一种无铁芯定子及电机的制作方法

本发明涉及电机设备，特别是指一种无铁芯定子及电机。

背景技术：

中国专利申请公开说明书cn104779728a、cn204392045u中，公开了一种盘式无铁芯电机定子的绕组结构，包括若干个封闭的线圈，线圈沿圆周向错开夹角依次同向叠压形成封闭的环形结构，线圈包括有一对或一对以上为直线段的磁铁扫射边和连接在磁铁扫射边内外端部使线圈构成封闭环形结构的内、外无效边，绕组中所有的磁铁扫射边位于同一平面内且高度一致，各线圈的内、外无效边分别相对各自对应的磁铁扫射边上下弯折凸起设置同时相互叠压形成相对磁铁扫射边上下凸起的内、外叠合部。该盘式无铁芯电机定子的绕组结构，通过将内、外无效边弯折成弧形或波浪形结构，交错叠置而使绕组中所有的磁铁扫射边位于同一平面内且高度一致。然而，实际生产过程中，与内、外无效边连接的磁铁扫射边，因受内、外无效边弧形或波浪形结构弯折趋势的影响，难以真正实现位于同一平面内且高度一致，即生产得到的盘式无铁芯电机定子的绕组结构的厚度会大于一层结构，特别是在磁铁扫射边宽度较大的情况下，受内、外无效边弧形或波浪形结构弯折趋势的影响，单个磁铁扫射边本身就难以与若干线圈所形成的平面平行，而呈倾斜状态，若干呈倾斜状态的磁铁扫射边则更是无法位于同一平面内，也正是如此，磁铁扫射边的宽度则要求越小越好，该盘式无铁芯电机定子的绕组结构，线圈通常呈轴向螺旋绕制，厚度较大，故该盘式无铁芯电机定子的绕组结构仍然无法满足体积小、功率大的需求；另若干个依次同向叠压的封闭线圈，整体性不强，较难固定，固定后的强度也较弱。

技术实现要素：

本发明的目的之一是提供一种无铁芯定子。

一种无铁芯定子，包括若干个环形轮辐状的单相绕组盘，其中一单相绕组盘作为基准盘，其余单相绕组盘作为叠置盘，各单相绕组盘均包括若干沿周向均匀分布且相连接的扇形线圈单元，每一单相绕组盘的若干扇形线圈单元的两弧边分别形成内、外环边，若干单相绕组盘同轴且周向依次均匀交错叠置，叠置盘上所有扇形线圈单元的直边两端轴向背向基准盘侧弯折呈u形，所有单相绕组盘上扇形线圈单元的直边沿径向走向段形成该单相绕组盘的辐条，由基准盘两侧依次向外，所有单相绕组盘的辐条的长度依次减小，叠置盘的辐条位于靠近基准盘侧相邻的单相绕组盘的内、外环边间，所有单相绕组盘辐条位于同一平面。

进一步地，单相绕组盘的扇形线圈单元为单根线圈在扇形平面上的漩涡绕制结构。如此，若干叠置的单相绕组盘形成的无铁芯定子，最终有效区间的厚度只有单根线的厚度，这大大减少无铁芯定子的厚度，缩短穿过无铁芯定子的磁路，提高电机效率，同时，使得电机体小、质轻。

进一步地，叠置盘与辐条两端连接并对应于u形侧部的两直边段分别沿径向向外弯折。实际生产中，由扇形线圈单元组成的叠置盘，其弯折呈u形前后，内环边周长的变化要求一般可通过相邻扇形线圈单元间隙的置留、或是扇形线圈单元两弧边与对应于u形侧部的两直边段的相互转换等方式达到，外环边周长的变化要求一般可通过相邻扇形线圈单元间隙的预留、或是扇形线圈单元两弧边与对应于u形侧部的两直边段的相互转换、或是扇形线圈单元两弧边沿叠置盘径向弯折的变形等方式达到，当然弯折前后，内、外环边周长的变化量越小，通过上述方式则越容易实现，即越方便叠置盘的压制弯折，因此，本发明通过将叠置盘与辐条两端连接、对应于u形侧部的两直边段分别沿径向向外弯折，一方面，减小弯折前后叠置盘内、外环边的变化量，使叠置盘更易达到成型要求；另一方面，使叠置盘的内、外环边与单相绕组盘所在平面平行，在内、外环边宽度较大的情况下，可大大减小无铁芯定子径向内外端部厚度，且弯折压痕使叠置盘的强度更强。

