CN102598473A - 改进型同步电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于以少有的高紧束系数卷绕导线的主体（1），包含以预定节距连接成序列（12）的多个线轴（2），旨在通过卷绕方式容纳导线，主体（1）可从一个适于通过在线轴（2）上卷绕的方式容纳导线的初始布置转变为一个基本为环形的布置，其中已卷绕的线轴（2）被装配在一电机内；主体（1）包含可配置为使所述节距为适用于卷绕的大值和适用于装配的小值的连接部分（3）；本发明还涉及一种采用中心定子（12）和外部转子（32）的同步电机（1），包含按照预定节距布置、旨在容纳一条导线的相应绕组的多个定子绕组用线轴（2），其中定子（12）包含一个具有可动结构的主体（10），可从一个适用于以在线轴（2）上卷绕的方式容纳导线的初始布置转变为一个基本为环形配置的最终布置，在最终布置中，卷绕在线轴（2）上的导线有端部被电气连接至一个与电机定子相关联的印刷电路板（45）的相应端子上。

Description

改进型同步电机

技术领域

本发明涉及一种采用中心定子和外部转子的同步电机，包含按照预定节距布置、旨在容纳一条导线的相应绕组的多个定子绕组用线轴。

本发明还涉及一种用于所述电机的主体，所述主体包含上述按照预定节距布置、旨在通过卷绕方式至少容纳一条导线的多个定子绕组用线轴。

更具体而言，本发明还涉及一种上述类型的主体，其中线轴上导线的绕组通过一台绕线机（例如锭翼式绕线机）进行机械化卷绕，所述绕线机包含一个适用于在线轴附近定位和围绕线轴转动以卷绕导线的移动头。

本发明还涉及一种对所述主体的装配方法。

背景技术

在最近若干年中，用于要求可靠性、稳定性、持久性和实用性更高的场合的电机已采用永磁式同步电机方案进行制造。

在这些电机中，定子被配置为一个环形或圆筒形主体。在前一种情况中，永磁转子被置于定子内，而在第二种情况中，转子位于定子之外，配置为诸如圆柱杯的形状。

对于功率更高的应用场合，采用了定子极数较多的电机。例如旨在对商用洗衣机的洗涤滚筒进行引导的同步电机正是这种情况。

所述定子通常包含通过在环形主体内生成的相应线轴上卷绕导线而制成的极扩展件。

尽管在很多方面相比传统异步电机有优势，但由于其起动较困难，这些同步电机也有一些劣势。实际上，转子必须从零速的起动状态快速达到转动或称同步状态，其中转动频率与电源频率同相。

此外，在电气电源系统正常的50或60 Hz的频率下，转子必须能够在等于一个周期除以极矩数的时间内达到同步速度。这种要求在客观上难以满足，尤其当转子也必须克服因负载而存在的初始惯量时更是如此。

在这种背景下，需要能够根据应用场合的需求生产不同的电机。然而这必然带来高成本，因为无法以可能的最佳方式来发挥规模经济的效益。

在本发明的一个层面，其目的是设计出一种同步电机的特别多面体结构，所述结构具备的特征应使生产商能够快速且便捷地根据用户需求来调整电机的装配和生产。

换言之，本发明的目的是采用通用的基本组件，以便能够装配定子极数不同的同步电机，由此适用于不同类型的应用。

在进一步的层面上，本发明的目的是提供一种同步电机结构，该结构具备的结构和功能特征能够实现特别简单的装配，同时使电机的总成本得以降低。

在进一步的层面上，本发明旨在设计出前述类型的同步电机，并配备具备所述结构和功能特征的电子起动和停止装置，以确保在起动阶段快速达到同步，同时具备一个有效的停止阶段，避免对电机的组件造成压力，与此同时可以克服目前由现有技术所提出的解决方案的局限性。

在再进一步的层面上，如上所述，本发明涉及上述电机的主体，所述主体包含多个线轴，按照预定节距布置，旨在通过卷绕方式至少容纳一条导线。

众所周知，在电机内，定子被配置为一个环形或圆筒形主体。在定子内部或外部安置有一个永磁转子，旨在相对定子作同轴的转动。

定子包含通过在环形主体内生成的相应线轴上卷绕导线而以机械方式获得的极扩展件。

每条导线的机械卷绕绕组优选分布于相对的线轴对上，获得成对绕组，成对绕组的端部在相对于定子主体的同一侧留出，需获得合适的供电。

通常，对于机械化卷绕而言，会使用绕线机，例如锭翼式绕线机，所述绕线机包含一个适用于在位于环形主体内的线轴附近定位并通过围绕线轴的圆周运动卷绕导线的移动头。每条导线的端部均通过线夹（例如Faston型）手动紧固，随后将每个线夹连接至一个电源板。

此解决方案仍然有一些劣势，实际上，绕线机的移动头的运动在环形主体内的空间中会受到阻碍，因为随着已绕线轴数量的增加，此空间会大幅减小，对形成能够利用整个可用空腔的绕组造成了限制。

此外在电机的装配和安装阶段还必须特别谨慎，因为存在导线的自由端，有可能发生移动，故使得对采用Faston线夹的导线连接的操作较为困难。

这些操作显然需要延长时间，并造成电机装配作业量的增加，由此使生产成本提高。

另一种用以生成定子绕组的已知类型的解决方案规定了主体的布置方式，从基本直线的位置到回路位置。可动式主体通过诸如顺序铰接的多个环形段构建。环形段序列的两个相对端有一个挂钩点，可使可动式主体从直线位置到环路位置被闭合。

在直线段上生成有一个或多个线轴，适用于通过卷绕方式容纳导线。此卷绕操作在可动式主体处于直线位置时进行，使移动头可在线轴之间轻松地移动。当所有线轴上均已卷绕好导线时，可动式主体在环路位置被闭合。

尽管此解决方案具有有利之处，它还是无法改善移动头围绕单一线轴的运动：实际上，当第一个线轴绕有导线时，移动头围绕与之相邻的另一线轴的运动空间会大幅减小，因为很多导线已卷绕在第一个线轴上。

