卷绕式定子芯结构的制作方法
【专利摘要】一种卷绕式定子芯结构，由一薄片卷绕而成，薄片具有一长度，薄片包含一第一齿列及一第二齿列，第一齿列由一第一侧边以及多个第一齿构成，多个第一齿阵列于第一侧边，第一齿列具有一第一槽数比，每一第一齿相对于连接第一侧边的一端具有一第一齿端部，第二齿列由一第二侧边及多个第二齿构成，多个第二齿阵列于第二侧边，第二齿列具有一第二槽数比，第二槽数比与第一槽数比相同，每一第二齿相对于连接第二侧边的一端具有一第二齿端部，每一第一齿相对应于一第二齿，相对应的第一齿与第二齿端部以第一齿端部与第二齿端部相连接。
【专利说明】卷绕式定子芯结构
【技术领域】
[0001]本发明是有关于一种卷绕式定子芯结构，尤指一种可同时卷绕成型二个定子的定子芯结构。
【背景技术】
[0002]轴向磁通电机基本设计概念被提出已超过一百年，其中具有导磁材料作为定子芯的轴向磁通电机，具有较高的气隙磁通密度，容易实现高扭力密度，可以作为大扭力直驱的传动应用。但是以最普及的电磁钢片(硅钢片)实现轴向磁通电机的定子芯结构，一直存在不易量产制造的技术瓶颈，主要关键在于利用带状硅钢片，一边冲压加工使齿、齿槽成型，一边收卷，必须兼顾齿与齿节距不断变化的控制，以及收卷时必须将属于同一齿或齿槽的上下层电磁钢片做良好定位，以确保齿槽真直度，如此一来，绕于齿槽内的铜线才能确保一定的占槽率，且才能利于预先绕制好的线圈顺利套入齿槽内。
[0003]此外，具有卷绕定子芯的永磁轴向磁通马达，为了降低顿动(cogging)，以及作为发电机应用时，降低谐波比率，通常希望齿顶部的轮廓可以做调整，类似磁铁表面轮廓的调整，以调整气隙磁通密度分布，使反电动势波形接近弦波或降低谐波。现有轴向磁通定子芯卷绕成型工艺未考虑这些齿顶表面轮廓调整的工艺，且通常必须在齿槽特征冲切除料过程中，保持一部分单边的连续材料，待卷绕完成后，再以后制工序去(磨)除多余的边料，造成材料损耗之外，额外加工所耗的能量与工时也是这种工艺方法量产的瓶颈，如何降低废料、减少工序、增加生产速率且兼顾多样性的齿(顶)部结构特征，成为目前高扭力直驱轴向磁通马达推动实用量产化亟待克服的技术主题。
[0004]此外，为充分利用薄形马达有限的空间及提升运转效率，定子用电磁钢片的设计与工艺为关键组件之一；成本上，电磁钢片与铜线都为马达主要材料，二者相加所占成本约40%以上，如何在定子开发前设计上即考虑到运转效率与成本，为一大课题。马达能耗在定子芯组件主要的损失分别为铁损与杂散损，其同时与电磁钢材料特性、外观尺寸及工艺精度有关。传统转子与定子为块体钢加工所得，后续演进为硅钢片迭层法，但上述两者加工过程中耗能高、耗材料高且仅能单次制造，新式技术为延伸迭层法，采连续式冲压硅钢片并卷绕为定子盘。目前为欧、美、日等大厂新技术且已应用在径向磁通马达上，轴向磁通式马达的定子盘也改采用此连续迭层法，各层之间的密实度会影响杂散损与噪音，因此卷绕定子芯如何在收卷过程兼顾对位与收卷紧度成为此元件加工的重要指标。
[0005]此外，采用高级硅钢片、降低厚度、提高加工精度及优化设计电磁钢片为有效对策。但铁损低的硅钢片的单价高，传统加工法耗能高且耗材料也高，目前的作法是采用冲压并卷绕方式；此外，硅钢片厚度减低虽有助于降低损耗，但冲压过程中也常因强度不足而发生齿部翘曲等变形问题，目前的作法是在齿顶平边处增加一条料带作为连接固定点，但仍有材料损耗与后制加工的问题，导致成本增加。目前的作法是采取齿与槽相互交错的方式冲制，可有效解决上述问题，但齿与槽的外型，特别是齿与槽的比例(槽开口率)则会受齿与槽交错设计的有限空间而有所受限。[0006]此外，卷绕制作的定子盘常因对位问题而导致工艺失败增加报废料比例，也增加了生产制作时间，甚至导致不良率增加。边冲边卷的工序，可以降低冲床吨数，减少冲压工艺的能损，但是冲头冲切的次数，在一个定子芯完成的工序上，与传统一次性冲切多个齿槽的作法相比，冲头损耗率较高。