进一步地，基准盘为一平面结构,即其扇形线圈单元的直边为辐条。基准盘可为一平面结构，也可为像叠置盘弯折呈u形的结构，相比后者，平面结构的基准盘端部厚度更薄。

本发明的目的之二是提供一种无铁芯电机。

一种无铁芯电机，包括本发明的目的之一所提供的无铁芯定子、磁钢转子组件和电机转轴，无铁芯定子固定安装于绕组固定支撑架内，绕组固定支撑架通过轴承组件安装于电机转轴上，所述磁钢转子组件包括转子盘和分布于转子盘内壁上的若干磁钢，磁钢转子组件同轴设置于无铁芯定子的侧部，转子盘与电机转轴固定连接，磁钢径向长度小于无铁芯定子所有单相绕组盘辐条长度的最小值，且磁钢与该长度最小的辐条位置相对应。

进一步地，磁钢的形状为以电机转轴为中心的扇形结构。相比长方形、圆形等结构，扇形结构的磁钢可产生更大化的磁场面积，进行得到功率更大的电机。

进一步地，绕组固定支撑架包括两固定端盖，固定端盖的内侧设有若干与无铁芯定子单相绕组盘的内、外环边位置相对应的环形槽，所有单相绕组盘的内、外环边分别位于与其位置相对应的环形槽内，两固定端盖间装配固定连接。两固定端盖组成的固定支撑架，结构牢固，且无铁芯定子固定安装于绕组固定支撑架内时，只需将各单相绕组盘的内、外环边插置于对应的环形槽内即可，装配关系简单。

进一步地，绕组固定支撑架具有壁槽，绕组固定支撑架壁槽内填充有固化材料。以使绕组固定支撑架的强度更大，而不会产生变形，进而避免与磁钢产生摩擦。

进一步地，磁钢转子组件的数量为两个，两个磁钢转子组件分别分布于无铁芯定子的两侧。两磁钢转子组件共同作用，形成磁场，相比于一侧单一的磁钢转子组件的磁场更强，得到的电机功率更大。

进一步地，转子盘上设有进风口及位于进风口处的若干隔板。转子盘一方面用于固定磁钢，另一方面旋转过程中带动隔板，形成风，由进风口进入电机内部，对电机进行散热，其结构简单，同时集成了散热结构，而使电机无需另增设散热结构，形成的电机体积更小。

进一步的，轴承组件包括轴承室、安装于轴承室内且套固于电机转轴上的轴承、盖板和螺栓，轴承室包括轴向间隔并列的第一部和第二部，绕组固定支撑架内边部位于第一部和第二部的间隙内，第一部和第二部的外侧分别设有一位于轴承外侧的盖板，盖板内径大于轴承内环外径、小于轴承外环外径，螺栓依次穿过一侧盖板、轴承室第一部、绕组固定支撑架、轴承室第二部和另一侧盖板将盖板、轴承室和绕组固定支撑架锁固。盖板内径大于轴承内环外径、小于轴承外环外径，通过螺栓锁紧后，两盖板可起轴向限位作用，避免第一部、第二部以及位于其间的绕组固定支撑架轴向移动，且对轴承进行封盖，避免灰尖进行轴承，该设置，绕组固定支撑架的内壁面积较小，如此，绕组固定支撑架通过盖板、螺栓锁固于轴承室，相比直接将绕组固定支撑架套固于轴承的结构，其更稳定、牢固、可靠。

本发明无铁芯定子及电机，通过将叠置盘上所有扇形线圈单元的直边两端轴向弯折呈u形，弯折时，叠置盘内环边周长的变化要求一般可通过相邻扇形线圈单元间隙的置留、或是扇形线圈单元两弧边与对应于u形侧部的两直边段的相互转换等方式达到，叠置盘外环边周长的变化要求通过相邻扇形线圈单元间隙的预留、或是扇形线圈单元两弧边与对应于u形侧部的两直边段的相互转换、或是扇形线圈单元两弧边沿叠置盘径向弯折的变形等方式达到，即通过上述方式实现弯折前后内环边的周长的变大、外环边周长的变小，由基准盘两侧依次向外，所有单相绕组盘的辐条长度依次减小，如此，以便叠置盘的辐条与其两端内、外环边轴向上错位，均匀交错叠置后，所有单相绕组盘辐条可位于同一平面；该无铁芯定子及电机，叠置盘上扇形线圈单元的直边因压制形成压痕，辐条不受两端与其依次相接的直边段以及内、外环边牵制的影响，叠置后，所有单相绕组盘可真正实现辐条位于同一平面；且叠置盘上扇形线圈单元的直边经压制后，其每根辐条对所在平面本身即与单相绕组盘所在平面平行，故单根辐条宽度的大小不影响该叠置盘所有辐条的平整度，进而单相绕组盘的扇形线圈单元的绕制结构即不受限制，特别是，该种情况下，扇形线圈单元可为单根线圈在扇形平面上的漩涡绕制结构，最终无铁芯定子有效区间的厚度只有单根线的厚度，大大减少无铁芯定子的厚度，缩短穿过无铁芯定子的磁路，提高电机效率，同时，使得电机体小、质轻，单根线的厚度使其可替代pcb板电机，甚至相比pcb板电机，其物理状态更稳定，工作时发热产生的形变更小，结构更容易生产，质量更容易把控，成本更低；另本无铁芯定子及电机，单相绕组盘的扇形线圈单元内绕线间相固定，其整体性好，强度大。

