CN111049286B - 一种集中式绕组电机线圈固定结构及装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集中式绕组电机线圈固定结构及装配方法，包括定子铁芯、集中式绕组线圈、端盖和支撑结构件；支撑结构件位于定子铁芯与两侧端盖之间，包括固定圆环和与定子齿数量相等的线圈定位齿；每个线圈定位齿均包括三角支撑和加长固定靴；三角支撑的两条等腰边分别对集中式绕组线圈的线圈进行周向限位；加长固定靴的两个底面分别集中式绕组线圈的骨架平面进行径向限位。本申请中由于定子齿为直齿，故而能在定子齿外侧完成集中式绕组线圈的批量绕制；同时，采用支撑结构件对集中式绕组线圈进行径向和周向固定，从而能够取消灌封胶，缩短生产周期的至少20%，生产效率可提高65%，生产成本可降低25%。

Description

一种集中式绕组电机线圈固定结构及装配方法

技术领域

本发明涉及同心式绕组电机领域，特别是一种集中式绕组电机线圈固定结构及装配方法。

背景技术

现有的集中式绕组电机，采用定子灌封的工艺，以便固定绕组、导热，由于如下原因的存在，使得该类型电机加工周期长，生产效率偏低，合格率较低，成本较高，并且存在环保问题。

1、该类型电机线圈在专用绕线设备上绕制完成后，塞入专用灌封定型工装，手工将线圈绑扎焊接后对定子整体预加热，预加热时间通常不少于一个小时， 加热后再分时分段进行灌封，不能一次灌封到位，还需对灌封速度进行控制，同时需要人工对每次灌封效果进行随时调整，最后再进行加热固化。该类型电机定子灌封工序多，加工时间通常可占到电机总加工时长的30%，生产效率低，严重制约生产能力。

2、定子灌封后，在后续工序的检查中，如发现绕组短路、断路、匝间不良、严重灌封缺陷或其他不良问题时，无法再对该定子进行返修处理，导致定子报废，产品合格率较低，最终增加生产成本。

3、定子灌封用灌封胶为化工品，固化后无法再利用回收，并且在灌封过程中会产生一定量的固体废物，另外灌封胶的固化过程中需要专用设备进行加热，能耗较高。因此，目前所采用的灌封工艺不符合环保发展的趋势，需要进行工艺改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种集中式绕组电机线圈固定结构及装配方法，该集中式绕组电机线圈固定结构及装配方法一方面定子齿为直齿，故而能在定子齿外侧完成集中式绕组线圈的批量绕制；另一方面，采用支撑结构件对集中式绕组线圈进行径向和周向固定，从而能够取消灌封胶，大大缩短生产装配时间。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种集中式绕组电机线圈固定结构及装配方法，包括定子铁芯、集中式绕组线圈、端盖和支撑结构件。

