专利名称：一种具有多元化的三相线圈的整体式线圈组及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种改良整体式线圈用于例如直线电机，特别是本发明涉及一种具有多元化的三相线圈的整体式线圈组及其制造方法。
背景技术：
现行的直线电机通常包括形成磁路来传导电流，从而使电机产生一线性力的线圈。一般来说线性力的产生是和通过电线圈绕组的电流和磁路的磁感应强度成正比的。由于这样线圈的电阻，电流通过线圈绕组会发热。在某些情况下，可能会引起过热。这是由于为了移动沉重的负载而持续高电流输出来获得一足够大的力。所以说在这种情况下，高效散热是必要的。与存在的多相直线电机有关的另一问题是发热的不均勻。现有技术的线圈还是会在某些情况下散热不均勻。这是因为单线圈是独立成形的，然后从邻近相位按顺序偏移放置来形成一线圈组。这样的方法是难以控制的，一多相直线电机功率的输出使线圈组容易受到不一致性的影响形成不准确的位置，因此是不合需要的。因此需要存在，在不同的相位提供一致的线性力的多相直线电机的线圈组。它的热量会更有效的散发。现有技术的线圈是基于两种线圈设计和成型的方式。第一种方式使用单线圈的成型，然后把它们装配在一起(就像在美国专利3沈74 和美国专利2003/0184425描述的)。单线圈设计把所有线圈做成相同的尺寸和外形，从而使大规模生产变的简单和快速(美国专利3沈74和美国专利2003/0184425)。然而，这方法会有在某些情况下容易受到线圈散热不均勻的缺点。产生不均勻散热是因为单个线圈是分别成型的，然后从邻近相位按顺序偏移放置来形成一线圈集合。另外，这样的布置是难以控制的，一多相直线电机功率的输出使线圈集合是容易受到不一致的影响形成不准确的位置，因此是不合需要的(US2003/0125773)。第二种方式是整体式线圈方式，在每线圈缠绕在先前的线圈上(就像美国专利 2003/0125773描述的)。整体式线圈设计方式有利于更均勻的散热并且线圈更有效的被安置。然而，设计和组装会使两相反的部分变的很大。在这相反的部分交织的线圈明显的提高了线圈组的高度。交织的部分没有产生力，因为它们没有切割磁通量。此外，交织部分增加了线圈的容量和质量，从而增加了力与质量比，造成降低电机性能的功效。为了克服第一和第二种线圈设计方式的相关问题，本发明提供一更优化平衡的方式。在这第三种方式，所有的三线圈绕在同一固定物上，但是每线圈绕组在移动到下一线圈前完成。本质上，线圈是单独绕线但是有系统的绕在同一固定物，这是为了多线圈集合设计的。用这种方法，多相的线圈组会产生线圈定位精确的特点并且没有使电机变大和变重的部分
发明内容
本发明的目的是提供一种具有多元化的三相线圈的整体式线圈组及其方法。本发明的技术方案一种具有多元化的三相线圈的整体式线圈组，包括第一线圈组是一大型线圈回路1A，一中型线圈回路IB和一小型线圈回路1C。第二线圈组是一小型线圈回路1A’，一中型线圈回路1B’和一大型线圈回路1C’。第三线圈组是一大型线圈回路2A，一中型线圈回路2B和一小型线圈回路2C。第四线圈组是一小型线圈回路2A’，一中型线圈回路2B’和一大型线圈回路2C’。第一线圈组，第二线圈组，第三线圈组和第四线圈组成串联放置。第一线圈组的大型线圈回路1A，中型线圈回路IB和小型线圈回路IC各自对应连接到第二线圈组的小型线圈回路1A’，中型线圈回路1B’和大型线圈回路1C’。第二线圈组的小型线圈回路1A’，中型线圈回路1B’和大型线圈回路1C’各自对应连接到第三线圈组的大型线圈回路2A，中型线圈回路2B和小型线圈回路2C。第三线圈组的大型线圈回路2A，中型线圈回路2B和小型线圈回路2C各自对应连接到第四线圈组的小型线圈回路2A’，中型线圈回路2B’和大型线圈回路2C’。整体式线圈组的线圈回路是整齐地排列在彼此旁边，从而有利于完全利用可用空间；由于受热均勻分布在线圈回路而提高散热；没有空的容器空间；霍尔传感器能嵌入在线圈两端的位置，而不是在另一独立的空间。该发明的第二对象是提供一包括多元化三相线圈组的整体式线圈的制造方法，使用绕组夹具和放线机，制造方法包含下面的步骤制作大型线路回路的第一绕组，完成预定的匝数，结束于第一预定的位置；从第一预定的位置制作中型线路回路的第二绕组，完成预定的匝数，结束于第二预定的位置；从第二预定的位置制作小型线路回路的第三绕组，完成预定的匝数，结束于第三预定的位置。