附图说明

图1为本发明无铁芯定子第一种实施方式的结构示意图；

图2为本发明无铁芯定子第一种实施方式的装配结构示意图；

图3为本发明无铁芯定子第一种实施方式的叠置盘上扇形线圈单元的直边的结构示意图；

图4为本发明无铁芯定子第一种实施方式的扇形线圈单元的结构示意图；

图5为本发明无铁芯定子第二种实施方式的装配结构示意图；

图6为本发明无铁芯定子第三种实施方式的装配结构示意图；

图7为本发明无铁芯定子第三种实施方式的叠置盘上扇形线圈单元的直边的结构示意图；

图8为本发明无铁芯电机的结构示意图；

图9为本发明无铁芯电机的横截面图；

图10为图9上下对称结构的上部结构示意图；

图11为本发明无铁芯电机不包括轴承组件螺栓的装配结构示意图；

图12为若干个无铁芯电机叠置使用时的结构示意图。

具体实施方式

图1至图4公开了本发明无铁芯定子的第一种实施方式。

如图1至图4所示，一种无铁芯定子，包括三个环形轮辐状的单相绕组盘，其中一单相绕组盘作为基准盘1，其余单相绕组盘作为叠置盘1’，单相绕组盘包括若干沿周向均匀分布且相连接的扇形线圈单元（10、10’），单相绕组盘的若干扇形线圈单元（10、10’）的两弧边分别形成内、外环边(（12，12’）、（13，13’）)，三个单相绕组盘同轴且周向依次均匀交错叠置，叠置盘1’上所有扇形线圈单元10’的直边两端轴向背向基准盘1侧弯折呈u形，三个单相绕组盘上扇形线圈单元（10、10’）的直边沿径向走向段形成对应单相绕组盘的辐条（11、11’），由基准盘1两侧依次向外，单相绕组盘的辐条（11、11’）的长度（r、r’）依次减小，两叠置盘1’的辐条11’位于靠近基准盘1侧相邻的单相绕组盘的内、外环边(（12，12’）、（13，13’）)间，三个单相绕组盘的辐条（11、11’）位于同一平面。

如图4所示，单相绕组盘的扇形线圈单元（10、10’）为单根线圈在扇形平面上的漩涡绕制结构。如此，若干叠置的单相绕组盘形成的无铁芯定子，最终有效区间的厚度只有单根线的厚度，这大大减少无铁芯定子的厚度，缩短穿过无铁芯定子的磁路，提高电机效率，同时，使得电机体小、质轻。

在本发明无铁芯定子的第一种实施方式中，将单根线绕制成扇形线圈单元（10、10’），扇形线圈单元（10、10’）成型后内部线层间固定；然后将如此制成的若干的扇形线圈单元（10、10’）周向均匀分布，形成单相绕组盘后，将叠置盘1’上所有扇形线圈单元10’的直边两端轴向弯折呈u形，弯折呈u形前后，叠置盘内环边12’周长的变化要求一般可通过相邻扇形线圈单元10’间隙的置留、或是扇形线圈单元10’两弧边与对应于u形侧部的两直边段的相互转换等方式达到，叠置盘外环边13’周长的变化要求通过相邻扇形线圈单元10’间隙的预留、或是扇形线圈单元10’两弧边与对应于u形侧部的两直边段的相互转换、或是扇形线圈单元10’两弧边沿叠置盘径向弯折的变形等方式达到，即通过上述方式实现弯折前后内环边12’的周长的变大、外环边13’周长的变小；再将所有单相绕组盘同轴周向依次均匀交错叠置，叠置时，基准盘1两侧依次向外，单相绕组盘的辐条（11、11’）的长度（r、r’）依次减小，且所有单相绕组盘的辐条（11、11’）位于同一平面。

