一种电机定子模块及具有该模块的定子和电机的制作方法

本发明涉及电机结构，具体涉及一种电机定子模块及具有该模块的定子和电机。

背景技术：

为了制造和组装方便，现有技术中的电机定子常由分段定子组件构成，分段定子组件互相组合构成环状定子。分段定子组件进行组合时，常采用以下方式：在分段定子组件的外侧设置螺栓连接的塑料环形固定支撑结构，分段定子组件之间相互插接。然而，由于在电机运行时，定子需要承受电机扭矩和施加在定子上的轴向力、径向力，上述固定方式往往存在支撑结构太单薄、支撑结构本身强度不足以及分段定子组件之间连接不够牢固等问题。另外，电机绕组的散热性能也急需提高。因此，需要提供一种结构可靠性更高、散热性能良好的分段定子组件及定子。

技术实现要素：

根据上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种电机定子模块及具有该模块的定子和电机，通过对绕组和铁芯整体进行浸胶固化形成坚固的电机定子模块；通过将多个前述的电机定子模块粘接形成定子，用于抵抗电机运行过程中施加在定子上的轴向力和径向力，定子的结构可靠性得到了很大的提高；并且在定子内部设置多个冷却介质通道，使得定子的各个部分得到有效冷却，提高了定子的冷却性能，同时提高了定子的强度，便于拼接制造。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案来实现。

一种电机定子模块，多个所述电机定子模块能够组合形成环状的定子，所述电机定子模块具有铁芯和绕组，所述绕组缠绕在所述铁芯外表面上，所述绕组和所述铁芯浸胶固化形成整体；优选地，所述铁芯为扇形或者梯形。

进一步地，所述模块还包括固定层，所述固定层在浸胶固化前设置在所述绕组的部分外表面。

进一步地，所述固定层为绝缘的纤维带。

进一步地，所述模块还包括极靴，所述极靴位于铁芯轴向的一端或两端。

进一步地，所述极靴与所述铁芯为一体结构，位于所述铁芯的轴向端面；或者，所述极靴呈细条状，所述极靴设置在所述铁芯的周向两侧。

一种电机定子，包括裸定子、内固定环、外固定环和环状侧壁，其中裸定子由如前所述的电机定子模块互相拼接固定形成盘状定子，所述外固定环与所述内固定环分别设置在所述裸定子的径向外侧和径向内侧，内固定环和外固定环均与裸定子密封连接；环状侧壁设置在外固定环沿径向的外侧，并与外固定环密封连接；所述外固定环、所述内固定环、所述环状侧壁以及所述裸定子围合形成有散热通道。

进一步地，相邻的所述定子模块之间还设置有铁芯。

进一步地，所述散热通道包括内环散热通道和外环散热通道，各定子模块间在径向内环方向形成所述内环散热通道，在径向外环方向形成所述外环散热通道。

进一步地，所述外固定环包括上环和下环，上环与下环之间对应外环散热通道形成的间隔增加了外环散热通道的散热空间。

进一步地，所述散热通道还包括绕组间散热通道，相邻两个定子模块的未设置固定层的绕组之间形成所述绕组间散热通道，所述绕组间散热通道与所述内环散热通道和所述外环散热通道相互连通。

进一步地，内固定环在面向所述内环散热通道的位置开设有环形凹槽。

进一步地，所述内环散热通道、外环散热通道以及绕组间散热通道中设置有阻隔。

进一步地，所述环状侧壁和外固定环之间设置有减震层。

一种电机，具有如前任一项所述的电机定子。

本发明的有益效果如下：

1.结构可靠性高。本发明将绕组和铁芯整体进行浸胶固化，从而形成坚固的电机定子模块，模块结构可靠性高。再者，模块型材之间通过固定层粘接固定，并在内外环布置强化环，用来传递扭矩；这种连接方式使得定子具有更大的受力面积用于抵抗轴向力和径向力，所以在3倍于正常工作状态下，在定子粘接面上仅产生不到1Mpa的应力，远远低于20Mpa-30Mpa的粘接强度，有充足的冗余，定子的结构可靠性很高。

