CN1469526A - 具有扁平线圈的组合式定子结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种“具有扁平线圈的组合式定子结构”，在需要高电流的工作条件下，能提升定子线圈在定子线槽内的占积率，以及提供较正确的线圈匝数，正确的线圈匝数对应电源电压和运转速度可令电动机或发电机的扭力常数K_T值或反电动势常数K_E值得以精准控制，进而使得一固定体积大小的电动机或发电机得以设计较准确的最高额定运转速度或反电动势电压；扁平线圈因可以高占积率的方式装置线圈，因此扁平线圈的铜线阻抗也可降低，如此必然令使用扁平线圈装置的电动机或发电机有一较高的运转效率和容易精准设定最高额定运转速度或反电动势电压。

Description

具有扁平线圈的组合式定子结构

技术领域

本发明涉及一种电动机或发电机，尤指电动机或发电机的定子结构。

背景技术

下列公式可说明电动机与发电机的线圈匝数、电源电压、运转速度之间的关系：

E＝Q·D·B·L·N/2＝Ω·K_E    K_E＝K_T

E：电源电压         Ω：电枢转速

D：电枢外径         B：气隙磁通密度

L：叠积厚度         N：总导体数

K_E：反电动势常数   K_T：扭力常数

制造一个高运转效率的电动机或发电机必须令其运转于最佳的工作点才可取得最高的运转效率，因此运转范围的设定必定要能准确的掌握，其中因为E＝Ω·D·B·L·N/2＝Ω·K_E，因此可知反电动势常数K_E值和电枢转速Ω成反比，又K_E＝D·B·L·N/2，因此可知反电动势常数K_E值又和电枢外径D、气隙磁通密度B、叠积厚度L、总导体数N之间互为关联，其中如果电枢外径D、气隙磁通密度B、叠积厚度L如为一定值，则只要改变总导体数N即可改变额定最高运转速度，但是如图3A到图3G所示，虽然已知的线圈圆径线材粗细大小不同，但图3A图3B、图3C皆同样只能缠绕6匝线圈，图3D可缠绕8匝线圈，图3E可缠绕10匝线圈，图3E可缠绕12匝线圈，图3G可缠绕14匝线圈，很明显的若因运转工作点的需要而须选择缠绕7匝或9匝、11匝、13匝的线圈时，在上述图标因为无法选择因此必然要更进一步折损上述图标的线圈匝数，也因此降低了线圈在线槽座的占积率，同时由于上述各个图中，其中的圆径线材与圆径线材之间必然有空隙空间存在，线圈绕线占积率无法高度使用，因此也将降低线圈的截面积，并进而升高了线圈的铜线阻抗而增加了线圈的铜线功率损失：P＝I²·R

P：线圈铜线功率损失        I：线圈流通电流

R：线圈铜线阻抗

已知电动机或发电机的定子部，因需要高电流的工作环境而使用较粗线径的圆径线圈于线槽座中多层绕线排列(如图3A到图3H所示)，其中纵然采用整列排线但因圆线径粗细大小不等，因此各种圆线径在同一线槽座的占积率也不同，同时在同一线槽座之中也无法以均匀占积率的方式而用各种圆线径排列出各种线圈匝数(如图3A-图3G所示)；以上所述的原因令电动机或发电机的运转工作范围的转速设计发生极大的困扰。

再者如附图1A-1H及图2A-C所示，美国专利案US5866965公开一种“具有金属薄片线圈的可变磁阻马达(variable reluctance-motorhaving foil wire wound coils)，其中，该专利案内容是提供一金属薄片线圈(foil wire wound coil s)15也即不应用于较大电流的工作环境，其线圈15主要借由滚筒卷绕机予以卷设并套接于定子线圈柱(stator poles)13上，该金属薄片也具有相对应的面部、相对应的边部、线头端15b及线尾端15a；然该面部是套接于该定子线圈柱(statorpoles)13的表面，且该两边部之一设置于底侧(flat)13a上，如是，该线头端15b则内藏于金属薄片卷绕成为线圈后的内部(如图2A-2C所示)，故势必予以二次加工引出线头端15b(如图1A-1H所示)该金属薄片线圈15的“线头端”必须利用三次折叠转向方式才能引出，其过程如图1A-1H所示，才能将该线头端15b以及线尾端15a引出于外部，因而造成加工不易且浪费加工成本的缺失，图1H则可对照到US5866965专利案第一图的线圈15；

