CN104993630A - 无铁芯永磁电机的定子绕组结构及具有该定子绕组结构的电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无铁芯永磁电机的定子绕组结构及具有该定子绕组结构的电机。它包括有若干个封闭的环形线圈，环形线圈包括有一对等长的径向有效段和一对分别设置在径向有效段同侧端部的横向有效段，两横向有效段之间连接有上无效段，两径向有效段的另一端连接有下无效段，各环形线圈之间错开相同夹角且通过各自的上无效段及下无效段分别叠压形成上叠合部和下叠合部，各环形线圈上的径向有效段相互之间成平行设置且位于同一圆柱面上，各环形线圈上的横向有效段高度一致且沿圆周径向排列分布形成圆环面。本发明与径向和盘式无铁芯永磁电机的定子绕组组合对比，省去了定子绕组的内外两个无效端部，磁场利用率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种电机，尤其是涉及一种无铁芯永磁电机的定子绕组结构及具有该定子绕组结构的电机。
背景技术
现有的无铁芯永磁电机主要包括有径向电机和盘式电机，但是，无论是径向无铁芯永磁电机还是盘式无铁芯永磁电机，电机绕组导线的布线结构无法使磁场最大化利用，功率密度低，体现为电机特性非常软，所以不能当电机用，通常只能用作风力发电机。同时，电机的空间利用率也较差。
发明内容
本发明提供了一种使得电机功率密度高、空间利用率较好的无铁芯永磁电机的定子绕组结构；解决现有技术中存在的功率密度低、电机空间利用率较差等的问题。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种无铁芯永磁电机的定子绕组结构，包括有若干个封闭的环形线圈，其特征在于：所述的环形线圈包括有一对等长的径向有效段和一对分别设置在径向有效段同侧端部的横向有效段，两横向有效段之间连接有上无效段，两径向有效段的另一端连接有下无效段，各环形线圈之间错开相同夹角且通过各自的上无效段及下无效段分别叠压形成上叠合部和下叠合部，各环形线圈上的径向有效段相互之间成平行设置且位于同一圆柱面上，各环形线圈上的横向有效段高度一致且沿圆周径向排列分布形成圆环面。通过把环形线圈设置成径向有效段和横向有效段的结构，两横向有效段之间连接有上无效段，两径向有效段的另一端连接有下无效段，环形线圈之间叠压通过上无效段及下无效段分别叠压形成上叠合部和下叠合部，各环形线圈上的径向有效段相互之间成平行设置且位于同一圆柱面上，径向有效段排列形成相当于径向无铁芯永磁电机的定子绕组结构，同时，各环形线圈上的横向有效段高度一致且沿圆周径向排列分布形成圆环面，横向有效段排列形成相当于盘式无铁芯永磁电机的定子绕组结构，因此，本发明相当于把径向无铁芯永磁电机的定子绕组结构与盘式无铁芯永磁电机的定子绕组结构较好地进行结合，同时，利用各环形线圈的上无效段及下无效段分别进行叠压，无需骨架来支撑配合，结构简单，使得电机空间利用率较高。由于本发明同时具有排列成圆柱面的径向有效段和沿圆周径向排列分布形成圆环面的横向有效段，因此，本发明具有更高的功率密度。各环形线圈通过上无效段及下无效段分别叠压形成上叠合部和下叠合部，因此，与径向无铁芯永磁电机的定子绕组和盘式无铁芯永磁电机的定子绕组简单组合对比，省去了定子绕组的内外两个无效端部，因此，本发明的磁场利用率非常高。
