CN112467896A - 电机的定子结构及其制造方法与具有其的无刷电机 - Google Patents
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Abstract
本发明揭露一种电机的定子结构及其制造方法与具有其的无刷电机。电机的定子结构包括一铁芯组件和多个线圈组件,所述铁芯组件具有一轭部和多个齿部,每一所述线圈组件是组装于每一所述齿部上,且每一所述线圈组件是由不同尺寸的至少二扁平立绕线圈依尺寸大小依序堆叠成阶梯状。本发明通过使用多组扁平立绕线圈呈阶梯状连接组成线圈组件,可以有效提升电机的槽满率。
Description
技术领域
本发明是关于一种电机,特别是关于一种使用扁平立绕线圈的电机的定子结构及其制造方法与具有其的无刷电机。
背景技术
现有的大多数电机一般是采用圆线绕组,此种采用圆线绕组的电机虽然工艺技术相对成熟,但是槽满率的提升一直未能得到有效的改善。
为了提升槽满率,近些年市场上逐渐出现了采用扁平立绕线圈作为电机绕组的电机,如图1所示,其示出了此种电机的定子结构,该电机的定子结构的铁芯部分主要包括轭部1和齿部2,相邻两个齿部2之间形成有槽3,且每个齿部2上设置有一组扁平立绕线圈4。虽然此种结构的电机中使用了扁平立绕线圈,但是其仅使用了一组扁平立绕线圈,所以槽3中还是存在较大的间隙。换言之,目前槽满率的提升遭遇了瓶颈。
发明内容
有鉴于此,本发明的一目的在于提供一种电机的定子结构及其制造方法与具有其的无刷电机,可以进一步提升槽满率。
为了实现上述目的,本发明提供一种电机的定子结构,包括一铁芯组件和多个线圈组件,所述铁芯组件具有一轭部和多个齿部,其特点在于,每一所述线圈组件是组装于每一所述齿部上,且每一所述线圈组件是由不同尺寸的至少二扁平立绕线圈依尺寸大小依序堆叠成阶梯状。
在本发明的一实施例中,所述至少二扁平立绕线圈在电机横剖面方向上具有不同的截面宽度并依所述截面宽度的大小依序堆叠,其中具有最大的截面宽度的扁平立绕线圈邻近于所述轭部。
在本发明的一实施例中,所述至少二扁平立绕线圈在所述电机横剖面方向上的截面积相同。
在本发明的一实施例中,每一所述齿部的底端与所述轭部为可拆卸地连接。
在本发明的一实施例中,每一所述齿部的底端包含一凸起部,所述轭部包含多个燕尾槽,通过所述凸起部和所述燕尾槽相配合以使得每一所述齿部的底端和所述轭部为可拆卸地连接。
在本发明的一实施例中,所述齿部与所述轭部为一体成型。
在本发明的一实施例中,每一所述齿部的顶端具有极靴。
在本发明的一实施例中,每一所述齿部的外周面上还设置有第一绝缘层;且所述轭部的位于两个相邻所述齿部之间的表面上还设置有第二绝缘层。
在本发明的一实施例中,所述第一绝缘层在邻近所述极靴的一端向外侧进一步延伸并分别形成延伸部。
在本发明的一实施例中,每一所述齿部上的所述线圈组件的所述至少二扁平立绕线圈是串联连接。
在本发明的一实施例中,每一所述齿部上的所述线圈组件的所述至少二扁平立绕线圈是并联连接。
在本发明的一实施例中,所述电机为单相电机或多相电机。
在本发明的一实施例中,所述多个线圈组件被分为多组,每一组包括依次组装于三个相邻的所述齿部的三个线圈组件,且所述三个线圈组件分别与三相逆变电源连接。
为了实现上述目的,本发明还提供一种无刷电机,其特点在于,所述无刷电机包括有转子结构以及如上所述的定子结构。
为了实现上述目的,本发明又提供一种电机的定子结构的制造方法,其特点在于,包括:
步骤A、分别绕制不同尺寸的至少二扁平立绕线圈以形成一线圈组件;
步骤B、将所述至少二扁平立绕线圈依尺寸大小依次插入一齿部并依序堆叠成阶梯状,以形成一待组装组件;
步骤C、重复步骤A和B,以形成多个线圈组件和多个待组装组件;
步骤D、将所述多个待组装组件组装入一轭部,以形成所述定子结构。
