CN112771757A - 定子芯组件 - Google Patents

Abstract

用于永磁电机(100)的定子芯组件(10)具有定子芯(12)、安装有定子芯(12)的线轴(14)以及围绕线轴(16)缠绕线圈(16)。线轴(14)的第一侧(40)具有主通道(42)，线轴(14)的第二侧(43)具有第一次级通道(46)和第二次级通道(48)。围绕线轴(14)缠绕线圈(16)，使得线圈(16)的至少一部分在主通道(42)和第一次级通道(46)之间延伸，并且线圈(16)的至少一部分在主通道(42)和第二次级通道(48)之间延伸。

Description

定子芯组件

技术领域

本发明涉及一种定子芯组件，并且更具体地但非排他地涉及一种用于永磁电机的定子芯组件。

背景技术

永磁电机通常包括转子组件以及一个或多个定子芯组件，定子芯组件用于在使用中引起转子组件的旋转。

普遍希望在多个方面来改进永磁电机，包括例如尺寸、重量、制造成本、效率、可靠性和噪声。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于永磁电机的定子芯组件，定子芯组件包括定子芯、安装有定子芯的线轴以及围绕线轴缠绕的线圈，其中线轴的第一侧包括主通道，线轴的第二侧包括第一和第二次级通道，并且线圈围绕线轴缠绕，使得线圈的至少一部分在主通道和第一次级通道之间延伸，并且线圈的至少一部分在主通道和第二次级通道之间延伸。

根据本发明的第一方面的定子芯组件原则上可以是有利的，因为线轴的第一侧包括主通道，线轴的第二侧包括第一和第二次级通道，并且线圈围绕线轴缠绕，使得线圈的至少一部分在主通道和第一次级通道之间延伸，并且线圈的至少一部分在主通道和第二次级通道之间延伸。

特别地，相对于仅具有与其主通道相同宽度的单个次级通道的线轴，这可以在使用期间降低温度，因为线圈的更大表面区域可以暴露，并且因此可以在使用中使冷却气流通过。

与例如在线轴的每一侧上都存在单个通道并在线轴的整个宽度上延伸的布置相比，根据本发明的第一方面的定子芯组件还可以使线圈更好地对准。通过在第一和第二次级通道之间划分线圈，与使用沿线轴的整个宽度延伸的单个次级通道的布置相比，第一次级通道和第二次级通道中的每一个可以包含更少的线圈匝数，从而允许在各个通道内更好地对准和更紧密地控制线圈。线圈的更好对准可以使得绕组具有更大的一致性，例如在定子组件的生产期间具有更大的一致性，这可以导致更好的公差。

线轴的第一侧可以包括线轴的与线轴的第二侧相反的侧。例如，第一侧和第二侧可以面向相反的方向。

当定子芯组件安装在永磁电机中时，主通道可以包括最接近于永磁电机的永磁体的通道。当定子芯组件安装在永磁电机中时，次级通道可以包括最远离永磁电机的永磁体的通道。当定子芯组件安装在永磁电机中时，术语“主通道”和“次级通道”可以指例如相对于永磁电机的永磁体的径向内部和外部通道。线轴的第一侧可以被称为线轴的内侧，并且线轴的第二侧可以被称为线轴的外侧。

定子芯可以包括第一和第二极臂，以及连接第一和第二极臂的芯背(coreback)。定子芯可以安装到线轴，使得主通道位于第一和第二极臂之间，而第一和第二次级通道位于定子芯的芯背上。

线轴可以包括第一和第二端壁，以及可以限定第一和/或第二次级通道的中间壁。例如，第一端壁和中间壁可以限定第一次级通道，和/或中间壁和第二端壁可以限定第二次级通道。中间壁可以具有与第一和/或第二端壁基本相同的深度。这可能是有益的，因为第一和/或第二次级通道可以在线轴的基本整个深度上限定，从而使线圈在线轴的基本整个深度上更好地对准。线轴的深度可以包括线轴在与定子芯的极臂延伸的方向基本平行的方向上的尺寸。第一和第二端壁可以位于线轴的第一侧和第二侧上，和/或中间壁可以仅位于线轴的第二侧上。

