CN1145544A - 电机定子及其制作方法 - Google Patents

Abstract

用层状芯块内、外径部分之间两个侧面的凹部构成绕线部位，以具弹性和柔韧性的绝缘片为中介，将线匝缠绕在上述绕线部位以形成线圈，绝缘片的两个端部经折叠和相互搭接而将上述线圈包裹住，在将绝缘片的两个端部焊接起来后，一个指状磁极块便形成了，将预定数量的指状磁极块连接在一起便构成一个电机定子，这种定子具有较高的线匝密度和较强的绝缘强度，可以被用来制做小尺寸大功率的电机。

Description

电机定子及其制作方法

本发明涉及一类电机的定子及其制作方法，此类电机适用于多种工业设备。

近年来，为缩小电机尺寸和改善电机性能而采取的增加线匝密度的技术措施越来越得到重视。这一点对于自动机或数控机床等许多种工业设备来说尤为显著，因为交流伺服电机是这些设备合适的动力源，此类电机的定子往往需要配备高磁通密度的磁铁，其线匝密度也需要尽可能大。

以下介绍常见的现有电机。

图6A和6B所示的电机定子由沿周向分段的层状铁芯构成，铁芯包括以下部分：芯块61；线圈62；模制绝缘元件63；槽形开口部分64；槽缘部分65；线圈缠绕部分66(由其上对置侧壁的凹入部分形成)；以及相间绝缘片71。此外，标识符67表示绝缘距离，68表示间距，72表示粘结剂。沿周向分布的每个层状铁芯芯块61的线圈缠绕部分66介于模制绝缘元件63之间，并且线匝在模制绝缘元件63上缠绕成圈。间距68由槽形开口部分64给出，其作用是避免各个指状磁极块73(由上述的线圈62构成)彼此发生接触。此外，相邻线圈的磁极是彼此不同的，为保证相邻线圈之间的绝缘，在二者之间将相间绝缘片71粘接并固紧在模制绝缘元件63的部分。

然而，如上所述的现有定子还存在以下一些问题。

亦即，在模制绝缘元件63是一种硬质树脂模制件的情形下，如果该元件从槽缘部分外伸的长度过长，那么相应指状磁极块之间的连接将会被妨碍。反过来，如果该元件比较短，那么各线圈66与相应层状铁芯芯块61之间的绝缘距离也将比较短，这样得到的绝缘强度比较低，因而线匝密度无法提高到某一预定值以上。相间绝缘片71是由粘结剂粘接并固紧在某一预定位置上的，这种固紧方法工艺性较差。此外，粘接位置不均匀会使各相间绝缘距离不一致，进而使绝缘强度象上述情形那样下降，从而使线匝密度不能被提高到某一预定值以上。另外，装有线圈62并由层状铁芯芯块61(其上绕有线匝)构成的各指状磁极块73是按环形安装位置彼此相连并由此形成完整的定子的。但在上述的定子装配过程中可能会出现如下的事故隐患，亦即缠绕在指状磁极块73中的线匝被损坏。

本发明的提出着眼于解决上述关于现有电机定子所固有的问题。

概而言之，如本发明所述的电机定子包括以下部分：以预定数量按环形安装位置相互连接起来的若干个指状磁极块，各磁极块由层状铁芯芯块构成，芯块中的若干块钢板是经叠加和焊接而结为一体的(焊接位置在钢板的内外边缘)，芯块的内、外径部分之间是绕线部位，其相对的两条侧边呈凹状；由缠绕在绕线部位的线匝所构成的线圈；具有一定弹性和柔韧性的绝缘片，它位于相对侧边的凹面与线圈之间，并起着覆盖线圈外露表面的作用。

因此，本发明中的一个绝缘片零件可以代替上述现有电机定子中的两个零件(即模制绝缘元件和相间绝缘片)，这样便增大了绝缘距离和相间距离，从而有助于提高线匝密度。此外，绕在各自绝缘片上的线圈也得到了绝缘片的保护，从而可以使线圈免于损坏。

