专利名称：一种外转式定子及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种电机定子，尤其是一种中、小型功率电机的外转式定子及其生产方法。
背景技术：
传统永磁电机的外转式定子铁芯由多块在相邻的定子齿之间开有朝外方向的豁口(外豁口)的硅钢片叠加而成一圆形的定子，所述定子铁芯以及缠绕在铁芯定子齿上的定子绕组构成电动机的定子，其绕线方式为外绕。然而，外绕式的绕线方式决定了其定子铁芯齿间的豁口空隙必须要有足够的空间才能容许绕线机正常施工。但是，以这样的方式生产的定子只能满足于使用粗径漆包线和绕以低匝数并以低电压工作的电机之用。对于如为提高电机的效率和减少振动及噪音也为大幅节省电源材料而使用以高电压输入方式工作的电机，由于需使用细径漆包线和高匝数的要求，以上述操作方式显然无法进行施工生产。而无论理论还是实际上，宽间隙的定子齿外豁口对于提高电动机的效率及减少振动和噪音都是很有害的。
发明内容
针对以上情况，本发明提供一种新型定子及其生产方法，通过其优化的外绕线方式最低限度地减少定子齿的极间磁间隙，提高电动机的效率，减少振动和噪音。本发明采用的技术方案可以描述为
一种外转式定子，包括由硅钢片叠加而成的定子铁芯和缠绕在所述定子铁芯上的定子绕组，所述定子还含有插装在所述定子铁芯的中心孔内的定子座；所述定子铁芯由多个成环状排布并固定在所述定子座上的独立的工字形定子齿组成，所述定子齿由内到外包括构成中心孔的基部、供绕线的齿部以及磁极部，两个相邻的所述定子齿之间设有朝向外圈的豁口，所述定子齿的基部上还设有贯穿的紧固孔；所述定子铁芯和定子绕组之间设有绝缘材料制成的绝缘套，所述绝缘套的侧壁连接呈条带状，并弯曲包裹在所述定子齿的齿部上。作为以上技术方案的一种补充，所述绝缘套由互相配合并分别覆盖在所有定子齿的齿部的上部和下部的上、下绝缘套组成，所述上、下绝缘套均为侧壁连接并呈条带状的整体。作为以上技术方案的一种补充，所述定子座包括钢制轴套、套装固定在所述轴套下部的塑料制螺丝座以及固定在所述螺丝座底部的铁制底座，其中所述轴套的中心设有轴孔，所述轴套的外轮廓与所述定子铁芯的中心孔内壁轮廓相匹配，所述轴套的顶部和底部均设有嵌装轴承的轴承位，所述螺丝座顶部设有对应所述定子齿上的紧固孔的螺钉孔；所述轴套嵌装在所述定子铁芯内，每一定子齿均通过穿过所述紧固孔和螺钉孔的螺钉固定于所述螺丝座上构成环状的定子铁芯。作为以上技术方案的一种补充，所述定子铁芯的顶部与底部均设有环状的紧固垫圈，所述紧固垫圈具有与所述轴套的外轮廓相匹配的内孔，并设有对应于紧固孔的通孔。
作为以上技术方案的一种补充，所述定子的外部通过注塑方式覆盖有塑料绝缘保护层。一种外转式定子的生产方法，包括用于夹持定子的定子齿进行绕线的直列式绕线夹具，所述直列式绕线夹具为长条状，其上设有用于竖直固定所述定子齿的基部的多个水平排列的定子齿固定部，所述定子齿固定部的数量与所述定子铁芯的定子齿的数量相对应，所述方法还包括以下步骤
1)根据外转式定子的尺寸规格及定子齿间的间距要求，以冲压方式加工出多个由硅钢片堆叠而成的独立的工字形定子齿；
2)将所述定子齿依次放置于直列式绕线夹具的定子齿固定部内形成直列式排布；
3)根据外转式定子的尺寸规格及定子齿间的间距要求，以注塑方式生产出侧壁连接的呈条带状的绝缘套；
4)在放置入直列式绕线夹具中的定子齿的齿部上覆盖绝缘套；
