一种电机定子和轴向磁场电机的制作方法

本实用新型实施例涉及电机领域，尤其涉及一种电机定子和轴向磁场电机。

背景技术：

轴向磁场电机是主磁场沿电机转轴方向的电机，其定子与转子为圆盘状并以电机转轴为中心轴。定子和转子上设有线槽，嵌设在线槽中的电磁线通电后产生旋转磁场带动转子运转。轴向磁场电机相对于径向磁场电机具有较高的扭矩密度，二者转速相同时，轴向磁场电机具有更高的功率密度，因此在功率密度需求较高的场合，轴向磁场电机具有较大的应用优势。

通常，轴向磁场电机的定子铁芯可采用硅钢片绕叠或采用分块式铁芯绕线。但是，采用硅钢片绕叠的铁芯绕线困难，不适合量产；分块式铁芯绕线方案效率较高，但目前行业内还不存在针对分块式铁芯绕线方案的接线结构。

技术实现要素：

本实用新型提供一种电机定子和轴向磁场电机，以提出一种针对分块式铁芯绕线方案而设计的接线结构，从而保证分块式铁芯绕线和出线方便。

第一方面，本实用新型实施例提供一种电机定子，该电机定子包括：圆环柱状出线支架、多个铁芯组以及多个集电环；每个铁芯组包括多个铁芯；

多个所述铁芯围绕所述圆环柱状出线支架的外侧面设置；

多个所述集电环互相电绝缘，所述集电环围绕所述圆环柱状出线支架的中心轴且设置在所述圆环柱状出线支架的内侧面上；

其中，所述铁芯的外侧围绕设置有电机绕组，同一所述铁芯组的所述多个铁芯上围绕的所述电机绕组与同一所述集电环电连接；不同所述铁芯组中的所述电机绕组与不同所述集电环电连接。

进一步地，所述圆环柱状出线支架包括相互平行的顶端和底端；所述顶端设置有多个凹槽，所述凹槽从所述圆环柱状出线支架的外侧面贯穿至所述圆环柱状出线支架的内侧面；

所述凹槽的数量大于或者等于所述电机绕组的数量；

所述电机绕组的导线贯穿所述凹槽后与所述集电环电连接。

进一步地，该电机定子还包括多个辅助连接柱；多个所述辅助连接柱围绕所述圆环柱状出线支架的内侧面设置；

所述辅助连接柱呈“L型”，所述辅助连接柱的第一端与所述集电环电连接，所述辅助连接柱的第二端设置于所述凹槽中；

所述电机绕组的导线缠绕在所述辅助连接柱的所述第二端所在的一边，通过所述辅助连接柱与所述集电环电连接。

进一步地，每个所述集电环包括多个凸起结构；

所述凸起结构朝向所述圆环柱状出线支架的中心轴凸起；

每个所述凸起结构与一个所述辅助连接柱电连接。

进一步地，该电机定子还包括多个接线柱和多个出线柱，所述接线柱的中心轴方向、所述出线柱的中心轴方向均与所述圆环柱状出线支架的中心轴方向平行；

所述接线柱与所述集电环对应电连接，所述出线柱与所述接线柱对应电连接。

进一步地，该电机定子还包括圆环台阶和绝缘环；

所述圆环台阶围绕所述圆环柱状出线支架的中心轴且设置于所述圆环柱状出线支架的内侧面上，并且所述圆环台阶设置于所述凹槽的槽底与所述圆环柱状出线支架的底端之间；

在相邻两个所述集电环之间设置一绝缘环。

进一步地，所述多个集电环包括中性点集电环、A相集电环、B相集电环以及C相集电环；所述接线柱包括A相接线柱、B相接线柱以及C相接线柱；所述出线柱包括A相出线柱、B相出线柱以及C相出线柱；所述绝缘环包括辅助绝缘环、A相绝缘环、B相绝缘环和C相绝缘环；

所述辅助绝缘环、所述中性点集电环、所述A相绝缘环、所述A相集电环、所述B相绝缘环、所述B相集电环、所述C相绝缘环、所述C相集电环依次层叠安装于所述圆环台阶与所述圆环柱状出线支架的所述底端之间；

所述A相接线柱与所述A相集电环电连接，所述A相出线柱与所述A相接线柱电连接；所述B相接线柱与所述B相集电环电连接，所述B相出线柱与所述B相接线柱电连接；所述C相接线柱与所述C相集电环电连接，所述C相出线柱与所述C相接线柱电连接。