【发明内容】
[0007]本发明提出一种卷绕式定子芯结构，可同时卷绕成型二个定子。
[0008]在一实施例中，本发明提出一种卷绕式定子芯结构，由一薄片卷绕而成，薄片具有一长度，薄片包含一第一齿列及一第二齿列，第一齿列由一第一侧边以及多个第一齿构成，多个第一齿阵列于第一侧边，第一齿列具有一第一槽数比，每一第一齿相对于连接第一侧边的一端具有一第一齿端部，第二齿列由一第二侧边及多个第二齿构成，多个第二齿阵列于第二侧边，第二齿列具有一第二槽数比，第二槽数比与第一槽数比相同，每一第二齿相对于连接第二侧边的一端具有一第二齿端部，每一第一齿相对应于一第二齿，相对应的第一齿与第二齿端部系以第一齿端部与第二齿端部相连接。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是本发明的薄片的一实施例的立体结构示意图。
[0010]图2是图1实施例的局部放大结构示意图。
[0011]图3及图4是本发明的连接结构的不同实施例结构示意图。
[0012]图5是本发明的定位结构的放大结构示意图。
[0013]图6是图5的A-A剖面结构示意图。
[0014]图7至图9是本发明的定位结构的不同实施例结构示意图。
[0015]图9A是本发明的定位结构部分贯穿实施例的结构示意图。
[0016]图9B是图9A的B-B剖面结构示意图。
[0017]图9C至图9D是本发明的定位结构部分贯穿的不同实施例的结构示意图。
[0018]图10是本发明卷绕薄片的系统示意图。
[0019]图11及图12是本发明相邻二层薄片的定位结构相互卡合的结构示意图。
[0020]图13是本发明的定子雏型的一实施例的立体结构示意图。
[0021]图14是将图13定子雏型分离为二个定子的立体结构示意图。
[0022]图15是构成图13的定子雏型的一实施例的结构示意图。
[0023]图16是本发明定子实施例与转子相对关系的结构示意图。
[0024]图17是本发明的薄片另一实施例的结构示意图。
[0025]图18是图17实施例分为二定子的结构示意图。
[0026]【主要元件符号说明】
[0027]1、2-夹轮；
[0028]3-轴体；
[0029]4-激光装置；
[0030]100、100A、100B、100D-薄片；
[0031]10、IOB-第一齿列；[0032]11、IlB-第一侧边；
[0033]12、12B-第一齿；
[0034]121-第一齿端部；
[0035]13、13B-齿槽；
[0036]20、20B_ 第二齿列；
[0037]21、21B-第二侧边；
[0038]22、22B_ 第二齿；
[0039]221-第二齿端部；
[0040]23、23B_ 齿槽；
[0041]30、30B_ 连接结构；
[0042]31、31A、31B_ 第一透空部；
[0043]32-压线；
[0044]40-定位结构；
[0045]41-第二透空部；
[0046]41D、41E、41F-凹槽；
[0047]42-舌片；
[0048]42D、42E、42F_ 凸片
[0049]421-连接侧；
[0050]422-悬空侧；
[0051]40、40A、40B、40C_ 定位结构；
[0052]200-定子雏型；
[0053]110B、120B、210、310-定子；
[0054]211、311-齿部；
[0055]312-细齿；
[0056]400-转子；
[0057]A-内层；
[0058]B-外层；
[0059]F2-第一方向；
[0060]W1、W1B-第一齿宽；
[0061]W2、W2B_ 第二齿宽；
[0062]W3-第三齿宽；
[0063]W4-第四齿宽；
[0064]W5_第五齿宽；
[0065]Θ、Θ1-夹角。
【具体实施方式】
