈的电流与流经所述第四组线圈的电流相等。
根据本实用新型的至少一个实施例，提供了一种电机绕组，其特征在于，包括：至少第一相绕组和第二相绕组，所述第一相绕组包括第一组线圈和第二组线圈；所述第二相绕组包括第三组线圈和第四组线圈；所述第一组线圈与第二组线圈串联，所述第三组线圈与所述第四组线圈串联；每组所述线圈包括至少两个线圈，所述至少两个线圈并联连接。
例如，流经所述至少两个线圈中的每个线圈的电流相等。
例如，每个线圈分别缠绕在定子铁芯的一个绕线齿上，所述第一相绕组包括的多个线圈缠绕的所述绕线齿与所述第二相绕组包括的多个线圈缠绕的所述绕线齿相互间隔。
例如，所述线圈为单股线圈。
例如，每个所述线圈的绕线结构相同。
根据本实用新型的至少一个实施例，提供了一种电机，其特征在于，包括电机绕组。
例如，电机还包括印刷电路板，所述印刷电路板包括布线电路，所述电机绕组中的所述线圈组或线圈通过所述布线电路实现串联或并联。
例如，电机还包括接线头，所述电机绕组中的每个线圈分别对应两个接线头。
例如，所述印刷电路板包括多个过孔，所述接线头能够穿过所述过孔。
本实用新型通过改变电机绕组线圈的连接方式，降低了线圈的电感和电阻值，从而提高了流经绕组线圈的电流，提高了电机转速，使得电机拥有更大的扭矩。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。下面描述中的附图仅仅是本实用新型的示例性实施例。
图1a-1b示出了根据本实用新型实施例的第一种电机绕组结构示意图；
图2a-2b示出了根据本实用新型实施例的第一种电机绕组电路示意图；
图3a-3b示出了根据本实用新型实施例的第二种电机绕组结构示意图；
图4a-4b示出了根据本实用新型实施例的第二种电机绕组电路示意图；
图5示出了示出了根据本实用新型实施例的电机结构示意图；
图6示出了根据本实用新型实施例的包括印刷电路板的电机结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在下文中，将参考附图详细描述本实用新型的优选实施例。注意，在本说明书和附图中，具有基本上相同步骤和元素用相同的附图标记来表示，且对这些步骤和元素的重复解释将被省略。
在本实用新型的实施例中，电机绕组至少包括两相绕组，例如两相绕组或两相以上绕组。下面的示例仅以两相绕组为例进行说明，本领域技术人员根据本实用新型公开的内容也可以了解到三相或三相以上的多相绕组的实现方式。
图1a-1b示出了根据本实用新型实施例的第一种电机绕组结构示意图。参见图1a-1b，电机绕组包括第一相绕组A和第二相绕组B，第一相绕组A可以包括第一组线圈A1和第二组线圈A2。第二相绕组B可以包括第三组线圈B1和第四组线圈B2。第一组线圈A1与第二组线圈A2并联连接，第三组线圈B1与第四组线圈B2并联连接。并且，每组线圈包括至少两个线圈，例如，两个线圈或两个以上线圈。每组线圈所包括的线圈均串联连接。在本实用新型实施例中，电机的定子铁芯包括多个绕线齿，每个线圈分别缠绕在定子铁芯的一个绕线齿上。
根据本实用新型的一个示例，第一组线圈A1至少包括两个线圈，例如线圈1，2。第二组线圈A2至少包括两个线圈，例如线圈3，4。第三组线圈B1至少包括两个线圈，例如线圈5,6。第四组线圈B2至少包括两个线圈，例如线圈7,8。
