一种定子骨架结构、定子结构及电机的制作方法

1.本实用新型涉及电机技术领域，特别是涉及一种定子骨架结构、定子结构及电机。


背景技术：

2.高速永磁电机功率密度大、效率高、动态响应快、尺寸小，在节能减排方面具有较高的优势，因此应用的场合越来也多，例如，高速永磁电机应用在空压机、高速机床、真空泵上。
3.在高速电机领域，为降低电机运行时的谐波，定子常采用分布式绕组或者背绕式绕组；其中，分布式绕组的定子绕组端部高，导致电机轴向长度大，转子更细长，临界转速较低；背绕式定子结构能够显著缩短电机的绕组端部尺寸，节省了宝贵的电机轴向空间，拓宽了高速电机的极限转速；但背绕式定子由于空间限制，无法采用分布绕定子“绕嵌一体”的下线方式，也无法像集中式绕组一样使用自动化绕线机，只能采用人工穿线的形式完成定子下线，这种下线方式导致下线成本高、下线效率低。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型提供一种定子骨架结构、定子结构及电机，将传统技术中为一个整体的定子骨架拆分为多个下线模块，每个下线模块在空间足够的前提下通过自动化的方式完成相应的下线，无需人工穿线，具有下线效率高的优势。
5.为了解决上述问题，根据本技术的一个方面，本实用新型的实施例提供了一种定子骨架结构，定子骨架结构包括多个下线模块，多个下线模块沿周向拼接，形成环形结构；每个下线模块均包括定子铁芯、第一骨架和第二骨架，第一骨架卡接在定子铁芯的一端，第二骨架卡接在定子铁芯的另一端，且定子铁芯、第一骨架和第二骨架配合后在下线模块的两侧形成用于绕线的缺口；其中，两侧为沿着环形结构径向的两侧。
6.在一些实施例中，在环形结构的外周，相邻的下线模块之间设置有外槽齿部，在环形结构的内周，相邻的下线模块之间设置有内槽齿部。
7.在一些实施例中，定子铁芯包括本体，本体的径向截面为扇形，扇形的第一侧具有第一侧面，扇形的第二侧具有第二侧面，第一侧面上设置有沿轴向延伸的凸条，第二侧面上设置有沿轴向延伸的缺口；相邻的下线模块通过凸条和缺口实现固定。
8.在一些实施例中，沿着径向，第一侧面和第二侧面的一端向远离中心的方向延伸，使得定子铁芯的一端形成外凹陷；第一侧面和第二侧面的另一端向靠近中心的方向延伸，使得定子铁芯的另一端形成内凹陷。
9.在一些实施例中，第一骨架和第二骨架结构相同，均包括第一插接部和第二插接部，第一插接部和第二插接部通过骨架本体连接，第一插接部插入外凹陷内，第二插接部插入内凹陷内。
10.在一些实施例中，环形结构的外周形成第一燕尾槽结构，环形结构的内周形成第二燕尾槽结构，外槽齿部的一面上具有台阶状的第一凸起，内槽齿部的一面上具有台阶状
的第二凸起；第一燕尾槽结构与第一凸起配合，第二燕尾槽结构与第二凸起配合。
11.在一些实施例中，定子骨架结构还包括多个连接骨架，在环形结构的两个端面上，相邻的下线模块均通过连接骨架固定。
12.在一些实施例中，连接骨架包括连接板，连接板上设置有多个凹槽；骨架本体上设置有多个凸起；两个相邻的骨架本体上的凸起能够插入同一个连接板上的凹槽内。
13.在一些实施例中，连接板沿着径向延伸，使得连接板能够覆盖第一燕尾槽结构和第二燕尾槽结构。
14.在一些实施例中，外槽齿部、内槽齿部以及下线模块一体成型，且环形结构的内周具有能够绕线的空间。
15.在一些实施例中，下线模块、外槽齿部、内槽齿部以及连接骨架之间均填充有胶层。
16.根据本技术的一个方面，本实用新型的实施例提供了一种定子结构，定子结构包括上述的定子骨架结构。
17.根据本技术的一个方面，本实用新型的实施例提供了一种电机，电机包括上述的定子结构。
18.与现有技术相比，本实用新型的定子骨架结构至少具有下列有益效果：
19.本实用新型中的定子骨架结构包括多个下线模块，在组装成定子结构之前，每个下线模块分别完成相应的绕线，采用背绕式绕线的方式，在未组装之前，有足够的空间可以完成相应的绕线，可采用自动化绕线机实现绕线功能，无需手工穿线，具有下线效率高的优势；并且，这种模块化的结构在满足自动化下线的前提下，同时允许在一定自由度内调整齿部方案，方便设计者做出微调改进。
