TW201535933A - 電機定子及其繞線結構 - Google Patents

Abstract

一種電機定子包括鐵芯及多組繞線結構。鐵芯上形成有複數繞線槽。繞線結構包括第一導線及第二導線，第一導線包括第一弧形段、第一插腳及第二插腳，第二導線包括第二弧形段、第三插腳及第四插腳。第一插腳、第二插腳、第三插腳及第四插腳均包括主體及凸伸於主體二端之連接部與凸伸部。每一繞線槽從靠近鐵芯內表面之一端朝向外表面之方向依次收容有第四插腳之主體、第二插腳之主體、第三插腳之主體及第一插腳之主體。多組繞線結構之第一弧形段及第二弧形段沿鐵芯之圓周方向交替排列。

Description

電機定子及其繞線結構

本發明涉及一種電機，特別涉及一種電機定子及其繞線結構。

電機定子包括鐵芯及多組線圈，鐵芯上形成有複數嵌線槽，多組線圈繞製在複數嵌線槽中。現有之定子一般採用複數異型嵌線組在嵌線槽中繞製形成多組線圈。每一異型嵌線組包括內異型嵌線及外異型嵌線，內、外異型嵌線之結構大致相同，均包括弧形段及對稱形成於弧形段二端之主體。

現有之繞線方法包括疊繞繞線及波形繞線兩種方式。疊繞繞線後，外異型嵌線之弧形段包覆於內異型嵌線之弧形段上，增大了每組線圈端部（Endturn）之長度，進而增加了線圈之銅損耗，降低了電機之功率密度。波形繞線後，每組線圈之內、外異型嵌線呈波形連接，降低了電機之輸出力矩。

鑒於前述狀況，有必要提供一種功率密度及輸出力矩均較大之電機定子及其繞線結構。

一種電機定子，其包括鐵芯及多組繞線結構，該鐵芯為中空柱狀，該鐵芯於其內表面凹設形成有貫通其二端之複數繞線槽，該複數繞線槽環繞該鐵芯之圓周方向均勻間隔設置，且每相鄰之二繞線槽間形成有繞線桿，每組繞線結構包括插入相應之二繞線槽中並繞於相鄰之複數繞線桿上之第一導線及第二導線，該第一導線包括第一弧形段及彎折凸伸形成於該第一弧形段二端之第一插腳及第二插腳，該第二導線包括第二弧形段及彎折凸伸形成於該第二弧形段二端之第三插腳及第四插腳。該第一插腳及該第二插腳均包括主體及彎折凸伸於相應主體之相對二端並朝向相對二側延伸之連接部與凸伸部，該第一插腳和第二插腳之連接部分別連接該第一弧形段之二端，且該第一插腳之主體平行於該第二插腳之主體；該第三插腳及該第四插腳均包括主體及彎折凸伸於相應主體之相對二端並朝向同側延伸之連接部與凸伸部，該第三插腳和該第四插腳之連接部分別連接該第二弧形段之二端，且該三插腳之主體平行於該第四插腳之主體；該第一插腳、該第二插腳、該第三插腳及該第四插腳之主體之長度相等，該第一插腳、該第二插腳、該第三插腳及該第四插腳之凸伸部之長度相等，該第一插腳、該第二插腳、第三插腳及該第四插腳之連接部之長度均不相等，且該第一導線之總長度與該第二導線之總長度相等；每一繞線槽中，從靠近該鐵芯內表面之一端朝向外表面之方向依次收容有該第四插腳之主體、該第二插腳之主體、該第三插腳之主體及該第一插腳之主體，每一第一弧形段位於相應之繞線槽之上方，每一第二弧形段位於相應之繞線桿之上方，以使該多組繞線結構之第一弧形段及第二弧形段沿該鐵芯之圓周方向交替排列，每一第四插腳、每一第二插腳、每一第三插腳及每一第一插腳之凸伸部依次兩兩相接以使該多組繞線結構形成多組線圈。

