CN102931790A - 单相电容运转式隐凸极电动机定子及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单相电容运转式隐凸极电动机定子及其制造方法，定子包括组合式定子、集中式绕线组和两绝缘绕线架，组合式定子由内定子和外定子组合而成，外定子是内腔边数为2P的正多边形环状结构，其中P为电动机的极数，并预冲有与内定子隐凸极配合的2P个卡槽，内定子为2P个隐凸极环形连接而成；两绝缘绕线架分别扣合在内定子上下两侧并包围隐凸极的腰部，组合绕线架体置于外定子的内腔里并通过卡槽压装结合。本发明抛弃了传统电机制造工艺中绕组需要借道槽口的手工内嵌线和内绕线工艺，实现了无槽口整体外绕工艺，克服目前定子内绕式制造工艺绕线效率低和废品率高的缺陷，为大批量全自动化的异步电动机生产制造提供更稳定高效的解决方法。

Description

单相电容运转式隐凸极电动机定子及其制造方法

技术领域

本发明涉及电机的技术领域，特别涉及一种单相电容运转式隐凸极电动机定子及其制造方法。

背景技术

现有的单相罩极异步电动机，如家用窗式排气扇用罩极电机，采用了一种组合式定子，由内定子和外定子组成，单个集中式线圈和绝缘线架预先绕制好后，再人工套装到内定子凸极上，然后把绝缘线架和内定子组合体与外定子压装成复合定子，然后进行过渡线整理，把单个集中式线圈联接起来，完成定子制作，其工作原理是：内定子凸极极靴处开槽并焊装有闲合式铜质短路环，凸极磁极从槽口不均等的分为二部分，在短路环的磁感应作用下产生相位差，从而在气隙内产生旋转磁场。由于此类电机只采用一相主绕组，成本低廉，且制造工艺简单，因而在小家电发展初期被广泛应用于排气扇、暧风机等产品上，但在当今节能减排、低碳环保的新形势下，罩极电机10-20%的超低能效已越来越难以被人们所接收。

现有的单相异步电动机，特别是适用于家用电器产品的电容运转式异步电动机，实际运行效率在30-55%之间，其定子绕组大多采用适合于传统手工嵌线的分布绕组；随着小家电产品需求的快速发展，以及原材料和劳动力成本的不断攀升，传统的电机制造工艺已严重制约该类电机的发展。近年来，首先出现了取代分布式绕组手工嵌线的自动嵌线机，突破了传统手工嵌线的束缚；其次，集中式绕组在该类电机上的应用，结合智能化绕线设备技术的日趋成熟，使电机制造工艺向机械化和自动化方向快速发展。

中国发明专利ZL201010113410.9（授权公告号为CN101807838B）公开了一种单相电容运转式电动机定子及其制造方法，其定子采用整体式定子铁芯和集中式绕组，采用内绕式绕线机对定子直径上相对的两个凸极同时采用集中式绕组的方式进行缠绕，由于采用了集中式绕组，其较之传统的分布式绕组定子节约了材料，但其借道槽口的内绕线方式严重限制了绕线机的运行速度，导致单机生产效率低，绕线机故障率高，且无法提出多速异步电动机的定子制造的具体实施方案。

中国发明专利201110315032.7（公开号为CN102427282）公开了一种电容运转式电动机定子及其制造方法，其定子铁芯采用分体式定子铁芯，制造工艺特点是分体组合再切割分离，绕组采用预先绕线再组装整合的方式，分体组合和预先绕线方式是借鉴于上述罩极异步电动机的制造工艺，而再切割分离的方式是制造有槽口定子的一种工艺；这种定子制造方法的缺陷是：绕组的预先绕制过程和罩极异步电动机的制造工艺相同，绕制好的绕组-线套结合体从绕线机上拆卸下来，再套装到内定子上，其过程必须用手工完成，从而导致生产效率低，废品率高，同时也没有提出多速异步电动机的定子制造的具体实施方案。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种单相电容运转式隐凸极电动机定子。

本发明的另一目的在于，提供上述电动机定子的制造方法。

为了达到上述第一目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一种单相电容运转式隐凸极电动机定子，包括组合式定子、集中式绕组和两绝缘绕线架，所述组合式定子由内定子和外定子组合而成，外定子是内腔边数为2P的正多边形环状结构，其中P为电动机的极数，外定子内腔壁上预冲有与内定子隐凸极配合的2P个卡槽，内定子为2P个隐凸极环形连接而成；两绝缘绕线架分别扣合在内定子上下两侧并包围隐凸极的腰部，两绝缘绕线架与内定子组装成组合绕线架体，所述组合绕线架体置于外定子的内腔里并通过卡槽压装结合。

