CN108736593A - 蛇形绕组定子及电动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种蛇形绕组定子及电动机，涉及电机技术领域。该蛇形绕组定子包括至少一相绕组，每相绕组包括至少两个绝缘承载板及具有起始端和终止端的蛇形线圈，至少两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线状布设于绝缘承载板上，其中，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以形成蛇形绕组定子。本方案通过将多个蛇形线圈串联连接，串联后的多个蛇形线圈能够对施加的电压进行分压，一方面而有助于高电压等级电机的设计，另一方面有助于通过高电压提高电机的输出力矩。

Description

蛇形绕组定子及电动机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体而言，涉及一种蛇形绕组定子及电动机。

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，例如，盘式电机受到PCB板内径尺寸的限制，使得线圈匝数受限，不利于高电压等级电机的开发设计。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种蛇形绕组定子及电动机，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蛇形绕组定子，包括：至少一相绕组，每相所述绕组包括至少两个绝缘承载板及具有起始端和终止端的蛇形线圈，所述至少两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线状布设于所述绝缘承载板上，其中，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以形成蛇形绕组定子。

可选地，上述蛇形线圈包括内曲部分、外曲部分和工作部分，所述内曲部分的轮廓和所述外曲部分的轮廓均呈圆弧形，所述工作部分的两端分别与所述内曲部分、所述外曲部分连接。

可选地，上述绝缘承载板开设有多个条形槽，其中，所述多个条形槽呈圆形辐射状地布设于所述绝缘承载板上，所述工作部分容置于所述多个条形槽中的至少部分条形槽中。

可选地，在同相的所述绕组中，所述绝缘承载板开设有连接通孔，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。

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，上述蛇形绕组定子还包括霍尔传感器、霍尔感应层及补充层，所述霍尔感应层及所述补充层设置于所述至少一相绕组的两端，均与所述霍尔传感器连接，所述霍尔感应层及所述补充层均用于感应并传递磁极交变信号至所述霍尔传感器。

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。

可选地，上述至少两个绝缘承载板的数量为偶数。

第二方面，本发明实施例提供一种电动机，包括：壳体、转子及上述的蛇形绕组定子，所述蛇形绕组定子设置于所述壳体内，所述蛇形绕组定子套设于所述转子上，所述蛇形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，本发明提供的蛇形绕组定子及电动机至少具有以下有益效果：该蛇形绕组定子包括至少一相绕组，每相绕组包括至少两个绝缘承载板及具有起始端和终止端的蛇形线圈，至少两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线状布设于绝缘承载板上，其中，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以形成蛇形绕组定子。本方案通过将多个蛇形线圈串联连接，串联后的多个蛇形线圈能够对施加的电压进行分压，一方面而有助于高电压等级电机的设计，另一方面有助于通过高电压提高电机的输出力矩。

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蛇形绕组定子中第一相绕组的径向截面示意图之一。

图2为本发明实施例提供的蛇形绕组定子中第一相绕组的径向截面示意图之二。

图3为本发明实施例提供的蛇形绕组定子中第二相绕组的径向截面示意图之一。

图4为本发明实施例提供的蛇形绕组定子中第二相绕组的径向截面示意图之二。

图5为本发明实施例提供的蛇形绕组定子中第三相绕组的径向截面示意图之一。

图6为本发明实施例提供的蛇形绕组定子中第三相绕组的径向截面示意图之二。

图7为本发明实施例提供的蛇形绕组定子中霍尔感应层的径向截面示意图。

图8为本发明实施例提供的蛇形绕组定子中补充层的径向截面示意图。

图标：110-第一相绕组；111-第一绝缘承载板；112-第二绝缘承载板；120-第二相绕组；121-第三绝缘承载板；122-第四绝缘承载板；130-第三相绕组；131-第五绝缘承载板；132-第六绝缘承载板；141-霍尔感应层；142-补充层；143-霍尔传感器；150-蛇形线圈；151-内曲部分；152-外曲部分；153-工作部分；161-连接通孔；162-轴孔；163-电源端子；164-三相中性点；165-条形槽；171-起始端；172-终止端。

