CN114172291A - 一种绕组结构及具有该绕组结构的电机 - Google Patents

Abstract

一种绕组结构及其电机，所述绕组具有两层走线，每相绕组分别以波形线的方式绕制而成的，波形线上的每个波形为一个线圈，从而形成若干线圈，线圈串联连接为一体，形成了圆环形的绕组；且在一匝导线绕制完成后，该匝导线的尾端通过一跨线段连接至下一匝导线的首端；所述绕组分为用于产生磁场的有效边、及用于连接所述有效边的连接端，且所述连接端包含第一连接端及第二连接端，所述第一连接端及第二连接端是在相邻线圈之间的两层上间断的设置且分别位于有效边两侧，而所述绕组的有效边在两层走线上同时设置且相互电性相连。借助上述结构数个不同相的所述绕组借助间断设置的第一连接端和第二连接端使线圈呈U形，而能正向或反向叠置在两层走线之间。

Description

一种绕组结构及具有该绕组结构的电机

技术领域

本发明涉及电机领域，特别是涉及一种绕组结构及具有该绕组结构的电机。

背景技术

电机中的绕组属于其重要结构，而绕组的基本单元是线圈，目前，常见的电机线圈包括一匝或多匝绝缘导线，线圈按一定规律排列和连接形成绕组。由于传统的永磁电机中需要应用到三相绕组结构，而其每相绕组中相邻的两个线圈电流方向相反，因此现有的绕线方式是需要为每一相设置两个走线层，也就是说三相绕组最少需要设置六个走线层。这种现有结构造成了绕组的结构十分复杂，并且材料用量多，成本高企。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低、制作简便的一种绕组结构及具有该绕组结构的电机。

为实现上述目的，本申请提供了如下技术方案：

本发明一种绕组结构，其具有两层走线，每相的该绕组是利用数匝导线分别以波形线的方式绕制而成的，波形线上的每个波形为一个线圈，从而形成若干线圈，所述线圈串联连接为一体，形成了圆环形的绕组；且在一匝导线绕制完成后，该匝导线的尾端通过一跨线段连接至下一匝导线的首端；

所述绕组分为用于产生磁场的有效边、及用于连接所述有效边的连接端，且所述连接端包含第一连接端及第二连接端，所述第一连接端及第二连接端是在相邻线圈之间的两层上间断的设置且分别位于有效边两侧，而所述绕组的有效边在两层走线上同时设置且相互电性相连。

进一步的，本发明一种绕组结构，其中数个不同相的所述绕组借助间断设置的第一连接端和第二连接端使线圈呈U形，而正向或反向叠置在两层走线之间。

本发明还提供了一种电机，其具有上述任一权利要求所述的绕组结构。所述电机可采用为径向磁场电机的定子结构或轴向磁场电机的定子结构。

与现有技术相比，本发明一种绕组结构及具有该绕组结构的电机至少具有以下有益效果：

本发明一种绕组结构应用于多相绕组时(例如三相)，只需要外层(上层)走线和内层(下层)走线两个走线层，因此该三相绕组结构两层走线实现了传统绕组结构六层走线的功能，具有绝缘导线的材料用量少，成本低的优点；而且本发明的绕组结构叠加组合更加灵活，且该绕线方法可以适用于其它多相电机，且走线的层数只需要2的倍数即可。具有该绕组结构的电机，可实现小型化及低成本化的目的。