定子铁芯沿周向均布有若干个均呈直条形的定子齿，每个定子齿上套装一个集中式绕组线圈。

每个集中式绕组线圈均包括骨架和绕制在骨架上的线圈。

支撑结构件位于定子铁芯与两侧端盖之间，并通过螺栓将定子铁芯、两侧支撑结构件和两侧端盖连接成一体。

支撑结构件包括固定圆环和与定子齿数量相等的线圈定位齿。线圈定位齿沿固定圆环的内壁面周向均匀布设。

每个线圈定位齿均包括三角支撑和加长固定靴。

三角支撑为等腰三角形，顶角指向固定圆环的圆心，三角支撑位于相邻两个集中式绕组线圈之间。

加长固定靴设置在三角支撑的顶角上，加长固定靴的两个底面分别对相邻两个集中式绕组线圈中的骨架平面进行径向限位。

每个三角支撑均同心设置有三角形的空心槽。

支撑结构件与定子铁芯之间设置有垫圈。

定子铁芯的内壁面包括交替设置的骨架放置平面和连接短斜面。骨架放置平面的周向长度大于连接短斜面的周向长度，定子齿设置在骨架放置平面的中心。

骨架放置平面的周向长度等于集中式绕组线圈的周向宽度。

一种集中式绕组电机线圈固定结构的装配方法，包括如下步骤。

第一步，批量绕制集中式绕组线圈：在骨架上绕制线圈，加工形成集中式绕组线圈；

第二步，集中式绕组线圈组装：将绕制的集中式绕组线圈嵌套入呈直条形的定子齿上；

第三步，支撑结构件组装：先在支撑结构件上安放垫圈，然后在定子铁芯的两端各放置一个具有垫圈的支撑结构件；其中，支撑结构件中的三角支撑对集中式绕组线圈进行周向限位，加长固定靴对集中式绕组线圈进行径向限位；

第四步，进行两侧端盖的密封安装。

本发明具有如下有益效果：

1、定子齿采用直齿结构，取消齿靴，故而能在定子齿外侧完成集中式绕组线圈的批量绕制，批量绕制的集中式绕组线圈一致性好，且安装方便。另外，批量绕制的集中式绕组线圈可充分利用骨架空间，增加槽满率，降低绕组铜耗，提高电机运行效率。

2、采用的支撑结构件为绝缘材料，采用注塑工艺，可以快速成型，加工周期短，支撑结构件的注塑过程中所产生的废料可再二次利用，减少环境污染。

3、采用支撑结构件对集中式绕组线圈进行径向和周向固定，从而能够取消灌封胶，缩短20%生产加工周期，提高65%的生产效率。

4、相比灌封结构，本申请能有效降低电机原材料和加工成本共约25%左右。

附图说明

图1显示了本发明一种集中式绕组电机线圈固定结构及装配方法的结构示意图。

图2显示了集中式绕组线圈的结构示意图。

图3显示了支撑结构件的结构示意图。

图4显示了定子铁芯的结构示意图。

图5显示了集中式绕组线圈套装在定子齿上的结构示意图。

图6显示了结构支撑件固定集中式绕组线圈的结构示意图。

图7显示了支撑结构件其中一种实例的反面立体结构示意图。

图8显示了支撑结构件其中一种实例的正面立体结构示意图。

其中有：

1.左端盖；2.右端盖；3.定子铁芯；31.定子齿；4.集中式绕组线圈；41.骨架；42.线圈；5.支撑结构件；51.固定圆环；511.螺栓固定孔；52.线圈定位齿；53.三角支撑；531.空心槽；54.加长固定靴；541.弧面；542.锥斜面；543.连接平面；6.垫圈；7.壳体。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”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，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，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种集中式绕组电机线圈固定结构及装配方法，包括左端盖1、右端盖2、定子铁芯3、集中式绕组线圈4、支撑结构件5、垫圈6和壳体7。

定子铁芯位于壳体7内，如图4所示，定子铁芯沿周向均布有若干个均呈直条形的定子齿31。从图4可以看出，每个定子齿均为直齿结构，取消了现有的齿靴结构。

进一步，定子铁芯的内壁面优选包括交替设置的骨架放置平面32和连接短斜面33。也即定子铁芯内壁面的纵截面呈多边形结构。其中，骨架放置平面的周向长度大于连接短斜面的周向长度。

上述定子齿设置在骨架放置平面的中心。骨架放置平面的周向长度优选等于集中式绕组线圈的周向宽度。

如图5所示，每个定子齿上套装一个集中式绕组线圈。如图2和图5所示，每个集中式绕组线圈均优选包括骨架41和绕制在骨架上的线圈42。其中，骨架采用绝缘材料制成，线圈优选采用漆包线绕制形成。

由于定子齿采用直齿结构，取消齿靴，故而能在定子齿外侧完成集中式绕组线圈的批量绕制，批量绕制的集中式绕组线圈一致性好，且安装方便。另外，批量绕制的集中式绕组线圈可充分利用骨架空间，槽满率高，增加槽满率，降低绕组铜耗，提高电机运行效率。

