本發(fā)明涉及一種直流馬達(dá)，尤其涉及一種永磁直流馬達(dá)及具有該永磁直流馬達(dá)的冷卻風(fēng)扇模組。

背景技術(shù)：

永磁直流馬達(dá)廣泛地應(yīng)用于多種領(lǐng)域。一種應(yīng)用領(lǐng)域是用于車輛引擎冷卻的風(fēng)扇馬達(dá)。由于車輛的安全性要求，使得對(duì)其風(fēng)扇馬達(dá)的安全性及可靠性要求比其他領(lǐng)域更高。

在永磁直流(pmdc)馬達(dá)中通常采用帶換向器的繞線轉(zhuǎn)子。這種轉(zhuǎn)子具有多個(gè)極齒，而電樞繞組就纏繞在極齒上。所述繞組圍繞所述極齒形成線圈單元。線圈單元具有引出線與換向器的換向片連接，線圈單元與換向片連接的引出線相互之間若有交叉，將容易造成短路，導(dǎo)致馬達(dá)故障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種性能穩(wěn)定的冷卻風(fēng)扇模組及其永磁直流馬達(dá)。

本發(fā)明的實(shí)施例提供一種永磁直流馬達(dá)，包括：

定子，所述定子包括2p個(gè)磁極，p為大于1的整數(shù)；

轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝于定子，所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子軸、固定于轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)子鐵芯、換向器及繞組；所述轉(zhuǎn)子鐵芯包括m×p個(gè)極齒，m為大于1的奇數(shù)；所述換向器包括k×m×p個(gè)換向片，k為1或2；

其中，所述繞組包括若干繞組單元，每個(gè)繞組單元包括p個(gè)直接串聯(lián)的線圈元件，所述p個(gè)直接串聯(lián)的線圈元件分別繞制于處于相同相位的p個(gè)極 齒上，每個(gè)繞組單元的兩端與換向器的換向片直接連接，所有繞組單元兩端的引出線靠近換向片的一端相互間隔不交叉。

較佳的，所述繞組由一根連續(xù)的繞線繞制而成，這些繞組單元依次相接地連接于所述換向器的換向片。

較佳的，所述繞組繞線的末端由最后一個(gè)繞組單元引出后，繞過相鄰的1或2個(gè)極齒后再連接到相應(yīng)的換向片或與該換向片等電勢(shì)的換向片，以使所述末端與其他繞組單元兩端的引出線靠近換向片的一端不交叉。

較佳的，所述繞組包括n層，n為大于0小于p的整數(shù)，每一層具有k×m個(gè)繞組單元，所述k×m×p個(gè)換向片中，一部分換向片的每一換向片同時(shí)連接2n個(gè)繞組單元，其中另一部分換向片的每一換向片僅連接n個(gè)繞組單元，而其他的換向片不連接任何繞組單元。

較佳的，在與同一換向片相連的2n個(gè)繞組單元中，其中n個(gè)繞組單元沿順時(shí)針方向繞制，另外n個(gè)繞組單元沿逆時(shí)針方向繞制。

較佳的，其中k等于2，n等于1，每個(gè)極齒上繞制有兩個(gè)線圈元件，所述兩個(gè)線圈元件分別屬于兩個(gè)繞組單元；或者

k等于2，n等于2，每個(gè)極齒上繞制有四個(gè)線圈元件，所述四個(gè)線圈元件分別屬于四個(gè)繞組單元。

較佳的，所述轉(zhuǎn)子還包括均壓線，用于電連接相同相位的換向片。

較佳的，所述直流馬達(dá)還包括正極電刷和負(fù)極電刷，用于與所述換向器的換向片電連接；所述繞組中每一層的k×m個(gè)繞組單元形成兩條并聯(lián)支路與所述正極電刷、負(fù)極電刷電連接。

較佳的，其中p為3，m為3，所述直流馬達(dá)為6極9槽馬達(dá)；或者

p為4，m為3，所述直流馬達(dá)為8極12槽馬達(dá)。

本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種冷卻風(fēng)扇模組，包括風(fēng)扇及如上任意一項(xiàng)所述的永磁直流馬達(dá)。

上述冷卻風(fēng)扇模組的永磁直流馬達(dá)，所述每個(gè)繞組單元包括p個(gè)直接串聯(lián)的線圈元件，每個(gè)繞組單元的兩端與換向片連接，繞組單元與換向片連接的引出線相互間隔不交叉，能有效避免繞組單元短路，保證馬達(dá)正常工作。