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”、“垂直”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。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。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。

请结合参照图1至图8，本发明实施例提供了一种蛇形绕组定子。该蛇形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。在蛇形绕组定子中，同相中的各层的蛇形线圈150通过串联连接，串联连接后形成的蛇形绕组定子中每层蛇形线圈150能够对分担电源电压，从而使得蛇形绕组定子能够承受更高电压的电源，进而有助于利用该蛇形绕组定子实现高电压等级电机的设计。

请结合参照图1和图2，其中，图1为本发明实施例提供的蛇形绕组定子中第一相绕组110的径向截面示意图之一，图2为本发明实施例提供的蛇形绕组定子中第一相绕组110的径向截面示意图之二。本发明实施例提供的蛇形绕组定子包括至少一相绕组，每相绕组包括至少两个绝缘承载板及具有起始端171和终止端172的蛇形线圈150。至少两个绝缘承载板均设置有蛇形线圈150，且蛇形线圈150呈弯曲的螺旋线状布设于绝缘承载板上。其中，在同相的绕组中，各蛇形线圈150通过相应的起始端171与对应的终止端172串联连接以形成蛇形绕组定子。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，蛇形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至少为两个，其承载板的具体数量可以根据实际情况进行设置，例如可以为两个、四个等偶数个。每相绕组中包括的蛇形线圈150的数量可以与绝缘承载板的数量相同，这里对蛇形线圈150的数量不作具体限定。

在本实施例中，同相绕组中可以包括两个绝缘承载板。例如，在图1、图2中，第一相绕组110可以包括第一绝缘承载板111及第二绝缘承载板112，两块绝缘承载板上均设置有蛇形线圈150，蛇形线圈150可以呈螺旋状地卷绕三圈并布设在相应的绝缘承载板上。第一绝缘承载板111上的蛇形线圈150的起始端171与电源端子163连接，第一绝缘承载板111上的蛇形线圈150的终止端172与第二绝缘承载板112上的蛇形线圈150的起始端171串联连接，以组成蛇形绕组定子。

可理解地，基于上述的连接方式，第一绝缘承载板111、第二绝缘承载板112以及分别位于两绝缘承载板上的蛇形线圈150便可以形成单相的蛇形绕组定子。第二绝缘承载板112上的蛇形线圈150的终止端172可以作为电源输出端输出电流串联连接后的两个蛇形线圈150便能对施加的电压进行分担，从而能够承受更大的电源电压，进而有助于利用该蛇形绝缘定子实现高电压等级电机的设计。另外，与现有技术相比，在承受相同电源电压的情况下，本方案提供的蛇形绕组线圈能够缩小线圈的直径，有助于电动机的小型化设计。

需要说明的是，蛇形线圈150由导电材料形成，导电材料可以是，但不限于铜、铝等。例如，蛇形线圈150可以由铜丝卷绕形成。蛇形线圈150在绝缘承载板上卷绕的圈数可以根据实际情况进行设置，可以为一圈也可以为多圈，这里对卷绕的圈数不作具体限定。

可理解地，蛇形线圈150中的一圈铜丝为不闭合的圆圈，一圈铜丝可以作为一个蛇形子线圈。在绝缘固定板上，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150。

在本实施例中，蛇形线圈150包括内曲部分151、外曲部分152和工作部分153，内曲部分151的轮廓和外曲部分152的轮廓均呈圆弧形，工作部分153的两端分别与内曲部分151、外曲部分152连接。每个蛇形线圈150可以包括多个内曲部分151、外曲部分152和工作部分153，其具体数量可以根据实际情况进行设置。例如，在图1中，一个蛇形子线圈中的内曲部分151、外曲部分152均为4段，工作部分153为8段，8段工作部分153的延长线通常相交于蛇形线圈150的中心点。

