CN110417154B - 一种轴向磁通永磁同步电机的定子 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴向磁通永磁同步电机的定子结构，其包括定子主体和绕组单元；所述定子主体包括轭部以及周向均布于所述轭部一侧面上的齿部，相邻所述齿部之间为定子槽；所述绕组单元包括围合在各个所述齿部上的线圈组，所述线圈组包括互相拼接的第一连接片和第二连接片，所述第一连接片依次堆叠形成n层，相邻所述第一连接片的端部通过所述第二连接片进行连接，使得所述线圈组形成围绕在所述齿部上的螺旋结构。本发明把绕组结构分化为第一连接片和第二连接片两部分，使得线圈的绕制过程简化为金属片之间的拼接，降低了集中式绕组的生产难度，并且绕组的拆卸也被简化为金属片之间的拆分，有利于电机的维护和修理。

Description

一种轴向磁通永磁同步电机的定子

技术领域

本发明涉及电机设计与制造领域，特别是一种轴向磁通永磁同步电机的定子。

背景技术

盘式电机的整体结构紧凑，有利于提高功率密度，常用于对性能和空间利用率要求高的场合，比如说电动汽车和高端武器。

传统的盘式电机的定子绕组由圆导线或扁导线绕制，用人工绕制十分繁琐且容易出错或损坏导线，用机器进行自动化绕线的技术目前在盘式电机上的应用很不成熟，且成本极高。近几年出现用于盘式电机的PCB绕组，它是在一块圆盘状印刷电路板内以绕组的方式布导线，该结构降低了生产难度，但是由于印刷电路板的厚度和导热性能的限制，使电路板内导线的截面积无法很大，限制了PCB绕组在中大功率电机中的应用。集中式绕组是电机的每极每相槽数为分数时特有的一种绕组结构，该结构的特点是绕组的节距为1，该结构具有绕组端部体积小、齿槽转矩小、容错高等优点，研究集中式绕组的结构和生产工艺意义重大。现有的盘式电机集中式绕组结构和制造技术中，未有装配和拆卸都比较便利、且可用于中大功率场合的技术。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有的盘式电机中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明其中的一个目的是提供一种轴向磁通永磁同步电机(即盘式电机)的定子，其能够在保持集中式绕组原有的优点的前提下，减小绕组的装配和拆卸难度，并能适用于不同大小、功率的盘式电机。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种轴向磁通永磁同步电机的定子，包括：定子主体，包括轭部以及周向均布于所述轭部一侧面上的齿部，相邻所述齿部之间为定子槽；以及，绕组单元，包括围合在各个所述齿部上的线圈组，所述线圈组包括互相拼接的第一连接片和第二连接片，所述第一连接片依次堆叠形成n层，相邻所述第一连接片的端部通过所述第二连接片进行连接，使得所述线圈组形成围绕在所述齿部上的螺旋结构。

作为本发明所述轴向磁通永磁同步电机的定子的一种优选方案，其中：所述第一连接片与所述第二连接片均为U型连接片，且两者均包括位于对应的齿部两侧的两个有效边；任一对邻近的所述第一连接片的不同侧的有效边通过一个所述第二连接片的两个有效边进行连接。

作为本发明所述轴向磁通永磁同步电机的定子的一种优选方案，其中：所述第一连接片包括间隔堆叠的长边连接片和短边连接片；所述长边连接片两侧的有效边长度相等，且均为M；所述短边连接片两侧的有效边长度相等，且均为N，且M>N；所述第二连接片包括间隔堆叠的第一不等边连接片和第二不等边连接片；两者的一侧有效边长度X均大于各自的另一侧有效边长度Y，且两者的长度较长的有效边位于不同侧，长度为X的有效边与所述短边连接片的有效边连接，长度为Y的有效边与所述长边连接片的有效边连接，且M+Y＝N+X。

作为本发明所述轴向磁通永磁同步电机的定子的一种优选方案，其中：第二连接片的有效边端头设置有凸起，所述第一连接片的有效边端头设置有与所述凸起互补的凹槽，所述第二连接片的有效边通过所述凸起与对应第一连接片的凹槽进行配合连接。

作为本发明所述轴向磁通永磁同步电机的定子的一种优选方案，其中：所述第一连接片与所述第二连接片的表面上除有效边端头以外的其他区域均涂覆绝缘层。

作为本发明所述轴向磁通永磁同步电机的定子的一种优选方案，其中：所述第一连接片的表面上除所述凹槽以外的其他区域均涂覆绝缘层，所述第二连接片的表面上除所述凸起以外的其他区域均涂覆绝缘层。