5)在覆盖有绝缘套的定子齿的齿部上进行绕线形成定子绕组，并留出绕组引线备用；
6)根据外转式定子的尺寸规格及定子齿间的间距要求，生产出定子座；
7)将绕线完成后的定子齿取出，弯成圆形后放入定子座上并固定；
8)在将定子齿固定在所述定子座上后，对定子进行塑封处理，形成定子外部的塑料绝缘保护层。作为以上技术方案的一种补充，所述直列式绕线夹具由多个具有与所述定子齿磁极部的外侧轮廓相匹配的定子齿固定部的磁吸与用于固定所述磁吸的铝座所组成，所述磁吸尾部具有通电可产生磁力的线圈，并通过所述线圈所产生的磁力将所述定子齿的固定在其定子齿固定部上。作为以上技术方案的一种补充，所述直列式绕线夹具包括长条状的夹具主体，所述夹具主体上开有与所述磁极部的外端部轮廓相匹配的多个水平排列的竖直燕尾形凹槽， 所述凹槽构成所述定子齿固定部，所述定子齿固定部的底部封闭，顶部具有供所述磁极部通过的开口。本发明的有益效果是
针对以上情况，本发明提供一种新型外转式定子及其生产方法，所述定子具有独立的定子齿，并在生产时通过一特殊夹具把组成园形的电机定子所有的单个定子齿等分排成一直列式状态，且可轻易地将每一个定子齿与其左右相邻的定子齿的间距最低限度地减少， 再在等分排成直列式状的定子齿上下覆盖与定子齿排列形状阴阳配合的塑胶绝缘套，并以直绕线方法完成快速绕线之后再弯曲成圆形的铁芯绕组并整体固定在基座和轴套上。以此方法生产的永磁电机可大大地提高电动机的效率，减少振动和工作噪音；特别是因用此方法可使采用细线径及高匝数生产出的定子绕组达到满槽的设计效果，其还适用于生产高工作电压的电机。
图1为本发明中定子的装配示意图2为本发明中组成定子的定子齿的排布示意图； 图3为本发明中定子座的剖视5图4为本发明中定子座的装配示意图5为本发明中直列式绕线夹具的一个实施例的俯视图6是本发明中定子齿和绝缘套在图4所示直列式绕线夹具上的装配示意图7是本发明中在图4所示直列式绕线夹具上进行绕线后的定子齿示意图8是图6中A处的局部放大图9是图6中B处的局部放大图10是本发明中紧固垫圈的示意图11是本发明中弯成圆形但未固定在定子座上的定子齿的示意图； 图12是本发明中塑封处理后定子的示意图13是本发明中直列式绕线夹具的一个实施例中磁吸的结构示意图； 图14是本发明中直列式绕线夹具的一个实施例中铝框的结构示意图； 图15是本发明中图13和图14所示的直列式绕线夹具和定子齿的装配示意图。
具体实施例方式如附图1所示，本发明所提出的一种外转式定子包括由硅钢片叠加而成的定子铁芯1、缠绕在所述定子铁芯1上的定子绕组2以及用于固定所述定子铁芯1的定子座3。其中，定子铁芯1由多个成环状排布的工字形的独立定子齿11组成，这里“独立”的意思是指每一定子齿11都是单独加工出来的独立单元，组成一个定子齿的硅钢片并不与其它定子齿的硅钢片相连接。定子齿11的位置由定子座3所固定。进一步细化，参照图2，定子齿 11由内到外包括构成中心孔12的基部111、供绕线的齿部112以及磁极部113，两个相邻的所述定子齿U之间还设有朝向外圈的豁口 114，所述定子齿11的基部111上还设有贯穿的紧固孔115，穿过此紧固孔115的螺钉33将定子齿11固定在定子座3上。如图1所示，定子1和定子绕组2之间设有绝缘材料制成的绝缘套4，其侧壁连接并呈条带状，弯曲包裹在定子齿11的齿部112以达到绝缘的效果。在本发明的一个优选实施例中，参照图6，绝缘套4可以是由互相配合并分别覆盖在所有定子齿11的齿部112的上部和下部的上绝缘套41和下绝缘套42组成。