当工作部分153通电时，电动机的转子预先设置在蛇形绕组定子的中心部位，且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153承受相应的磁场力，其中，作用在相邻两段工作部分153的磁场的磁极相反，从而使得所有工作部分153产生的扭矩的转动方向相同，进而驱动电动机的转子转动。

在本实施例中，绝缘承载板可以为PCB板。PCB板开设有用于供电动机的转子穿过的轴孔162。蛇形绕组定子在工作时蛇形线圈150通电，可以产生安培力，并基于产生的安培力驱动转子在轴孔162中转动。

在本实施例中，绝缘承载板开设有多个不导电的条形槽165。其中，多个条形槽165呈圆形辐射状地布设于绝缘承载板上，工作部分153容置于多个条形槽165中的至少部分条形槽165中。

可理解地，条形槽165可以对工作部分153起到固定作用及绝缘隔离作用，以避免工作部分153在安培力(通电导线在磁场中受到的作用力)的作用下变形。另外，对于没有容置工作部分153的条形槽165可以作为散热槽，蛇形线圈150在工作时产生的热量可以通过散热槽散发出去，进而有助于提高蛇形线圈150的散热能力。

在同相的绕组中，绝缘承载板开设有连接通孔161，连接通孔161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。

例如，在图1和图2中，第一绝缘承载板111上的蛇形线圈150可以作为第一蛇形线圈，第二绝缘承载板112上的蛇形线圈150可以作为第二蛇形线圈，第一蛇形线圈的终止端172可以穿过连接通孔161与第二蛇形线圈的起始端171串联连接。可理解地，不同的缘承载板上起始端171与终止端172的相对位置可以略有差异，例如起始端171可以在蛇形线圈150的外侧，也可以在蛇形线圈150的内侧。

在本实施例中，同相的绕组还包括电源端子163，电源端子163与起始端171或终止端172连接。每个电源端子163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163。

在本实施例中，图3为本发明实施例提供的蛇形绕组定子中第二相绕组120的径向截面示意图之一，图4为本发明实施例提供的蛇形绕组定子中第二相绕组120的径向截面示意图之二，图5为本发明实施例提供的蛇形绕组定子中第三相绕组130的径向截面示意图之一，图6为本发明实施例提供的蛇形绕组定子中第三相绕组130的径向截面示意图之二。其中，第二相绕组120可以包括第三绝缘承载板121及第四绝缘承载板122。第三相绕组130可以包括第五绝缘承载板131及第六绝缘承载板132，第二相绕组120与第三相绕组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。

可选地，蛇形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三相，串联后的每相绕组具有一个起始端171及终止端172。各相绕组的起始端171可以与分别与对应的电源端子163连接，各相绕组的终止端172与同一个三相中性点164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150的起始端171(参见图1)、第三绝缘承载板121上的蛇形线圈150的起始端171(参见图3)、第五绝缘承载板131上的蛇形线圈150的起始端171(参见图5)分别与对应的电源端子163连接。第二绝缘承载板112上的蛇形线圈150的终止端172(可参见图2)可以与三相中性点164连接，第四绝缘承载板122上的蛇形线圈150的终止端172(可参见图4)可以与三相中性点164连接，第六绝缘承载板132上的蛇形线圈150的终止端172(可参见图6)可以与三相中性点164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150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150径向截面上的分布相同，也就是其差角为0°。

请参照图7和图8，其中，图7为本发明实施例提供的蛇形绕组定子中霍尔感应层141的径向截面示意图，图8为本发明实施例提供的蛇形绕组定子中补充层142的径向截面示意图。在本实施例中，蛇形绕组定子还可以包括霍尔传感器143、霍尔感应层141及补充层142，霍尔感应层141及补充层142设置于至少一相绕组的两端，均与霍尔传感器143连接，霍尔感应层141及补充层142均用于感应并传递磁极交变信号至霍尔传感器143。