作为本发明所述轴向磁通永磁同步电机的定子的一种优选方案，其中：所述第一连接片位于所述第二连接片的外端，且各个所述线圈组的最外层均为所述长边连接片。

作为本发明所述轴向磁通永磁同步电机的定子的一种优选方案，其中：还包括限位单元；所述限位单元包括与所述轭部外围连接的连接环以及位于所述连接环一侧的限位环；所述连接环的内侧壁具有内螺纹，所述轭部的外侧壁上设置有与所述内螺纹配合的外螺纹；所述限位环的内圈封盖在各个所述线圈组最外层的外围。

作为本发明所述轴向磁通永磁同步电机的定子的一种优选方案，其中：所述绕组单元包括至少2相星接的电磁绕组，各相所述电磁绕组包括至少1个单相绕组模块，当同一相电磁绕组包括2个以上的单相绕组模块时，该电磁绕组内的各个单相绕组模块依次串联；各个所述单相绕组模块包括至少1个线圈组，当同一个单相绕组模块包括2个以上的线圈组时，该单相绕组模块内的各个线圈组依次串联。

作为本发明所述轴向磁通永磁同步电机的定子的一种优选方案，其中：同一相电磁绕组内的各个单相绕组模块通过导线串联；同一个单相绕组模块内的各个线圈组通过导线串联。

本发明的有益效果：本发明把绕组结构分化为第一连接片和第二连接片两部分，使得线圈的绕制过程简化为金属片之间的拼接，降低了集中式绕组的生产难度，并且绕组的拆卸也被简化为金属片之间的拆分，有利于电机的维护和修理，由于绕组的主体都是片状，片与片之间叠放几乎没有缝隙，因此该结构可有效增加槽满率和绕组端部空间利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为定子主体及其绕组单元的结构图。

图2为一相电磁绕组的结构图。

图3为线圈组的拆分结构图。

图4为线圈组的爆炸图及其拼接过程示意图。

图5为各个连接片的平面结构图。

图6为整体结构的平面图及其剖面图和局部结构详图。

图7为限位单元的安装过程示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

参照图1～7，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种轴向磁通永磁同步电机的定子，其包括环形的定子主体100以及设置在定子主体100上的集中式的绕组单元200。

其中，定子主体100包括环形的轭部101以及周向均布于轭部101一侧面上的多个凸起的齿部102，相邻的齿部102之间为定子槽103。

绕组单元200包括围合在各个齿部102上的线圈组201，线圈组201包括互相拼接的第一连接片201a和第二连接片201b。第一连接片201a依次堆叠形成n层(n≥1，且为整数)，相邻第一连接片201a的端部均通过第二连接片201b进行连接，且保证第一连接片201a和第二连接片201b的各个端部只能连接一次，最终使得线圈组201形成围绕在齿部102上的螺旋结构，螺旋方向的正反根据实际情况确定，以保证绕组通电后产生所需磁场。

第一连接片201a和第二连接片201b端部之间的连接方式包括但不限于：焊接、粘接或机械结构紧固。

较佳的，第一连接片201a与第二连接片201b均为厚度相等的U型连接片，U型连接片的形状为U形，其包括两个“有效边”以及衔接两个有效边一端的“衔接段”。有效边的外端头用于第一连接片201a与第二连接片201b之间的连接。当第一连接片201a以及第二连接片201b围合在对应齿部102的外围时，两者各自的两条有效边正好位于对应齿部102的两侧；且任一对邻近的第一连接片201a，位于不同侧的一组有效边通过一个第二连接片201b的两个有效边进行连接(也即，第一连接片201a的一条有效边通过第二连接片201b与相邻的另一片第一连接片201a的不同侧有效边进行连接)。

进一步的，第一连接片201a具有两种不同的规格，具体包括间隔堆叠的长边连接片201a-1和短边连接片201a-2，两者的衔接段尺寸和形状相同。其中，长边连接片201a-1两侧的有效边长度相等，且均为M；短边连接片201a-2两侧的有效边长度相等，且均为N，设定M>N。

第二连接片201b也具有两种不同的规格，具体包括间隔堆叠的第一不等边连接片201b-1和第二不等边连接片201b-2，两者的衔接段尺寸和形状相同。第一不等边连接片201b-1以及第二不等边连接片201b-2的一侧有效边长度X均大于各自的另一侧有效边长度Y，且两者的长度较长的有效边位于不同侧，形成左右对称式堆叠分布。长度为X的有效边端头与短边连接片201a-2的有效边端头连接，长度为Y的有效边端头与长边连接片201a-1的有效边端头连接，且M+Y＝N+X。因此，依次堆叠的第一连接片201a能够形成n层结构层，第二连接片201b能够衔接各组相邻的结构层，形成具有n层线圈层(一层线圈层代表围绕齿部102的一圈螺旋结构，线圈组的匝数通俗的讲是导线绕了几圈)的线圈组201，并使得单个线圈组201整体形成螺旋走势。

