CN108711985A - 绕组定子及电动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种绕组定子及电动机，涉及电机技术领域。该绕组定子包括至少一相绕组，每相绕组包括至少一个绝缘承载板及具有起始端和终止端的蛇形线圈，至少一个绝缘承载板均设置有蛇形线圈，且蛇形线圈呈弯曲的螺旋片状布设于绝缘承载板上。其中，蛇形线圈包括内曲部分、外曲部分和工作部分，工作部分呈扇形片状结构，扇形片状结构的内弧端与内曲部分连接，扇形片状结构的外弧端与外曲部分连接。本方案中的绕组定子通过将工作部分设置为扇形片状结构，能够增大导电部分在绕组定子外径处的面积，降低绕组的电阻，使得电动机在运行时，电能转换为机械能的效率得到提高。

Description

绕组定子及电动机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体而言，涉及一种绕组定子及电动机。

背景技术

在电机领域中，目前市场上大多数电动机都是径向磁场电机，也就是 电动机中驱动电机转动的磁场的磁场方向与电机转轴垂直。随着新材料和 新工艺的突破，轴向磁场电机(又称盘式电机)开始慢慢兴起。在现有技 术中，盘式电机受到内部结构的限制，造成电机的内阻大，进而使得电动 机在运行时，电能转换为机械能的效率低。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种绕组定子及电动机， 以解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明实施例所提供的技术方案如下所示：

第一方面，本发明实施例提供一种绕组定子，应用于电动机，所述绕 组定子包括至少一相绕组，每相所述绕组包括至少一个绝缘承载板及具有 起始端和终止端的蛇形线圈，所述至少一个绝缘承载板均设置有所述蛇形 线圈，且所述蛇形线圈呈弯曲的螺旋片状布设于所述绝缘承载板上，其中， 所述蛇形线圈包括内曲部分、外曲部分和工作部分，所述工作部分呈扇形 片状结构，所述扇形片状结构的内弧端与所述内曲部分连接，所述扇形片状结构的外弧端与所述外曲部分连接。

可选地，上述蛇形线圈开设有至少一条镂空间隙，所述至少一条镂空 间隙用于将所述蛇形线圈划分成多个呈并联连接的片状导体。

可选地，上述镂空间隙中设置有用于将所述镂空间隙两侧的导体进行 绝缘隔离的绝缘材料。

可选地，每相所述绕组包括多个蛇形线圈及分别用于承载所述多个蛇 形线圈的绝缘承载板，在同相的绕组中，各蛇形线圈通过相应的起始端与 对应的终止端串联连接或并联连接以形成绕组定子。

可选地，上述扇形片状结构的外弧端呈梯形片，其中，所述梯形片的 上底的长度小于所述梯形片的下底的长度，所述梯形片的上底侧与所述外 曲部分连接。

可选地，在同相的所述绕组中，所述起始端和/或所述终止端对应的所 述绝缘承载板的部位开设有连接通孔，所述连接通孔用于供第一蛇形线圈 与位于另一绝缘承载板上的第二蛇形线圈进行串联连接或并联连接。

可选地，上述至少一相绕组的数量为3相，同相的绕组中的各蛇形线 圈在径向截面上的分布相同，不同相的绕组在径向截面上的分布互差120°， 且呈Y型连接。

可选地，同相的所述绕组还包括电源端子，所述电源端子与所述起始 端或终止端连接。

可选地，上述绝缘承载板为PCB板，所述PCB板开设有用于供电动机 的转子穿过的轴孔。

第二方面，本发明生实施例提供一种电动机，包括：壳体、转子及上 述的绕组定子，所述绕组定子设置于所述壳体内，所述绕组定子套设于所 述转子上，所述绕组定子中的绝缘承载板与所述转子中的转轴的延长线相 垂直。

相对于现有技术而言，本发明提供的绕组定子及电动机至少具有以下 有益效果：该绕组定子包括至少一相绕组，每相绕组包括至少一个绝缘承 载板及具有起始端和终止端的蛇形线圈，至少一个绝缘承载板均设置有蛇 形线圈，且蛇形线圈呈弯曲的螺旋片状布设于绝缘承载板上。其中，蛇形 线圈包括内曲部分、外曲部分和工作部分，工作部分呈扇形片状结构，扇 形片状结构的内弧端与内曲部分连接，扇形片状结构的外弧端与外曲部分连接。本方案中的绕组定子通过将工作部分设置为扇形片状结构，能够增 大导电部分在绕组定子外径处的面积，降低绕组的电阻，使得电动机在运 行时，电能转换为机械能的效率得到提高。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明 实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需 要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些 实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的绕组定子中的第一相绕组的径向截面示意 图之一。

