一种绕线机模杆及加大无刷电机定子绕线空间的装置的制作方法

本实用新型涉及一种散热风扇用永磁直流无刷电机，特别是涉及一种绕线机模杆、加大无刷电机定子绕线空间的装置。

背景技术：

目前市场上，在电气设备散热风扇领域使用的永磁无刷直流电机，包括内转子还有外转子，也包括单相、三相、其他多相的永磁直流无刷电机，定子绕线方式都是把绕线架装在电机定子铁芯槽内，然后再在绕线架上绕线，这样才能使电机绕组与电机定子铁芯绝缘，同时绕线架才能与电机定子铁芯实现定位。由于把绕线架装在定子铁芯槽内，这就使得定子铁芯槽的有效面积减小了，相应的绕线空间也随之减小了，原设计的定子铁芯槽面积就得不到最大化利用，这就导致电机定子绕组可以绕的线径、匝数受到了较大限制。在满足生产的电机绕线最大槽满率条件下，可绕的绕组线径比较小，绕组匝数也比较少，从而导致电机在工作点的效率比较低。这是目前市场上通用散热风扇用永磁无刷直流电机定子绕线方式存在的普遍现象。

下面结合附图1至附图4，以6槽定子铁芯为例来说明目前市场上通用的散热风扇用永磁直流无刷电机定子绕线架安装方式。由于散热风扇用永磁直流无刷电机定子绕组必须与电机定子铁芯绝缘，只依靠绕组漆包线的绝缘漆皮层，不能保证在绕线过程中，漆包线的漆皮层不被刮伤，同时绕线架需要与电机定子铁芯定位，所以市场上的下绕线架1和上绕线架3，普遍都会设计成可插入电机定子铁芯槽内结构，这既解决了电机绕组与电机定子铁芯绝缘问题，也解决了绕线架的定位问题。这就不能充分利用原电机定子铁芯槽面积S1，下绕线架1和上绕线架3插入电机定子铁芯2后，可供电机绕组绕线的槽面积变成了S2，绕线面积这就减小了。而且，市场上，下绕线架1和上绕线架3材料都是各类工程塑料制品，受制于注塑成型工艺，其插入电机定子铁芯槽内的结构厚度不能小于0.2 mm,在体积比较小的永磁直流无刷电机中，S2相对于S1的减小量就比较大，以至电机绕组可绕的线径和匝数都比较少，电机的效率非常低。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，设计出一种绕线机模杆、加大无刷电机定子绕线空间的装置，解决了原永磁直流无刷电机定子铁芯槽面积利用率低、电机工作效率低的问题。

为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种绕线机模杆，包括杆体、固定在杆体端部的第一圆柱、固定在第一圆柱端部的第二圆柱，所述杆体、第一圆柱和第二圆柱同轴设置，杆体的端部向外延伸出多个用以定位绕线架的凸台，所述凸台均匀分布在杆体的圆周方向上，第二圆柱的长度方向上设置有用以定位定子铁芯的凸起。

进一步地，所述凸起至少为一个，每个凸起均位于相邻两个凸台中间。

进一步地，所述凸台为圆弧形。

进一步地，所述第一圆柱的直径小于杆体的直径，第二圆柱的直径小于第一圆柱的直径。

一种加大无刷电机定子绕线空间的装置，包括绕线机模杆、套设在绕线机模杆的第一圆柱上的绕线架、套设在绕线机模杆的第二圆柱上的定子铁芯，所述绕线架包括架体、多个从架体后端的外壁上延伸出的绕线电极、设置在架体前端的用以与所述凸台相扣合的第一凹槽，相邻两个绕线电极之间的区域为绕线槽；所述定子铁芯的内壁上开设有用以与所述凸起相扣合的第二凹槽，定子铁芯与绕线架相贴合且定子铁芯的定子槽与绕线架的绕线槽完全重合。

进一步地，所述绕线电极均匀分布在架体的圆周方向上，每个绕线电极均包括一底板、垂直固定在底板上的挡线板、固定在挡线板上的定位柱，所述底板包括从架体外壁延伸出的延伸部、与延伸部末端连接的弧形部。