进一步的，第一连接片201a和第二连接片201b端部之间的连接方式采用机械结构紧固。具体的，第二连接片201b的有效边端头设置有沿着该条有效边延展方向的凸起201b-3，第一连接片201a的有效边端头内凹有与上述凸起201b-3互补的凹槽201a-3，凸起201b-3能够嵌入凹槽201a-3内，使得第二连接片201b的有效边能够通过凸起201b-3与对应第一连接片201a的凹槽201a-3进行配合连接、可拆卸连接。

进一步的，第一连接片201a与第二连接片201b的表面上除有效边端头以外的其他区域均涂覆绝缘层。

当第一连接片201a和第二连接片201b的有效边端头分别设置凹槽201a-3和凸起201b-3时，绝缘方式为：第一连接片201a的表面上除凹槽201a-3以外的其他区域均涂覆绝缘层，第二连接片201b的表面上除凸起201b-3以外的其他区域均涂覆绝缘层。由于各个第一连接片201a和第二连接片201b的连接处在每层上均形成错位，因此本发明在能够保证未涂覆绝缘层的区域可以形成正常通路的情况下，还能够通过错位使得任一层的未涂覆区域与邻近层的未涂覆区域不能接触，防止短路情况出现。

综上所述，由于第一连接片201a具有长度不同的两种规格——长边连接片201a-1和短边连接片201a-2；第二连接片201b也具有两种不同的规格——第一不等边连接片201b-1和第二不等边连接片201b-2，且第一连接片201a和第二连接片201b各自不同规格的连接片均为间隔堆叠放置，因此各层线圈层的“连接点”(第一连接片201a与第二连接片201b的端部连接处)依次形成交替的错位，使得各层的两个“连接点”均能够被位于其外层的线圈层所覆盖，以形成限位、无法松脱，最终实现：在保证绕组便于组装、拆卸的基础上也能够具备连接的稳定性。较佳的，堆叠形成的线圈组201可用碳纤维等高强度材料进行包裹，以提升机械强度。

基于上述，由于各个第一连接片201a和第二连接片201b为堆叠拼接而成，因此降低了电机集中式绕组的生产和装配难度，并且绕组的拆卸也被简化为金属片之间的拆分，有利于电机的维护和修理。同时，由于绕组的主体都是片状结构，片与片之间叠放几乎没有缝隙(不同于传统导线的绕制导致孔隙率较大)，因此该结构可有效增加槽满率和绕组端部空间利用率。

进一步的，第一连接片201a位于第二连接片201b的外端(也即：在定子的径向上，第一连接片201a位于第二连接片201b的外围)，且各个线圈组201的最外层均为长边连接片201a-1。

本发明中，所述轴向磁通永磁同步电机的定子还包括环形的限位单元300。

具体的，限位单元300包括与轭部101外围连接的连接环301以及位于连接环301一侧的限位环302。连接环301和限位环302均为环状结构，其中，连接环301的内侧壁配合于轭部101的外侧壁。

连接环301的内侧壁上具有内螺纹301a，轭部101的外侧壁上设置有与所述内螺纹301a互相配合的外螺纹101a，连接环301通过螺纹的配合与轭部101进行可拆卸连接，并能够调节限位环302与轭部101侧面之间的距离。同时，限位环302的内圈封盖在各个线圈组201最外层的外围，通过旋转调节限位单元300，能够使得限位环302的内侧面紧压在线圈组201最外层的长边连接片201a-1上(较佳的，紧压在该长边连接片201a-1外缘的衔接段上)，使得堆叠形成的各个线圈组201维持稳定性和整体性。较佳的，最外层的长边连接片201a-1厚度较大，能够对内层的连接片起到更强的按压、限位作用。

本发明所述的绕组单元200，其整体结构可以为如下：

绕组单元200包括至少2相星接的电磁绕组，各相的电磁绕组均包括至少1个单相绕组模块，当同一相电磁绕组包括2个以上的单相绕组模块时，该电磁绕组内的各个单相绕组模块依次串联；各个单相绕组模块包括至少1个线圈组201，当同一个单相绕组模块包括2个以上的线圈组201时，该单相绕组模块内的各个线圈组201依次串联。上述结构中所形成的各个线圈组201均设置在对应的齿部102上，沿周向排列成一圈。

进一步的，同一相电磁绕组内的各个单相绕组模块通过导线202串联；同一个单相绕组模块内的各个线圈组201通过导线202串联。

在一个实施方式中，本发明的定子主体100采用12槽定子，绕组单元200采用分数槽集中绕组。绕组单元200包括3相电磁绕组R；每相电磁绕组R包括两个互相串联的单相绕组模块R-1；每个单相绕组模块R-1包括两个互相串联的线圈组201，各个线圈组201的拼接方法如上所述，且最外层的连接片为长边连接片201a-1。