另外，假如该专利案的马达欲应用于高电流的场合，则意味该线圈必须是断面积大者，也即须使用的扁平线边部的厚度须较厚，是以该专利案的三次折叠转向方式在制造工程的技术上势必相当困难，因为较厚且较硬的金属薄片的线头端不容易经由多次折叠的方式引出外部(如图1A-图1D所示)，故该专利案难以应用于高电流的场合。

又，该金属薄片的面部的宽度必须略小于该定子线圈柱(statorpoles)13的宽度，否则该专利案线头端15b必然无法三次折叠转向引出(请参图1A-1B所示)；

同时，该专利案US5866965的线圈15应用于可变磁阻马达定子部11的定子线圈柱13的宽度大于深度(如该专利案第四图所示)，因此该线圈15仍可取得一合理的线槽占积率，但该专利案的线圈制成方式如应用于本专利申请案的定子部时，借由本专利申请案图2A一图2C所示可说明其占积率的降低以及扁平线圈的变薄的原因，线圈15是图1G的线圈15套接到图2的线槽座21的纵向垂直柱端211，因垂直柱端211的深度218大于宽度217，而线圈15的面宽度15e不得大于垂直柱端211的宽度217(否则线头端15b无法压折引出)，因此其线圈在线槽座的占积率将受到限制，如图5A-5C是专利案US5866965线圈15、圆径线圈311及本专利申请案线圈31各自在线槽座21的占积率剖面图，因此如图5A所示该专利案US5866965的线圈15其占积率将远低于如图5C本专利申请案的线圈31的线槽座占积率，同时边部15d厚度也远低于图4的线圈31的边部315。

上述线圈占积率的降低将导致铜线阻抗值上升，并因此令线圈铜线功率损失变大同时产生铜线工作时的高温现象，铜线阻抗值是和铜线工作温度成正比，工作温度升高则铜线阻抗成正比例升高，因此充分提高线圈在线槽内的占积率必可降低铜线阻抗，上述在高运转效率的电动机或发电机来讲必然是非常的重要。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是提供一种具有扁平线圈的组合式定子结构，可灵活设计出各种匝数的线圈并准确控制反电动势常数KE值，同时具有较高的线槽占积率。

如下式所示：E＝Ω·D·B·L·N/2＝Ω·K_E，其中反电动势常数K_E值和电枢转速Ω成反比，又反电动势常数K_E值和电枢外径D、气隙磁通密度B、叠积厚度L、总导体数N成正比，因此当同一体积大小的电动机或发电机设计使用于不同的运转工作范围时，其中线圈匝数N的改变将可反比于反电动势常数K_E值，基于上述的理由本发明“具有扁平线圈的组合式定子结构”的扁平线材厚度的改变，其是经由线槽座的垂直柱端的线圈端总厚度值除以扁平线圈所需的匝数计算出扁平线圈边部的厚度值(如图4A到图4C所示)，因此可灵活设计出各种匝数的线圈并准确控制反电动势常数K_E值，同时线材也没有排列空隙的浪费因此必然有较高的线槽占积率。

为了达到上述目的，本发明提供一种具有扁平线圈的组合式定子结构，其特征在于包含有：定子环部，环部的内缘或外缘依定子齿部数量划分为相等数量的等距离圆周角度，并供定子齿部装置其中；定子齿部，其齿面端对应电动机或发电机的转子部而电枢反应，齿面端向后延伸一齿根端，齿根端是供扁平线圈装置其中；扁平线圈，是一扁平线所形成，其具有相对应的面部、相对应的边部、线头端及线尾端，其中该面部是以水平方式向内叠层穿套装置于齿根端，且该内边部是绝缘套接于该齿根端，该线头端及该线尾端皆可外露于齿根端外部；再者，上述的扁平线应以边部为底、面部为立式型态由线圈成型机予以单一层次及多匝数绕线折压叠层成型。

经由本发明“具有扁平线圈的组合式定子结构”的技术手段，得以将电动机或发电机的线圈、线槽座、定子环部及定子齿部各自脱离定子部，其中线圈以扁平线为之，扁平线只以单一层次并预先在线圈成型机械上成型，因是单一层次压折叠成型，因此可调整扁平线材的厚度而准确控制线圈的匝数，进而使电动机或发电机可视运转工作点的需求而灵活地调整出线圈匝数，并得到一精准的反电动势常数KE值或扭力常数KT值，也就是可得一非常准确的反电动势电压或转速运转范围，