进一步地，所述绕线架架体的内径与第一圆柱的外径相匹配，定子铁芯的内径与第二圆柱的外径相匹配。

进一步地，所述第一凹槽的槽口数量与凸台相同、槽口大小与凸台大小相匹配；第二凹槽的槽口数量与凸起相同、槽口大小与凸起大小相匹配。

进一步地，所述无刷电机为单相永磁直流无刷电机、三相永磁直流无刷电机或多相永磁直流无刷电机。

本实用新型的积极有益效果：

1、本实用新型结构简单、使用方便，通过设置一种新型的绕线机模杆，在绕线机的杆体上设置多个凸台、在第二圆柱上设置多个凸起，当将绕线架和定子铁芯套设在绕线机模杆上后，便可对绕线架和定子铁芯进行锁紧定位，避免绕线架和定子铁芯在绕线机模杆的圆周方向上产生移动。且由于每个凸起均设置在相邻两个凸台的中间，绕线架和定子铁芯套设在绕线机模杆上时，绕线架与定子铁芯是相贴合的，且定子铁芯的定子槽与绕线架的绕线槽会完全重合，不需要将绕线架插入定子铁芯的定子槽内，这样就能使电机定子铁心槽面积得到充分利用，提高了电机定子铁心槽面积的利用率，电机绕组的线径可加大，匝数可增多，降低了电机绕组的铜损耗，提高了电机在工作点的效率。

2、将绕线机模杆装在定子绕线机上，能够方便永磁直流无刷电机定子绕线的批量生产。

附图说明

图1为传统永磁直流无刷电机的定子绕线架组装图。

图2为图1的爆炸图。

图3为电机定子铁芯槽面积示意图。

图4为绕线架插入电机定子铁芯定子槽内的绕线面积示意图。

图5为本实用新型的加大无刷电机定子绕线空间的装置的组装图。

图6为图5的爆炸图。

图7为图5中B-B向剖视图。

图8为本实用新型的绕线机模杆的结构示意图。

图9为本实用新型的绕线面积示意图。

图10为本实用新型绕线架的结构示意图。

图11为本实用新型的电机工作点转速仿真图。

图12为本实用新型的电机工作点输出机械转矩波形图。

图13为本实用新型的电机工作点输入电流波形图。

图14为本实用新型的电机工作点绕组的铜损耗波形图。

图15为传统电机工作点转速仿真图。

图16为传统电机工作点输出机械转矩波形图。

图17为传统电机工作点输入电流波形图。

图18为传统电机工作点绕组的铜损耗波形图。

图中标号的具体含义为：1为下绕线架，2为定子铁芯，3为上绕线架，4为绕线机模杆，5为本实用新型的绕线架，6为杆体，7为第一圆柱，8为第二圆柱，9 为凸台，10为凸起，11为架体，12为第一凹槽，13为绕线槽，14为底板，15 为挡线板，16为定位柱，17为定子槽，18为第二凹槽，S1为定子铁芯的槽面积， S2为绕线架插入电机定子铁芯定子槽内的绕线面积，S3为本实用新型的绕线面积。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本实用新型。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

下面以6槽电机定子铁心为例，结合图8来具体说明本实施方式，本实用新型的绕线机模杆4，包括杆体6、第一圆柱7和第二圆柱8。所述第一圆柱7固定在杆体6的端部，第二圆柱8固定在第一圆柱7的端部，所述杆体6、第一圆柱7和第二圆柱8同轴设置，第一圆柱7的直径小于杆体6的直径，第二圆柱8 的直径小于第一圆柱7的直径，即杆体6、第一圆柱7和第二圆柱8呈阶梯式分布设置。杆体6的端部向外延伸有多个用以定位绕线架5的凸台9，所述凸台9 设置在杆体6与第一圆柱7相连接的位置，且多个凸台9均匀分布在杆体6的圆周方向上，每个凸台9均呈圆弧状。第二圆柱8的长度方向上至少设置有一个用以定位定子铁芯2的凸起10，所述凸起10设置在第一圆柱7与第二圆柱8相连接的位置，每个凸起10均位于相邻两个凸台9中间。