作为优选，各环形线圈上的上无效段位于同一圆柱面上，且两两相邻的环形线圈上的上无效段重叠的弧度为上无效段对应弧度的1/3，各环形线圈上的下无效段位于同一圆柱面上，且两两相邻的环形线圈上的下无效段重叠的弧度为上无效段对应弧度的1/3。环形线圈上的上无效段和下无效段分别位于同一圆柱面上，因此，各环形线圈叠合后形成的上叠合部和下叠合部均为圆柱状，叠合形成的体积较小，叠合的牢固性较好，同时，两两相邻的环形线圈上的上无效段重叠的弧度为上无效段对应弧度的1/3，有利于横向有效段在其排列形成的圆环面内呈放射状均匀分布，大大的确保了绕组整体的一致性，横向有效段的扫射面积最大化，从而使绕组的满槽率和产生的电磁场利用率更高，使得电机的功率可根据实际需要精确设计。同理，两两相邻的环形线圈上的下无效段重叠的弧度为上无效段对应弧度的1/3。
作为优选，所述的上无效段包括有上凸部和上凹部，上凸部和上凹部均为弧线段且两者呈光滑连接，所述的上凸部和上凹部所对应的弧度为相同且两者成轴对称设置。上无效段上设置为弧线段的上凸部和上凹部，且上凸部和上凹部成轴对称设置，因此，各环形线圈在叠合时，后一个环形线圈的上凸部叠压在前一个环形线圈的上凹部上，使得两个环形线圈上的横向有效段保持在同一高度，整个绕组按此方式依次叠合而成，成型方便，叠合时各环形线圈的上无效段之间不易扭曲错乱，叠合效果好。
作为优选，所述的下无效段包括有下凸部和下凹部，下凸部和下凹部均为弧线段且两者呈光滑连接，所述的下凸部和下凹部所对应的弧度为相同且两者成轴对称设置。下无效段的结构设置与上无效段的结构设置同理。
作为优选，环形线圈上的横向有效段为向径向有效段的外侧延伸设置。横向有效段相对径向有效段向外延伸设置，有利于散热，制成定子后，散热效果较好。
作为优选，环形线圈上的横向有效段为向径向有效段的内侧延伸设置。制成的绕组结构占用空间小，有利于缩小定子的体积。
作为优选，所述的横向有效段为直线段，且横向有效段与径向有效段相互垂直设置。横向有效段设置为直线段，产生的磁场利用率最高，且当各环形线圈叠合后，横向有效段在其排列形成的圆环面内均匀分布，横向有效段产生的磁场到达两侧转子时强度均为相同，实现横向有效段的扫射面积最大化，从而使横向有效段的满槽率和产生的电磁场利用率更高，大大提高了电机的效率，减少了电机定子的发热量，进一步提高的电机的使用寿命，横向有效段与径向有效段相互垂直设置，使得横向有效段和径向有效段产生的磁场得到最大程度地利用。
作为优选，所述的上叠合部、下叠合部的高度分别是横向有效段厚度的三倍或三倍以上。由于每个环形线圈的上无效段上都叠压有2个其他环形线圈的上无效段，因此，把上叠合部的高度设置成横向有效段厚度的三倍或三倍以上，使得各环形线圈的上无效段在叠压时不易被压坏，提高产品合格率；同理，下叠合部的高度也设置为横向有效段厚度的三倍或三倍以上。
作为优选，所述的上无效段包括有第一上无效段和第二上无效段，第一上无效段和第二上无效段分别为上凸和下凹的圆弧段，第二上无效段上凸的高度与第一上无效段下凹的深度相同。
本发明还提供了一种无铁芯永磁电机，包括有定子和转子，所述的定子包括有定子绕组，其特征在于：所述的定子绕组为上述的无铁芯永磁电机的定子绕组结构。由于上述的定子绕组结构具有上述的技术效果，具有该定子绕组结构的无铁芯永磁电机也具有相同的技术效果，制成的电机体积小，功率大。
因此，本发明相比现有技术具有以下特点：1.通过把径向无铁芯永磁电机的定子绕组结构与盘式无铁芯永磁电机的定子绕组结构较好地进行结合，利用各环形线圈的上无效段及下无效段分别进行叠压，无需骨架来支撑配合，结构简单，电机空间利用率较高；2.由于同时具有排列成圆柱面的径向有效段和沿圆周径向排列分布形成圆环面的横向有效段，具有更高的功率密度；3.各环形线圈通过上无效段及下无效段分别叠压形成上叠合部和下叠合部，与径向无铁芯永磁电机的定子绕组和盘式无铁芯永磁电机的定子绕组简单组合对比，省去了定子绕组的内外两个无效端部，磁场利用率非常高。
附图说明
附图1是实施例1的结构示意图；
