CN103887911A - 用于圆筒形直线电机的定子绕组及其绕线方法 - Google Patents

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王国元
李明
高云峰
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Abstract

本发明涉及圆筒形直线电机领域，尤其涉及用于圆筒形直线电机的定子绕组及其绕线方法。本发明提供的用于圆筒形直线电机的定子绕组，包括若干由电磁线绕制成的单饼线圈，各所述单饼线圈相互串联，各所述单饼线圈具有偶数层线圈，各所述单饼线圈两端的线圈引出线均设置于所述单饼线圈的外侧，所述单饼线圈一端部的一层线圈为从外到内的绕线结构，与其相邻层的线圈为从内到外的绕线结构，且各所述线圈的绕线方向相同，同时本发明还提供上述定子绕组的绕设方法。本发明能够进一步的提高电机槽的槽满率，以提高电机槽的内部空间设计的灵活性。

Description

用于圆筒形直线电机的定子绕组及其绕线方法
技术领域
本发明涉及圆筒形直线电机领域，尤其涉及用于圆筒形直线电机的定子绕组及其绕线方法。
背景技术
现有的的圆筒形直线电机的定子绕组一般采用两种方式：第一种方式，其线圈使用圆形截面电磁线，绕线时引线出自内外两侧，而且内侧引出线需跨过绕组引至外侧与另一线圈连接，这样每个绕组都要因为引出线而浪费一层线圈的空间，降低了电机的槽满率，减少了电机的举升力，电机的电流越大，电磁线的线径越大，这种弊端就越明显；第二种方式，是采用扁型电磁线，线圈引出线可以作到从外侧出线，但限于工艺，每个单饼线圈只能作到双层的线圈结构，这样给电机电磁设计带来很大的局限性，很多大极距且推力更大、性能更优的电机因为受制于定子绕组的结构限制而没法做出，给圆筒形直线电机的性能提升带来较大的局限性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供用于圆筒形直线电机的定子绕组及其绕线方法，旨在给电机电磁设计带来更大的选择空间，能更大限度的提高直线电机的性能。
本发明提供的用于圆筒形直线电机的定子绕组是这样实现的，
用于圆筒形直线电机的定子绕组，包括若干由电磁线绕制成的单饼线圈，各所述单饼线圈相互串联，各所述单饼线圈具有偶数层，所述单饼线圈一端部的一层线圈为从外到内的绕线结构，与其相邻层的线圈为从内到外的绕线结构，且各所述线圈的绕线方向相同，各所述单饼线圈两端的引出线均设置于所述单饼线圈的外侧，与邻接的所述单饼线圈两端引出线连接。
具体地，各所述单饼线圈上相邻层线圈之间为S型连接过渡。
具体地，所述电磁线的横截面为矩形。
一种如上所述的定子绕组的绕线方法，采用具有包括若干成对且相互交替设置的螺旋型绕线夹具和环形绕线夹具的夹具组，所述螺旋型绕线夹具的纵向截面呈阶梯状，且其纵向截面的外径由一端向另一端递减，各所述螺旋型夹具的小端朝向相同，所述夹具组的起始端为所述螺旋型绕线夹具的大端，末端为所述环形绕线夹具，设定所述夹具组上由起始端至末端的各螺旋型绕线夹具依次为A1~An、各环形绕线夹具依次为B1~Bn、其中n正整数，其包括以下步骤，
螺旋型绕线夹具上的绕设步骤：将用于形成定子绕组的电磁线由A1的大端向小端绕设于A1上；
环形绕线夹具上的绕设步骤：将所述电磁线由所述电磁线由所述A1的小端过渡绕设于B1上，电磁线在B1由内至外绕设若干圈，并将所述电磁线由所述B1上过渡绕设于A2的大端上；
循环绕设步骤：循环采用如螺旋型绕线夹具上的绕设步骤和环形绕线夹具上的绕设步骤的方式完成电磁线在所述夹具组上的绕设；
成型步骤：取出所述夹具组，将绕设于每一所述螺旋型绕线夹具上的电磁线压合成一平面形成一层线圈。
具体地，上述方法所述夹具组还包括若干设置于所述螺旋型绕线夹具和环形绕线夹具之间的S型过渡绕线夹具，所述绕线方法中相邻的螺旋型绕线夹具和环形绕线夹具的绕线采用所述S型过渡绕线夹具。
具体地，上述方法所述电磁线的横截面为矩形。
