一种无铁芯轴向磁通电机定子的制作方法

本发明涉及盘式电机领域，特别涉及一种无铁芯轴向磁通电机定子。

背景技术：

根据电磁感应原理，相电流通过线圈能够在其周围产生旋转磁动势，使得永磁体的转子按旋转磁场的方向旋转，从而实现电机运转的目的。在现有技术中，用于盘式电机的定子大多是有铁芯或无铁芯结构。

发明专利申请（公布号：CN103887904A）公开了一种轴流电机的定子及其制造过程，属于有铁芯轴向磁通电机定子，由铁芯和缠绕在铁芯上的线圈组成。在安装电子转子时，由于露出在铁芯顶端面和底端面的部分线圈形状不规则，与电机定子配合安装电机转子时会产生一定阻碍，即电机转子安装不进，或者即使安装进去，电机转子运行也受到影响。另外电机定子与电机外壳装配时，露出铁芯顶端面和底端面的形状不规则线圈也会影响电机定子自身的安装。因此，在电机定子每次套接好线圈后，必需进行整型工序，程序较为繁琐，对工艺的要求也较高。

发明专利申请（公布号：CN103001426A）公开了一种印刷电路板无铁芯盘式电机，属于无铁芯轴向磁通电机定子。电机定子盘至少由两层印刷电路板叠加制成，每层印刷电路板的圆周表面上均匀敷有若干辐射状的直导线，部分直导线的两端通过印刷电路板敷有的弧形导线依次串联，构成多项电机其中一相的绕组。此技术方案采用了PCB印刷电路板，产生成本较高，且按此方法生产的电机定子盘散热性能不佳，电机功率难以做大。

发明专利申请（公布号：CN104734389A）公开了一种定子盘及轴向磁通永磁动能装置，属于无铁芯轴向磁通电机定子。电机定子包括PCB基板，多个绕组，至少一个连接导体和电流终端连接导体；所述基板具有轴孔；所述连接导体形成于PCB基板中；多个绕组全部或部分独立，位于PCB基板上，互相间独立的绕组通过PCB中的连接导体全部或部分连接；电流终端连接导体形成于PCB基板中，将绕组与相电流连接。此技术方案的电机定子制造工艺复杂，由于使用PCB基板增加了定子的厚度，导致电机气隙加大，造成磁钢用量增加，从而增加了生产成本。

实用新型专利（授权公告号：CN201821170U）公开了一种轴向磁场盘式电机电磁阵列，将多个平整线圈配合同等数量的异型线圈沿圆周方向嵌锁排列，排列后，全部线圈的电磁工作段在圆周方向均匀分布，形成圆环状电磁阵列。使用添加导热体的高分子材料将电磁阵列整体固封，使用该电磁阵列作为轴向磁场盘式电机的定子。此技术方案中的异型线圈需要特定整型后才能安装，电机定子制造工艺复杂。

综上，现有技术的主要缺陷在于：

第一，工艺较为复杂。有铁芯电机定子的线圈需要进行整型工艺，程序较为繁琐。

第二，功率难以做大。印刷电路板无铁芯盘式电机的散热性能不佳，电机功率难以做大。

第三，生产成本较高。PCB基板的定子盘增加了定子的厚度，电机气隙加大造成磁钢用量增加，从而增加了生产成本。

第四，需要前置整型。采用平整线圈与异型线圈沿圆周方向嵌锁排列的技术方案时，异型线圈需要特定整型后才能安装。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是克服现有盘式电机无铁芯或有铁芯定子盘技术方案中存在的上述问题，提供了一种无铁芯轴向磁通电机定子及其制造方法，基于同样的构思，具体分为嵌锁型和环状型两种定子以及其制造方法。具体技术方案为：

