CN114374288B - 定子及其绕线组件 - Google Patents

Abstract

本公开关于一种定子及其绕线组件。其中定子包含定子铁芯以及绕线组件。定子铁芯包含管壁及中空部。绕线组件设置于中空部，且包含第一绕线群组及第二绕线群组。第一绕线群组包含复数个绕线单元。该复数个绕线单元相互并排且环绕设置于管壁的内侧，并共同定义出外层。第二绕线群组包含复数个绕线单元。该复数个绕线单元相互并排且环绕设置于外层的内侧，并共同定义出内层。其中内层的任一绕线单元于管壁上的投影与外层的两相邻的绕线单元于管壁上的各投影是部分重叠。第一绕线群组的绕线单元的线圈匝数大于第二绕线群组的绕线单元的线圈匝数。

Description

定子及其绕线组件

技术领域

本公开涉及一种定子及其绕线组件，特别涉及一种无槽式旋转电机的定子及其绕线组件。

背景技术

目前，旋转电机已广泛地用在各种领域及应用中，例如电动马达。一般而言，旋转电机包含定子及转子。通过定子形成磁通量并将其作用于转子上，转子可被所产生的电磁力推动而旋转。在过去，旋转电机多是根据开槽式设计而建构。其中，绕线缠绕在定子中的齿槽结构之间。随着技术的发展，由于无槽式设计不具有齿槽结构，故相较于开槽式设计可排除齿槽效应的问题，且更具有在广泛的速度范围内皆具可平稳运行的优势。因此，无槽式旋转电机渐渐取代先前的开槽式旋转电机。

在现行技术中，无槽式旋转电机中定子的绕线组件具有单层、双层或多层的结构。如图1A及图1B所示，定子1包含定子铁芯11及绕线组件12。绕线组件12包含复数个结构相同的绕线单元13。复数个绕线单元13排列并环绕成管状，且设置于定子铁芯11的内侧表面。其中，每一绕线单元13皆包含左右相互对称的第一侧段13a及第二侧段13b，且每一绕线单元13的第一侧段13a皆位于另一绕线单元13的第二侧段13b的相对内侧以形成双层的管状结构，亦即第一侧段13a皆大致位于内层，第二侧段13b皆大致位于外层。在定子铁芯11的内部空间中，愈靠近定子铁芯11的内侧表面则愈具有较大的空间可设置绕线。而在此结构设计下，因每一绕线单元13皆同时设置于内层及外层，故外层的绕线占槽率通常低于内层的绕线占槽率，导致绕线组件外层的空间未被充分利用。此外，这种绕线单元的设置方式亦容易产生空隙及偏差，造成绕线组件的精密度难以提升。

因此，实有必要发展一种可解决上述问题的定子及其绕线组件，以解决现有技术所面临的问题。

发明内容

本公开的主要目的在于提供一种定子及其绕线组件，从而解决并改善前述现有技术的问题与缺点。

本公开的另一目的在于提供一种定子及其绕线组件。绕线组件的绕线单元在定子铁芯的径向方向上堆叠成两层，且位于外层的绕线单元的线圈匝数大于位于内层的绕线单元的线圈匝数。借此，绕线组件外层的绕线占槽率可大致与内层的绕线占槽率相等，达到有效运用定子铁芯的内部空间、提升旋转电机的转矩特性，并同时简化绕线组件的制造程序的技术效果。

为达前述目的，本公开提供一种定子，适用于旋转电机，且包含定子铁芯以及绕线组件。定子铁芯包含管壁及中空部。绕线组件设置于中空部，且包含第一绕线群组及第二绕线群组。第一绕线群组包含复数个绕线单元。该复数个绕线单元相互并排且环绕设置于管壁的内侧，并共同定义出外层。第二绕线群组包含复数个绕线单元。该复数个绕线单元相互并排且环绕设置于外层的内侧，并共同定义出内层。其中内层的任一绕线单元于管壁上的投影与外层的两相邻的绕线单元于管壁上的各投影是部分重叠。第一绕线群组的绕线单元的线圈匝数大于第二绕线群组的绕线单元的线圈匝数。