图5公开了本发明无铁芯定子的第二种实施方式。如图5所示，该第二种实施方式中，单相绕组盘的数量为三个以上。其余结构与第一种实施例相同。

图6和图7公开了本发明无铁芯定子的第三种实施方式。如图6和图7所示，该第三种实施方式中，叠置盘1’与辐条11’两端连接、对应于u形侧部的两直边段分别沿径向向外弯折。其余结构与第一种实施例相同。

实际生产中，由扇形线圈单元10’组成的叠置盘1’，其弯折呈u形前后，内环边12’周长的变化要求一般可通过相邻扇形线圈单元10’间隙的置留、或是扇形线圈单元10’两弧边与对应于u形侧部的两直边段的相互转换等方式达到，外环边13’周长的变化要求通过相邻扇形线圈单元10’间隙的预留、或是扇形线圈单元10’两弧边与对应于u形侧部的两直边段的相互转换、或是扇形线圈单元10’两弧边沿叠置盘径向弯折的变形等方式达到，当然弯折前后，内、外环边（12’，13’）周长的变化量越小，通过上述方式则越容易实现，即越方便叠置盘1’的压制弯折。因此，本发明无铁芯定子的第三种实施方式中，叠置盘1’与辐条11’两端连接、对应于u形侧部的两直边段分别沿径向向外弯折，一方面，减小弯折前后叠置盘1’内、外环边（12’，13’）的变化量，使叠置盘1’更易达到成型要求；另一方面，使叠置盘1’的内、外环边（12’，13’）与单相绕组盘所在平面平行，在内、外环边（12’，13’）宽度较大的情况下，可大大减小无铁芯定子厚度，且弯折压痕使叠置盘1’的强度更强。

本发明无铁芯定子，通过将叠置盘1’上所有扇形线圈单元10’的直边两端轴向弯折，呈各边均为直线的u形，同时，弯折时，叠置盘1’内环边12’周长的变化要求一般可通过相邻扇形线圈单元10’间隙的置留、或是扇形线圈单元10’两弧边与对应于u形侧部的两直边段的相互转换等方式达到，外环边13’周长的变化要求通过相邻扇形线圈单元10’间隙的预留、或是扇形线圈单元10’两弧边与对应于u形侧部的两直边段的相互转换、或是扇形线圈单元10’两弧边沿叠置盘径向弯折的变形等方式达到，即通过上述方式实现弯折前后内环边12’的周长的变大、外环边13’周长的变小，且由基准盘1两侧依次向外，所有的单相绕组盘的辐条（11、11’）的长度（r、r’）依次减小，如此，以便叠置盘1’的辐条11’与其两端内、外环边（12’，13’）轴向上错位，均匀交错叠置后，所有单相绕组盘的辐条（11、11’）可位于同一平面；该无铁芯定子，叠置盘1’上扇形线圈单元10’的直边因压制形成压痕，辐条11’不受两端与其依次相接的直边段以及内、外环边（12’，13’）牵制的影响，叠置后，所有单相绕组盘可真正实现辐条（11、11’）位于同一平面；且叠置盘1’上扇形线圈单元10’的直边经压制后，其每根辐条11’所在平面本身即与单相绕组盘所在平面平行，故单根辐条11’宽度的大小不影响该叠置盘1’所有辐条11’的平整度，进而单相绕组盘的扇形线圈单元（10、10’）的绕制结构即不受限制，特别是，该种情况下，扇形线圈单元（10、10’）可为单根线圈在扇形平面上的漩涡绕制结构，最终无铁芯定子有效区间的厚度只有单根线的厚度，大大减少无铁芯定子的厚度，缩短穿过无铁芯定子的磁路，提高电机效率，同时，使得电机体小、质轻，单根线的厚度使其可替代pcb板电机，甚至相比pcb板电机，其物理状态更稳定，工作时发热产生的形变更小，结构更容易生产，质量更容易把控，成本更低；另本无铁芯定子，单相绕组盘的扇形线圈单元（10、10’）内部线层间依次固定，其整体性好，强度大。

本发明无铁芯定子，单相绕组盘的数量根据应用需要确定，以得到相数相对应的电机；所有单相绕组盘同一平面内的两相邻辐条（11、11’）的间隙内还可填充有耐高温材料，以增强单相绕组盘的强度，而不会因受热而变形。

本发明无铁芯定子，基准盘1可为一平面结构，此时，其扇形线圈单元10的直边即为辐条11；基准盘1也可为像叠置盘1’弯折呈u形的结构，此时，u形的底边即为其辐条11。较佳地，基准盘1为一平面结构，相比弯折呈u形的结构，平面结构的基准盘端部厚度更薄。

