TWI622249B - 定子 - Google Patents

Abstract

一種定子應用於電動馬達中。定子包含中空鐵芯以及複數個繞組。中空鐵芯具有兩相反表面以及連通至表面之複數個容置槽。容置槽呈環狀排列。每一繞組包含複數個導線通過容置槽捲裝。繞組之導線位於容置槽內的部分於徑向上係同心排列成複數個繞線層。在容置槽中的至少一者內，排列於最內側之繞線層的導線的線截面積，係小於排列於最外側之繞線層的導線的線截面積。

Description

定子

本發明是有關於一種應用於馬達中的定子。

在應用於電動馬達中的定子上，由於低電壓應用或大功率需求，繞設於其容置槽內的導線通常需要足夠的截面積以承受較大的電流，目前習知的作法是採用具有相同截面積的多股線或較大截面積的單一銅線。單一銅線有較高佔槽率的優點，但因集膚效應(skin effect)與鄰近效應(proximity effect) 的關係，大截面積銅線的交流損耗會隨著馬達轉速增加而急速上升。為了解決此問題，目前一般常見的作法是使用銅線截面積較小的多股線，藉由降低單一銅線線截面積來達到減少銅線交流損耗。然而，此方式將導致銅線佔槽率下降，銅線的有效截面積減少而導致直流電阻上升，從而增加總體銅線的損耗。

有鑑於此，本發明之一目的在於提出一種可減少銅線交流損耗同時對整體銅線損耗影響較小的定子繞線結構。

為了達到上述目的，依據本發明之一實施方式，一種定子應用於電動馬達中。定子包含中空鐵芯以及複數個繞組。中空鐵芯具有兩相反表面以及連通至表面之複數個容置槽。容置槽呈環狀排列。每一繞組包含複數個導線通過容置槽捲裝。繞組之導線位於容置槽內的部分於徑向上係同心排列成複數個繞線層。在容置槽中的至少一者內，排列於最內側之繞線層的導線的線截面積，係小於排列於最外側之繞線層的導線的線截面積。

於本發明的一或多個實施方式中，在容置槽中的至少一者內，繞線層中排列於內側之一者的導線的線截面積，係小於等於繞線層中排列於外側之一者的導線的線截面積。

於本發明的一或多個實施方式中，上述之繞線層由外而內依序排列成至少六層。

於本發明的一或多個實施方式中，在容置槽中的至少一者內，排列於第五層之繞線層之導線的線截面積，係大於等於排列於第六層之繞線層之導線的線截面積。

於本發明的一或多個實施方式中，在容置槽中的至少一者內，排列於第三層之繞線層之導線的線截面積與排列於第四層之繞線層之導線的線截面積之和，係大於等於排列於第五層之繞線層之導線的線截面積與排列於第六層之繞線層之導線的線截面積之和。

於本發明的一或多個實施方式中，在容置槽中的至少一者內，排列於第二層之繞線層之導線的線截面積，係大於排列於第三層至第六層之繞線層之導線的至少一者的線截面積。

於本發明的一或多個實施方式中，在容置槽中的至少一者內，排列於第一層之繞線層之導線的線截面積，係大於等於排列於第二層之繞線層之導線的線截面積。

於本發明的一或多個實施方式中，上述之繞組包含第一繞組、第二繞組以及第三繞組。排列於第一層之繞線層與排列於第二層之繞線層構成第一繞組。排列於第三層之繞線層與排列於第五層之繞線層構成第二繞組。排列於第四層之繞線層與排列於第六層之繞線層構成第三繞組。

於本發明的一或多個實施方式中，上述之第二繞組之導線中的至少一者與第三繞組之導線中的至少一者係並聯。

於本發明的一或多個實施方式中，上述之第二繞組之導線中的至少一者或第三繞組之導線中的至少一者係與第一繞組之導線中的至少一者串聯。

於本發明的一或多個實施方式中，上述之在容置槽中的至少一者內，第一繞組之導線與第二繞組之導線之間由第一絕緣層所分隔。

於本發明的一或多個實施方式中，上述之在容置槽中的至少一者內，第二繞組之導線與第三繞組之導線之間由第二絕緣層所分隔。第一絕緣層的絕緣等級高於第二絕緣層的絕緣等級。

綜上所述，本發明的定子的設計是使排列於最內側之繞線層之導線的線截面積小於排列於最外側之繞線層之導線的線截面積。由於在鄰近效應的影響之下，排列於最內側之繞線層的交流損耗會大於排列於最外側之繞線層的交流損耗，因此藉由前述不等線截面積的調整，即可有效地減少定子的交流損耗，同時也不至於因為使用較小之等線截面積的多股銅線而降低佔槽率及增加直流損耗，從而使定子達到降低鄰近效應的影響以及減少整體損耗的目的。