此外，根据本实用新型的另一个示例，第一相绕组A包括的多个线圈缠绕的定子铁芯的绕线齿，与第二相绕组B包括的多个线圈缠绕的定子铁芯的绕线齿相互间隔。例如，参见图1a-1b，定子铁芯的第1、第3、第5和第7绕线齿为A相绕组绕线齿。定子铁芯的第2、第4、第6和第8绕线齿为B相绕组绕线齿。A相绕组绕线齿与B相绕组绕线齿相互间隔。根据本实用新型的第一种绕组结构，第一组线圈A1至少包括线圈1，3。第二组线圈A2至少包括线圈5,7。第三组线圈B1至少包括线圈2,4。第四组线圈B2至少包括线圈6,8。也就是说，线圈组A1缠绕定子铁芯第1和第3绕线齿，线圈组A2缠绕定子铁芯第5和第7绕线齿，线圈组B1缠绕定子铁芯第2和第4绕线齿，线圈组B2缠绕定子铁芯第6和第8绕线齿。线圈1，3串联，线圈5，7串联，线圈2,4串联，线圈6,8串联。第一组线圈A1与第二组线圈A2并联，第三组线圈B1与第四组线圈B2并联连接。
图2a-2b示出了根据本实用新型实施例的第一种电机绕组电路示意图。参见图2a-2b所示的电路图，第一组线圈A1和第二组线圈A2并联组成绕组A，第三组线圈B1和第四组线圈B2并联组成绕组B。
下面将根据图2a-2b计算一下流经每个线圈的电感和电阻值以及流经线圈的电流。
以第一相绕组A为例，第一相绕组A是由四个线圈1，3，5，7通过两两串联后并联的方式混合连接而成，第二相绕组B是四个线圈2,4,6,8通过两两串联后并联的方式混合连接而成。在本实用新型实施例中，流经第一组线圈A1的电流和流经第二组线圈A2的电流相等或近似相等。同样，流经第三组线圈B1的电流和流经第四组线圈B2的电流相等或近似相等。这样，可以保证整个电路的性能稳定。
假设每个线圈性能一致或基本一致，R表示电阻，L表示电感，X表示感抗，Z表示电抗，i表示电流。
那么，第一相绕组A电感为：LA＝2L/2＝L；
第一相绕组A电阻为：RA＝2R/2＝R；
每个线圈的电抗Z为：
其中第一相绕组A中的电流为i＝i1+i2，并且i1＝i2。其中，i1表示流经第一组线圈的电流，i2表示流经第二组线圈的电流。电抗值Z1＝Z3＝Z5＝Z7，第一相绕组A的总电抗值ZA＝(Z1+Z3)/2＝Z1，与现有技术中的一相绕组串联的电抗值Z＝4Z1相比，电抗值仅为现有技术的1/4。在输入电压不变的情况下，电抗的比值与电流强度比值成反比，即本设计的电流强度i为现有技术中的4倍。
同样，第二相绕组B中的电流为i＝i3+i4，并i3＝i4。其中，i3为流经第三组线圈的电流，i4为流经第四组线圈的电流。电抗值Z2＝Z4＝Z6＝Z8，第一相绕组A的总电抗值ZB＝(Z2+Z4)/2＝Z2，与现有技术中一相绕组中四个线圈串联的电抗值Z＝4Z2相比，电抗值仅为现有技术的1/4。在输入电压不变的情况下，电抗的比值与电流强度比值成反比，即本设计的电流强度i也为现有技术中的4倍。
此外，电机绕组电压平衡方程假设为：
上述公式中：U-------绕组端电压 i------绕组电流
R-------相电阻 ψ------绕组磁链
θ-------电机旋转角度 Ω------电机旋转角速度
这样，磁链与相电感关系为：
ψ＝Li
那么：
一般情况下，iR较小，如果忽略iR，那么：
即电感与步进电机角速度成反比，如果电感降低为1/4，转速提高将近4倍，如果考虑iR，以及转速上升带来的铁耗及风摩损耗影响，那么步进电机转速将提高将近4倍。
本实用新型采用的绕线方式能显著减少相电阻和相电感，从而提升步进电机的高速特性；另一方面，绕组中的电流在其自身电感作用下，上升和下降都需要—定的时间。当步进电机转速低时，绕组通电的周期较长，电流的平均值较大，电动机获得的能量较高，能维持较高的转矩。当转速较高时，绕组中通电的周期较短,电流的平均值较小，电动机获得的能量较少，转矩下降。而通过绕组连接方式的改变，显著减小相电感和相电阻，绕组对电流的抑制作用较小，可以大幅提高电流的平均值，因此可以大幅提高转速和扭矩。