当然，在本发明中上、下绝缘套41、42均为侧壁连接并呈条带状的整体，这使独立的定子齿在装配过程中不至于散开，这在下文中会得到进一步的描述。另外，上、下绝缘套41、42均在齿间的侧壁上设有U形槽411，为定子齿 11成环状排布时其间隙的变大提供一定的弹性形变余量，方便定子的装配生产，如图8和9 所示。当然，绝缘套4侧壁上的槽形不一定是U形，也可以是其它任何可以提供一定形变的形状，比如W形。在一个优选的实施例中，如图3和4所示，定子座3包括钢制轴套31、塑料制螺丝座32以及铁制底座33，其中轴套31具有轴孔311，轴套31的外轮廓与所述定子铁芯1的中心孔12的内壁轮廓相匹配，轴套31的顶部和底部均还设有嵌装轴承的轴承位312。螺丝座32套装固定在轴套31下部，其顶部设有环绕所述轴套31的一圈螺钉孔321，螺钉孔321 与定子齿11上的固定孔115相对应。装配时，轴套31插装在定子1内，并使用螺丝33通过固定孔115和螺钉孔321将每一个定子齿11固定在螺丝座32上，进而实现对定子1的定形。底座33呈盘状，并固定在塑料制螺丝座32底部，底座33与塑料制螺丝座32通过定位销和定位孔互相定位，轴套31嵌入底座33中实现固定。
可选地，为增强固定效果并减少应力变形，定子1顶部与底部均可增设环状的紧固垫圈5。参见图1和10，紧固垫圈5包括内孔51和通孔52，其中内孔51与轴套31的外轮廓相匹配，通孔52环绕分布在内孔51外侧并对应于紧固孔115。可选地，可在装配好的定子外部通过注塑方式覆盖有塑料绝缘保护层6达到防水和尽量减少振动及噪音的目的，如图12所示。本发明还公开一种用于生产以上所述外转式定子的生产方法，此方法涉及一个用于夹持分开的定子齿11进行绕线的直列式绕线夹具7，如图5所示，直列式绕线夹具7具有长条状的夹具主体72，夹具主体72上开有与定子齿11磁极部113外端部轮廓相匹配的多个竖直燕尾形凹槽构成定子齿固定部71，凹槽的数量与单个定子所需要的定子齿11数量相符，凹槽水平均勻分布，其间距根据定子1的豁口 114的设计尺寸而定。此外，凹槽的底部封闭，其顶部具有供所述定子齿磁极部113通过的开口。基于此种夹具，本发明所提供的定子生产方法还包括以下步骤
首先，根据外转式定子的尺寸规格及定子齿间的间距要求，以冲压方式加工出多个由硅钢片堆叠而成的独立的工字形定子齿11。然后将定子齿11依次放置于直列式绕线夹具7中，直列式绕线夹具7的底部封闭，并采用了燕尾形的凹槽，以保证定子齿11放入夹具之后呈等分水平排列并不会掉出夹具。根据外转式定子的尺寸规格及定子齿间的间距要求，以注塑方式生产出侧壁连接的呈条带状的绝缘套4，在此实施例中，绝缘套4由互相配合并分别覆盖在所有定子齿11的齿部112的上部和下部的上绝缘套41和下绝缘套42组成，如图6所示。然后在放置入直列式绕线夹具6的定子齿11的齿部112上覆盖绝缘套4，在此实施例中，上绝缘套41和下绝缘套42分别从定子齿11的上方和下方套入，互相耦合后形成对齿部112的完全覆盖，如图6和7所示。然后在覆盖有绝缘套4的定子齿11的齿部112上进行绕线形成定子绕组2，并留出绕组引线备用，如图7所示。根据外转式定子的尺寸规格及定子齿间的间距要求，生产出定子座3的组件，并进行装配，如图3和4所示。将绕线完成后的定子齿11取出并弯成圆形，处于此阶段的定子1如图11所示，其中由于U形槽411的存在，绝缘套4在其长度方向上具有一定的弹性余量，满足弯成环状后其外周长长度增加的需要。