CN112821622A - 一种外绕组电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种外绕组电机，包括电机轴和设置在所述电机轴上的电机壳体，所述电机壳体的内腔中设有一个或多个绕组组件以及与所述绕组组件相匹配的磁钢盘，所述绕组组件包括绕组本体和一体注塑成型于所述绕组本体内的绕组，所述绕组包括呈环形、同轴嵌套设置的多圈绕组线圈，多圈所述绕组线圈之间相互独立，且分别均具有独立的接线端子。本发明，各圏绕组线圈构成独立的绕组，增大了绕组线圈的面积，提高了电机效率；各圏绕组均可单独接线，作为功率不同的电机使用，或作为不同转速的电机使用，从原理上改变了现有的绕组线圈只能作为一个电机使用的常规设计。另外，可同时具有电动机和发电机功能，提升了电机功能的多样性。

Description

一种外绕组电机

技术领域

本发明涉及发外绕组电机技术领域，具体涉及一种外绕组电机。

背景技术

现有的外绕组电机，一般为包含一组定子和两个位于定子两侧的转子的单盘外绕组电机，或者是由几个单盘串联组合成的多层外绕组电机。这种多层外绕组电机其中的各个单盘独立工作，对永久磁铁的利用率较低，外绕组电机效率较低。

为了提高电能与机械能的转化效率，中国实用新型专利CN205141955U公开了一种无铁芯多层电机，包括：输出转轴、前端盖、后端盖、环形壁、两个外侧转子磁铁盘、至少两个无铁芯定子、法兰盘、压盘、轴承、无铁芯定子位于两个外侧转子磁铁盘之间并与环形壁固定连接，相邻两个无铁芯定子之间设有一个中间转子磁铁盘，每个中间转子磁铁盘包括一对由非导磁材料制成的转子盘，转子盘在圆周方向均布有若干个径向截面为等腰梯形的通孔，每对转子盘组装后相对的两通孔形成一个卡固空腔，每个卡固空腔处卡设有一中间永久磁铁，转子盘夹设于法兰盘和压盘之间并通过螺栓固定连接，外侧转子盘和法兰盘与输出转轴之间通过平键连接。但是，该方案中绕组利用率低，导致磁通量低，转化率低，外绕组电机效率低。

有鉴于此，急需对现有的外绕组电机的结构进行改进，以提升绕组利用率，提高外绕组电机效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的外绕组电机绕组利用率低，导致磁通量低，转化率低，外绕组电机效率低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种外绕组电机，包括电机轴和设置在所述电机轴上的电机壳体，所述电机壳体的内腔中设有一个或多个绕组组件以及与所述绕组组件相匹配的磁钢盘，所述绕组组件包括：

绕组本体，与所述电机壳体固定；

绕组，一体注塑成型于所述绕组本体内，所述绕组包括呈环形、同轴嵌套设置的多圈绕组线圈，多圈所述绕组线圈之间相互独立，且分别均具有独立的接线端子。

在上述技术方案中，所述绕组线圈由多个扇形的绕组单元串联而成，多个所述绕组单元间隔布置成环形，相邻的两圈所述绕组线圈中，位于外圈的所述绕组单元的数量多于位于内圈的所述绕组单元的数量。

在上述技术方案中，所述绕组线圈由多个扇形的绕组单元串联而成，多个所述绕组单元间隔布置成环形，相邻的两圈所述绕组中，位于外圈的所述绕组单元的扇形圆心角大于位于内圈的所述绕组单元的扇形圆心角。

在上述技术方案中，所述电机轴转动设置在所述电机座上，所述电机座的外圆周面上固定设有集电环装置，所述绕组线圈的接线端子自所述绕组本体的外圆周面穿出，并通过导线与所述集电环装置连接。