[0066]以下将参照随附的附图来描述本发明为达成目的所使用的技术手段，而以下附图所列举的实施例仅为辅助说明，以利于审查员了解，但本发明的技术手段并不限于所列举附图。[0067]请参阅图1及图2所示构成本发明的卷绕式定子芯结构的薄片的一实施例结构，该薄片100具有一长度的电磁钢片，该薄片100的长度方向平行于一第一方向F1，该薄片100包含一第一齿列10以及一第二齿列20。
[0068]该第一齿列10由一第一侧边11以及多个第一齿12构成,该第一侧边11呈长条状，该第一侧边11的长度方向平行于该第一方向F1，该多个第一齿12系阵列于该第一侧边11,每一第一齿12具有一第一齿宽Wl,在相邻二第一齿12之间形成一齿槽13,该第一齿列10具有一第一槽数比，每一第一齿12相对于连接第一侧边11的一端具有一第一齿端部121。该第二齿列20由一第二侧边21以及多个第二齿22构成，该第二侧边21呈长条状，该第二侧边21的长度方向平行于该第一方向Fl，也就是第一侧边11与第二侧边21相互平行，该多个第二齿22系阵列于该第二侧边21,每一第二齿22具有一第二齿宽W2,在相邻二第一齿22之间形成一齿槽23,该第二齿列20具有一第二槽数比,每一第二齿22相对于连接第二侧边21的一端具有一第二齿端部221。该第一齿列10的第一槽数比与该第二齿列20的第二槽数比相同，因此，每一第一齿12可相对应于一第二齿22,相对应的第一齿12与第二齿22以第一齿端部121与第二齿端部221相连接。在本实施例中，第一齿列10与第二齿列20对称设置，也就是，第一齿宽Wl与第二齿宽W2相同。
[0069]在每一相连接的第一齿端部121与第二齿端部221之间设有一连接结构30，该连接结构30由多个第一透空部31构成，该多个第一透空部31平行于薄片100的长度方向(也就是第一方向Fl)阵列。在每一相连接的第一齿端部121与第二齿端部221之间设有一压线32,该压线32的长度方向平行于该薄片100的长度方向(也就是第一方向Fl),且压线32贯穿每一第一透空部31的中心。在本实施例中，该第一透空部31呈矩形，除此之夕卜，请参阅图3及图4所示实施例，该第一透空部31A、31B的形状不同，但大致都呈现菱形，同样地，在第一齿端部121与第二齿端部221之间设有一压线32，该压线32贯穿每一第一透空部31A、31B的中心。上述第一透空部31、31A、31B的形状都是以压线32为中心的对称形状，但可依实际需要设计为不对称形状。
[0070]请参阅图1、图2、图5及图6所示，在该薄片100设有多个定位结构40，每一定位结构40包括一第二透空部41以及一舌片42，第二透空部41完全或部分贯穿薄片100，在本实施例中，第二透空部41完全贯穿薄片100，舌片42位于第二透空部41内。舌片42具有相对的一连接侧421以及一悬空侧422，舌片42以连接侧421连接于薄片100，舌片42的悬空侧422突出于薄片100的其中一面(图示该薄片100的底面)之外，使得舌片42与薄片100之间形成一夹角Θ。在本实施例中，第二透空部41与舌片42都呈矩形，除此之夕卜，也可以设置为其他形状，请参阅图7至图9所示不同实施例结构。如图7所示定位结构40A，其第二透空部41A与舌片42A呈五角形。如图8所示定位结构40B，其第二透空部41B呈矩形，其舌片42B呈五角形。如图9所示定位结构40C，其第二透空部41C呈矩形，其舌片42C呈圆弧形。上述定位结构40、40A、40B、40C的形状充分说明，使用者可依所需设置定位结构的形状，没有一定限制。
[0071]关于上述第一齿列10、第二齿列20、连接结构30(30A、30B)、定位结构40(40?40C)于薄片100形成的方式没有限制，例如可采用冲压成型，其中，压线32冲压形成不致贯穿该薄片100的压痕，舌片42冲压弯折，其他结构则以冲断方式成型。
