CN108566010A - 一种多极空心杯电机线圈结构及其绕制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多极空心杯电机线圈结构包括：包括：圆柱形状的筒形线圈；所述筒形线圈通过三个线圈组的绕线绕制成无骨架的空心圆柱形线圈；各个线圈组依次交叉排布，每个线圈组包括N个独立线圈(N≥4，代表永磁体极数)；任意一个线圈组的各独立线圈由同一绕线串接绕制而成，所述各个独立线圈于圆柱形状的筒形线圈的端面圆上所占的弧度为360°/(3*N)且均布在圆周上；本发明可缩短磁路，减少磁漏，提高线圈利用率，提高电机功率密度，精简工艺。
Description
技术领域
本发明属于一种电机技术领域，尤其涉及一种多极空心杯电机线圈结构及其绕制方法。
背景技术
空心杯电机属于微型永磁电机类型，其特殊结构在于线圈绕组是无骨架的漆包线自支撑的空心圆柱型结构，该特殊结构形成的电机性能参数是各类同规格电机功率密度最大、效率最高的类型，在各类高端应用如精密控制、航空航天、军事科技、医疗科技等领域有无可替代的应用优势。而目前的空心杯电机线圈绕制工艺是各大微电机企业的技术门槛，且几乎目前市场公开的线圈排布结构和工艺方法均长期被国外垄断，因此，需要找到新的结构和工艺方法，进一步推进空心杯电机的技术突破和市场应用。
在目前已知的空心杯线圈排布结构中多为二机结构，两极磁路长，造成机壳外侧漏磁现象比较突出，使得功率密度低，电机绕组的效率低下，能源利用率不高。而采用四级结构时，采用四个碳刷或刷片绕组并联支路数为2的形式，这要求电机内的各绕组线圈的一致性非常高，否则各绕组间的“内部环流”造成发热损耗严重，电机效率低；如果采用整数绕组，采用菱形蝶形绕线方式则最少6个线圈组，则每一线圈组会引出两个进线头和两个出线头，整个圆柱型三相线圈会出产生六个引线头，六个出线头，后续工艺需要把每一相的两个单独线圈的进出线进行连线为一相线圈，工艺非常繁琐，只能靠人工进行不仅可靠性差、生产效率也非常低，在采用分数槽绕组情况下可以使用一对碳刷或金属刷片，但这类转子线圈的线头是交错分布的，在把每个线头与对应的换向片焊接时非常繁琐、工艺复杂。
发明内容
为了解决现有技术中的一个或多个上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种多极空心杯电机线圈结构及其绕制方法，缩短磁路，减少磁漏，提高线圈利用率，提高电机功率密度，精简工艺。
为实现上述目的，本发明提供了一种多极空心杯电机线圈结构，包括套设在磁钢外的圆柱形状的筒形线圈，其特征在于，所述筒形线圈包括三个线圈组，所述筒形线圈通过三个线圈组的绕线绕制成无骨架的空心圆柱形线圈；各个线圈组依次交叉排布，每个线圈组至少包括N个独立线圈(N≥4，代表磁钢永磁体极数且为大于4的偶数)；任意一个线圈组的各独立线圈由同一绕线串接绕制而成，所述各个独立线圈于圆柱形状的筒形线圈的端面圆上所占的弧度为1/(3*N)且均布在圆周上。
本方案多极空心杯电机线圈的绕制方法如下：
(1)把整个线圈分为A、B、C三个线圈组，开始时，A线圈组的绕线从圆柱形的一个端面圆周上任一点开始绕制，沿圆柱的表面绕制到圆柱形的另一个端面且与起始点在投影的同一圆周上相距(360°/N)的位置，再按顺向沿圆柱的表面回到起始点所在的端面圆，并且与起始点相距(2*(360°/N))的位置，之后再沿圆柱的表面绕制到圆柱形的另一个端面圆且与起始点在投影的同一圆周上相距(3*(360°/N))的位置，以此类推，直到绕线绕至回到起始点所在的端面圆，并且与起始点相距360°即重合(也即(N*(360°/N))的位置时，形成第一匝绕线；之后紧邻第一匝绕线开始绕制第二匝绕线，以此上述方法重复绕制若干匝一直绕到每一段对称的圆弧均占据端面圆周的(1/(3N))弧长的宽度，之后引出绕线；
(2)将步骤(1)中引出的绕线将其扭转至引出点的同一端面圆的(360°/N)位置开始按上述步骤(1)方法反向绕制，也绕制直到每一段对称的圆弧占据端面圆周的(1/(3N))弧长的宽度；随后再将引出线按照(360°/N)扭转至引出点的同一端面圆的相应位置再次按照步骤(1)的方法绕制，以此类推，直到A线圈组的各个独立线圈在同一端面圆上总共占据1/3圆周长度时，A线圈组绕制成型。
(3)按照步骤(1)以及(2)的方法紧挨着A线圈组开始绕制B线圈组，待B线圈组绕制成型后，开始绕制C线圈组；C线圈组绕制成型后，A、B、C三个线圈组在同一个端面圆上各自占据的总弧长为1/3的圆周长度，此时A、B、C三个线圈组形成一个无骨架的空心圆柱形线圈。