支撑结构件位于定子铁芯与两侧端盖之间，并通过螺栓和螺栓固定孔将定子铁芯、两侧支撑结构件和两侧端盖连接成一体。

进一步，支撑结构件与定子铁芯之间优选设置有垫圈6。

定子铁芯上的螺栓固定孔的位置优选与定子齿的周向位置相同。

如图3、图7和图8所示，支撑结构件包括固定圆环51和与定子齿数量相等的线圈定位齿52。线圈定位齿沿固定圆环的内壁面周向均匀布设。

固定圆环51上沿周向布设与定子铁芯上螺栓固定孔的数量相同的螺栓固定孔511。在图3中，螺栓固定孔511与线圈定位齿52数量相等，均为六个，两者交错布设，但根据需要，两者数量可以不等，均在本申请的保护范围之内。

每个线圈定位齿均包括三角支撑53和加长固定靴54。

三角支撑和加长固定靴的轴向厚度优选大于固定圆环的轴向厚度，且向着定子铁芯方向偏移，方便径向和周向定位。作为替换，三角支撑的轴向厚度也可等于固定圆环的轴向厚度，也在本申请的保护范围之内。

三角支撑为等腰三角形，顶角指向固定圆环的圆心，三角支撑位于相邻两个集中式绕组线圈之间，三角支撑的两条等腰边分别对相邻的集中式绕组线圈中的线圈进行周向限位，也即压紧接触。

进一步，每个三角支撑均优选同心设置有三角形的空心槽531，节省材料，且能进行散热。

加长固定靴设置在三角支撑的顶角上，加长固定靴的两个底面分别对相邻两个集中式绕组线圈中的骨架平面进行径向限位，也即压紧接触，如图6所示。

上述连接短斜面优选等于三角支撑的底边长度，由于连接短斜面的设置，使得三角支撑

与线圈贴合更紧密，周向限位更可靠。

加长固定靴的顶面优选为与固定圆环同心的弧面541，加长固定靴与三角支撑的接触面为连接平面543，连接平面两侧的加长固定靴底面为锥斜面542，也即两个锥斜面分别对相邻两个集中式绕组线圈中的骨架平面进行径向限位，也即压紧接触，如图6所示。由于骨架放置平面的设置，骨架的底部端面与骨架放置平面相贴合，骨架的顶部端面被锥斜面进行限位，从而使得骨架在径向上位置固定。

一种集中式绕组电机线圈固定结构的装配方法，包括如下步骤。

第一步，批量绕制集中式绕组线圈：在骨架上绕制线圈，加工形成如图2所示的集中式绕组线圈。

第二步，集中式绕组线圈组装：将绕制的集中式绕组线圈嵌套入定子铁芯的定子齿上，如图5所示，可适当进行粘贴。

第三步，支撑结构件组装：先在支撑结构件上安放垫圈，然后按图6所示位置，在定子铁芯的两端各放置一个具有垫圈的支撑结构件。支撑结构件中三角支撑对集中式绕组线圈进行周向限位，加长固定靴对集中式绕组线圈进行径向限位。

第四步，按照图1所示，进行两侧端盖的安装。

经过上述的结构固定方式，可取消固定用灌封胶，大大缩短生产装配时间。另外，采用本申请后，能有效降低电机原材料和加工成本共约15%左右。

另外，本申请，取消灌封胶后，灌封胶原有的导热性能，并未得到降低，具体分析如下。

一、现有技术采用灌封胶时

电机定子采用灌封结构时，灌封材料会起到固定线圈以及传到热量的作用。电机的损耗占比通常如下：铁芯的铁耗（46%）、绕组铜耗（47%）、风摩损耗（5%）、杂散损耗（2%），上述损耗最终以热传导和热辐射的方式进行散热，其中绕组所产生的铜耗主要通过热传导的方式将热量直接传递给铁芯，另有部分通过灌封胶将热量间接传导至铁芯，再由铁芯通过热传导的方式将热量传递给壳体，绕组与铁芯紧贴。