附圖說明

附圖中：

圖1是本發(fā)明較佳實(shí)施例冷卻風(fēng)扇模組的示意圖；

圖2是圖1中所示冷卻風(fēng)扇模組的永磁直流馬達(dá)的分解圖；

圖3是圖2中所示永磁直流馬達(dá)的轉(zhuǎn)子的示意圖；

圖4是圖3中所述轉(zhuǎn)子的展開示意圖；

圖5是圖4中繞組與極齒、換向片的連接關(guān)系的示意圖；

圖6是圖4的簡(jiǎn)化示意圖；

圖7是圖4中繞組、換向片以及定子電刷的電路連接示意圖；

圖8是另一實(shí)施方式中繞組、換向片以及定子電刷的電路連接示意圖；

圖9及圖11是圖3中所述轉(zhuǎn)子的其他繞線方式的示意圖；

圖10及圖12分別是圖9及圖11的簡(jiǎn)化示意圖。

主要元件符號(hào)說明

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，通過對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式詳細(xì)描述，將使本發(fā)明的技術(shù)方案及其他有益效果顯而易見?？梢岳斫?，附圖僅提供參考與說明用，并非用來(lái)對(duì)本發(fā)明加以限制。附圖中顯示的尺寸僅僅是為便于清晰描述，而并不限定比例關(guān)系。

請(qǐng)參考圖1，本發(fā)明冷卻風(fēng)扇模組100包括適配到散熱器或其他安裝部件的殼體90及裝設(shè)于所述殼體內(nèi)的風(fēng)扇80。所述殼體90支承一直流馬達(dá)50，該直流馬達(dá)50驅(qū)動(dòng)所述風(fēng)扇80以便產(chǎn)生冷卻氣流。

請(qǐng)看考圖2，該永磁直流馬達(dá)50包括定子10及轉(zhuǎn)子20。

所述定子10包括設(shè)有敞口的外殼11、安裝于所述外殼11內(nèi)壁的永磁體12、能夠蓋合于所述敞口的端蓋13、安裝于所述外殼11的軸承14及安裝于所述端蓋13的軸承15。若以p表示所述永磁直流馬達(dá)50的磁極的極對(duì)數(shù)，本實(shí)施例中，永磁體12形成6個(gè)磁極，p為3。

請(qǐng)一并參考圖3，所述轉(zhuǎn)子20包括轉(zhuǎn)子軸21、轉(zhuǎn)子鐵芯22、固定于所述轉(zhuǎn)子軸21的換向器23及纏繞所述轉(zhuǎn)子鐵芯22的繞組24。所述轉(zhuǎn)子軸21的兩端支承于軸承14、15，以使所述轉(zhuǎn)子20能夠相對(duì)所述定子10轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述轉(zhuǎn)子鐵芯22包括若干極齒，每?jī)蓚€(gè)相鄰極齒之間形成一個(gè)繞線槽，所述繞線槽用于容納所述繞組24的線圈元件。所述轉(zhuǎn)子20的極齒數(shù)等于極對(duì)數(shù)的奇數(shù)倍，若以m×p表示所述轉(zhuǎn)子20的極齒數(shù)，m為大于1的奇數(shù)。本實(shí)施例中，p為3，m也為3，所述轉(zhuǎn)子20的極齒數(shù)為9。

所述換向器23包括若干換向片。本實(shí)施例中，換向片的數(shù)量等于極齒數(shù)的兩倍，所述換向片的數(shù)量為18。若以k×(m×p)表示換向片的數(shù)量，k等于2。在其他實(shí)施例中，換向片的數(shù)量可以等于極齒數(shù)，即k等于1。

所述繞組24包括若干線圈元件，每個(gè)線圈元件繞制于一個(gè)相應(yīng)的極齒上。本實(shí)施例中，所述線圈元件的數(shù)量為18，每個(gè)極齒上繞制兩個(gè)線圈元件。

所述轉(zhuǎn)子20相對(duì)所述定子10旋轉(zhuǎn)時(shí)，所述換向器22的換向片正對(duì)所述定子10的磁極。

請(qǐng)參考圖4，其中線性布置所述轉(zhuǎn)子20的均壓線、換向片、極齒等。其中所述換向器22的換向片表示為k1-k18，其中每3個(gè)換向片正對(duì)所述定子10的相同的磁極，比如s極，即相位相同，所述每3個(gè)換向片分別由對(duì)應(yīng)的均壓線e1-e6電連接。換向片k1、k7及k13由均壓線e1電連接，換向片k2、k8及k14由均壓線e2電連接，以此類推。