另外，有一种方法是将每个绝缘片折叠部分的端部搭接起来，绝缘片的两端搭接部分是通过加热焊接或粘接而连接起来的，这样便可轻易地实现本发明关于提高线匝密度的目的。此外，为便于绝缘片折叠部分在线圈上的包裹，绝缘片上应设置折叠线。

还有一种方法是用绝缘的限位镶块将绝缘片安置在预定位置，该镶块位于层状芯块纵向上两个相对的端部，这种设计可以防止绝缘片在定子加工过程中从指状磁极块上脱落。

在本发明的第一个项目中，所提出的电机定子包括以下部分：以预定数目按环形安装位置连接起来的若干个指状磁极块，各磁极块含有层状芯块，芯块是由经叠加和焊接而合为一体的几块钢板构成的，其上设有内径部分和外径部分，内、外径部分之间的两侧凹入部分构成了绕线部位；具有一定弹性和柔韧性的绝缘片，它位于层状芯块绕线部位的凹面与线圈之间，并覆盖着线圈的外露表面。这种安装方式可以增大绝缘距离和相间绝缘距离，因而有利于提高线匝密度和保护线圈。

此外，根据本发明第一项目的第一实施例，线圈是由绝缘片覆盖的，而且绝缘片的两个端部相互搭接。

根据本发明第一项目的第二实施例，在绝缘片由塑性材料制成因而可被加热焊接的条件下，其搭接部分可方便地经加热焊接而连接起来；根据其第三实施例，搭接部分可由粘结剂连接起来。

另外，根据本发明的第四实施例，从线较处外伸的绝缘片折叠部分是借助于折叠线而形成的，折叠线使绝缘片易于折叠并因此而将线圈覆盖，这有助于将绝缘片包裹在线圈上。

根据本发明第一项目的第五至第七实施例，折叠线是沿纵向在绝缘片上部分地形成的，这样可以保证绝缘片的定形。

根据本发明第一项目的第八实施例，绝缘限位镶块被设置在层状芯块的端部，镶块中嵌接着用于连接线圈的接线端子，绝缘镶块和芯块上分别相应地设有使二者能相连接的孔和凸台(或凸台和孔)，这样可以使连接在层状芯块上的绝缘片因绝缘镶块的作用而不致脱落。

此外，根据本发明第二项目而提出的定子线圈的制作方法包括以下步骤：以具有弹性和柔韧性的绝缘片为中介，将线匝缠绕在绕线部位以形成线圈，该绕线部位是由层状芯块内、外径部分之间两侧相对的凹入部分构成的，而芯块则由经焊接而合为一体的几块钢板组成；用绝缘片包裹线圈以覆盖其外露表面，这样便得到了预定数量指状磁极块中的一件；将预定数量的指状磁极块按其环形安装位置连接起来。在这种方法中，弹性和柔韧性绝缘片的存在便于定子线匝密度的提高。

另外，根据本发明第二项目的第一实施例，可以先采用沿层状芯块纵向设置的绝缘镶块而将绝缘片连接在层状芯块上，然后再将线匝缠绕在层状芯块的绕线部位。在这一方案中，用绝缘限位镶块(其上附有线圈导线的接线端子)使绝缘片定位的措施可以防止绝缘片脱落。

再者，根据本发明第二项目的第二实施例，绝缘片的两个端部是经折叠而相互搭接的，这样可以将缠绕在层状芯块绕线部位的线圈包裹起来，其后，绝缘片的这两个端部又经加热焊接或使用粘结剂而相互连接起来，因此，起包裹作用的绝缘片是不会脱落的。