在本发明的又一实施例中,在所述步骤C和所述步骤D之间,还包括:
步骤D0、将所述多个待组装组件环绕排布并使用治具进行固定;以及,
所述步骤D还包括:将固定的所述多个待组装组件同时组装入一轭部,以形成所述定子结构。
在本发明的又一实施例中,在所述步骤B中,所述至少二扁平立绕线圈在电机横剖面方向上具有不同的截面宽度并依所述截面宽度的大小依序堆叠,其中具有最大的截面宽度的扁平立绕线圈邻近于所述轭部。
在本发明的又一实施例中,所述至少二扁平立绕线圈在所述电机横剖面方向上的截面积相同。
在本发明的又一实施例中,每一所述齿部的底端包含一凸起部,所述轭部包含多个燕尾槽,且在所述步骤D中是通过所述凸起部和所述燕尾槽相配合以使得每一所述齿部的底端和所述轭部为可拆卸地连接组装。
在本发明的又一实施例中,每一所述齿部的顶端具有极靴。
在本发明的又一实施例中,每一所述齿部的外周面上还设置有第一绝缘层;且所述轭部的位于两个相邻所述齿部之间的表面上还设置有第二绝缘层。
在本发明的又一实施例中,所述第一绝缘层在邻近所述极靴的一端向外侧进一步延伸并分别形成延伸部。
在本发明的又一实施例中,在所述步骤B中,每一所述齿部上的所述至少二扁平立绕线圈是串联连接。
在本发明的又一实施例中,在所述步骤B中,每一所述齿部上的所述至少二扁平立绕线圈是并联连接。
在本发明的又一实施例中,组装于所述轭部上的所述多个线圈组件被分为多组,每一组包括依次组装于三个相邻的所述齿部的三个线圈组件,且所述三个线圈组件分别与三相逆变电源连接。
本发明通过使用多组不同尺寸的扁平立绕线圈呈阶梯状连接组成线圈组件,可以有效提升电机的槽满率,并可进一步降低绕线铜损,提升电机效率和提升电机功率密度。本发明通过可拆卸连接的齿部与轭部,可方便扁平线圈的装配。本发明通过立绕方式设置线圈绕组,可以提高电机线圈散热性能。
以下将以实施方式对上述的说明作详细的描述,并对本发明的技术方案提供更进一步的解释。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂,所附附图的说明如下:
图1为现有技术的一种电机的定子结构的剖视图;
图2为本发明一较佳实施例的电机的定子结构的立体结构示意图;
图3为图2的沿电机横剖面方向的剖视图;
图4为图3中A部分的放大示意图;
图5为图2中的铁芯组件的轭部的立体结构示意图;
图6为图2中的铁芯组件的齿部的立体结构示意图;
图7为图2中的线圈组件的立体结构示意图;
图8为图7所示的线圈组件组装于图6所示的齿部之后形成的待组装组件的结构示意图;
图9为多个如图8所示的待组装组件环绕排布的示意图;
图10为本发明线圈组件一较佳实施例在电机横剖面方向上的立体剖面图;
图11为本发明的电机的定子结构的制造方法的流程示意图;
图12为利用本发明的电机的定子结构制造8极/12槽三相直流无刷马达的定子接线结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的叙述更佳详尽与完备,可参照所附的附图及以下所述各种实施例,附图中相同的号码代表相同或相似的组件。另一方面,众所周知的组件与步骤并未描述于实施例中,以避免对本发明造成不必要的限制。此外,为简化附图起见,一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。
以下结合附图和实例对本发明的具体实施作进一步说明,但本发明的保护范围不限于此。需指出的是,以下若有未特别详细说明的过程或符号,均是本领域技术人员可参照现有技术理解或实现的。
如图2所示,并结合参考图3和图4,本发明的一较佳实施例的电机的定子结构100主要包括一铁芯组件10和多个线圈组件20。其中,所述铁芯组件10包括有一轭部11和多个齿部12,相邻两个齿部12之间形成槽13。每一线圈组件20是组装于每一齿部12上,且每一线圈组件20是由不同尺寸的至少二扁平立绕线圈依尺寸大小依序堆叠成阶梯状。由图3可清晰地看出,堆叠成阶梯状的线圈组件20明显有效地利用了槽13更多的空间,即有效地提升了槽满率。
