CN102239623B - 用于轴向磁通电机的绕组绝缘装置 - Google Patents

Abstract

一种用于例如电动机或发电机的轴向磁通电机的定子(20)。该定子包括具有底面(24)的定子铁芯(22)，该底面在使用中围绕电机的转动轴线垂直布置。多个齿(26)从底面沿轴向伸出以便在相邻齿间形成绕组接纳槽(28)。该定子还包括电绕组(30)，该电绕组包括多个线圈(32)，每个线圈围绕该定子铁芯的齿布置并通过绝缘线圈架(34)与该定子铁芯的齿电隔离，该绝缘线圈架的形状与该定子铁芯的齿的形状紧密符合。线圈(32)互相连接以形成绕组(30)。

Description

用于轴向磁通电机的绕组绝缘装置

技术领域

本发明总体上涉及一种例如电动机和发电机的电机。尤其是，本发明涉及一种用于带有有槽铁芯的轴向磁通电机的电绕组绝缘装置。对轴向磁通电动机来说便于描述本发明，因为这是绝缘装置最普遍的应用，但是应该理解，本发明同样适用于轴向磁通发电机。

背景技术

电动机定子通常包括带有槽的层压电工钢结构以允许通常由漆包铜线制成的导电绕组插入。由于定子钢本身是完全导电，通常将绝缘材料作为衬套添加到定子槽中，以防止电流在铜绕组和钢制定子之间流动。材料通常是可能在夹层结构中的一张聚酯薄膜，例如由DupontTeijin Films生产的以及例如由Invista Technologies生产的等其他材料。这个材料必须以使绕组与定子电隔离的方式形成。大多数情况下，该材料还在端部向后弯向其上方(或“翻边”)，以便确保在铜和钢之间得到最小的气隙。通常还利用较厚的楔块将铜绕组保持就位，一旦铜插入该楔块就被推进槽的顶部。通过利用细绳捆扎将从定子伸出的铜绕组的“端匝”部分保持就位。

在附图的图1中，部分地显示了现有技术中定子装置的典型示例。在这个示例中，电动机定子1包括层压定子铁芯3和围绕该定子铁芯3的齿缠绕的绕组线圈5。绕组线圈5通过一层绝缘材料7与定子铁芯3电隔离。该材料在定子铁芯的每一端都形成有翻边9，以便保持电绝缘的完整性。

“布线规则”(例如澳大利亚的家用电器电动机的澳洲标准AS60335.1)规定应当保持“不绝缘的”铜线表面和钢制定子铁芯表面之间的特定最小间隙距离(该布线规则不计算铜线上作为绝缘材料的常见漆层)。因此，在这个示例中，设置间隙距离11以在“不绝缘的”铜线表面和钢制定子铁芯表面之间建立最小的所需距离。

这意味着线圈绕组5比其实际需要的要长-电线直接经过槽并在转到定子铁芯3的另一个槽之前继续沿直线通过绝缘体7的翻边部分9。从而线圈绕组5扩大从而确定可以满足最小间隙要求。

这种常规绕组/绝缘装置的一些缺陷如下：

●它是复杂的。每个槽必须具有位于槽衬里内的凹部(well)(可能带有翻边端)和槽形楔块。典型地，线圈也将利用细绳“连接到”定子上以将它们保持就位。

●很难获得可靠的结果。过程必须是严密控制的；可能出现如下问题，例如单根电线在绝缘材料下滑动、楔块不能正确夹持绕组和翻边不能准确地将绕组定位在容许间隙中。

●由于工序数量和必须进行的检查，绕线过程的费用很高。

●由于满足最小间隙要求所需的额外材料，以电动机效率为代价不必要地包括某些绕组材料。

考虑上述内容，与现有技术的装置相比，对轴向磁通电机还需要更为便利的绝缘装置，便于组装、减少浪费并改进电机的效率。

发明内容

因此，本发明的一个方面提供一种用于轴向磁通电机的定子。该定子包括：

定子铁芯，该定子铁芯具有底面和多个齿，所述底面在使用中围绕该电机的转动轴线垂直布置，所述多个齿从该底面沿轴向伸出以在相邻齿之间形成绕组接纳槽，；和

包括多个线圈的电绕组，每个线圈围绕定子铁芯的齿布置并通过绝缘线圈架与定子铁芯的齿电隔离，该绝缘线圈架的形状与定子铁芯的齿的形状紧密符合，各线圈相互连接以形成绕组。