20.另一方面，本实用新型提供的定子结构是基于上述定子骨架结构而设计的，其有益效果参见上述定子骨架结构的有益效果，在此，不一一赘述。
21.另一方面，本实用新型提供的电机是基于上述定子结构而设计的，其有益效果参见上述定子结构的有益效果，在此，不一一赘述。
22.上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
23.图1是本实用新型的实施例提供的定子骨架结构的结构示意图；
24.图2是本实用新型的实施例提供的定子骨架结构中下线模块的爆炸图；
25.图3是本实用新型的实施例提供的定子骨架结构中下线模块的结构示意图；
26.图4是本实用新型的实施例提供的定子骨架结构中下线模块缠绕绕组后的结构示意图；
27.图5是本实用新型的实施例提供的定子骨架结构中定子铁芯的结构示意图；
28.图6是本实用新型的实施例提供的定子骨架结构中定子铁芯的主视图；
29.图7是本实用新型的实施例提供的定子骨架结构中第一骨架或第二骨架的结构示意图；
30.图8是本实用新型的实施例提供的定子骨架结构中第一骨架或第二骨架的主视图；
31.图9是本实用新型的实施例提供的定子骨架结构中第一骨架或第二骨架的侧视图；
32.图10是本实用新型的实施例提供的定子骨架结构的局部组装剖视图；
33.图11是本实用新型的实施例提供的定子骨架结构的另一局部组装剖视图
34.图12是本实用新型的实施例提供的定子骨架结构中连接骨架的结构示意图；
35.图13是本实用新型的实施例提供的定子骨架结构中连接骨架的主视图；
36.图14是本实用新型的实施例提供的定子骨架结构中连接骨架的侧视图
37.图15是本实用新型的实施例提供的定子骨架结构中外槽齿部的结构示意图；
38.图16是本实用新型的实施例提供的定子骨架结构中内槽齿部的结构示意图。
39.其中：
40.1、下线模块；2、外槽齿部；3、内槽齿部；4、连接骨架；5、绕组；11、定子铁芯；12、第一骨架；13、第二骨架；21、第一凸起；31、第二凸起；41、凹槽；111、本体；112、第一侧面；113、第二侧面；114、凸条；115、缺口；121、第一插接部；122、第二插接部；123、骨架本体；124、凸起。
具体实施方式
41.为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
42.在本实用新型的描述中，需要明确的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序；术语“垂直”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“水平”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本实用新型，而不是意味着所指的装置或元件必须具有特有的方位或位置，因此不能理解为对本实用新型的限制。
43.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
44.实施例1
45.本实施例提供一种定子骨架结构，如图1所示，定子骨架结构包括多个下线模块1，多个下线模块1沿周向拼接，形成环形结构。具体地，多个下线模块1分别完成相应的绕线后沿轴向拼接。
46.另外，如图2和图3所示，每个下线模块1均包括定子铁芯11、第一骨架12和第二骨架13，第一骨架12卡接在定子铁芯11的一端，第二骨架13卡接在定子铁芯11的另一端，且定
子铁芯11、第一骨架12和第二骨架13配合后在下线模块1的两侧形成用于绕线的缺口。
47.具体地，定子铁芯11利用硅钢片冲压而成，其两端均具有凹槽，第一骨架12和第二骨架13卡接在该凹槽内，并且卡接完成后，该凹槽还存在，即上述的形成于下线模块1的两侧的缺口；其中，第一骨架12和第二骨架13均为绝缘骨架，第一骨架12和第二骨架13将定子铁芯11卡住后，不会轻易分离或者松脱。
48.另外，上述两侧为沿着环形结构径向的两侧，即：当多个下线模块1沿周向拼接成环形结构后，用于绕线的缺口为两个，两个缺口沿着径向分布；更具体地，在环形结构的某个径向截面上，沿着圆心到外表面的方向，依次为第一个缺口、定子铁芯11、第二个缺口。