这样就完成了第一线圈组；将每个线圈组串联，使得第一线圈组的大型线圈，中型线圈和小型线圈各自对应连接到第二线圈组的小型线圈，中型线圈和大型线圈；第二线圈组的小型线圈，中型线圈和大型线圈对应连接到第三大型线圈，中型线圈和小型线圈；第三线圈组的大型线圈，中型线圈和小型线圈对应连接到第四线圈组的小型线圈，中型线圈和大型线圈。这种制造整体式线圈组的方法有助于构成一多元化的三相线圈组，每线圈组的线圈回路是彼此邻近，整齐排列的，从而完全利用可用空间，由于受热均勻分布在线圈回路而提高散热和没有空的容器空间。本发明同时还提供了一使用绕组夹具和放线机来制造线圈组的线圈绕线方法，这种方面包含以下步骤制作大型线路回路的第一绕组，完成预定的匝数，结束于第一预定的位置；从第一预定的位置制作中型线路回路的第二绕组，完成预定的匝数，结束于第二
4预定的位置；从第二预定的位置制作小型线路回路的第三绕组，完成预定的匝数，结束于第三预定的位置。这样线圈组就完成。本发明具有的有益效果根据本发明的线圈设计，在线圈两端使线圈更加紧凑，节省了空间；并且减少了使用过多的电线，从而降低成本和减轻了线圈组的整体重量，反过来也提高了电机效率。此外，本发明改进的线圈设计还提高了散热性能，并促进热量更均勻分布，使得线圈设计结果更精确，这对电机的稳定表现很重要。
图IA为本发明三相电机线圈组绕线的大型线路回路的示意图；图IB为本发明三相电机线圈组绕线的大、中型线路回路的示意图；图IC为本发明三相电机线圈组绕线的大、中、小型线路回路的示意图；图2为本发明配置一线圈组的示意图；图3为本发明磁轨上的线圈组的示意图。
具体实施例方式为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下为了更好的描述改良过的线圈组，参考图IA-图1C，该些图给出一三相电机线圈组绕线的顺序。对于三相电机，自从有了三相，线圈就因此包含了三线圈回路。每线圈的线圈回路数是和相数相等的。线圈回路的绕线是有绕线夹具和放线机支撑的(图IA-图IC 暂未显示)。绕线夹具和放线机只是配合本发明使用，并不构成任何这发明所保护的部分， 不过构成线圈回路的绕线顺序是本发明要求保护的部分。绕线顺序开始于例如图IA的位置10来绕线圈回路IA的第一绕组。绕线按箭头顺时针方向运行，在位置11之前完成预定的圈数，如同图IA所示。当线圈回路IA全面完成后，放线器是放置在位置11，它开始绕第二线圈回路IB的另一预订绕数。线圈回路IB的绕线同样是按箭头顺时针方向。应该注意的是线圈回路IB 是相对线圈回路IA偏移的。通常为了最大的空间利用率，绕线是小于绕线回路1A。在完成预定绕线后，结束在位置12 (如图IB所示)。 当线圈回路IB全面完成后，放线器是放置在位置12，它开始绕第三线圈回路IC的另一预订绕数。线圈回路IC的绕线同样是按箭头顺时针方向。应该注意的是线圈回路IC 是相对线圈回路IB偏移的。通常为了最大的空间利用率，绕线是小于绕线回路1B。在完成预定绕先后，结束在位置13。随着线圈回路1A，IB和IC的绕线，线圈组完成了(如图IC 所示)。 图2展示了如何配置一线圈组。线圈是使用专用夹具。关于线圈，它是为了一三相电机所制造的，因此包含了三线圈回路。每个线圈的线圈回路数和相数是相等的。每个线圈在同一绕组夹具上制作成小于前面的线圈尺寸。这样，为了一三相电机，线圈的三种尺寸形成集合。为了这三相的电阻是平衡的，相应的线圈组是第一线圈组，连接使得线圈A有一大线圈连接到一小线圈。线圈C是一小线圈连接到一大线圈。然而线圈B有两中型线圈。 用这种方法适当的选择了线圈大小，线圈电阻是相等的。因此线圈组总是成对的使用。使用这种设置，在线圈末端的空间将被节省，如图2所示。这是因为最后的线圈都是比之前的线圈稍微小点或者大点。这样，线圈末端不是交缠一起，而是排列整齐，彼此相邻的，从而节省了空间，并且减少了现有技术线圈末端更大空间的需要。空间被节省下来，使得霍尔传感器(这是用于电机的换相)能嵌入线圈末端的地方，而不是另一独立的空间。因此在线圈组设计的更紧凑了。通过没有交织在线圈两端的线圈，减少了形成线圈组所需的多余电线。这就降低了线圈组的质量，反过来又提高了电机效率的质量。线圈的设计也提高了每相位之间的散热，使得热量从一相位到另一相位均勻分布这是因为不同相位的线圈两端密切联系着。它们进一步用夹具压缩，直到形成一线圈组。改进后的散热特点在当电机在一固定的位置(例如在一垂直负载情况下)产生一定量的力的情况下尤其重要。若是这样，与两相位比较第三相位的相电流会比较高在这种情况下，传统的线圈设计将会在2相位间产生热量。