第一端壁和第二端壁以及中间壁可以共同地使线轴的第二侧具有大致E形或W形的横截面形状。线轴的至少一部分可以包括大致E形或W形的横截面形状。主通道可以包括大致C形的横截面形状，例如由平坦边缘限定的C形横截面。线圈可以围绕线轴缠绕，使得当从沿着定子芯组件的长度的方向观察时，线圈具有大致V形的轮廓。例如，当从沿着定子芯组件的长度的方向观察时，线圈的匝可以限定V形。定子芯可以包括大致C形的横截面形状，并且例如可以被称为C形定子芯。每个次级通道可以包括大致C形的横截面形状，例如由平坦边缘限定的C形横截面形状。上面讨论的横截面形状可以包括在与线轴的纵向轴线正交的平面中截取的横截面中观察到的形状。

线圈可以围绕线轴缠绕，使得线圈的至少一匝沿主通道和第一次级通道延伸，并且线圈的至少一匝沿主通道和第二次级通道延伸。线圈的匝可以包括线圈的基本闭合环，例如，线圈绕线轴的完整旋转。

主通道和/或次级通道可以是基本上细长的形式，例如其长度大于其宽度和/或深度。主通道和次级通道中的每一个可以延伸超过定子芯，例如在纵向方向上延伸超过定子芯。

主通道可以包括单个通道，例如由两个端壁和基壁限定的通道，在端壁和基壁之间基本上没有介入壁或突起。这可能是有益的，因为可能需要在线轴的第一侧(例如，在定子芯的极臂之间)设置较高的填充系数，并且，与例如由定子芯的极臂之间的空间内的壁限定的多个通道相比，单个通道可以实现更高的填充系数。单个通道可以包括由两个端壁和基壁限定的通道，在端壁和基壁之间基本上不具有深度大于形成线圈的导线的深度的四分之一的突起或介入壁。

第一和第二次级通道可以在线轴的基本整个第二侧上延伸，例如，在定子芯的基本整个芯背上延伸。与通道被限制到仅线轴的第二侧的一区域(即仅定子芯的芯背的一区域)的布置相比，这是有益的，因为当围绕线轴缠绕时线圈的总深度会减小。这可以减小定子组件的总深度。当定子组件安装在使用中的永磁电机中时，这可能是有益的，因为它可以减少在使用中定子组件暴露于通过电机的气流的量，从而提供改善的空气效率和/或改善的声学效果。通过使第一和第二次级通道在线轴的基本整个第二侧上延伸，可以增加线圈的暴露表面区域，因此定子组件可以受益于使用中温度的降低。

第一和第二次级通道的组合宽度可以大于主通道的宽度。第一和第二次级通道中的每一个可以具有与主通道的宽度基本相同的宽度。宽度可以例如包括在与定子芯的极臂延伸的方向基本正交的方向上的宽度。

第一和第二端壁可以与第一和第二极臂的边缘基本对准。例如，第一和第二端壁的最外边缘可以与第一和第二极臂的最外边缘基本对准。第一和第二端壁可以与相应的第一和第二极臂限定基本连续的表面。这可能是有益的，因为它可以从定子组件去除拐角和/或尖锐的边缘，并且当将定子组件安装在使用中的电机中时，这可以提高更好的空气效率。

第一和第二次级通道可以包括基本相同的尺寸，例如基本相同的宽度和/或高度和/或深度。中间壁可以位于第一端壁和第二端壁之间的中点。中间壁可以位于定子芯的芯背的中点。包含在第一次级通道内的线圈部分的尺寸可以与包含在第二次级通道内的线圈部分的尺寸基本相同。例如，第一次级通道可以容纳与第二次级通道基本相同数量的线圈匝数。这可能是有益的，因为它可以允许整个线轴在使用中温度分布均匀。