在上述技术方案中，所述集电环装置包括：

电极座，套设固定在所述电机座的外圆周面上，所述电极座的外圆周面上间隔设有滑环电极；

电极柱支架，固定在所述电机壳体的底面上，所述电极柱支架上设有与所述滑环电极相对应的电极孔；

电极柱，设置在所述电极孔内固定，所述电极柱的内端与所述滑环电极相抵靠，所述导线与所述电极柱的外端连接。

在上述技术方案中，所述电机轴固定，所述电机壳体围绕所述电机轴转动；或者，

所述电机壳体固定，所述电机轴转动；或者，

所述电机轴和所述电机壳体各自转动，且转动方向相反。

在上述技术方案中，所述磁钢盘包括上磁钢盘和下磁钢盘，所述电机轴上设有环形轴肩，所述环形轴肩上设有多个轴向设置的螺纹孔，所述螺纹孔呈环形布置，所述上磁钢盘的轴孔上端面以及所述下磁钢盘的轴孔下端面上分别设有环形凸台，所述环形凸台上设有多个轴向固定孔，所述轴向固定孔与所述螺纹孔对应设置，所述上磁钢盘和下磁钢盘分别与固定在所述环形轴肩上。

在上述技术方案中，所述电机壳体的内腔中设有一个所述绕组组件，通过紧固螺栓穿过所述环形凸台上的轴向固定孔将所述上磁钢盘和下磁钢盘固定在所述环形轴肩的上端面和下端面上。

在上述技术方案中，所述电机壳体内设有两个所述绕组组件，所述磁钢盘还包括设置在两个所述绕组组件之间的中磁钢盘，所述下磁钢盘与所述环形轴肩的下端面固定，所述中磁钢盘和所述上磁钢盘与所述环形轴肩的上端面固定，且二者之间设有第一内环套筒。

在上述技术方案中，所述绕组组件的外缘嵌入到第二外环套筒内，通过第三紧固螺栓依次贯穿所述上端盖上的外缘通孔、绕组组件上的第二外环套筒和下端盖上的外缘通孔紧固，组装成电机壳体，所述第二外环套筒的上下端面上分别设有第一外环套筒。

与现有技术相比，本发明中，各圏绕组线圈均具有独立的接线端子，构成独立的绕组，能够更有效地利用空间，增大了绕组线圈的面积，提高了外绕组电机效率；各圏绕组均可单独接线，作为功率不同的外绕组电机使用，也可以作为不同转速的外绕组电机使用，从原理上改变了现有的绕组线圈只能作为一个外绕组电机使用的常规设计。另外，同一个绕组组件上的不同绕组，可以一个外绕组电机作为电动机使用时，另一个作为发外绕组电机使用，大大提升了外绕组电机功能的多样性。

附图说明

图1为具体实施例1所示的外绕组电机的示意图；

图2为具体实施例1中的电机组件示意图；

图3为具体实施例1中的上端盖示意图；

图4为具体实施例1中的上端盖的剖面图

图5为具体实施例1中的绕组组件外形图；

图6为图5所示绕组组件的剖面图；

图7为图5所示绕组组件中的绕组线圈示意图；

图8为传统的绕组组件中绕组线圈的布置示意图；

图9为本发明具体实施例1中的绕组组件中绕组线圈的布置示意图；

图10为本发明具体实施例2中的绕组组件的示意图；

图11为图10所示的绕组组件的剖面图；

图12为本发明具体实施例2提供的外绕组电机示意图；

图13本发明中具有三个绕组组件的外绕组电机示意图；

图14为图12中的A部放大图；

图15为图12中的B部放大图；

图16为图1中的C部放大图。

图1-图16中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

电机轴100，电机座200，集电环装置300；

上端盖101，下端盖102，内圈磁钢103，外圈磁钢104，上磁钢盘105，下磁钢盘106，第一紧固定螺栓107，第一内环套筒108；

绕组组件110，内圈绕组111，外圈绕组112，中间绕组113，内圈接线端子114，外圈接线端子115，环形凸台116，轴向固定孔117，环形轴肩119；

第一绕组单元121，第二绕组单元122；

中磁钢盘130；

第一外环套筒141，第二外环套筒142，第三紧固螺栓143，

第一绕组组件161，第二绕组组件162，第三绕组组件163；

电极座301，电极柱支架302，滑环电极303，电极柱304，弹簧305，导线306，护套307。

具体实施方式

本发明提供了一种外绕组电机，不仅提升了绕组线圈的利用率，提高了外绕组电机的效率，而且提升了外绕组电机功能的多样性。下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做出详细说明。