为达前述目的，本公开更提供一种绕线组件，用以设置于定子内部，且定子包含管壁。绕线组件包含第一绕线群组及第二绕线群组。第一绕线群组包含复数个绕线单元。该复数个绕线单元相互并排且环绕设置于管壁的内侧，并共同定义出外层。第二绕线群组包含复数个绕线单元。该复数个绕线单元相互并排且环绕设置于外层的内侧，并共同定义出内层。其中内层的任一绕线单元于管壁上的投影与外层的两相邻的绕线单元于管壁上的各投影是部分重叠。第一绕线群组的绕线单元的线圈匝数大于第二绕线群组的绕线单元的线圈匝数。

附图说明

图1A是公开一现有无槽式旋转电机的定子的绕线组件的部分结构示意图。

图1B是公开图1A所示的绕线组件与定子铁芯的剖面结构示意图。

图2A是公开本公开一实施例的旋转电机的定子与转子的结构示意图。

图2B是公开图2A所示的定子的绕线组件与定子铁芯的结构示意图。

图3A是公开图2B所示的第一绕线群组的绕线单元的排列方式示意图。

图3B是公开图2A所示的定子于A-A'切面上的剖面结构示意图。

图4是示例性地公开本公开另一实施例中绕线组件的外层与内层的绕线单元的局部剖面结构示意图。

附图标记说明：

100：旋转电机

1、2：定子

11、21：定子铁芯

210：管壁

211：中空部

12、22：绕线组件

22a：第一绕线群组

22b：第二绕线群组

221、221'：第一绕线单元

222：第二绕线单元

223：第三绕线单元

224：第四绕线单元

225、225'：第五绕线单元

226、226'：第六绕线单元

13：绕线单元

13a、221a、222a、223a、224a、225a、226a：第一侧段

13b、221b、222b、223b、224b、225b、226b：第二侧段

221c、222c、223c、224c、225c、226c：开口部

3：转子

A-A'：切线

B：轴线

C：基准线

L：中心线

具体实施方式

体现本公开特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本公开能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本公开的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用于限制本公开。

请参阅图2A、2B、3A、3B。本公开的定子2可适用于一旋转电机100，例如适用于一电动马达。于本实施例中，旋转电机100以三相电动机为较佳，且更以无槽式旋转电机为较佳，但并不以此为限。旋转电机100还包含转子3。如图2A所示，转子3设置于定子2之中并可相对于定子2旋转。

于本实施例中，定子2包含定子铁芯21及绕线组件22。定子铁芯21包含管壁210以及中空部211，且旋转电机100的转子3设置于中空部211。绕线组件22设置于中空部211，且位于管壁210与转子3之间。绕线组件22包含第一绕线群组22a及第二绕线群组22b。第一绕线群组22a包含复数个绕线单元。该复数个绕线单元相互并排且环绕设置于管壁210的内侧，并共同定义出外层。第二绕线群组22b包含复数个绕线单元。该复数个绕线单元相互并排且环绕设置于外层的内侧，并共同定义出内层。其中内层的任一绕线单元于管壁210上的投影与外层的两相邻的绕线单元于管壁210上的各投影是部分重叠。第一绕线群组22a的绕线单元的线圈匝数大于第二绕线群组22b的绕线单元的线圈匝数。

于本实施例中，第一绕线群组22a包含第一绕线单元221、第二绕线单元222以及第三绕线单元223，第二绕线群组22b包含第四绕线单元224、第五绕线单元225及第六绕线单元226。第一绕线单元221、第二绕线单元222及第三绕线单元223相互并排且环绕设置于定子铁芯21的中空部211的管壁210的内侧，并共同定义出一外层。第四绕线单元224、第五绕线单元225及第六绕线单元226相互并排且环绕设置于外层的内侧，并共同定义出一内层。其中，由外层所定义的圆半径大于由内层所定义的圆半径。亦即，第一绕线单元221、第二绕线单元222、第三绕线单元223、第四绕线单元224、第五绕线单元225及第六绕线单元226在定子铁芯21的径向方向上相互重叠且交错，以在中空部211之中形成具有双层管状结构的绕线组件22。