以上所述僅係用以闡述本發明所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本發明之具體細節將在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

請參照第1圖至第3圖。第1圖為繪示本發明一實施方式之定子100的立體圖。第2圖為繪示第1圖中之定子100的另一立體圖。第3圖為繪示第1圖中之定子100沿著線段3-3的局部橫剖面圖。

如第1圖與第2圖所示，於本實施方式中，定子100可應用於電動馬達中。定子100包含中空鐵芯110以及複數個繞組。中空鐵芯110具有第一表面111(見第1圖)、第二表面112(見第2圖)以及複數個容置槽113。第一表面111與第二表面112分別位於中空鐵芯110的兩相反側。容置槽113係連通至第一表面111與第二表面112(亦即，容置槽113係貫穿中空鐵芯110)。容置槽113呈環狀排列。每一繞組包含複數個導線122通過容置槽113捲裝。於本實施方式中，容置槽113並未徑向連通至中空鐵芯110的內壁，但本發明並不以此為限。於實際應用中，容置槽113亦可完全徑向連通或部分徑向連通至中空鐵芯110的內壁。

如第3圖所示，繞組之導線122位於容置槽113內的部分於徑向上係同心排列成複數個繞線層121a、121b、121c、121d、121e、121f。於本實施方式中，由外而內依序排列為繞線層121a、繞線層121b、繞線層121c、繞線層121d、繞線層121e以及繞線層121f等六層，但本發明並不以此為限。

特別來說，於本實施方式中，在至少一容置槽113內，排列於最內側之繞線層121f之導線122的線截面積，係小於排列於最外側之繞線層121a之導線122的線截面積。由於在鄰近效應的影響之下，排列於最內側之繞線層121f的交流損耗會大於排列於最外側之繞線層121a的交流損耗，因此藉由前述不等線截面積的調整，即可有效地減少定子100的交流損耗，同時也不至於因為使用較小之等線截面積的多股導線(例如銅線)而降低佔槽率及增加直流損耗，從而使定子100達到降低鄰近效應的影響以及減少整體損耗的目的。

於一些實施方式中，每一導線122具有兩部分。此兩部分係分別捲裝於容置槽113中之對應兩者內，且分別屬於繞線層121a、121b、121c、121d、121e、121f中之對應兩者。舉例來說，導線122的兩部分可橫跨六個容置槽113的距離，但本發明並不以此為限，可依照實際需求而彈性地調整。

如第3圖所示，於本實施方式中，在至少一容置槽113內，可以進一步設計使上述之繞線層121a、121b、121c、121d、121e、121f中排列於內側之一者的導線122的線截面積，小於等於繞線層121a、121b、121c、121d、121e、121f中排列於外側之一者的導線122的線截面積，同樣可以達到前述降低鄰近效應的影響以及減少整體損耗的目的。舉例來說，於一些實施方式中，在至少一容置槽113內，排列於第五層之繞線層121e之導線122的線截面積，係大於等於排列於第六層之繞線層121f之導線122的線截面積。

或者，於一些實施方式中，在至少一容置槽113內，排列於第三層之繞線層121c之導線122的線截面積與排列於第四層之繞線層121d之導線122的線截面積之和，係大於等於排列於第五層之繞線層121e之導線122的線截面積與排列於第六層之繞線層121f之導線122的線截面積之和。

又或者，於一些實施方式中，在至少一容置槽113內，排列於第二層之繞線層121b之導線122的線截面積，係大於排列於第三層之繞線層121c、第四層之繞線層121d、第五層之繞線層121e與第六層之繞線層121f之導線122的至少一者的線截面積。

