CN112202261A - 多层平面绕线式绕组结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多层平面绕线式绕组结构及其制造方法，多层平面绕线式绕组结构是利用以下方法加以制造，首先是将一导线沿一绕线方向由内向外围绕形成一第一平面绕线段；然后是将一隔板叠置于第一平面绕线段上，并将导线自隔板的一层间连通孔反折延伸至邻近于隔板的一内缘；接着，将导线延伸出层间连通孔，并使导线在隔板上沿绕线方向由内向外围绕形成一第二平面绕线段，藉以使第一平面绕线段与第二平面绕线段构成一线圈绕组，进而形成一包含隔板与线圈绕组的多层平面绕线式绕组结构。

Description

多层平面绕线式绕组结构及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种多层平面绕线式绕组结构及其制造方法，尤其涉及一种将导线由内向外围绕形成多个彼此堆叠的平面绕线段的多层平面绕线式绕组结构及其制造方法。

背景技术

一般来说，马达与发电机等电机的运作原理主要是利用线圈与磁铁之间的电磁效应来达到电生磁或磁生电的功能，进而产生动力或电力，而常见的电机主要是利用线圈与磁石组成定子与转子的组合构造；其中，不管是定子绕线或转子绕线，现有的作法大都是将导线从铁芯的一端缠绕至另一端，然后再缠绕回原本的起始端，这样往复式的缠绕便可形成多层堆叠的线圈，而这种往复式绕线的线圈虽然可以在通电后磁化铁芯，但实际上也会因为往复式的缠绕而使每层线圈所产生的磁场有部分会互相抵销，进而无法有效的利用电力。

发明内容

有鉴于在现有技术中，现有的线圈绕组大都是将导线往复式的缠绕于铁芯上，藉以在线圈绕组通电时使铁芯磁化，但由于导线往复式的缠绕会使相邻两层线圈的螺旋方向不同，进而使部分的磁力互相抵销；缘此，本发明的主要目的在于提供一种多层平面绕线式绕组结构及其制造方法，以使多个互相堆叠的平面绕线段因绕线方向相同而有效的增强磁场。

本发明为解决现有技术的问题，所采用的必要技术手段是提供一种多层平面绕线式绕组结构，包含一绕线柱、一隔板以及一线圈绕组。

绕线柱沿一轴向延伸。隔板具有一外缘，并开设有一套接孔而具有一内缘，藉以利用内缘套设于绕线柱，并与绕线柱定义出一第一绕线空间与一第二绕线空间，隔板更开设有一贯通第一绕线空间与第二绕线空间的层间连通孔，层间连通孔自内缘沿一垂直于轴向的延伸方向延伸至外缘，且层间连通孔连通第一绕线空间与第二绕线空间。

线圈绕组包含一第一平面绕线段以及一第二平面绕线段。第一平面绕线段在第一绕线空间内自一邻近于内缘处的第一绕线起点沿一绕线方向由内向外围绕绕线柱而延伸至邻近外缘处，并自层间连通孔朝内缘反折延伸至一邻近于内缘的第一绕线终点。第二平面绕线段在第二绕线空间内自一邻近于内缘的第二绕线起点沿绕线方向由内向外围绕绕线柱延伸至邻近外缘处，且第二绕线起点自第一绕线终点沿轴向弯折延伸所形成。

在上述必要技术手段所衍生的一附属技术手段中，绕线柱包含多个周壁，周壁相互连结而围构出一中空空间，且周壁其中的一者开设有一连通于中空空间的导线穿孔，线圈绕组以一导线自中空空间穿过导线穿孔而延伸至第一绕线起点。

本发明为解决现有技术的问题，所采用的另一必要技术手段是提供一种多层平面绕线式绕组结构的制造方法，包含以下步骤：首先，步骤(a)是将一导线沿一绕线方向由内向外围绕形成一第一平面绕线段；然后，步骤(b)是将一隔板叠置于第一平面绕线段上，并将导线自隔板的一层间连通孔反折延伸至邻近于隔板的一内缘；接着，步骤(c)是将导线延伸出层间连通孔，并使导线在隔板上沿绕线方向由内向外围绕形成一第二平面绕线段，藉以使第一平面绕线段与第二平面绕线段构成一线圈绕组，进而形成一包含隔板与线圈绕组的多层平面绕线式绕组结构。

在上述必要技术手段所衍生的一附属技术手段中，在步骤(a)的前更包含一步骤(a0)，步骤(a0)将一绕线柱放置于一工作平台上，且步骤(a)更将导线沿绕线方向由内向外围绕绕线柱而形成第一平面绕线段。较佳者，步骤(a)更将导线经由绕线柱的一导线穿孔穿出，并使导线沿绕线方向由内向外围绕绕线柱。

