CN115370661A - 一种径向磁轴承定子的绕线方法、径向磁轴承定子及径向磁轴承 - Google Patents

一种径向磁轴承定子的绕线方法、径向磁轴承定子及径向磁轴承 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种径向磁轴承定子的绕线方法、径向磁轴承定子及径向磁轴承。该径向磁轴承定子的绕线方法包括：S110，将第一成型定子绕组沿径向朝外套设在定子铁芯的第一定子齿部上；S120，将第二成型定子绕组沿径向朝外套设在定子铁芯的第二定子齿部上；S130，使得第一成型定子绕组的第一绕线与所述第二成型定子绕组的第二绕线串联；其中，所述第一定子齿部与所述第二定子齿部相邻，并且在其间形成定子槽部；且第一成型定子绕组的绕线量大于第二成型定子绕组的绕线量。根据本申请的径向磁轴承定子的绕线方法及由其制成的径向磁轴承定子与径向磁轴承，能够达成更高的槽满率，在不增加定子尺寸且维持低成本的同时，提高了磁轴承的工作效率。

Description

一种径向磁轴承定子的绕线方法、径向磁轴承定子及径向磁 轴承
技术领域
本申请涉及径向磁轴承零部件制造领域，更具体而言，本申请涉及一种径向磁轴承定子的绕线方法及由其制成的径向磁轴承定子与径向磁轴承。
背景技术
作为成熟的动力提供部件，径向磁轴承能够接受电力输入、产生磁场且由此输出驱动力，从而为各类旋转机械轴提供悬浮力。其中，槽满率属于衡量其性能的指标之一。具体而言，定子槽满率是指定子绕组的绕线在放入定子槽部之内以后所占用的定子槽部之内空间的比例。其越高，则意指同样尺寸的定子装配有更多绕线量的定子绕组，因而在同样电流下其也能够产生更大的磁场。对于直接在定子的齿部上进行绕线的绕组而言，虽然其可以较为充分地利用该自由绕线过程来达成较高的槽满率，但在实践中对绕线工艺具有较高要求，且也容易发生绕线外延或甚至脱落等问题。对于先行在卷线筒等部件上完成绕线工艺的绕组而言，其将受限于定子槽的开口宽度与装配工艺，其绕组厚度既不可超过定子槽开口宽度，还得确保共享定子槽的相邻齿部上定子绕组均可被顺利装入，由此绕组厚度多处受限，槽满率也相应受到约束。
发明内容
本申请旨在提供一种径向磁轴承定子的绕线方法、径向磁轴承定子及径向磁轴承，以至少部分地解决或缓解现有技术中存在的问题。
为实现本申请的至少一个目的，根据本申请的一个方面，提供一种径向磁轴承定子的绕线方法，其包括：S110，将第一成型定子绕组沿径向朝外套设在定子铁芯的第一定子齿部上；S120，将第二成型定子绕组沿径向朝外套设在定子铁芯的第二定子齿部上；S130，使得第一成型定子绕组的第一绕线与所述第二成型定子绕组的第二绕线串联；其中，所述第一定子齿部与所述第二定子齿部相邻，并且在其间形成定子槽部；且第一成型定子绕组的绕线量大于第二成型定子绕组的绕线量。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在另外的实施例中，在步骤S110之前还包括：S100，将第一绕线卷绕在第一卷线筒上以形成所述第一成型定子绕组，且将第二绕线卷绕在第二卷线筒上以形成所述第二成型定子绕组；其中，所述第一卷线筒及所述第二卷线筒分别对第一绕线及第二绕线提供沿径向的限位。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在另外的实施例中，在步骤S100中，将第一绕线相对于第一卷线筒卷绕至具有第一厚度，所述第一厚度接近所述定子槽部的开口在垂直于该定子槽部的槽壁的方向上的宽度。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在另外的实施例中，在步骤S100中，将第一绕线相对于第一卷线筒卷绕至具有变化的厚度；其中，具有所述变化的厚度的所述第一绕线在所述第一卷线筒的径向内侧端部处形成渐尖的角度，所述渐尖的角度与所述第二定子齿部之间限定能够套设在所述第二定子齿部上的第二成型定子绕组的绕线的最大厚度。