结合参考图3、图5、图6所示,在本较佳实施例中,每一所述齿部12的底端与所述轭部11可为可拆卸地连接。例如,每一所述齿部12的底端可包含一凸起部121(更清晰的结构可参考图6所示),而所述轭部11可包含多个燕尾槽111(更清晰的结构可参考图5所示),通过所述凸起部121和所述燕尾槽111的相配合,可以使得每一所述齿部12的底端和所述轭部11为可拆卸地连接。在其他较佳实施例中,所述齿部12与所述轭部11也可为一体成型。
如图3和图6所示,较佳地,每一所述齿部12的顶端还具有极靴122,可降低齿槽转矩。并且,在每一所述齿部12的外周面上还可设置有第一绝缘层123。更佳地,所述第一绝缘层123在邻近所述极靴122的一端向极靴的外侧还可进一步延伸并分别形成延伸部1231、1232。如图3和图5所示,所述轭部11的位于两个相邻齿部12之间的表面(也即图5中位于两个相邻的燕尾槽111之间的表面)上还设置有第二绝缘层113。优选地,每一所述齿部12与所述第一绝缘层123以及所述轭部11与所述第二绝缘层113可采用一体成型的工艺制成。例如,如图5所示,所述铁芯组件10的轭部11可与其部分内表面上的第二绝缘层113一体成型制成,其整体结构例如可呈圆筒状。
在本发明中,较佳地,组装于每一齿部12上的线圈组件20中的所述至少二扁平立绕线圈在电机横剖面方向上可以具有不同的截面宽度,并依所述截面宽度大小依序堆叠,其中具有最大的截面宽度的扁平立绕线圈更邻近于所述轭部11,流经扁平立绕线圈的电流穿过电机横剖面。,根据设计需要,每一所述齿部12上的所述线圈组件20的所述至少二扁平立绕线圈可以是串联连接,也可以是并联连接。
例如,在如图2所示的较佳实施例中,结合参考图4和图7所示,每一线圈组件20是由在电机横剖面方向上具有第一截面宽度K1的第一扁平线圈21、具有第二截面宽度K2的第二扁平线圈22、以及具有第三截面宽度K3的第三扁平线圈23以立绕的方式依序堆叠而成(例如可沿图7所示的堆叠方向D堆叠),且K1>K2>K3,其中第一扁平线圈21是更邻近于所述轭部11设置。堆叠后的线圈组件20可组装于齿部12上形成一待组装组件120,如图8所示。在组装时,可以将多个如图8所示的待组装组件120环绕排布(如图9所示),例如使用治具(图中未示)进行固定,所述多个待组装组件120同时组装入轭部11,即可形成所述定子结构100,如图2所示。
在本发明中,所述第一扁平线圈21、所述第二扁平线圈22和所述第三扁平线圈23的材质例如可为但不局限于铜。图10示出了本发明线圈组件一较佳实施例在电机横剖面方向上的立体剖面图,所述第一扁平线圈21、所述第二扁平线圈22和所述第三扁平线圈23在电机横剖面方向上的截面积可以相同,也可以不相同。其中,当截面积相同时,若流经第一扁平线圈21、第二扁平线圈22和第三扁平线圈23的电流也相同,则流经电机横剖面方向上的上述扁平线圈的电流密度相同,使得定子线圈的总欧姆损耗较小。另一方面,所述第一扁平线圈21、所述第二扁平线圈22和所述第三扁平线圈23在长度方向L(如图7所示,垂直于电机横剖面方向)上的长度可以不相同,也可以相同。虽然在本较佳实施例中是以三个扁平线圈为例进行说明,但是,可以理解的是,在其他实施例中,根据硅钢片槽型设计的实际空间情况,所述线圈组件20也可以选用例如两个、四个或者更多个线圈,并将这些线圈以立绕的方式堆叠成阶梯状,并且这些线圈在电机横剖面上的截面积可以相同,也可以不相同,这些均不作为对本发明的限制。
如图11所示,其示出了本发明的电机的定子结构的制造方法,其包括:
步骤A、分别绕制不同尺寸的至少二扁平立绕线圈以形成一线圈组件20。例如,如图7所示,可以分别绕制三个不同尺寸的第一扁平线圈21、第二扁平线圈22和第三扁平线圈23,其在电机横剖面方向K上的截面宽度K1>K2>K3(可参考图4)。
步骤B、将所述至少二扁平立绕线圈依尺寸大小依次插入一齿部并依序堆叠成阶梯状,以形成一待组装组件120。例如,如图8所示,将所述第一扁平线圈21、第二扁平线圈22和第三扁平线圈23从小到大依次插入齿部12并堆叠成阶梯状,从而形成待组装组件120。
步骤C、重复步骤A和B,以形成多个线圈组件20和多个待组装组件120。
步骤D、将所述多个待组装组件120组装入一轭部11,以形成定子结构100,如图2所示。
较佳地,在所述步骤C和所述步骤D之间,还可包括步骤D0,即将所述多个待组装组件120环绕排布并使用治具(图中未示)进行固定,如图9所示。而所述步骤D还可包括:将固定的所述多个待组装组件120同时组装入轭部11,以形成所述定子结构100,如图2所示。当然,可以理解的是,也可以将所述多个待组装组件120逐个地组装入轭部11,这些并不作为对本发明的限制。
本发明还提供一种无刷电机,其可包括转子结构以及如上所述的定子结构100,其中转子结构例如可组装于如图3所示的定子结构100中间的容纳空间101内。并且,所述无刷电机例如为单相电机或多相电机。
如图12所示,其示出了利用本发明的电机的定子结构制造8极/12槽三相直流无刷马达的定子接线结构。在图12中,所述无刷马达的定子结构具有8个磁极30,例如包括4个N极和4个S极,且组装于所述定子结构的轭部11上的多个线圈组件20被分为多组,例如被分成20-1、20-2、20-3、20-4四组,每一组包括依次组装于三个相邻的齿部12的三个线圈组件20,且所述三个线圈组件20是分别与三相逆变电源(图中未示)连接,例如,每一个齿部12上组装的线圈组件20的三个尺寸的扁平线圈先串联;然后,每一相的四个绕组线圈进行并联,即U相由U1/U2/U3/U4四个绕组线圈进行并联,V相由V1/V2/V3/V4四个绕组线圈进行并联,W相由W1/W2/W3/W4四个绕组线圈进行并联,进一步地,在一些实施例中,三相绕线可采用Y型接法。
本发明通过使用多组不同尺寸的扁平立绕线圈呈阶梯状连接组成线圈组件,可以有效提升电机的槽满率,并可进一步降低绕线铜损,提升电机效率和提升电机功率密度。本发明通过可拆卸连接的齿部与轭部,可方便线圈的装配。本发明通过立绕方式设置线圈绕组,可以提高电机线圈散热性能。
本发明的电机的定子结构,可应用车用无刷电机(例如可进一步应用于新能源电动汽车上)、家用无刷电机或工业用无刷电机,可以提高产品的功率密度,提高散热性能。
虽然本发明已以实施方式揭露如上,然其并非用以限定本发明,任何熟悉此技艺者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种的更动与润饰,因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (25)
1.一种电机的定子结构,包括一铁芯组件和多个线圈组件,所述铁芯组件具有一轭部和多个齿部,其特征在于,每一所述线圈组件是组装于每一所述齿部上,且每一所述线圈组件是由不同尺寸的至少二扁平立绕线圈依尺寸大小依序堆叠成阶梯状。
2.根据权利要求1所述的电机的定子结构,其特征在于,所述至少二扁平立绕线圈在电机横剖面方向上具有不同的截面宽度并依所述截面宽度的大小依序堆叠,其中具有最大的截面宽度的扁平立绕线圈邻近于所述轭部。
3.根据权利要求2所述的电机的定子结构,其特征在于,所述至少二扁平立绕线圈在所述电机横剖面方向上的截面积相同。
4.根据权利要求1~3任一权利要求所述的电机的定子结构,其特征在于,每一所述齿部的底端与所述轭部为可拆卸地连接。
