CN103326489B - 空心圆柱状无芯绕组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于电机的空心圆柱状无芯绕组。所述绕组包括分布在绕组的圆周的多个单线圈，其中每个单线圈包括绕缠绕轴线成螺旋状地缠绕的多个线匝，所述缠绕轴线垂直于所述绕组的轴线。相邻的单线圈以屋面瓦方式重叠。根据本发明，规定绕组包括至少两个相绕组，每个相绕组由多个单线圈组成。这些相绕组在空心圆柱状绕组的圆周方向上相对于彼此偏移，使得第一相绕组的单线圈在空心圆柱状绕组的圆周方向上被布置在第二相绕组的单线圈之间。每个相绕组由连续导线缠绕。

Description

空心圆柱状无芯绕组

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求1的前序部分所述的用于电机的空心圆柱状无芯绕组。

背景技术

根据现有技术，由分布在空心圆柱状绕组的圆周并且以屋面瓦方式彼此重叠的多个单线圈组成的用于电机的空心圆柱状无芯绕组是已知的。每个单线圈由导线缠绕并且包括多个线匝。空心圆柱状无芯绕组的特征是：绕组的线圈不是缠绕在带槽的铁支撑件上而是设计成自支承的。这些线圈通常是由烘干漆包线（stoved-enamel wire）缠绕形成。通过这个，单线圈的各个线匝在缠绕后可以被烘烤到彼此，因此增加了线圈的稳定性并且由此增加了整个绕组的稳定性。

所述空心圆柱状无芯绕组既应用于小的、机械换向的电机的转子又应用于电子换向电机的定子。具有无芯空心圆柱状绕组的机械换向的直流电机还被称为罩式电枢电机或具有无芯电枢的电机。具有空心圆柱状无芯定子绕组的电子换向电机还指的是无槽电机或EC电机。

所述电机的优势包括它们的源于起动转矩以及线性控制特性的高的效率、自由度。

根据US5294855，空心圆柱状无芯绕组的制造方法是已知的，空心圆柱状无芯绕组的单线圈分布在绕组的圆周并且以屋面瓦的方式彼此重叠。这种方法仅仅适合于其中单线圈的线匝相对于彼此平行偏移的绕组的制造。

根据DE10 2005 051059A1，在开始提到的空心圆柱状无芯绕组类型是已知的。在该绕组中，每个单线圈的线匝围绕与空心圆柱状绕组的轴线垂直的缠绕轴线成螺旋状缠绕。与US5294855的具有相对于彼此平行偏移的线匝的绕组相比较，这个设计特别地提供了最优地利用缠绕空间的优势。因此，通过螺旋缠绕实现了最优的功率密度。根据DE10 2005 051059A1已知的空心圆柱状绕组的单线圈各自是由分离的导线缠绕形成。每个单线圈的导线端被引出绕组并且必须分离地接触。由于它们期望的精度和定形，描述的这些单线圈分开制造。为了有助于接触，邻近的单线圈的导线端能够彼此被扭转。

发明内容

本发明的目的是改进在开始所提到的空心圆柱状无芯绕组类型，使得进一步有助于接触是可能的并且单线圈的故障风险优选地低。此外，本发明的目的是提供在开始所提到的空心圆柱状无芯绕组类型以允许多销电机（multi-pin electric motor）的优选地简单并且快速的制造。

此目的通过独立权利要求1的特征实现。因此，根据本发明的方案在于绕组包括至少两个相绕组，每个相绕组由多个单线圈组成，而且相绕组在空心圆柱状绕组的圆周方向上相对于彼此偏移，使得第一相绕组的所述单线圈在空心圆柱状绕组的圆周方向上布置在第二相绕组的单线圈之间，并且其中每个相绕组由连续导线缠绕形成。

本发明提供的优点在于：并非绕组的每个线圈必须单独地接触。因此绕组的接触更容易并且更便宜。与导线端彼此扭转的单线圈的绕组相比较，在根据本发明的方案中，单线圈的故障风险更低。这是因为每次扭转涉及扭转后的导线端彼此分离的风险或随着时间的推移例如由于侵蚀在导线端之间的过渡电阻增加的风险。因此，根据本发明的空心圆柱状无芯绕组特别地适合众所周知的包括多个单线圈的多销电机的制造。