如上所述，由于本发明的多层平面绕线式绕组结构与其的制造方法主要是将导线由内向外围绕成平面绕线段，以及利用隔板分隔多个平面绕线段，藉以形成多个平面绕线段堆叠设置的结构，而由于每个平面绕线段都是由内向外围绕所形成，因此多个平面绕线段所产生的磁场可以有效的累加，且由于每一平面绕线段的导线是由内向外围绕，因此每圈的导线长度会由内而外的递增，相对的使平面绕线段产生向内集中的磁场，在多个平面绕线段堆叠设置的情况下，整个线圈绕组的磁场会有效的集中而产生高强度的磁场。

本发明所采用的具体实施例，将通过以下的实施例及附图作进一步的说明。

附图说明

图1显示在本发明的多层平面绕线式绕组结构的制造方法中，导线自绕线柱穿出并沿绕线方向在工作平台上围绕绕线柱的立体示意图；

图2显示在本发明的多层平面绕线式绕组结构的制造方法中，导线在工作平台上沿绕线方向由内向外围绕形成第一平面绕线段的立体示意图；

图3显示在本发明的多层平面绕线式绕组结构的制造方法中，利用隔板堆叠于线圈层，并使导线由隔板的层间连通孔延伸至第一绕线终点后，自第二绕线起点沿绕线方向进行绕线的立体示意图；

图4显示在本发明的多层平面绕线式绕组结构的制造方法中，导线自第二绕线起点沿绕线方向由内向外围绕形成第二平面绕线段的立体示意图；

图5显示本发明较佳实施例所提供的多层平面绕线式绕组结构的立体示意图；

图6为图5的A-A剖面示意图；

图7为本发明的多层平面绕线式绕组结构的实际运用立体示意图；以及

图8为本发明的多层平面绕线式绕组结构的另一实际运用立体示意图。

附图标号说明：

100:多层平面绕线式绕组结构

100a,100b,100c,100d:线性延伸区段

1:绕线柱

11,12,13,14:周壁

111:导线穿孔

15:中空空间

2a,2b:隔板

21a:外缘

22a:套接孔

23a:内缘

24a:层间连通孔

30:导线

3:线圈绕组

31:第一平面绕线段

32:第二平面绕线段

200:工作平台

300:转子

301:转轴

302:磁石

400:定子框架

D1:轴向

D2:延伸方向

D3:绕线方向

S1:第一绕线空间

S2:第二绕线空间

WS1:第一绕线起点

WE1:第一绕线终点

WS2:第二绕线起点

具体实施方式

请参阅图1至图5，图1显示在本发明的多层平面绕线式绕组结构的制造方法中，导线自绕线柱穿出并沿绕线方向在工作平台上围绕绕线柱的立体示意图；图2显示在本发明的多层平面绕线式绕组结构的制造方法中，导线在工作平台上沿绕线方向由内向外围绕形成第一平面绕线段的立体示意图；图3显示在本发明的多层平面绕线式绕组结构的制造方法中，利用隔板堆叠于线圈层，并使导线由隔板的层间连通孔延伸至第一绕线终点后，自第二绕线起点沿绕线方向进行绕线的立体示意图；图4显示在本发明的多层平面绕线式绕组结构的制造方法中，导线自第二绕线起点沿绕线方向由内向外围绕形成第二平面绕线段的立体示意图；图5显示本发明较佳实施例所提供的多层平面绕线式绕组结构的立体示意图。

本实施例所提供的一种多层平面绕线式绕组结构的制造方法包含以下步骤：首先，如图1所示，将一绕线柱1放置于一工作平台200；接着，如图1与图2所示，将一导线30经由绕线柱1的一导线穿孔111穿出，并沿一绕线方向D3由内向外围绕绕线柱1而形成一第一平面绕线段31；然后，如图2与图3所示，将一隔板2a穿过绕线柱1而叠置于第一平面绕线段31上，并将导线30自隔板2a的一层间连通孔24a朝一内缘23a反折延伸至一邻近于内缘23a的第一绕线终点WE1。

再来，如图3与图4所示，将导线30自第一绕线终点WE1沿一轴向D1延伸出层间连通孔24a至一第二绕线起点WS2，再由第二绕线起点WS2沿一绕线方向D3由内向外围绕绕线柱1而延伸至邻近一外缘21a处，进而形成一第二平面绕线段32，其中，由于导线30是先自第一绕线终点WE1沿轴向D1延伸，再沿垂直于轴向D1的绕线方向D3延伸，因此第二绕线起点WS2实务上会略为偏离第一绕线终点WE1在轴向D1上方的位置。此外，在其他实施例中，隔板2a亦可在内缘23a与层间连通孔24a的交界处设有卡抵角，藉以使导线30自层间连通孔24a延伸至第一绕线终点WE1后，可以更便利的延伸至第二绕线起点WS2。

