一种三相及多相电机定子结构及其制造方法与流程

1.本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种多相电机定子结构及其制造方法。


背景技术：

2.目前现有技术中，横向磁通永磁电动机需要解决如何减少体积的问题,定子结构基本上都采用在圆周方向均匀分布的方式,每两个定子铁心之间存在较大的间隙,因而在一定程度上造成了空间浪费，若是将电机制造成一体的结构，则可以通过计算选择合适的齿形与壁厚,进而使磁力线所通过的面积近似相等。虽然一体成型的构造可以有效的减少体积，但实际上一体成型构造加工、制造、装配工艺上存在精度等困难。且现有技术中定子的绕组出线占据了定子空间，使得电磁有效体积减小，从而影响转矩和功率，对于传统的电机定子绕组存在指定的。


技术实现要素：

3.本发明其中一个发明目的在于提供一种三相及多相电机定子结构及其制造方法，所述结构和制造方法通过双螺旋绕制的多层扁线的绕组结构，扁线形的绕组可以让绕组更扁平，一方面使得所述绕组在电机中的槽满率更高，另一方面可以有效地降低横向磁通绕组涡流损耗问题。
4.本发明其中一个发明目的在于提供一种三相及多相电机定子结构及其制造方法，所述结构和制造方法通过双螺旋绕制，在扁线绕组内侧出线的方式无需对每相电机定子进行穿孔，三相以及多相引线通过定子铁芯外侧的引线槽集中引出，可以有效减低引线出线难度。
5.本发明另一个发明目的在于提供一种三相及多相电机定子结构及其制造方法，所述结构和制造方法在定子的外边缘设置引线槽，所述引线槽可以用于引线引出，使得所述扁线引线不会占用电机的有效面积，从而不会影响电机的磁通性能。
6.本发明另一个发明目的在于提供一种三相及多相电机定子结构及其制造方法，所述结构和制造方法通过转接板和引线槽的设置，转接板存在固定孔和引线缺口，使得多相定子之间只存在轴向的模块化叠加安装方式，因此可以有效地降低多相定子安装中不同方向安装方式的尺寸精度要求，减少公差配合，提高电机的电磁性能。
7.本发明另一个发明目的在于提供一种三相及多相电机定子结构及其制造方法，所述结构和方法通过所述双螺旋绕制的多层扁线绕组向线圈内侧绕制，并通过所述转接板引线缺口和不同相定子自身的引线槽实现轴向连接，从而避免对定子自身有效磁通空间内进行引线开孔，减少对电机性能的影响。
8.为了实现至少一个上述发明目的，本发明进一步提供一种三相及多相电机定子结构，所述结构包括：至少三个定子铁芯；至少三个扁线绕组；
至少两个转接板；其中所述每一个定子铁芯外侧面具有引线槽，所述定子铁芯内侧面包括绕组线槽，所述扁线绕组安装于所述绕组线槽中，所述扁线绕组双螺旋环绕形成并绕结构，在所述绕组内侧形成用于出线的引线端，所述每个转接板轴向地固定连接相邻的两个定子铁芯，使得所述相邻两个定子铁芯形成固定角度。
9.根据本发明其中一个较佳实施例，所述扁线绕组具有至少两层并绕结构，且所述扁线绕组的两个出线端均位于所述扁线绕组的内侧边，所述扁线绕组的出线端分别具有对应的引线，所述引线从所述扁线绕组内侧引出。
10.根据本发明另一个较佳实施例，所述转接板为c型结构，所述转接板侧面具有连接孔，相邻两个定子铁芯的相邻侧面具有和所述转接板连接孔位置对应的固定孔，通过连接件穿过所述转接板连接孔和定子铁芯固定孔，用于将相邻定子铁芯固定连接。
11.根据本发明另一个较佳实施例，所述转接板的c型结构上具有引线缺口，所述转接板为片状结构，所述转接板和相邻两个定子铁芯之间轴向并排连接。
12.根据本发明另一个较佳实施例，所述转接板的引线缺口设置于相邻定子铁芯外侧面具有引线槽位置，当所述转接板轴向固定相邻定子铁芯时，所述相邻定子铁芯的引线缺口处具有空隙，所述定子铁芯引线从所述引线缺口处延伸而出。
13.根据本发明另一个较佳实施例，所述定子铁芯的引线具有一个过渡线，所述过渡线将不同层的扁线绕组连接。
14.根据本发明另一个较佳实施例，所述定子铁芯为双排定子齿轭结构，所述双排定子齿轭结构在轴向上的不同排齿之间错开固定角度，其中错开固定角度：α1= 180
°
/ z，其中α1为错开角度，z为单排齿数；其中错开固定角度α1需要满足：α1=180
°
/ z 360/z/β，其中β=2p/gcd(z,2p); z为电机定子的单排齿数，p为电机的极对数，gcd（z,2p）表示槽数和级数2p的最大公约数。