图2a为本发明实施例提供的绕组定子中的工作部分的结构示意图之一。

图2b为本发明实施例提供的绕组定子中的工作部分的结构示意图之二。

图3为本发明实施例提供的绕组定子中的第一相绕组的径向截面示意 图之二。

图4为本发明实施例提供的绕组定子中的第一相绕组的径向截面示意 图之三。

图5为本发明实施例提供的绕组定子中的第二相绕组的径向截面示意 图。

图6为本发明实施例提供的绕组定子中的第三相绕组的径向截面示意 图。

图标：110-第一相绕组；111-第一绝缘承载板；120-第二相绕组；121- 第二绝缘承载板；130-第三相绕组；131-第三绝缘承载板；140-蛇形线圈； 141-内曲部分；142-外曲部分；143-工作部分；144-镂空间隙；145-连接通 孔；146-电源端子；147-三相中性点；148-轴孔；151-起始端；152-终止端； 161-散热件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进 行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施 例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例 的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限 制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本 发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的 所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一 旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步 定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中”、“上”、“下”、“水平”、 “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系， 或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述 本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的 方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外， 术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对 重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬 垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更 加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术 语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也 可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电性连接。 可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的 连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本 发明中的具体含义。

在现有技术中，本申请发明人经过长期研究探索发现，造成电机内阻 大的原因之一便是：在盘式电机中，作为形成安培力的多个铺铜工作部分 为呈圆形辐射状地分布在圆形绝缘板上，每个铺铜工作部分呈直条状，使 得圆形绝缘板内圈的铺铜较为紧密，外圈的铺铜较为稀疏，也就是外圈的 空间没有得到充分利用，从而使得造成外圈处铺铜率低，绕组电阻较大。 因现有技术中将工作部分设置为直条状已成常态，从而使得发现该技术问题的难度大。

鉴于上述问题，本申请发明人经过长期研究探索，提出以下实施例以 解决上述问题。下面结合附图，对本发明实施例作详细说明。在不冲突的 情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参照图1至图6，本发明实施例提供了一种绕组定子。该绕组定子应 用于轴向磁场电机(又称盘式电机)，轴向磁场电机可理解为驱动电机转动 的磁场的磁场方向与电机转轴延长线相同的电机。在绕组定子中，同相中 的各层的蛇形线圈140通过串联连接或并联连接。在运行时，蛇形线圈140 通电，蛇形线圈140的工作部分143用于对电动机中的磁场作切割磁场线 运动，从而生成安培力(安培力指通电导线在磁场中受到的作用力)，并基于产生的安培力驱动转子在轴孔148中转动，从而将电能转换为机械能。

在本实施例中，蛇形线圈140由导电材料形成，导电材料可以是，但 不限于铜、铝等。蛇形线圈140的工作部分143为扇形片状结构，能够增 大工作部分143外径区域的面积，从而有助于降低工作部分143的电阻， 使得电动机在运行时，电能转换为机械能的效率得到提高。

可理解地，蛇形线圈140可以由铜片卷绕形成，而不是由铜丝卷绕形 成。因为扇形片状结构的铜片能够充分利用绝缘承载板的空间，使得整个 绝缘承载板外径区域铺设的铜片面积更广。相比于现有技术中的条形导体 片，本方案可以采用扇形片状结构的铜片作为工作部分143，使得工作部分 143在绕组定子外径区域的导电横截面积增大，降低了工作部分143的内阻， 也就降低了绕组定子的电阻，进而有助于提高电动机能量转换的效率。

请结合参照图1和图2，其中，图1为本发明实施例提供的绕组定子中 的第一相绕组110的径向截面示意图之一，图2a为本发明实施例提供的绕 组定子中的工作部分143的结构示意图之一。本发明实施例提供的绕组定 子包括至少一相绕组，每相绕组包括至少一个绝缘承载板及具有起始端151 和终止端152的蛇形线圈140，至少一个绝缘承载板均设置有蛇形线圈140， 且蛇形线圈140呈弯曲的螺旋片状布设于绝缘承载板上，其中，蛇形线圈140包括内曲部分141、外曲部分142和工作部分143，工作部分143呈扇 形片状结构，扇形片状结构的内弧端与内曲部分141连接，扇形片状结构 的外弧端与外曲部分142连接。另外，径向截面可以理解为与电动机中的 转轴延长线垂直的面，电动机的转轴与绝缘承载板所在平面垂直。