[0072]关于上述第二透空部部分贯穿薄片的结构，请参阅图9A及图9B所示，在薄片100D所设置的定位结构40D包括一凹槽41D以及一凸片42D，凸片42D单侧突出于薄片IOOD的其中一面之外，凸片42D与薄片100D之间形成一夹角Θ 1，本实施例的凹槽41D相当于图5的第二透空部41，本实施例的凸片42D相当于图5的舌片42，本实施例与图5实施例的差异在于，本实施例的凹槽41D仅部分贯穿薄片100D，凸片42D的周缘与薄片100D仍然相连，若该定位结构40D以冲压成型，可控制冲压行程小于该薄片100D的厚度，在薄片100D形成凹槽4ID而不冲断薄片100D，即可形成凸片42D请参阅图9C至图9D所示不同实施例结构。如图9C所示定位结构40E，其凹槽41E与凸片42E呈五角形。如图9D所示定位结构40F，其凹槽41F与凸片42F呈圆弧形。
[0073]请参阅图10所示，说明如何将薄片100卷绕形成卷绕式定子芯结构。该薄片100通过二夹轮1、2之间，薄片100卷绕围绕于一轴体3外，图6所示的舌片42的悬空侧422突出于薄片100朝向轴体3的一面,通过轴体3转动,可使薄片100层层卷绕于轴体3外围。请参阅图11所示，该卷绕的薄片100的相邻二层的相对应位置，分别具有一定位结构40，内层A(图示的下层)经一旋转力弯曲成圆弧状，使得内层A(图示的下层)的第二透空部41略微被撑开，位于外层B (图示的上层)因受到一张力影响并经轴体3的旋转力而逐渐贴近内层A，即内外层的连接区域，位于外层B (图示的上层)的定位结构40的舌片42可伸入位于内层A(图示的下层)的定位结构40的第二透空部41内，由于轴体3的旋转力持续作用，外层B的舌片42可紧密顶抵于内层A的第二透空部41，如图12所示，借此可使层层薄片紧密贴合，不致产生任何间隙、缝隙或空隙，无需施加压力即可使层与层之间相互贴合及定位。至于薄片100的最内层与最外层处可以一设置于轴体3 —侧的激光装置4施以激光焊接，或以黏胶黏合做永久固定。也可依实际所需，在卷绕薄片100的过程中，对薄片100其他不同部位施以焊接或黏合。
[0074]请参阅图13所示一种卷绕式定子芯结构的具体实施例结构，其由类似图1所示薄片100的薄片卷绕而成，由于薄片于卷绕后可以层层紧密贴合，因此可以形成如图13的圆环块状的定子雏型200。而后再利用拉或扭或切割等外力，将该定子雏型200由中央部位分开，即可形成如图14所示的两个具有相同几何特征的定子210，该定子210都具有呈扇形的齿部211，其可通过不同的齿宽设计而得出，如图15所示实施例，该薄片100A是一连续可变间距双列镜射齿对齿对称型结构构形设计，该薄片100A由左端至右端对称设有宽度渐宽的第三齿宽W3、第四齿宽W4、第五齿宽W5。将该薄片100A以图10所示的方式卷绕之后，即可形成图13所示定子雏型200。图1及图15实施例说明，本发明所形成的定子的齿形，可经由薄片的齿宽设计而变化，不限于单一形状。
[0075]由于本发明于薄片的第一齿列与第二齿列的齿端部之间设有连接结构(如图2所示连接结构30)，当卷绕薄片并且以外力分开形成两组具有相同几何特征的定子后，会于该两个定子的相对面的齿端部会形成细齿结构，请参阅图16所示，定子310的齿部311具有细齿312，细齿312朝向转子400，可用以调整定子310与转子400间的气隙磁通密度分布。也就是，本发明的连接结构不仅用以连接二齿列的齿端部，同时也可调整气隙磁通密度分布。至于细齿312的尺寸并没有一定限制，其是根据齿宽以及第一透空部(请参阅图2至图5的第一透空部31、31A、31B)的型态而具有同设计。