线轴可以包括槽，定子芯接收在槽中。线轴可以包括第一线轴部分和第二线轴部分，每个线轴部分具有用于接收定子芯的相应端部的槽。第一和第二线轴部分可以夹住定子芯。

第一和第二线轴部分中的每一个可以限定主通道的对应部分、第一次级通道的对应部分和第二次级通道的对应部分。

线圈可以包括单个线圈，例如，由单个电线绕组限定的连续线圈。

线圈可以包括单相绕组或三相绕组。

线轴可以包括第三次级通道，或者实际上包括任何数量的其他次级通道。然而，将理解的是，需要在所需数量的次级通道和可用空间之间取得平衡，以实现期望数量的匝数，而不增加定子组件的尺寸，例如深度。

根据本发明的第二方面，提供了一种永磁电机，其包括根据本发明的第一方面的定子芯组件。

根据本发明的第三方面，提供了一种真空吸尘器，其包括根据本发明的第二方面的永磁电机。

根据本发明的第四方面，提供了一种制造定子芯组件的方法，该方法包括提供定子芯和线轴，线轴具有第一侧和第二侧，第一侧包括主通道，第二侧包括第一和第二次级通道，定子芯安装到线轴；围绕线轴缠绕线圈，使得线圈的至少一部分在主通道和第一次级通道之间延伸，并且线圈的至少一部分在主通道和第二次级通道之间延伸。

定子芯可以包括通过芯背连接的第一和第二极臂，定子芯可以安装到线轴，使得主通道位于定子芯的第一和第二极臂之间，而第一和第二次级通道位于定子芯的芯背上。

该方法可以包括围绕线轴缠绕线圈，使得线圈在第一和第二次级通道之间均匀地分开。

该方法可以包括围绕线轴缠绕线圈，使得当在平行于线轴的纵向轴线的方向上观察时，例如在与线轴的纵向轴线正交的平面中截取的横截面中，线圈具有大致V形轮廓。

该方法可以包括在主通道和第一次级通道之间以及在主通道和第二次级通道之间交替地缠绕线圈。例如，该方法可以包括：在主通道和第一次级通道之间缠绕线圈的第一匝，随后在主通道和第二次级通道之间缠绕线圈的第二匝，随后在主通道和第一次级通道之间缠绕线圈的第三匝，依此类推，直到完成期望数量的匝数为止，或者该方法可以包括在主通道和第一次级通道之间缠绕线圈的第一排匝，随后在主通道和第二次级通道之间缠绕线圈的第二排匝，随后在主通道和第一次级通道之间缠绕线圈的第三排匝，依此类推，直到完成期望数量的匝的排数为止。

该方法可以包括：在主通道和第一次级通道之间缠绕线圈，直到第一次级通道被填充到预定水平；随后，在主通道和第二次级通道之间缠绕线圈，直到第二次级通道被填充到预定水平。