可理解地，图1-6中所示的结构(包括绝缘承载板及蛇形线圈150)可以均作为功率层，用于驱动转子转动。霍尔感应层141、补充层142可以分别作为蛇形绕组定子的底层结构及顶层结构。霍尔传感器143可以起到换相左右。通常，连接通孔161位置应尽量避开其他功率层的外曲部分152的导线，若通孔位于其他层导线范围内，所在层通孔外围需设置绝缘区域(非铜区域)进行隔断，以避免导线间短路。

需要说明的是，为了保证同一相绕组中各蛇形线圈150在相同位置处径向的工作部分153电流方向相同，同一相绕组中的相邻功率层上的蛇形线圈150卷绕方向相反。例如，对于第一相绕组110，在图1中，蛇形线圈150由外圈向内圈卷绕的方向为顺时针方向，在图2中，蛇形线圈150由外圈向内圈卷绕的方向为逆时针方向，基于此，可使得两功率层在堆叠设置后，两蛇形线圈150在相同位置处径向的工作部分153电流方向相同。比如，在图1中，电流可以从蛇形线圈150外圈顺时针地流向内圈，相应地，在图2中，电流从蛇形线圈150内圈顺时针地流向外圈。

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蛇形绕组定子。其中，蛇形绕组定子设置于壳体内，蛇形绕组定子套设于转子上，蛇形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，壳体可以用于对蛇形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蛇形绕组定子，使得蛇形绕组定子能够承受高电压，而高电压能够使得蛇形绕组定子对转子产生更大的力矩(或扭矩)，进而获得更大的输出动力。

综上所述，本发明提供一种蛇形绕组定子及电动机。该蛇形绕组定子包括至少一相绕组，每相绕组包括至少两个绝缘承载板及具有起始端和终止端的蛇形线圈，至少两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线状布设于绝缘承载板上，其中，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以形成蛇形绕组定子。本方案通过将多个蛇形线圈串联连接，串联后的多个蛇形线圈能够对施加的电压进行分压，一方面而有助于高电压等级电机的设计，另一方面有助于通过高电压提高电机的输出力矩。

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)

1.一种蛇形绕组定子，其特征在于，包括：至少一相绕组，每相所述绕组包括至少两个绝缘承载板及具有起始端和终止端的蛇形线圈，所述至少两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线状布设于所述绝缘承载板上，其中，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以形成蛇形绕组定子。

2.根据权利要求1所述的蛇形绕组定子，其特征在于，所述蛇形线圈包括内曲部分、外曲部分和工作部分，所述内曲部分的轮廓和所述外曲部分的轮廓均呈圆弧形，所述工作部分的两端分别与所述内曲部分、所述外曲部分连接。

3.根据权利要求2所述的蛇形绕组定子，其特征在于，所述绝缘承载板开设有多个条形槽，其中，所述多个条形槽呈圆形辐射状地布设于所述绝缘承载板上，所述工作部分容置于所述多个条形槽中的至少部分条形槽中。

4.根据权利要求1所述的蛇形绕组定子，其特征在于，在同相的所述绕组中，所述绝缘承载板开设有连接通孔，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。

5.根据权利要求1所述的蛇形绕组定子，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。

6.根据权利要求1所述的蛇形绕组定子，其特征在于，所述蛇形绕组定子还包括霍尔传感器、霍尔感应层及补充层，所述霍尔感应层及所述补充层设置于所述至少一相绕组的两端，均与所述霍尔传感器连接，所述霍尔感应层及所述补充层均用于感应并传递磁极交变信号至所述霍尔传感器。

7.根据权利要求1所述的蛇形绕组定子，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。

8.根据权利要求1所述的蛇形绕组定子，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。

9.根据权利要求1所述的蛇形绕组定子，其特征在于，所述至少两个绝缘承载板的数量为偶数。

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中任意一项所述的蛇形绕组定子，所述蛇形绕组定子设置于所述壳体内，所述蛇形绕组定子套设于所述转子上，所述蛇形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。