一种电机定子及电机的制作方法

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及电机定子绕组连接结构及其连接方式。

背景技术：

高速永磁同步电机以其良好的性能和较高的效率，被广泛应用于电动和混合动力汽车中。目前，越来越多的电动摩托车也采用高速永磁同步电机作为动力来源。由于摩托车动力系统安装空间有限，故要求永磁同步电机具有较小的体积，和较大的功率。

提高电机结构的紧凑程度，减小电机体积最直接的方法是采用特殊的集配电环结构，替代原有的端部引线，可有效地减小电机端部体积。如果集配电环能够通过较大的电流，电机的功率会大大增加。目前，常用的集配电环都采用径向或轴向分层结构，通过绝缘部件固定在电机的定子轭上。这样，集配电环与定子轭的尺寸就会受到相互的影响。一方面，定子轭的尺寸比较小，使集配电环不宜过宽、过粗，电机绕组过大电流的能力大大减弱，电机功率受到限制；另一方面，如果要增大电机绕组过大电流的能力，则需要同时增大集配电环的尺寸和定子轭的宽度，这样也会增大电机的体积。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种特殊的电机定子绕组连接结构和连接方式，旨在减小电机体积的同时能够提高电机的功率。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种电机定子，所述电机定子包括定子铁心、定子绕组、定子衬套、端部集电环及由绝缘材料制作的端部绝缘板；

定子绕组缠绕在定子铁心上，定子绕组的抽头与端部集电环的引线接头连接；

定子铁芯及端部绝缘板分别具有内孔并分别套接于定子衬套的上、下两段之外，端部集电环安装于端部绝缘板表面并与定子铁芯保持有轴向间距；定子衬套具有轴向内孔供电机转轴安装连接。

作为优选方式，所述定子衬套外表面为变径结构，定子铁芯套接于小径段，端部绝缘板套接于大径段。

优选地，定子衬套小径段外壁设有定位槽；与之对应，定子铁心内孔壁设有定位齿，定子铁心与定子衬套通过过盈配合连接。

作为优选方式，所述端部集电环由公共点集电环与相汇流集电环构成，端部绝缘板正面设有在平面上互不干涉的第一环形槽和第二环形槽，在端部绝缘板外环形槽的背面设有第一环形槽，公共点集电环具有闭合的环体及由环体向外伸出的若干绕组接头，公共点集电环的环体安装于端部绝缘板正面的第二环形槽内，公共点集电环的绕组接头伸出于端部绝缘板的外部；相汇流集电环有若干块，每一块相汇流集电环具有一弧形环体，每一弧形环体由左环体、右环体及衔接于两者之间的转接部构成，左环体或右环体的其中之一嵌装于端部绝缘板背面的第一环形槽，左环体或右环体的另外之一嵌装于端部绝缘板正面的第一环形槽内，端部绝缘板开设有通槽供相汇流集电环的转接部穿过，弧形环体的两侧分别伸出绕组接头和接线柱。

优选地，相汇流集电环弧形环体的两端各设有一个绕组接头，所述相汇流集电环共有三块。

具体地来说，相邻的两块环形弧体在端部重叠，且在重叠区域内，其中一块环形弧体位于端部绝缘板的正面，另一块环形弧体位于端部绝缘板的反面。

具体地来说，同一块相汇流集电环的左环体和右环体处于不同的平面上，不同块相汇流集电环的左环体处于同一平面，不同块相汇流集电环的右环体处于同一平面。

作为优选方式，端部绝缘板的正面及背面的外环形槽由槽内壁及槽外壁限定而成，槽外壁具有与绕组接头数量相符的缺口以供绕组接头从向外径向伸出于端部绝缘板以便与电机绕组的抽头相连；端部绝缘板板体上还设有若干开口，相汇流集电环的接线柱从开口穿过后直立于端部绝缘板表面。

优选地，所述相汇流集电环由金属铜制成，铜接线柱焊接或铆接于铜质弧形环体表面，铜接线柱沿轴线上设置有螺纹内孔。

优选地，端部绝缘板的内孔与定子内衬过盈配合。

优选地，端部集电环的绕组接头与定子绕组的抽头采用压接与焊接方式连接。

本发明还提供了一种应用如上所述的电机定子的电机。

采用上述技术方案后，本发明具有以下效果：

1.采用定子衬套和端部绝缘板作为定子铁心与端部集电环的过渡连接，可以有效的减小两者之间尺寸的相互约束。一方面，在保证电机定子轭磁路不饱和的情况下，定子轭可以设计得足够小，这样能最大限度的减小电机的体积；另一方面，电机端部的集电环可以设计得足够宽，足够粗，从而减小电机端部非有效部分的电阻及损耗，同时能够提高过大电流的能力。