以下将结合附图对本发明加以描述。

图1A至图1E是本发明第一实施例中指状磁极块主要部分的剖视图，该磁极块由层状芯块、绝缘片和线圈构成；

图2A至图2B是放大的剖视图，该图描述了图1所示指状磁极块中绝缘片的搭接部分；

图3A至图3D是图1所示指状磁极块中绝缘片主要部分的侧视图，该图描述了绝缘片上的折叠线；

图4是本发明第二实施例中层状芯块、绝缘限位镶块及绝缘片的透视图；

图5是本发明第二实施例中指状磁极块的透视图；且

图6A至图6B是现有指状磁极块主要部分的剖视图。

优选实施例说明。

第一实施例：

首先结合图1A至图1E介绍本发明第一实施例，在该实施例中，缠绕有线圈的每个层状芯块沿周向彼此相连以构成电机定子。电机定子如图1A所示，其中预定数量的完整指状磁极块彼此相连。图1B描述了层状芯块和以绝缘片为中介而缠绕在层状芯块上的线圈，图1C描述了指状磁极块的组合方式，其中的线圈被绝缘片包裹着。

指状磁极块可更具体地由以下部分构成：层状芯块1，其两侧的凹部4构成了绕线部位3；嵌在凹部4的绝缘片4，它由具弹性及柔韧性的聚酯树脂膜制成。而且，芯块1是由经激光焊接(焊接位置如7所示)而彼此固接的几块钢板组成的，其上设有外径部分5和内径部分6。线匝以绝缘片2为中介而缠绕在层状芯块1的绕线部位3，从而形成线圈8。绝缘片2还将线圈8的外露部分包裹住，其两个端部相互搭接，形成了此后又被加热焊接起来的搭接部分9。因此，线圈8因绝缘片2的保护而免于损坏。需要指出，将搭接部分9用某种粘结剂粘起来的做法也可以达到与上述加热焊接同样好的效果。

此外，若干个指状磁极块10是沿周向相互连接进而构成电机定子的，其层状芯块中的线圈8被绝缘片包裹着，由于各相邻指状磁极块10中绝缘片2的两个端部相互搭接成一个搭接部分9，因此就显示了如下优点，即：绝缘距离11如图1D所示被增大，相间绝缘距离12也如图1E所示被增大，线圈8的线匝密度因此而可以提高。

绝缘片2两个端部的搭接部分9可以设置在层状芯块1凹部4的外端部分5，如图2A所示。这种方案的工艺效果和优点在类似于在凹部4中间部位设置搭接部分9的方案。而且，对图2A中所示的搭接部分9a来说，其绝缘片2在图2A中上方的一侧端部是不需要折叠的，需要折叠的只是绝缘片2在图2A中下方的另一侧端部。与那些绝缘元件未设搭接部分的现有指状磁极块相比，图2A所示指状磁极块的绝缘距离11a更大一些，这将使线圈8的线匝密度易于提高。

此外，在图2B中，绝缘片2的搭接部分9b可以如图中箭头所示(表示方法与图2A相同)被设置在凹部4的下方。与未设搭接部分的现有指状磁极块相比，这一方案也会使绝缘距离11b更大一些。

在图3A至3C中，为便于绝缘片2的折叠而在其上预先设置了折叠线13，从而使绝缘片2的两个端部2a、2b更易于相互搭接成图3a所示的搭接部分9。这种方案可以使线圈制作工序之后的绝缘片折叠工序更为简单和可靠，而且工序操作也可简化。薄连接带可以被用作简化绝缘片折叠工序所需的折叠线。

另需指出，位于两处外侧部位的折叠线是部分地形成的，举例来说，它们并没有通过占据绝缘片2的整个长度而延伸到绝缘片2的两侧端面上，除此之外，折叠线还可以以虚线的样式形成。

在这一方案中，折叠线的局部存在意味着绝缘片2仍是一个不可分的整体，在缠绕线圈之前，绝缘片2将不会相对于层状芯块1的凹面4向前倾斜，从而保证了绝缘片的定形，这样将使绕线工序得以顺利进行。

