电机定子、电机、电机定子绕线装置和电机定子制作方法与流程

1.本发明用于电机领域，特别是涉及一种电机定子、电机、电机定子绕线装置和电机定子制作方法。


背景技术：

2.为了追求制造效率和保证制造质量，现代电机的批量化生产多采用自动化或半自动化生产线的方式进行。电机定子的批量自动化生产普遍存在两种方式，其一：针对传统的分布式绕组定子，普遍采用“绕嵌一体式”的生产线模式；其二：针对现代迅猛发展的集中式绕组的电机定子，普遍采用多工位绕线机进行生产。对比“绕嵌一体式”的生产线模式和多工位绕线机，显然“绕嵌一体式”的生产线模式的产线投资远高于多工位绕线机。当然，产生这种差异的根本原因是电机绕组结构形式不同造成的，因此，现代电机发展有一个显著地趋势就是尽可能地采用集中绕组代替分布式绕组，这在工业伺服电机领域体现的尤为显著。然而，分布式绕组的电机相较集中式绕组电机，在某些电机的性能方面有着不可替换的作用，比如分布式绕组的谐波总含量远低于集中式绕组，使得某些对电机谐波质量要求高的场合就不得不采用分布式绕组，这一点在高速电机领域内体现的最为显著，而在高速电机领域，当采用分布式绕组时，刨除上述提及的自动化产线投资高的问题之外，还有一个严重的问题就是分布式绕组电机的绕组端部高，导致电机的轴向尺寸大，从而限制了高速电机的极限转速。为了弥补这一缺陷，科学家又发明了一种“背绕式”绕组电机结构，这种电机本质上就是分布式绕组。背绕式电机结构能够显著缩短电机的绕组端部尺寸，从而节省了宝贵的电机轴向空间，拓宽了高速电机的极限转速。但是这种背绕式电机定子均不能采用上述提及的“绕嵌一体式”和“多工位绕线机”的加工方式，只能采用手工“穿线”的加工方式进行生产，生产效率极其低下。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种电机定子、电机、电机定子绕线装置和电机定子制作方法，尤其适合解决现有高速电机定子自动化嵌线难、设备资金投入大等问题。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
5.第一方面，电机定子，包括：
6.定子铁芯，所述定子铁芯包括2k1mp块铁芯单元，其中，k1为正整数，m为电机的相数，p为电机定子的极对数，2k1mp块所述铁芯单元沿周向拼接形成所述定子铁芯，所述定子铁芯内部通过各所述铁芯单元限定出轴芯内孔，所述铁芯单元的内侧设有多个内侧布线槽，所述铁芯单元的外侧设有多个外侧布线槽，所述内侧布线槽和所述外侧布线槽均沿定子铁芯的周向分布；
7.绕组，沿所述轴芯内孔的半径方向，绕制于所述铁芯单元的内侧布线槽和外侧布线槽。
8.结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述定子铁芯的内侧布线槽和外侧布线槽的数量均为q，q＝2k2mp，其中k2为正整数。
9.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，2k1mp块所述铁芯单元绕制所述绕组后沿周向拼接形成所述电机定子。
10.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述铁芯单元采用呈扇形的硅钢片沿轴向堆叠形成沿轴向具有一定厚度的扇形块。
11.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，沿周向，所述铁芯单元的一端设有拼接槽，所述铁芯单元的另一端设有拼接齿，其中，相邻的铁芯单元的拼接槽与拼接齿相配合，相邻的铁芯单元之间的拼接缝采用焊接的方式进行焊接。
12.第二方面，电机，包括：
13.第一方面中任一实现方式所述的电机定子；
14.转子，设置于所述轴芯内孔。
15.第三方面，电机定子绕线装置，包括：