一種繞線結構，其包括第一導線及第二導線，該第一導線包括第一弧形段及彎折凸伸形成於該第一弧形段二端之第一插腳及第二插腳，該第二導線包括第二弧形段及彎折凸伸形成於該第二弧形段二端之第三插腳及第四插腳。該第一插腳及該第二插腳均包括主體及彎折凸伸於相應主體之相對二端並朝向相對二側延伸之連接部與凸伸部，該第一插腳和該第二插腳之連接部分別連接該第一弧形段之二端，且該第一插腳之主體平行於該第二插腳之主體；該第三插腳及該第四插腳均包括主體及彎折凸伸於相應主體之相對二端並朝向同側延伸之連接部與凸伸部，該第三插腳和該第四插腳之連接部分別連接該第二弧形段之二端，且該三插腳之主體平行於該第四插腳之主體；該第一插腳、該第二插腳、該第三插腳及該第四插腳之主體之長度相等，該第一插腳、該第二插腳、該第三插腳及該第四插腳之凸伸部之長度相等，該第一插腳、該第二插腳、第三插腳及該第四插腳之連接部之長度均不相等，且該第一導線之總長度與該第二導線之總長度相等。

本發明之電機定子通過將繞線結構中之第一導線及第二導線分別設計為不對稱之U形結構，使繞線後第一弧形段及第二弧形段分別位於相應之繞線槽及相應之繞線桿上，並沿鐵芯之圓周方向交替排列，從而避免第一弧形段與第二弧形段重疊，降低了線圈之銅損耗。另外，由於每組線圈之複數第一導線與複數第二導線分別依次交替連接，使線圈沿電機定子之圓周方向延伸，從而提高了電機之輸出力矩。

圖1為本發明實施方式之電機定子之立體圖。

圖2為本發明實施方式之鐵芯之立體圖。

圖3為本發明實施方式之單繞線槽之俯視圖。

圖4為本發明實施方式之繞線結構之立體圖。

圖5為圖1所示電機定子之局部立體圖。

圖6為圖5所示電機定子之俯視圖。

圖7為圖5所示電機定子另一視角之立體圖。

圖8為圖7所示電機定子之俯視圖。

請參閱圖1，本發明實施方式之電機定子100包括鐵芯20及多組繞線結構40。

請一併參閱圖2及圖3，鐵芯20大致為中空圓柱狀，其包括相對設置之內表面21、外表面22，以及連接內表面21與外表面22之上側面23及下側面24。鐵芯20從內表面21朝向外表面22凹設形成複數繞線槽25。複數繞線槽25沿鐵芯20之圓周方向均勻間隔設置。每一繞線槽25貫通上側面23及下側面24。每一繞線槽25具有相對設置之開口部251及與該開口部251連通之底部253，開口部251為鄰近鐵芯20之內表面21之開口, 底部253為靠近外表面22之端部。如圖3所示，每一繞線槽25在開口部251朝向底部253之方向上劃分為依次排列之第一段254、第二段255、第三段256及第四段257，每一段空間大小近似相等，以供在每一繞線槽25中插入沿其長度方向並排設置之四根導線。每相鄰之二繞線槽25間形成有繞線桿26。本實施方式中，繞線槽25、繞線桿26之數量相等，均為96。可以理解，繞線槽25及繞線桿26之數量還可根據實際需要設計。

請一併參閱圖4，每一繞線結構40包括插入相應之二繞線槽25中並繞於相鄰複數繞線桿26上之第一導線42及第二導線44。第一導線42大致為不對稱之U形結構，其包括第一弧形段421及形成於第一弧形段421二端之第一插腳423及第二插腳425。第一插腳423及第二插腳425分別朝向第一弧形段421之相對二側彎折凸伸形成，且第一插腳423及第二插腳425位於二不同之平面。第一插腳423包括主體4231及形成於主體4231二端之連接部4233及凸伸部4235。該主體4231為一可伸入繞線槽25之杠體。連接部4233連接主體4231與第一弧形段421，其與主體4231相交形成一預設鈍角。凸伸部4235朝向背離連接部4233之一側凸伸形成，並與主體4231相交形成一預設鈍角。凸伸部4235遠離主體4231之一端形成有焊接部4237。本實施方式中，連接部4233及凸伸部4235與主體4231相交形成之預設鈍角相等。可以理解，連接部4233及凸伸部4235與主體4231相交形成之預設鈍角也可不相等。