所述轉(zhuǎn)子鐵芯23的9個(gè)極齒表示為t1-t9，所述繞組24的18個(gè)線圈元件表示為c1-c9及c1’-c9’。其中，線圈元件c1-c9均沿順時(shí)針方向繞制，線圈元件c1’-c9’均沿逆時(shí)針方向繞制。每一極齒tn上繞制有兩個(gè)線圈元件cn和cn’，n為1-9其中任意一數(shù)。

所述轉(zhuǎn)子鐵芯23的極齒t1-t9可依相位分為三組，每組包括三個(gè)具有相同相位的極齒。同一組的極齒之間的角距與極性相同的定子磁極之間的角距相等。當(dāng)所述轉(zhuǎn)子20相對(duì)所述定子10旋轉(zhuǎn)時(shí)，每一組的極齒會(huì)在同一時(shí)刻 正對(duì)所述定子10的相同極性的磁極，比如s極。例如，極齒t1正對(duì)著所述定子20的一個(gè)s極時(shí)，與極齒t1具有相同相位的極齒t4和t7正對(duì)所述定子20的另外兩個(gè)s極。

請(qǐng)一并參考圖5，下面進(jìn)一步描述所述繞組24的繞線過程。本實(shí)施方式中，繞線的始端掛接于換向片k1，然后再沿順時(shí)針方向(cw)依次纏繞第一組相同相位的極齒t1、t7、t4，然后連接到換向片k8以形成繞組單元wa。具體的，繞線從換向片k1出發(fā)，順時(shí)針纏繞極齒t1若干匝以形成線圈元件c1后，直接跨到極齒t7并順時(shí)針纏繞極齒t7若干匝以形成線圈元件c7，然后再跨到極齒t4并順時(shí)針纏繞極齒t4若干匝以形成線圈元件c4，最后連接到換向片k8。此時(shí)，線圈元件c1、c7及c4形成直接串聯(lián)。本說明書及權(quán)利要求書中，將直接串聯(lián)的線圈元件成為一個(gè)繞組單元，所述繞組單元僅在其兩個(gè)末端掛接于對(duì)應(yīng)的換向片。亦即，所述繞組單元僅與兩個(gè)換向片直接連接，各相鄰的兩線圈元件之間直接連接而不與換向片連接。具體到繞組單元wa，其僅在兩端連接到換向片k1和k8。其中，k8是與起始換向片k1的相鄰換向片k2等相位的換向片，在與k2等相位的換向片中，換向片k8最靠近極齒t4。

繞線連接到換向片k8上后，沿逆時(shí)針方向(ccw)依次纏繞第二組相同相位的齒t3、t6、t9，依次形成線圈元件c3’、c6’、c9’，然后連接到換向片k15上從而形成繞組單元wb’，其中，換向片k15是與換向片k9等相位的換向片，其相對(duì)換向片k9更靠近極齒t9。然后繞線沿順時(shí)針方向依次纏繞第三組相同相位的齒t8、t5、t2，依次形成線圈元件c8、c5、c2，然后連接到換向片k4從而形成繞組單元wc，其中，換向片k4是與換向片k16等相位的換向片，其相對(duì)換向片k16更靠近極齒t2。然后繞線沿逆時(shí)針方向依次纏繞第一組相同相位的齒t1、t4、t7，依次形成線圈元件c1’、c4’、c7’，然后連接到換向片k11上從而形成繞組單元wa’，其中，換向片k11是與換向片k5等相位的換向片，其相對(duì)換向片k5更靠近極齒t7。然后繞線沿順時(shí)針方向依次纏繞第二組相同相位的齒t6、t3、t9，依次形成線圈元 件c6、c3、c9，然后連接到換向片k18上從而形成繞組單元wb，其中，換向片k18是與換向片k12等相位的換向片，其相對(duì)換向片k12更靠近極齒t7。然后繞線沿逆時(shí)針方向纏繞第三組相同相位的齒t8、t2、t5，依次形成線圈元件c8’、c2’、c5’。

請(qǐng)一并參考圖6，然而，繞線的末端若在纏繞于極齒t5后直接連接到換向片k7，即與換向片k18的相鄰換向片k1的等相位換向片中最靠近極齒t5的換向片，如圖6中連接于極齒t5及換向片k7之間的虛線所示，所述末端將與線圈元件c3’與換向片k8連接的引出線相交，容易導(dǎo)致馬達(dá)工作時(shí)短路。因此，本發(fā)明采取另一種繞線方式，使繞線的末端纏繞極齒t5及形成線圈元件元件c5’后，從下側(cè)跨過極齒t4，再?gòu)臉O齒t4和t3之間的繞線槽延伸至換向片k7與其連接。此時(shí)，繞線結(jié)束，由于線圈元件c3’與換向片k8連接的引出線及線圈c5’從下側(cè)繞過極齒t4，從極齒t4和t3之間的繞線槽延伸出來(lái)，再連接到換向片k7，避免與其它引出線在靠近換向器處發(fā)生交叉。圖中連接到換向片k7和k8的引出線看似有交叉，但事實(shí)上，由于所述兩引出線均從極齒t3及t4之間的同一繞線槽中引出，在實(shí)際繞線制程中，該交叉會(huì)發(fā)生在繞線槽內(nèi)或靠近繞線槽的位置，其在靠近換向器的位置不會(huì)相交。因此，本發(fā)明中，自不同繞線槽延伸出的引出線互不相交。另外，本發(fā)明所稱不相交不包括兩引出線連接到相同換向片的情形。