于本实施例中，第一绕线单元221及第四绕线单元224相对设置于中空部211的两侧，并共同定义第一组合。第二绕线单元222及第五绕线单元225相对设置于中空部211的两侧，并共同定义第二组合。第三绕线单元223与第六绕线单元226相对设置于中空部211的两侧，并共同定义第三组合。第一相电源施加于由第一绕线单元221与第四绕线单元224定义的第一组合，第二相电源施加于由第二绕线单元222及第五绕线单元225第二组合，第三相电源施加于由第三绕线单元223及第六绕线单元226的第三组合。于本实施例中，第一相电源与第二相电源的相位差为120度，第二相电源与第三相电源的相位差亦为120度，第三相电源与第一相电源的相位差亦为120度，借此使设置于中空部211中的转子3转动，实现三相电动机的控制。

于本实施例中，第一绕线单元221与第五绕线单元225及第六绕线单元226至少部分重叠，第二绕线单元222与第四绕线单元224及第六绕线单元226至少部分重叠，第三绕线单元223则与第四绕线单元224及第五绕线单元225至少部分重叠。换言之，第一绕线单元221于管壁210上的投影与第五绕线单元225及第六绕线单元226于管壁210上的各投影至少部分重叠，第二绕线单元222于管壁210上的投影与第四绕线单元224及第六绕线单元226于管壁210上的各投影至少部分重叠，以及第三绕线单元223于管壁210上的投影与第四绕线单元224及第五绕线单元225于管壁210上的各投影至少部分重叠。于本实施例中，每一绕线单元221～226皆包含第一侧段221a～226a、第二侧段221b～226b及开口部221c～226c，且第一侧段221a～226a及第二侧段221b～226b分别位于开口部221c～226c的两侧。于本实施例中，绕线单元的中心线L与开口部的延伸方向平行。其中，第一绕线单元221的第一侧段221a与第五绕线单元225的第二侧段225b完全重叠，第一绕线单元221的第二侧段221b与第六绕线单元226的第一侧段226a完全重叠。第二绕线单元222的第一侧段222a与第六绕线单元226的第二侧段226b完全重叠，第二绕线单元222的第二侧段222b与第四绕线单元224的第一侧段224a完全重叠。第三绕线单元223的第一侧段223a与第四绕线单元224的第二侧段224b完全重叠，第三绕线单元223的第二侧段223b与第五绕线单元225的第一侧段225a完全重叠。借此，绕线单元221～226可在中空部211中紧密地排列。

于本实施例中，绕线单元221～226皆可例如但不限为螺旋线圈，且绕线单元221～226的线圈是以与定子铁芯21的圆周平行的方向排列，亦即与旋转电机100的转子3的外缘平行排列。举例而言，如图3B所示，基准线C是第一绕线单元221的中心线L与第四绕线单元224的中心线L的一连线。于本实施例中，第一侧段221a及第二侧段221b上的线圈可皆以向基准线C靠近的方向排列，或皆以由基准线C远离的方向排列。

如图2B所示，于本实施例中，第一绕线群组22a构成的外层与第二绕线群组22b构成的内层为同心圆并共同具有轴心B，且外层的圆半径大于内层的圆半径。绕线单元221～226的各中心线L与轴心B平行，但并不以此为限。其中，绕线单元221～226皆具有圆弧形的轮廓，且在短边上具有一弧度。于本实施例中，外层的每一绕线单元221、222、223的一长边皆与另一绕线单元221、222、223的长边相邻接，且绕线单元221、222、223的弧度皆大致等于以共同形成连续的圆管状结构。内层的每一绕线单元224、225、226的长边皆与另一绕线单元224、225、226的长边相邻接，且绕线单元224、225、226的弧度皆大致等于/>以共同形成连续的圆管状结构，但并不以此为限。于一些实施例中，外层的绕线单元221、222、223及内层的每一绕线单元224、225、226通过连接件相互连接及固定，但并不以此为限。借此，绕线单元221～226可简单且快速地组合成绕线组件22，达到简化绕线组件22工艺并提升绕线组件22精密度的技术效果。