如图1、图12、图13所示，本发明提供的外绕组电机包括电机轴100和设置在电机轴100上的电机组件，电机轴100插装在电机座200的轴孔内可转动配置，电机座200的轴孔上下两端分别设有轴承，实现了电机轴100与电机座200之间的相对灵活转动。

再参见图2所示，电机组件包括由上端盖101和下端盖102组合而成的电机壳体，电机壳体的内腔中设有一个或多个绕组组件110以及与绕组组件110相匹配的磁钢盘。

绕组组件110采用的是外绕组结构形式，具有多极绕组线圈，绕组线圈的外接线端子自绕组组件110的外圆周面上的穿出，与设置在电机座200上的集电环装置300连接。绕组组件110与电机壳体固定，与绕组组件110对应的磁钢盘与电机轴100固定，绕组组件与磁钢盘相对转动，构成外绕组电机。

在一个实施例中，电机轴100固定，构成外绕组电机的定子，电机壳体由外部的驱动装置驱动，带动磁钢盘相对于绕组组件转动，构成外绕组电机的转子。

在另一个实施例中，电机壳体固定，构成外绕组电机的定子，电机轴100由外部的驱动装置驱动，带动绕组组件相对于磁钢盘转动，构成外绕组电机的转子。

在另一个实施例中，电机轴100和电机壳体分别由不同的驱动装置驱动，磁钢盘与绕组组件的转动方向相反，构成双转子电机。

在本发明中，绕组组件采用的是注塑成型结构，由布置成环形、同轴嵌套设置的多圈(多层)绕组线圈一体注塑在绕组本体中成型，各圏绕组线圈均具有独立的接线端子，构成相互独立的绕组线圈。其中，每一圈的绕组线圈均由多个扇形的绕组单元串联而成，多个绕组单元间隔布置成环形，且相邻的两圈绕组线圈中，位于外圈的绕组单元的扇形圆心角大于位于内圈的绕组单元的扇形圆心角，或者位于外圈的绕组单元的数量大于位于内圈的绕组单元的数量。

本发明中，绕组组件可为多极绕组。

具体实施例1。

该具体实施例1为电机壳体内仅设有一个绕组组件的结构形式。

请参见图1-图7，图1为具体实施例1所示的外绕组电机的示意图，图2为具体实施例1中的电机组件示意图，图3为具体实施例1中的上磁钢盘的示意图，图4为具体实施例1中上磁钢盘的剖面图，图5为具体实施例1中的绕组组件的外形图，图6为图5所示绕组组件的剖面图，图7为图5所示绕组组件中的绕组线圈示意图。

如图1所示，本发明具体实施例1提供的外绕组电机，包括电机轴100和设置在电机轴100上的电机组件。

电机组件包括由上端盖101和下端盖102扣合而成的电机壳体，电机壳体的内腔中设有一个绕组组件，绕组组件与电机壳体固定。绕组组件的上下端面分别对应于上磁钢盘105和下磁钢盘106，上磁钢盘105和下磁钢盘106分别与电机轴100固定。

如图2、图5-7所示，绕组组件由内圈绕组111和外圈绕组112两圈绕组线圈同轴嵌套而成，内圈绕组111与外圈绕组112之间间隔设置，相互独立，分别具有内圈接线端子114和外圈接线端子115。

内圈绕组111由多个扇形状的第一绕组单元121依次串联而成，多个第一绕组单元121间隔布置成环形，外圈绕组112由多个扇形状的第二绕组单元122依次串联而成，多个第二绕组单元122也间隔布置成环形。

在本具体实施例中，第二绕组单元122的数量多于第一绕组单元121的数量，由此，绕组本体的外圈空间得以充分地利用。

除此之外，也可以是第二绕组单元122的数量与第一绕组单元121的数量相同，但第二绕组单元122的扇形圆心角大于第一绕组单元121的扇形圆心角，同样也可以充分地利用绕组本体的外圈空间。