一种无铁芯轴向磁通电机定子，包括：三相线圈绕组，即：A相线圈绕组、B相线圈绕组、C相线圈绕组；三相线圈绕组分别是至少四个线圈的串联结构，分别具有一个引出端和一个连接端；A相线圈绕组、C相线圈绕组的线圈均为平整线圈，B相线圈绕组的线圈为平整线圈经封装模具压制后一次性成型的异型线圈；三相线圈绕组按轴向以嵌锁方式绕轴心层叠交替排列，A相线圈绕组的切割磁力线的两条边均位于底层，B相线圈绕组的一条切割磁力线的边位于底层，另一条切割磁力线的边位于表层，C相线圈绕组的切割磁力线的两条边均位于表层；三相线圈绕组被封固于高分子材料的覆盖层中，形成电机定子，电机定子表面有内通孔和外通孔。

进一步，线圈的形状是以下形状中的一种：扇形、矩形、梯形或者圆形。

进一步，电机定子圆环状内、外环边缘有内加强筋和外加强筋。

一种无铁芯轴向磁通电机定子，包括：三相线圈绕组，即：A相线圈绕组、B相线圈绕组、C相线圈绕组；三相线圈绕组分别是至少四个线圈的串联结构，分别具有一个引出端和一个连接端；三相线圈绕组的线圈均为平整线圈；三相线圈绕组按轴向以环状方式绕轴心层叠交替排列，其中，A相线圈绕组的A1与A3线圈位于底层、A2与A4线圈位于表层，B相线圈绕组的B1与B3线圈位于表层、B2与B4线圈位于底层，C相线圈绕组的C1与C3线圈位于底层、C2与C4线圈位于表层；三相线圈绕组被封固于高分子材料的覆盖层中，形成电机定子，电机定子表面有内通孔和外通孔。

进一步，线圈的形状是以下形状中的一种：扇形、矩形、梯形或者圆形。

进一步，电机定子圆环状内、外环边缘有加强筋。

一种无铁芯轴向磁通电机定子的制造方法，即嵌锁型，按照如下步骤制造：

步骤一：将漆包线连续绕制，形成四个线圈串联的结构，即为线圈绕组，该线圈绕组具有一个引出端和一个连接端；

步骤二：按步骤一的方法，共形成三相线圈绕组，即A相线圈绕组、B相线圈绕组、C相线圈绕组；

步骤三：将A相线圈绕组的四个中空线圈以环状间隔90度的方式放入封装模具下模，通过封装模具下模的内定位柱、外定位柱对线圈进行定位，将A相线圈绕组的引出端放入封装模具的对应引出端槽口、连接端放入封装模具的连接端槽口；

步骤四：将B相线圈绕组的四个中空线圈以与A相线圈绕组偏置30度的方式放入封装模具下模，按轴向叠加在A相线圈之上，通过封装模具下模的内定位柱、外定位柱对线圈进行定位，将B相线圈绕组的引出端放入封装模具的对应引出端槽口、连接端放入封装模具的连接端槽口；

步骤五：将C相线圈绕组的四个中空线圈以与B相线圈绕组偏置30度的方式放入封装模具下模，按轴向叠加在B相线圈之上，通过封装模具下模的内定位柱、外定位柱对线圈进行定位，将C相线圈绕组的引出端放入封装模具的对应引出端槽口、连接端放入封装模具的连接端槽口；

步骤六：将一字片分别放入一字片放置槽口；

步骤七：将封装模具的上模与封装模具的下模合模，其中B相线圈绕组的线圈被一次性压制成异型线圈，三相线圈绕组在压制过程中自动形成嵌锁排列的结构；

步骤八：将高分子材料通过注入模具，将三相线圈绕组封固；

步骤九：将封装模具从顶杆柱孔顶出脱模；

步骤十：将三相线圈绕组的连接端焊接在一起，形成嵌锁型无铁芯轴向磁通电机定子，电机定子表面与封装模具下模内定位柱、外定位柱对应的位置自动形成内通孔和外通孔。

一种无铁芯轴向磁通电机定子的制造方法，即环状型，按照如下步骤制造：

步骤一：将漆包线连续绕制，形成四个线圈串联的结构，即为线圈绕组，该线圈绕组具有一个引出端和一个连接端；

步骤二：按步骤一的方法，共形成三相线圈绕组，即A相线圈绕组、B相线圈绕组、C相线圈绕组；

步骤三：将三组线圈绕组的部分线圈按以下顺序顺时针依次偏置60度的方式放入封装模具下模底层：A1、B4、C3、A3、B2、C1，通过封装模具下模的内定位柱、外定位柱对线圈进行定位；