与现有技术相比，本发明提供的用于圆筒形直线电机的定子绕组及其绕线方法具有如下的优点：
1）、本发明通过采用的夹具组采若干成对且相互交替设置的螺旋型绕线夹具和环形绕线夹具，可使最终的引出线位于整个定子绕组的外侧，不占用电机槽间的有效空间，即能够提高电机槽间的槽满率。
2）、本发明的定子绕组上各所述单饼线圈上的线圈可绕制成多圈的偶数层线圈的绕组结构，在相同的电机功率输出的条件下，单饼线圈的层数越多，线圈与铁芯片之间进行绝缘处理所需的绝缘材料所占空间就越小，因此在相同的体积空间下，本发明的定子绕组具有更大有效体积的电磁线，因而能够更加充分的利用电机槽的有效空间，进一步提升了电机槽的槽满率。
3）、本发明的定子绕组可采用诸如二层线圈、四层线圈、六层线圈等偶数层多层线圈的绕线方式，此种多层线圈的设置方式可使电机设计时的槽极数的配置及动定子的极距值获得更大的选择空间，方便对电机的体积、温升、出力等各种因素的优化设计。
4）、本发明的定子绕组可由一根电磁线连续绕制而成，各所述单饼线圈间电磁线没有间断，不需进行接头焊接，可将整台电机的焊点数大幅度减小，提高了电机的可靠性。
附图说明
图1是本发明提供的定子绕组一优选实施例的结构示意图；
图2是图1的左视图；
图3是图2中A-A截面的剖视图；
图4是单饼线圈绕组的绕设示意图；
图5是图4中B-B截面的剖视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参照图1~3，用于圆筒形直线电机的定子绕组，包括若干个相互串联的单饼线圈1，各所述单饼线圈1具有偶数层线圈2，各所述单饼线圈1两端的线圈引出线11均设置于所述单饼线圈1的外侧，所述单饼线圈1一端部的一层线圈为从外到内的绕线结构，与其相邻层的线圈为从内到外的绕线结构，且各所述线圈的绕线方向相同。具体地，本实施例的定子绕组采用多个单饼线圈1串联而成，各所述单饼线圈1由引出线相互连接线，每一单饼线圈1具有四层线圈2。为便于说明，记图中位于左侧的单饼线圈1上的各线圈2为第一线圈21、第二线圈22、第三线圈23和第四线圈24（由左至右排序）。
其中，所述第一线圈21的绕线结构从外到内绕设，所述第二线圈22的绕线结构从内到外绕设，所述第三线圈23的绕线结构从外到内绕设，所述第四线圈24的绕线结构从内到外绕设，总之，本发明各所述单饼线圈1上各线圈2的绕线结构是先从外到内再从内到外，接着从外到内和从内到外依次相互交替，因此本发明的各单饼线圈1上线圈2的层数可采用诸如两层、四层、六层、八层等设计方式，如此对不同的设计需要，更具灵活性，其对于合理的调配电机槽的内部结构具有重大的意义。
在本实施例中，为实现在一单饼线圈1内，各所述线圈2之间末端与起始端能够良好的过渡，各所述单饼线圈1上相邻两所述线圈2之间为S型连接过渡3。
在本实施例中，所述电磁线的横截面为矩形。电磁线5采用横截面为矩形的扁线结构，在绕线时匝间整齐排列，匝间没有间隙，可避免常规设计采用横截面为圆形的电磁线5匝间的空间浪费。
请参照图4~5，下面介绍本发明提供的绕线方法，如上所述的定子绕组的绕线方法，采用的夹具组4包括若干成对且相互交替设置的螺旋型绕线夹具41和环形绕线夹具42，所述螺旋型绕线夹具41的纵向截面呈阶梯状，且其纵向截面的外径由一端向另一端递减，各所述螺旋型夹具41的小端411朝向相同，所述夹具组4的起始端为所述螺旋型绕线夹具41的大端412，所述夹具组4的末端为所述环形绕线夹具42，设定所述夹具组4上由起始端至末端的各螺旋型绕线夹41具依次为A1~An、各环形绕线夹具42依次为B1~Bn、其中n正整数。上述绕线方法包括以下步骤，
螺旋型绕线夹具上的绕设步骤：将用于形成定子绕组的电磁线5由A1的大端412向小端411绕设于A1上；
环形绕线夹具上的绕设步骤：将所述电磁线5由所述电磁线5由所述A1的小端411过渡绕设于B1上，电磁线5在B1由内至外绕设若干圈，使得在B1上并将所述电磁线由所述B1上过渡绕设于A2的大端上；
循环绕设步骤：循环采用如螺旋型绕线夹具上的绕设步骤和环形绕线夹具上的绕设步骤的方式完成电磁线5在所述夹具组上的绕设；