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在另外的实施例中，使得所述第一绕线形成的所述渐尖的角度平行于所述定子槽部的开口的夹角。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在另外的实施例中，当所述径向磁轴承定子为8极定子时，使得一个所述第一成型定子绕组对应于一个所述第二成型定子绕组，且使得一个所述第一定子齿部对应于相邻于所述第一定子齿部的一侧的一个所述第二定子齿部；或者，当所述径向磁轴承定子为12极定子时，使得一个所述第一成型定子绕组对应于两个所述第二成型定子绕组，且使得一个所述第一定子齿部对应于相邻于所述第一定子齿部的两侧的两个所述第二定子齿部。
为实现本申请的至少一个目的，根据本申请的另一个方面，提供一种径向磁轴承定子，其包括：定子铁芯，其具有定子轭部，以及沿定子轭部设置的相邻的第一定子齿部与第二定子齿部，在所述第一定子齿部与第二定子齿部之间形成定子槽部；沿径向朝外套设在定子铁芯的第一定子齿部上的第一成型定子绕组；以及沿径向朝外套设在定子铁芯的第二定子齿部上的第二成型定子绕组；其中，所述第一成型定子绕组的第一绕线与所述第二成型定子绕组的第二绕线串联；且第一成型定子绕组的绕线量大于第二成型定子绕组的绕线量。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在另外的实施例中，所述第一成型定子绕组包括：第一卷线筒，其具有第一主体以及设置在所述第一主体两端的第一端部止挡壁；所述第一绕线卷绕在所述第一卷线筒上，并经由所述第一端部止挡壁被径向限位；和/或所述第二成型定子绕组包括：第二卷线筒，其具有第二主体以及设置在所述第二主体两端的第二端部止挡壁；所述第二绕线卷绕在所述第二卷线筒上，并经由所述第二端部止挡壁被径向限位。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在另外的实施例中，卷绕在所述第一卷线筒上的第一绕线的最大厚度接近所述定子槽部的开口在垂直于该定子槽部的槽壁方向上的宽度。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在另外的实施例中，，卷绕在所述第一卷线筒上的第一绕线在所述第一卷线筒的径向内侧端部处形成渐尖的角度，所述渐尖的角度与所述第二定子齿部之间限定能够套设在所述第二定子齿部上的第二成型定子绕组的绕线的最大厚度。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在另外的实施例中，由所述第一绕线形成的所述渐尖的角度平行于所述定子槽部的开口的夹角。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在另外的实施例中，当所述径向磁轴承定子为8极定子时，一个所述第一成型定子绕组对应于一个所述第二成型定子绕组，且一个所述第一定子齿部对应于相邻于所述第一定子齿部的一侧的一个所述第二定子齿部；或者，当所述径向磁轴承定子为12极定子时，一个所述第一成型定子绕组对应于两个所述第二成型定子绕组，且一个所述第一定子齿部对应于相邻于所述第一定子齿部的两侧的两个所述第二定子齿部。
为实现本申请的至少一个目的，根据本申请的又一个方面，提供一种径向磁轴承，其包括如前所述的径向磁轴承定子。
根据本申请的径向磁轴承定子的绕线方法及由其制成的径向磁轴承定子与径向磁轴承，通过将已经完成绕线不同成型定子绕组先后套设至定子铁芯的不同定子齿部上，并且使先行安装的第一成型定子绕组具有大于第二成型定子绕组的绕线量，且使得二者的绕线串联。由此对任意一组产生磁场的定子绕组而言，其具有相同的总绕线量，且能够达成更高的槽满率，在不增加定子尺寸且维持低成本的同时，提高径向磁轴承的工作效率。
附图说明
图1是本申请的径向磁轴承定子的一个实施例的示意图。
图2是本申请的径向磁轴承定子的另一个实施例的示意图。
图3是本申请的径向磁轴承定子的绕线方法的一个步骤的示意图。
图4是本申请的径向磁轴承定子的绕线方法的另一个步骤的示意图。
具体实施方式