于本实施例中，每一绕线单元的第一侧段及第二侧段皆位于同一层，亦即皆同时位于内层或外层。因此，位于外层的绕线单元224、225、226的线圈匝数与位于内层的绕线单元221、222、223的线圈匝数可独立设计。于现有技术中，每一绕线单元皆具有相同的线圈匝数，且每一绕线单元的第一侧段与另一绕线单元的第二侧段相互重叠。而在双层绕线组件的结构中，由于内层与外层之间具有半径差，故相较于内层，外层具有较大的用以设置线圈的空间。本公开的结构设计相较于现有技术，可有利于提升绕线组件22的线圈占槽率。

举例而言，图4是示例性地公开本公开另一实施例中绕线组件的外层与内层的绕线单元的局部剖面结构示意图。如图4所示，在相同的角度范围下，位于外层的第一绕线单元221'相较位于内层的第五、第六绕线单元225'、226'可多包含四个线圈。而在图3B所示的实施例中，由于每一绕线皆具有相同的弧度，故外层的绕线单元亦可具有较多的线圈匝数。因此，位于外层的绕线单元221、222、223分别具有9匝的线圈，而位于内层的绕线单元224、225、226则分别具有8匝的线圈。亦即，外层的绕线单元221、222、223具有较内层的绕线单元224、225、226至少多一匝的线圈。需补充的是，外层绕线单元与内层绕线单元的线圈匝数差可根据线圈的线径调整。在线圈线径较小的实施例中，外层绕线单元与内层绕线单元的匝数差可相应的增加。因此，本公开可提升双层绕线组件22的外层绕线占槽率，可有效地利用定子铁芯21的中空部211空间，借此达到提升旋转电机100的转矩特性的技术效果。

综上所述，本公开提供一种定子及其绕线组件，通过将每一绕线单元的第一侧段与第二侧段设置于同一层，可增加外层绕线单元的线圈匝数，使外层绕线单元的线圈匝数大于内层绕线单元的线圈匝数，借此提升双层绕线组件的外层绕线占槽率。此外，更通过绕线单元的轮廓设计，使绕线单元紧密排列，以简化绕线组件工艺并提升绕线组件的精密度。因此，本公开可有效地利用定子铁芯的内部空间，并达到提升旋转电机的转矩特性的技术效果。

本公开得由本领域技术人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附权利要求所欲保护者。

Claims (10)

1.一种定子，适用于一旋转电机，且包含：

一定子铁芯，包含一管壁及一中空部；以及

一绕线组件，设置于该中空部，且包含：

一第一绕线群组，包含复数个绕线单元，其中该复数个绕线单元相互并排且环绕设置于该管壁的内侧，并共同定义出一外层；以及

一第二绕线群组，包含复数个绕线单元，其中该复数个绕线单元相互并排且环绕设置于该外层的内侧，并共同定义出一内层，其中该内层的任一该绕线单元于该管壁上的投影与该外层的两相邻的该绕线单元于该管壁上的各投影是部分重叠，且该第一绕线群组的该绕线单元的一线圈匝数大于该第二绕线群组的该绕线单元的一线圈匝数。