步骤四：将三组线圈绕组的其余线圈按以下顺序顺时针依次偏置60度的方式放入封装模具下模表层：B1、C4、A4、B3、C2、A2，通过封装模具下模的内定位柱、外定位柱对线圈进行定位，表层线圈与底层线圈交错排布；

步骤五：将三相线圈绕组的引出端分别放入封装模具下模对应的引出端槽口、连接端放入封装模具下模的连接端槽口；

步骤六：将一字片分别放入一字片放置槽口；

步骤七：将封装模具的上模与封装模具的下模合模，形成线圈排布分为底层、表层环状排列的结构；

步骤八：将高分子材料通过注入孔注入模具，将三相线圈绕组封固；

步骤九：将封装模具从顶杆柱孔顶出脱模；

步骤十：将三相线圈绕组的连接端焊接在一起，形成环状型无铁芯轴向磁通电机定子，电机定子表面与封装模具下模内定位柱、外定位柱对应的位置自动形成内通孔和外通孔。

本发明提供的无铁芯轴向磁通电机定子及其制造方法的技术方案，产生了如下有益效果：第一，去除了铁芯和PCB基板，节约生产成本；第二，无需对线圈进行前置整型工作，而是在压制过程中一次成型，工艺更为简单；第三，自动产生加强筋、散热通孔，在使用过程中线圈不容易被拉出，也具有较好的散热功能，能够做大电机的功率；第四，通过内、外定位柱对线圈其定位作用，保证了线圈的形位精度，保证了批产产品的一致性。第五，绕组线圈上有一定高分子材料的覆盖层以保证电机工作时，绕组受轴向拉力时不发生位移变化。

附图说明

图1是本发明电机定子一相线圈绕组的线圈串联结构的示意图；

图2是本发明三相线圈绕组交错叠加排布的示意图；

图3是本发明无铁芯轴向磁通电机定子三相绕组的排布示意图，即嵌锁型，其中：A1、A2、A3、A4表示A相线圈绕组的四个线圈，B1、B2、B3、B4表示B相线圈绕组的四个线圈，C1、C2、C3、C4表示C相线圈绕组的四个线圈；

图4是本发明无铁芯轴向磁通电机定子三相绕组的排布示意图，即环状型，其中：A1、A2、A3、A4表示A相线圈绕组的四个线圈，B1、B2、B3、B4表示B相线圈绕组的四个线圈，C1、C2、C3、C4表示C相线圈绕组的四个线圈；

图5是本发明所使用的封装模具下模示意图，其中：1-内定位柱，2-外定位柱，3,4,5-引出端槽，6-连接端槽，7-一字片放置槽，8-下模内起限位作用的凸台，9-下模内加强筋槽，10-下模外加强筋槽，11-顶杆柱孔顶；

图6是本发明所使用的封装模具上模示意图，其中：1’-内定位孔，7’-一字片放置槽，8’-上模内起限位作用的凸台，9’-上模内加强筋槽，10’-上模外加强筋槽，12-注入孔；

图7是本发明所使用的封装模具合模状态示意图；

图8是本发明无铁芯轴向磁通电机定子示意图，其中：1’’-内通孔，2’’-外通孔，9’’-内加强筋，10’’-外加强筋。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例的附图。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些实施方式获得其他的实施方式。

实施例一 嵌锁型无铁芯轴向磁通电机定子及其制造方法

如图1所示，将漆包线连续绕制，形成四个线圈串联的结构，即为线圈绕组，具有一个引出端和一个连接端，使用该方法共制造三相线圈绕组，即：A相线圈绕组、B相线圈绕组、C相线圈绕组。