下面将进一步介绍根据本实用新型的另一个实施例。在该实施例中，仅是电机绕组的结构与前述实施例的结构不同，其他方面与前述实施例相同。具体内容可以参见前述实施例。
图3a-3b示出了根据本实用新型另一实施例的第二种电机绕组结构示意图。参见图3a-3b，电机绕组至少包括两相绕组，例如两相绕组或两相以上绕组。参见图3a-3b，电机绕组包括第一相绕组A和第二相绕组B，第一相绕组A可以包括第一组线圈A1和第二组线圈A2；第二相绕组B可以包括第三组线圈B1和第四组线圈B2。第一组线圈A1与第二组线圈A2串联，第三组线圈B1与第四组线圈B2串联连接。并且，每组线圈包括至少两个线圈，所述至少两个线圈并联连接。例如，第一组线圈A1包括的线圈1，3并联连接。第二组线圈A2包括的线圈5,7并联连接。第三组线圈B1包括的线圈2,4并联连接。第四组线圈B2包括的线圈6,8并联连接。
图4a-4b示出了根据本实用新型实施例的第二种电机绕组电路示意图。参见图4a-4b，以第一相绕组A为例，第一相绕组A是由四个线圈通过两两并联后串联的方式混合连接而成，第二相绕组B也是由四个线圈通过两两并联后串联的方式混合连接而成。
在该实施例中，流经每一组线圈，例如A1、A2、B1、B2中的每个线圈的电流相等或近似相等。假设R表示电阻，L表示电感，X表示感抗，Z表示电抗。i表示电流。
那么第一相绕组A电感为：LA＝L/2+L/2＝L；
第一相绕组A电阻为：RA＝R/2+R/2＝R；
每个线圈的电抗Z为：
其中第一相绕组A中的电流为i＝i1+i3＝i5+i7，并且，i1＝i3＝i5＝i7；电抗值Z1＝Z3＝Z5＝Z7，第一相绕组A的总电抗值ZA＝Z1/2+Z5/2＝Z1，与现有技术中一相绕组中的4个线圈串联的电抗值Z＝4Z1相比，电抗值仅为现有技术的1/4。在输入电压不变的情况下，电抗的比值与电流强度比值成反比，即本设计的电流强度为现有技术中的4倍。
同样，第二相绕组B中的电流为i＝i2+i4＝i6+i8，并且i2＝i4＝i6＝i8；电抗值Z2＝Z4＝Z6＝Z8，第一相绕组A的总电抗值ZB＝Z2/2+Z6/2＝Z2，与现有技术中第一相绕组A串联的电抗值Z＝4Z2相比，电抗值仅为现有技术的1/4。在输入电压不变的情况下，电抗的比值与电流强度比值成反比，即本结构的电流强度为现有技术中的4倍。
本实用新型采用这种绕线方式能显著减少相电阻和相电感，从而提升步进电机的高速特性；而通过绕组连接方式的改变，显著减小相电感和相电阻，绕组对电流的抑制作用较小，可以大幅提高电流的平均值，因此可以大幅提高转速和扭矩。
此外，根据本实用新型的一个示例，缠绕在定子铁芯上的线圈为单股线圈。这种线圈结构比之传统的多股线圈并行缠绕的方式，可以有效避免多股并绕产生的绕线松紧不一，绕线太满易碰到邻近绕线齿的弊端。
此外，根据本实用新型的一个示例，缠绕在定子铁芯上的线圈的线径比现有的线圈的线径小，一般在0.1毫米1.5毫米之间，因此，可以有效避免现有的加粗线径硬度高，绕线困难的弊端。
本实用新型在线圈绕制过程中，无需使用传统的多股并绕或者加粗线径的方式来减少相电阻和相电感，从而改善了绕线工艺并降低了槽满率，还进一步减少了漆包线用量，降低了成本。
此外，根据本实用新型的一个示例，每个线圈的绕线结构可以是相同的，这样可以使得绕线机绕线程序设定简单，提高了绕线效率。