成型步骤：取出所述夹具组4，将绕设于每一所述螺旋型绕线夹具上的电磁线5压合成一平面形成一层线圈。由于所述电磁线5的基材是韧性比较好的铜质材料，因此在取出所述夹具组4可直接通过扭动所述电磁线5，进而将所述夹具组4取出。
在本实施例中，上述方法采用的夹具组4还包括若干设置于所述螺旋型绕线夹具41和环形绕线夹具之间42的S型过渡绕线夹具（图中没有画出），所述绕线方法中相邻的螺旋型绕线夹具41和环形绕线夹具42的绕线采用所述S型过渡绕线夹具。
在实施例中，上述方法采用的电磁线5的横截面为矩形。
综上所述，本发明通过采用的夹具组采若干成对且相互交替设置的螺旋型绕线夹具和环形绕线夹具，可使最终的引出线位于整个定子绕组的外侧，不占用电机槽间的有效空间，即能够提高电机槽间的槽满率。本发明的定子绕组上各所述单饼线圈上的线圈可绕制成多圈的偶数层线圈的绕组结构，在相同的电机功率输出的条件下，单饼线圈的层数越多，线圈与铁芯片之间进行绝缘处理所需的绝缘材料所占空间就越小，因此在相同的体积空间下，本发明的定子绕组具有更大有效体积的电磁线，因而能够更加充分的利用电机槽的有效空间，进一步提升了电机槽的槽满率。本发明的定子绕组可采用诸如二层线圈、四层线圈、六层线圈等偶数层多层线圈的绕线方式，此种多层线圈的设置方式可使电机设计时的槽极数的配置及动定子的极距值获得更大的选择空间，方便对电机的体积、温升、出力等各种因素的优化设计。本发明的定子绕组可由一根电磁线连续绕制而成，各所述单饼线圈间电磁线没有间断，不需进行接头焊接，可将整台电机的焊点数大幅度减小，提高了电机的可靠性。
以上所述仅为本发明较佳的实施例而已，其结构并不限于上述列举的形状，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.用于圆筒形直线电机的定子绕组，其特征在于：包括若干由电磁线绕制成的单饼线圈，各所述单饼线圈相互串联，各所述单饼线圈具有偶数层，所述单饼线圈一端部的一层线圈为从外到内的绕线结构，与其相邻层的线圈为从内到外的绕线结构，且各所述线圈的绕线方向相同，各所述单饼线圈两端的引出线均设置于所述单饼线圈的外侧，与邻接的所述单饼线圈两端引出线连接。
2.如权利要求1所述的用于圆筒形直线电机的定子绕组，其特征在于：各所述单饼线圈上相邻层线圈之间为S型连接过渡。
3.如权利要求1或2所述的用于圆筒形直线电机的定子绕组，其特征在于：所述电磁线的横截面为矩形。
4.一种如权利要求1所述的定子绕组的绕线方法，其特征在于：采用具有若干成对且相互交替设置的螺旋型绕线夹具和环形绕线夹具的夹具组，其中所述螺旋型绕线夹具的纵向截面呈阶梯状，且其纵向截面的外径由一端向另一端递减，各所述螺旋型夹具的小端朝向相同，所述夹具组的起始端为所述螺旋型绕线夹具的大端，末端为所述环形绕线夹具，设定所述夹具组上由起始端至末端的各螺旋型绕线夹具依次为A1~An、各环形绕线夹具依次为B1~Bn、其中n正整数，其包括以下步骤，
螺旋型绕线夹具上的绕设步骤：将用于形成定子绕组的电磁线由A1的大端向小端绕设于A1上；
环形绕线夹具上的绕设步骤：将所述电磁线由所述A1的小端过渡绕设于B1上，电磁线在B1由内至外绕设若干圈，并将所述电磁线由所述B1上过渡绕设于A2的大端上；
循环绕设步骤：循环采用如螺旋型绕线夹具上的绕设步骤和环形绕线夹具上的绕设步骤的方式完成电磁线在所述夹具组上的绕设；
成型步骤：取出所述夹具组，将绕设于每一所述螺旋型绕线夹具上的电磁线压合成一平面形成一层线圈。
5.如权利要求4所述的绕线方法，其特征在于：所述夹具组还包括若干设置于所述螺旋型绕线夹具和环形绕线夹具之间的S型过渡绕线夹具，所述绕线方法中相邻的螺旋型绕线夹具和环形绕线夹具的绕线采用所述S型过渡绕线夹具。
6.如权利要求4或5所述的绕线方法，其特征在于：所述电磁线的横截面为矩形。
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