下文将参照附图中的示例性实施例来详细地描述本申请。但应当知道的是，本申请可通过多种不同的形式来实现，而不应该被理解为限制于本文所阐述的实施例。在此提供这些实施例旨在使得本申请的公开内容更为完整与详尽，并将本申请的构思完全传递给本领域技术人员。
此外，对于在本文所提及的实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，本申请仍然允许在这些技术特征（或其等同物）之间继续进行任意组合或者删减而不存在任何的技术障碍，由此获得可能未在本文中直接提及的本申请的更多其它实施例。
为便于描述本文所提及的实施例，在此引入了轴向、径向及周向来作为文中的参考坐标系。该方向描述用于旨在表达各个零部件自身的结构特点及零部件之间的相对位置关系，而非旨在限制性地约束其绝对位置关系。以图1中的径向磁轴承定子作为示例，轴向意指该径向磁轴承定子的若干片定子片层叠为定子铁芯的层叠方向，径向则意指定子铁芯的半径延伸方向，而周向则意指该定子铁芯的圆周方向。
参见图1至图2，其示出了根据本申请的绕线方法组装完成的径向磁轴承定子的多个实施例，图3及图4则示出了成型定子绕组的安装过程。这些实施例中的径向磁轴承定子的大部分布置具有相似性，其区别主要在于具有不同极性数量时的绕组之间的绕线连接方式。如下将首先介绍这些径向磁轴承定子的绕线方法的实施例的共性部分，再参考不同附图来描述其独有性内容。
首先参见图1及图3-4，为获得图1中示出的径向磁轴承定子，可依照图3及图4示出的步骤来安装成型定子绕组。具体而言，图示的径向磁轴承定子100包括由若干个定子片层叠形成的定子铁芯110。该定子铁芯110具有定子轭部111以及沿着定子轭部111设置的相邻的第一定子齿部112与第二定子齿部113，并且在第一定子齿部112与第二定子齿部113之间形成定子槽部114。应当知道的是，述及的第一定子齿部112与第二定子齿部113旨在描述本方案中便于区分和理解，并非旨在限制二者必须具备不同的构造。例如，在大部分情形时，出于模具简单、工艺便捷的目的，这些定子齿部通常具有一样的形状和构造。更具体而言，该实施例中的径向磁轴承定子的绕线方法包括至少两个步骤：首先执行S110（如图3所示），将具有较大绕线量的第一成型定子绕组120沿径向朝外套设在定子铁芯110的第一定子齿部112上。随后执行S120（如图4所示），将具有较少绕线量并与第一成型定子绕组120串联的第二成型定子绕组130沿径向朝外套设在定子铁芯110的第二定子齿部113上。接着执行S130，使得第一成型定子绕组120的第一绕线121与第二成型定子绕组130的第二绕线131串联。
在此种布置下，通过使先行安装的第一成型定子绕组120具有大于第二成型定子绕组130的绕线量，能够使得可布置入定子槽部内的绕线的数量尽可能地增加，进而提高槽满率；而通过将第一成型定子绕组120与第二成型定子绕组130设置成绕线串联的组合，可确保对任意一组产生磁场的定子绕组而言，其仍然具有相同的总绕线量，因此产生的磁场不会因为各个绕组的绕线不一致而发生偏移。整体而言，在不增加定子尺寸且维持低成本的同时，提高径向磁轴承的工作效率。
如下将通过示例性说明来介绍关于该绕线方法的进一步的改型及径向磁轴承定子结构上的相应改动，以便进一步改善其工作效率、可靠性或出于其他方面的改进考虑。
例如，在执行成型定子绕组与径向磁轴承定子的装配步骤之前，作为制备成型定子绕组的一个示例，该方法还可包括步骤S100：将第一绕线121卷绕在第一卷线筒122上以形成第一成型定子绕组120，且将第二绕线131卷绕在第二卷线筒132上以形成第二成型定子绕组130。其中，形成的第一成型定子绕组120包括第一卷线筒122以及第一绕线121，该第一卷线筒122具有第一主体1221，该第一主体1221被配置成具有通孔的筒状结构，该通孔与第一定子齿部112的外轮廓相匹配，使得第一主体1221经由该通孔安装至第一定子齿部112上。该第一卷线筒122还具有第一端部止挡壁1222，该第一端部止挡壁1222设置在第一主体1221的两端，形成被盘状结构，且中部保持开口以避让所述第一主体1221的通孔。