最后，如图3至图5所示，重复上述的堆叠隔板2a与围绕形成其他平面绕线段(如第一平面绕线段31或第二平面绕线段32)的步骤，藉以形成多个隔板(包含隔板2a)与多个平面绕线段(包含第一平面绕线段31与第二平面绕线段32)交错堆叠的多层平面绕线式绕组结构100，而多层平面绕线式绕组结构100的细部构造详述如后。

请继续参阅图5与图6，图6为图5的A-A剖面示意图。如图1至图6所示，一种多层平面绕线式绕组结构100包含一绕线柱1、十个隔板2a、2b(图中仅标示两个)以及一线圈绕组3。

绕线柱1沿一轴向D1延伸，并且包含四个周壁11、12、13与14，周壁11与13是彼此相间隔地分别一体成型地连结于周壁12与14的两端，藉以围构出一沿轴向D1延伸的中空空间15；其中，虽然在本实施例中，绕线柱1是由四个周壁11、12、13与14所构成的方形柱体，但不限于此，在其他实施例中亦可为多边形柱体，但边数以偶数为较佳。此外，在本实施例中，周壁11更开设有一导线穿孔111，导线穿孔111是由中空空间15向外贯通至周壁11的外侧。

隔板2a具有一外缘21a，并开设有一套接孔22a而具有一内缘23a，藉以利用内缘23a套设于绕线柱1，并与绕线柱1定义出一第一绕线空间S1与一第二绕线空间S2，且隔板2a更开设有一贯通第一绕线空间S1与第二绕线空间S2的层间连通孔24a，层间连通孔24a自内缘23a沿一垂直于轴向D1的延伸方向D2延伸至外缘21a，且层间连通孔24a是连通第一绕线空间S1与第二绕线空间S2。其中，第一绕线空间S1与第二绕线空间S2主要是通过隔板2a套设于绕线柱1而将绕线柱1的周围分隔而成。

线圈绕组3包含多个平面绕线段(图中仅标示一第一平面绕线段31与一第二平面绕线段32来进行说明)。第一平面绕线段31在第一绕线空间S1内自一邻近于内缘23a处的第一绕线起点WS1沿一绕线方向D3由内向外围绕绕线柱1而延伸至邻近外缘21a处，并自层间连通孔24a朝内缘23a反折延伸至一邻近于内缘23a的第一绕线终点WE1。第二平面绕线段32在第二绕线空间S2内自一邻近于内缘23a的第二绕线起点WS2沿绕线方向D3由内向外围绕绕线柱1延伸至邻近外缘处21a，且第二绕线起点WS2自第一绕线终点WE1沿轴向D1弯折延伸所形成。此外，线圈绕组3所包含的其他平面绕线段(图未标示)，其结构相当于第一平面绕线段31与第二平面绕线段32。

承上所述，在图3中，由于绕线柱1是设置于工作平台200上，因此第一绕线空间S1更受到工作平台200所限制，亦即第一绕线空间S1为隔板2a、绕线柱1与工作平台200所围构出的环状空间；相反的，在图3中，第二绕线空间S2则仅由隔板2a与绕线柱1所隔出相对于第一绕线空间S1的开放空间，然而，如图5与图6所示，当隔板2b堆叠于第二平面绕线段32时，第二绕线空间S2则同样受到隔板2b所限制，亦即第二绕线空间S2为隔板2a与2b以及绕线柱1所围构出的环状空间。

请继续参阅图5至图7，图7为本发明的多层平面绕线式绕组结构的实际运用立体示意图。如图5至图7所示，由于本发明的多层平面绕线式绕组结构100是通过线圈绕组3的多个平面绕线段(包含第一平面绕线段31与第二平面绕线段32)与多个隔板(包含隔板2a)交错堆叠形成多个平面绕线段彼此堆叠设置的结构，且由于本实施例中的每个平面绕线段皆是围绕方形的绕线柱1所形成，因此多层平面绕线式绕组结构100会平均的区分成四个线性延伸区段100a、100b、100c与100d，而由于每个线性延伸区段100a、100b、100c与100d的导线30皆为线性延伸，因此会使每个线性延伸区段100a、100b、100c与100d在通电时产生明显的磁场，藉此，本发明的多层平面绕线式绕组结构100在实务上例如可以作为一马达定子使用，当一转子300可转动地穿设于多层平面绕线式绕组结构100的中空空间15时，线性延伸区段100a、100b、100c与100d所产生的四个磁场会与转子300的磁石302的磁场互相作用，进而通过磁石302带动穿设于磁石302的转轴301转动。