49.具体地，本实施例提供的定子骨架结构包括多个下线模块1，在组装成定子结构之前，每个下线模块1分别完成相应的绕线，采用背绕式绕线的方式，在未组装之前，有足够的空间可以完成相应的绕线，可采用自动化绕线机实现绕线功能，无需手工穿线，具有下线效率高的优势；并且，这种模块化的结构在满足自动化下线的前提下，同时允许在一定自由度内调整齿部方案，方便设计者做出微调改进。
50.在具体实施例中：在环形结构的外周，相邻的下线模块1之间设置有外槽齿部2，在环形结构的内周，相邻的下线模块1之间设置有内槽齿部3。
51.具体地，本实施例将传统的定子铁芯拆分为形状结构相同的若干部分，即下线模块1，下线模块1的数量与定子骨架结构的内槽、外槽数量一致，每个下线模块1中，又将开进槽口的外槽齿部2和内槽齿部3拆分开来，下线模块1的轭部部分装配相应的模块化骨架后，可在自动化绕线机上进行批量绕线；此外拆分出的外槽齿部2和内槽齿部3允许设计者对定子铁芯方案在一定范围内进行调整，以作试验对比或为适应不同运行环境而加强特定方面的电机性能(如降低谐波、增大转矩或加强散热等)。
52.本实施例中的自动化绕线机用于把线状的物体缠绕到特定的工件上，具体应该在电机领域即为：将漆包线缠绕到下线模块1上。下线模块1可放置在自动化绕线设备上进行批量绕线，生产效率远高于传统背绕式定子的人工穿线，且所需人力更少，绕线后的下线模块1可用于与其它部件配合组装成定子铁芯整体。
53.在具体实施例中：如图5和图6所示，定子铁芯11包括本体111，本体111的径向截面为扇形，扇形的第一侧具有第一侧面112，扇形的第二侧具有第二侧面113，第一侧面112上设置有沿轴向延伸的凸条114，第二侧面113上设置有沿轴向延伸的缺口115；相邻的下线模块1通过凸条114和缺口115实现固定。
54.其中，凸条114和缺口115均沿着圆环结构的轴向延伸，而凸条114的突出方向和缺口115的凹陷方向均为沿着圆环结构的周向。
55.具体地，此处的扇形可以理解为圆环的一部分；本实施例中的本体111、第一侧面112以及第二侧面113一体成型。
56.为了更好的进行解释说明，以图1中的方向为基础进行说明，假设相邻的两个下线模块1为第一下线模块和第二下线模块，在第一下线模块中，左侧的侧面假设为第一侧面，第一侧面112上设置有凸条114，第二侧面113上设置有缺口115；在第二下线模块中，则左侧的侧面上设置有凸条114，右侧的侧面上设置有缺口115；如此，第一下线模块的右侧和第二下线模块的左侧贴合在一起时，刚好第一下线模块的右侧缺口115和第二下线模块左侧的凸条114相互配合，实现了径向上的定位。
57.在具体实施例中：第一侧面112和第二侧面113的一端向远离中心的方向延伸，使得定子铁芯11的一端形成外凹陷；第一侧面112和第二侧面113的另一端向靠近中心的方向延伸，使得定子铁芯11的另一端形成内凹陷。
58.为了更好的进行解释说明，以图6中的方向为基础进行说明，第一侧面112的一端向上延伸，第二侧面113的一端也向上延伸，两个延伸出来的部分与本体111的外表面形成u型结构，该u型结构即为上述的外凹陷；第一侧面112的另一端向下延伸，第二侧面113的另一端也向下延伸，两个延伸出来的部分与本体111的内表面形成另外一个u型结构，该u型结构即为上述的内凹陷；
59.上述内凹陷和外凹陷主要有两方面的作用，一为用于与第一骨架12和第二骨架13配合，二为用于缠绕漆包线，形成绕组线圈。
60.在具体实施例中：如图7、图8和图9第一骨架12和第二骨架13结构相同，均包括第一插接部121和第二插接部122，第一插接部121和第二插接部122通过骨架本体123连接，第一插接部121插入外凹陷内，第二插接部122插入内凹陷内。
61.具体地，第一插接部121和第二插接部122即为骨架本体123的上端和下端延伸出的部分，且延伸方向相同，均是朝向定子铁芯11，为了与上述的内凹槽和外凹槽配合，第一插接部121和第二插接部122亦为u型结构，但第一插接部121(上方的插接部)的尺寸稍小于外凹陷的尺寸，使得第一插接部121可以完全位于外凹陷内，第二插接部122(下方的插接部)的尺寸稍小于内凹陷的尺寸，使得第二插接部122可以完全位于内凹陷内。