本发明无铁芯定子，叠置盘1’的压制成型，在实际生产中，大都是通过若干扇形线圈单元10’组成单相绕组盘后一次压型而成，但也可先将单个扇形线圈单元10’压制后，若干个压制的扇形线圈单元10’组成叠置盘1’。

本发明还提供了一种无铁芯电机。

如图8至图11所示，一种无铁芯电机，包括本发明无铁芯定子100、磁钢转子组件2和电机转轴3，无铁芯定子100固定安装于绕组固定支撑架4内，绕组固定支撑架4通过轴承组件5安装于电机转轴3上，所述磁钢转子组件包括转子盘21和分布于转子盘21内壁上的若干磁钢22，所述磁钢转子组件2同轴设置于本发明无铁芯定子的侧部，转子盘21与电机转轴3固定连接，磁钢22径向长度s小于无铁芯定子所有单相绕组盘辐条（11、11’）长度r的最小值，且磁钢22与该长度r最小的辐条（11、11’）位置相对应。

如图10所示，磁钢22的形状为以电机转轴3为中心的扇形结构。相比长方形、圆形等结构，扇形结构的磁钢22可产生更大化的磁场面积，进行得到功率更大的电机。

如图9至图11所示，绕组固定支撑架4包括两固定端盖41，固定端盖41的内侧设有若干与本发明无铁芯定子单相绕组盘的内、外环边(（12，12’）、（13，13’）)位置相对应的环形槽411，所有单相绕组盘的内、外环边(（12，12’）、（13，13’）)分别位于与其位置相对应的环形槽411内，两固定端盖41间装配固定连接。两固定端盖41组成的固定支撑架4，结构牢固，且本发明无铁芯定子固定安装于绕组固定支撑架4内时，只需将各单相绕组盘的内、外环边(（12，12’）、（13，13’）)插置于对应的环形槽411内即可，装配关系简单。

如图9和图10所示，绕组固定支撑架4具有壁槽42，绕组固定支撑架4的壁槽42内填充有固化材料43。以使绕组固定支撑架4的强度更大，而不会产生变形，进而避免与磁钢22产生摩擦。

如图9至图11所示，磁钢转子组件2的数量为两个，两个磁钢转子组件2分别分布于本发明无铁芯定子的两侧。两磁钢转子组件2共同作用，形成磁场，相比于一侧单一的磁钢转子组件2的磁场更强，得到的电机功率更大。

如图11所示，转子盘21上设有进风口211及位于进风口211处的若干隔板212。转子盘21，一方面用于固定磁钢22，另一方面旋转过程中带动隔板212，形成风，由进风口211进入电机内部，对电机进行散热，其结构简单，同时集成了散热结构，而使电机无需另增设散热结构，形成的电机体积更小。

如图9至图11所示，轴承组件5包括轴承室51、安装于轴承室51内且套固于电机转轴3上的轴承52、盖板53和螺栓54，轴承室51包括轴向间隔并列的第一部511和第二部512，绕组固定支撑架4内边部位于第一部511和第二部512的间隙内，第一部511和第二部512的外侧分别设有一位于轴承52外侧的盖板53，盖板53内径l大于轴承52内环外径m、小于轴承52外环外径n，螺栓54依次穿过一侧盖板53、轴承室第一部511、绕组固定支撑架4、轴承室第二部512和另一侧盖板53将盖板53、轴承室51和绕组固定支撑架4锁固。盖板53内径l大于轴承52内环外径m、小于轴承52外环外径n，通过螺栓54锁紧后，两盖板53可起轴向限位作用，避免第一部511、第二部512以及位于其间的绕组固定支撑架4轴向移动，且对轴承52进行封盖，避免灰尖进行轴承52，该设置，绕组固定支撑架4的内壁面积较小，如此，绕组固定支撑架4通过盖板53、螺栓54锁固于轴承室51，相比直接将绕组固定支撑架4套固于轴承52的结构，其更稳定、牢固、可靠。

本发明无铁芯电机，磁钢22径向长度s小于无铁芯定子所有单相绕组盘辐条（11、11’）长度r的最小值，且磁钢22与该长度r最小的辐条（11、11’）位置相对应，如此，所有单相绕组盘上辐条切割磁感线的有效长度相同，以便可形成多相电机。本发明无铁芯电机，可单一使用，也可根据应用所需要的功率，采用若干个，叠置一同使用，如图12所示。