CN111446783A - 定子及其制造方法及具有其的直流无刷电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种定子及其制造方法及具有其的直流无刷电机。定子包括定子铁芯(100)和设置在所述定子铁芯(100)上的绕组，所述定子铁芯(100)包括多个定子铁芯单体，每个所述定子铁芯单体具有齿部(101)和轭部(103)，两个相邻的所述定子铁芯单体通过相应的所述轭部(103)连接，两个相邻的所述定子铁芯单体之间的连接部设置有两个凹槽，分别是相对于所述轭部(103)而言与所述齿部(101)位于同一侧的内侧凹槽(104)以及相对于所述轭部(103)而言与所述齿部(101)位于相对侧的外侧凹槽(105)。通过同时在内侧和外侧设置凹槽，本发明的定子铁芯在连接强度方面获得了提高，而且并不明显增加加工成本。
Description
技术领域
本发明属于电机领域，具体来说涉及直流无刷电机的定子及其制造方法。
背景技术
直流无刷电机由于具有体积小、中低速转矩性能好、调速范围广且过载能力高等优点，而在计算机周边设备、工业控制领域、医疗设备领域以及汽车领域和家用电器中获得了广泛的应用。
定子铁芯是直流无刷电机的重要组成部件，其性能和成本直接影响着直流无刷电机的整体性能和成本。起初，直流无刷电机的定子铁芯是整体结构，在其上绕好线圈之后再进行塑封。然而，这种定子铁芯的绕线运动轨迹为四边形的内回路，从而使得绕线困难，且绕线的效率也低，从而提高了制造成本。
为了解决上述问题，专利文献1提出了一种拼块式直流无刷电机，将定子铁芯设计成以齿部为单元的拼块式结构，由多个独立的定子铁芯，拼接成整圆形的定子结构；然后再在铁芯上绕设线圈，在绕好线之后再进行塑封。这种结构降低了绕线难度，提高了生产效率。
但是，专利文献1中的结构存在以下问题：配合精度不高，装配后，很容易造成自身的圆度不够，各分段弧段不同心，即使同心，还有可能与电机轴的轴心不重合，最终造成定、转子间气隙的不均匀，影响磁路对称，从而影响电机效率，并且电机发热、谐波仍然较大、噪音仍然较高；此外，每段定子铁芯叠压时容易产生误差，拼接后两端端面内外圆参差不齐，并产生漏磁，影响电机效率。
为了进一步提高绕线效率，专利文献2提出了一种新的定子线圈绕制工艺，将芯片折弯成首尾极片相接、芯片开口朝外的正多边形芯片，然后采用绕线机进行绕线，随后再将绕线后的正多边形芯片反向弯折成芯片开口向内的环形铁芯。
此外，在专利文献3中也对这种两次折弯的定子结构进行了描述。
根据专利文献中披露的研究动态，以及发明人对生产中实际使用的技术的了解，这种类型的定子折弯绕线工艺在目前仍然是较为常见的生产方式。因此，在没有突破性的新技术完全取代它之前，对其仍然存在进一步的改进空间。
专利文献1：CN 2381057Y
专利文献2：CN 102097899A
专利文献3：CN 1467899A
发明内容
结合发明人在该领域的研究和实际经验，在此提出以下改进的技术方案。
一种定子，包括定子铁芯和设置在所述定子铁芯上的绕组，所述定子铁芯包括多个定子铁芯单体，每个所述定子铁芯单体具有齿部和轭部，两个相邻的所述定子铁芯单体通过相应的所述轭部连接，两个相邻的所述定子铁芯单体之间的连接部设置有两个凹槽，分别是相对于所述轭部而言与所述齿部位于同一侧的内侧凹槽以及相对于所述轭部而言与所述齿部位于相对侧的外侧凹槽。
通过同时在内侧和外侧设置凹槽，本发明的定子铁芯在连接强度方面获得了提高，而且并不明显增加加工成本。
进一步地，本发明的定子铁芯中还可以单独或以组合的方式包括以下优选的技术特征：
-所述轭部具有两个短边和两个长边，其中一个长边与所述齿部相接，另一个长边不与所述齿部相接，所述内侧凹槽为弧形凹槽，其连接相邻的两个轭部的短边；所述外侧凹槽为两条直线相交形成的凹槽，其连接相邻的两个轭部的背离所述齿部的外侧横向边缘。
-所述轭部上设置有用于在绕线时对所述定子铁芯进行定位的定位槽。
-每个所述定子铁芯单体还具有设置在所述齿部的远离所述轭部的一端且沿定子铁芯轴向延伸的片状部，在所述片状部上设置有凹陷部。
-每个所述定子铁芯单体还具有位于所述齿部和所述轭部之间的绝缘挡板。
-每个所述定子铁芯单体还具有位于所述齿部上的绕线槽，所述绕线槽的形状与形成定子绕组的单根线圈的外形互补。
此外，本发明还提出了包含上述定子的电机以及用于制造上述定子的方法，该方法包括如下步骤：