15.根据本发明另一个较佳实施例，所述定子铁芯为双瓣结构，所述转接板上包括相连接孔和双瓣连接孔，对应的定子铁芯的双瓣上分别设有对应的相固定孔和双瓣固定孔，通过连接件穿过所述相连接孔和相固定孔，可以固定相邻两个定子铁芯，形成两相结构；通过连接件穿过所述双瓣连接孔和双瓣固定孔，可以固定同一定子铁芯的两个不同瓣，用于形成单独一相定子铁芯。
16.根据本发明另一个较佳实施例，所述定子铁芯中间具有转子，所述转子外表面的磁性材料和导磁块为多个相互倒装梯形块串联形成，所述梯形块交替圆周排布，用于形成转子圆形结构。
17.为了实现至少一个上述发明目的，本发明进一步提供一种电机定子制造方法，所述方法包：获取扁形铜导线，将所述扁形铜导线进行双螺旋环绕编制形成分层的扁线绕组；从所述扁线绕组内侧作为开始断向外环绕一个单层绕组，绕制预设圈数后绕制过渡线，通过所述过渡线将绕组进行另一个单层向内绕制；完成多层扁线绕组绕制后，将所述扁线绕组安装固定于定子铁芯内侧面的绕组线槽中；c型转接板通过连接件轴向固定连接不同相的定子铁芯，以及通过连接件固定相
同相不同瓣的定子铁芯；扁线绕组内侧的引线通过引线槽和引线缺口延伸出定子铁芯。
附图说明
18.图1显示的是本发明定子一种电机定子结构的整体示意图。
19.图2显示的是本发明中定子的扁线绕组的结构示意图。
20.图3显示的是本发明中定子的扁线绕组s位置的局部放大示意图。
21.图4显示的是本发明中定子的扁线绕组卷线方向示意图。
22.图5显示的是本发明中双排定子齿轭结构示意图。
23.图6显示的是本发明中单瓣定子结构示意图。
24.图7显示的是本发明中转接板结构示意图。
25.图8显示的是本发明中单个定子组件结构示意图。
26.图9 显示的是本发明中两个定子组件连接结构示意图。
27.图10显示的是本发明一个较佳实施例中三相定子组件的结构示意图。
28.图11显示的是本发明中和定子相关的转子结构示意图。
29.图12显示的是本发明一种电机定子制造方法流程示意图。
30.其中，定子铁芯-10，单瓣定子铁芯-10a，齿排-11，齿-111，引线槽-112，相固定孔-12，双瓣固定孔-13，绕组线槽-14，扁线绕组-20，第一层扁线绕组-21，第二层扁线绕组-22，开始端-23，结束端-24，过渡线-25，引线-26，转接板-30，引线缺口-31，相连接孔-32，双瓣连接孔-33，转子-40，磁性材料-41，导磁块-42。a-a相定子铁芯组件，b-b相定子铁芯组件，c-c相定子铁芯组件。
具体实施方式
31.以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
32.可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
33.结合图1-图12，本发明公开一种三相及多相电机定子结构及其制造方法，其中所述三相及多相定子结构包括如下部分：至少三个定子铁芯、至少三个扁线绕组和至少两个转接板，其中所述定子铁芯通过所述转接板相互轴向连接形成三相以及三相以上定子结构，所述每一个定子铁芯内侧具有绕组线槽，所述扁线绕组安装于所述定子铁芯内侧的绕组线槽中，所述至少两个定子铁芯通过所述转接板的轴向固定作用使得多个定子铁芯构成多相定子结构。
34.值得一提的是，本发明其中一个优势在于对所述扁线绕组的结构设置绕组的引线引出结构设置，其中所述扁线绕组采用的是双螺旋绕制形成双层或多层绕组结构，具体请参考图2-4，所述扁线绕组为扁形铜线，所述扁线绕组的开始端为第一层扁线绕组的内侧
（绕组靠近圆心一侧），从所述扁线绕组内侧的开始端开始环形绕制第一层绕组，根据预设的圈数，将第一层扁线绕组环绕至预设的圈数，此时所述第一层绕组的动作端部位于扁线绕组的外侧。进一步控制所述第一层绕组的动作端向第一层绕组轴向方向上弯折形成过渡线，通过所述过渡线可以执行第二层级绕组的绕制操作。在所述过渡线的动作端部按照第一层绕组的绕制方向贴合所述第一层绕组做环形绕制，直到环绕至和所述第一层绕组相同的圈数到结束端。通过上述扁线绕组的绕制方法可以实现双层以及多层的绕制，上述扁线绕制形成的双螺旋扁线结构，由于线型差异和绕制方法相比于传统的单螺旋圆线绕制的铁芯绕组使得电机具有更高的槽满率，并且由于扁形铜线具有更扁平的特点，使得所述绕组在定子铁芯中的涡流损耗更小。需要说明的是，所述双螺旋绕组的线圈数必须为偶数，这样才能保证出线便利性。
35.请参考图5-图6，本发明的定子结构为双排定子齿轭结构，其中所述双排定子齿轭结构的两排相邻齿之间的错开的夹角为固定夹角，其中所述固定夹角为α1=α2= 180
°