进一步的，筒形线圈包含三个线圈组，各个线圈组依次交叉排布，所述每个线圈组包括四个独立线圈，该四个独立线圈由同一绕线串接绕制而成，任意对称分布的两个独立线圈，所述各个独立线圈于圆柱形状的筒形线圈的端面圆上所占的弧长为1/12圆周长度(即所对应的圆心角为30°)。
优选的，筒形线圈包含三个线圈组，各个线圈组依次交叉排布，所述每个线圈组包括四个独立线圈，该四个独立线圈由同一绕线串接绕制而成，所述各个独立线圈于圆柱形状的筒形线圈的端面圆上所占的弧长为1/12(即所对应的圆心角弧度为30°)且均布在圆周上。
进一步的，筒形线圈包含三个线圈组，各个线圈组依次交叉排布，筒形线圈包含三个线圈组，各个线圈组依次交叉排布，所述每个线圈组包括六个独立线圈，该六个独立线圈由同一绕线串接绕制而成，所述各个独立线圈于圆柱形状的筒形线圈的端面圆上所占的弧长为1/18(即所对应的圆心角弧度为20°)且均布在圆周上。
进一步的，筒形线圈包含三个线圈组，各个线圈组依次交叉排布，所述每个线圈组包括八个独立线圈，该八个独立线圈由同一绕线串接绕制而成，所述各个独立线圈于圆柱形状的筒形线圈的端面圆上所占的弧长为1/24(即所对应的圆心角弧度为15°)且均布在圆周上。
进一步的，所述的三个线圈组依次相邻，且由漆包线绕制。
进一步的，整个筒形线圈，只包含有6个引线头，即三个线圈组的每个线圈组只有一进一出两个线头。
本发明至少具有以下有益效果：本发明线圈的排布结构满足整距整槽的分布式绕组结构，使得线圈产生的电磁转矩最大，进而使电机功率密度最大化。在电磁结构上具有对称性、整距整数绕线排布、并且只有六个线头，结构简单易于制作，电机功率密度最大化和以及线头少工艺简单利于生产，使得效率更高。同体积情况下，具有更大的功率密度、更高的运行效率和更低的机壳漏磁。
附图说明
图1是本实施例的主示图；
图2是本实施例俯视图；
图3是图1中A线圈组的绕制结构示意图(一)；
图4是图1中A线圈组的绕制结构示意图(二)；
图5是图1中A线圈组的绕制结构示意图(三)；
图6是图1中A线圈组的绕制结构示意图(四)。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
附图标记包括：A线圈组15、B线圈组16、C线圈组17、A1线圈18、B1线圈19、C1线圈20、A2线圈21、B2线圈22、C2线圈23、A3线圈30、B3线圈31、C3线圈32、A4线圈33、B4线圈34、C4线圈35。
实施例
参见图1-6所示：
一种多极空心杯电机线圈结构，包括套设在磁钢外的圆柱形状的筒形线圈，所述筒形线圈包含三个线圈组，分别是A线圈组15、B线圈组16、C线圈组17。任一线圈组只由一根绕线绕制且只含有一个进线头和一个出线头，分别是：分别是A线圈组进、出线头Ain、Aout，B线圈组进、出线头Bin、Bout，、C线圈组进、出线头Cin、Cout。筒形线圈通过三个线圈组的绕线绕制成无骨架的空心圆柱形线圈。各个线圈组依次交叉排布，每个线圈组包括四个独立线圈，分别是：A1线圈18、B1线圈19、C1线圈20、A2线圈21、B2线圈22、C2线圈23、A3线圈30、B3线圈31、C3线圈32、A4线圈33、B4线圈34、C4线圈35；任意一个线圈组的四个独立线圈由同一绕线串接绕制而成，所述各个独立线圈于圆柱形状的筒形线圈的端面圆上所占的弧长为1/12圆周长度(即所对应的圆心角为30°)。
该多极空心杯电机线圈结构的绕制方法如下(以四极永磁空心杯电机对应线圈排布绕制方式为例(即N＝4))：
(1)第一组线圈A线圈的漆包线从圆柱形的一个端面圆周上任一点(标记为0°位置)开始绕制，沿圆柱面到圆柱形的另一个端面与起始点相对即(360°/4)＝90°的位置，再按顺向沿圆柱的表面回到起始点所在的端面圆，并且与起始点相距(2*(360°/4))＝180°的位置，之后再沿圆柱的表面绕制到圆柱形的另一个端面圆且与起始点在投影的同一圆周上相距的(3*(360°/N))＝270°位置，最后再按顺向沿圆柱的表面回到起始点附近，即直到绕线绕至回到起始点所在的端面圆，并且与起始点相距(N*(360°/N))＝360°即是重合位置的附件时，形成第一匝绕线(附图3)；之后紧邻第一匝绕线开始绕制第二匝绕线，按上述方法，每绕制一匝绕线沿圆柱端面圆周的一个方向逐渐前进，重复绕制若干匝之后会在端面圆周上占据2段圆弧，当绕到每一段对称的圆弧均占据端面圆周的1/12弧长的宽度时(即对应的圆心角为30°)，引出绕线(附图4)。