S1：制备处于直线状态下的所述定子铁芯；
S2：将所述定子铁芯以齿部向外的方式弯曲形成整圆；
S3：对所述定子铁芯进行绕线从而形成所述绕组；
S4：绕线完成后，将所述定子铁芯展开，然后将其以齿部向内的方式弯曲形成整圆。
进一步地，在步骤S1与步骤S2之间，或者在步骤S2与步骤S3之间，还包括如下步骤：
通过注塑的方式，在每个定子铁芯单体上形成位于设置在所述齿部的远离所述轭部的一端且沿定子铁芯轴向延伸的片状部上的凹陷部、位于所述齿部和所述轭部之间的绝缘挡板，以及位于所述齿部上的绕线槽。
进一步地，在步骤S4之后还包括步骤S5：将定子铁芯首尾结合处以焊接或者整体注塑成型的方式进行固定。
通过以上的技术特征，本发明能够提高定子铁芯的连接强度，提升绕线的效率，并从整体上提高定子铁芯的性能。
附图说明
参考附图描述本发明的示例性实施例，其中：
图1(a)示意性地示出了本发明的定子铁芯的链式结构。
图1(b)示意性地示出了本发明的定子铁芯的链式结构中两个相邻的轭状部之间的连接结构。
图1(c)是图1(b)中两个相邻的轭状部之间的连接结构的局部放大图。
图2(a)是定子铁芯处于齿部向外的弯折状态的示意图。
图2(b)示意性地示出了注塑后的定子铁芯单体。
图3(a)以俯视的角度示意性地示出了绕线之后的齿部向外的定子组件。
图3(b)是图3(a)中的定子组件的透视图。
图4(a)以俯视的角度示意性地示出了绕线之后的齿部向内的定子组件。
图4(b)是图4(a)中的定子组件的透视图。
图5(a)以俯视的角度示意性地示出了注塑后的定子组件。
图5(b)是图5(a)中的定子组件的透视图。
附图仅是示意性的，而且并不一定按比例绘制，此外它们仅示出为了阐明本发明而必需的那些部分，其他部分被省略或仅仅提及。即，除附图中所示出的部件外，本发明还可以包括其他部件。
具体实施方式
以下结合附图，大体上按照工艺步骤的顺序对本发明的技术方案进行详细说明。
首先参见图1(a)，将钢板等原材料进行冲压裁切，获得俯视图如图所示的链式结构，然后将多个这种链式结构进行重叠放置，并将各层连接到一起。定子铁芯整体上用100来表示，其由多个定子铁芯单体连接形成。每个定子铁芯单体包括：齿部101，用于在其上设置线圈；轭部103，各个定子铁芯单体之间通过轭部103连接；定位槽102，设置于轭部103上，用于在绕线时对定子铁芯进行定位。
在两次折弯的制造工艺中，多个定子铁芯单体之间也是通过轭部103进行连接的。但是，由于轭部103之间仅仅是通过冲压后剩下的一点材料连接，其连接部的设置既要考虑在后续的工艺中使得整个定子铁芯100能够容易地正向或反向弯折，又要考虑各个定子铁芯之间的连接强度，防止其断裂。
因此，作为本发明的主要改进点之一，本发明人通过对定子铁芯各个部件的尺寸、材料强度、生产流程等多种因素进行综合考虑，提出了如图1(b)和图1(c)所示的定子铁芯连接结构。
具体地，如图1(b)所示，轭部103具有两个短边和两个长边，其中一个长边与齿部101相接，另一个长边不与齿部101相接。在相邻的两个轭部103之间的连接部设置有两个凹槽，分别是相对于轭部103而言与齿部101位于同一侧的内侧凹槽104以及相对于轭部103而言与齿部101位于相对侧的外侧凹槽105。
将本发明中的两侧均设置有凹槽的结构进行弯折试验，结果表明，相对于仅在内侧或者仅在外侧设置凹槽的定子铁芯而言，本发明的结构在连接强度方面有一定提高，而且并不明显增加加工成本。
进一步地，作为优选的实施方式，如图1(c)所示，
内侧凹槽104为弧形结构，其连接相邻的两个轭部103的短边，其用于定子铁芯向内弯折；外侧凹槽105为两条直线相交形成的凹陷结构，其连接相邻的两个轭部103的不与齿部101相接的长边，用于定子铁芯向外弯折。
随后，如图2(a)所示，将图1(a)中的定子铁芯100进行反向弯折，即，弯折后齿部101向外。在弯折后定子铁芯100首尾相接，形成环状。随后，对定子铁芯100进行注塑，形成的定子铁芯单体如图2(b)所示。该定子铁芯单体具有凹陷部106、绝缘挡板107和绕线槽108；凹陷部106用于在模具中支撑定子铁芯，其位于设置在齿部101远离轭部103的一端且沿定子铁芯轴向延伸的片状部上；绝缘挡板107位于齿部101和轭部103之间；绕线槽108位于齿部101上，其形状与形成绕组的漆包线外形互补，使漆包线整齐有序的缠绕在定子槽内。通过该注塑过程，实现了定子铁芯与绕组之间的绝缘。