16.夹紧工装，包括第一夹紧工装和第二夹紧工装，所述第一夹紧工装和第二夹紧工装用于夹紧第一方面中任一实现方式所述的电机定子的铁芯单元并驱动所述铁芯单元绕旋转轴转动，其中，所述第一夹紧工装和第二夹紧工装夹紧所述铁芯单元时，所述第一夹紧工装和所述第二夹紧工装之间留有向所述铁芯单元的内侧布线槽和外侧布线槽中绕线的连续间隔；
17.下线管嘴，用于将漆包线引出，以配合所述夹紧工装将所述漆包线绕制于所述铁芯单元的内侧布线槽和外侧布线槽。
18.结合第三方面，在第三方面的某些实现方式中，所述第一夹紧工装具有与所述铁芯单元一侧的周向端面配合的第一夹紧面，所述第一夹紧面垂直于所述旋转轴，所述第二夹紧工装具有与所述铁芯单元另一侧的周向端面配合的第二夹紧面以及垂直于所述旋转轴的第三夹紧面，所述第一夹紧工装具有第一旋转轴，所述第二夹紧工装具有第二旋转轴，所述第一夹紧工装和第二夹紧工装夹紧所述铁芯单元时，所述第一旋转轴和所述第二旋转轴同轴以限定出所述旋转轴。
19.结合第三方面和上述实现方式，在第三方面的某些实现方式中，所述下线管嘴在绕线过程中能够沿所述旋转轴方向移动位置。
20.第四方面，电机定子制作方法，包括以下步骤：
21.将第一方面中任一实现方式所述的电机定子的铁芯单元装夹于第三方面中任一实现方式所述的电机定子绕线装置的第一夹紧工装和第二夹紧工装之间；
22.所述第一夹紧工装和第二夹紧工装带动所述铁芯单元旋转，漆包线由下线管嘴引出，并绕制于所述铁芯单元的内侧布线槽和外侧布线槽形成绕组；
23.将绕制所述绕组后的铁芯单元沿周向拼接，相邻的所述铁芯单元之间的拼接缝采用焊接的方式进行焊接。
24.上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：利用拼块式与背绕式定子的优点，创新地采用了分块背绕式整数槽定子，尤其适合解决现有高速电机定子自动化嵌线难、设备资金投入大等问题。该定子利用此结构特点，使电机在本质上仍然属于分布式绕组，但是在制成上可实现了类似集中绕组多工位绕线机自动化生产的方式，
从而达到即保证了电机的电气性能，又避免了电机制造商投入高昂的“绕嵌一体式”分布式绕组电机自动化生产线的目的。
25.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
26.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
27.图1是本发明电机定子的一个实施例的定子铁芯的结构示意图；
28.图2是图1所示的一个实施例铁芯单元的结构示意图；
29.图3是图1所示的一个实施例铁芯单元绕组绕制方式示意图；
30.图4是本发明电机的一个实施例的结构示意图；
31.图5是本发明电机定子绕线装置的一个实施例的结构示意图；
32.图6是采用本发明的电机定子制作方法形成的电机定子的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
33.本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
34.本发明中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本发明的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
35.本发明中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
36.参见图1、图2、图3，本发明的实施例提供了一种易于自动化绕线加工的电机定子，其包括定子铁芯1和绕组4。