附图说明

图1A-1D：专利案US5866965线圈15的线头端15b，折叠过程示意图；

图1E～1G：专利案US5866965线圈15的线尾端15a折叠过程示意图；

图1H：是图1G的转向示意图，并可对照专利案US5866965第一图线圈15的示意图；

图2A～2B：专利案US5866965线圈15套接到线槽座21的组合示意图；

图2C：专利案US5866965线圈15套接到线槽座21的占积率示意图；

图3A-3G：已知各式圆径线圈311在线槽座21的占积率和匝数示意图；

图3H：已知圆径线圈311的外定子部组合剖面示意图；

图4A-4C：本发明的外定子线槽座和各种不同厚度、不同匝数的扁平线组合示意图；

图5A：专利案US5866965线圈15各自在线槽座21的占积率剖面图；

图5B：圆径线圈311各自在线槽座21的占积率剖面图；

图5C：本专利申请案线圈31各自在线槽座21的占积率剖面图；

图6A-6B：本发明外定子部的多个定子环部、定子齿部、定子线槽座、扁平线圈的立体整体组合示意图

图6C-6D：本发明内定子部的多个定子环部、定子齿部、定子线槽座、扁平线圈的立体整体组合示意图

图7A：本发明第一实施例，外定子环部具有凹、凸状嵌镶端组合后的整体外定子部的结构剖面图；

图7B：本发明第二实施例，内定子环部具有凹、凸状嵌镶端组合后的整体内定子部的结构剖面图；

图8A：本发明第三实施例，外定子环部具有凹、凸状嵌镶端组合后的整体外定子部的结构剖面图；

图8B：本发明第四实施例，内定子环部具有凹、凸状嵌镶端组合后的整体内定子部的结构剖面图；

图9A：本发明第五实施例，外定子环部一体成型，组合后的整体外定子部的结构剖面图；

图9B：本发明第六实施例，内定子环部一体成型，组合后的整体内定子部的结构剖面图；

图10A-10D，本发明第七实施例，多个外定子齿部415和齿抱闭合环418连结成一体的立体组合示意图；

图11A-11D：本发明第八实施例，多个内定子齿部411和齿抱闭合环418连结成一体的立体组合示意图；

图12A：本发明第九实施例，定子齿面端不得大于齿根端，齿根端和外定子环部一体成形的整体外定子部的结构剖面图；

图12B：本发明第九实施例，定子齿面端不得大于齿根端，齿根端和内定子环部一体成形的整体内定子部的结构剖面图

具体实施方式

本发明附图的标记涉及的对象有：具有扁平线圈的组合式定子结构10，US5866965专利案的金属薄片线圈15，金属薄片线圈的线尾端15a、线头端15b、面部端15c及边部端15d，金属薄片线圈的面部宽度15e，T型线槽座21，纵向垂直柱端211，绝缘片212，线槽座中空端213，线槽座垂直柱内侧214，扁平线的边部总宽度216，线槽座纵向垂直柱宽度217，线槽座纵向垂直柱深度218，线槽座定位柱219，扁平线圈31，圆径线圈311，扁平线圈线头端312、线尾端313、面部314及边部315，定子齿部41，内定子齿部411，齿根端412，齿面端413，齿根尾端414，外定子齿部415，齿抱相连端417，齿抱闭合环418，外定子环部51，内定子环部511，环部嵌镶槽512，环部凹、凸状扣嵌镶端513，环部凹、凸状平嵌镶端514。

请参阅图1至图11所示，本发明具有扁平线圈的组合式定子结构10，包含有：定子环部51、511，环部的内缘或外缘依定子齿部411、415数量划分为相等数量的等距离圆周角度，并供定子齿部411、415装置于其中；

定子齿部411、415，其齿面端413是对应电动机或发电机的转子部而电枢反应，齿面端413向后延伸一齿根端412，齿根端412是供扁平线圈31装置于其中；

扁平线圈31，是一扁平线所形成，其具有相对应的面部314、相对应的边部315、线头端312及线尾端313，其中该面部314是以水平方式向内叠层穿套装置于齿根端412，且该内边部是绝缘套接于该齿根端412，以便令该线头端312及该线尾端313皆可外露于齿根端412外部；

再者，上述的扁平线应以边部315为底、面部314为立式型态由线圈成型机予以单一层次及多匝数绕线折压叠层成型；

定子环部51、511的内缘或外缘依定子齿部411、415数量划分为相等数量的等距离圆周角度，并向另一环端方向凹陷多个嵌镶槽512，嵌镶槽512是供定子齿部411、415装置于其中；

定子齿部411、415的齿根端412未端向后延伸一齿根尾端414，该齿根尾端414不得大于齿根端412的最大宽度，齿根尾端414对应定子环部的凹陷嵌镶槽并可互相套接；