绝缘线圈架的使用就不再需要现有技术装置中必须保持的间隙距离。为此，线圈架与定子齿的形状紧密符合以便使绕组线圈匝数的平均长度减小。这减小了绕组的阻力、减少了材料使用(和成本)并且改善了电机效率。

在本文范围内，措词“紧密符合”用来表示绝缘线圈架装配在定子铁芯的齿上时、在齿和线圈架之间具有最小间隙，并且使位于定子齿和铜绕组之间的线圈架的厚度最小。优选地，每个定子铁芯齿具有基本上呈梯形的形状并且每个绕组接纳槽具有大体平行的侧壁。由此可见，绕组线圈基本上填充齿间的槽，导致更高的效率和缩减的总成本。

在优选实施例中，每个绝缘线圈架包括具有贯通的齿接纳孔的套筒和从该套筒向外延伸的一对凸缘。在套筒的每一端各设置一个凸缘并且线圈缠绕在凸缘之间。由此可见，电绕组的每个线圈在将其放置在定子铁芯的齿上之前围绕绝缘线圈架缠绕。这个技术明显有助于电机定子的装配。

有利地，每个套筒的齿接纳孔都具有基本上呈梯形的形状，使得与其设置的齿的梯形形状紧密符合。此外根据物理刚性和电绝缘要求将套筒的侧壁制造得尽可能的薄，以便尽可能地减少绕组线圈的平均匝数长度。

每个绝缘线圈架的长度优选制成为与定子齿的长度基本相等。由此可见，绝缘线圈架的自由端与定子齿的自由端在与底面平行的平面内基本上对齐。

在一个实施例中，每个绝缘线圈架在面对定子铁芯的底面的端部包括配置为将绝缘线圈架固定到底面上的挠性夹。

该绝缘线圈架还在其径向外侧包括布线通道，以便于线圈的相互连接。在多相电机中，每个绝缘线圈架可以包括多个布线通道，这些布线通道设置成在相同相位的连续线圈之间引导导线并使导线与其他相位的线圈和定子铁芯电隔离。

在优选实施例中，每个绝缘线圈架包括配置为至少部分包封线圈并使其与相邻的侧壁和/或相邻的线圈电隔离的侧盖。该侧盖包括一旦缠绕就卡扣闭合在线圈上的固位夹。替换地，或者另外，该侧盖可被铰接到绝缘线圈架的凸缘。