37.具体的，参见图1、图2，定子铁芯1包括2k1mp块铁芯单元11，其中，k1为正整数，m为电机的相数，p为电机定子的极对数，2k1mp块铁芯单元11沿周向拼接形成定子铁芯1，即对于三相电机，定子铁芯1至少包括6块铁芯单元11，例如在图1所示的实施例中，m＝3，p＝1，k1＝1，2k1mp＝6，即定子铁芯1包括6块铁芯单元11，6块铁芯单元11沿周向拼接形成定子铁芯1，定子铁芯1内部通过各铁芯单元11限定出轴芯内孔12，轴芯内孔12用于布置电机转子。铁芯单元11的内侧设有多个内侧布线槽13，内侧布线槽13在铁芯单元11的内侧周面形成开口，铁芯单元11的外侧设有多个外侧布线槽14，外侧布线槽14在铁芯单元11的外侧周面形
成开口，内侧布线槽13和外侧布线槽14一一对应，并且内侧布线槽13和外侧布线槽14均沿定子铁芯1的周向分布，以用于绕制绕组4。
38.参见图3，绕组4沿轴芯内孔12的半径方向，绕制于铁芯单元11的内侧布线槽13和外侧布线槽14，形成背绕式绕组4，即所有线圈一条边放置在内侧布线槽13中，另一条边放置在与之对应的外侧布线槽14中。图3中，“ ”表示进线，
“‑”
表示出线，斜线表示连接过渡线。
39.本发明的实施例根据电机的相数、极对数对电机的定子铁芯1进行分块，一方面，通过将电机的定子铁芯1进行分块，进一步在绕线过程中，可针对每块铁芯单元11分别进行绕线，而后再将多块铁芯单元11进行拼接，如此一来，由于铁芯单元11呈非环形的闭合结构，内外两侧的布线槽可以通过转动铁芯单元11进行快速嵌线，大大方便了电机定子的自动化嵌线，特别是采用背绕式绕组的定子；另一方面，通过将定子铁芯1根据电机的相数、极对数进行分块，保证每块定子铁芯1仅能够绕制单一相的绕组，避免在绕线过程中更换绕组，大大降低了电机绕线的自动化难度。
40.本发明的实施例利用拼块式与背绕式定子的优点，创新地采用了分块背绕式整数槽定子，尤其适合解决现有高速电机定子自动化嵌线难、设备资金投入大等问题。该定子利用此结构特点，使电机在本质上仍然属于分布式绕组，但是在制成上可实现了类似集中绕组多工位绕线机自动化生产的方式，从而达到即保证了电机的电气性能，又避免了电机制造商投入高昂的“绕嵌一体式”分布式绕组电机自动化生产线的目的。
41.在一些实施例中，定子铁芯1的内侧布线槽13和外侧布线槽14的数量相同，且定子铁芯1的内侧布线槽13和外侧布线槽14的数量均为q，q＝2k2mp，其中，k2为正整数，例如在图1、图2所示的实施例中，定子铁芯1的内侧布线槽13和外侧布线槽14的数量均为24个，定子铁芯1共分割为6块铁芯单元11，每块铁芯单元11的内侧布线槽13和外侧布线槽14的数量均为4个。
42.可以理解的是，在本发明的实施例中，2k1mp块铁芯单元11可以在每块单独绕制绕组后再沿周向拼接形成电机定子，以方便绕组在定子铁芯1上的自动绕制。此外，针对尺寸较大的电机定子，定子铁芯1通过分块形成尺寸较小的铁芯单元11，此时可以先将两块或多块铁芯单元11先进行拼接，形成一个铁芯单元11组件，然后再进行绕组嵌线，最后再将多个铁芯单元11组件沿周向拼接形成电机定子，以方便绕组在定子铁芯1上的自动绕制。
43.在本发明的一些实施例中，结合图2、图5，铁芯单元11采用多片规格相同的、呈扇形的硅钢片沿轴向堆叠形成沿轴向具有一定厚度的扇形块，铁芯单元11的形状由所有硅钢片共同限定，既能降低铁芯损耗，又方便分块后的铁芯单元11的制作。
44.结合图1、图2，在一些实施例中，沿周向，铁芯单元11的一端设有拼接槽15，铁芯单元11的另一端设有拼接齿16，拼接槽15和拼接齿16的数量至少设置一个，拼接槽15和拼接齿16形状相匹配，均呈半圆形或燕尾形，其中，相邻的铁芯单元11的拼接槽15与拼接齿16相配合，相邻的铁芯单元11之间的拼接缝采用焊接的方式进行焊接，最终所有的铁芯单元11拼接成一个整圆。采用拼接槽15和拼接齿16相配合的结构形式，能够提升相邻的铁芯单元11之间的拼接精度和连接强度。
45.本发明的实施例还提供了一种电机，结合图4，电机包括转子和以上任一实施例中的电机定子，转子设置于轴芯内孔12。例如在图4所示的实施例中，转子采用柱形永磁体2，