该方法可以包括将定子芯安装到线轴，使得主通道位于定子芯的第一和第二极臂之间，而第一和第二次级通道位于定子芯的芯背上。

在适当的情况下，本发明的各方面的优选特征可以等同地应用于本发明的其他方面。

附图说明

为了更好地理解本发明，并且更清晰地示出本发明如何执行，现在本发明将参考附图通过举例的方式被描述，其中：

图1是根据本发明的定子芯组件的透视图；

图2是图1的定子芯组件的定子芯的透视图；

图3是图2的定子芯的示意性横截面图；

图4是图1的定子芯组件的线轴的分解透视图；

图5是图4的线轴的第一透视图；

图6是图4的线轴的第二透视图；

图7是图4的线轴与图2的定子芯结合的第一透视图；

图8是图4的线轴与图2的定子芯结合的第二透视图；

图9是图1的定子组件的示意性横截面图；

图10是示出图1的定子组件的第一缠绕模式的示意性横截面图；

图11是示出图1的定子组件的第二缠绕模式的示意性横截面图；

图12是包括图1的定子组件的永磁电机的分解透视图；

图13是包括图12的永磁电机的真空吸尘器的透视图；和

图14是示意性地示出制造图1的定子组件的方法的流程图。

具体实施方式

在图1中示出了根据本发明的第一方面的定子芯组件，总体上用标号10表示。

定子芯组件10包括定子芯12、线轴14和线圈16。

定子芯12在图2和图3中单独示出，并且包括第一极臂18和第二极臂20，以及连接第一极臂18和第二极臂20的芯背22。例如在与定子芯12的纵向轴线大致正交的方向截取的截面观察时，定子芯12具有大致C形的截面形状，因此，定子芯12可以被称为C形定子芯。尽管在附图中未示出，但是定子芯12由多个叠层形成，多个叠层一个叠在另一个的顶部上。第一定位突起24和第二定位突起26从定子芯12在相应的第一极臂18和第二极臂20与芯背22之间的界面附近向外延伸，并且用于相对于永磁电机100的框架102定位定子芯组件10。

线轴14在图4至图6中单独示出，并且包括第一线轴部分28和第二线轴部分30。每个线轴部分28，30具有各自的第一端壁32和第二端壁34、基壁36和定子芯接收槽38。基壁36在第一端壁32和第二端壁34之间延伸，并且起到使第一端壁32和第二端壁34间隔开的作用。每个线轴部分28，30的第一侧40由此包括由第一端壁32和第二端壁34以及基壁36限定的主线圈接收通道42的相应部分。

每个线轴部分的第二侧43具有从基壁36延伸的中间壁44，该中间壁位于第一端壁32和第二端壁34之间的大约中点。每个线轴部分28，30的第二侧43由此包括第一次级线圈接收通道46和第二次级线圈接收通道48的对应部分，其由第一端壁32和第二端壁34、基壁36和中间壁44限定。

中间壁44具有与第一端壁32和第二端壁34基本相同的高度。第一端壁32和第二端壁34的间距围绕每个线轴部分28，30的周界变化，使得第一端壁32和第二端壁34在线轴部分28，30的第一侧40上的外边缘间隔开的距离基本上对应于定子芯12的第一极臂18和第二极臂20的内边缘之间的间距，并且第一和第二端壁32，34在线轴部分28，30的第二侧43上的外边缘间隔开的距离基本上对应于定子芯12的第一和第二极臂18，20的外边缘之间的间距，即，对应于定子芯12的芯背22的宽度。更简单地说，基壁36的宽度在线轴部分28，30的第一侧40和第二侧43之间增加。

定子芯接收槽38的形状基本为矩形，并且其形状和尺寸被设置为接收定子芯12的芯背22的一部分。特别地，每个定子芯接收槽38的高度基本上对应于定子芯12的芯背22的厚度。如图1和图8所示，每个槽38的长度使得第一线轴部分28和第二线轴部分30总体上在组装时基本上包围定子芯12的芯背22。第一线轴部分28和第二线轴部分30可以不具有相等的长度，例如，第一线轴部分28可以比第二线轴部分30更长，并且因此对应的槽38也可以具有不同的长度。

从图7可以看出，当槽38接收定子芯12的芯背22时，第一线轴部分28和第二线轴部分30有效地夹住定子芯12。第一线轴部分28和第二线轴部分30通过粘合剂(未示出)围绕定子芯12保持在适当位置。每个线轴部分28，30的第一侧面40被接收在定子芯12的第一极臂18和第二极臂20之间，使得主线圈接收通道42位于第一极臂18和第二极臂20之间。每个线轴部分28，30的第二侧43被接收在定子芯12的芯背22上，使得第一次级线圈接收通道46和第二次级线圈接收通道48位于定子芯12的芯背22上。