下面结合附图对本发明一种绕组结构及具有该绕组结构的电机作进一步说明。

附图说明

图1为本发明的一种应用于轴向磁场电机的定子结构的绕组结构的A相绕组的立体结构示意图；

图2为本发明一种应用于轴向磁场电机定子结构的绕组结构一实施例的俯视结构示意图；

图3为本发明一种应用于轴向磁场电机定子结构的绕组结构三相叠合后的上下层走线的立体结构示意图；

图4为本发明的一种应用于轴向磁场电机定子结构的绕组结构的B相绕组的立体结构示意图；

图5为本发明的一种应用于轴向磁场电机定子结构的绕组结构的C相绕组的立体结构示意图；

图6为本发明一种应用于轴向磁场电机定子结构的绕组结构三相叠合的局部放大示意图；

图7为本发明一种用于径向电机定子的A相绕组立体结构示意图；

图8为本发明一种径向电机定子的三相叠合后的绕组立体结构示意图；

图9为本发明一种径向电机定子的绕组结构的B相绕组立体结构示意图；

图10为本发明一种径向电机定子的绕组结构的C相绕组立体结构示意图。

附图标记说明：

101 第一匝导线 102 第二匝导线

103 第三匝导线

111 上层走线 112 下层走线

121 径向有效边 122 外连接端

123 内连接端

124 第一跨线段 125 第二跨线段

126 第一连接段 127 第二连接段

131 第一线圈 132 第二线圈

133 第三线圈 134 第四线圈

201 第一匝导线 202 第二匝导线

203 第三匝导线 204 第四匝导线

211 内层走线 212 外层走线

221 轴向有效边 222 内层连接端

223 外层连接端

224 第一跨线段 225 第二跨线段

226 第三跨线段

241 第一连接段 242 第二连接段

231 第一线圈 232 第二线圈

233 第三线圈 234 第四线圈。

具体实施方式

由于传统的永磁电机中应用到三相绕组结构，其绕线方式是每一相需要两个走线层，三相绕组最少需要六个走线层。本发明提供了一种可以将多个绕组叠置的技术方案，可利用每相绕组之间的空隙容置其他绕组，其要点在于，所述绕组具有两层走线，将每相的绕组利用数匝导线分别以波形线的方式绕制，每个波形为一个线圈，从而形成若干线圈，所述线圈串联连接为一体，形成了圆环形的绕组；且在一匝导线绕制完成后，该匝导线的尾端通过一跨线段连接至下一匝导线的首端；

该单相绕组的两层走线分为第一层走线和第二层走线，且将所述绕组分为用于产生磁场的有效边、及用于连接所述有效边的连接端，所述连接端包含第一连接端及第二连接端，所述第一连接端及第二连接端在相邻线圈之间的两层上间断设置，而所述两层走线均设有相连的有效边。例如，第一线圈131通过下层外连接端122连接，第二线圈132通过下层内连接端123连接，第三线圈133通过上层外连接端122连接，第四线圈134通过上层内连接端123连接，接下来的线圈再依序按上述的方式连接，内连接端123和外连接端122依序循环间断设置。

由于上述的单相绕组分两层绕线，以及利用多匝线分别采用波形线的方式绕制并串联连接，第一连接端和第二连接端在相邻线圈上间断设置且分别位于有效边两侧，最大限度地减少了连接端的数量；同时两层走线上均设置有相同数量的有效边，增加了径向有效边121的数量，保证了导线的最大利用率，降低了成本；间断设置内连接端123和外连接端122还可以连接更多相的绕组，而且借助间断设置的第一连接端和第二连接端使线圈呈U形，可使多相线圈正向或反向叠置在两层走线之间。

以下以具体实施例详细说明本发明的结构。

实施例1

如图1所示，该单相绕组的两层走线分为上层走线111和下层走线112，径向有效边121在上层走线111和下层走线112上均有设置，内连接端123和外连接端122在相邻线圈上间断设置，同时在上层走线111和下层走线112上间断设置。

本发明的一具体实施例的是以应用于轴向磁场电机的定子结构一种绕组为例，该电机的绕组是采用三相星形接法。请参见图1所示，其为一种绕组结构的A相绕组的立体结构示意图。在该具体实施例中，该绕组结构为单相绕组，具有上下两层走线，采用了三匝绝缘导线，形成了圆环形的绕组，该绕组可分为径向有效边121、内连接端123和外连接端122，从进线侧首端开始依次分为第一匝导线101、第二匝导线102和第三匝导线103。

如图1及图2所示，第一匝导线101、第二匝导线102和第三匝导线103三匝导线分别以波形线的方式绕制，串联连接为一体，形成若干线圈。第一匝导线101绕制完成后，第一匝导线101的尾端通过第一跨线段124连接至第二匝导线102的首端；第二匝导线102绕制完成后，第二匝导线102的尾端通过第二跨线段125连接至第三匝导线103的首端。

如图1所示，该单相绕组的两层走线分为上层走线111和下层走线112，径向有效边121在上层走线111和下层走线112上均有设置，内连接端123和外连接端122在相邻线圈上间断设置，同时在上层走线111和下层走线112上间断设置。例如，第一线圈131通过下层外连接端122连接，第二线圈132通过下层内连接端123连接，第三线圈133通过上层外连接端122连接，第线圈四134通过上层内连接端123连接，接下来的线圈再依序按上述的方式连接，内连接端123和外连接端122依序循环间断设置。

上述的单相绕组分上下两层绕线，多匝线分别采用波形线的方式绕制并串联连接，内连接端123和外连接端122间断设置，最大限度地减少了内连接端123或者外连接端122；上层走线111和下层走线112上均设置径向有效边121，增加了径向有效边121的数量，保证了导线的最大利用率，降低了成本；间断设置内连接端123和外连接端122还可以连接更多相的绕组。

如图3所示，上下层三相绕组结构，将三相绕组交错布置在上层走线111和下层走线112上。将图1的绕组作为A相绕组，图4的绕组作为B相绕组，图5的绕组作为C相绕组，A相绕组和B相绕组为相同绕线结构，将A相绕组的上层走线111与下层走线112对调形成C相绕组。