上磁钢盘105和下磁钢盘106上分别设有与绕组线圈对应的磁钢，磁钢包括内圈磁钢103和外圈磁钢104，分别固定设置在上磁钢盘105的下端面上和下磁钢盘106的上端面上，且分别由多个磁钢单元组成。

以图3、图4所示的上磁钢盘105为例，内圈磁钢103和外圈磁钢104分别设置在上磁钢盘105的下端面上，外圈磁钢104中磁钢单元的数量多于内圈磁钢103。

由此，内圈绕组111与内圈磁钢103构成了内圈电机，外圈绕组112与外圈磁钢104构成了外圈电机，内圈电机和外圈电机是相互独立的两个独立电机。从原理上改变了现有的绕组线圈只能作为一个电机使用的常规设计。

再请参见图2所示，电机轴100上设有环形轴肩119，环形轴肩119上设有多个轴向设置的螺纹孔，螺纹孔呈环形布置，上磁钢盘105的轴孔上端面以及下磁钢盘106的轴孔下端面上分别设有环形凸台116，环形凸台116上设有多个轴向固定孔117，轴向固定孔117与螺纹孔对应设置。上磁钢盘105套设在电机轴100上，环形凸台116的内端面抵靠在环形轴肩119上，然后通过紧固螺栓穿过环形凸台116上的轴向固定孔117固定在环形轴肩119上的螺纹孔内，从而将上磁钢盘105固定在电机轴100上的环形轴肩119的上端面上。

同理，可将下磁钢盘106固定在电机轴100上的环形轴肩119的下端面上。

绕组组件设置在上磁钢盘105和下磁钢盘106之间，绕组组件相对于上磁钢盘105和下磁钢盘106转动，构成外绕组电机。

请参见图8和图9，图8为传统绕组形式，图9为本发明中的绕组形式，其中阴影线部分为绕组线圈。

在图8所示的传统绕组形式中，虚线为参考线，鉴于多极绕组的特点，针对于在扇形区域内沿扇形边框绕制的绕组线圈，其内圈S1部分通常是无法用到的，因此，线圈只会绕制在S2部分，S1部分被浪费了。而如图9所示的本发明提供的绕组，内圈S1部分可以设计成扇形角较小的另一个独立的线圈，因此，内圈S1部分得以利用，绕组线圈所占的面积为S1+S3。通过对比可知，本发明提供的方案，能够更充分地利用绕组本体的内圈空间，增大了绕组线圈的面积。因此，本发明提供的绕组组件，增大了磁通量，提高了效率。

绕组线圈的布置，可以根据绕组直径、线圈圏数等进行选择。

在该实施例中,内圈电机与外圈电机可单独接线，作为功率不同的外绕组电机使用，也可以作为不同转速的外绕组电机使用；另外，在一个外绕组作为电动机使用时，另一个外绕组还可以作为发电机使用，大大提升了外绕组电机功能的多样性。

具体实施例2。

本具体实施例2是对具体实施例1中的绕组组件做出的进一步改进，如图10、11所示，绕组线圈由内、外两圈增加为了三圈，即在内圈绕组111和外圈绕组112之间增设了中间绕组113。内圈绕组111和外圈绕组112之间增设了中间绕组113相互独立，且分别具有独立的接线端子。

内圈绕组111、外圈绕组112和中间绕组113的接线端子，均由绕组组件的外圆周面穿出。内圈绕组111、外圈绕组112和中间绕组113分别对应磁钢中的内圈磁钢、外圈磁钢和中间磁钢。

也可以认为在一个绕组上集成了三个电机。

具体实施例3。

本具体实施例3是在具体实施例1的基础上所做出的改进设计，如图12所示，该具体实施例3中，电机壳体内设有第一、第二两个上述结构的绕组组件161和162。

第一绕组组件161和第二绕组组件162间隔设置，二者之间设置有中磁钢盘130。中磁钢盘130与上磁钢盘105和下磁钢盘106结构类似，区别在于中磁钢盘130的上下端面上均设有磁钢，包括内圈磁钢103和外圈磁钢104。中磁钢盘130与电机轴100固定。