2.采用绝缘板作为端部集电环相间的隔离与保护，公共点集电环与相汇流集电环沿绝缘板的径向错开布置，有效绝缘，不同相之间的相汇流集电环则通过绝缘板实现轴向错开的方式布置，有效绝缘，从而通过绝缘板有效提高电机的绝缘防护能力，使电机不致因漆包线绝缘层刮花而产生相间、匝间短路的问题。

3.端部集电环的接头与定子绕组的抽头采用压接与焊接方式连接，不仅能提高电机的可靠性，而且接触电阻较小，使电机的发热量较小。

4.采用端部集电环取代电机的端部飞线结构，可以增强绕线工艺的便利性，节省工时，提高生产效率。

5.采用立式铜接线柱，可以将电机和控制器设计成一体式结构，降低电机和控制器的成本。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：

图1a是本发明电机定子整体结构的平面示意图；

图1b是本发明电机定子另一个角度整体结构的平面示意图；

图2a是本发明电机定子去除绕组后的立面示意图；

图2b是本发明电机定子去除绕组后的剖面示意图；

图3是本发明的电机定子铁心示意图；

图4是本发明所述的电机定子衬套示意图；

图5是本发明电机端部集电环与端部绝缘板组合件的正面示意图；

图6是本发明电机端部集电环与端部绝缘板组合件的背面示意图；

图7a是本发明的端部绝缘板的正面示意图；

图7b是本发明的端部绝缘板的反面示意图；

图8是本发明的公共点集电环的示意图；

图9是本发明的单个相汇流集电环的示意图；

图10是本发明电机控制器一体化结构示意图。

附图说明：

电机定子；11.定子铁心；12.定子衬套；12.1小径段；12.2大径段；12.3底座；13.端部绝缘板；13.1缺口；13.2开口；13.3槽外壁；13.4槽内壁；13.5内环形槽；13.6外环形槽；13.7通槽；14.端部集电环；141.公共点集电环；141.1公共点集电环环体；141.2公共点集电环绕组接头；142.相汇流集电环；142.1左环体；142.2相汇流集电环接线柱；142.2’a相相汇流集电环接线柱；142.2”b相相汇流集电环接线柱；142.2”’c相相汇流集电环接线柱；142.3相汇流集电环绕组接头；142.3’a相相汇流集电环绕组接头；142.3”b相相汇流集电环绕组接头；142.3”’c相相汇流集电环绕组接头；142.4右环体；142.5转接部；15.定子绕组；16电机控制器电路板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明公开了能提高电机结构紧凑程度，减小电机体积，同时能承载大电流的电机定子绕组连接结构；其特征主要在于电机定子，如图1～10各图所示。

电机定子1主要包括有定子铁心11、定子衬套12、端部绝缘板13、端部集电环14和定子绕组15。

定子铁心11上缠绕着漆包线，构成了定子线圈，相邻两齿上的线圈构成一组定子绕组15，每组绕组两端分别引出两个抽头。

定子铁芯11和端部绝缘板13均具有内孔，定子衬套12具有内孔，供电机转轴及轴承安装，定子衬套外壁为变径结构，其上端为小径段12.1，与定子铁芯11的内孔过盈配合连接。定子衬套12外壁设有定位槽，与之对应，定子铁心11内孔壁设有定位齿；定位槽与定位齿相互配合，提高了连接的可靠性。定子衬套的下端为大径段12.2，与端部绝缘板13的内孔过盈配合。定子铁芯与端部绝缘板分别安装于定子衬套轴向的不同部位，互不干涉。

端部集电环14主要包括有公共点集电环141和相汇流集电环142。公共点集电环141具有闭合的环体141.1及由环体向外伸出的六个绕组接头141.2。

相汇流集电环142有三块，每一块相汇流集电环142具有一弧形环体，相邻的两块环形弧体在端部重叠，三块相汇流集电环则构成一个完整的环形。如图9所示，每一块相汇流集电环142的弧形环体由左环体142.1、右环体142.4及衔接两者之间的转接部142.5构成，左环体142.1和右环体142.4位于不同的平面上。左环体和右环体分别在其末端向同侧伸出相汇流集电环绕组接头142.3，在左环体上向另一侧突出相汇流集电环接线柱142.2。