外侧设有合金护套3。电机定子包括定子铁芯1和绕组，定子铁芯1由6块铁芯单元11拼接形成，每块铁芯单元11具有4个内侧布线槽13和4个外侧布线槽14，绕组采用自动化绕线机按照图6所示的接线，形成背绕式绕组，即所有线圈一条边放置在内侧布线槽13中，另一条边放置在与之对应的外侧布线槽14中，然后通过半圆形或燕尾形拼接槽15拼接成一个整圆，最后通过焊接槽焊接成一个成品定子。
46.本发明的实施例还提供了一种电机定子绕线装置，其可用于电机定子的自动化绕线，结合图5，电机定子绕线装置包括夹紧工装和下线管嘴51，其中，夹紧工装包括第一夹紧工装52和第二夹紧工装53，第一夹紧工装52和第二夹紧工装53用于夹紧以上任一实施例中的电机定子的铁芯单元11并驱动铁芯单元11绕旋转轴沿a向转动，其中，第一夹紧工装52和第二夹紧工装53夹紧铁芯单元11时，第一夹紧工装52和第二夹紧工装53之间留有向铁芯单元11的内侧布线槽13和外侧布线槽14中绕线的连续间隔，以保证夹紧工装带动电机定子旋转时，漆包线能够自动绕制于内侧布线槽13和外侧布线槽14。其中，下线管嘴51用于将漆包线6引出，以配合夹紧工装将漆包线绕制于铁芯单元11的内侧布线槽13和外侧布线槽14。
47.进一步的，结合图5，为了实现呈扇形块状的铁芯单元11的夹紧，以及夹紧后能够进行旋转驱动，第一夹紧工装52具有与铁芯单元11一侧的周向端面配合的第一夹紧面54，第一夹紧面54垂直于旋转轴，第二夹紧工装53具有与铁芯单元11另一侧的周向端面配合的第二夹紧面55以及垂直于旋转轴的第三夹紧面56，第二夹紧面55和第三夹紧面56互成夹角，呈扇形块状的铁芯单元11通过第一夹紧工装52的第一夹紧面54以及第二夹紧工装53的第二夹紧面55和第三夹紧面56装夹固定，夹紧工装结合铁芯单元11的自身形状和结构进行设计，保证定位和旋转绕线要求，同时留出向铁芯单元11的内侧布线槽13和外侧布线槽14中绕线的连续间隔。第一夹紧工装52具有第一旋转轴57，第二夹紧工装53具有第二旋转轴58，第一夹紧工装52和第二夹紧工装53夹紧铁芯单元11时，第一旋转轴57和第二旋转轴58同轴以限定出旋转轴。
48.进一步的，为了在旋转时能够引导漆包线在内侧布线槽13和外侧布线槽14中绕制，下线管嘴51在绕线过程中能够沿旋转轴方向b移动位置。其中，夹紧工装的夹紧动作、旋转动作以及下线管嘴51的移动动作均可通过电机定子绕线装置自动化完成，大大的减少自动化嵌线设备的成本投入，经济效果显著。
49.本发明的实施例还提供了一种电机定子制作方法，包括以下步骤：
50.将以上任一实施例中的电机定子的铁芯单元11清洗干净烘干，槽内插入槽绝缘纸；
51.将以上任一实施例中的电机定子的铁芯单元11装夹于以上任一实施例中的电机定子绕线装置的第一夹紧工装52和第二夹紧工装53之间，保证其固定不松动；
52.第一夹紧工装52和第二夹紧工装53带动铁芯单元11旋转，漆包线由下线管嘴51引出，并绕制于铁芯单元11的内侧布线槽13和外侧布线槽14形成绕组4；
53.将绕制绕组4后的铁芯单元11沿周向拼接，形成一个完整的圆，相邻的铁芯单元11之间的拼接缝采用焊接的方式进行焊接；
54.待焊接完成后，将进线和出线按照图6所示的连接方式进行连接；将连接好的电机定子进行浸绝缘漆；待定子浸漆完成后，捞出烘干；电机定子烘干后，加工至所需尺寸。
55.本发明的实施例尤其适合解决现有高速电机定子自动化嵌线难、设备资金投入大
等问题。该定子利用此结构特点，使电机在本质上仍然属于分布式绕组，但是在制成上可实现了类似集中绕组多工位绕线机自动化生产的方式，从而达到即保证了电机的电气性能，又避免了电机制造商投入高昂的“绕嵌一体式”分布式绕组电机自动化生产线的目的。
56.在本说明书的描述中，参考术语“示例”、“实施例”或“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
57.当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。