如图6所示，A相绕组第三匝导线103的尾端与C相绕组第三匝导线103的尾端通过第一连接段126连接，B相绕组第三匝导线103的尾端与C相绕组第三匝导线103的尾端通过第二连接段127连接，这样A相绕组、B相绕组和C相绕组构成星形接法。传统的永磁电机中应用到三相绕组结构，其绕线方式是每一相需要两个走线层，三相绕组最少需要六个走线层。图3所示的三相绕组结构整体只需要上层走线111和下层走线112两个走线层，该三相绕组结构两层走线实现了传统绕组结构六层走线的功能，绝缘导线的材料用量少，成本低；而且叠加组合更加灵活，走线的层数只需要2的倍数即可，也就是说当该绕组结构应用于更多相时，两层之间的空间已无法全部容置之时，可采用两层或多层相同的绕组结构叠加，根据电机的参数计算需要多少个绕组结构叠加，进行并联或者串联。

图3所示的绕组结构可以直接印制在电路板上，也可以粘贴在绝缘板的两面，如陶瓷板或者玻璃纤维布板等，还可以通过绝缘固定片夹紧固定，或者采用扁导体直接绕制，相互间粘接固定为一体。该绕组结构可以用于轴向磁场电机的定子结构。

实施例2

如图7所示，该绕组结构为单相绕组，具有内外两层走线，四匝绝缘导线，形成圆柱环形的绕组，分为轴向有效边、内层连接端和外层连接端，从进线侧首端开始依次分为第一匝导线201、第二匝导线202、第三匝导线203和第四匝导线204。

如图7所示，第一匝导线201、第二匝导线202、第三匝导线203和第四匝导线204共四匝导线分别以波形线的方式绕制，串联连接为一体，形成若干线圈。第一匝导线201绕制完成后，第一匝导线201的尾端通过第一跨线段224连接至第二匝导线202的首端；第二匝导线202绕制完成后，第二匝导线202的尾端通过第二跨线段223连接至第三匝导线203的首端；第三匝导线203绕制完成后，第三匝导线203的尾端通过第三跨线段连接至第四匝导线204的首端。

如图7所示，该单相绕组的两层走线分为内层走线211和外层走线212，轴向有效边在内层走线211和外层走线212上均有设置，内层连接端和外层连接端在相邻线圈上间断设置，同时在内层走线211和外层走线212上间断设置。例如，

第一线圈231通过后侧外层连接端连接，第二线圈232通过前侧内层连接端连接，第三线圈233通过后侧内层连接端连接，第四线圈234通过前侧外层连接端连接，接下来的线圈再依序按上述的方式连接，内层连接端和外层连接端依序循环间断设置。

图7所示的单相绕组分内外两层绕线，四匝线分别采用波形线的方式绕制并串联连接，内层连接端和外层连接端间断设置，最大限度地减少了内层连接端或者外层连接端；内层走线211和外层走线212上均设置轴向有效边，增加了轴向有效边的数量，保证了导线的最大利用率，降低了成本；间断设置内层连接端和外层连接端还可以连接更多相的绕组。

如图8所示，内外层三相绕组结构，将三相绕组交错布置在外层走线212和内层走线211上。将图7的绕组作为A相绕组，图9的绕组作为B相绕组，图10的绕组作为C相绕组，A相绕组和B相绕组为相同绕线结构，将A相绕组的外层走线212与内层走线211对调形成C相绕组。

如图7及图8所示，A相绕组第四匝导线204的尾端与C相绕组第四匝导线204的尾端通过第一连接段241连接；如图8及图10所示，B相绕组第四匝导线204的尾端与C相绕组第四匝导线204的尾端通过第二连接段242连接，这样A相绕组、B相绕组和C相绕组构成星形接法。

相对于，传统的永磁电机中应用到三相绕组结构，由于其绕线方式是每一相需要两个走线层，导致三相绕组最少需要六个走线层。而本发明的图8所示的三相绕组结构整体只需要外层走线212和内层走线211两个走线层，因此该三相绕组结构两层走线实现了传统绕组结构六层走线的功能，绝缘导线的材料用量少，成本低；而且叠加组合更加灵活，走线的层数只需要2的倍数即可。

图8所示的绕组结构可以绕制粘贴在圆筒状绝缘介质的内外两面，如陶瓷介质或者玻璃纤维介质等，还可以绕制在铁芯上，或者采用导体直接绕制，相互间粘接固定为一体。该绕组结构可以用于径向磁场电机的定子结构。

上述实施例是分别采用了三匝线绕制及四匝绕制，本领域技术人员可知晓的是所述匝数是根据电机参数来定，本发明并不限定匝数的选择。另外上述星形接法也可替换为常用的三角形法。