如图2、图5所示，将三相线圈绕组按轴向绕轴心层叠交替排列于封装模具下模上，即：

将A相线圈绕组的四个中空线圈以环状间隔90度的方式放入封装模具下模，通过封装模具下模的内定位柱、外定位柱对线圈进行定位，将A相线圈绕组的引出端放入封装模具的对应引出端槽口、连接端放入封装模具的连接端槽口；

将B相线圈绕组的四个中空线圈以与A相线圈绕组偏置30度的方式放入封装模具下模，按轴向叠加在A相线圈之上，通过封装模具下模的内定位柱、外定位柱对线圈进行定位，将B相线圈绕组的引出端放入封装模具的对应引出端槽口、连接端放入封装模具的连接端槽口；

将C相线圈绕组的四个中空线圈以与B相线圈绕组偏置30度的方式放入封装模具下模，按轴向叠加在B相线圈之上，通过封装模具下模的内定位柱、外定位柱对线圈进行定位，将C相线圈绕组的引出端放入封装模具的对应引出端槽口、连接端放入封装模具的连接端槽口。

如图5所示，将三个一字片分别放入一字片放置槽口。

如图6、图7所示，将封装模具的上模与封装模具的下模合模，其中B相线圈绕组的线圈被一次性压制成异型线圈，三相线圈绕组在压制过程中自动形成如图3所示的嵌锁排列结构。

如图7所示，将高分子材料通过注入孔注入模具，将三相线圈绕组封固，将封装模具从顶杆柱孔顶出脱模。

将三相线圈绕组的连接端焊接在一起，形成如图8所示的无铁芯轴向磁通电机定子，电机定子表面与封装模具下模内定位柱、外定位柱对应的位置自动形成内通孔和外通孔。

实施例二 环状型无铁芯轴向磁通电机定子及其制造方法

如图1所示，将四个中空线圈串联，形成一相线圈绕组，具有一个引出端和一个连接端，使用该方法共制造三相线圈绕组，即：A相线圈绕组、B相线圈绕组、C相线圈绕组。

如图2、图4所示，将三相线圈绕组按轴向绕轴心层叠交替排列于封装模具下模上，即：

将A相线圈绕组的四个中空线圈以环状间隔90度的方式放入封装模具下模，通过封装模具下模的内定位柱、外定位柱对线圈进行定位，将A相线圈绕组的引出端放入封装模具的对应引出端槽口、连接端放入封装模具的连接端槽口；

将B相线圈绕组的四个中空线圈以与A相线圈绕组偏置30度的方式放入封装模具下模，按轴向叠加在A相线圈之上，通过封装模具下模的内定位柱、外定位柱对线圈进行定位，将B相线圈绕组的引出端放入封装模具的对应引出端槽口、连接端放入封装模具的连接端槽口；

将C相线圈绕组的四个中空线圈以与B相线圈绕组偏置30度的方式放入封装模具下模，按轴向叠加在B相线圈之上，通过封装模具下模的内定位柱、外定位柱对线圈进行定位，将C相线圈绕组的引出端放入封装模具的对应引出端槽口、连接端放入封装模具的连接端槽口。

如图5所示，将三个一字片分别放入一字片放置槽口。

如图6、图7所示，将封装模具的上模与封装模具的下模合模，三相线圈绕组在压制过程中自动形成如图4所示的环状排列结构。

如图7所示，将高分子材料通过注入孔注入模具，将三相线圈绕组封固，将封装模具从顶出脱模。

将三相线圈绕组的连接端焊接在一起，形成如图8所示的无铁芯轴向磁通电机定子，电机定子表面与封装模具下模内定位柱、外定位柱对应的位置自动形成通孔。

在上述两个实施例中，线圈的形状是扇形，也可以选用矩形、梯形或者圆形等形状，封装模具中设有加强筋槽，能够形成电机定子圆环状内、外环边缘的加强筋，在使用过程中，增加电机定子的强度，在使用过程中线圈不易被拉出。上、下封装模具设置有限位块凸台，使绕组线圈上有一定高分子材料的覆盖层以保证电机工作时，绕组受轴向拉力时不发生位移变化。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的变动与润饰，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求书所界定者为准。