在第一端部止挡壁1222的帮助下，当第一绕线121在第一主体1221上被卷绕至抵接两侧的第一端部止挡壁1222时，将会被其沿径向限位。类似地，该第二卷线筒132具有第二主体1321，该第二主体1321同样被配置成具有通孔的筒状结构，且该通孔与第二定子齿部113的外轮廓相匹配，使得第二主体1321经由该通孔安装至第二定子齿部113上。该第二卷线筒132还具有第二端部止挡壁1322，该第二端部止挡壁1322设置在第二主体1321的两端，形成被盘状结构，且中部保持开口以避让所述第二主体1321的通孔。在第二端部止挡壁1322的帮助下，当第二绕线131在第二主体1321上被卷绕至抵接两侧的第二端部止挡壁1322时，将会被其沿径向限位。由此形成在成型定子绕组上的绕线具有更为可靠的定位，不会发生延展变形或脱落等问题。
在此基础上，为进一步提高绕线布置的槽满率，在步骤S100中，还可将第一绕线121相对于第一卷线筒122卷绕至具有第一厚度T，且该第一厚度T可接近定子槽部114的开口方向上的在垂直于定子槽部114的槽壁方向上的宽度W。此时，考虑到装配公差等问题的情况下，该步骤实现了装入径向磁轴承定子的第一成型定子绕组120具有其可能达到的几乎最大绕线量。
类似地，同样出于进一步提高绕线布置的槽满率的目的，在步骤S100中，还可将第一绕线121相对于第一卷线筒122卷绕至具有可变化的厚度；其中，具有变化的厚度的第一绕线121在第一卷线筒122的径向内侧端部处形成渐尖的角度a，且所形成的渐尖的角度a与第二定子齿部113之间限定能够套设在第二定子齿部113上的第二成型定子绕组130的绕线的最大厚度。此时，在装入第一成型定子绕组120的同时，还兼顾考虑到了可能装入的第二成型定子绕组130的绕线量，并通过对第一成型定子绕组120上的第一绕线121关于第一卷线筒122所围成的轮廓来对此进行调整，使得第二成型定子绕组130同样可具有较大的绕线量，且最终实现二者相加的绕线之和得到提升。
在此基础上，作为一种可选的方案，可通过调整绕线方式，使得由第一绕线121所形成的渐尖的角度a平行于第二定子齿部113的侧壁，即使得角度a基本平行且等于定子槽部的开口的夹角角度（也即，图3所示的渐尖的角度a的辅助虚线与第二定子齿部113的左侧的侧壁相平行；换言之，图3所示的渐尖的角度a与第二定子齿部113的左侧的侧壁相对于第一卷线筒122的夹角角度b基本相同），此时可进一步增加第二成型定子绕组130的绕线量。
继续参见图1，在前述绕线方法应用于8极径向磁轴承定子100时，将其设置成一个第一成型定子绕组120对应于一个第二成型定子绕组130，使之成为一组相互串联的绕组，且此时提供两个定子齿部来用于安装这些绕组，即一个第一定子齿部112对应于相邻于第一定子齿部112的一侧的一个第二定子齿部113。
转而参见图2，在前述绕线方法应用于12极径向磁轴承定子100时，将其设置成一个第一成型定子绕组120对应于两个第二成型定子绕组130，使之三者成为一组相互串联的绕组，且此时提供三个定子齿部来用于安装这些绕组，也即一个第一定子齿部112以及对应于相邻于第一定子齿部112的两侧的两个第二定子齿部113。
此外，虽然图中未示出，在此还提供根据本申请的径向磁轴承的一个实施例。该径向磁轴承包括前述任意实施例或其组合中的径向磁轴承定子，因而也具有相应的技术效果，在此不再赘述。
以上例子主要说明了本申请的一种径向磁轴承定子的绕线方法、径向磁轴承定子及径向磁轴承。尽管只对其中一些本申请的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本申请可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本申请的精神及范围的情况下，本申请可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (13)

1.一种径向磁轴承定子的绕线方法，其特征在于，包括：
S110，将第一成型定子绕组沿径向朝外套设在定子铁芯的第一定子齿部上；
S120，将第二成型定子绕组沿径向朝外套设在定子铁芯的第二定子齿部上；