如图5、图6、图7所示，本实用新型的加大无刷电机定子绕线空间的装置，可用于单相永磁直流无刷电机、三相永磁直流无刷电机或多相永磁直流无刷电机，主要包括绕线机模杆4、绕线架5和定子铁芯2。所述绕线架5套设在绕线机模杆的第一圆柱7上，绕线架5包括架体11、多个从架体11后端的外壁上延伸出的绕线电极、设置在架体11前端的用以与所述凸台9相扣合的第一凹槽12，所述绕线电极均匀分布在架体11的圆周方向上，相邻两个绕线电极之间的区域为绕线槽13；每个绕线电极均包括一底板14、垂直固定在底板14上的挡线板 15、固定在挡线板15上的定位柱16，所述底板14包括从架体外壁延伸出的延伸部、与延伸部末端连接的弧形部。所述绕线架绕线槽13的大小与定子铁芯定子槽17的大小相同。所述定子铁芯2套设在绕线机模杆的第二圆柱8上，定子铁芯2的内壁上开设有用以与所述凸起10相扣合的第二凹槽18，第二凹槽18 的槽口数量与凸起10相同、槽口大小与凸起10大小相匹配。

所述绕线架架体11的内径与第一圆柱7的外径相匹配，绕线机模杆的第一圆柱7主要用来与绕线架5的内径相配合，以保证绕线机模杆4和绕线架5的同心度。定子铁芯2的内径与第二圆柱8的外径相匹配，绕线机模杆的第二圆柱8 主要用来与定子铁芯2的内径向配合，以保证绕线机模杆4和定子铁芯2的同心度。在杆体6的端部设置凸台9，主要是用来与绕线架的第一凹槽12进行卡位配合，以防止绕线架5在圆周方向上发生转动；所述第一凹槽12的槽口数量与凸台9相同、槽口大小与凸台9大小相匹配。在第二圆柱8上设置凸起10，主要是用来与定子铁芯2内壁上的第二凹槽18进行卡位配合，以防止定子铁芯2 在圆周方向上发生转动。

当定子铁芯2和绕线架5套在绕线机模杆4上之后，绕线架的第一凹槽12 与杆体上的凸台9向扣合，定子铁芯的第二凹槽18与第二圆柱上的凸起10相扣合，定子铁芯2与绕线架5相贴合且定子铁芯的定子槽17与绕线架的绕线槽13 完全重合。如图9所示，在电机定子上绕线时，由于绕线架没有插在定子铁芯的定子槽内，因此电机定子铁芯可提供绕线的有效槽面积S3不会减少，与通常设计的电机定子铁芯的槽面积S1相等，这样就能使电机定子铁芯槽面积得到充分利用，提高了电机定子铁芯槽面积的利用率，同时也可以在电机定子绕组上绕更粗的线和绕更多的匝数，使电机绕组的线径加大，匝数增多，从而降低电机绕组的铜损耗，提高电机在工作点的效率。

在本实施例中，我们采用电磁行业内专业的有限元软件ANSYS MAXWELL对传统永磁直流无刷电机和应用本实用新型的新的永磁直流无刷电机在工作点的各性能参数进行仿真。这两种电机的绕线槽满率均在相同的条件下进行对比。

永磁直流无刷电机的具体参数数据如表一所示：

采用ANSYS MAXWELL仿真计算上述两种电机在输入电压5VDC条件下的电机工作点转速、电机工作点输出机械转矩、电机工作点输入电流和电机工作点绕组的铜损耗，具体仿真数据如表二所示：

结合表二、图11-图18可知，两种电机的工作点转速非常接近，电机工作点输出机械转矩也非常接近，这可以看成两种电机的工作点是相同。同时，两种电机的槽满率也非常接近，也可以看成相同。所以这两种电机是在输出功率相同、电机绕线槽满率相同的条件下进行性能对比。从表二的输出性能数据可以看出，采用本实用新型的电机的输入电流要比传统电机的小，电机工作点效率要比传统电机的高，电机绕组铜损耗也比传统电机的小。所以采用本实用新型的电机相对于市场上通用的绕线架插入电机定子铁心做法来说，达到了加大电机定子铁心有效绕线槽面积，提高电机工作点效率，减小电机绕组铜损耗的目的。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。