在本实施例中，绕组定子包括的绕组的相数可以根据实际情况进行设 置，可以为一相，也可以为多相(比如为三相)。每相绕组中包括的绝缘承 载板的数量可以为一个也可以为多个，其承载板的具体数量可以根据实际 情况进行设置。每相绕组中包括的蛇形线圈140的数量可以与绝缘承载板 的数量相同，这里对蛇形线圈140的数量不作具体限定。

可理解地，每相绕组可以包括多个蛇形线圈140及分别用于承载多个 蛇形线圈140的绝缘承载板，在同相的绕组中，各蛇形线圈140通过相应 的起始端151与对应的终止端152串联连接或并联连接以形成绕组定子。

例如，同相绕组中可以包括两个绝缘承载板。具体地，比如，第一相 绕组110可以包括两个绝缘承载板，两个绝缘承载板上均设置有蛇形线圈 140，蛇形线圈140可以呈螺旋状地卷绕三圈并布设在相应的绝缘承载板上。 其中一个绝缘承载板a上的蛇形线圈140的起始端151与电源端子146连 接，该绝缘承载板a上的蛇形线圈140的终止端152与另一绝缘承载板b 上的蛇形线圈140的起始端151串联连接，以组成绕组定子。其中，a、b 可理解为两个绝缘承载板对应的编号，以便于区分。当然，两个蛇形线圈 140也可以并联连接，例如，两个蛇形线圈140各自的起始端151与起始端 151连接，终止端152与终止端152连接，从而使得两个蛇形线圈140并联 连接，以组成绕组定子。

请结合参照图1和图3，其中，图3为本发明实施例提供的绕组定子中 的第一相绕组110的径向截面示意图之二，蛇形线圈140中的一圈铜片为 不闭合的圆圈，一圈铜片可以作为一个蛇形子线圈。在绝缘承载板上，多 个蛇形子线圈共中心点地首尾串联连接便形成了蛇形线圈140。例如，在图 1中，蛇形线圈140可理解为铜片来回弯曲成一圈呈圆形的螺旋片，该蛇形 线圈140也可以作为一个蛇形子线圈。在图3中，蛇形线圈140包括3个 共中心点地首尾串联连接的蛇形子线圈。

需要说明的是，蛇形线圈140在绝缘承载板上设置的圈数可以根据实 际情况进行确定，可以为一圈也可以为多圈，这里对设置的圈数不作具体 限定。

在本实施例中，内曲部分141的轮廓和外曲部分142的轮廓可以均呈 圆弧形，其中，内曲部分141的尺寸小于外曲部分142的尺寸。每个蛇形 线圈140可以包括多个内曲部分141、外曲部分142和工作部分143，其 具体数量可以根据实际情况进行设置。例如，一个蛇形子线圈中的内曲部 分141、外曲部分142均为4段，工作部分143为8段，8段工作部分143的延长线通常相交于蛇形线圈140的中心点。

在本实施例中，蛇形线圈140开设有至少一条镂空间隙144，至少一 条镂空间隙144用于将蛇形线圈140划分成多个呈并联连接的片状导体。 例如，在图2a中，工作部分143便被3条镂空间隙144划分成了4段呈 绝缘隔离的条形片状导体。镂空间隙144在图2a中可理解为标号对应的 线条部位。

其中，设置的镂空间隙144有助于阻止电流在片状导体上形成涡流回 路。若电流在片状导体上形成涡流回路，便会使得片状导体产生大量的热， 而设置的镂空间隙144能够阻止或减弱涡流回路的产生，进而有助于降低 热量的产生，使得电能能转换为更多的机械能，并通过转子输出，从而有 助于提高电动机将电能转换为机械能的转换效率。可理解地，与现有技术 相比，在相同电能能耗情况下，采用本发明提供的绕组定子制成的电动机能够输出更大的动力；或者，在输出相同动力的情况下，采用本发明提供 的绕组定子制成的电动机能够降低能耗。