相绕组的绕组终端可以以星形布置或以三角形（delta）布置布线。可以提供印刷电路板以布线。在根据本发明的绕组中，与包含的单线圈的数量相比较，待接触的绕组终端的数量低，这就是为什么与常规的设计相比较印刷电路板能够保持非常小。由于绕组终端的数量低，我们也可以完全地省却印刷电路板。利用根据本发明的所述绕组，因此降低了制造的复杂度和具有所述绕组的电机的成本两者。如果不提供印刷电路板，绕组终端能够彼此直接地连接和/或与电机接头直接地连接。优选地，通过钎焊建立这些接头。

本发明的有利的实施例是从属权利要求的主题。

在本发明的特别优选的实施例中，连续导线的连接部在相绕组的相邻的单线圈之间相对于空心圆柱状绕组的轴线在径向上关于单线圈偏移地延伸。这允许将空心圆柱状绕组的单个相绕组插入到另一个相绕组。因此所述相绕组可以非常精确地单独制成并且可以随后连结成绕组群。特别优选地，这些连接部在由单线圈形成的空心圆柱状绕组的径向内部在相绕组的相邻的单线圈之间延伸。因此，实现了非常紧凑的绕组。

同样特别优选地，导线在相绕组的两个相邻的单线圈之间延伸，并且在空心圆柱状绕组的轴向端处自这两个单线圈开始最初各自朝向空心圆柱状绕组的轴线延伸，然后导线与绕组的径向内侧间隔一定距离在两个线圈之间延伸。这支持第一相绕组的线圈插入第二相绕组的线圈之间。因此，在相绕组插入彼此时，单线圈可以容易地避开或在它们自己中被扭转。导线从单线圈开始直接地朝向绕组的轴线延伸不是绝对必须的。然而，优选地，导线在朝向至少平行于对应的单线圈的缠绕轴线延伸的这个部分中延伸。

更特别优选地，第二相绕组的连接部在空心圆柱状绕组的轴线的方向上相对于第一相绕组的连接部偏移。因此，不同相绕组的线圈可以完全地彼此插入。例如，第一相绕组的线圈之间的连接部可以直接地在空心圆柱状绕组的轴向端处延伸，而第二相绕组中的导线在轴向上在空心圆柱状绕组的每个线圈处最初只引出一点。在每个额外提供的相绕组中，导线必须在连接部的端处在轴向上引出更多的长度。

而且，可以提供在第一相绕组的相邻的单线圈之间的连接部和在第二相绕组的相邻的单线圈之间的连接部被布置在空心圆柱状绕组的不同的轴向端处。同样，在这个实施例中，两个不同的相绕组的线圈能够特别容易地彼此插入。如果仅仅提供了两个不同的相绕组，这个实施例是特别适合的。

在本发明的另外特别优选的实施例中，所述绕组包括三个相绕组。这个实施例特别适合具有多于两个转子极的电子换向电机。例如，转子可以包括4个转子极与32个转子极之间的转子极。

在本发明的另一个实施例中，单线圈包括第一部分和第二部分，其中在第一部分和第二部分之间提供了相对于空心圆柱状绕组的轴线的径向偏移，并且其中通过线圈的第二部分来压在邻近的单线圈的第一部分上实现了以屋面瓦方式的重叠。由此，实现了极其紧凑的设计。这两个部分优选地各自位于围绕空心圆柱状绕组的轴线的圆柱状表面中。第二部分的圆柱状表面具有更大的半径，这意味着第二部分的圆柱状表面比第一部分的圆柱状表面从空心圆柱状绕组的轴线延伸更远的距离。单线圈的绕组平行于彼此延伸，每个的一半在第一圆柱状表面中并且另一半在第二圆柱状表面中。在偏移处，存在到对应地更高的或更低的圆柱状表面的跳跃（jump）。

优选地，一个单线圈的线匝在偏移的区域中具有凸起。这个凸起确保可以获得导线的用于形成偏移的足够长度。因此在缠绕操作之后可以产生偏移而不存在导线在偏移的区域中被损坏或甚至被扯断的风险。在偏移区域中的凸起可以优选地是类似发夹或类似环的凸起。

在本发明的另一个优选实施例中，一个单线圈的线匝的基本形状在垂直于缠绕轴线的平面上的投影是六角形的或菱形的。通过这个，实现了可利用的绕组空间的最优利用。其他基本形状，尤其是从DE10 2005 051059A1已知的基本形状也是可能的。