进一步地，该电机定子还包括中心轴部件和多个绝缘套；

所述中心轴部件与所述圆环柱状出线支架固定连接，所述中心轴部件与所述圆环柱状出线支架同中心轴设置；

所述中心轴部件包括沿所述中心轴部件的所述中心轴方向贯穿的中心通孔以及围绕所述中心通孔设置的边缘通孔；

所述出线柱穿过所述边缘通孔，所述绝缘套用于将所述出线柱固定于所述边缘通孔中；

所述出线柱与所述接线柱通过紧固螺母旋紧电连接。

进一步地，该电机定子还包括第一圆环支架、第二圆环支架和立柱，所述第一圆环支架、所述第二圆环支架与所述圆环柱状出线支架均同中心轴设置；

所述第一圆环支架和所述第二圆环支架平行且相对设置，所述立柱用于固定所述第一圆环支架和第二圆环支架，以形成嵌合所述铁芯的间隙；

所述多个铁芯嵌合固定于所述第一圆环支架与所述第二圆环支架之间；

所述圆环柱状出线支架的一端与所述第一圆环支架的内边缘固定连接，所述圆环柱状出线支架的另一端与所述第二圆环支架的内边缘固定连接。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种轴向磁场电机，该轴向磁场电机包括第一方面提供的任一种电机定子，还包括电机转子；

所述电机定子与所述电机转子同轴设置。

本实用新型实施例提供的电机定子包括圆环柱状出线支架、多个铁芯组以及多个集电环；每个铁芯组包括多个铁芯；多个铁芯围绕圆环柱状出线支架的外侧面设置；多个集电环互相电绝缘，集电环围绕圆环柱状出线支架的中心轴且设置在圆环柱状出线支架的内侧面上；其中，铁芯的外侧围绕设置有电机绕组，同一铁芯组的多个铁芯上围绕的电机绕组与同一集电环电连接；不同铁芯组中的电机绕组与不同集电环电连接，从而提出了一种针对分块式铁芯绕线方案而设计的接线结构，以保证分块式铁芯绕线和出线方便。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种电机定子的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的电机定子中圆环柱状出线支架的相关结构的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的电机定子中的集电环的平面形状示意图；

图4是本实用新型实施例提供的电机定子中的中心轴部件的相关结构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1是本实用新型实施例提供的一种电机定子的结构示意图，图2是本实用新型实施例提供的电机定子中圆环柱状出线支架的相关结构的结构示意图。参照图1和图2，该电机定子10包括：圆环柱状出线支架101、多个铁芯组 102G以及多个集电环103；每个铁芯组102G包括多个铁芯102；多个铁芯102 围绕圆环柱状出线支架101的外侧面设置；多个集电环103互相电绝缘，集电环103围绕圆环柱状出线支架101的中心轴且设置在圆环柱状出线支架101的内侧面上；其中，铁芯102的外侧围绕设置有电机绕组(图中未示出)，同一铁芯组102G的多个铁芯102上围绕的电机绕组与同一集电环103电连接；不同铁芯组102G中的电机绕组与不同集电环103电连接。

其中，铁芯组102G中的多个铁芯102可分别单独绕线，以形成围绕在铁芯102外侧的电机绕组，从而可使得绕线简便且高效。

示例性的，铁芯102可为软磁性复合材料(soft magnetic composite)SMC 铁芯。电机绕组可为具有预设线径的铜线。这里的“预设线径”理解为导线的线径可根据电机运转需求设置，本实用新型实施例对此不作限定。当然，铁芯 102和电机绕组还可由本领域技术人员可知的其他材料形成，本实用新型实施例对此不作限定。

其中，每个集电环103用于电连接同一铁芯组102G的多个铁芯102上围绕的电机绕组，即通过将铁芯102和集电环103分别设置在圆环柱状出线支架101 的外侧面和内侧面上，并通过集电环103连接电机绕组，且同一铁芯组102G的多个铁芯102上围绕的电机绕组与同一集电环103电连接，可在分块式铁芯绕线方案绕线方便高效的前提下，使得电机转子出线方便且接线牢固。

需要说明的是，图1中仅示例性的示出了铁芯102的数量为24个，但并非对本实用新型实施例提供的电机定子10中铁芯102的数量的限定。在其他实施方式中，可根据电机定子10以及电机整体的实际需求，设置铁芯102的数量、铁芯组102G的数量、每个铁芯组102G中包括的铁芯102的数量以及多个铁芯组102G的多个铁芯102的排布方式，本实用新型实施例对此不作限定。

可选的，继续参照图2，圆环柱状出线支架101包括相互平行的顶端和底端；顶端设置有多个凹槽101K，凹槽101K从圆环柱状出线支架101的外侧面贯穿至圆环柱状出线支架101的内侧面；凹槽101K的数量大于或者等于电机绕组的数量；电机绕组的导线贯穿凹槽101后与集电环103电连接。

如此设置，可方便位于圆环柱状出线支架101的外侧面的电机绕组的导线由圆环柱状出线支架101的外侧面穿过凹槽101K后，延伸至圆环柱状出线支架101的内侧面，并与设置于圆环柱状出线支架101的内侧面的集电环103电连接。同时，凹槽101K还可固定电机绕组的导线，避免导线位置发生变化而产生的对电机定子10内部的整体磁场分布的影响，从而有利于确保电机定子10 以及电机整体的结构稳固以及性能稳定。