2.如权利要求1所述的定子，其中该第一绕线群组包含一第一绕线单元、一第二绕线单元以及一第三绕线单元，该第二绕线群组包含一第四绕线单元、一第五绕线单元以及一第六绕线单元，该第一绕线单元、该第二绕线单元、该第三绕线单元、该第四绕线单元、该第五绕线单元及该第六绕线单元皆包含一第一侧段、一第二侧段及一开口部，该第一侧段及该第二侧段分别位于该开口部的两侧，其中该第一绕线单元的该第一侧段与该第五绕线单元的该第二侧段重叠，该第一绕线单元的该第二侧段与该第六绕线单元的该第一侧段重叠，该第二绕线单元的该第一侧段与该第六绕线单元的该第二侧段重叠，该第二绕线单元的该第二侧段与该第四绕线单元的该第一侧段重叠，该第三绕线单元的该第一侧段与该第四绕线单元的该第二侧段重叠，该第三绕线单元的该第二侧段与该第五绕线单元的该第一侧段重叠。

3.如权利要求2所述的定子，其中该第一绕线单元及该第四绕线单元相对设置于该中空部的两侧，并共同定义一第一组合，该第二绕线单元及该第五绕线单元相对设置于该中空部的两侧，并共同定义一第二组合，且该第三绕线单元与该第六绕线单元相对设置于该中空部的两侧，并共同定义一第三组合，其中一第一相电源施加于该第一组合，一第二相电源施加于该第二组合，一第三相电源施加于该第三组合，该第一相电源与该第二相电源的相位差等于120度，且该第二相电源与该第三相电源的相位差等于120度，该第三相电源与该第一相电源的相位差等于120度。

4.如权利要求1所述的定子，其中该第一绕线群组的该复数个绕线单元及该第二绕线群组的该复数个绕线单元皆为螺旋线圈并具有一弧度。

5.如权利要求4所述的定子，其中该第一绕线群组包含三个该绕线单元，该第二绕线群组包含三个该绕线单元，且该弧度为

6.如权利要求1所述的定子，其中该外层与该内层为同心圆，且该外层的一圆半径大于该内层的一圆半径。

7.一种绕线组件，用以设置于一定子的内部，且该定子包含一管壁，该绕线组件包含：

一第一绕线群组，包含复数个绕线单元，其中该复数个绕线单元相互并排且环绕设置于该管壁的内侧，并共同定义出一外层；以及

一第二绕线群组，包含复数个绕线单元，其中该复数个绕线单元相互并排且环绕设置于该外层的内侧，并共同定义出一内层，其中该内层的任一该绕线单元于该管壁上的投影与该外层的两相邻的该绕线单元于该管壁上的各投影是部分重叠，且该第一绕线群组的该绕线单元的一线圈匝数大于该第二绕线群组的该绕线单元的一线圈匝数。

8.如权利要求7所述的绕线组件，其中该第一绕线群组包含一第一绕线单元、一第二绕线单元以及一第三绕线单元，该第二绕线群组包含一第四绕线单元、一第五绕线单元以及一第六绕线单元，该第一绕线单元、该第二绕线单元、该第三绕线单元、该第四绕线单元、该第五绕线单元及该第六绕线单元皆包含一第一侧段、一第二侧段及一开口部，该第一侧段及该第二侧段分别位于该开口部的两侧，其中该第一绕线单元的该第一侧段与该第五绕线单元的该第二侧段重叠，该第一绕线单元的该第二侧段与该第六绕线单元的该第一侧段重叠，该第二绕线单元的该第一侧段与该第六绕线单元的该第二侧段重叠，该第二绕线单元的该第二侧段与该第四绕线单元的该第一侧段重叠，该第三绕线单元的该第一侧段与该第四绕线单元的该第二侧段重叠，该第三绕线单元的该第二侧段与该第五绕线单元的该第一侧段重叠。

9.如权利要求7所述的绕线组件，其中该第一绕线群组的该复数个绕线单元及该第二绕线群组的该复数个绕线单元皆为螺旋线圈并具有一弧度。

10.如权利要求9所述的绕线组件，其中该第一绕线群组包含三个该绕线单元，该第二绕线群组包含三个该绕线单元，且该弧度为