优选的，所述的卡槽设置于外定子内腔多边形每边的中央，卡槽从边上陷入0.5~1mm，卡槽的底部形状为半月形。

优选的，其特征在于，所述2P个卡槽中至少一个卡槽上设有凸起，隐凸极上设有与凸起数量和位置匹配的凹槽。

优选的，所述的内定子两相邻隐凸极极尖连接处为弧形连接，弧底部与内定子内孔高度为0.4~0.6mm。

优选的，所述的所述组合绕线架体和内定子通过卡槽以过盈配合压装结合。

优选的，所述的集中式绕组包括主绕组、副绕组和调速绕组，绕线直接采用整体外绕式绕线机缠绕，间隔交替地缠绕在组合绕线架体的绕线架内。

优选的，所述的主绕组由P个沿内定子内孔均布的隐凸极绕装体串绕连接而成，连接方式为相邻的两个集中式线圈绕线方向相反；所述的副绕组由P个沿内定子内孔均布的隐凸极绕装体串绕连接而成，连接方式为相邻的两个集中式线圈绕线方向相反；所述的调速绕组由P/2个沿内定子内孔均布的隐凸极绕装体串绕连接而成，连接方式为相邻的两个集中式线圈绕线方向相同，当P等于2的时候除外。

为了达到上述第二发明目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一种单相电容运转式电动机定子的制造方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1、采用连续步进高速冲模具和设备，把矽钢片原料一次性冲裁、堆砌、自扣成型为整体式内定子和整体式外定子，外定子内腔为2P边数的正多边形环状结构，其中P为电机极数，并有与内定子隐极配合的2P个半月形卡槽，内定子由2P个环形连接的隐凸极组合而成，其内孔圆形光滑且无槽口；

S2、组合绕线架体，把两绝缘绕线架与隐凸极内定子从上下两侧扣合连接，并包围隐凸极腰部；

S3、绕制绕组，主、副绕组均采用外绕式自动程控绕线机绕制，每个绕组采用P个线圈连续集中缠绕的方式绕制，把组装好的绕线架体装入旋转式绕线夹具，所述的旋转式绕线夹具包括自动分度转盘、绕线体座和绕线导入模，在绕线架体主、副线圈起始位置上设置两个绕线导针，同时对主、副绕组起始位置的隐凸极绕线架体进行集中式缠绕，当有调速要求时，调速绕组采用外绕式专用绕线机先于主、副绕组绕制前绕制，绕制方式可采用单针单层绕制和双针双层绕制。

优选的，步骤S3中，所述的旋转式绕线夹具在绕制主绕组和副绕组时，在绕线架体上完成第一个集中式线圈绕制后，与绕线架体一起旋转一个角度，以继续完成下一个集中式线圈的绕制，旋转绕线夹具的旋转角度由电机极数P决定，旋转角度=360°/P。

优选的，所述的主绕组、副绕组和调速绕组均采用整体连续绕制，过渡线由外绕式绕线机自动借助一体式绕线架上的挂线柱和内缘挂线槽完成。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本发明的电动机定子采用了组合式隐凸极定子和集中式绕组，且开发一种专用外绕式绕线机直接对组合绕线架体进行绕制，取代了传统工艺中人工绕线、嵌线、绕组端部整形、过渡线整理等工序，其制造工艺得到彻底简化，同时抛弃了传统电机制造工艺中绕组需要借道槽口的手工内嵌线和机器内绕线工艺，实现了无槽口整体外绕工艺，克服目前定子内绕式制造工艺绕线效率低和废品率高的缺陷，为大批量全自动化的异步电动机生产制造提供更稳定高效的解决方法。

2、本发明的组合式定子，外定子半月形卡槽压装结合部采用从边上陷入0.5~1mm，巧妙地解决了内定子的准确定位问题，增加了内定子和外定子配合面的接触面积和导磁能力，同时又避免了因配合面陷入过深所造成的内外定子组合压装难度，此外，内定子两相邻隐凸极极尖的弧形连接处，弧底部与内定子内孔高度为0.4~0.6mm，如果高度大于0.6mm时，会显著增加漏磁对电动机性能的影响，而高度小于0.4mm时，内定子的刚性会变差，以上技术解决方案经过反复验证，很好地保证了组合式定子的刚性和同心度，也使电动机的性能有了显著的改善。