5.根据权利要求4所述的电机的定子结构,其特征在于,每一所述齿部的底端包含一凸起部,所述轭部包含多个燕尾槽,通过所述凸起部和所述燕尾槽相配合以使得每一所述齿部的底端和所述轭部为可拆卸地连接。
6.根据权利要求1~3所述的电机的定子结构,其特征在于,所述齿部与所述轭部为一体成型。
7.根据权利要求4所述的电机的定子结构,其特征在于,每一所述齿部的顶端具有极靴。
8.根据权利要求7所述的电机的定子结构,其特征在于,每一所述齿部的外周面上还设置有第一绝缘层;且所述轭部的位于两个相邻所述齿部之间的表面上还设置有第二绝缘层。
9.根据权利要求8所述的电机的定子结构,其特征在于,所述第一绝缘层在邻近所述极靴的一端向外侧进一步延伸并分别形成延伸部。
10.根据权利要求8所述的电机的定子结构,其特征在于,每一所述齿部上的所述线圈组件的所述至少二扁平立绕线圈是串联连接。
11.根据权利要求8所述的电机的定子结构,其特征在于,每一所述齿部上的所述线圈组件的所述至少二扁平立绕线圈是并联连接。
12.根据权利要求1所述的电机的定子结构,其特征在于,所述电机为单相电机或多相电机。
13.根据权利要求10所述的电机的定子结构,其特征在于,所述多个线圈组件被分为多组,每一组包括依次组装于三个相邻的所述齿部的三个线圈组件,且所述三个线圈组件分别与三相逆变电源连接。
14.一种无刷电机,其特征在于,所述无刷电机包括有转子结构以及如权利要求1~13任一权利要求所述的定子结构。
15.一种电机的定子结构的制造方法,其特征在于,包括:
步骤A、分别绕制不同尺寸的至少二扁平立绕线圈以形成一线圈组件;
步骤B、将所述至少二扁平立绕线圈依尺寸大小依次插入一齿部并依序堆叠成阶梯状,以形成一待组装组件;
步骤C、重复步骤A和B,以形成多个线圈组件和多个待组装组件;
步骤D、将所述多个待组装组件组装入一轭部,以形成所述定子结构。
16.根据权利要求15所述的制造方法,其特征在于,在所述步骤C和所述步骤D之间,还包括:
步骤D0、将所述多个待组装组件环绕排布并使用治具进行固定;以及,
所述步骤D还包括:将固定的所述多个待组装组件同时组装入一轭部,以形成所述定子结构。
17.根据权利要求15所述的制造方法,其特征在于,在所述步骤B中,所述至少二扁平立绕线圈在电机横剖面方向上具有不同的截面宽度并依所述截面宽度的大小依序堆叠,其中具有最大的截面宽度的扁平立绕线圈邻近于所述轭部。
18.根据权利要求17所述的制造方法,其特征在于,所述至少二扁平立绕线圈在所述电机横剖面方向上的截面积相同。
19.根据权利要求15所述的制造方法,其特征在于,每一所述齿部的底端包含一凸起部,所述轭部包含多个燕尾槽,且在所述步骤D中是通过所述凸起部和所述燕尾槽相配合以使得每一所述齿部的底端和所述轭部为可拆卸地连接组装。
20.根据权利要求19所述的制造方法,其特征在于,每一所述齿部的顶端具有极靴。
21.根据权利要求20所述的制造方法,其特征在于,每一所述齿部的外周面上还设置有第一绝缘层;且所述轭部的位于两个相邻所述齿部之间的表面上还设置有第二绝缘层。
22.根据权利要求21所述的制造方法,其特征在于,所述第一绝缘层在邻近所述极靴的一端向外侧进一步延伸并分别形成延伸部。
23.根据权利要求21所述的制造方法,其特征在于,在所述步骤B中,每一所述齿部上的所述至少二扁平立绕线圈是串联连接。
24.根据权利要求21所述的制造方法,其特征在于,在所述步骤B中,每一所述齿部上的所述至少二扁平立绕线圈是并联连接。
25.根据权利要求23所述的制造方法,其特征在于,组装于所述轭部上的所述多个线圈组件被分为多组,每一组包括依次组装于三个相邻的所述齿部的三个线圈组件,且所述三个线圈组件分别与三相逆变电源连接。
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