在本发明的另一个优选实施例中，相绕组是由绞线缠绕的。绞线具有导线极其柔性并且甚至以非常小的半径可以非损坏地缠绕的优势。此外，预先制成的相绕组可以由此彼此插入而不被损坏。由于绞线所实现的柔性还允许相绕组的略微变形，这在相绕组彼此插入时可能变得必要。但是，其他导线也可以用于相绕组的制造。特别优选地，采用长方形导线横截面的导线。由此，实现了空间的更好利用。如果导线设计为烘干漆包线，在其制造之后绕组可以被再烘烤，因此增加了绕组的稳定性。

在本发明的另一个实施例中，相绕组的相邻的线圈在相反的方向上被缠绕。由此，利用某些绕组群集，可以实现由所述绕组产生的磁场的有利叠加。

此外本发明提供了具有转子和定子的电机，根据本发明电机设计为电子换向电机并且定子包括空心圆柱状绕组。根据本发明空心圆柱状绕组特别地适合电子换向电机。

附图说明

下面将参照附图更详细地展示本发明的一个实施例。在附图中：

图1以斜视图显示了根据本发明的空心圆柱状无芯绕组，

图2以平面视图显示了图1的根据本发明的绕组，

图3以斜视图显示了图1和图2的根据本发明的空心圆柱状绕组的相绕组，

图4以平面图显示了图3的相绕组，

图5以侧视图显示了最后完成之前的图3和图4的相绕组，以及

图6显示了图5中显示的相绕组的单线圈的示意性图示。

具体实施方式

在下面的附图中，相同的部件通过相同的附图标记表示。如果附图包含在相应附图的描述中未明确地提到的附图标记，参照前面的或后面的附图的描述。

图1和图2以不同视图显示根据本发明的空心圆柱状无芯绕组1。在图1中，可以看见根据本发明的绕组1的轴线4和上轴向端11和下轴向端12。根据本发明的绕组1基本上由多个单线圈2.1、2.2、以及2.3构成。这些单线圈分布在绕组1的圆周上，其中相邻的单线圈以类似屋面瓦的方式彼此重叠。

如在图5和图6中特别地看到的，根据本发明的绕组1的单线圈由绞线22围绕图6中显示的缠绕轴线5螺旋地缠绕形成。每个单线圈的缠绕轴线5垂直于根据本发明的空心圆柱状绕组1的轴线4。

根据本发明的空心圆柱状绕组的单线圈被组合成三个所谓的相绕组6、7和8。在图3中示出了第一相绕组6。如在图3中显示的，三个相绕组6、7和8中的每个相绕组是由连续的绞线缠绕形成。在图3中显示的第一相绕组6的单线圈2.1各自经由连续的绞线的连接部9.1彼此连接。绞线的端部形成了相绕组6的两个绕组终端21.1。在图1中显示的其他两个相绕组7和8基本上与相绕组6设计相同。然而，三个相绕组6、7和8在空心圆柱状绕组1的圆周方向上相对于彼此偏移，使得三个相绕组的单线圈各自彼此交替地跟随。在图1中，可以清楚地看出第一相绕组6的单线圈2.1跟随有第二相绕组7的单线圈2.2，所述第二相绕组7的单线圈2.2依次跟随有第三相绕组8的单线圈2.3。因为三个相绕组6、7和8中的每个相绕组包括8个单线圈，这种模式在空心圆柱状绕组1的圆周上被重复8次。

如在图2中显示的，三个相绕组的终端也各自布置在空心圆柱状绕组1的圆周方向上的不同位置处。在图2中附图标记21.2表示第二相绕组7的终端，附图标记21.3表示第三相绕组8的终端。

如在图1中显示的，为了能将三个相绕组6、7和8彼此插入，必须合适地设计在相绕组的单线圈之间的绞线的连接部。如在图1中显示的，三个相绕组的所有的连接部9.1、9.2和9.3布置在空心圆柱状绕组1的上轴向端11。然而，所有的连接部相对于空心圆柱状绕组1的内径在径向方向上向内侧偏移。例如在显示第一相绕组6的平面视图的图4中，可以清楚地看到这个。在图中附图标记15表示空心圆柱状绕组的内壁的半径。第一相绕组6的连接部9.1从这个壁延伸一段距离并且因此稍微偏向空心圆柱状绕组的轴线4。为了实现这种偏移，绞线在每个单线圈2.1的开端处和尾端处首先从上轴向端11开始，朝向空心圆柱状绕组的轴线4延伸某个长度。允许绞线的连接部9.1的径向偏移的这个长度在图3和图4中由附图标记10表示。