定子齿部411、415的齿面端413宽度大于齿根端412的宽度，齿面端413呈一齿抱弧状形态，但不局限弧状齿抱端的宽度值或几何结构形状；

如图12A、12B所示，定子齿部411、415的齿面端413宽度不得大于齿根端412的宽度，定子齿部411、415一体成形于定子环部51、511的内缘或外缘；

定子齿部411、415的齿面端413宽度不得大于齿根端412的宽度，并因此可供扁平线圈31穿套装置于齿根端412；

多支定子齿部411、415上、下方各设有齿抱闭合环418，该等位于上方及下方的齿抱闭合环418各利用相邻齿抱端417连接为一体，使多个定子齿部411、415可利用齿抱闭合环418连接为一体，并令多个扁平线圈31可装置于该一整体的定子齿部；

定子环部可分解成多个单位个体，每一单位个体的左、右两端皆和相邻单位个体的左、右两端以凹、凸状嵌镶端513对应成形，其中凹状嵌镶端的内槽宽度必须大于槽口的宽度，并令相邻单位个体的凸状嵌镶端对应成形并和其扣嵌镶接合513后不可横向平移分离，如图7A-7B所示；

定子环部可分解成多个单位个体，每一单位个体的左、右两端皆和相邻单位个体的左、右两端以凹、凸状镶接端514对应成形，其中凹状镶接端的内槽宽度必须等于或小于槽口的宽度，并令相邻单位个体的凸状镶接端对应成形并和其平嵌镶接合514后可以横向平移分离，如图8A-8B所示；

定子环部也可是环闭合一体成形(如图9A-9B的51、511所示)；

定子齿部可以一种T型状线槽座21为绝缘材料，T型线槽座21提供一纵向垂直柱211并供扁平线圈31穿套于该端，垂直柱端211应于内部形成一中空形态213，并和定子齿根端412互为穿套与脱离，该中空处为线槽座中空端213；

定子齿部41也可以非特定形状的线槽座为绝缘材料，线槽座提供一纵向垂直柱211并供扁平线圈31穿套于该端，垂直柱端211应于内部形成一中空形态213并和定子齿根端412可互为穿套与脱离，该中空处为线槽座中空端213；

定子齿部的齿根端四周是以绝缘材料包覆，该绝缘材料是提供为定子齿部41、定子环部51、511和扁平线圈31之间的绝缘接口；

本发明的定子环部51、511的内环或外环并不局限于任何几何结构形状；该定子环部可指电动机或发电机的外定子环部51或内定子环部511；该定子齿部是指电动机或发电机的内定子齿部411或外定子齿部415；

电动机或发电机因运转条件需求，定子齿部41扁平线圈31并不局限为单一组的形态穿套装置于定子齿根端412，定子齿根端412也可包含至少一组扁平线圈31以上的多套定子线圈穿套装置于定子齿根端412，上述定子线圈可为扁平线圈31或圆径线圈311；

扁平线圈31是指电动机的激磁线圈或发电机的发电感应线圈。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此局限本发明的专利范围，故举凡运用本发明说明书及图式内容所作的等效结构变化，皆包含于本发明的专利保护范围内。

Claims (21)

1、一种具有扁平线圈的组合式定子结构，其特征在于包含有：

定子环部，环部的内缘或外缘依定子齿部数量划分为相等数量的等距离圆周角度，并供定子齿部装置其中；

定子齿部，其齿面端对应电动机或发电机的转子部而电枢反应，齿面端向后延伸一齿根端，齿根端是供扁平线圈装置其中；

扁平线圈，是一扁平线所形成，其具有相对应的面部、相对应的边部、线头端及线尾端，其中该面部是以水平方式向内叠层穿套装置于齿根端，且该内边部是绝缘套接于该齿根端，以使该线头端及该线尾端皆可外露于齿根端外部；

再者，上述的扁平线应以边部为底、面部为立式型态由线圈成型机予以单一层次及多匝数绕线折压叠层成型。

2、如权利要求1所述的具有扁平线圈的组合式定子结构，其特征在于所述的定子环部的内缘或外缘依定子齿部数量划分为相等数量的等距离圆周角度，并向另一环端方向凹陷多个嵌镶槽，嵌镶槽是供定子齿部装置其中。

3、如权利要求1所述的具有扁平线圈的组合式定子结构，其特征在于所述的定子齿部的齿根端末端向后延伸一齿根尾端，该齿根尾端不得大于齿根端的最大宽度，该齿根尾端还对应定子环部的凹陷嵌镶槽并可互为套接。