线圈16是单相绕组，通常用于单相无刷永磁电机中。从图9至11可以看出，线圈16围绕线轴14缠绕，使得线圈16的至少一部分在主线圈接收通道42和第一次级线圈接收通道46之间延伸，而线圈16的其余部分在主线圈接收通道42和第二次级线圈接收通道48之间延伸。如图9至图11所示，当以横截面观察时，这使线圈16的整个绕组呈V形。

线圈16可以以不同方式围绕线轴14缠绕，如图10和11所示。在图10中，可以看到线圈16围绕线轴14缠绕，从而首先填充第一次级线圈接收通道46，然后再填充第二次级线圈接收通道48。在图11中，可以看到线圈16围绕线轴14缠绕，从而在第一次级线圈接收通道46中形成第一排匝，然后在第二次级线圈接收通道48中形成第一排匝，然后在第一次级线圈接收通道46中形成第二排匝，然后在第二次级线圈接收通道48中形成第二排匝，依此类推，直到第一和第二次级线圈接收通道46，48被填满。将认识到，其他缠绕模式也是可能的，并且如果需要的话，可以选择期望的缠绕模式以简化制造。

组装的定子芯组件10可以比例如在定子芯的芯背上存在单个通道并在定子芯的芯背的整个宽度上延伸的布置更好地对准线圈16。通过在第一次级线圈接收通道46和第二次级线圈接收通道48之间划分线圈16，与使用单个次级通道的布置相比，第一次级通道46和第二次级通道48中的每一个可以包含更少的线圈16匝数，从而允许在各个通道46，48内更好地对准和更紧密地控制线圈16。线圈16的更好对准可以使得绕组具有更大的一致性，例如在定子组件10的生产期间具有更大的一致性，这可以导致更好的公差。

相对于仅具有与其主通道相同宽度的单个次级通道的线轴，定子芯组件10可以在使用期间降低温度，因为线圈16的更大表面区域可以暴露，并且因此可以在使用中使冷却气流通过。通过确保第一次级线圈接收通道46和第二次级线圈接收通道48在定子芯10的基本整个芯背22上延伸，可以进一步增强温度的降低，如图9至图11所示。

在图12中可以看到包括四个定子芯组件10的永磁电机100。永磁电机100是单相无刷永磁电机，其包括框架102、转子组件104和扩散器106。为了清楚起见，此处未示出电机100的控制电路。

框架102具有四个槽107，每个槽接收对应的定子组件10。转子组件104包括第一轴承108和第二轴承110、八极永磁体112、轴114和叶轮116。轴承108，110在八极永磁体112的两侧附接到轴114，而叶轮116附接到轴的一端。通过将轴承108，110胶合到框架102的对应轴承座，将转子组件104保持在框架102内。定子组件10在胶粘在适当位置以使极臂18，20面对八极永磁体112之前，使用它们各自的第一和第二定位突起24，26定位在槽107中。

图13示出了包括永磁电机100的真空吸尘器200。

将参考图14描述制造定子芯组件10的方法300。

方法300包括在302处提供定子芯12和线轴14，该定子芯具有通过芯背22连接的第一极臂18和第二极臂20，线轴具有主线圈接收通道42、第一次级线圈接收通道46和第二次级线圈接收通道48。方法300包括在304处将定子芯12安装到线轴14，使得主线圈接收通道42位于定子芯12的第一和第二极臂18，20之间，而第一和第二次级线圈接收通道46，48位于定子芯12的芯背22上。方法300包括在306处围绕线轴14缠绕线圈16，使得线圈16的至少一部分在主线圈接收通道42和第一次级线圈接收通道46之间延伸，而线圈16的至少一部分在主线圈接收通道42和第二次级线圈接收通道48之间延伸。