(2)漆包线从圆柱面端面圆周上的30°位置引出，旋转至同一端面圆周上的(360°/4)＝90°位置继续绕制(附图5)，开始按上述步骤(1)方法反向绕制，也绕制直到每一段对称的圆弧占据端面圆周的1/12弧长的宽度；此时A线圈组的各个独立线圈在同一端面圆上共占据1/3圆周长度，A线圈组绕制成型(附图6)。
(3)按照步骤(1)以及(2)的方法紧挨着A线圈组开始绕制B线圈组，待B线圈组绕制成型后，开始绕制C线圈组；C线圈组绕制成型后，A、B、C三个线圈组在同一个端面圆上各自占据的弧长为1/3的圆周长度，此时A、B、C三个线圈组形成一个无骨架的空心圆柱形线圈(附图1、附图2)。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种多极空心杯电机线圈结构，包括套设在磁钢外的圆柱形状的筒形线圈，其特征在于，所述筒形线圈包括三个线圈组，所述筒形线圈通过三个线圈组的绕线绕制成无骨架的空心圆柱形线圈；各个线圈组依次交叉排布，每个线圈组至少包括N个独立线圈(N≥4，代表磁钢永磁体极数且为大于4的偶数)；任意一个线圈组的各独立线圈由同一绕线串接绕制而成，所述各个独立线圈于圆柱形状的筒形线圈的端面圆上所占的弧度为1/(3*N)且均布在圆周上。
2.如权利要求1所述的一种多极空心杯电机线圈，其特征在于：所述筒形线圈包含三个线圈组，各个线圈组依次交叉排布，所述每个线圈组包括四个独立线圈，该四个独立线圈由同一绕线串接绕制而成，所述各个独立线圈于圆柱形状的筒形线圈的端面圆上所占的弧长为1/(3*4)＝1/12(即所对应的圆心角弧度为30°)且均布在圆周上。
3.如权利要求1中所述的一种多极空心杯电机线圈结构，其特征在于：所述筒形线圈包含三个线圈组，各个线圈组依次交叉排布，所述每个线圈组包括六个独立线圈，该六个独立线圈由同一绕线串接绕制而成，所述各个独立线圈于圆柱形状的筒形线圈的端面圆上所占的弧长为1/(3*6)＝1/18(即所对应的圆心角弧度为20°)且均布在圆周上。
4.如权利要求1所述的一种八极空心杯电机线圈，其特征在于：所述筒形线圈包含三个线圈组，各个线圈组依次交叉排布，所述每个线圈组包括八个独立线圈，该八个独立线圈由同一绕线串接绕制而成，所述各个独立线圈于圆柱形状的筒形线圈的端面圆上所占的弧长为1/(3*8)＝1/24(即所对应的圆心角弧度为15°)且均布在圆周上。
5.如权利要求1中所述的一种多极空心杯电机线圈结构，其特征在于：所述的三个线圈组依次相邻。
6.如权利要求1中所述的一种多极空心杯电机线圈结构，其特征在于：所述的整个筒形线圈，只包含有6个引线头，即三个线圈组的每个线圈组只有一进一出两个线头。
7.一种多极空心杯电机线圈的绕制方法，其特征在于，绕制步骤如下：
(1)把整个线圈分为A、B、C三个线圈组，开始时，A线圈组的绕线从圆柱形的一个端面圆周上任一点开始绕制，沿圆柱的表面绕制到圆柱形的另一个端面且与起始点在投影的同一圆周上相距(360°/N)的位置，再按顺向沿圆柱的表面回到起始点所在的端面圆，并且与起始点相距(2*(360°/N))的位置，之后再沿圆柱的表面绕制到圆柱形的另一个端面圆且与起始点在投影的同一圆周上相距(3*(360°/N))的位置，以此类推，直到绕线绕至回到起始点所在的端面圆，并且与起始点相距360°即重合(也即(N*(360°/N))的位置时，形成第一匝绕线；之后紧邻第一匝绕线开始绕制第二匝绕线，以此上述方法重复绕制若干匝一直绕到每一段对称的圆弧均占据端面圆周的(1/(3N))弧长的宽度，之后引出绕线；
(2)将步骤(1)中引出的绕线将其扭转至引出点的同一端面圆的(360°/N)位置开始按上述步骤(1)方法反向绕制，也绕制直到每一段对称的圆弧占据端面圆周的(1/(3N))弧长的宽度；随后再将引出线按照(360°/N)扭转至引出点的同一端面圆的相应位置再次按照步骤(1)的方法绕制，以此类推，直到A线圈组的各个独立线圈在同一端面圆上总共占据1/3圆周长度时，A线圈组绕制成型。
(3)按照步骤(1)以及(2)的方法紧挨着A线圈组开始绕制B线圈组，待B线圈组绕制成型后，开始绕制C线圈组；C线圈组绕制成型后，A、B、C三个线圈组在同一个端面圆上各自占据的总弧长为1/3的圆周长度，此时A、B、C三个线圈组形成一个无骨架的空心圆柱形线圈。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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