附图2是实施例1的主视图；
附图3是实施例1的俯视图；
附图4是实施例1中三个环形线圈依次叠合的结构示意图；
附图5是实施例1与定子配合使用的结构示意图；
附图6是实施例2的结构示意图；
附图7是实施例2的主视图；
附图8是实施例2的俯视图；
附图9是实施例2中三个环形线圈依次叠合的结构示意图；
附图10是实施例2与定子配合使用的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：见图1、图2、图3、图4、图5，一种无铁芯永磁电机的定子绕组结构，包括有12个封闭的环形线圈1，当然在实际应用时，电机的接入端通常为三相的，因此，环形线圈个数不一定是12个，只需是3的倍数即可。环形线圈1包括有一对等长的径向有效段11和一对分别设置在径向有效段同侧端部的横向有效段12，两横向有效段12之间连接有上无效段13，当然，上无效段13与两横向有效段12之间可以是直接相连，也可以是间接相连，例如在横向有效段12的端部连接设置一段与径向有效段11成平行设置的直线段，上无效段13连接在该直线段的另一端部。两径向有效段11的另一端连接有下无效段14，同理，下无效段14与径向有效段11可以是直接相连，也可以间接相连，例如是在径向有效段11的下端部设置一段与横向有效段12平行的直线段，再通过下无效段14进行相连。环形线圈1由导线整体绕制而成，再通过挤压工装挤压成上述形状，因此，环形线圈1的截面形状大小均为相同。各环形线圈1之间错开相同夹角且通过各自的上无效段13及下无效段14分别叠压形成上叠合部2和下叠合部3，各环形线圈1上的径向有效段11相互之间成平行设置且位于同一圆柱面上，各环形线圈1上的横向有效段12高度一致且沿圆周径向排列分布形成圆环面。通过把环形线圈设置成径向有效段和横向有效段的结构，两横向有效段之间连接有上无效段，两径向有效段的另一端连接有下无效段，环形线圈之间叠压通过上无效段及下无效段分别叠压形成上叠合部和下叠合部，各环形线圈上的径向有效段相互之间成平行设置且位于同一圆柱面上，径向有效段排列形成相当于径向无铁芯永磁电机的定子绕组结构，同时，各环形线圈上的横向有效段高度一致且沿圆周径向排列分布形成圆环面，横向有效段排列形成相当于盘式无铁芯永磁电机的定子绕组结构，因此，本发明相当于把径向无铁芯永磁电机的定子绕组结构与盘式无铁芯永磁电机的定子绕组结构较好地进行结合，同时，利用各环形线圈的上无效段及下无效段分别进行叠压，无需骨架来支撑配合，结构简单，使得电机空间利用率较高。由于本发明同时具有排列成圆柱面的径向有效段和沿圆周径向排列分布形成圆环面的横向有效段，因此，本发明具有更高的功率密度。各环形线圈通过上无效段及下无效段分别叠压形成上叠合部和下叠合部，因此，与径向无铁芯永磁电机的定子绕组和盘式无铁芯永磁电机的定子绕组简单组合对比，省去了定子绕组的内外两个无效端部，因此，本发明的磁场利用率非常高。
见图1、图2、图3，各环形线圈1上的上无效段13位于同一圆柱面上，且两两相邻的环形线圈上的上无效段13重叠的弧度为上无效段对应弧度的1/3，各环形线圈上的下无效段14位于同一圆柱面上，且两两相邻的环形线圈上的下无效段14重叠的弧度为上无效段对应弧度的1/3。环形线圈上的上无效段和下无效段分别位于同一圆柱面上，因此，各环形线圈叠合后形成的上叠合部和下叠合部均为圆柱状，叠合形成的体积较小，叠合的牢固性较好，同时，两两相邻的环形线圈上的上无效段重叠的弧度为上无效段对应弧度的1/3，有利于横向有效段在其排列形成的圆环面内呈放射状均匀分布，大大的确保了绕组整体的一致性，横向有效段的扫射面积最大化，从而使绕组的满槽率和产生的电磁场利用率更高，使得电机的功率可根据实际需要精确设计。同理，两两相邻的环形线圈上的下无效段重叠的弧度为上无效段对应弧度的1/3。