承上所述，由于导线30的长度在每个线性延伸区段100a、100b、100c与100d中皆是由内向外递增，因此当线圈绕组3通电时，每个线性延伸区段100a、100b、100c与100d的磁场都会由外向内集中的扇形分布磁场，进而使线圈绕组3内侧的磁场强度相对增加。此外，由于线圈绕组3是由同一条导线30构成四个线性延伸区段100a、100b、100c与100d，因此当线圈绕组3通电时，电流会在四个线性延伸区段100a、100b、100c与100d的导线30中来回流动，进而使得线圈绕组3在四个线性延伸区段100a、100b、100c与100d所产生的磁场也会交替的循环变化，相对的增加了对磁石302的磁场交互作用的能力，意即能加速转子300的转动速度。

请继续参阅图5、图6与图8，图8为本发明的多层平面绕线式绕组结构的另一实际运用立体示意图。如图5、图6与图8所示，在本发明的另一实际运用例中，亦可将八个多层平面绕线式绕组结构100(图中仅标示一个)均匀分布地固定于一定子框架400上，藉此便能通过八个多层平面绕线式绕组结构100的电流控制来形成八个磁极，进而使设置于定子框架400中的转子(图未示)受到磁力作用而转动。

综上所述，相较于现有的线圈绕组大都是将导线往复式的缠绕于铁芯上，导致线圈绕组通电时会因为导线往复式的缠绕而使部分的磁力互相抵销；本发明主要是将导线由内向外围绕成平面绕线段，然后利用隔板进行分隔后，再使导线继续由内向外围绕出平面绕线段，藉以形成多个平面绕线段堆叠设置的结构，因此通过每个由内向外围绕所形成的平面绕线段，可以有效的使多个平面绕线段所产生的磁场累加，且由于每一平面绕线段的导线是由内向外围绕，因此每圈的导线长度会由内而外的递增，相对的使平面绕线段产生向内集中的磁场，在多个平面绕线段堆叠设置的情况下，整个线圈绕组的磁场会有效的集中而产生高强度的磁场。

通过以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭示的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的权利要求的范畴内。

Claims (5)

1.一种多层平面绕线式绕组结构，其特征在于，包含：

绕线柱、沿轴向延伸；

隔板，具有外缘，开设有套接孔而具有内缘，藉以利用所述内缘套设于所述绕线柱，并与所述绕线柱定义出第一绕线空间与第二绕线空间，所述隔板还开设有贯通所述第一绕线空间与所述第二绕线空间的层间连通孔，所述层间连通孔自所述内缘沿垂直于所述轴向的延伸方向延伸至所述外缘，且所述层间连通孔连通所述第一绕线空间与所述第二绕线空间；以及

线圈绕组，包含：

第一平面绕线段，在所述第一绕线空间内自邻近于所述内缘处的第一绕线起点沿绕线方向由内向外围绕所述绕线柱而延伸至邻近所述外缘处，并自所述层间连通孔朝所述内缘反折延伸至邻近于所述内缘的第一绕线终点；以及

第二平面绕线段，在所述第二绕线空间内自邻近于所述内缘的第二绕线起点沿所述绕线方向由内向外围绕所述绕线柱延伸至邻近所述外缘处，且所述第二绕线起点自所述第一绕线终点沿所述轴向弯折延伸所形成。

2.根据权利要求1所述的多层平面绕线式绕组结构，其中，所述绕线柱包含多个周壁，所述多个周壁相互连结而围构出中空空间，且所述多个周壁其中的一者开设有连通于所述中空空间的导线穿孔，所述线圈绕组以导线自所述中空空间穿过所述导线穿孔而延伸至所述第一绕线起点。

3.一种多层平面绕线式绕组结构的制造方法，其特征在于，包含以下步骤：

(a)将导线沿绕线方向由内向外围绕形成第一平面绕线段；

(b)将隔板叠置于所述第一平面绕线段上，并将所述导线自所述隔板的一层间连通孔反折延伸至邻近于所述隔板的内缘；以及

(c)将所述导线延伸出所述层间连通孔，并使所述导线在所述隔板上沿所述绕线方向由内向外围绕形成第二平面绕线段，藉以使所述第一平面绕线段与所述第二平面绕线段构成线圈绕组，进而形成包含所述隔板与所述线圈绕组的多层平面绕线式绕组结构。

4.根据权利要求3所述的多层平面绕线式绕组结构的制造方法，其中，在步骤(a)之前还包含步骤(a0)，步骤(a0)将绕线柱放置于工作平台上，且所述步骤(a)还将所述导线沿所述绕线方向由内向外围绕所述绕线柱而形成所述第一平面绕线段。

5.根据权利要求4所述的多层平面绕线式绕组结构的制造方法，其中，步骤(a)还将所述导线经由所述绕线柱的导线穿孔穿出，并使所述导线沿所述绕线方向由内向外围绕所述绕线柱。

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