在替代实施例中，绕组线圈(与绝缘线圈架一起)设在定子铁芯每隔一个的齿上并且绝缘套筒环绕中间齿以便使线圈与中间齿的侧壁电隔离。

本发明的另一方面提供一种具有如上所述定子的轴向磁通电机。

本发明的又一方面提供一种构造用于轴向磁通电机的定子的方法。该方法包括如下步骤：

提供定子铁芯，该铁芯具有底面和多个齿，所述底面在使用中围绕该电机的转动轴线垂直布置，所述多个齿从该底面沿轴向伸出以在相邻齿之间形成绕组接纳槽，；

提供多个绝缘线圈架，每个线圈架被配置为与定子齿的形状紧密符合；

在每个线圈架周围缠绕线圈；

使每个线圈架滑动到定子铁芯的齿上；和

将各线圈连接起来以形成电绕组。

为了帮助进一步理解本发明，现在参考附图说明优选实施例。可以理解，这些实施例仅仅以示例方式给出，而不以该示例限制本发明。

附图说明

图1是现有技术中用于发电机的定子的一部分的示意图；

图2是根据本发明优选实施例的用于轴向磁通电机的定子的透视图；

图3是用在图2所示定子中的两部分绝缘线圈架(其上缠有线圈)的分解透视图；

图4是图3所示的绝缘线圈架的主体部分(没有线圈)的透视图；

图5是根据本发明替代实施例的、另一个用于轴向磁通电机的定子的透视图；

图6至8是用在图5所示定子中的绝缘线圈架的各个视图；

图9是根据本发明又一个替代实施例的、另一个用于轴向磁通电机的定子的透视图；

图10是用在图9所示定子中的绝缘线圈架(带有线圈)的透视图；和

图11是用在图9所示定子中的绝缘套筒的透视图。

具体实施方式

参考附图，图2显示了根据本发明优选实施例的轴向磁通电机的部分组装的定子。定子20包括定子铁芯22，该定子铁芯具有底面24和从底面24伸出的多个齿26。在使用中，底面24围绕电动机的转动轴线垂直布置，并且齿26从底面24沿轴向伸出并在齿26之间形成绕组接纳槽28。定子20还包括由多个线圈32组成的电绕组30，其中每个线圈围绕定子铁芯22的齿26布置。每一个线圈32通过绝缘线圈架34与线圈的相应定子的齿26电隔离。正如附图中所见，绝缘线圈架34的内部形状与定子齿26的外部形状紧密符合。虽然未具体图示于图2，但是每一个线圈32互相连接从而形成整个电绕组30。

在所示实施例中，定子铁芯22每隔一个的齿26包括绕组线圈32。因而，每个槽28几乎完全被属于绕组单个线圈32的导线填充。然而，在替代实施例中，虽未显示，但是有可能的是定子铁芯的每个齿包括环绕线圈。在这个实施例中，每个槽都包括属于环绕相邻齿的两个线圈中的每一个的导线。

正如图2中所见，每个齿26在横截面方向大体为梯形，尽管径向内缘和径向外缘实际上是略有弯曲的。每个槽28都具有大体平行的侧壁。此外，每个绝缘线圈架34的长度基本上等于齿26的长度，因此它们的自由端(在图2所示方向上的上端)在平行于底面24的平面中基本上对齐。在使用中，这个平面面对轴向磁通电动机的转子。

现在转到图3，显示的是用在图2所示定子中的绝缘线圈架的分解透视图。该绝缘线圈架是两部分线圈架，包括本体部分36和两个侧盖38。在这个实施例中，侧盖38被配置为部分包封线圈32并使其与相邻齿26的侧壁和/或与相邻线圈32电隔离。此外，侧盖38包括固位夹40，该固位夹与设在线圈架的主体部分36上的匹配凹部42相配合。

图4显示了绝缘线圈架34的主体部分36，没有线圈32。由该图可以理解的是，线圈架34包括具有贯穿的齿接纳孔46的套筒44。该孔46具有梯形横截面以便与齿26的梯形形状紧密符合。绝缘线圈架34还包括从套筒44向外伸出的一对凸缘48和50，一个凸缘48位于套筒44上端而另一个凸缘50位于套筒44的下端(图4所示方向上的绝缘线圈架)。

现在转到图5，显示的是根据本发明替代实施例的另一个用于轴向磁通电动机的定子120。在这个图以及所有后续的图中使用相同的附图标记来表示与图1至3中相同或类似的特征。因此，在此对相同的特征不再进行详细描述。

在这个实施例中，定子120同样包括与图2中所示相同的定子铁芯。该定子还包括由多个互相连接的线圈32组成的电绕组。在这个实施例中，电动机是三相电动机，因此每隔两个线圈32相连。例如，线圈32′与同相位的线圈32″相连，并且对于这个相位绕过两个夹在中间的线圈。相反，这两个线圈属于该三相电动机的另两个相位。

为了便于绕组线圈32的互相连接，每个绝缘线圈架在其径向外侧包括三个布线通道152。这些通道如此设置从而在同相位的连续线圈之间引导互相连接的导线154并使这些导线与其他相位的线圈和定子铁芯电隔离。虽然在图5中未示出，绕组的其他线圈都是类似地互相连接的。

图6至8显示了用于图5所示定子中的一类绝缘线圈架。尤其是，图6显示了从上部、内部径向位置来看的透视图，图7显示了从上部、外部径向位置来看的透视图，图8显示了从下面来看的透视图。在每个图中，可以看出绝缘线圈架134包括具有向外伸出的凸缘48和50的套筒44，一个凸缘位于一端。从凸缘50向下(沿图6和7所示的方向)并在线圈架34的径向外侧上延伸的是三个布线通道152。