[0076]请参阅图17所不,该薄片100B包含一第一齿列IOB以及一第二齿列20B。该第一齿列IOB由一第一侧边IlB以及多个第一齿12B构成,在相邻二第一齿12B之间形成一齿槽13B，该第一齿列IOB具有一第一槽数比。该第二齿列20B由一第二侧边21B以及多个第二齿22B构成，在相邻二第一齿22B之间形成一齿槽23B，该第二齿列20B具有一第二槽数比。该第一齿列IOB的第一槽数比与该第二齿列20B的第二槽数比相同，因此，每一第一齿12B可相对应于一第二齿22B。在每一相连接的第一齿12B与第二齿22B之间设有一连接结构30B。每一第一齿12B具有一第一齿宽W1B，每一第二齿22B具有一第二齿宽W2B，第一齿宽WlB大于第二齿宽W2B。当卷绕薄片100B形成定子雏型(可参阅图13所示定子雏型200的态样)，再以外力于连接结构30B处将第一齿列IOB与第二齿列20B分离，可形成二个定子110B、120B,如图18所示，该定子110B、120B具有不同的第一齿宽WlB及第二齿宽W2B。图1实施例以及本实施例说明，本发明所提供的卷绕式定子芯结构的薄片，其第一齿列与第二齿列可设置为对称或不对称结构，只要第一齿列的槽数比与第二齿列的槽数比相同，第一齿与第二齿可一一对应连接，即可于卷绕薄片后分离成为二个定子。
[0077]只是以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以其限定本发明所实施的范围。即大凡依本发明权利要求所作的均等变化与修饰，都应仍属于本发明专利涵盖的范围内，谨请审查员明鉴，并祈惠准，是所至祷。
【权利要求】
1.一种卷绕式定子芯结构，其特征在于，其由一薄片卷绕而成，该薄片包含有: 一第一齿列，其由一第一侧边以及阵列于该第一侧边的多个第一齿构成，该第一齿列具有一第一槽数比；以及 一第二齿列，其由一第二侧边以及阵列于该第二侧边的多个第二齿构成，该第二齿列具有一第二槽数比，每一该第一齿相对应连接于一该第二齿。
2.根据权利要求1所述的卷绕式定子芯结构，其特征在于，每一相连接的该第一齿端部与该第二齿端部之间设有一连接结构，该连接结构由多个第一透空部构成，该多个第一透空部平行该薄片的长度方向阵列。
3.根据权利要求2所述的卷绕式定子芯结构，其特征在于，每一相连接的该第一齿端部与该第二齿端部之间设有一压线，该压线的长度方向平行于该薄片的长度方向，该压线贯穿每一该第一透空部的中心。
4.根据权利要求3所述的卷绕式定子芯结构，其特征在于，该第一透空部的形状以该压线为中心的对称形状。
5.根据权利要求1所述的卷绕式定子芯结构，其特征在于，每一该第一齿具有一第一齿宽，每一该第二齿具有一第二齿宽，该第一齿宽与该第二齿宽相同或不同。
6.根据权利要求1所述的卷绕式定子芯结构，其特征在于，该薄片设有多个定位结构，每一该定位结构包括: 一第二透空部，贯穿该薄片；以及 一舌片，设于该第二透空部内，该舌片具有相对的一连接侧以及一悬空侧，该舌片以该连接侧连接于该薄片，该舌片的该悬空侧突出于该薄片的其中一面之外，该舌片与该薄片之间形成一夹角。
7.根据权利要求6所述的卷绕式定子芯结构，其特征在于，该卷绕的该薄片的相邻二层的相对应位置，分别设有至少一该定位结构，相对应的该二定位结构中，其中之一该定位结构的该舌片伸入另一该定位结构的该第二透空部内。
8.根据权利要求7所述的卷绕式定子芯结构，其特征在于，该薄片以一轴体为中心层层卷绕于该轴体外，该舌片的该悬空侧突出于该薄片朝向该轴体的一面。
9.根据权利要求1所述的卷绕式定子芯结构，其特征在于，该薄片设有多个定位结构，每一该定位结构包括: 一凹槽，部分贯穿该薄片；以及 一凸片，设于该凹槽内，该凸片的周缘与该薄片相连，该凸片单侧突出于该薄片的其中一面之外，该凸片与该薄片之间形成一夹角。
10.根据权利要求1所述的卷绕式定子芯结构，其特征在于，该薄片是一电磁钢片。
【文档编号】H02K1/14GK103779978SQ201210516875
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年12月5日 优先权日:2012年10月19日
【发明者】林正轩, 彭文阳, 杨涵评, 彭骏光 申请人:财团法人工业技术研究院