因此按此方式制成的可动式主体无法实现线轴上紧束系数的增加，即围绕每个线轴的导线匝数的增加，因为相邻线轴之间必须有确保绕线机移动头运动所必需的空间。

这一技术问题在必须限制电机总体尺寸、同时又要优化材料成本（如采用铝制导线）的许多电机应用场合中体现得尤其明显。尽管铝制导线的成本相对通常使用的铜线较低，但其电导率也较低，因此在同等的安匝数和焦耳损耗的条件下，需要的导线截面积更大，导致单个线圈体积更大，使可用空腔的利用更为紧张，这经常会对在绕组中使用比铜廉价的材料造成限制。

根据本发明的一个层面，其目的是设计出一种用于定子导线绕组的可动式主体以及一种相应的装配方法，所述可动式主体及装配方法具备的结构和功能特征应可在每个绕组上实现较高的紧束系数，同时确保绕组导线端部的快速且便捷的安装，克服仍然困扰着按照现有技术所提供的解决方案的缺点。

发明内容

根据本发明的一个层面，将试图提供一种采用中心定子和外部转子的同步电机，包含按照预定节距布置在一个有可动结构的主体上的多个线轴。所述线轴可以从一个适用于以在线轴上卷绕的方式容纳导线的初始布置转变为一个基本为环形配置的最终布置，在最终布置中，卷绕在线轴上的导线有端部被电气连接至与电机定子相关联的印刷电路板的相应端子上，其中主体包含可配置为在卷绕导线时增大线轴间的节距而在导线卷绕好后使节距最小化的连接部分，且其中连接部分包含一个或多个弱化点，可便于相邻线轴之间部分的弯曲。

有利的是，主体上线轴之间的距离被做成从可在卷绕导线时避免发生阻塞的最大值变到使线轴以预定的间隙逐一相邻布置的最小值。

此外，线轴上绕组端部之间的电气连接在与电机定子相关联的印刷电路板上形成，所述电路板上的导电路径和端子允许根据需要采用三角型或星型电气连接。

根据另一层面，本发明为电机提供了一种基本上为直线形的主体，其类型包含按照预定节距布置、旨在通过卷绕方式至少容纳一条导线的多个线轴，特征在于它包含可被配置成使所述预定节距对卷绕而言较大而对主体在电机内的装配较小的连接部分，，其中线轴按照一线性节距布置，用于卷绕，并按一环形弯曲，用于在电机内装配；各连接部分可从对应于所述大节距的最大延伸量d1缩短至对应于所述较小的预定节距的最小延伸量d0，且其中所述部分包含一条弱化线，节距的变化在相邻线轴之间的所述弱化线上导致所述部分的弯曲。

连接部分在所述节距为大值时延伸至最大值，在所述预定节距为小值时延伸至最小值或从主体上去除。

有利的是，符合本发明的主体因卷绕过程中线轴之间中心距较大而可简便地实现导线围绕线轴的卷绕，还可通过与装配在电机内的主体的较小的中心距实现非常高的紧束系数。

本发明还涉及对包含前文所披露并在权利要求9中要求权利的类型之主体的电机进行装配的方法。

符合本发明的电机和主体的更多特征和优势将在下文中通过非限定性示例并参考附图给出的对特定实施方式的说明得以解释。

附图说明

在这些图中：

图1示出了根据本发明制造的同步电机的零件拆解透视图；

图2示出了图1中电机在装配配置中的纵截面图；

图1a示出了符合本发明的一种主体、即电机定子的一个零件的正视图；

图1b示出了图1a中主体的顶视图；

图2a示出了带有相应电气绕组的图1a中主体在其另一个运行阶段的情况；

图2b示出了图2a中主体的顶视图；

图3示出了图2a中主体在其再另一个运行阶段的情况；

图3a示出了图3中主体的一部分的放大图；

图4a示出了图2a中主体在其又另一个运行阶段的情况；

图4b示出了图4a中主体的一部分的放大图；

图4c示出了图4b中的部分在主体的另一个运行阶段的情况；

图5示出了符合本发明的包含主体的零件已拆解的定子；

图6示出了图5中定子在零件已装配状态下的透视图；

图8a-8c示出了图2a中主体在用于形成电气绕组、继而形成定子一个组成部分的运行阶段的情况；

图9a-9c示出了图2a中主体在用于形成不同的电气绕组的运行阶段的情况；

图10示意性地示出了另一个符合本发明的包含主体的零件已拆解的定子；

图11a- 11c示出了符合本发明的定子的一个部分，所述定子包含有符合本发明的主体，各部分以三种不同的装配变化形式装配；

图12示出了符合本发明的定子主体在其装配的一个阶段中的情况；

图12a- 12b分别示出了图12中定子主体的一部分在切去连接部分之前和之后的情况；

图13示出了一个符合本发明、有10个极的定子的示意图；

图13A和13B示出了图13中定子绕组端子的电气连接的不同模式的相应示意图；

图14示出了一个符合本发明、有8个极的定子的示意图；

图14A和14B示出了图14中定子绕组端子的电气连接的不同模式的相应示意图。

具体实施方式

参见附图，具体参照图1示例，1表示整体，且示意性地表示根据本发明制造的同步电机。

电机1属于采用中心定子12和外部转子32的类型。

更具体而言，中心定子12由以特定方式制成的多个定子极组成，所述定子极将在后续说明中介绍。外部转子32基本为一圆柱杯形，包含多个布置于圆柱杯内侧外围的永磁件。端部结构在一个各向同性粘合的磁铁中提供了一个完整的环形，所述磁铁优选以8 - 10个磁极磁化，并通过精确的连接和环氧树脂系粘结剂的使用被置于杯体内。

定子12有一个用以支承电机的轴线X，电机继而可以被约束在结构上或带有电机1（例如洗衣机等家用电器）的电器的构架上。

转子可以围绕上述轴线X转动，包含轮毂33，轮毂33通过与杯体32的干涉进行连接，并以轴承支承在轴线X上，且其外围配有一系列凹槽，以实现与向洗衣机滚筒传动的传动件（例如多楔传动带，未在该常规图中示出）的耦合。

定子包含多个可按不同数量制造（在此处所示的实施方式中完全以12个为例）的极或极扩展件，由于定子组成部分的具体配置，极或极扩展件可以有可变的布置方式，这些将在下文中详细说明。每个极扩展件对应于卷绕在相应线轴2上的至少一个导线绕组，如下文所述。