在本实施例中，镂空间隙144中设置有用于将镂空间隙144两侧的导 体进行绝缘隔离的绝缘材料，其中，绝缘材料能够提高镂空间隙144两侧 的导体的绝缘效果，避免镂空间隙144两侧的导体产生电弧。可选地，该 绝缘材料为耐高温阻燃的材料，例如，为绝缘材料氮化硼、环氧树脂等材 料。

在同相的绕组中，起始端151或终止端152对应的绝缘承载板的部位 开设有连接通孔145，或者，在起始端151与终止端152对应的绝缘承载板 的部位均开设有连接通孔145。连接通孔145用于供第一蛇形线圈140与位 于另一绝缘承载板上的第二蛇形线圈140进行串联连接或并联连接。其中， 连接通孔145也可以通过导电镀槽替代，利用导电镀槽实现相邻层蛇形线 圈140之间的并联。

在本实施例中，同相的绕组还包括电源端子146，电源端子146与起始 端151或终止端152连接。每个电源端子146都与通孔或柱相关联。通常， 每相有一个焊盘/通孔/接线柱，因此三相电机有三个电源接线端以作为电源 端子146。

在本实施例中，绝缘承载板开设有轴孔148，用于供电动机的转子贯穿。 例如，绝缘承载板为PCB板，PCB板开设有用于供电动机的转子穿过的轴 孔148。

当工作部分143通电时，电动机预先设置有转子，转子中的转轴与绝 缘承载板垂直，转子上可以设置用于产生轴向磁场的多个磁体，以使得各 工作部分143承受相应的磁场力，其中，作用在相邻两段工作部分143的 磁场的磁极相反，从而使得所有工作部分143产生的扭矩的转动方向相同， 进而驱动电动机的转子转动。

请结合参照图2a和图2b，其中，图2b为本发明实施例提供的绕组定 子中的工作部分143的结构示意图之二。在本实施例中，扇形片状结构的 外弧端呈梯形片，其中，梯形片的上底的长度小于梯形片的下底的长度， 梯形片的上底侧与外曲部分142连接。可理解地，扇形片状结构的外弧端 可以通过切角处理，形成梯形片。其中，梯形片使得相邻两个工作部分143 的外弧端的间隙较为明显，便于将外曲部分142与对应的外弧端进行连接， 另外，还便于用户区分每圈蛇形子线圈。

请结合参照图4至图6，其中，图4为本发明实施例提供的绕组定子中 的第一相绕组110的径向截面示意图之三，图5为本发明实施例提供的绕 组定子中的第二相绕组120的径向截面示意图，图6为本发明实施例提供 的绕组定子中的第三相绕组130的径向截面示意图。其中，第一相绕组110 可以包括第一绝缘承载板111，第一绝缘承载板111的数量可以为一个，也 可以为多个。第二相绕组120可以包括第二绝缘承载板121，第三相绕组 130可以包括第三绝缘承载板131，每相绕组的绝缘承载板数量相同，且每 个绝缘承载板上设置有蛇形线圈140。第二相绕组120、第三相绕组130与 第一相绕组110的结构相类似，其具体结构可以参照上述对第一相绕组110 中各结构的详细描述，这里不再赘述。

在本实施例中，绕组定子可以为三相电机中的定子，也就是上述至少 一相绕组的数量可以为3相，各相绕组的起始端151可以与分别与对应的 电源端子146连接，各相绕组的终止端152与同一个三相中性点147连接， 使得三相线圈绕组呈Y型连接。

具体地，第一绝缘承载板111上的蛇形线圈140的起始端151(参见图 4)、第二绝缘承载板121上的蛇形线圈140的起始端151(参见图5)、第 三绝缘承载板131上的蛇形线圈140的起始端151(参见图6)分别与对应 的电源端子146连接。第一绝缘承载板111上的蛇形线圈140的终止端152 (可参见图4)、第二绝缘承载板121上的蛇形线圈140的终止端152(可参见图5)、第三绝缘承载板131上的蛇形线圈140的终止端152(可参见 图6)可以均与同一个三相中性点147连接，使得三相线圈绕组呈Y型连 接，其中，不同相的绕组中的各蛇形线圈140径向截面上的分布互差120°， 该差角120°可以理解为各相电流的相角的差角。同相绕组中各蛇形线圈 140径向截面上的工作部分143的分布相同，也就是其差角为0°。