应当指出的是，绞线的段10不必然朝向轴线4延伸。然而，有利地，绞线在这部分中至少平行于相应的单线圈2.1的缠绕轴线5延伸。因此，确保提供足够的空间以将其他两个相绕组7和8插入到第一相绕组6中。如在图4中显示的，第一相绕组6的连接部9.1与具有半径23的想象的内圆柱体相切地延伸，想象的内圆柱体的半径23小于空心圆柱状绕组的内径15。取代连接部9.1的切向路线，还可以设想的是，连接部9.1沿着具有半径23的轨道延伸。

在图1和图2中，我们可以看出在第一相绕组6的连接部9.1上面，第二相绕组7的连接部9.2在空心圆柱状绕组1的轴向上延伸。第三相绕组8的连接部9.3最后也在第二相绕组7的连接部9.2上面延伸。因此，关于两个相绕组7和8，在绞线朝向空心圆柱状绕组的轴线4延伸之前，绞线在单线圈的开端处和尾端处各自朝向在轴向上的顶部被引出不同程度。另外，第二相绕组和第三相绕组的连接部9.2和连接部9.3的布置对应于第一相绕组6的连接部9.1的布置。

图6显示独创的空心圆柱状绕组的单线圈的缠绕路线的示意图。绞线22围绕单线圈2.1的缠绕轴线5螺旋地缠绕成多个线匝3，绕组的基本形状是菱形的。如在图6中显示的，线匝3一个接着另一个平行地延伸。图3和图4显示了每个线圈包括第一部分13和第二部分14，相对于空心圆柱状绕组的轴线4在这两部分之间出现了径向偏移。在此单线圈的线匝3在第一部分13仅仅延伸一半并且在第二部份14延伸另一半。第一部分13位于在图4中显示的具有围绕空心圆柱状绕组的轴线4的较小的半径15的圆柱表面中，而第二部分14位于具有围绕空心圆柱状绕组的轴线4的稍大的半径16的圆柱表面中。单线圈的这个实施例允许在图1中示出的以屋面瓦方式的重叠。第一相绕组6的单线圈2.1的第二部分14因此位于第二相绕组7的线圈2.2的第一部分13上。相同的群集在第二相绕组7的线圈2.2和第三相绕组8的线圈2.3之间产生。

图5显示了作为半成品的第一相绕组6。单线圈2.1已经在一个平面上缠绕，使得单线圈的绕组各自在平的平面上延伸。因此，单线圈2.1既没有图3和图4中显示的偏移17，单线圈2.1的右部分和左部分也没有弯曲，使得绕组位于一个圆柱状表面中。此外，图5显示了两个相邻的单线圈2.1的缠绕方向相反的情况下的实施例。在图中心显示的单线圈以缠绕方向19逆时针缠绕，右边邻近它显示的单线圈以相反的、顺时针方向20缠绕。在相反的方向上缠绕在特殊的绕组布置中可以是有利的。然而，这些单线圈也可以都在相同的缠绕方向上缠绕。为了允许产生图3和图4中显示的偏移17而不在过程中损坏绞线，单线圈的绕组3在偏移的区域中具有在图6中显示的发夹凸起18。凸起18确保了在待产生偏移的区域中提供足够的导线长度。

Claims (10)

1.一种空心圆柱状无芯绕组(1)，其用于电机，所述空心圆柱状无芯绕组(1)包括多个单线圈(2.1、2.2、2.3)，所述多个单线圈布置为分布在所述空心圆柱状无芯绕组(1)的圆周上，其中每个单线圈(2.1、2.2、2.3)包括围绕垂直于所述空心圆柱状无芯绕组(1)的轴线(4)的缠绕轴线(5)螺旋地缠绕的多个线匝(3)，并且其中相邻的单线圈(2.1、2.2、2.3)以屋面瓦方式重叠，其特征在于，所述空心圆柱状无芯绕组(1)包括至少两个相绕组(6、7、8)，其中每个所述相绕组(6、7、8)由多个所述单线圈(2.1、2.2、2.3)组成，而且其中所述相绕组(6、7、8)在所述空心圆柱状无芯绕组(1)的圆周方向上相对于彼此偏移，使得第一相绕组(6、7、8)的单线圈(2.1、2.2、2.3)在空心圆柱状无芯绕组(1)的圆周方向上布置在第二相绕组(6、7、8)的单线圈(2.1、2.2、2.3)之间，其中每个所述相绕组(6、7、8)由连续导线(22)缠绕形成，并且每个相绕组的单线圈各自经由连续导线的连接部彼此连接，