在定子的一端约束有一个电路板45，其上装有电机1运行和试验所必需的所有电子元器件。

有利的是，电路板45由采用PCB技术印制的电路制成，包含安装在电路板45上的各种电子元器件之间相互连接的电路路径。

电路板45与散热器46相关联，例如一个层状金属结构，优选但并非必须为铝制，通过锁紧螺钉与定子主体构成一个整体。

由此电路板也被约束在定子上，处于散热器与定子本身之间。

有利的是，电路板45的这种布置方式对于电机1的装配特别方便，原因是线轴2上导线绕组端部之间的电气连接系在与电机定子相关联的印刷电路板上形成。此电路板45上的一些导电路径和端子可允许根据需求对绕组采用三角型或星型电气连接。

换言之，通过本解决方案，仅需在与定子相关联的电路板上改动电气连接，即可生产或装配出采用不同的定子绕组极数和连接图的同步电机。我们将进一步详细介绍其实现方式。

电路板45（可见于图4）基本为圆形，其直径不超过转子32的外径。

在电路板45的一个外周点（见图7）上，连接有一个位置传感器48，例如霍尔传感器等采用磁效应的传感器，可检测同步电机的角位置。该传感器被置于与定子磁铁相对的电路板表面上。有利的是，霍尔传感器的这种布置方式因以plastoferrite制成的位于电路板附近的磁环的构造得以实现，磁环从其位于转子32内的密封座内伸出。而在传统的解决方案中，霍尔传感器被置于安装在被转向定子的电路板表面上的一块印刷电路板上，且必须被置于同一印刷电路板内部（见老型电机解决方案的图），安置方式要能够在运行中不产生可干扰被测信号的振动的条件下识读出磁铁极性。有利的是，霍尔传感器的新布置方式可保护霍尔传感器免受永磁体不可避免地吸附于自身之上的污染性颗粒（特别是因传动带磨损而产生的颗粒）的危害，由此保持其完全的效率。

此传感器用于引导同步电机1，特别是用于确定转子与定子的相对位置。

传感器48优选采用磁场效应传感器，也可采用其他不同类型的传感器。

电机1的截面图明确显示了转子、定子、电路板和散热器。

在图8的示例中，示出了该纵截面一部分的放大图，在此图中，散热器与定子通过锁紧螺钉实现的连接完全可见。

以下我们将首先介绍定子的具体结构，以便更好地理解整个电机的特别特征和由针对其组成部分所开发的特定架构所实现的规模经济性。

定子

参见图1a-1b，图中示意性示出了一个主体10，包含多个线轴2，每个线轴用于容纳一个导线绕组，以形成同步电机1的定子的极扩展件。

参见附图，具体而言为图1a-1b，图中示意性示出了一个主体10，包含多个线轴或线架2，每个线轴用于通过卷绕方式容纳一条导线，适于形成电机定子的极扩展件。具体而言，导线在线轴2上的机械化卷绕通过绕线机（例如锭翼式绕线机）实现，所述绕线机包含一个适用于在线轴2附近定位和围绕其转动以卷绕导线并在另一线轴2处重新定位以进行更多卷绕操作的移动头。

如图4b详图所示，每个线轴2包含一个基座2a、一个与基座2a相对的头部2c和一个位于基座与头部之间的绕组部分2g，适用于通过卷绕方式容纳导线。线轴2按序列12以预定节距连接，例如通过连接至相应的线轴2基座上挂钩点2f的铰链片3进行连接。

换言之，线轴2基本在基座上连接至一个带状件上，而绕组部分2g和线轴2c的头部则与此带状连接件无关。

图1b提供了从图1a中主体10上方看的视图；两图均显示出尚未卷绕导线的主体10，且均完全作为在线轴2数量方面无限制的示例。

图2a和2b则显示的是图1a中主体在线轴2上已卷绕有相应导线绕组的情况。在下文中，带有相应导线绕组的线轴2也将被称为线圈，并以查询编号5标识，由在12个线轴2上卷绕得到的12个线圈的序列以查询编号12加以标识。

主体10可从一个初始位置移动，优选为直线，适用于通过在每个线轴2上卷绕的方式来容纳导线，便于实现移动头在线轴2之间向一基本环形的位置以及定子总成在电机其他组件上的便捷运动，其中主体10基本上自行闭合为一环形，以下说明将对此进行解释。

根据本发明，铰链片3包含至少一对在一个挂钩点4上相互铰接的链节3a、3b。通过链节3a、3b，主体10可以延长，两个相邻线轴2之间的距离可从最小值d0（此时这些线轴2基本上接触，连接它们的两个链节3a、3b基本重叠）变化到最大值d1（此时链节3被扩张）。

相邻线轴2离远的这一位置使绕线机的移动头可以围绕每一线轴2转动，避开由已经卷绕在线圈5上的导线产生的团块以及与之可能发生的接触。图3示意性地显示了导线已围绕线轴2卷绕的主体10在相邻线轴间中心距最小的直线位置时的情况，此位置通过两个链节3a、3b的重叠获得，图3a的细节图对此有更清晰的呈现。图4a示出了处于环形位置的主体10以及定子总成。

优选情况下，在导线的卷绕阶段，主体10处于最大延伸量位置，此位置可通过让所有线轴2达到最大间距d1即展远所有链节3a、3b的方式获得，而在装配阶段，主体10处于最小延伸量位置，即所有线轴均处于最小间距d0。

铰链片也可以是采用半刚性或弹性材料制成的部分3。在采用弹性材料的情况下，主体10的最大延伸量位置通过延伸线轴2的序列12的相对端1a和1b获得，即获得用于加入相邻线轴2的所有部分3的延伸量，而主体10的最小延伸量位置则通过形成每个所述部分3的弹性材料的自然释放来获得。

更具体而言，连接部分3包含在主体10回复到其最小延伸量位置时方便相邻线轴2之间部分3弯曲的一个或多个弱化点4。图3示出了处于最小延伸量位置的主体10，线圈5的序列12仍成一线。每个连接部分3可以相对另一个部分3进行单独的延伸和弯曲。

图4c示出了主体10的细节放大图：查询编号23表示第一个线轴20的基座，查询编号25表示第二个线轴22的基座。带状可变形件30将两个线轴20、22连接至相应基座。