4、如权利要求1所述的具有扁平线圈的组合式定子结构，其特征在于所述的定子齿部的齿面宽度大于齿根端的宽度，齿面端呈一齿抱弧状形态，但不局限弧状齿抱端的宽度值或几何结构形状。

5、如权利要求1所述的具有扁平线圈的组合式定子结构，其特征在于所述的定子齿部的齿面端宽度不得大于齿根端的宽度，定子齿部一体成形于定子环部的内缘或外缘。

6、如权利要求1所述的具有扁平线圈的组合式定子结构，其特征在于所述的定子齿部的齿面端宽度不大于齿根端的宽度，并因此可供扁平线圈穿套装置于齿根端。

7、如权利要求1所述的具有扁平线圈的组合式定子结构，其特征在于所述的多支定子齿部上、下方各设有齿抱闭合环，所述位于上方及下方的齿抱闭合环各利用相邻齿抱端连接为一体，使多个定子齿部可利用齿抱闭合环连接为一体，并令多个扁平线圈可装置于该一整体的定子齿部。

8、如权利要求1所述的具有扁平线圈的组合式定子结构，其特征在于所述的定子环部可分解成多个单位个体，每一单位个体的左、右两端皆和相邻单位个体的左、右两端以凹、凸状嵌镶端对应成形，其中凹状嵌镶端的内槽宽度必须大于槽口的宽度，并令相邻单位个体的凸状嵌镶端对应成形并和其扣嵌镶接合后不可横向平移分离。

9、如权利要求1所述的具有扁平线圈的组合式定子结构，其特征在于所述的定子环部可分解成多个单位个体，每一单位个体的左、右两端皆和相邻单位个体的左、右两端以凹、凸状镶接端对应成形，其中凹状镶接端的内槽宽度必须等于或小于槽口的宽度，并令相邻单位个体的凸状镶接端对应成形并和其平嵌镶接合后可以横向平移分离。

10、如权利要求1所述的具有扁平线圈的组合式定子结构，其特征在于所述的定子环部是环闭合一体成形。

11、如权利要求1所述的具有扁平线圈的组合式定子结构，其特征在于所述的定子齿部是以一种T型状线槽座为绝缘材料，T型线槽座提供一纵向垂直柱并供扁平线圈穿套于该端，垂直柱端应于内部形成一中空形态，并和定子齿根端可互相穿套与脱离，该中空处为线槽座中空端。

12、如权利要求1所述的具有扁平线圈的组合式定子结构，其特征在于所述的定子齿部是以非特定形状的线槽座为绝缘材料，线槽座提供一纵向垂直柱并供扁平线圈穿套于该端，垂直柱端应于内部形成一中空形态，并和定子齿根端可互为穿套与脱离，该中空处为线槽座中空端。

13、如权利要求1所述的具有扁平线圈的组合式定子结构，其特征在于所述的定子齿部的齿根端四周是以绝缘材料包覆，该绝缘材料是作为定子齿部、定子环部和扁平线圈之间的绝缘接口。

14、如权利要求1所述的具有扁平线圈的组合式定子结构，其特征在于所述的定子环部的内环或外环并不局限于任何几何结构形状。

15、如权利要求1所述的具有扁平线圈的组合式定子结构，其特征在于所述的该定子环部是指电动机或发电机的外定子环部。

16、如权利要求1所述的具有扁平线圈的组合式定子结构，其特征在于所述的该定子环部是指电动机或发电机的内定子环部。

17、如权利要求1所述的具有扁平线圈的组合式定子结构，其特征在于所述的该定子齿部是指电动机或发电机的内定子齿部。

18、如权利要求1所述的具有扁平线圈的组合式定子结构，其特征在于所述的该定子齿部是指电动机或发电机的外定子齿部。

19、如权利要求1所述的具有扁平线圈的组合式定子结构，其特征在于所述的电动机或发电机因运转条件需求，定子齿部扁平线圈并不局限为单一组的形态穿套装置于定子齿根端，定子齿根端也可包含至少一组扁平线圈以上的多套定子线圈穿套装置于定子齿根端，上述定子线圈可为扁平线圈或圆径线圈。

20、如权利要求1所述的具有扁平线圈的组合式定子结构，其特征在于所述的扁平线圈是指电动机的激磁线圈。

21、如权利要求1所述的具有扁平线圈的组合式定子结构，其特征在于所述的扁平线圈是指发电机的发电感应线圈。

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