见图4，上无效段13包括有上凸部131和上凹部132，上凸部131和上凹部132均为弧线段且两者呈光滑连接，上凸部131和上凹部132所对应的弧度为相同且两者成轴对称设置。当环形线圈1之间依次叠合时，前一个环形线圈上的上凸部叠压在后一个环形线圈的上凹部上表面，依次循环叠压。上无效段上设置为弧线段的上凸部和上凹部，且上凸部和上凹部成轴对称设置，因此，各环形线圈在叠合时，后一个环形线圈的上凸部叠压在前一个环形线圈的上凹部上，使得两个环形线圈上的横向有效段保持在同一高度，整个绕组按此方式依次叠合而成，成型方便，叠合时各环形线圈的上无效段之间不易扭曲错乱，叠合效果好。同理，下无效段14包括有下凸部141和下凹部142，下凸部141和下凹部142均为弧线段且两者呈光滑连接，下凸部141和下凹部142所对应的弧度为相同且两者成轴对称设置。当环形线圈1之间依次叠合时，前一个环形线圈上的下凸部叠压在后一个环形线圈的下凹部上表面，依次循环叠压。
见图1、图5，环形线圈1上的横向有效段12为向径向有效段11的外侧延伸设置。绕组中横向有效段相当于只有一层结构，因此，制成定子5后，在与转子配合使用时，绕组中的每对横向有效段产生的磁场到达两侧转子磁钢4时强度均为相同，实现横向有效段的扫射面积最大化，从而使线圈的满槽率和产生的电磁场利用率更高，大大提高了电机的效率，减少了电机定子的发热量，进一步提高了电机的使用寿命。
见图2、图3，横向有效段12为直线段，且横向有效段12与径向有效段11相互垂直设置。横向有效段设置为直线段，产生的磁场利用率最高，且当各环形线圈叠合后，横向有效段在其排列形成的圆环面内均匀分布，横向有效段产生的磁场到达两侧转子时强度均为相同，实现横向有效段的扫射面积最大化，从而使横向有效段的满槽率和产生的电磁场利用率更高，大大提高了电机的效率，减少了电机定子的发热量，进一步提高的电机的使用寿命，横向有效段与径向有效段相互垂直设置，使得横向有效段和径向有效段产生的磁场得到最大程度地利用。
见图2，上叠合部2、下叠合部3的高度分别是横向有效段12厚度的三倍或三倍以上。由于每个环形线圈的上无效段上都叠压有2个其他环形线圈的上无效段，因此，把上叠合部的高度设置成横向有效段厚度的三倍或三倍以上，使得各环形线圈的上无效段在叠压时不易被压坏，提高产品合格率；同理，下叠合部的高度也设置为横向有效段厚度的三倍或三倍以上。
除了上述的无铁芯永磁电机的定子绕组结构，本发明还提供了一种无铁芯永磁电机，包括有定子和转子，定子包括有定子绕组，定子绕组为上述的无铁芯永磁电机的定子绕组结构。其余结构请参考现有技术，本文不再赘述。
实施例2：见图6、图7、图8、图9，环形线圈1上的横向有效段12为向径向有效段11的内侧延伸设置。各环形线圈1相互叠合后，各横向有效段12的高度一致且沿圆周径向向内均匀排列分布形成圆环面。
见图9，上无效段13包括有第一上无效段13a和第二上无效段13b，第一上无效段13a位于同一圆柱面上，且第一上无效段13a为相对径向有效段11下凹的圆弧段。第二上无效段13b与第一上无效段13a处于相同的圆柱面上，第二上无效段13b为相对径向有效段11上凸的圆弧段，第二上无效段13b上凸的高度与第一上无效段13a下凹的深度相同。各环形线圈叠合时，两个第一上无效段13a和一个第二上无效段13b构成一组叠合单元组。下无效段14包括有第一下无效段14a和第二下无效段14b，其结构叠合方式与上无效段13相同。其余部分与实施例1相同。