第二插腳425之結構與第一插腳423之結構大致相同，均包括主體4251、連接部4253、凸伸部4255及焊接部4257。第二插腳425之主體4251平行於第一插腳423之主體4231。連接部4253連接主體4251與第一弧形段421，其與主體4251間之夾角與第一插腳423之連接部4233與主體4231間之預設鈍角相等。凸伸部4255與主體4251間之夾角與第一插腳423之凸伸部4235與主體4231間之預設鈍角也相等。可以理解，當第一插腳423之連接部4233及凸伸部4235與主體4231相交形成之預設鈍角不相等時，只要第二插腳425之連接部4253與主體4251間之夾角與第一插腳423之連接部4233與主體4231間之預設鈍角相等，第二插腳425之凸伸部4255與主體4251間之夾角與第一插腳423之凸伸部4235與主體4231間之預設鈍角相等即可。

本實施方式中，第二插腳425之主體4251之長度與第一插腳423之主體4231之長度相等，第二插腳425之凸伸部4255與第一插腳423之凸伸部4235之長度相等，第二插腳425之焊接部4257之長度與第一插腳423之焊接部4237之長度相等，且第二插腳425之連接部4253之長度長於第一插腳423之連接部4233之長度，從而使第二插腳425之總長度長於第一插腳423之總長度，即使第一導線42形成不對稱U結構。可以理解，第二插腳425之總長度還可短於第一插腳423之總長度，即使第二插腳425之連接部4253之長度短於第一插腳423之連接部4233之長度，只要使第一導線42形成不對稱U結構即可。

第二導線44之結構與第一導線42之結構大致相同，其包括第二弧形段441及形成於第二弧形段441二端之第三插腳443及第四插腳445。第二弧形段441之弧度及長度分別與第一導線42之第一弧形段421之弧度及長度相同。第三插腳443及第四插腳445分別朝向第二弧形段441之相對二側彎折凸伸形成，且第三插腳443及第四插腳445位於不同之平面上。第三插腳443包括主體4431、連接部4433、凸伸部4435及焊接部4437。凸伸部4435及連接部4433分別於主體4431之相對二端朝向同一側凸伸形成，並分別形成一預設鈍角。第四插腳445包括主體4451、連接部4453、凸伸部4455及焊接部4457。凸伸部4455及連接部4453分別於主體4451之相對二端朝向同一側凸伸形成，並分別形成一預設鈍角。

本實施方式中，第二導線44之主體4431、4451之長度均與第一導線42之主體4231之長度相等，第二導線44之凸伸部4435、4455之長度均與第一導線42之凸伸部4235之長度相等，第二導線44之焊接部4437、4457之長度均與第一導線42之焊接部4237之長度相等。第二導線44之第三插腳443之連接部4433之長度短於第一導線42之第二插腳425之連接部4253之長度，即第二導線44之第三插腳443之長度短於第一導線42之第二插腳425之長度；第二導線44之第四插腳445之連接部4453之長度長於第一導線42之第一插腳423之連接部4233之長度，即第二導線44之第四插腳445之長度長於第一導線42之第一插腳423之長度；且第二導線44之總長度與第一導線之總長度相等。第二導線44之連接部4433、4453與相應主體4431、4451之間之預設鈍角等於第一導線42之連接部4233、4253與相應主體4231、4251之間之預設鈍角，第二導線44之凸伸部4435、4455與相應主體4431、4451之間之預設鈍角等於第一導線42之凸伸部4235、4255與相應主體4231、4251之間之預設鈍角。

需要說明之是，本實施方式中，為便於說明，在圖6及圖8中標出了第1、第7、第13、第19、第25、第31、第37、第43、第49、第55、第61、第67、第73、第79、第85及第91繞線槽25之序號。