然后将圆形的定子齿11放入定子座3上并使用螺钉33固定。 其中，需要留意的是，定子齿11取出后，因为侧壁连接的绝缘套4的存在，定子齿11并不会散开，而是在绝缘套4的约束下呈一直线形，便于进行后续的固定工序。在一些可选的实施例中，在将定子齿11固定到定子座3的步骤中，可以在弯成圆形的定子齿11上、下方加入紧固垫圈5，增强结构强度并减少应力变形。当然，在生产的后期可以增加一个注塑步骤，以在装配好的定子外增加一层塑料绝缘保护层6，达到防水和尽量减少振动及噪音的目的，如图12所示。另外，在以上所述的步骤中，厂商可以对一些步骤次序进行调整，比如可同时进行定子齿11、绝缘套4和定子座3的生产，再依次进行装配。本发明的直列式绕线夹具7具有另一优选的实施例，如图13-15所示，直列式绕线夹具7由多个磁吸73与用于固定所述磁吸73的铝座74所组成，其中磁吸73具有与磁极部113的外端部轮廓相匹配的定子齿固定部71，磁吸73尾部具有通电可产生磁力的线圈 731，在此实施例中直列式绕线夹具7通过所述线圈731所产生的磁力将所述定子齿11的固定在其定子齿固定部71上。采用此夹具的生产过程与前述的生产过程基本相同。
以上所述只是本发明优选的实施方式，其并不构成对本发明保护范围的限制，只要是以基本相同的手段实现本发明的目的都应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种外转式定子，包括由硅钢片叠加而成的定子铁芯(1)和缠绕在所述定子铁芯 (1)上的定子绕组(2)，其特征在于所述定子还含有插装在所述定子铁芯(1)的中心孔 (12)内的定子座(3);所述定子铁芯(1)由多个成环状排布并固定在所述定子座(3)上的独立的工字形定子齿(11)组成，所述定子齿(11)由内到外包括构成中心孔(12)的基部 (111)、供绕线的齿部(112)以及磁极部(113)，两个相邻的所述定子齿(11)之间设有朝向外圈的豁口(114)，所述定子齿(11)的基部(111)上还设有贯穿的紧固孔(115)；所述定子铁芯(1)和定子绕组(2)之间设有绝缘材料制成的绝缘套(4)，所述绝缘套(4)的侧壁连接呈条带状，并弯曲包裹在所述定子齿(11)的齿部(11 上。
2.根据权利要求1所述的一种外转式定子，其特征在于所述绝缘套(4)由互相配合并分别覆盖在所有定子齿(11)的齿部(11 的上部和下部的上、下绝缘套(41、42)组成，所述上、下绝缘套(41、42)均为侧壁连接并呈条带状的整体。
3.根据权利要求1所述的一种外转式定子，其特征在于所述定子座(3)包括钢制轴套 (31)、套装固定在所述轴套(31)下部的塑料制螺丝座(32)以及固定在所述螺丝座(32)底部的铁制底座(33)，其中所述轴套(31)的中心设有轴孔(311)，所述轴套(31)的外轮廓与所述定子铁芯(1)的中心孔(12)内壁轮廓相匹配，所述轴套(31)的顶部和底部均设有嵌装轴承的轴承位(312)，所述螺丝座(32)顶部设有对应所述定子齿(11)上的紧固孔(115)的螺钉孔(321);所述轴套(31)嵌装在所述定子铁芯(1)内，每一定子齿(11)均通过穿过所述紧固孔(115)和螺钉孔(321)的螺钉(33)固定于所述螺丝座(32)上构成环状的定子铁芯(I)0