本例中的相汇流集电环采用的三块拼装的方式，在实际应用中并不限于此，只要满足相汇流集电环的弧形环体相互重叠后能构成一个完整的环，且环体端部焊接或铆接有接线柱的要求，均适用于本发明的构想。

端部绝缘板13用高绝缘等级的材料制作，具有很好的绝缘防护作用，其正面及背面都开有槽。如图7a所示，端部绝缘板13的正面具有内环形槽13.5和外环形槽13.6。图7b所示，端部绝缘板13的背面具有外环形槽13.6。公共点集电环141的环体安装于内环形槽13.5内，相汇流集电环的左环体安装于端部绝缘板13背面的外环形槽13.6内，而其右环体位于端部绝缘板13正面的外环形槽13.6内，位于左环体与右环体通过两者之间的转接部142.5穿过通槽13.7，使相汇流集电环的环体一半位于端部绝缘板的背面，而另一半位于端部绝缘板的正面。

外环形槽13.6由槽内壁13.4及槽外壁13.3限定而成，槽外壁13.3具有与绕组接头数量相符的缺口13.1，槽内壁13.4也具有较宽的缺口，以供绕组接头向外伸出于端部绝缘板之外，从而与电机绕组的抽头相连，绕组接头与抽头的连接采用压接和焊接方式，这种结构，不仅连接可靠，而且接触电阻很小，可以有效减小电机的发热量，使电机能够输出更大的峰值功率。端部绝缘板板体上还均布有三个开口13.2，相汇流集电环接线柱142.2从端部绝缘板的背面穿过所述开口13.2立于端部绝缘板的正面。

如图5所示为相汇流集电环、公共点集电环及端部绝缘板组装后的示意图，从图中可以看到，相邻的两块相汇流集电环在两端均有重合，每一块相汇流集电环的接线柱142.2均位于公共点集电环每对公共点集电环绕组接头141.2之间。公共点集电环环体141.1安装于端部绝缘板正面的内环形槽内，六个绕组接头从缺口13.1伸出于端部绝缘板的外部；三块相汇流集电环的弧形环体圆周均设于端部绝缘板的外环形槽内。相汇流集电环142与公共点集电环141径向错开分布；三块相汇流集电环142沿轴向分层分布；这种轴向、径向分层结构，可最大限度地提高电机的紧凑程度，减小电机的体积。

本发明中的公共点集电环环体设置于端部绝缘板的内环形槽，而相汇流集电环设置于端部绝缘板的外环槽槽，在实际应用中，也可以考虑将两者内外互换。

采用定子衬套12作为定子铁心11和端部集电环14的过渡部件，可以有效的减小两者之间尺寸的相互约束，此时电机的定子轭可以设计得尽量小，电机的端部导电环可以设计得尽量粗，尽量宽。这样，电机的体积能够最大限度的缩小，电机的承受大电流的能力及峰值功率得到最大限度的提高。

相汇流集电环142由导电铜板和铜接线柱组成，两者通过电阻点焊或铆接的方式连接在一起。铜板和铜柱电阻较小，采用点焊或铆接方式连接在一起，接触面积较大，电机端部非有效部分的发热量小，电机承受大电流的能力得到有效提升。另外，导电铜接线柱立在导电铜板上，沿圆周方向均匀分布，导电铜接线柱上设有螺纹孔，圆形的电机控制器电路板16，正好可以安装在立着的接线柱上，做成电机控制器一体式结构，可以有效地降低系统的成本。

综上所述，采用上述结构可以最大程度地减小电机的体积，同时增大电机的峰值功率。首先，通过定子衬套作为定子铁心和端部集电环的过渡连接，解除了定子铁心轭部与端部集电环在尺寸上的约束，使电机定子轭在磁路不饱和的情况下，可以做得尽量小；同时，为了提高电机过大大电流的能力，端部集电环可以做得更大。其次，端部集电环采用铜材制作，集电环各部位通过焊接方式连接，使电机非有效部分的电阻尽量小，有效地减小了电机工作过程中的发热量，从而使电机的峰值功率增大。