/ z，其中所述z为定子的单排齿数，其中所述错开的角度根据齿槽转矩的特性来调整，通过调整进一步等效斜极，其中错开的角度等于电机的齿槽转矩的周期数，从降低齿槽转矩的角度来说，需要满足：α1=180
°
/ z 360/z/β其中β=2p/gcd(z,2p); z为电机定子的单排齿数，p为电机的极对数，gcd（z,2p）表示槽数和级数2p的最大公约数。需要说明的是，本发明中所述定子铁芯配置为分瓣结构，相比于一体成型的定子结构，本发明分瓣的定子铁芯更具有生产制造的优势，所述分瓣的定子铁芯也更容易组装和拆卸。
36.所述转接板被配置为c型结构，其中所述转接板上分别具有两个相连接孔和双瓣连接孔，对应的，当所述转接板安装于两个相邻定子铁芯之间时，两个相邻定子铁芯相对的侧面上具有两个相固定孔和双瓣固定孔，其中所述相连接孔和所述相固定孔相对设置，所述双瓣连接孔和双瓣固定孔相对设置，使得通过连接件（比如铆钉）分别穿过所述转接板上的相连接孔和对应定子铁芯上侧面上的相固定孔实现两个相邻的不同相定子的相对固定；以及通过所述连接件分别穿过所述转接板上双瓣连接孔和定子铁芯侧面双瓣固定孔实现对单个铁芯的双瓣相对固定，上述固定方式为整体上为轴向固定，即两个定子铁芯和中间的转接板安装时处于同一转轴上，且上述安装方式为模块化的安装，无需相邻的定子铁芯和转接板可以单独构成一个安装模块，从而使得本发明的结构兼顾制造工艺的公差配合限制，也提高整体的安装效率。
37.值得一提的是，请结合图9图10，本发明中定子铁芯组件被配置为至少三相，本发明以三相定子铁芯组件举例说明：所述定子铁芯的外侧表面上设有引线槽，其中所述引线槽沿着定子的轴向设置，且所述引线槽的在所述定子铁芯外侧表面为局部设置，在不影响电磁性能下降低成本。所述转接板被配置为c型结构，其中所述c型转件板上具有引线缺口，所述引线缺口用于引线的穿过引出。具体请参考图10，本发明其中一个较佳实施例中，定子铁芯组件包括a相定子铁芯组件和b相定子铁芯组件。所述a相定子铁芯组件和b相定子铁芯组件的绕组线槽中安装所述扁线绕组，在所述a相定子铁芯组件和b相定子铁芯组件的相对侧面设有所述转接板，所述转接板安装于所述a相定子铁芯组件和b相定子铁芯组件之间时，通过所述转接板自身的引线缺口，使得在a相定子铁芯组件和b相定子铁芯组件侧面之
间存在一定的空隙，该空隙可以容纳所述a相定子铁芯组件和b相定子铁芯组件对应的扁线绕组引出，其中b相定子铁芯组件的扁线绕组的两个引线端子分别从所述扁线绕组的内侧沿着自身不同的齿排的槽沟中引出，其中一个引线端子的引线从一个齿排的槽沟中引导到引线缺口并引出到所述a相定子铁芯组件外侧面的引线槽中，另一个引线端子引线从所述b相定子铁芯组件的另一齿排的槽沟引出到所述b相定子铁芯组件外侧面的引线槽中。进一步配置所述a相定子铁芯组件和b相定子铁芯组件的外侧面引线槽都在相同或相近位置，使得所述a相定子铁芯组件引线槽和b相定子铁芯组件的外侧面引线槽之间可以贯通连接。进一步的，在所述b相定子铁芯组件的轴向外侧面通过另一个转接板连接c相定子铁芯组件的侧面，其中所述c相定子铁芯组件的绕组线槽中安装有所述扁线绕组，且所述c相定子铁芯组件和b相铁芯定子组件连接的转接板对应的引线缺口和另一转接板的引线缺口处于相同或相近的轴向位置，使得所述a、b、c三相定子铁芯组件的外侧面的引线槽相互贯通。
38.需要说明的是，所述a相定子铁芯组件中和c相定子铁芯组件的扁线绕组将根据所述b相相定子铁芯组件的扁线绕组进行相同双侧的引线引出，由于所述引线缺口可以覆盖多个引线槽，且不同相的引线槽之间相互贯通，因此，所述a相定子铁芯组件和c相定子铁芯组件中的扁线绕组和b相定子铁芯组件的扁线绕组的引线可以在相同的引线槽中被引出，从而可以实现不同相引线的集中汇聚，大幅降低了引线的出现难度，并且便于不同相定子铁芯的装配。
39.所述定子铁芯中需要安装转子，进一步用于构架电机的驱动组件，本发明中，所述转子最外层配置有磁性材料和导磁块，且所述转子采用辐条式结构，磁性材料正梯形设计，导磁块倒梯形设计。磁性材料和导磁块相互配合交替圆周排布。这样的排布结构能够一方面保证转子组件的圆度。另一方面，此种磁性材料和导磁块交替圆周排布方式能够减少二次加工的概率，增加转子组件的容错性。
40.本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明，本发明的目的已经完整并有效地实现，本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。