第二实施例

以下结合图4和5介绍第二实施例，两图所用标识符对各零部件的指示意义与图1至3相同。

上述第一实施例已提出过：绝缘限位镶块是先于线圈8被装在层状芯块1上的。但在第二实施例中，除了用限位镶块将绝缘片2夹在层状芯块1上之外，一种如图4和5所示的特殊结构还被加以采用。

在图4和5所示的这种结构中，每个限位镶块14包含如下一些部分：以绝缘片2为中介而被装配在层状芯块1绕线部位3的中心槽道部分14a；与层状芯块1外径部分5邻接的上侧凸出部分14b；与层状芯块1内径部分6邻接的下侧凸出部分14c。此外，上侧凸出部分14b上设有与开在绝缘片2上部的上通孔15相配合的凸出体(图中未加描述)，而下侧凸出部分14c上也设有与开在绝缘片2下部的通孔17相配合的凸出体16。因此，绝缘片2因绝缘限位镶块14的固紧作用而免于脱落，这样将使绕线工序可以在没有绝缘片脱落危险的情况下进行。显然，在绝缘片2与绝缘限位镶块14间的通孔-凸出体配合关系被倒置的情况下，绝缘片2还是可以被可靠地固紧。

综上所述，采用本发明可以使绝缘距离比现有方案中的结果更大，因此可以获得较高的绝缘强度和较高的线匝密度(70％的导线磁矩)，这样将有助于小尺寸大功率电机的高效率低成本生产。

Claims (12)

1.一种电机定子，它由若干个沿环形安装位置彼此相连接的指状磁极块构成，各指状磁极块包括：

层状芯块，它由经相互叠加和焊接而合为一体的若干块钢板构成，其上设有内径部分和外径部分，上述内、外径之间两个侧面上的凹部构成了绕线部位；

上述指状磁极块中的线圈，它由缠绕在上述绕线部位上的线匝构成；

具一定弹性和柔韧性的绝缘片，它介于上述层状芯块绕线部位两侧凹部的表面与上述线圈之间，并覆盖着上述线圈的外露表面。

2.如权利要求1所述的电机定子，其特征在于上述绝缘片覆盖着上述线圈，其两个端上互搭接。

3.如权利要求2所述的电机定子，其特征在于上述绝缘片的上述两个端部被焊接起来。

4.如权利要求2所述的电机定子，其特征在于上述绝缘片的上述两个端部由粘结剂粘接起来。

5.如权利要求1至4中任一所述的电机定子，其特征在于从上述线圈处伸出的部分上述绝缘片借助于折叠线而成形，折叠线的作用是加强绝缘片的折叠效果以便于覆盖上述线圈。

6.如权利要求5所述的电机定子，其特征在于上述折叠线是沿上述绝缘片的纵向部分地形成的。

7.如权利要求5或6所述的电机定子，其特征在于折叠线为虚线。

8.如权利要求5或6所述的电机定子，其特征在于折叠线具有虚线样式。

9.如权利要求1至8中任一所述的电机定子，其特征在于上述层状芯块纵向端部的上述绝缘片和绝缘镶块是借助于相互嵌接的孔和凸出体而连接起来的。

10.电机定子的一种制作方法，它包括以下步骤：

形成线圈：以具弹性和柔韧性的绝缘片为中介，将线匝缠绕在层状芯块内、外径部分之间的绕线部位，层状芯块由几块钢板相互叠加而成，其两个侧面设有凹部，

形成指状磁极块：用上述绝缘片将上述线圈的外露部分包裹起来；

准备预定数量的上述指状磁极块；

将上述预定数量的指状磁极块相互连接起来。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于绝缘的限位镶块是沿上述层状芯块的纵向设置的，同时上述绝缘片也被设置在上述层状芯块中，上述线匝就是在这种情况下缠绕在上述绕线部位并形成上述线圈的。

12.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于上述绝缘片经被折叠而将上述层状芯块绕线部位缠绕的上述线圈包裹住，而且上述绝缘片的两个端部相互搭接并经加热焊接或使用粘结剂而彼此连接起来。

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