将认识到，定子芯12和线轴14可以作为子组件提供，并且在这种情况下，可以省略将定子芯12安装到线轴14的步骤304。

在306处对线圈16的缠绕可以以上文先前讨论的方式进行。

例如，在306处围绕线轴14缠绕线圈16，使得首先填充第一次级线圈接收通道46，然后再填充了第二次级线圈接收通道48。替代地，在306处围绕线轴14缠绕线圈16，使得在第一次级线圈接收通道46中形成第一排匝，然后在第二次级线圈接收通道48中形成第一排匝，然后在第一次级线圈接收通道46中形成第二排匝，然后在第二次级线圈接收通道48中形成第二排匝，依此类推，直到第一和第二次级线圈接收通道46，48被填满。将认识到，其他缠绕模式也是可能的，并且如果需要的话，可以选择期望的缠绕模式以简化制造。

Claims (15)

1.一种用于永磁电机的定子芯组件，所述定子芯组件包括定子芯；线轴，定子芯安装到线轴；以及围绕线轴缠绕的线圈，其中，所述线轴的第一侧包括主通道，所述线轴的第二侧包括第一次级通道和第二次级通道，并且所述线圈围绕所述线轴缠绕，使得所述线圈的至少一部分在所述主通道和所述第一次级通道之间延伸，并且所述线圈的至少一部分在所述主通道和所述第二次级通道之间延伸。

2.根据权利要求1所述的定子芯组件，其中，所述定子芯包括第一极臂和第二极臂以及连接所述第一极臂和第二极臂的芯背，所述定子芯安装到线轴，使得所述主通道位于所述第一极臂和第二极臂之间，而所述第一次级通道和第二次级通道位于所述定子芯的芯背上。

3.根据权利要求1或2所述的定子芯组件，其中，所述线轴包括第一端壁和第二端壁以及中间壁，第一端壁、第二端壁和中间壁限定了所述第一次级通道和/或第二次级通道。

4.根据前述权利要求中任一项所述的定子芯组件，其中，所述主通道和所述次级通道中的每一个延伸超过所述定子芯。

5.根据前述权利要求中任一项所述的定子芯组件，其中，所述主通道包括单个通道。

6.根据前述权利要求中任一项所述的定子芯组件，其中，所述第一次级通道和第二次级通道在所述线轴的整个第二侧上延伸。

7.根据前述权利要求中任一项所述的定子芯组件，其中，所述第一次级通道和第二次级通道的组合宽度大于所述主通道的宽度。

8.根据前述权利要求中任一项所述的定子芯组件，其中，所述第一次级通道和第二次级通道包括相同的尺寸。

9.根据前述权利要求中任一项所述的定子芯组件，其中，包含在所述第一次级通道内的线圈部分的尺寸与包含在所述第二次级通道内的线圈部分的尺寸相同。

10.一种永磁电机，包括根据前述权利要求中任一项所述的定子芯组件。

11.一种真空吸尘器，包括根据权利要求10所述的永磁电机。

12.一种制造定子芯组件的方法，所述方法包括提供定子芯以及线轴，所述线轴具有第一侧和第二侧，所述线轴的第一侧包括主通道，所述线轴的第二侧包括第一次级通道和第二次级通道，所述定子芯安装到所述线轴；以及围绕所述线轴缠绕线圈，使得所述线圈的至少一部分在所述主通道和所述第一次级通道之间延伸，并且所述线圈的至少一部分在所述主通道和所述第二次级通道之间延伸。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述方法包括在所述主通道和所述第一次级通道之间以及在所述主通道和所述第二次级通道之间交替地缠绕线圈。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述方法包括在所述主通道和所述第一次级通道之间缠绕线圈，直到所述第一次级通道被填充到预定水平，随后，在所述主通道和所述第二次级通道之间缠绕线圈，直到所述第二次级通道被填充到预定水平。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中，所述方法包括将所述定子芯安装到所述线轴，使得所述主通道位于所述定子芯的第一极臂和第二极臂之间，而所述第一次级通道和第二次级通道位于所述定子芯的芯背上。

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