請一併參閱圖3、圖4、圖5及圖6，繞線時，首先，將第1繞線結構40中之第一導線42之第一插腳423插入第1繞線槽25之第四段257，此時，主體4231收容於第1繞線槽25之第四段257中，連接部4233伸出於鐵芯20之上側面23外並橫跨2繞線桿26，且第一導線42之第一弧形段421位於第3繞線槽25上方並從第四段257延伸至第二段255；其次，將第二插腳425橫跨4繞線桿26並插入第7繞線槽25之第二段255，此時，連接部4253位於4繞線桿26上，主體4251收容於第7繞線槽25之第二段255中；再次，將第1繞線結構40之第二導線44之第三插腳443插入第1繞線槽25之第三段256，此時，主體4431收容於第1繞線槽25之第三段256，連接部4433伸出於鐵芯20之上側面23外並橫跨3繞線桿26且位於第一導線42之第一弧形段421之下方，第二導線44之第二弧形段441位於第4繞線桿26之上方並從第三段256延伸至第一段254且位於第一導線42之連接部4253之下方；最後，將第四插腳445橫跨2繞線桿26並插入第7繞線槽25之第一段254，此時，連接部4453位於2繞線桿26上，主體4451收容於第7繞線槽25之第一段254。

請一併參閱圖7及圖8，第一導線42之第一插腳423之凸伸部4235伸出於鐵芯20之下側面24外並橫跨3繞線桿26，使焊接部4237位於第94繞線槽25之第四段257之下方；第一導線42之第二插腳425之凸伸部4255橫跨3繞線桿26，使焊接部4257位於第10繞線槽25之第二段255之下方；第二導線44之第三插腳443之凸伸部4435橫跨3繞線桿26，使焊接部4437位於第4繞線槽25之第三段256之下方；第二導線44之第四插腳445之凸伸部4455橫跨3繞線桿26，使焊接部4457位於第4繞線槽25之第一段254之下方。

請一併參閱圖5至圖8，按照上述第1繞線結構40之繞線方法，將第2、第3繞線結構40分別插入鐵芯20中。第2繞線結構40之第一導線42之第一插腳423插入第7繞線槽25之第四段257中，且其焊接部4237位於第4繞線槽25之第四段257之下方；其第二插腳425插入第13繞線槽25之第二段255中，且其焊接部4257位於第16繞線槽25之第二段255之下方；第2繞線結構40之第二導線44之第三插腳443插入第7繞線槽25之第三段256中，且其焊接部4437位於第10繞線槽25之第三段256之下方；其第四插腳445插入第13繞線槽25之第一段254，且其焊接部4457位於第10繞線槽25之第一段254之下方。

第3繞線結構40之第一導線42之第一插腳423插入第13繞線槽25之第四段257中，且其焊接部4237位於第10繞線槽25之第四段257之下方；其第二插腳425插入第19繞線槽25之第二段255中，且其焊接部4257位於第22繞線槽25之第二段255之下方；第3繞線結構40之第二導線44之第三插腳443插入第13繞線槽25之第三段256中，且其焊接部4437位於第16繞線槽25之第三段256之下方；其第四插腳445插入第19繞線槽25之第一段254，且其焊接部4457位於第16繞線槽25之第一段254之下方。

此時，第1繞線結構40之第一導線42之焊接部4257位於第10繞線槽25之第二段255之下方，第2繞線結構40之第二導線44之焊接部4437、4457分別位於第10繞線槽25之第三段256之下方及第一段254之下方，第3繞線結構40之第一導線42之焊接部4237位於第10繞線槽25之第四段257之下方。將位於第10繞線槽25之第一段254之下方之焊接部4457與位於第10繞線槽25之第二段255之下方之焊接部4257相焊接，從而導通第1繞線結構40之第一導線42與第3繞線結構40之第二導線44；再將位於第10繞線槽25之第三段256之下方之焊接部4437與位於第10繞線槽25之第四段257之下方之焊接部4237相焊接，從而導通第2繞線結構40之第二導線44與第3繞線結構40之第一導線42。依照上述連接方法，將16組繞線結構40之第一導線42及第二導線44分別依次交替連接，從而形成二線圈60。由於多組繞線結構40中之第一導線42及第二導線44分別依次交替連接，使線圈60沿電機定子100之圓周方向延伸，從而避免波形繞線時對電機輸出力矩之損耗。