62.另外，在具体实施例中，第一插接部121和第二插接部122的侧边，即u型结构的侧边需要高于第一侧面112和第二侧面113的延伸段，因为第一骨架12和第二骨架13槽内部分需要与定子铁芯11的端面部分连接，而端面部分有一定厚度，若将高出来的部分去掉，则槽内部分与端面部分的连接仅剩槽底一处，会影响第一骨架12和第二骨架13单独存在时的强度，运输时易折断。
63.在具体实施例中：如图11所示，环形结构的外周形成第一燕尾槽结构，环形结构的内周形成第二燕尾槽结构，如图15所示，外槽齿部2的一面上具有台阶状的第一凸起21，如图16所示，内槽齿部3的一面上具有台阶状的第二凸起31；第一燕尾槽结构与第一凸起21配合，第二燕尾槽结构与第二凸起31配合。
64.具体地，第一燕尾槽结构和第二燕尾槽结构都是槽底比槽口宽的一种结构；本实施例中的第一燕尾槽结构和第二燕尾槽结构通过相邻的侧边上的台阶形成。
65.相邻的下线模块1拼接在一起时，两者的内、外齿根部分就会形成燕尾槽结构，该结构与另外生产的外槽齿部2、内槽齿部3的底部结构相同，进而实现下线模块1、外槽齿部2、内槽齿部3三者的配合；第一燕尾槽结构和第二燕尾槽结构可以实现对外槽齿部2、内槽齿部3的周向和径向进行限位的效果。
66.在具体实施例中：如图10、图12、图13以及图14所示，定子骨架结构还包括多个连接骨架4，在环形结构的两个端面上，相邻的下线模块1均通过连接骨架4固定。
67.具体地，连接骨架4为一板状结构，连接骨架4的每一侧面上，一部分与某个下线模块1接触连接，另一份和与该下线模块1相邻的另一下线模块1接触连接，也就是说，连接骨架4进一步将相邻的两个下线模块1固定连接在一起。
68.在具体实施例中：连接骨架4包括连接板，连接板上设置有多个凹槽41；骨架本体
123上设置有多个凸起124；两个相邻的骨架本体123上的凸起124能够插入同一个连接板上的凹槽41内。
69.具体地，在骨架本体123上，设置有两排凹槽单元，每排凹槽单元包括至少两个凹槽41，每个骨架本体123上设置两排凸起单元，每排凸起单元包括至少两个凸起124，第一排凸起单元设置在连接板表面上靠右的位置，另一排凸起单元设置在连接板表面上靠左的位置；第一排凹槽单元和其中一个连接板的第一排凸起单元，另外一排凹槽单元和另外一个连接板的第二排凸起单元配合，并且采用过盈配合的方式，组装完成后，可以实现将所有下线模块1周向连接在一起的功能。
70.在具体实施例中：连接板沿着径向延伸，使得连接板能够覆盖第一燕尾槽结构和第二燕尾槽结构；实现了对下线模块1与外槽齿部2、内槽齿部3的轴向固定作用。
71.在具体实施例中：外槽齿部2和内槽齿部3一体成型；也就是说：根据电机的运行需求，可以将定子槽口完全封闭，即外槽齿部2和内槽齿部3不再分块，而是为一个整体的零部件。
72.在具体实施例中：外槽齿部2、内槽齿部3以及下线模块1一体成型，且环形结构的内周具有能够绕线的空间；也就是说：根据电机的运行需求，在槽口足够宽可以满足下线的前提下，无需将齿部与轭部铁芯分离开，一体叠压成型即可。
73.在具体实施例中：下线模块1、外槽齿部2、内槽齿部3以及连接骨架4之间均填充有胶层。也就是说，若感觉零件之间的连接不够稳固，可以在配合面涂上胶水再进行装配，装配后务必将溢出的胶水去除后再进行下一步操作，以免引起其他零件装配面无法贴合等问题。
74.另外，采用本实施例提供的定子骨架结构，在整体装配完成之后，根据实际设计将不同槽间的绕组出线进行修剪或焊接，形成所需要的绕组。根据对电机要求的不同，可以更改外槽齿部2、内槽齿部3的形状，适当增长或缩短齿部，或是增大、减小槽口宽度等。
75.实施例2
76.本实施例提供一种定子结构，定子结构包括实施例1的定子骨架结构。
77.实施例3
78.本实施例提供一种电机，电机包括实施例2的定子结构。
79.具体地，本实施例中的电机为磁悬浮电机。
80.综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利技术特征可以自由地组合、叠加。
81.以上，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。