可选地，绝缘承载板可以设置多个散热件161。多个散热件161用于将 蛇形线圈140产生的热量传递到绝缘承载板，有助于避免电动机因蛇形线 圈140产生的高温而被烧坏。其中，散热件161可以与工作部分143的结 构相同，可以配合外曲部分142与内曲部分141，例如，散热件161的两端 分别与外曲部分142和内曲部分141连接，可以替代工作部分143，实现工 作部分143的相应功能效果。

本发明实施例还提供一种电动机。该电动机可以包括壳体、转子及如 上述实施例中所述的绕组定子。其中，绕组定子设置于壳体内，绕组定子 套设于转子上，绕组定子中的绝缘承载板与转子中的转轴的延长线相垂直。

可理解地，壳体可以用于对绕组定子起到固定及保护的作用。另外， 因为该电动机采用上述的绕组定子，使得绕组定子内阻(或电阻)降低， 进而能够提高电动机将电能转换为机械能的转换效率。

综上所述，本发明提供一种绕组定子及电动机。该绕组定子包括至少 一相绕组，每相绕组包括至少一个绝缘承载板及具有起始端和终止端的蛇 形线圈，至少一个绝缘承载板均设置有蛇形线圈，且蛇形线圈呈弯曲的螺 旋片状布设于绝缘承载板上。其中，蛇形线圈包括内曲部分、外曲部分和 工作部分，工作部分呈扇形片状结构，扇形片状结构的内弧端与内曲部分 连接，扇形片状结构的外弧端与外曲部分连接。本方案中的绕组定子通过将工作部分设置为扇形片状结构，能够增大导电部分在绕组定子外径处的 面积，降低绕组的电阻，使得电动机在运行时，电能转换为机械能的效率 得到提高。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于 本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精 神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种绕组定子，其特征在于，应用于电动机，所述绕组定子包括至少一相绕组，每相所述绕组包括至少一个绝缘承载板及具有起始端和终止端的蛇形线圈，所述至少一个绝缘承载板均设置有所述蛇形线圈，且所述蛇形线圈呈弯曲的螺旋片状布设于所述绝缘承载板上，其中，所述蛇形线圈包括内曲部分、外曲部分和工作部分，所述工作部分呈扇形片状结构，所述扇形片状结构的内弧端与所述内曲部分连接，所述扇形片状结构的外弧端与所述外曲部分连接。

2.根据权利要求1所述的绕组定子，其特征在于，所述蛇形线圈开设有至少一条镂空间隙，所述至少一条镂空间隙用于将所述蛇形线圈划分成多个呈并联连接的片状导体。

3.根据权利要求2所述的绕组定子，其特征在于，所述镂空间隙中设置有用于将所述镂空间隙两侧的导体进行绝缘隔离的绝缘材料。

4.根据权利要求1所述的绕组定子，其特征在于，每相所述绕组包括多个蛇形线圈及分别用于承载所述多个蛇形线圈的绝缘承载板，在同相的绕组中，各蛇形线圈通过相应的起始端与对应的终止端串联连接或并联连接以形成绕组定子。

5.根据权利要求1所述的绕组定子，其特征在于，所述扇形片状结构的外弧端呈梯形片，其中，所述梯形片的上底的长度小于所述梯形片的下底的长度，所述梯形片的上底侧与所述外曲部分连接。

6.根据权利要求1所述的绕组定子，其特征在于，在同相的所述绕组中，所述起始端和/或所述终止端对应的所述绝缘承载板的部位开设有连接通孔，所述连接通孔用于供第一蛇形线圈与位于另一绝缘承载板上的第二蛇形线圈进行串联连接或并联连接。

7.根据权利要求1所述的绕组定子，其特征在于，所述至少一相绕组的数量为3相，同相的绕组中的各蛇形线圈在径向截面上的分布相同，不同相的绕组在径向截面上的分布互差120°，且呈Y型连接。

8.根据权利要求1所述的绕组定子，其特征在于，同相的所述绕组还包括电源端子，所述电源端子与所述起始端或终止端连接。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的绕组定子，其特征在于，所述绝缘承载板为PCB板，所述PCB板开设有用于供电动机的转子穿过的轴孔。

10.一种电动机，其特征在于，包括：壳体、转子及如权利要求1-9中任意一项所述的绕组定子，所述绕组定子设置于所述壳体内，所述绕组定子套设于所述转子上，所述绕组定子中的绝缘承载板与所述转子中的转轴的延长线相垂直。