下面结合图12、图14和图15所示，说明本发明中电机组件的组装过程。

第一步：自下而上将下磁钢盘106套装在电机轴100上，并通过第一紧固定螺栓107将其固定在环形轴肩119的下端面上。

第二步：自下而上将下端盖102和下端盖轴承安装在电机轴100上，然后套设第一外环套筒141，第一外环套筒141抵靠在下端盖102外缘处的上端面上。

第三步：将第二绕组组件162与第二外环套筒142组合成一个整体，也可以在出厂时就预制成整体形式，第二绕组组件162自上而下套装在电机轴100的环形轴肩119的外圆周面上。

第四步：自上而下套装中磁钢盘130，中磁钢盘130的下端面抵靠在环形轴肩119的上端面上。中磁钢盘130上同样设有与环形轴肩119上的螺纹孔相对应的通孔。

第五步：自上而下套装第一内环套筒108，第一内环套筒108的下端面抵靠在中磁钢盘130的上端面上，第一内环套筒108具有与环形轴肩119上的螺纹通孔相对应的通孔。

第六步：将第一绕组组件161与另一个第二外环套筒142组合成一个整体，自上而下套装在第一内环套筒108的外圆周面上。

第七步：自上而下套装上磁钢盘105，上磁钢盘105的环形凸台的下端面抵靠在第一内环套筒108的上端面上。

第八步：通过第二紧固定螺栓109将上磁钢盘105、第一内环套筒108和中磁钢盘130固定在环形轴肩119的上端面上。

第九步，安装另外一个第一外环套筒141，其下端面抵靠在第一绕组组件161上的第二外环套筒142的上端面上。

第十步，将上端盖101和上端盖轴承安装在电机轴100上，通过第三紧固螺栓143依次贯穿上端盖101上的外缘通孔、第一外环套筒141、第一绕组组件161上的第二外环套筒142，第二绕组组件162上的第二外环套筒142以及另一个第一外环套筒141和下端盖102上的外缘通孔紧固，组装成电机壳体。

组装后应保证第一绕组组件161、第二绕组组件162、上磁钢盘105、下磁钢盘106以及中磁钢盘130相对转动灵活。

本具体实施例中，第一内环套筒108设置在环形轴肩119的上方，显然也可以将其设置在下方，并相应地改变其他部件的位置和安装顺序。

并且，可以通过增加第一内环套筒108数量的方式，组装更多的外绕组组件。例如，如图13所示组装有第一绕组组件161，第二绕组组件162，和第三绕组组件163三个绕组组件的外绕组电机。

以上具体实施例，以立式结构的外绕组电机的具体实施例为例进行说明，但是本发明方案并不局限于立式结构的外绕组电机，同样也适用于卧式结构的外绕组电机。

具体实施例4。

本具体实施例4是在具体实施例1的基础上，对集电环装置结构的进一步细化。

如图16所示，集电环装置包括电极座301、电极柱304(碳刷)和电极柱支架302。电极座301套设在电机座200的外圆周面上，并通过紧固螺栓固定。电极座301的外圆周面上间隔设有三个滑环电极303。电极柱支架302固定在下端盖102的底面上，电极柱支架302上设有三个与滑环电极303相对应的电极孔，电极柱304设置在电极孔内固定，通过弹簧305使电极柱304的内端保持与滑环电极303的紧密接触，电极柱304的外端通过导线306与绕组线圈的接线端子连接。

下端盖102的底面上还固定设有圆筒状的护套307，护套307包围电极柱支架302和电极座301设置，对电极柱支架302和电极座301起到保护的作用，护套307的侧壁上开有用于导线306穿过的过线孔。

综合以上具体实施例的描述，与现有技术相比，本发明具有以下优点：

首先，绕组组件由径向同轴嵌套设置的多层(多圈)布置成环形的绕组线圈一体注塑成型，各圏绕组线圈均具有独立的接线端子，构成独立的绕组。能够更有效地利用空间，增大了绕组线圈的面积，提高了电机效率。