由上述繞線方法可知，每一繞線槽25由開口部251朝向底部253收容有依次排列之第二導線44之第四插腳445之主體4451、第一導線42之第二插腳425之主體4251、第二導線44之第三插腳443之主體4431及第一導線42之第一插腳423之主體4231；且當所有繞線結構40分別插入相應之繞線槽25後，每一第一導線42之第一弧形段421位於相應之繞線槽25上方，每一第二導線44之第二弧形段441位於相應之繞線桿26上方，因此，每相鄰之二繞線槽25及繞線桿26上方均設有弧度相同之第一弧形段421與第二弧形段441，即繞線結構40中之第一弧形段421及第二弧形段441在鐵芯20之上側面23上方沿鐵芯20之圓周方向交替排列，避免第一弧形段421與第二弧形段441之重疊，從而減小了第一弧形段421及第二弧形段441之長度，降低了銅損耗，提高了電機之功率密度。

本實施方式之電機定子100通過將繞線結構40中之第一導線42及第二導線44分別設計為不對稱之U形結構，使繞線後第一導線42之第一弧形段421及第二導線44之第二弧形段441分別位於相應之繞線槽25及相應之繞線桿26上，並沿鐵芯20之圓周方向交替排列，從而避免第一弧形段421與第二弧形段441重疊，降低了線圈之銅損耗。另外，由於複數第一導線42與複數第二導線44分別依次交替連接，使線圈60沿電機定子100之圓周方向延伸，從而提高了電機之輸出力矩。

可以理解，每一第一導線42及每一第二導線44之二插腳橫跨之繞線桿26之數量可根據實際需要進行設計。焊接部4237、4257、4437、4457可省略，可直接通過將相鄰之第一導線42及第二導線44之凸伸部4235、4255、4435、4455相焊接，從而形成線圈60。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出申請專利。惟，以上該者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之如申請專利範圍內。

100‧‧‧電機定子

20‧‧‧鐵芯

21‧‧‧內表面

22‧‧‧外表面

23‧‧‧上側面

24‧‧‧下側面

25‧‧‧繞線槽

251‧‧‧開口部

253‧‧‧底部

254‧‧‧第一段

255‧‧‧第二段

256‧‧‧第三段

257‧‧‧第四段

26‧‧‧繞線桿

40‧‧‧繞線結構

42‧‧‧第一導線

421‧‧‧第一弧形段

423‧‧‧第一插腳

4231、4251、4431、4451‧‧‧主體

4235、4255、4435、4455‧‧‧凸伸部

4237、4257、4437、4457‧‧‧焊接部

425‧‧‧第二插腳

44‧‧‧第二導線

441‧‧‧第二弧形段

443‧‧‧第三插腳

445‧‧‧第四插腳

60‧‧‧線圈

無

100‧‧‧電機定子

20‧‧‧鐵芯

40‧‧‧繞線結構

421‧‧‧第一弧形段

441‧‧‧第二弧形段

Claims (9)