2.绕组填充率更高。本发明浸胶固化能够保持导线的紧密缠绕，使得导线填充率高。另外，通过设置固定层以将导线紧密缠绕在铁芯上，可以保持导线紧密缠绕的状态，防止在转运移动、拼接操作的过程中绕组发生松散的状况，并且能够进一步提高绕组填充率。相应地，本发明的定子模块、定子和电机能够做到更轻、更薄。

3.散热性能好。由于固定层设置在绕组的轴向边沿，固定层在轴向上部分覆盖绕组，两个相邻的绕组在未覆盖固定层的部分之间形成绕组间散热通道，同时外环散热通道、内环散热通道与绕组间散热通道连通，且通道内可以设置有阻隔，以使冷却介质的流通路径呈齿轮状，保证了定子模块、内外固定环以及环状侧壁的散热面都能均匀接触冷却介质，从而提高了产品的散热性能。

4.尺寸精准，模块拼接方便。模块固化之后可以得到精准的尺寸，模块之间拼接方便。

5.拼接式密封。内固定环和外固定环分别与极靴之间树脂密封，或者分别与固定层之间粘接密封，形成拼接而成的密封形式。

6.本发明的极靴厚度根据优化得到。极靴的在气隙中的覆盖范围比铁芯宽，当多个模块拼接时，相邻模块的极靴保持一定的较小间距，优选地为气隙距离的1.6-2倍，此时一端气隙的磁场能够被极靴很好的导入到铁芯中并传导到另一端。

附图说明

图1为本发明提出的电机的定子模块第一实施例的结构示意图；

图2为本发明提出的电机的定子模块的第一实施例的剖面图；

图3为本发明提出的电机的定子模块第二实施例的结构示意图；

图4为本发明提出的电机的定子模块的第二实施例的剖面图；

图5为本发明提出的电机的定子模块的环形组合的一种结构示意图；

图6为本发明提出的电机的定子的结构示意图；

图7为本发明提出的电机的定子模块的环形组合的另一种结构示意图；

图8为本发明电机定子一实施例的结构示意图；

图9为图8所示的电机定子的轴向剖面图；

图10为图8所示的电机定子的径向剖面图；

图11为本发明电机定子另一实施例的轴向剖面图；

图12为图11所示电机定子的径向剖面图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本发明并不局限于附图和以下实施例。需要说明的是，本文中的轴向、径向、周向如无特殊说明，均是相对于定子而言。

图1和图2是本发明电机定子模块的第一实施例。多个电机定子模块111可以组合形成环状的定子。

定子模块111具有铁芯112以及位于铁芯112轴向两端面(如图1的上下两端面)的极靴114。

极靴114沿周向的长度大于铁芯112沿周向的长度，从而在铁芯112外表面留出缠绕导线的空间。

铁芯112沿轴向的侧壁由导线缠绕，该缠绕的导线构成绕组113。导线可以是铜或铝等优质导体涂覆绝缘材料，也可以是圆形漆包线、方形或者矩形截面的导线。优选地，导线具有方形或矩形截面，以得到更高的模块空间填充率。

铁芯112的材料优选用涡流损耗低、磁通高的软磁材料，例如非晶硅钢片铁芯、硅钢片，复合软磁材料(SMC)铁芯等。如果采用非晶硅钢片和硅钢片等层叠结构，叠片的平面与磁场方向平行，这样做可以最大限度地抑制涡流损耗。

优选地，铁芯112的叠片平面与磁场方向、铁芯112面对的磁极的旋转线速度方向平行，这样做能够最小化铁芯112内部磁路的磁阻，提升磁通。

铁芯112的轴向横截面形状优选为扇形或梯形，使其在缠绕绕组113后两个斜边适合与其他相同规格的模块拼接。相比较其他形状的铁芯112，如圆柱形或方形铁芯，具有扇形或者梯形截面的铁芯的定子模块拼接后形成的定子空间更紧凑，体积和重量可以有效减小。