上述绕组结构可分别用于轴向磁场电机或者径向磁场电机，在本发明的一具体实施例中，电机采用了上述实施例1的绕组结构，其定子是采用多个所述绕组结构串联或者并联连接且固定为一体形成平面圆环体作为定子，而转子上具有轴向磁场的永磁体，设置在所述定子的两侧。该具有该绕组结构的轴向磁场电机具有更薄的厚度、结构更简单以及更低的成本。

在另一具体实施例中，为具有实施例2所述的绕组结构的电机，其定子采用多个该绕组结构串联或者并联连接且固定为一体形成圆柱环体，且其转子上具有径向磁场的永磁体，所述永磁体可设置在定子的内圈或者外圈上。具有该绕组结构的径向磁场电机具有更小的径向尺寸、结构更简单以及更低的成本。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种绕组结构，其特征在于，所述绕组具有两层走线，每相的该绕组是利用数匝导线分别以波形线的方式绕制而成的，波形线上的每个波形为一个线圈，从而形成若干线圈，所述线圈串联连接为一体，形成了圆环形的绕组；且在一匝导线绕制完成后，该匝导线的尾端通过一跨线段连接至下一匝导线的首端；

所述绕组分为用于产生磁场的有效边、及用于连接所述有效边的连接端，且所述连接端包含第一连接端及第二连接端，所述第一连接端及第二连接端是在相邻线圈之间的两层上间断的设置且分别位于有效边两侧，而所述绕组的有效边在两层走线上同时设置且相互电性相连。

2.根据权利要求1所述的一种绕组结构，其特征在于，数个不同相的所述绕组借助间断设置的第一连接端和第二连接端使线圈呈U形，而正向或反向叠置在两层走线之间。

3.一种绕组结构，其特征在于，每个单相绕组是由数匝导线分别以波形线的方式绕制形成若干线圈，并串联连接为一体，其中第一匝导线的尾端通过第一跨线段连接至第二匝导线的首端，以此类推直到最后一匝；

上述的单相绕组具有上下两层走线，上层走线和下层走线上均设置径向有效边，上层有效边和下层有效边相互电连接，内连接端和外连接端在相邻线圈上间断设置，且内连接端和外连接端分别设置于上层走线或下层走线。

4.根据权利要求3所述的一种绕组结构，其特征在于，所述绕组结构应用于三相电机，具有A、B、C三个所述单相绕组，交错叠置于两层之间构成三相绕组结构，其中，A相绕组和B相绕组为相同绕线结构，而C相绕组是将A相绕组或B相绕组的上层走线与下层走线对调的结构。

5.根据权利要求4所述的一种绕组结构，其特征在于，A相绕组的尾端与C相绕组的尾端通过第一连接段连接，B相绕组的尾端与C相绕组的尾端通过第二连接段连接，A相绕组、B相绕组和C相绕组构成星形连接。

6.根据权利要求3或4或5任一所述的一种绕组结构，其特征在于，所述绕组结构是直接印制在电路板上、粘贴在绝缘板的两面、通过绝缘固定片夹紧固定、或者采用扁导体直接绕制，相互间粘接固定为一体。

7.一种绕组结构，其特征在于，

该绕组结构包含的数相绕组，每相绕组，均具有分为内层走线和外层走线的两层走线，其是由数匝绝缘导线，分别以波形线的方式绕制，并串联连接为一体而构成的由若干线圈形成的圆柱环形的绕组，所述线圈包含轴向有效边、内层连接端和外层连接端，绝缘导线从进线侧首端开始依次绕制，每一匝导线绕制完成后，其尾端通过跨线段连接至下一匝导线的首端直至最后一匝导线；

在所述的内层走线和外层走线上均设置有该单相绕组的轴向有效边，并且所述内层连接端和外层连接端是在相邻线圈上间断设置，同时在内层走线和外层走线上也是间断设置。

8.根据权利要求7所述的一种绕组结构，其特征在于，所述绕组结构为内外层三相绕组结构，表示为A、B、C，所述三相绕组是有三组单相绕组交错布置在外层走线和内层走线上；其中A相绕组和B相绕组为相同绕线结构，而C相绕组是A相绕组的外层走线与内层走线对调形成的结构；A相绕组的尾端与C相绕组导线尾端通过第一连接段连接；B相绕组的尾端与C相绕组导线尾端通过第二连接段连接，使A相绕组、B相绕组和C相绕组构成星形接法。

9.根据权利要求8所述的一种绕组结构，其特征在于，所述绕组结构绕制粘贴在圆筒状绝缘介质的内外两面、或绕制在铁芯上，或者采用导体直接绕制，相互间粘接固定为一体。

10.一种电机，其特征在于，具有上述任一权利要求所述的绕组结构。

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