第一个线轴20的基座23包含第一和第二挂钩点50、56，位于基座23的基本相对的面上；这些挂钩点诸如环501、561或铰链502、562。

类似地，第二个线轴22的基座25包含第一和第二挂钩点52、54，位于基座25的基本相对的面上；在此情况下也有挂钩点，即环521、541或铰链522、542。

环501、561、521、541和铰链502、562、522、542可以被制成线轴20、22的相应基座23、25的一部分，也可应用于其上。

带状可变形件30包含一个有相对端部的铰链片30，所述端部在第一个线轴20的基座23和第二个线轴22的基座25上分别体现为与挂钩点50、52相连的连接点300、302。

铰链片30包含第一链节40和第二链节42。链节40配有铰链401和402，链节42则配有铰链420和421。链节40的铰链401适于被铰接至第一个线轴20的基座23上的铰链502上，而链节40的铰链402适于被铰接至第二链节42的铰链420上。第二链节42的铰链421则被铰接至第二个线轴22的基座25的铰链522上。

铰链片30也可以由可在线轴基座上的挂钩点50和52以及点51上发生变形的肘钉或可变形桥架制成。该点51可在两个相邻线轴之间的距离发生变化时促使肘钉发生变形。

在一种符合本发明的实施方式中，主体10包含一个单一的可变形带状件60，用于所有线轴之间的连接，借助皮带并经环501、561、521、541插入。

上文通过示例说明的线轴2之间的连接部分3优选以电气用热塑性材料制成，并基本可以采用适于在导线卷绕中增大线轴2之间节距并在导线卷绕后使此节距最小化、与此同时方便线轴2的序列12实现正确布置的任何方式进行塑形，以形成定子的典型配置。

参见图4a，图中示出了一个卷绕于主体10上、处于环闭合位置的线圈5的序列12，部分3被置于相邻的一对线圈5之间，基本相互接触。有利的是，如此高的紧束系数只能通过符合本发明的可延伸的主体10实现，当主体10处于最小延伸量位置时，绕线机的移动头实际上无法进入线圈5之间的空间。

序列12的相对线轴1a、1b包含挂钩装置，可实现定子主体10的项链式闭合，以形成典型的定子闭环配置。线圈5的序列12也可采用其他方式布置，例如开环，通过用于集纳线圈5的封闭结构或通过合适的安装装置，例如将端部1a和1b结合在一起的刚性半圆形闭合带。

连接部分3也可采用刚性且可断裂的材料制成，并连接至线轴2的基座，以实现主体10的闭环，同时仍将线轴2之间的最大距离也保持在闭环位置内。

图8a-8c所示为包含刚性连接部分3的主体10处于初始直线位置时的情况，而图12则示出了闭合为环以便于其在电机上装配的主体10。

更具体而言，图12示出，由于连接部分3并非由链节或可延伸材料制成，而是采用刚性且可断裂的材料，线轴2之间的距离仍然较大。

为在电机上进行装配，已经以闭环位置配置的主体10被置于圆形冠状体26内，连接部分3被切断，可能会被去除，由于相邻线轴间的中心距基本为零，如图12b中z所示，可实现非常高的紧束系数。

圆形冠状体26具有在连接部分3切断和在电机上装配过程中将单个线轴2保持在环形位置的功能。

根据本发明的一种实施方式，对应于线轴2间最大距离的主体10初始布置方式或位置并不是直线而是环形。也就是说，线轴2的序列12基本沿直径为c1的圆周成环形布置，c1比线轴2的序列12以环形或半环闭合位置布置时所采用的圆周直径c0要大。

有利的是，在初始环形位置下，线轴2之间的角节距要确保不对绕线机移动头的运动构成阻挡，避开由已经卷绕在相邻线圈5上的导线产生的团块。

根据这种变化形式，用于相邻线轴对2之间连接的部分3为线轴2之间的关节杆或类似连接装置，它们使序列12能够从初始环形位置发展到闭环位置，反之亦然。

在图4a中，示出了导线已卷绕、处于闭环位置的主体10，端部1a和1b闭合在一起，连接部分3则处于其最小延伸量位置d0。更具体而言，在图4b中放大显示的图4a的细节W更详细地示出了线轴2上导线的绕组。线轴2的基座2a包含一个支座2b，一部分导线被闭塞于其内；导线的一个端部部分从支座2b延伸至线轴2的一个头部，以与包含在线轴2头部内的连接器2d（例如Faston型连接器）邻接。

支座2b对于防止卷绕在线轴2上的导线脱卷特别有效，此导线在线圈5上越难保持卷绕状态，其上的紧束系数就越高。

如图4a所例示，并非所有线轴2都配有头部2c：作为一项需要提供的定子的技术特征的功能，特别是作为此电机的相的一项功能，会由同一条导线卷绕在两个或更多的线轴2上。两个或更多线轴之间的导线通路由线轴基座上的一个或多个导架2e提供便利，如图4a、4b和图5中所示意。只有导线必须在其上邻接的线轴2才配有头部2c，而导架2e则存在于属于同一电气相的线轴的基座2a上。

图5所示为已卷绕有导线、处于闭环位置且可随时与定子及电机1的其他组件7、8、9进行装配的主体10。更具体而言，线轴2内部为中空，适于容纳层压件7的相应封装7，层压件7有一个鸠尾榫形的端部，用于在芯体8的相应的联合座7a内快速连接。

在被固定在相应线轴2的空腔内之前，层压件7也可以被约束在芯体8上：在此情况下芯体8与已插入的层压件7形成有杆臂径向延伸的一体，导线已卷绕在线轴2上的主体10被插入至其上，这要归功于反向移动线圈5以及识别相应层压件7上每个空腔的接合位置的可能性。

以上参照图5给出的说明在进行主体10装配的组件7、8和9的配置方面并无限定性。例如，参见图10，层压件7和中间体8构成了一个单一的刚性盘状体16，导线已卷绕的主体10被插入至其上，反向移动线圈5以识别相应层压件7上每个空腔的接合位置。

更具体而言，线轴2通过多个小型头17固定到相应的层压件7上，例如以二次成型、胶粘或机械固连等方式将小型头固定在层压件上。小型头17构成定子的极扩展件，由此使电机定子磁路得以完整。

图11a示意性示出了小型头17与层压件7的胶粘方式；层压件7表面S上至少有一个部分S1上涂有一层粘结材料18，使小型头17在被安装到层压件7的端部部分7d上后与之成为一个整体，将线轴2及相应线圈5最终固定到刚性盘状体16上。粘结材料层18也可以与线轴2接触的层压件7表面S2上提供，由此同样将线轴2粘合到层压件7上。