在本实施例中，铁芯112的轴向横截面形状为梯形，极靴114与铁芯112为一体结构，极靴114呈扁平状。

绕组113沿轴向的边沿上缠绕固定层115，束缚导线的飞线，防止绕组113松散。固定层115优选采用高强度绝缘纤维带，比如玻璃纤维、芳纶等。

图1和图2示出了绕组113沿轴向的两边沿上缠绕固定层115的示例，固定层115分为上固定层和下固定层，上固定层缠绕在绕组113沿轴向的上边沿，下固定层缠绕在绕组113沿轴向的下边沿，绕组113的中间段不缠绕固定层，因此相邻两个定子模块的未缠绕固定层的绕组中间段之间形成绕组间散热通道13(如图10所示)，各定子模块间在定子径向内环方向形成内环散热通道12(如图10所示)，在定子径向外环方向形成外环散热通道11(如图10所示)，内环散热通道12、外环散热通道11以及绕组间散热通道13相互连通。未缠绕固定层115的绕组113的导线表面仅覆盖一层薄的绝缘漆。

固定层115还可以设置在绕组113的沿轴向的其他位置，例如可以只设置在绕组113的轴向一端，或者设置在绕组113的轴向中间，或者整体覆盖绕组113轴向的全部长度，未设置固定层115的绕组113的导线表面仅覆盖一层薄的绝缘漆。

铁芯112、绕组113、固定层115的组合体缠绕完成后，该组合体整体在强度高、有一定耐温性能的树脂中充分浸润，该树脂例如为环氧树脂、聚氨酯、酚醛树脂等。然后浸润后整体放入与铁芯形状相应的模具中固化，使之成为高强度的模块型材，并具有较高的尺寸精度，便于拼接定位。

当多个定子模块组合形成裸定子时，相邻极靴114存在间隙，以保证相邻极靴114的磁通不相互干扰，固定层115的最外层靠近相邻定子模块111的部位具有粘性，以便于将相邻两个定子模块111粘接固定，例如固定层115的最外层上设置有粘性涂胶以使相邻两个定子模块111之间互相粘接固定。

极靴可以不设置，也可以采用不同的设置方式。如图3和图4所示的本发明电机定子模块的第二实施例中，极靴324采用了不同的设置方式，电机定子模块321的其他部件的设置与第一实施例相同。

第二实施例中，铁芯322伸出绕组323的轴向两端；极靴324呈细条状，极靴324设置在铁芯322的周向两侧，极靴324沿周向的长度限定了绕组323沿周向的长度；极靴324的轴向端面沿轴向与铁芯322的轴向端面平齐，极靴324的周向端面与绕组323的周向端面平齐，极靴324的径向内端面与铁芯322的径向内端面平齐，径向外端面不突出于铁芯322的径向外端面。

多个模块拼接成环状，形成裸定子，图5以图3和图4所示的模块321为例给出了多个模块321依次连接形成裸定子的结构示意图。固定层325的高度优选设置为绕组轴向长度的1/3，相邻模块321之间的固定层325相互粘接固定。相邻模块321之间的间隙满足粘接所需的最优间隙，优选为0.1mm至0.115mm。当在绕组靠近模块两端的位置缠绕固定层，而绕组中间段的导线表面仅覆盖薄薄的一层绝缘漆时，相邻模块321的中间段之间形成空隙，从而形成散热通道。

图6为本发明电机定子的示意图。电机定子631包括模块321互相粘接固定形成的裸定子，还具有内固定环632和外固定环633。外固定环633与内固定环632分别设置在模块321的径向外侧和径向内侧，露出极靴324，且分别与固定层325、极靴324、铁芯322粘接固定。图6中示出内固定环632为整环结构，外固定环633为上下环结构，上环和下环分别设置在裸定子上下两端。