正如图6和8明显看出的，绝缘线圈架134还在面对定子铁芯底面24的端部包括挠性夹156，该挠性夹被布置为将绝缘线圈架134固定到底面24上。该夹子156取消了对用于将绝缘线圈架134固定到定子铁芯上的任何其他装置的需要。

再次参见图5，可以看出，用绝缘带(用黑色表面表示)缠绕不包括绕组线圈32的、每个交替的定子铁芯齿26，因此使每个线圈32与齿26的侧壁电隔离。然而可以理解的是，可以选择性地设置图3所示类型的侧盖。

现在转到图9，显示的是根据本发明又一替代实施例的另一个用于轴向磁通电动机的定子220。同样，相同的附图标记被用来表示与先前附图中所示的相同的特征。

这个实施例与图5所示的有点类似，只是提供绝缘套筒160而不是将中间齿缠绕在绝缘带中。每隔一个的齿26包括绕组线圈32并且中间齿被绝缘套筒160覆盖。这些套筒用来使线圈32的外表面和中间齿的侧壁电隔离。

最后，图10显示了用在图9所示定子220中的绝缘线圈架(包括绕组线圈)，而图11显示了同时用在那个定子中的绝缘套筒。

应当理解，为了减少该绕组线圈的平均匝数长度，按照根据强度和绝缘要求确定的最小厚度，每个绝缘线圈架的套筒44将被制造得尽可能薄。已经说过，发明人已经发现绝缘线圈架的大部分强度实际都是由端部凸缘48和50提供的而不是由套筒44提供。这意味着套筒可制造得相对较薄，例如在0.2到0.5mm的范围内，但是仍能提供足够的强度。满足必要电隔离要求所需的厚度还取决于使用的特定材料和定子使用的地理区域中的布线规则要求。发明人已经发现，传统的聚酯材料是合适的，并且认为在本来普通技术人员的能力范围内可以更好地为特定电动机选择合适的材料。

为了构造根据本发明的用于轴向磁通电动机的定子，首先提供如上所述的这类定子铁芯。这种铁芯具有底面和从该底面伸出的多个齿，从而在相邻齿之间形成绕组接纳槽。设置如上所述类型、带有或不带侧盖的绝缘线圈架，线圈缠在每个线圈架上。还有可能的是，几个线圈连续缠绕因此形成“串线圈”。然后每个线圈架连同其线圈一起沿轴向方向滑动到定子铁芯的相应齿上。最后，所有线圈连在一起形成电绕组。

以上述内容为基础，应当理解本发明优选实施例提供一些优势如下：

●通过减少绕组线圈匝平均长度而使所用铜的数量明显减少。

●组装简单。

●当断裂点数量减少时可靠性得到改善。

●线圈不再需要利用细绳“连接”(正如现有技术的装置所示)-绝缘线圈架将整个线圈保持就位。

●绕组不再需要楔入适当位置(正如现有技术的装置所示)-绝缘线圈架在一端包括挠性夹，该挠性夹卡扣在定子底面上，将其固定就位。

●绕组中线圈与线圈的互相连接可穿过围绕定子外周的布线通道。

●定子的总直径减少或达到最小。

虽然已经在此详细描述了本发明的优选实施例，本领域技术人员应当理解，在不背离本发明的精神或所附权利要求的范围的情况下可进行变化。

Claims (14)

1.一种用于轴向磁通电机的定子，该定子包括：

定子铁芯，该定子铁芯具有底面和多个齿，所述底面围绕所述轴向磁通电机的转动轴线垂直布置，所述多个齿从所述底面沿轴向伸出并包括与所述底面相对的自由端，所述多个齿中的每个齿包括基本上梯形的形状，其中在相邻齿之间限定有多个绕组接纳槽，所述多个绕组接纳槽中的每个绕组接纳槽具有基本上平行的侧壁；和

包括多个线圈的电绕组，每个线圈围绕多个齿中的一个齿布置并通过绝缘线圈架与所述齿电隔离，所述绝缘线圈架的形状与所述齿的形状相符合，所述线圈互相连接以形成所述电绕组，其中，每个绝缘线圈架包括：