有了这一完善的线圈设计，第三线圈将分摊其他两线圈产生的热量(在线圈两端)并将其转移到其周围。此外，本发明的线圈设计提高了线圈部分的精度。在以前的工艺里，单线圈在它们形成线圈组之前，被制造和安置在它们的位置(彼此重叠或放置在一定的偏移距离的层里)。在本发明的绕线方法，线圈的相对定位(从一相位到另一相位)是由更精确的绕组夹具决定的。必须指出的是，为了电机的稳定表现，线圈的精确定位是很重要的。图3是在磁轨上的线圈组。该方法用于这发明的线圈设计和装配，因此使整线圈组在最边缘的两端没有空的区域14。图3所示的线圈组，在美国专利34674里，该线圈组却有一些相当于2倍所需线圈宽度的空的空间。在美国2003/0184425专利里，也可以看出， 线圈组有一相当于一线圈的宽度的空间。这在设计中普遍存在的；必须在线圈两端留有空间。对于较短的线圈组，这空间和整个线圈的长度相比是相当大的。这意味着，有效的工作线圈部分(传输电流，切割磁通量并产生力的线圈)会被降低。本发明的线圈设计，在整线圈组所有各处都没有多余的空间。一整体式线圈组可以在线圈两端节省空间，因为每随后的线圈会比之前的线圈稍大或稍小。这样，线圈末端不是交缠一起，而是排列整齐，彼此相邻的，因此完全利用了现有的空间。这样的安排使霍尔传感器(用于电机的换相)能嵌入到线圈末端的地方，而不是更一独立的空间。综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。
权利要求
1.一种具有多元化的三相线圈的整体式线圈组，其特征在于，包括第一，第二，第三和第四线圈组，其中，第一线圈组包括一大型线圈回路(1A)，一中型线圈回路(IB)和一小型线圈回路 (IC)；第二线圈组包括一小型线圈回路(1A’)，一中型线圈回路(1B’ )和一大型线圈回路 (IC')；第三线圈组包括一大型线圈回路(2A)，一中型线圈回路(2B)和一小型线圈回路 (2C)；第四线圈组包括一小型线圈回路(2A’)，一中型线圈回路(2B’ )和一大型线圈回路 (2C，)；第一线圈组，第二线圈组，第三线圈组和第四线圈组互相串联；第一线圈组的大型线圈回路(IA)，中型线圈回路(IB)和小型线圈组回路(IC)各自对应连接到第二线圈组的小型线圈回路(1A’)，中型线圈回路(1B’)，大型线圈回路(1C’ )；第二线圈组的小型线圈回路(1A’)，中型线圈回路(1B’)和大型线圈回路(1C’)各自对应连接到第三线圈组的大型线圈回路(2A)，中型线圈回路(2B)和小型线圈回路(2C)；以及第三线圈组的大型线圈回路(2A)，中型线圈回路(2B)和小型线圈回路(2C)各自对应连接到第四线圈组的小型线圈回路(2A’)，中型线圈回路(2B’ )和大型线圈回路(2C’)。
2.一种具有多元化的三相线圈的整体式线圈组的制造方法，制造方法包括以下步骤制作大型线路回路的第一绕组，完成预定的匝数，结束于第一预定的位置；从第一预定的位置制作中型线路回路的第二绕组，完成预定的匝数，结束于第二预定的位置；从第二预定的位置制作小型线路回路的第三绕组，完成预定的匝数，结束于第三预定的位置；将每个线圈组串联，使得第一线圈组的大型线圈，中型线圈和小型线圈各自对应连接到第二线圈组的小型线圈，中型线圈和大型线圈；第二线圈组的小型线圈，中型线圈和大型线圈各自对应连接到第三线圈组的大型线圈，中型线圈和小型线圈；第三线圈组的大型线圈，中型线圈和小型线圈各自对应连接到第四线圈组的小型线圈，中型线圈和大型线圈。
全文摘要
本发明涉及一种具有多元化的三相线圈的整体式线圈组及其制造方法，包括第一，第二，第三和第四线圈组，每个线圈均包括大、中、小型线圈回路，第一线圈组，第二线圈组，第三线圈组和第四线圈组互相串联，第一线圈组的大、中、小型线线圈回路各自对应连接到第二线圈组的小、中、大型线圈回路；第二线圈组的小、中、大型线圈回路各自对应连接到第三线圈组的大、中、小型线圈回路；以及第三线圈组的大、中、小型线圈回路各自对应连接到第四线圈组的小、中、大型线圈回路。本发明在线圈两端使线圈更加紧凑，节省了空间，降低成本和减轻了线圈组的整体重量，反过来提高了电机效率。此外，还提高了散热性能，并促进热量更均匀分布。
文档编号H02K15/04GK102185402SQ20111011727
公开日2011年9月14日 申请日期2011年5月5日 优先权日2011年5月5日
发明者吴彩鸣, 廖永平, 林浩元, 江永明 申请人:雅科贝思精密机电(上海)有限公司