电机定子的相邻的模块之间还可以设置有铁芯，以优化磁路。如图7所示，以图5所示的裸定子铁芯741为例，在相邻模块321之间设置铁芯741，优选地，铁芯741沿轴向的长度与铁芯322沿轴向的长度一致；铁芯741沿径向的长度与铁芯322沿径向的长度一致，略大于极靴323沿径向的长度。铁芯741的轴向横截面形状优选为扇形或梯形，图7中铁芯741的形状为梯形。

本发明提供的电机是具有上述实施例中的定子的电机，转子可以设置在定子的内部，也可以根据需要设置为外转子电机。

本发明的图1至7适用于盘式(即轴向磁通)电机的示例，但本领域技术人员可知，上述定子模块也可以适用于桶型(即径向磁通)电机及其他类型的电机。

下面以图1和2所示的模块111拼接成的定子为例，对本发明提出的定子散热结构进行说明。

如图8和图9所示，电机定子1包括多个定子模块111、内固定环3、外固定环4和环状侧壁5，所述多个定子模块111沿周向依次连接设置形成裸定子，内固定环3设置在裸定子沿径向的内侧，外固定环4设置在裸定子沿径向的外侧，露出极靴，内固定环3和外固定环4均与裸定子密封连接，裸定子在内固定环3和外固定环4的约束下进一步形成紧密结构；环状侧壁5设置在外固定环4沿径向的外侧，并与外固定环4密封连接。所述外固定环4、所述内固定环3、环状侧壁5围合裸定子，但相互之间并不完全贴合从而能够形成散热通道。

外固定环4与内固定环3分别扣设在裸定子的径向外侧和内侧，并露出极靴。其中，内固定环3呈型，并与极靴7的内侧面通过灌封树脂密封连接；外固定环4分为上环和下环，上环呈型，下环呈型，上环的一端和下环的一端相对间隔设置，形成型结构。上环的另一端与位于铁芯上端面的极靴114的外侧面通过灌封树脂密封连接，下环的另一端与位于铁芯下端面的极靴114的外侧面通过灌封树脂密封连接。上环、裸定子中位于铁芯上端面的极靴114、内固定环、裸定子中位于铁芯下端面的极靴114和下环形成一侧边有部分开口的型围合结构，上环与下环之间的间隔与所述外环散热通道11沿轴向的长度基本相等，从而能够增加外环散热通道11的散热空间；内固定环3在面向所述内环散热通道12的位置开设有环形凹槽，环形凹槽沿轴向的长度与所述内环散热通道12沿轴向的长度基本相等，从而能够增加内环散热通道12的散热空间。围合时，外固定环4和内固定环3各自与相接触的固定层115或绕组(在无固定层的情况下)粘接，形成密封结构。

环状侧壁5设置在外固定环4的径向外侧，与上环沿径向的外表面和下环沿径向的外表面密封连接，并且遮挡上环的一端和下环的一端相对间隔设置而形成的开口10。环状侧壁5在对应外环散热通道的位置设置进液管14和出液管15，冷却介质通过进液管14进入外环散热通道，流经外环散热通道、绕组间散热通道和内环散热通道后从出液管15排出，从而将定子工作时产生的热量带走。也可以在所述内固定环对应内环散热通道的位置设置进液管和出液管，分别用于冷却介质的流入和流出。冷却介质可以为液体、气体或者相变冷却材料，液体例如可以为油、水、油水混合物；相变冷却材料例如可以为氨、氟利昂等。

内固定环3的径向内侧还设置有内纤维环16，用于进一步固定内固定环。

另外，为了保证各模块、内固定环、外固定环、侧壁的散热面均能均匀接触到冷却介质，可以在内固定环位于散热通道中的内壁上和/或环状侧壁位于散热通道中的内壁上设置阻隔(图中未标示)，来引导冷却介质的流通路径，并使冷却介质的流通路径呈齿轮状。

环状侧壁5和外固定环4之间还设置有减震层17。减震层17的厚度优选设置为1mm-5mm。减震层由吸收冲击的材料构成，可以使得定子在振动环境下内部结构承受的振动幅值降低，增加定子的可靠性和寿命。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。