1. 一種電機定子，其包括鐵芯及多組繞線結構，該鐵芯為中空柱狀，該鐵芯於其內表面凹設形成有貫通其二端之複數繞線槽，該複數繞線槽環繞該鐵芯之圓周方向均勻間隔設置，且每相鄰之二繞線槽間形成有繞線桿，每組繞線結構包括插入相應之二繞線槽中並繞於相鄰之複數繞線桿上之第一導線及第二導線，該第一導線包括第一弧形段及彎折凸伸形成於該第一弧形段二端之第一插腳及第二插腳，該第二導線包括第二弧形段及彎折凸伸形成於該第二弧形段二端之第三插腳及第四插腳，其改良在於：該第一插腳及該第二插腳均包括主體及彎折凸伸於相應主體之相對二端並朝向相對二側延伸之連接部與凸伸部，該第一插腳和第二插腳之連接部分別連接該第一弧形段之二端，且該第一插腳之主體平行於該第二插腳之主體；該第三插腳及該第四插腳均包括主體及彎折凸伸於相應主體之相對二端並朝向同側延伸之連接部與凸伸部，該第三插腳和第四插腳之連接部分別連接該第二弧形段之二端，且該三插腳之主體平行於該第四插腳之主體；該第一插腳、該第二插腳、該第三插腳及該第四插腳之主體之長度相等，該第一插腳、該第二插腳、該第三插腳及該第四插腳之凸伸部之長度相等，該第一插腳、該第二插腳、第三插腳及該第四插腳之連接部之長度均不相等，且該第一導線之總長度與該第二導線之總長度相等；其中，每一繞線槽中，從靠近該鐵芯內表面之一端朝向外表面之方向依次收容有該第四插腳之主體、該第二插腳之主體、該第三插腳之主體及該第一插腳之主體，每一第一弧形段位於相應之繞線槽之上方，每一第二弧形段位於相應之繞線桿之上方，以使該多組繞線結構之第一弧形段及第二弧形段沿該鐵芯之圓周方向交替排列，每一第四插腳、每一第二插腳、每一第三插腳及每一第一插腳之凸伸部依次兩兩相接以使該多組繞線結構形成多組線圈。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電機定子，其中該第一弧形段之弧度及長度與該第二弧形段之弧度及長度相等。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電機定子，其中該第一插腳之連接部、該第二插腳之連接部、該第三插腳之連接部及該第四插腳之連接部分別與相應之主體相交形成一角度相等之預設鈍角，該第一插腳之凸伸部、該第二插腳之凸伸部、該第三插腳之凸伸部及該第四插腳之凸伸部分別與相應之主體相交形成一角度相等之另一預設鈍角。
4. 如申請專利範圍第3項所述之繞線結構，其中每一連接部與對應之主體形成之預設鈍角等於每一凸伸部與對應之主體形成之預設鈍角。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電機定子，其中該鐵芯包括相對設置之內表面及外表面，以及相連該內表面及該外表面之上側面與下側面，每一繞線槽從該鐵芯之內表面朝向外表面凹設形成，並貫穿該上側面及下側面，每一繞線槽包括相對設置之開口部及與該開口部連通之底部，且每一繞線槽在其開口部朝向其底部之方向上劃分為依次排列之第一段、第二段、第三段及第四段，該第四插腳之主體收容於該第一段中，該第二插腳之主體收容於該第二段中，該第三插腳之主體收容於該第三段中，該第一插腳之主體收容於該第四段中。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電機定子，其中該開口部為鄰近該內表面之開口，該底部為鄰近該表面之端部。
7. 如申請專利範圍第5項所述之電機定子，其中每一凸伸部遠離相應主體之一端形成有焊接部，該第一插腳之凸伸部伸出於該下側面外並使其焊接部位於該第四段之下方，該第二插腳之凸伸部伸出於該下側面外並使其焊接部位於該第二段之下方，該第三插腳之凸伸部伸出於該下側面外並使其焊接部位於該第三段之下方，該第四插腳之凸伸部伸出於該下側面外並使其焊接部位於該第一段之下方，每一繞線槽下方之四焊接部依次兩兩相接，以使該多組繞線結構之第一導線與第二導線依次交替連接以形成該多組線圈。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電機定子，其中該繞線槽之數量為96，部份繞線結構插入相應之16繞線槽中，且該部份繞線結構之第一導線與第二導線依次交替連接形成二該線圈。
9. 一種繞線結構，其包括第一導線及第二導線，該第一導線包括第一弧形段及彎折凸伸形成於該第一弧形段二端之第一插腳及第二插腳，該第二導線包括第二弧形段及彎折凸伸形成於該第二弧形段二端之第三插腳及第四插腳，其改良在於：該第一插腳及該第二插腳均包括主體及彎折凸伸於相應主體之相對二端並朝向相對二側延伸之連接部與凸伸部，該第一插腳和該第二插腳之連接部分別連接該第一弧形段之二端，且該第一插腳之主體平行於該第二插腳之主體；該第三插腳及該第四插腳均包括主體及彎折凸伸於相應主體之相對二端並朝向同側延伸之連接部與凸伸部，該第三插腳和該第四插腳之連接部分別連接該第二弧形段之二端，且該三插腳之主體平行於該第四插腳之主體；該第一插腳、該第二插腳、該第三插腳及該第四插腳之主體之長度相等，該第一插腳、該第二插腳、該第三插腳及該第四插腳之凸伸部之長度相等，該第一插腳、該第二插腳、第三插腳及該第四插腳之連接部之長度均不相等，且該第一導線之總長度與該第二導線之總長度相等。