如图2，以其中一相的电磁绕组R为例，该相电磁绕组R包括2个串联的单相绕组模块R-1，每个单相绕组模块R-1包括2个互相串联的线圈组201。2个单相绕组模块R-1之间通过导线202串联；每个单相绕组模块R-1内的2个线圈组201也通过导线202串联。较佳的，导线202的两端与线圈组201最外层连接片的凹槽201a-3(或凸起201b-3)进行连接，连接固定方式采用焊接。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种轴向磁通永磁同步电机的定子，其特征在于：

定子主体(100)，包括轭部(101)以及周向均布于所述轭部(101)一侧面上的齿部(102)，相邻所述齿部(102)之间为定子槽(103)；以及，

绕组单元(200)，包括围合在各个所述齿部(102)上的线圈组(201)，所述线圈组(201)包括互相拼接的第一连接片(201a)和第二连接片(201b)，所述第一连接片(201a)依次堆叠形成n层，相邻所述第一连接片(201a)的端部通过所述第二连接片(201b)进行连接，使得所述线圈组(201)形成围绕在所述齿部(102)上的螺旋结构；

所述第一连接片(201a)与所述第二连接片(201b)均为U型连接片，且两者均包括位于对应的齿部(102)两侧的两个有效边；任一对邻近的所述第一连接片(201a)的不同侧的有效边通过一个所述第二连接片(201b)的两个有效边进行连接；

所述第一连接片(201a)包括间隔堆叠的长边连接片(201a-1)和短边连接片(201a-2)；所述长边连接片(201a-1)两侧的有效边长度相等，且均为M；所述短边连接片(201a-2)两侧的有效边长度相等，且均为N，且M>N；所述第二连接片(201b)包括间隔堆叠的第一不等边连接片(201b-1)和第二不等边连接片(201b-2)；两者的一侧有效边长度X均大于各自的另一侧有效边长度Y，且两者的长度较长的有效边位于不同侧，长度为X的有效边与所述短边连接片(201a-2)的有效边连接，长度为Y的有效边与所述长边连接片(201a-1)的有效边连接，且M+Y＝N+X。

2.如权利要求1所述的轴向磁通永磁同步电机的定子，其特征在于：第二连接片(201b)的有效边端头设置有凸起(201b-3)，所述第一连接片(201a)的有效边端头设置有与所述凸起(201b-3)互补的凹槽(201a-3)，所述第二连接片(201b)的有效边通过所述凸起(201b-3)与对应第一连接片(201a)的凹槽(201a-3)进行配合连接。

3.如权利要求2所述的轴向磁通永磁同步电机的定子，其特征在于：所述第一连接片(201a)与所述第二连接片(201b)的表面上除有效边端头以外的其他区域均涂覆绝缘层。

4.如权利要求3所述的轴向磁通永磁同步电机的定子，其特征在于：所述第一连接片(201a)的表面上除所述凹槽(201a-3)以外的其他区域均涂覆绝缘层，所述第二连接片(201b)的表面上除所述凸起(201b-3)以外的其他区域均涂覆绝缘层。

5.如权利要求1、3或4任一所述的轴向磁通永磁同步电机的定子，其特征在于：所述第一连接片(201a)位于所述第二连接片(201b)的外端，且各个所述线圈组(201)的最外层均为所述长边连接片(201a-1)。

6.如权利要求5所述的轴向磁通永磁同步电机的定子，其特征在于：还包括限位单元(300)；

所述限位单元(300)包括与所述轭部(101)外围连接的连接环(301)以及位于所述连接环(301)一侧的限位环(302)；所述连接环(301)的内侧壁具有内螺纹(301a)，所述轭部(101)的外侧壁上设置有与所述内螺纹(301a)配合的外螺纹(101a)；所述限位环(302)的内圈封盖在各个所述线圈组(201)最外层的外围。

7.如权利要求1、4或6任一所述的轴向磁通永磁同步电机的定子，其特征在于：所述绕组单元(200)包括至少2相星接的电磁绕组，各相所述电磁绕组包括至少1个单相绕组模块，当同一相电磁绕组包括2个以上的单相绕组模块时，该电磁绕组内的各个单相绕组模块依次串联；

各个所述单相绕组模块包括至少1个线圈组(201)，当同一个单相绕组模块包括2个以上的线圈组(201)时，该单相绕组模块内的各个线圈组(201)依次串联。

8.如权利要求7所述的轴向磁通永磁同步电机的定子，其特征在于：同一相电磁绕组内的各个单相绕组模块通过导线(202)串联；同一个单相绕组模块内的各个线圈组(201)通过导线(202)串联。

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