從上述繞線過程可知，每個(gè)齒上繞制有兩個(gè)線圈元件，該兩個(gè)線圈元件分別屬于兩個(gè)不同的繞組單元，該兩個(gè)繞組單元的兩端分別連接到不同的換向片。例如，極齒t1繞制有兩個(gè)線圈元件c1和c1’，線圈元件c1和c1’分別屬于不同的繞組單元wa和wa’，該不同的繞組單元連接到不同的換向片。

在本發(fā)明中，每一繞組單元僅直接與兩個(gè)換向片相連。這兩個(gè)換向片中，其中之一與其中之另一的相鄰換向片等相位。例如，繞組單元wa連接換向片k1和k8，而k8和k2是等相位的換向片，且k2與k1相鄰。相似地，k1與k7是等相位的換向片，而k7與k8相鄰。由于線圈元件連接到 相位相同的換向片上時(shí)，其電路是等效的。也就是說，繞組單元wa的兩端可以連接到相鄰的換向片k1和k2；也可以一端連接到換向片k1，另一端連接到與換向片k2同相位的換向片例如k8或者k14；又或者連接到k7和k8，或k13和k14等?？偠灾?，繞組單元的兩端可以連接到一對(duì)相鄰的換向片，該相鄰的兩換向片的其中之任一又可以由與其相位相等的其他換向片代替，但以繞線在掛接換向片時(shí)所跨距離最短為優(yōu)選方案，例如，該繞組單元繞制線圈元件c4后，是掛接到k2、k8和k14這組等相位的換向片中最近的k8，而不是掛接到較遠(yuǎn)的換向片k2和k14，以進(jìn)一步縮短繞線時(shí)間，以及降低繞線的材料成本。

可以理解，由于繞組單元內(nèi)的線圈單元均繞制在相同相位的極齒上，這些線圈元件也處于相同相位，即同時(shí)正對(duì)定子的相同極性的磁極。同一繞組單元內(nèi)的線圈元件的繞制順序可以變化，不局限于本實(shí)施例所給的順序。例如：齒t1、t7和t4處于相同相位，對(duì)應(yīng)的線圈元件c1、c7和c4也處于相同相位，因此，線圈元件c1、c7和c4的繞制順序可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，例如先繞制c1再繞制c4和c7。

請(qǐng)一并參考圖7，本實(shí)施例中的直流馬達(dá)使用了兩對(duì)電刷。每對(duì)電刷包括一個(gè)正極電刷b+和一個(gè)負(fù)極電刷b-，直流馬達(dá)的18個(gè)線圈元件共形成了兩條并聯(lián)支路連接于正極電刷b+和負(fù)極電刷b-之間。每條支路包括9個(gè)線圈元件。

本實(shí)施例的直流馬達(dá)轉(zhuǎn)子共形成6個(gè)繞組單元，且每一繞組單元包括三個(gè)直接串聯(lián)的線圈元件。下面將對(duì)本發(fā)明的直流馬達(dá)轉(zhuǎn)子的繞組單元和線圈元件的數(shù)量的規(guī)律進(jìn)行詳細(xì)說明。

在本實(shí)施例中，所有繞組單元各不相同，要么是其所纏繞的極齒不同，要么是繞線的方向不同。此類繞組被稱為單層繞組?？梢岳斫?，如果轉(zhuǎn)子的繞組包括若干對(duì)繞組單元，每對(duì)繞組單元包括兩個(gè)并聯(lián)的繞組單元，且這兩個(gè)繞組單元所纏繞的極齒和繞線方向均相同，此類繞組被稱為雙層繞組。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，由于每個(gè)繞組單元具有的繞圈元件的數(shù)量等于一組具有相同相位 的極齒的齒數(shù)，如果轉(zhuǎn)子繞組為單層繞組，則轉(zhuǎn)子的繞組單元的數(shù)量可用k×m來(lái)表示。由此可以推得，如果轉(zhuǎn)子繞組為n層繞組，則轉(zhuǎn)子的繞組單元的數(shù)量可用n×k×m表示。