以上介绍了本实用新型实施例的电机绕组，下面进一步介绍包括上述电机绕组的电机。图5示出了示出了根据本实用新型实施例的电机结构示意图。参见图5，电机500包括前述实施例中图1a-1b所示的电机绕组，或图3a-3b所示的电机绕组。参见图5，标记1-8分别代表前述实施例中所描述的线圈1-8。
图6示出了根据本实用新型实施例的包括印刷电路板的电机结构示意图。参见图6，电机500还包括印刷电路板510，印刷电路板510包括布线电路，电机绕组100中的所述线圈组或线圈通过该布线电路实现串联或并联。例如，当需要两个线圈串联时，在印刷电路板510中设置串联电路，将两个线圈的接线头进行串联。当两个线圈需要并联时，在印刷电路板510中设置并联电路，将两个线圈的接线头进行并联。同样，当两相绕组或两个线圈组需要串联时，在印刷电路板510中设置串联电路，将两相绕组或两个线圈组的接线头进行串联。当两相绕组或两个线圈组需要并联时，在印刷电路板510中设置并联电路，将两相绕组或两个线圈组的接线头进行并联。
例如，在图1a-1b所示的第一种电机绕组结构中，电机的定子铁芯的第1、第3绕线齿上分别缠绕漆包线。然后在印刷电路板中设置串联电路，使第1、第3绕线齿上线圈串联，形成第一组线圈A1。定子铁芯的第5、第7绕线齿上分别缠绕漆包线，然后在印刷电路板中设置并联串联，使第5、第7绕线齿上线圈串联，形成第二组线圈A2。此外，在印刷电路板中设置并联电路，通过将第一组线圈A1和第二组线圈A2并联组成绕组A。
同理，采用定子铁芯的第2、第4绕线齿上分别缠绕漆包线，然后在印刷电路板中设置串联电路，使第2、第4绕线齿上线圈串联，形成第三组线圈B1。在定子铁芯的第6、第8绕线齿上分别缠绕漆包线，然后在印刷电路板中设置串联电路，使第6、第8绕线齿上线圈串联，形成第四组线圈B2。然后印刷电路板中的并联电路将第三组线圈B1和第四组线圈B2并联组成绕组B。
还例如，在图3a-3b所示的第二种电机绕组结构中，电机的定子铁芯的第1、第3绕线齿上分别缠绕漆包线。然后在印刷电路板中设置并联电路，使第1、第3绕线齿上线圈并联，形成第一组线圈A1；定子铁芯的第5、第7绕线齿上分别缠绕漆包线，然后在印刷电路板中设置并联电路，使第5、第7绕线齿上线圈并联，形成第二组线圈A2。此外，印刷电路板上设置的串联电路将第一组线圈A1和第二组线圈A2串联组成绕组A。
同理，采用定子铁芯的第2、第4绕线齿上分别缠绕漆包线，然后在印刷电路板中设置并联电路，使第2、第4绕线齿上线圈并联，形成第三组线圈B1；定子铁芯的第6、第8绕线齿上分别缠绕漆包线，然后在印刷电路板中设置并联电路，使第6、第8绕线齿上线圈并联，形成第四组线圈B2。此外，在印刷电路板中设置串联电路，通过该串联电路将第三组线圈B1和第四组线圈B2串联组成绕组B。
此外，参见图6，根据本实用新型的一个示例，电机500还可以包括接线头520，电机绕组中的每个线圈可以分别对应两个接线头，用来分别连接线圈的引入线端和引出线端。
参见图6，印刷电路板510上包括多个过孔511，接线头520能够穿过所述过孔511，从而使得每个线圈的引入线和引出线与印刷电路板510上电路连接。
本实用新型采用印刷电路板连接线圈，既提高了电机性能，同时又使得线圈结构统一，绕线机绕线程序设定简单，更便于批量生产和制造。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
本领域技术人员应该理解，可依赖于设计需求和其它因素对本实用新型进行各种修改、组合、部分组合和替换，只要它们在所附权利要求书及其等价物的范围内。