图11b示意性示出了线轴2与层压件7的机械固连方式，其中与图11a基本相同的零件未进行编号。在此情况下，层压件7和小型头17包含一个孔7c，用于对将小型头17固连到层压件7上的螺钉15进行紧固。有利的是，小型头17的一个部分17s和线轴2的一个部分2s被制成以槽进行挂接的形状。开槽操作由螺钉15的紧固提供便利。

图11c示意性示出了一个以共同模制方式固连到层压件上的小型头。共同模制在零件已插入时进行，即在线轴2已被安装到相应的层压件7上，且小型头17作为线轴2的覆盖物被置于层压件的端部部分7d上，可能在底部掏空处挂接到线轴2的部分2s上。

图6所示为图5中定子的组件在零件插入状态下的情况，而图7则示出了包含通过在符合本发明的主体10上卷绕导线所制成之定子的电机的截面图。

有利的是，根据本发明，主体与电机的装配在导线已绕线轴2进行卷绕并已被设置（例如通过Faston）以连接至电源的条件下进行。换言之，主体10允许导线在线轴2上进行机械化卷绕，并可将其端点连接至相应连接器，在电机内某一个箱体座之外完成定子绕组的形成。具体而言，解决方案11c形成了一个可动式定子结构，能够向定子绕组的外围补偿径向热膨胀，实现一个能够减小对由于优选以SMC材料制成而无法承受由此引发之机械应力的小型头所造成的推力的相对位移。此外，由于在设计阶段控制热膨胀而形成的径向位移可进一步缩小转子与定子间的相对间隙，并实现电机性能的恢复，尤其是在最大转矩方面。电机性能会受电机电气组件不可避免的发热的影响，特别是在采用所谓集中绕组的应用中更是如此。

如前所述，在电路板45上配有接触端子和导电路径，可根据需求实现定子绕组端部的连接。

更具体而言，图13示意性示出了旨在使用电路板上的连接提供相应的十极电机的定子绕组配置。

图13A示出了以所示方式连接图13中定子绕组端子A、B、C、D、E和F而实现的星型连接图。

类似地，图13B示出了另一种替代性的三角型连接，为定子绕组端子之间的连接提供了不同的方式。

这些示例明确显示了本发明的解决方案的多面性，它从相同的线轴2序列22开始，无论图6中主体外围的导线路径如何，仅需在与同一定子相关的电路板上改动线圈的连接，即可形成采用不同线圈连接方式的定子。

图14所示为定子绕组连接的一种替代方法。

在这种进一步的实施方式中，定子极数优选为8个，且布置为让所有定子绕组端子处于定子的同一个半圆上。

图14A和14B所示为定子绕组端子A、B、C、D、E和F的星型或三角型电气连接的相应可能方式。

有利的是，根据本发明的方法，在卷绕阶段结束时，导线的端子会与电路板45邻接。

图8a-8c完全作为示例，示出了一种在连接为序列22的多个线轴2上设置定子绕组的模式。

字母数字编号X1、Y1、Z1、K1、X2、Y2、Z2、K2、X3、Y3、Z3、K3表示在三相电机的卷绕阶段按诸如顺序方式在相应线轴上形成的多个绕组。更具体而言，第一个绕组X1围绕线轴序列22的第一个线轴X1-1进行第一条导线的卷绕。在第一次卷绕结束时，卷绕阶段将在第二个线轴X2-1上进行第一条导线的第二次卷绕X2。

更具体而言，在线轴序列22中，第二个线轴X2-1并不与第一个线轴X1-1相邻。卷绕阶段继续，使用同一条即第一条导线，在与已经卷绕导线的线轴X1-1不相邻的相应线轴X3-1上进行第三次卷绕X3。

卷绕阶段继续，使用第二条导线进行Y1、Y2、Y3的卷绕。更具体而言，在与在X1中已卷绕的第一个线轴X1-1相邻的线轴Y1-2上进行Y1的卷绕，并继续在互不相邻的相应线轴Y2-2、Y3-2上分别进行Y2、Y3的卷绕。

卷绕阶段继续，使用第三条导线进行Z1、Z2、Z3的卷绕。更具体而言，在与在Y3中已卷绕的第一个线轴Y3-2相邻的线轴Z1-3上进行Z1的卷绕，并继续在互不相邻的相应线轴Z2-3、Z3-2上分别进行Z2、Z3的卷绕。

最后使用第四条导线在线轴K1-4上从绕组K1开始进行K1、K2、K3的卷绕，并用与上文所述相同的方法在线轴K2-4和K3-4上形成绕组K2和K3。

符合本发明的方法的一种替代实施方式规定了一些相邻线轴的隔离，例如线轴X1-1与Y1-1通过切断二者间的连接部分3的方式隔离。有利的是，通过隔离阶段，可在每一绕组上实现较高的紧束系数，与此同时将相邻线轴之间的空间减至最小。

在本实施方式中，连接部分3优选不采用可延伸或可弯曲式，而是采用刚性接合部分3，以便在主体10处于直线位置时使线轴2间保持所述的预定节距，如图9a-9c所示，并在主体10闭合为环、处于一个基本为环形的位置以便在电机上装配时，使线轴2间保持预定的角节距，如图12所示。更具体而言，对于隔离阶段，刚性接合部分3为优选，因为其切割相比采用弱化点4或柔性链节3a、3b的连接部分3的切割较为简单。

更具体而言，图12a示出了两个相邻线轴2之间刚性接合部分3在主体10的装配阶段的细节图。

符合本实施方式的线轴2的隔离阶段规定将已配置为基本环形位置的主体10插入一圆形冠状体26内，圆形冠状体26具有在切断结合部分3及在电机上装配过程中将单个线轴2保持在所述环形位置的功能。

线轴2在电机上的装配、具体而言即将它们插入一定子封包的操作系在隔离阶段进行，以使线轴2以同轴方式从其间隔为预定角节距的基本为环形的位置移动到它们基本被紧束到可能的最大紧束系数的最终环形位置。接合部分3和圆形冠状体26在隔离阶段被去除，以使线轴2之间的距离在最终环形位置下达到可获得的最小距离。

作为示例，参见图9a-9c，现在根据本发明的装配方法对一种不同类型绕组的形成阶段给出说明。在本例中，装配方法也有一个初始定位阶段规定了主体10在初始布置中的定位，所述初始布置适用于以在线轴2上卷绕的方式容纳导线，并按以下所述方式针对序列12重复在线轴2上进行导线的卷绕阶段。