又或者，於一些實施方式中，在至少一容置槽113內，排列於第一層之繞線層121a之導線122的線截面積，係大於等於排列於第二層之繞線層121b之導線122的線截面積。

同樣示於第3圖中，排列於第一層之繞線層121a與排列於第二層之繞線層121b構成第一繞組120A。排列於第三層之繞線層121c與排列於第五層之繞線層121e構成第二繞組120B。排列於第四層之繞線層121d與排列於第六層之繞線層121f構成第三繞組120C。

此外，本實施方式之定子100還包含第一絕緣層130(見第3圖與第4圖)設置於容置槽113內。在至少一容置槽113內，第一繞組120A之導線122與第二繞組120B之導線122之間由第一絕緣層130所分隔。具體來說，排列於第二層之繞線層121b的導線122與排列於第三層之繞線層121c的導線122之間由第一絕緣層130所分隔。並且，在至少一容置槽113內，第二繞組120B之導線122與第三繞組120C之導線122之間由第二絕緣層140(見第4圖)所分隔。

於實際應用中，例如在短距(相對於全跨距)應用中，可能同一容置槽113有不同相，此時壓差大，因此第一絕緣層130可採用絕緣等級較高的材料，而第二絕緣層140可採用絕緣等級較低的材料。舉例來說，於一些實施例中，第一絕緣層130為絕緣紙或塑料，但本發明並不以此為限。於一些實施例中，第二絕緣層140可以是排列於第三層之繞線層121c至排列於第六層之繞線層121f的導線122外表面上的漆或塗層，但本發明並不以此為限。

請參照第4圖以及第5圖。第4圖為繪示第2圖的局部放大圖。第5圖為繪示第4圖中繞設於容置槽113內之一些導線的立體圖。如第5圖所示，於本實施方式中，導線122c與導線122d形成右側兩個並排的V字型結構，而導線122e與導線122f形成左側兩個並排的V字型結構。具體來說，導線122c與導線122e為第二繞組120B的一部分(形成一個W字型結構)，因此對於導線122c與導線122e任一者來說，其繞設至兩容置槽113的兩部位分別屬於排列於第三層之繞線層121c與排列於第五層之繞線層121e。而導線122d與導線122f為第三繞組120C的一部分(形成另一個W字型結構)，因此對於導線122d與導線122f任一者來說，其繞設至兩容置槽113的兩部位分別屬於排列於第四層之繞線層121d與排列於第六層之繞線層121f。

進一步，由第5圖所示的結構來看，第二繞組120B的導線122c與第三繞組120C的導線122d(即右側兩個並排的V字型結構)為並聯，第二繞組120B的導線122e與第三繞組120C的導線122f(即左側兩個並排的V字型結構)為並聯，並且右側兩個並排的V字型結構與左側兩個並排的V字型結構為串聯。

於一些實施方式中，第二繞組之至少一導線或該第三繞組之至少一導線可再與第一繞組之至少一導線串聯(例如，經由一跨接線進行串聯)。

於實際應用中，本發明的定子100並不限於僅包含三個繞組，可以依據需求而彈性地增減。舉例來說，本發明的定子100還可再增加至少一繞組。舉例來說，可再增加第四繞組(圖未示)繞設於第二繞組120B與第三繞組120C之間，並彼此並聯，再共同與第一繞組120A串聯。第一繞組120A至第四繞組的導線122由外而內可重新排列成八層繞線層，其中第一層與第二層構成第一繞組120A，第三層與第六層構成第二繞組120B，第四層與第七層構成第三繞組120C，並且第五層與第八層構成第四繞組(圖未示)。在此結構配置之下，只要符合排列於內側之繞線層之任一導線122的線截面積小於等於排列於外側之繞線層之任一導線122的線截面積的規則，即可達到前述降低鄰近效應的影響以及減少整體損耗的目的。

由以上對於本發明之具體實施方式之詳述，可以明顯地看出，本發明的定子的設計是使排列於最內側之繞線層之導線的線截面積小於排列於最外側之繞線層之導線的線截面積。由於在鄰近效應的影響之下，排列於最內側之繞線層的交流損耗會大於排列於最外側之繞線層的交流損耗，因此藉由前述不等線截面積的調整，即可有效地減少定子的交流損耗，同時也不至於因為使用較小之等線截面積的多股銅線而降低佔槽率及增加直流損耗，從而使定子達到降低鄰近效應的影響以及減少整體損耗的目的。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並不用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧定子