二、本申请取消灌封胶至后的定子铁芯

由于现有技术中灌封材料的导热系数通常在0.6W/m·k,铁芯导热系数为48W/m·k,通过灌封胶热传导的绕组铜耗通常不超过绕组总铜耗的5%。因此，在取消灌封结构后，电机绕组的温升会有一定的增加，但通常不超过10k。同时，考虑到电机长期运行的可靠性，在设计时，本申请由于采用直齿形的定子齿，通过增加槽满率、调整线圈匝数或线径，从而能降低绕组铜耗，使电机设计最高温升通常会比其绝缘材料最高允许工作温度低不少于30K，因此取消灌封结构后电机绕组温升仍在材料允许的可靠范围内，不会对电机性能及可靠性造成明显影响。

另外，为确保电机可靠性，我们对绕组固定结构优化前后电机的温升做了对比测试，采用灌封结构时电机表明最高温升为40k，绕组最高温升为50k，采用新结构后电机表面最高温升为42k，绕组最高温升为57k,电机表面及绕组温升均未出现明显增加，在可控、允许的温升范围内，电机效率无明显变化。因此，本申请中所涉及的一种集中绕组电机绕组固定结构被证明是有效并且可靠的。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种集中式绕组电机线圈固定结构，其特征在于：包括定子铁芯、集中式绕组线圈、端盖和支撑结构件；

定子铁芯沿周向均布有若干个均呈直条形的定子齿，每个定子齿上套装一个集中式绕组线圈；

每个集中式绕组线圈均包括骨架和绕制在骨架上的线圈；

支撑结构件位于定子铁芯与两侧端盖之间，并通过螺栓将定子铁芯、两侧支撑结构件和两侧端盖连接成一体；

支撑结构件包括固定圆环和与定子齿数量相等的线圈定位齿；线圈定位齿沿固定圆环的内壁面周向均匀布设；

每个线圈定位齿均包括三角支撑和加长固定靴；

三角支撑为等腰三角形，顶角指向固定圆环的圆心，三角支撑位于相邻两个集中式绕组线圈之间；

加长固定靴设置在三角支撑的顶角上，位于三角支撑两侧的加长固定靴的两侧底面分别对相邻两个集中式绕组线圈中的骨架顶部平面进行径向限位。

2.根据权利要求1所述的集中式绕组电机线圈固定结构，其特征在于：每个三角支撑均设置有三角形的空心槽。

3.根据权利要求1所述的集中式绕组电机线圈固定结构，其特征在于：支撑结构件与定子铁芯之间设置有垫圈。

4.根据权利要求1所述的集中式绕组电机线圈固定结构，其特征在于：定子铁芯的内壁面包括交替设置的骨架放置平面和连接短斜面；骨架放置平面的周向长度大于连接短斜面的周向长度，定子齿设置在骨架放置平面的中心。

5.根据权利要求4所述的集中式绕组电机线圈固定结构，其特征在于：骨架放置平面的周向长度等于集中式绕组线圈的周向宽度。

6.一种基于权利要求1-5任一项所述的集中式绕组电机线圈固定结构的装配方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步，批量绕制集中式绕组线圈：在骨架上绕制线圈，加工形成集中式绕组线圈；

第二步，集中式绕组线圈组装：将绕制的集中式绕组线圈嵌套入呈直条形的定子齿上；

第三步，支撑结构件组装：先在支撑结构件上安放垫圈，然后在定子铁芯的两端各放置一个具有垫圈的支撑结构件；其中，支撑结构件中的三角支撑对集中式绕组线圈进行周向限位，加长固定靴对集中式绕组线圈进行径向限位；

第四步，进行两侧端盖的密封安装。

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