圖8為本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例提供的直流馬達(dá)的電刷、轉(zhuǎn)子繞組、和換向片電路連接的示意圖。該直流馬達(dá)也是一個(gè)6極9槽18個(gè)換向片的直流馬達(dá)，即，極數(shù)2p為6，齒數(shù)m×p為9，即m等于3，換向片數(shù)為齒數(shù)的兩倍，即k等于2。圖8所示實(shí)施例與圖7所示實(shí)施例的主要區(qū)別在于：圖8所示直流馬達(dá)的繞組為雙層繞組，即n等于2，其繞組單元的數(shù)量、總線圈元件的數(shù)量均為圖7所示直流馬達(dá)的兩倍。

具體地，圖7所示直流馬達(dá)具有6個(gè)(n×k×m＝1×2×3＝6)繞組單元，每個(gè)繞組單元具有3個(gè)(p)直接串接的線圈元件；圖8所示直流馬達(dá)具有12個(gè)(n×k×m＝2×2×3＝12)繞組單元，但每個(gè)繞組單元具有的線圈元件數(shù)不變。所述12個(gè)繞組單元中，共形成6對(duì)繞組單元，每對(duì)包括兩個(gè)并聯(lián)的繞組單元。本實(shí)施例中，該兩個(gè)繞組單元所纏繞的齒、繞線方向以及所連接的換向片均相同。

在圖8所示的實(shí)施例中，因?yàn)榫€圈元件總數(shù)等于齒數(shù)的4倍，因此，每個(gè)齒上繞制有四個(gè)線圈元件，四個(gè)線圈元件分別屬于四個(gè)繞組單元，該四個(gè)繞組單元中，其中兩個(gè)繞組單元形成并聯(lián)且其兩端連接到同一對(duì)換向片，即所述兩繞組單元屬于同一對(duì)繞組單元，另兩個(gè)繞組單元形成并聯(lián)且其兩端連接到另一對(duì)換向片，即所述兩繞組單元屬于同一對(duì)繞組單元。例如，齒t5繞制有兩個(gè)線圈元件c5和兩個(gè)線圈元件c5’，該兩個(gè)線圈元件c5分別繞制于內(nèi)層和外層(或者第一層、第二層)，分別屬于兩個(gè)繞組單元，且所述兩個(gè)繞組單元的兩端連接到同一對(duì)換向片k15和k4。另外兩個(gè)線圈元件c5’分別繞制于內(nèi)層和外層(或者第一層、第二層)，屬于兩個(gè)繞組單元，且所述兩個(gè)繞組單元的兩端連接到另一對(duì)換向片k7和k18。

請(qǐng)一并參考圖9-12，可以理解，繞線末端的連接路徑可以改變，使繞線的末端與所有繞組單元兩端的引出線不相交即可。具體的，繞線的末端逆時(shí) 針繞過極齒t5形成線圈元件c5’后，依次從上側(cè)繞過極齒t4再?gòu)南聜?cè)繞過極齒t3，然后連接到換向片k7，繞線結(jié)束，所述末端與其他繞組單元的引出線均不相交(參考圖9及圖10)；或者，繞線的末端逆時(shí)針繞過極齒t5形成線圈元件c5’后，從下側(cè)繞過極齒t6、t7，然后連接到與換向片等電勢(shì)的換向片k13上，繞線結(jié)束，所述末端與其他繞組單元的引出線均不相交(參考圖11及圖12)。

可以理解，在其他實(shí)施方式中，磁極、極齒及換向片的數(shù)量可以改變，繞組串聯(lián)的線圈元件數(shù)量對(duì)應(yīng)地改變。例如，磁極數(shù)量設(shè)置為8或4，極齒數(shù)設(shè)置為12或6，換向片數(shù)量設(shè)置為24或12，繞組單元串聯(lián)的線圈數(shù)設(shè)置為4或2，即所述直流馬達(dá)為8齒12槽直流馬達(dá)或4齒6槽直流馬達(dá)。

可以理解，在其他實(shí)施方式中，所述繞組24的纏繞方式可以改變，例如，繞線不連續(xù)，所有繞組單元的兩端分別連接到不同的換向片上。

上述冷卻風(fēng)扇模組的直流馬達(dá)，所述每個(gè)繞組單元包括p個(gè)直接串聯(lián)的線圈元件，每個(gè)繞組單元的兩端與換向片連接，繞組單元與換向片連接的引出線相互不交叉，能有效避免繞組單元短路，保證馬達(dá)正常工作。