附图说明

图1为本发明外定子的结构示意图；

图2为本发明内定子的结构；

图3为本发明组合绕线架体装配示意图；

图4是本发明组合绕线架体的爆炸图；

图5为本发明集中式主绕组、副绕组和调速绕组绕制图；

图6为本发明所述的组合式定子压装示意图；

图7为本发明定子结构俯视示意图；

图8为本发明定子绕组外接线示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1-图3所示，本实施例单相电容运转式隐凸极电动机定子，包括组合式定子、集中式绕组和绝缘绕线架3，所述组合式定子由内定子2和外定子1组合而成，外定子1是内腔边数为2P的正多边形环状结构（其中P为电动机的极数），外定子1内腔壁上预冲有与内定子隐凸极配合的2P个卡槽11，内定子为2P个隐凸极22环形连接而成；两绝缘绕线架分别扣合在内定子上下两侧并包围隐凸极的腰部，两绝缘绕线架与内定子组装成组合绕线架体，所述组合绕线架体置于外定子的内腔里并通过卡槽压装结合。所述定子是由多个一片式定子矽钢片堆叠而成的电动机组合式定子。

如图1所示，上述的卡槽11设置于外定子内腔多边形每边的中央，卡槽11从边上陷入0.5~1mm，卡槽底部形状为半月形，以增加内定子和外定子结合部的接触面积和导磁能力。

如图2所示，上述的内定子2两相邻隐凸极22极尖连接处23为弧形连接，以增强内定子2的刚性和同心度，弧底部与内定子内孔高度为0.4~0.6mm，以减少漏磁对电动机性能的影响。

如图3所示，两绝缘绕线架3分别与内定子2上下两侧扣合连接并包围隐凸极21的腰部，与内定子2组装成组合绕线架体。

如图4的爆炸图所示，所述绝缘绕线架3分为上绕线架31和下绕线架32，上绕线架31靠内孔侧设有内缘挂线槽311，该内缘挂线槽上设有挂线柱312，各绕组线圈之间的过渡线跨过挂线柱并排列在内缘挂线槽上。

如图5所示，集中式绕组4，包括主绕组41、副绕组42和调速绕组43（调速电机用），直接采用整体外绕式绕线机缠绕，间隔交替地缠绕在组合绕线架体的隐凸极22的绕线架内，。

上述的主绕组41由P个沿内定子内孔均布的隐凸极绕装体串绕连接而成，连接方式为相邻的两个集中式线圈绕线方向相反；上述的副绕组42由P个沿内定子内孔均布的隐凸极绕装体串绕连接而成，连接方式为相邻的两个集中式线圈绕线方向相反；上述的调速绕组43由P/2个沿内定子内孔均布的隐凸极绕装体串绕连接而成，连接方式为相邻的两个集中式线圈绕线方向相同(P等于2除外)。

如图6所示，上述的组合式定子是由外定子1和内定子2通过卡槽结合部11（21）以过盈配合压装结合而成，保证了内定子和外定子结合部的良好接触和组合定子的刚性，同时很好地消除因矽钢片冲裁断面对导磁能力的影响。

本实施例的另一个目的是提供上述电动机定子的制造方法，该制造方法制造定子的工艺流程简单高效，成品率高。其包括以下步骤：

——制作定子，采用连续步进高速冲模具和设备，把矽钢片原料一次性冲裁、堆砌、自扣成型为整体式内定子和外定子，外定子内腔为2P（P为电机极数）边数的正多边形环状结构，并有与内定子隐极配合的2P个半月形卡槽，内定子由2P个环形连接的隐凸极组合而成，其内孔圆形光滑且无槽口；

——安装组合绕线架体，把两绝缘绕线架与隐凸极内定子从上下两侧扣合连接，并包围隐凸极腰部，使内定子和两绝缘绕线架组装成整体式绕线架体；

——绕制绕组，主、副绕组均采用外绕式自动程控绕线机绕制，每个绕组采用P个线圈连续集中缠绕的方式绕制。把组装好的绕线架体装入旋转式绕线夹具，在绕线架体主、副绕组线圈起始位置上设置两个绕线导针，同时对主、副绕组起始位置的隐凸极绕线架体进行集中式缠绕，调速绕组（有调速要求时）采用外绕式专用绕线机先于主、副绕组绕制前绕制，绕制方式可采用单针单层绕制和双针双层绕制，

——上述的旋转式绕线夹具在绕制主绕组和副绕组时，在绕线架体上完成第一个集中式线圈绕制后，与绕线架体一起旋转一个角度，以继续完成下一个线圈的绕制，旋转绕线夹具的的旋转角度由电机极数P决定，旋转角度=360°/P；

——上述的主绕组、副绕组和调速绕组均采用整体连续绕制，如图4所示；过渡线由外绕式绕线机自动借助一体式绕线架上的挂线柱和内缘挂线槽完成，因此省去了绕组的过渡线手工接线和整理，绕组绕制完成后，主绕组引出线首末端为（A、a），副绕组引出线首末端为（B、b），调速绕组引出线首末端为（T、t），如图7所示；