上述的注塑过程可以设置在将定子铁芯100进行反向弯折后，也可以设置在弯折之前。
随后，对反向弯折之后的定子铁芯100进行绕线。在绕线时，将设置在定子铁芯单体上的定位槽102卡装在相应的绕线工装上进行绕线。绕线可以采用人工绕线的方式，也可以采用机器绕线的方式。在绕线时，本发明中的绕线槽108能够使线圈的排列更为紧密平整，绕线的一致性好，并且能够减轻人工绕线时需要的力，提高绕线效率。绕线后的定子铁芯如图3(a)、图3(b)所示。
随后，将绕线完成后的定子铁芯100还原成直线形排列后再向内弯折，从而形成齿部101向内的结构，如图4(a)、图4(b)所示。
随后，可以将定子铁芯首尾结合处焊接的方式进行固定；或以整体注塑成型的方式使定子铁芯固定。最终形成的定子组件如图5(a)、图5(b)所示。
上文描述的仅仅是有关本发明的精神和原理的示例性实施方式。本领域技术人员可以明白，在不背离所述精神和原理的前提下，可以对所描述的示例做出各种变化，这些变化及其各种等同方式均被本发明人所预想到，并落入由本发明的权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种定子，包括定子铁芯(100)和设置在所述定子铁芯(100)上的绕组，所述定子铁芯(100)包括多个定子铁芯单体，每个所述定子铁芯单体具有齿部(101)和轭部(103)，两个相邻的所述定子铁芯单体通过相应的所述轭部(103)连接，其特征在于，两个相邻的所述定子铁芯单体之间的连接部设置有两个凹槽，分别是相对于所述轭部(103)而言与所述齿部(101)位于同一侧的内侧凹槽(104)以及相对于所述轭部(103)而言与所述齿部(101)位于相对侧的外侧凹槽(105)。
2.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，所述轭部(103)具有两个短边和两个长边，其中一个长边与所述齿部(101)相接，另一个长边不与所述齿部(101)相接，所述内侧凹槽(104)为弧形凹槽，其连接相邻的两个轭部(103)的短边；所述外侧凹槽(105)为两条直线相交形成的凹槽，其连接相邻的两个轭部(103)的背离所述齿部(101)的外侧横向边缘。
3.根据权利要求1或2所述的定子，其特征在于，所述轭部(103)上设置有用于在绕线时对所述定子铁芯进行定位的定位槽(102)。
4.根据权利要求1或2所述的定子，其特征在于，每个所述定子铁芯单体还具有设置在所述齿部(101)的远离所述轭部(103)的一端且沿定子铁芯轴向延伸的片状部，在所述片状部上设置有凹陷部(106)。
5.根据权利要求1或2所述的定子，其特征在于，每个所述定子铁芯单体还具有位于所述齿部(101)和所述轭部(103)之间的绝缘挡板(107)。
6.根据权利要求1或2所述的定子，其特征在于，每个所述定子铁芯单体还具有位于所述齿部(101)上的绕线槽(108)，所述绕线槽(108)的形状与形成定子绕组的单根线圈的外形互补。
7.一种电机，其特征在于，包括如权利要求1-6中任一项所述的定子。
8.一种用于制造如权利要求1所述的定子的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：制备处于直线状态下的所述定子铁芯；
S2：将所述定子铁芯以齿部向外的方式弯曲形成整圆；
S3：对所述定子铁芯进行绕线从而形成所述绕组；
S4：绕线完成后，将所述定子铁芯展开，然后将其以齿部向内的方式弯曲形成整圆。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤S1与步骤S2之间，或者在步骤S2与步骤S3之间，还包括如下步骤：
通过注塑的方式，在每个定子铁芯单体上形成位于设置在所述齿部(101)的远离所述轭部(103)的一端且沿定子铁芯轴向延伸的片状部上的凹陷部(106)、位于所述齿部(101)和所述轭部(103)之间的绝缘挡板(107)，以及位于所述齿部(101)上的绕线槽(108)。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在步骤S4之后还包括步骤S5：将定子铁芯首尾结合处以焊接或者整体注塑成型的方式进行固定。
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