其中所述连续导线(22)的连接部(9.1、9.2、9.3)在相绕组(6、7、8)的相邻的单线圈(2.1、2.2、2.3)之间相对于所述空心圆柱状无芯绕组(1)的所述轴线(4)在径向上关于所述单线圈(2.1、2.2、2.3)偏移地延伸，使得所述连接部(9.1、9.2、9.3)在径向上关于所述空心圆柱状无芯绕组(1)的内径偏移而允许所述相绕组(6、7、8)沿着所述空心圆柱状无芯绕组(1)的所述轴线(4)的方向彼此插入，其中全部所述相绕组(6、7、8)的连接部(9.1、9.2、9.3)或者除了所述相绕组(6、7、8)中的一个之外的所述相绕组的连接部(9.1、9.2、9.3)在远离轴向端的方向上在轴向上关于所述空心圆柱状无芯绕组(1)的所述轴向端偏移，并且其中所述相绕组(6、7、8)中的每一个的连接部(9.1、9.2、9.3)与所述相绕组(6、7、8)中的其他相绕组的连接部(9.1、9.2、9.3)相比相对于所述空心圆柱状无芯绕组(1)的所述轴线(4)具有不同的轴向位置。

2.根据权利要求1所述的空心圆柱状无芯绕组(1)，其特征在于所述导线(22)在所述相绕组(6、7、8)的两个相邻的单线圈(2.1、2.2、2.3)之间延伸，在所述空心圆柱状无芯绕组(1)的轴向端处自两个单线圈(2.1、2.2、2.3)开始最初各自朝向所述空心圆柱状无芯绕组(1)的所述轴线(4)延伸并且随后在所述空心圆柱状无芯绕组(1)的径向内侧的一定距离处延伸。

3.根据权利要求1所述的空心圆柱状无芯绕组(1)，其特征在于所述第一相绕组(6)的相邻的单线圈(2.1)之间的连接部(9.1)和所述第二相绕组(7)的相邻的单线圈(2.2)之间的连接部(9.2)布置在所述空心圆柱状无芯绕组(1)的不同的轴向端(11、12)处。

4.根据权利要求1所述的空心圆柱状无芯绕组(1)，其特征在于所述空心圆柱状无芯绕组(1)包括三个相绕组(6、7、8)。

5.根据权利要求1所述的空心圆柱状无芯绕组(1)，其特征在于所述单线圈(2.1、2.2、2.3)包括第一部分(13)和第二部分(14)，其中在所述第一部分(13)和所述第二部分(14)之间提供了相对于所述空心圆柱状无芯绕组(1)的所述轴线(4)的径向偏移(17)，并且其中通过单线圈(2.1、2.2、2.3)的第二部分(14)来压在所述空心圆柱状无芯绕组(1)的邻近的单线圈(2.1、2.2、2.3)的第一部分(13)上实现了以屋面瓦方式的重叠。

6.根据权利要求5所述的空心圆柱状无芯绕组(1)，其特征在于单线圈(2.1、2.2、2.3)的所述线匝(3)在偏移(17)的区域中具有凸起(18)。

7.根据权利要求1所述的空心圆柱状无芯绕组(1)，其特征在于单线圈(2.1、2.2、2.3)的线匝(3)的基本形状在垂直于所述缠绕轴线(5)的平面上的投影是六角形的或菱形的。

8.根据权利要求1所述的空心圆柱状无芯绕组(1)，其特征在于所述相绕组(6、7、8)由绞线(22)缠绕形成。

9.根据权利要求1所述的空心圆柱状无芯绕组(1)，其特征在于相绕组(6、7、8)的相邻的单线圈(2.1、2.2、2.3)以相反的方向缠绕。

10.具有转子和定子的电机，其特征在于所述电机被设计为电子换向电机并且所述定子包括根据权利要求1至9中的一项所述的空心圆柱状无芯绕组(1)。