S130，使得第一成型定子绕组的第一绕线与所述第二成型定子绕组的第二绕线串联；
其中，所述第一定子齿部与所述第二定子齿部相邻，并且在其间形成定子槽部；且第一成型定子绕组的绕线量大于第二成型定子绕组的绕线量。
2.根据权利要求1所述的绕线方法，其特征在于，在步骤S110之前还包括：S100，将第一绕线卷绕在第一卷线筒上以形成所述第一成型定子绕组，且将第二绕线卷绕在第二卷线筒上以形成所述第二成型定子绕组；其中，所述第一卷线筒及所述第二卷线筒分别对第一绕线及第二绕线提供沿径向的限位。
3.根据权利要求2所述的绕线方法，其特征在于，在步骤S100中，将第一绕线相对于第一卷线筒卷绕至具有第一厚度，所述第一厚度接近所述定子槽部的开口在垂直于该定子槽部的槽壁的方向上的宽度。
4.根据权利要求2所述的绕线方法，其特征在于，在步骤S100中，将第一绕线相对于第一卷线筒卷绕至具有变化的厚度；其中，具有所述变化的厚度的所述第一绕线在所述第一卷线筒的径向内侧端部处形成渐尖的角度，所述渐尖的角度与所述第二定子齿部之间限定能够套设在所述第二定子齿部上的第二成型定子绕组的绕线的最大厚度。
5.根据权利要求4所述的绕线方法，其特征在于，使得所述第一绕线形成的所述渐尖的角度平行于所述定子槽部的开口的夹角。
6.根据权利要求1所述的绕线方法，其特征在于，当所述径向磁轴承定子为8极定子时，使得一个所述第一成型定子绕组对应于一个所述第二成型定子绕组，且使得一个所述第一定子齿部对应于相邻于所述第一定子齿部的一侧的一个所述第二定子齿部；或者，当所述径向磁轴承定子为12极定子时，使得一个所述第一成型定子绕组对应于两个所述第二成型定子绕组，且使得一个所述第一定子齿部对应于相邻于所述第一定子齿部的两侧的两个所述第二定子齿部。
7.一种径向磁轴承定子，其特征在于，包括：
定子铁芯，其具有定子轭部，以及沿定子轭部设置的相邻的第一定子齿部与第二定子齿部，在所述第一定子齿部与第二定子齿部之间形成定子槽部；
沿径向朝外套设在定子铁芯的第一定子齿部上的第一成型定子绕组；以及
沿径向朝外套设在定子铁芯的第二定子齿部上的第二成型定子绕组；
其中，所述第一成型定子绕组的第一绕线与所述第二成型定子绕组的第二绕线串联；且第一成型定子绕组的绕线量大于第二成型定子绕组的绕线量。
8.根据权利要求7所述的径向磁轴承定子，其特征在于，
所述第一成型定子绕组包括：
第一卷线筒，其具有第一主体以及设置在所述第一主体两端的第一端部止挡壁；
所述第一绕线卷绕在所述第一卷线筒上，并经由所述第一端部止挡壁被径向限位；和/或
所述第二成型定子绕组包括：
第二卷线筒，其具有第二主体以及设置在所述第二主体两端的第二端部止挡壁；
所述第二绕线卷绕在所述第二卷线筒上，并经由所述第二端部止挡壁被径向限位。
9.根据权利要求8所述的径向磁轴承定子，其特征在于，卷绕在所述第一卷线筒上的第一绕线的最大厚度接近所述定子槽部的开口在垂直于该定子槽部的槽壁方向上的宽度。
10.根据权利要求8所述的径向磁轴承定子，其特征在于，卷绕在所述第一卷线筒上的第一绕线在所述第一卷线筒的径向内侧端部处形成渐尖的角度，所述渐尖的角度与所述第二定子齿部之间限定能够套设在所述第二定子齿部上的第二成型定子绕组的绕线的最大厚度。
11.根据权利要求10所述的径向磁轴承定子，其特征在于，由所述第一绕线形成的所述渐尖的角度平行于所述定子槽部的开口的夹角。
12.根据权利要求7-11中任意一项所述的径向磁轴承定子，其特征在于，当所述径向磁轴承定子为8极定子时，一个所述第一成型定子绕组对应于一个所述第二成型定子绕组，且一个所述第一定子齿部对应于相邻于所述第一定子齿部的一侧的一个所述第二定子齿部；或者，当所述径向磁轴承定子为12极定子时，一个所述第一成型定子绕组对应于两个所述第二成型定子绕组，且一个所述第一定子齿部对应于相邻于所述第一定子齿部的两侧的两个所述第二定子齿部。
13.一种径向磁轴承，其特征在于，包括如权利要求7至12任意一项所述的径向磁轴承定子。
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