4.根据权利要求3所述的一种外转式定子，其特征在于所述定子铁芯(1)的顶部与底部均设有环状的紧固垫圈(5)，所述紧固垫圈(5)具有与所述轴套(31)的外轮廓相匹配的内孔(51)，并设有对应于紧固孔(115)的通孔(52)。
5.根据权利要求1中任一项所述的一种外转式定子，其特征在于所述定子的外部通过注塑方式覆盖有塑料绝缘保护层(6 )。
6.一种外转式定子的生产方法，其特征在于其包括用于夹持定子的定子齿(11)进行绕线的直列式绕线夹具(7)，所述直列式绕线夹具(7)为长条状，其上设有用于竖直固定所述定子齿(11)的基部(113)的多个水平排列的定子齿固定部(71)，所述定子齿固定部(71) 的数量与所述定子铁芯(1)的定子齿(11)的数量相对应，所述方法还包括以下步骤1)根据外转式定子的尺寸规格及定子齿间的间距要求，以冲压方式加工出多个由硅钢片堆叠而成的独立的工字形定子齿(11)；2)将所述定子齿(11)依次固定于直列式绕线夹具(7)的定子齿固定部(71)上形成直列式排布；3)根据外转式定子的尺寸规格及定子齿间的间距要求，以注塑方式生产出侧壁连接的呈条带状的绝缘套(4);4)在放置入直列式绕线夹具(7)中的定子齿(11)的齿部(112)上覆盖绝缘套(4)；5)在覆盖有绝缘套(4)的定子齿(11)的齿部(112 )上进行绕线形成定子绕组(2 )，并留出绕组引线备用；6)根据外转式定子的尺寸规格及定子齿间的间距要求，生产出定子座(3)；7)将绕线完成后的定子齿(11)取出，弯成圆形后放入定子座(3)上并固定；8 )在将定子齿(11)固定在所述定子座(3 )上后，对定子进行塑封处理，形成定子外部的塑料绝缘保护层(6)。
7.根据权利要求6所述的一种外转式定子的生产方法，其特征在于所述直列式绕线夹具(7)包括长条状的夹具主体(72)，所述夹具主体(76)上开有与磁极部(113)的外端部轮廓相匹配的多个水平排列的竖直燕尾形凹槽，所述凹槽构成所述定子齿固定部(71)，所述定子齿固定部(71)的底部封闭，顶部具有供所述磁极部(113)通过的开口。
8.根据权利要求6所述的一种外转式定子的生产方法，其特征在于所述直列式绕线夹具(7)由多个具有与所述定子齿(11)磁极部(113)的外侧轮廓相匹配的定子齿固定部 (71)的磁吸(73)与用于固定所述磁吸(73)的铝座(74)所组成，所述磁吸(73)尾部具有通电可产生磁力的线圈(731)，并通过所述线圈(731)所产生的磁力将所述定子齿(11)的固定在其定子齿固定部(71)上。
全文摘要
本发明公开了一种外转式定子及其生产方法，所述定子的定子铁芯由多个成环状排布并固定在所述定子座上的独立的工字形定子齿组成，所述定子铁芯和定子绕组之间设有绝缘材料制成的绝缘套，所述绝缘套的侧壁连接呈条带状，并弯曲包裹在所述定子齿的齿部上。生产时通过本发明特有的直列式绕线夹具将单个定子齿等分排成一直列式状态，再在定子齿上覆盖塑胶绝缘套，并以直绕线方法完成快速绕线之后再将弯曲成圆形的定子铁芯与绕组整体固定在定子座上。以此方法生产的永磁电机可大大地提高电动机的效率，减少振动和工作噪音，又因用此方法可使采用细线径及高匝数生产出的定子绕组达到满槽的设计效果，其还适用于生产高工作电压的电机。
文档编号H02K15/02GK102545414SQ20121000248
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月4日 优先权日2012年1月4日
发明者侯树铭 申请人:侯树铭, 鹤山市明可达实业有限公司