110‧‧‧中空鐵芯

111‧‧‧第一表面

112‧‧‧第二表面

113‧‧‧容置槽

120A‧‧‧第一繞組

120B‧‧‧第二繞組

120C‧‧‧第三繞組

121a、121b、121c、121d、121e、121f‧‧‧繞線層

122、122c、122d、122e、122f‧‧‧導線

130‧‧‧第一絕緣層

140‧‧‧第二絕緣層

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 第1圖為繪示本發明一實施方式之定子的立體圖。 第2圖為繪示第1圖中之定子的另一立體圖。 第3圖為繪示第1圖中之定子沿著線段3-3的局部橫剖面圖。 第4圖為繪示第2圖的局部放大圖。 第5圖為繪示第4圖中繞設於容置槽內之一些導線的立體圖。

Claims (10)

1. 一種定子，應用於一電動馬達中，該定子包含：一中空鐵芯，具有兩相反表面以及連通至該些表面之複數個容置槽，該些容置槽呈環狀排列；以及複數個繞組，每一該些繞組包含複數個導線通過該些容置槽捲裝，該些繞組之該些導線位於該些容置槽內的部分於徑向上係同心排列成複數個繞線層，其中在該些容置槽中的至少一者內，排列於最內側之該繞線層的該導線的線截面積，係小於排列於最外側之該繞線層的該導線的線截面積，其中在該些容置槽中的至少一者內，該些繞線層由外而內依序排列成至少六層，排列於第三層之該繞線層之該導線以及排列於第四層之該繞線層之該導線係並聯，而排列於第五層之該繞線層之該導線以及排列於第六層之該繞線層之該導線係並聯。
2. 如請求項第1項所述之定子，其中在該些容置槽中的至少一者內，該些繞線層中排列於內側之一者的該導線的線截面積，係小於等於該些繞線層中排列於外側之一者的該導線的線截面積。
3. 如請求項第1項所述之定子，其中在該些容置槽中的至少一者內，排列於該第五層之該繞線層之該導線的線截面積，係大於等於排列於該第六層之該繞線層之該導線的線截面積。
4. 如請求項第1項所述之定子，其中在該些容置槽中的至少一者內，排列於該第三層之該繞線層之該導線的線截面積與排列於該第四層之該繞線層之該導線的線截面積之和，係大於等於排列於該第五層之該繞線層之該導線的線截面積與排列於該第六層之該繞線層之該導線的線截面積之和。
5. 如請求項第1項所述之定子，其中在該些容置槽中的至少一者內，排列於第二層之該繞線層之該導線的線截面積，係大於排列於該第三層至該第六層之該些繞線層之該些導線的至少一者的線截面積。
6. 如請求項第1項所述之定子，其中在該些容置槽中的至少一者內，排列於第一層之該繞線層之該導線的線截面積，係大於等於排列於第二層之該繞線層之該導線的線截面積。
7. 如請求項第1項所述之定子，其中該些繞組中包含一第一繞組、一第二繞組以及一第三繞組，排列於第一層之該繞線層與排列於第二層之該繞線層構成該第一繞組，排列於該第三層之該繞線層與排列於該第五層之該繞線層構成該第二繞組，並且排列於該第四層之該繞線層與排列於該第六層之該繞線層構成該第三繞組。
8. 如請求項第7項所述之定子，其中該第二繞組之該些導線中的至少一者或該第三繞組之該些導線中的至少一者係與該第一繞組之該些導線中的至少一者串聯。
9. 如請求項第7項所述之定子，其中在該些容置槽中的至少一者內，該第一繞組之該導線與該第二繞組之該導線之間由一第一絕緣層所分隔。
10. 如請求項第9項所述之定子，其中在該些容置槽中的至少一者內，該第二繞組之該導線與該第三繞組之該導線之間由一第二絕緣層所分隔，其中該第一絕緣層的絕緣等級高於該第二絕緣層的絕緣等級。