——完成上述步骤后，把上述主绕组引出线（A、a）和副绕组引出线（B、b）焊接到按要求制好的简易电路板上；有调速要求并绕制有调速绕组时，调速绕组引出线（T、t）也按“T形”调速接法和主绕组引出线（A、a）、副绕组引出线（B、b）预接后焊装到简易电路板上，具体接法如图8所示。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单相电容运转式隐凸极电动机定子，包括组合式定子、集中式绕组和两绝缘绕线架，其特征在于，所述组合式定子由内定子和外定子组合而成，外定子是内腔边数为2P的正多边形环状结构，其中P为电动机的极数，外定子内腔壁上预冲有与内定子隐凸极配合的2P个卡槽，内定子为2P个隐凸极环形连接而成；两绝缘绕线架分别扣合在内定子上下两侧并包围隐凸极的腰部，两绝缘绕线架与内定子组装成组合绕线架体，所述组合绕线架体置于外定子的内腔里并通过卡槽以过盈配合与外定子压装结合。

2.根据权利要求1所述的单相电容运转式隐凸极电动机定子，其特征在于，所述的卡槽设置于外定子内腔多边形每边的中央，卡槽从边上陷入0.5~1mm，卡槽的底部形状为半月形。

3.根据权利要求1或2所述的单相电容运转式隐凸极电动机定子，其特征在于，其特征在于，所述2P个卡槽中至少一个卡槽上设有凸起，隐凸极上设有与凸起数量和位置匹配的凹槽。

4.根据权利要求1所述的单相电容运转式隐凸极电动机定子，其特征在于，所述的内定子两相邻隐凸极极尖连接处为弧形连接，弧底部与内定子内孔高度为0.4~0.6mm。

5.根据权利要求1所述的单相电容运转式隐凸极电动机定子，其特征在于，两绝缘绕线架分别为上绕线架和下绕线架，所述上绕线架靠内孔侧设有内缘挂线槽，该内缘挂线槽上设有挂线柱。

6.根据权利要求1所述的单相电容运转式隐凸极电动机定子，其特征在于，所述的集中式绕组包括主绕组、副绕组和调速绕组，绕线直接采用整体外绕式绕线机缠绕，间隔交替地缠绕在组合绕线架体的绕线架内。

7.根据权利要求6所述的单相电容运转式隐凸极电动机定子，其特征在于，所述的主绕组由P个沿内定子内孔均布的隐凸极绕装体串绕连接而成，连接方式为相邻的两个集中式线圈绕线方向相反；所述的副绕组由P个沿内定子内孔均布的隐凸极绕装体串绕连接而成，连接方式为相邻的两个集中式线圈绕线方向相反；所述的调速绕组由P/2个沿内定子内孔均布的隐凸极绕装体串绕连接而成，连接方式为相邻的两个集中式线圈绕线方向相同，当P等于2的时候除外。

8.一种适用于要求1所述单相电容运转式电动机定子的制造方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1、采用连续步进高速冲模具和设备，把矽钢片原料一次性冲裁、堆砌、自扣成型为整体式内定子和整体式外定子，外定子内腔为2P边数的正多边形环状结构，其中P为电机极数，并有与内定子隐极配合的2P个半月形卡槽，内定子由2P个环形连接的隐凸极组合而成，其内孔圆形光滑且无槽口；

S2、组合绕线架体，把两绝缘绕线架与隐凸极内定子从上下两侧扣合连接，并包围隐凸极腰部；

S3、绕制绕组，主、副绕组均采用外绕式自动程控绕线机绕制，每个绕组采用P个线圈连续集中缠绕的方式绕制，把组装好的绕线架体装入旋转式绕线夹具，所述的旋转式绕线夹具包括自动分度转盘、绕线体座和绕线导入模，在绕线架体主、副线圈起始位置上设置两个绕线导针，同时对主、副绕组起始位置的隐凸极绕线架体进行集中式缠绕，当有调速要求时，调速绕组采用外绕式专用绕线机先于主、副绕组绕制前绕制，绕制方式可采用单针单层绕制和双针双层绕制。

9.根据权利要求8所述的电动机定子制造方法，其特征在于，步骤S3中，所述的旋转式绕线夹具在绕制主绕组和副绕组时，在绕线架体上完成第一个集中式线圈绕制后，与绕线架体一起旋转一个角度，以继续完成下一个集中式线圈的绕制，旋转绕线夹具的旋转角度由电机极数P决定，旋转角度=360°/P。

10.根据权利要求8所述的电动机定子制造方法，其特征在于，所述的主绕组、副绕组和调速绕组均采用整体连续绕制，过渡线由外绕式绕线机自动借助一体式绕线架上的挂线柱和内缘挂线槽完成。

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