字母数字编号X1、X3、X3、Y1、Y2、Y3、Z1、Z2、Z3、K1、K2、K3表示在三相电机的卷绕阶段按诸如顺序方式在相应线轴上进行的多次绕组卷绕。更具体而言，第一次绕组卷绕X1围绕线轴序列12的第一个线轴X1-1进行第一条导线的卷绕；在第一次卷绕结束时，卷绕阶段将在第二个线轴X2-1上进行第一条导线的第二次卷绕X2。

在本例中，在线轴序列12中，第二个线轴X2-1与第一个线轴X1-1相邻。卷绕阶段继续，使用同一条即第一条导线，在与已经卷绕导线的线轴X2-1相邻的相应线轴X3-1上进行第三次卷绕X3。

卷绕阶段继续，使用第二条导线进行Y1、Y2、Y3的卷绕。更具体而言，在与在X3中已卷绕的线轴X3-1相邻的线轴Y1-2上进行Y1的卷绕，并继续在互相相邻的相应线轴Y2-2、Y3-2上分别进行Y2、Y3的卷绕。

卷绕阶段继续，使用第三条导线进行Z1、Z2、Z3的卷绕。更具体而言，在与在Y3中已卷绕的线轴Y3-2相邻的线轴Z1-3上进行Z1的卷绕，并继续在互相相邻的相应线轴Z2-3、Z3-2上分别进行Z2、Z3的卷绕。

最后使用第四条导线在线轴K1-4上从绕组K1开始进行K1、K2、K3的卷绕，并用与上文所述相同的方法在线轴K2-4和K3-4上形成绕组K2和K3。

在卷绕阶段结束时，一个与前文针对图8a-8c所述内容基本类似的定位阶段规定了为在电机上装配而对主体10在一基本为圆形的布置中进行的定位。

从前文说明可以明确看到，符合本发明的电机可以将整体外形控制到最小，与此同时优化材料成本，例如可以采用成本比铜导线低的铝制导线。

类似地，本发明还涉及一种在包含多个线轴2、适于创建电机定子极扩展件的主体10上进行导线卷绕的方法。线轴2上的导线绕组通过绕线机（例如锭翼式绕线机）以机械化获得，所述绕线机包含一个设计用以在线轴2附近定位并围绕其转动以卷绕导线的移动头。

如图1a所示，主体10包含一个线轴2的序列12。每个线轴2有一个基座2a、一个与基座2a相对的头部2c和一个位于基座与头部之间的绕组部分2g，适用于通过卷绕方式容纳导线。线轴2按序列12以预定节距铰接，例如通过预定长度的连接铰链片3铰接至相应的基座上。

主体10被置于移动头的操作范围之内，优选位于一个适于以在每个线轴2上卷绕以容纳导线并使移动头在相同的线轴2之间易于移动的初始直线位置。主体10可以延伸，以使序列12中两相邻线轴2之间的距离可在这些线轴2基本接触的最小值d0到最大值d1之间变化。

根据本发明的方法，在开动绕线机之前，主体10被延伸至最大延伸量位置，将线轴2定位于最大相互间距d1处。主体10的延伸阶段可以实现诸如将主体10的端部1a和1b约束到一延伸式器具的相应杆件处，以及带动所述端部以实现主体10的最大延伸量位置；延伸式器具即使在接合相邻线轴2的部分3由弹性材料制成、趋向使主体10自然回复到最小延伸量位置的情况下也可使主体10保持在卷绕位置。

在主体10已延伸的状态下，符合本发明的卷绕阶段可使绕线机的移动头绕第一个线轴2转动，形成相应的第一个线圈5。在形成线圈5后，移动头重新定位于第二个线轴2处，以完成另一卷绕阶段，第一个线圈5的导线团块不对小型头的运动构成阻挡。卷绕阶段重复进行，直至线圈的序列12形成。

有利的是，根据本发明的方法，卷绕阶段规定了不止一个移动头用相应的导线对不止一个线轴2进行卷绕，这些线轴2之间的距离即使在制作一个或多个线圈时也可允许所述不止一个移动头同时运动。

在卷绕阶段结束时，这些导线的端部与相应的一个或多个线轴2上的一个或多个连接器邻接，有利的是，所述连接器会在定子箱体座的外部容纳所有导线端部。

符合本发明的封装阶段还规定了将包含线圈5序列12的主体10从初始直线位置移动到电机其他组件的装配位置，例如U形或闭环位置，如图4a所示。

参见图8a-8c，现在根据本发明的装配方法对导线的卷绕给出更详细的说明。

如前所述，主体10包含多个通过连接部分3、以预定节距连接成序列12的线轴2。所述装配方法的初始定位阶段规定了主体10在初始布置中的定位，所述初始布置适用于以在线轴2上卷绕的方式容纳导线，并按以下所述方式针对序列12重复在线轴2上进行导线的卷绕阶段。

图8a中的字母数字编号X1、X2、X3、X4、Y1、Y2、Y3、Y4、Z1、Z2、Z3、Z4表示适于通过卷绕方式容纳导线以形成三相电机绕组的多个线轴2。更具体而言，电机的第一相通过绕线轴X1、X2、X3、X4顺序卷绕第一条导线的方式形成。

该第一相示意性示于图8b中，其中编号X1-1表示第一条导线绕第一个线轴X1的绕组，而X2-1、X3-1和X4-1则分别表示第一条导线绕第二个线轴X2、第三个线轴X3和第四个线轴X4的绕组。绕组X1-1、X2-1、X3-1、X4-1形成三相电机的第一相。

电机的第二相通过绕线轴Y1、Y2、Y3、Y4顺序卷绕第二条导线的方式形成。

该第二相示意性示于图8b中，其中编号Y1-2表示第二条导线绕第一个线轴Y1的绕组，而Y2-2、Y3-2和Y4-2则分别表示第二条导线绕第二个线轴Y2、第三个线轴Y3和第四个线轴Y4的绕组。绕组Y1-2、Y2-2、Y3-2、Y4-2形成三相电机的第二相。