具有贯穿的齿接纳孔的套筒；

从该套筒向外延伸的一对凸缘，在所述套筒的每一端分别设置一个凸缘，并且其中所述多个线圈中的每个线圈缠绕在所述一对凸缘之间，所述一对凸缘中的每个凸缘具有凹部；以及

一对侧盖，所述一对侧盖中的每个侧盖包括与所述凹部相配合的固位夹，所述一对侧盖配置成部分地包封所述线圈，使所述线圈与相邻的齿和/或相邻的线圈电隔离。

2.如权利要求1所述的定子，其特征在于，所述套筒中的每个套筒的所述齿接纳孔具有基本上呈梯形的形状，以便与其设置的所述定子齿的形状紧密符合。

3.如权利要求1所述的定子，其特征在于，每个绝缘线圈架在面对所述定子铁芯的底面的端部处包括紧固件，该紧固件设置为将所述绝缘线圈架固定到所述底面上。

4.如权利要求1所述的定子，其特征在于,每个绝缘线圈架在其径向外侧处具有至少一个布线通道，从而便于所述线圈的互相连接。

5.如权利要求4所述的定子，其特征在于，所述电机是多相电机并且每个绝缘线圈架包括多个布线通道，所述多个布线通道设置成在相同相位的连续线圈之间引导导线、并使所述导线与其他相位的线圈以及所述定子铁芯电隔离。

6.如权利要求1所述的定子，其特征在于，每个侧盖均与所述凹部相配合并且一旦缠绕就卡扣闭合在所述线圈上。

7.如权利要求2所述的定子，其特征在于，所述线圈设置在所述定子铁芯的每隔一个的齿上，并且绝缘套筒包围中间齿，以便使所述线圈与所述中间齿的侧壁电隔离。

8.一种构造用于轴向磁通电机的定子的方法，该方法包括：

提供定子铁芯，该定子铁芯具有底面和多个齿，所述底面围绕所述轴向磁通电机的转动轴线垂直布置，所述多个齿从所述底面沿轴向伸出以在相邻齿之间限定绕组接纳槽，所述多个齿中的每个齿具有基本上梯形的形状并且每个绕组接纳槽具有基本上平行的侧壁，其中所述多个齿中的每一个齿包括在所述底面处的第一端和与所述底面相对的第二端；

提供多个绝缘线圈架，每个绝缘线圈架包括限定在其中的孔，所述孔被配置为与所述多个齿中的一个齿的形状相符合，每个绝缘线圈架还包括具有凹部的凸缘；

围绕每个绝缘线圈架缠绕线圈；

将侧盖与所述凹部联接并且部分地包封所述线圈，使得暴露所述线圈的径向外表面；

使所述线圈与相邻的齿和/或相邻的线圈电隔离；

使所述多个齿中的一个齿的第二端滑动到每个绝缘线圈架的所述孔中；以及

将各线圈连接起来以形成电绕组。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，每个侧盖配置为至少部分地包封所述线圈并使所述线圈与相邻齿的侧壁电隔离，所述方法还包括在使所述多个齿中的一个齿的第二端滑动到所述每个线圈架的所述孔中之前将所述侧盖联接到所述绝缘线圈架的凹部。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述绝缘线圈架和相关线圈设置在所述定子铁芯的每隔一个的齿上，所述方法还包括使绝缘套筒滑动到中间齿上以使所述线圈与所述中间齿电隔离的步骤。

11.如权利要求1所述的定子，其特征在于，每个定子齿的、沿平行于所述底面的平面截取的横截面从所述底面到每个定子齿的自由端基本上是一致的。

12.如权利要求1所述的定子，其特征在于，围绕所述绝缘线圈架缠绕的所述线圈被插入到成单体件的定子铁芯上。

13.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述多个绝缘线圈架中的每个绝缘线圈架包括限定所述齿接纳孔的套筒、位于该套筒的第一端的第一凸缘和位于该套筒的第二端的第二凸缘，其中所述第一凸缘和所述第二凸缘提供对所述绝缘线圈架的结构支撑。

14.如权利要求8所述的方法，该方法还包括在使每个线圈架滑动到所述多个齿中的一个齿上之前提供包括从底面沿轴向延伸的多个齿的定子铁芯。