其次，各圏绕组均可单独接线，作为功率不同的电机使用，也可以作为不同转速的电机使用，从原理上改变了现有的绕组线圈只能作为一个电机使用的常规设计。

第三，同一个绕组组件上的不同绕组，可以一个作为电动机使用，另一个作为电机使用，大大提升了电机功能的多样性。

第四，采用了独特的结构设计，实现了一个和多个绕组组件以及对应的多个磁钢盘的固定，结构合理，组装方便。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明并不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种外绕组电机，包括电机轴和设置在所述电机轴上的电机壳体，所述电机壳体的内腔中设有一个或多个绕组组件以及与所述绕组组件相匹配的磁钢盘，其特征在于，所述绕组组件包括：

绕组本体，与所述电机壳体固定；

绕组，一体注塑成型于所述绕组本体内，所述绕组包括呈环形、同轴嵌套设置的多圈绕组线圈，多圈所述绕组线圈之间相互独立，且分别均具有独立的接线端子。

2.根据权利要求1所述的外绕组电机，其特征在于，所述绕组线圈由多个扇形的绕组单元串联而成，多个所述绕组单元间隔布置成环形，相邻的两圈所述绕组线圈中，位于外圈的所述绕组单元的数量多于位于内圈的所述绕组单元的数量。

3.根据权利要求1所述的外绕组电机，其特征在于，所述绕组线圈由多个扇形的绕组单元串联而成，多个所述绕组单元间隔布置成环形，相邻的两圈所述绕组中，位于外圈的所述绕组单元的扇形圆心角大于位于内圈的所述绕组单元的扇形圆心角。

4.根据权利要求1所述的外绕组电机，其特征在于，所述电机轴转动设置在所述电机座上，所述电机座的外圆周面上固定设有集电环装置，所述绕组线圈的接线端子自所述绕组本体的外圆周面穿出，并通过导线与所述集电环装置连接。

5.根据权利要求4所述的外绕组电机，其特征在于，所述集电环装置包括：

电极座，套设固定在所述电机座的外圆周面上，所述电极座的外圆周面上间隔设有滑环电极；

电极柱支架，固定在所述电机壳体的底面上，所述电极柱支架上设有与所述滑环电极相对应的电极孔；

电极柱，设置在所述电极孔内固定，所述电极柱的内端与所述滑环电极相抵靠，所述导线与所述电极柱的外端连接。

6.根据权利要求1所述的外绕组电机，其特征在于，

所述电机轴固定，所述电机壳体围绕所述电机轴转动；或者，

所述电机壳体固定，所述电机轴转动；或者，

所述电机轴和所述电机壳体各自转动，且转动方向相反。

7.根据权利要求1所述的外绕组电机，其特征在于，所述磁钢盘包括上磁钢盘和下磁钢盘，所述电机轴上设有环形轴肩，所述环形轴肩上设有多个轴向设置的螺纹孔，所述螺纹孔呈环形布置，所述上磁钢盘的轴孔上端面以及所述下磁钢盘的轴孔下端面上分别设有环形凸台，所述环形凸台上设有多个轴向固定孔，所述轴向固定孔与所述螺纹孔对应设置，所述上磁钢盘和下磁钢盘分别与固定在所述环形轴肩上。

8.根据权利要求7所述的外绕组电机，其特征在于，所述电机壳体的内腔中设有一个所述绕组组件，通过紧固螺栓穿过所述环形凸台上的轴向固定孔将所述上磁钢盘和下磁钢盘固定在所述环形轴肩的上端面和下端面上。

9.根据权利要求7所述的外绕组电机，其特征在于，所述电机壳体内设有两个所述绕组组件，所述磁钢盘还包括设置在两个所述绕组组件之间的中磁钢盘，所述下磁钢盘与所述环形轴肩的下端面固定，所述中磁钢盘和所述上磁钢盘与所述环形轴肩的上端面固定，且二者之间设有第一内环套筒。

10.根据权利要求7所述的外绕组电机，其特征在于，所述绕组组件的外缘嵌入到第二外环套筒内，通过第三紧固螺栓依次贯穿所述上端盖上的外缘通孔、绕组组件上的第二外环套筒和下端盖上的外缘通孔紧固，组装成电机壳体，所述第二外环套筒的上下端面上分别设有第一外环套筒。

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