类似地，电机的第三相通过绕线轴Z1、Z2、Z3、Z4顺序卷绕第三条导线的方式形成，并形成绕组Z1-3、Z2-3、Z3-3、Z4-3。

图8c所示为已形成绕组的主体10的顶视图，其中可以看到线轴2的导架2e之间的三条导线的通路。更具体而言，在卷绕过程中，第一条导线F1与线轴X1头部邻接，绕线轴X1卷绕，例如以顺时针方向，被从线轴X1的导架2e穿送至线轴X2的导架2e，在该处的线轴X2上卷绕，例如以逆时针方向。随后导线F1经线轴Y1、Y2、Z1、Z2的导架2e被穿送至线轴X3处进行卷绕。最后被从线轴X3的导架2e穿送至线轴X4的导架2e，在该处的线轴X4上卷绕，并固连至其头部。

第二条导线F2与线轴Y1的头部邻接，绕线轴Y1卷绕，例如以顺时针方向，被从线轴Y1的导架2e穿送至线轴Y2的导架2e，在该处的线轴Y2上卷绕，例如以逆时针方向。随后导线F2经线轴Z1、Z2、X3、X4的导架2e被穿送至线轴Y3处进行卷绕。最后被从线轴Y3的导架2e穿送至线轴Y4的导架2e，在该处的线轴Y4上卷绕，并固连至其头部。

类似地，从线轴Z1开始形成导线F3的绕组。

图8c示出，在线轴X1与线轴X2两者的导架之间，以及在线轴X2与线轴Y1的导架之间，只有导线F1被穿送。在线轴Y1与线轴Y2两者的导架之间，以及在线轴Y2与线轴Z1的导架之间，导线F1和导线F2均穿送。最后，导线F1、导线F2和导线F3在线轴Z1与线轴Z2两者的导架以及线轴Z2与线轴X3两者的导架之间穿送。

上述导架2e之间的导线通路基本对称，即从线轴Z4开始卷绕导线F3，并对图8a中主体10从右向左进行。

在卷绕阶段结束时，第二个定位阶段规定了主体10在一个基本为环形的布置中定位以便在电机上装配。

如前所述，初始定位阶段包含对主体10的延长，用以增大节距并为卷绕阶段提供便利，而第二个定位阶段则包含对线轴12之间节距的减小。

根据本发明的方法的实施方式，定位阶段包含相邻线轴之间、例如线轴X1与X2之间的一个隔离阶段，通过切断用于连接两者的部分3来实现。有利的是，隔离阶段可以在每一绕组上实现较高的紧束系数，同时将相邻线轴之间的距离减至最小。

在本实施方式中，连接部分3优选不采用可延伸或可弯曲式，而是采用刚性接合部分3，以便在主体10处于直线位置时使线轴2间保持所述的预定节距，如图9a-9c所示，并在主体10闭合为环、处于一个基本为环形的位置以便在电机上装配时，使线轴2间保持预定的角节距，如图12所示。更具体而言，对于隔离阶段，刚性接合部分3为优选，因为其切割相比采用弱化点4或柔性链节3a、3b的连接部分3的切割较为简单。

图12a示出了两个相邻线轴2之间刚性接合部分3在主体10的装配阶段的细节图。

符合本实施方式的线轴2的隔离阶段规定将已配置为基本环形位置的主体10插入一圆形冠状体26内，圆形冠状体26具有在切断结合部分3及在电机上装配过程中将单个线轴2保持在所述环形位置的功能。

线轴2在电机上的装配、具体而言即将它们插入一定子封包的操作系在隔离阶段进行，以使线轴2以同轴方式从其间隔为预定角节距的基本为环形的位置移动到它们基本被紧束到可能的最大紧束系数的最终环形位置。接合部分3和圆形冠状体26在隔离阶段被去除，以使线轴2之间的距离在最终环形位置下达到可获得的最小距离。

作为示例，参见图9a-9c，现在根据本发明的装配方法对一种不同类型绕组的形成阶段给出说明，同样作为示例参照三相12极电机的绕组形成过程。

在本例中，装配方法也有一个初始定位阶段规定了主体10在初始布置中的定位，所述初始布置适用于以在线轴2上卷绕的方式容纳导线，并按以下所述方式针对序列12重复在线轴2上进行导线的卷绕阶段。

图9a中的字母数字编号X1、X2、X3、X4、Y1、Y2、Y3、Y4、Z1、Z2、Z3、Z4表示适于通过卷绕方式容纳导线以形成三相电机绕组的多个线轴2。更具体而言，电机的第一相通过绕线轴X1、X2、X3、X4顺序卷绕第一条导线的方式形成。

该第一相示意性示于图9b中，其中编号X1-1表示第一条导线绕第一个线轴X1的绕组，而X2-1、X3-1和X4-1则分别表示第一条导线绕第二个线轴X2、第三个线轴X3和第四个线轴X4的绕组。绕组X1-1、X2-1、X3-1、X4-1形成三相电机的第一相。

电机的第二相通过绕线轴Y1、Y2、Y3、Y4顺序卷绕第二条导线的方式形成。

该第二相示意性示于图9b中，其中编号Y1-2表示第二条导线绕第一个线轴Y1的绕组，而Y2-2、Y3-2和Y4-2则分别表示第二条导线绕第二个线轴Y2、第三个线轴Y3和第四个线轴Y4的绕组。绕组Y1-2、Y2-2、Y3-2、Y4-2形成三相电机的第二相。

类似地，电机的第三相通过绕线轴Z1、Z2、Z3、Z4顺序卷绕第三条导线的方式形成，并形成绕组Z1-3、Z2-3、Z3-3、Z4-3。

图9c所示为已形成绕组的主体10的顶视图，其中可以看到线轴2的导架2e之间的三条导线的通路。更具体而言，第一条导线F1与线轴X1头部邻接，绕线轴X1卷绕，例如以顺时针方向，被从线轴X1、Y1、Z1的导架2e穿送至线轴X2的导架2e，在该处卷绕，例如以逆时针方向。随后导线F1经线轴X2、Y2、Z2的导架2e被穿送至线轴X3处进行卷绕。最后，导线F1被从线轴X3、Y3、Z3的导架2e穿送至线轴X4，在该处的线轴X4上卷绕，并与其头部邻接。

第二条导线F2与线轴Y1的头部邻接，绕线轴Y1卷绕，例如以顺时针方向，被从线轴Y1的导架2e穿送至线轴Z1、X2、Y2的导架2e，在该处的线轴Y2上卷绕，例如以逆时针方向。随后导线F2经线轴Z2、X3、Y3的导架2e被穿送至线轴Y3处进行卷绕。最后被从线轴Z3、X4、Y4的导架2e穿送至线轴Y4上卷绕，并固连至其头部。