本发明可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，例如把横向有效段设置成具有弯曲弧度的弧线段，或者是折角形状。这样的改变不认为脱离本发明的范围。所有这样的对所述领域技术人员显而易见的修改将包括在本权利要求的范围之内。
Claims (10)
1.一种无铁芯永磁电机的定子绕组结构，包括有若干个封闭的环形线圈，其特征在于：所述的环形线圈包括有一对等长的径向有效段和一对分别设置在径向有效段同侧端部的横向有效段，两横向有效段之间连接有上无效段，两径向有效段的另一端连接有下无效段，各环形线圈之间错开相同夹角且通过各自的上无效段及下无效段分别叠压形成上叠合部和下叠合部，各环形线圈上的径向有效段相互之间成平行设置且位于同一圆柱面上，各环形线圈上的横向有效段高度一致且沿圆周径向排列分布形成圆环面。
2.根据权利要求1所述的无铁芯永磁电机的定子绕组结构，其特征在于：各环形线圈上的上无效段位于同一圆柱面上，且两两相邻的环形线圈上的上无效段重叠的弧度为上无效段对应弧度的1/3，各环形线圈上的下无效段位于同一圆柱面上，且两两相邻的环形线圈上的下无效段重叠的弧度为上无效段对应弧度的1/3。
3.根据权利要求1或2所述的无铁芯永磁电机的定子绕组结构，其特征在于：所述的上无效段包括有上凸部和上凹部，上凸部和上凹部均为弧线段且两者呈光滑连接，所述的上凸部和上凹部所对应的弧度为相同且两者成轴对称设置。
4.根据权利要求1或2所述的无铁芯永磁电机的定子绕组结构，其特征在于：所述的下无效段包括有下凸部和下凹部，下凸部和下凹部均为弧线段且两者呈光滑连接，所述的下凸部和下凹部所对应的弧度为相同且两者成轴对称设置。
5.根据权利要求3所述的无铁芯永磁电机的定子绕组结构，其特征在于：环形线圈上的横向有效段为向径向有效段的外侧延伸设置。
6.根据权利要求3所述的无铁芯永磁电机的定子绕组结构，其特征在于：环形线圈上的横向有效段为向径向有效段的内侧延伸设置。
7.根据权利要求5所述的无铁芯永磁电机的定子绕组结构，其特征在于：所述的横向有效段为直线段，且横向有效段与径向有效段相互垂直设置。
8.根据权利要求1所述的无铁芯永磁电机的定子绕组结构，其特征在于：所述的上叠合部、下叠合部的高度分别是横向有效段厚度的三倍或三倍以上。
9.根据权利要求1或2所述的无铁芯永磁电机的定子绕组结构，其特征在于：所述的上无效段包括有第一上无效段和第二上无效段，第一上无效段和第二上无效段分别为上凸和下凹的圆弧段，第二上无效段上凸的高度与第一上无效段下凹的深度相同。
10.一种无铁芯永磁电机，包括有定子和转子，所述的定子包括有定子绕组，其特征在于：所述的定子绕组为权利要求1至9任一项所述的无铁芯永磁电机的定子绕组结构。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 321404 Zhejiang city of Lishui province Jinyun County town pot Yingxiang Village intersection Applicant after: ZHEJIANG DING'AN MACHINERY MANUFACTURING Co.,Ltd. Address before: 321404 Zhejiang city of Jinhua province Jinyun County town pot Yingxiang Village intersection Applicant before: ZHEJIANG DING'AN MACHINERY MANUFACTURING Co.,Ltd. |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20151021 |