类似地，从线轴Z1开始进行导线F3的卷绕。

从图9c可以看出，在线轴X1与线轴X2两者的导架之间，以及在线轴Y1与线轴Z1的导架之间，只有导线F1被穿送。在线轴Z1与线轴X2两者的导架之间，导线F1和导线F2均穿送。最后，所有导线在线轴X2与线轴Y2两者的导架以及线轴Y2与线轴Z2两者的导架之间均穿送。

上述导架2e之间的导线通路基本对称，即从线轴Z4开始卷绕导线F3，并对图9a中主体10从右向左进行。

在卷绕阶段结束时，一个与针对图8a-8c所述内容基本类似的定位阶段规定了主体10在一个基本为环形的布置中定位以便在电机上装配。 

Claims (21)

1.一种具有中心定子（12）和外部转子（32）的同步电机（1），该同步电机包括多个定子绕组用线轴（2），这些线轴按照预定节距布置、旨在容纳导线的相应绕组，所述定子（12）包含具有可动结构的主体（10），该主体能够从初始布置转变为最终布置，所述初始布置适于以在线轴（2）上卷绕的方式容纳导线，所述最终布置基本为环形配置，在该最终布置中，卷绕在线轴（2）上的导线具有端部，该端部电气连接至与电机定子相关联的印刷电路板（45）的相应端子，其中

- 所述主体（10）包含连接部分（3），该连接部分（3）配置为在卷绕导线时增大线轴（2）间的所述节距而在导线卷绕好后使节距最小化，且

- 所述连接部分（3）包含一个或多个弱化点（4），所述弱化点便于相邻线轴（2）之间部分（3）的弯曲。

2.根据权利要求1所述的同步电机（1），其特征在于：所述电路板（45）的导电路径和端子允许根据需要对定子绕组采用互为替代的三角型或星型电气连接。

3.根据权利要求1所述的同步电机（1），其特征在于：在所述电路板（45）的外周安装有一个转子（32）位置磁性传感器（48）。

4.根据权利要求3所述的同步电机（1），其特征在于：所述传感器（48）为霍尔传感器。

5.根据权利要求1所述的同步电机（1），其特征在于：定子极数可以根据需要增加，将绕组端部电气连接在与定子相关联的电路板上。

6.根据权利要求1所述的同步电机（1），其特征在于：所述电路板（45）通过一个连接至定子一端的散热件（46）的固定被约束在定子上。

7.根据权利要求1所述的同步电机（1），其特征在于：线轴（2）通过多个小型头（17）安装到相应的层压件（7）封装上，每个小型头（17）形成定子的极扩展件，并使电机（1）的定子磁路得以完整。

8.根据权利要求1所述的同步电机（1），其特征在于：每个线轴（2）均通过小型头（17）与层压件（7）封装的二次成型、胶粘或机械固连等方式被约束在相应的小型头上。

9.一种用于电机（1）的基本为直线型的主体（10），所述电机包含按照预定节距布置、旨在通过卷绕方式容纳至少一条导线的多个线轴（2），所述主体（1）包含连接部分（3），该连接部分配置成使所述预定节距用于卷绕时较大而用于主体（1）在电机内的装配时较小，其中：

- 所述线轴按照一线性节距布置，用于卷绕；并按一环形弯曲，用于在电机内装配； 

- 所述连接部分（3）能够从对应于较大节距的最大延伸量d1缩短至对应于较小预定节距的最小延伸量d0， 

其特征在于：所述连接部分（3）包含一条弱化线（4），节距的变化在相邻线轴（2）之间的所述弱化线（4）上导致所述连接部分（3）的弯曲。

10.根据权利要求9所述的主体（10），其特征在于：所述连接部分（3）包含至少一对铰接在一转动点（4）上的链节（3a、3b）。

11.根据权利要求10所述的主体（10），其特征在于：所述链节（3a、3b）被连接至所述线轴（2）的一个挂钩点（2f）。

12.根据权利要求9所述的主体（10），其特征在于：所述连接部分（3）具有弹性。

13.根据权利要求9所述的主体（10），其特征在于：延伸的所述预定节距为环形，所述主体（1）基本沿直径为c1的圆周布置，c1比所述主体（1）基本以所述小角节距布置时所采用的圆周直径c0要大。

14.根据权利要求9所述的主体（10），其特征在于：所述连接部分（3）可断裂和/或可去除，所述小节距通过切割和/或去除所述连接部分（3）的方式获得。

15.根据权利要求9至14中任何一项所述的主体（10），其特征在于：所述线轴（2）包含一支座（2b），该支座用于所述导线的端部从所述线轴（2）的基座（2a）到该线轴的其中一个头部（2c）的取向。

16.根据权利要求15所述的主体（10），其特征在于：所述头部（2c）包含一个用于所述端部一端的连接的连接器（2d）。

17.根据权利要求9至16中任何一项所述的主体（10），其特征在于：所述线轴（2）包含相应的供导线通过的导架（2e），旨在在所述线轴（2）之间获得预先确定的电气相。

18.根据权利要求9所述的主体（10），其特征在于：所述线轴（2）为内部中空式。

19.根据权利要求9至18中任何一项所述的主体（10）的装配方法，所述方法包含：

所述主体（10）在初始布置中的初始定位阶段，所述初始布置适于以在所述线轴（2）上卷绕的方式容纳所述导线；

所述导线在所述线轴（2）上的卷绕阶段，该卷绕阶段在所述序列（12）上反复进行；

所述主体（10）在基本为环形的布置中的环形定位阶段，所述基本为环形的布置用于在所述电机上装配所述主体（10），其中

所述初始定位阶段保持所述线轴（2）以大节距连接；

所述环形定位阶段让所述连接部分（3）的配置使所述线轴（2）一起以小节距移动。

20.根据权利要求19所述的装配方法，其特征在于：所述环形定位阶段将所述连接部分（3）从对应于所述大节距的最大延伸量（d1）缩短至对应于预定小节距的最小延伸量d0。

21.根据权利要求19所述的装配方法，其特征在于：所述环形定位阶段切割和/或去除所述连接部分以便以各线轴（2）基本为相互接触的所述小节距一起移动所述线轴（2）。

Images