需要说明的是，图2中仅示例性的示出了凹槽101K位于圆环柱状出线支架 101的顶端，且仅示例性的示出了凹槽101K的数量，但并非对本实用新型实施例提供的电机定子10的限定。在其他实施方式中，可根据电机定子10以及电机整体的实际需求，设置凹槽101K位于圆环柱状出线支架101的底端，或者设置凹槽101K分设于圆环柱状出线支架101的顶端和底端；以及设置凹槽101K 的数量、每个凹槽101K的槽深以及相邻的凹槽101K之间的间隔，本实用新型实施例对此不作限定。

可选的，继续参照图2，该电机定子10还包括多个辅助连接柱104；多个辅助连接柱104围绕圆环柱状出线支架101的内侧面设置；辅助连接柱104呈“L型”，辅助连接柱104的第一端与集电环103电连接，辅助连接柱104的第二端设置于凹槽101K中；电机绕组的导线缠绕在辅助连接柱104的第二端所在的一边，通过辅助连接柱104与集电环103电连接。

如此设置，可使电机绕组的导线(也可称为“电机绕组的引出线”)与辅助连接柱104的第二端所在的一边直接电连接，辅助连接柱104的第二端与集电环103直接电连接，即电机绕组的导线通过辅助连接柱104与集电环103间接电连接。

由于辅助连接柱104呈“L型”，一方面，可确保辅助连接柱104的第一端所在的一边与圆环柱状出线支架101的内侧面之间留有一定的空间，从而有利于避免辅助连接柱104与与该辅助连接柱104电连接的集电环103之外的其他集电环103电连接；另一方面，利用辅助连接柱104的第二端所在的一边将电机绕组的导线支架起来，避免电机绕组的导线与集电环103直接接触，从而可避免电极绕组的导线与与该电机绕组的导线电连接的集电环103之外的其他集电环103电连接，由此，有利于确保同一铁芯组102G的多个铁芯102的电机绕组仅与同一集电环103电连接，即避免与其他集电环103接触而导致的电信号紊乱，从而有利于确保电机定子10以及电机整体正常工作，进而有利于延长电机定子10以及电机整体的使用寿命。

需要说明的是，图2中仅示例性的示出了部分凹槽101K中设置有辅助连接柱104，但并非对本实用新型实施例提供的电机定子10的限定。在其他实施方式中，还可根据电机定子10以及电机整体的实际需求，设置辅助连接柱104的数量以及设置方式，本实用新型实施例对此不作限定。

此外，需要说明的是，“L型”的辅助连接柱104的第一端所在的一边与其第二端所在的一边的夹角可为90度，也可为其他角度；同时，其夹角可为尖锐的角，也可为圆滑的角，均可根据电机定子10的实际需求设置，本实用新型实施例对此不作限定。

可选的，图3是本实用新型实施例提供的电机定子中的集电环的平面形状示意图，该平面形状可视为在垂直于圆环柱状出线支架101的中心轴方向的平面的形状。结合图2和图3，每个集电环103包括多个凸起结构103K；凸起结构103K朝向圆环柱状出线支架101的中心轴凸起；每个凸起结构103K与一个辅助连接柱104电连接。

如此设置，便于实现将“L型”的辅助连接柱104与某一集电环103电连接时，不接触其它的集电环103。

需要说明的是，图3中仅示例性的示出了集电环103包括6个凸起结构 103K，且每个凸起结构103K的凸起形状均为尖锐的，但并非对本实用新型实施例提供的电机定子10的限定。在其他实施方式中，可根据电机定子10以及集电环103的实际需求，设置凸起结构103K的数量和形状，对于不同的集电环 103，凸起结构103K的数量可相同，也可不同；以及凸起结构103K的形状可相同，也可不同，本实用新型实施例对此不作限定。

可选的，继续参照图2，该电机定子10还包括多个接线柱105和多个出线柱106，接线柱105的中心轴方向、出线柱106的中心轴方向均与圆环柱状出线支架101的中心轴方向平行；接线柱105与集电环103对应电连接，出线柱 106与接线柱105对应电连接。

如此设置，可利用接线柱105和出线柱106的出线方案，将集电环103与外部电缆电连接，从而，相当于利用集电环103、接线柱105和出线柱106依次电连接的出线方案，将电机绕组与外部电缆间接电连接，从而可避免电机绕组和外部电缆直接电连接。

同时，将接线柱105的中心轴方向、出线柱106的中心轴方向均与圆环柱状出线支架101的中心轴方向平行设置，可降低接线柱105和出线柱106的设计难度，从而简化电机定子10以及电机整体的设计和制作难度。

需要说明的是，上文中的“平行设置”也并非数学意义上的严格平行，可理解为夹角在预设夹角阈值范围(示例性的，夹角小于或等于5°)内。在其他实施方式中，还可根据电机定子10和电机整体的实际需求，设置接线柱105 的中心轴方向和出线柱106的中心轴方向，二者可相同，也可不同，本实用新型实施例对此不作限定。

可选的，继续参照图2，该电机定子10还包括圆环台阶101T和绝缘环 108；圆环台阶101T围绕圆环柱状出线支架101的中心轴且设置于圆环柱状出线支架101的内侧面上，并且圆环台阶101T设置于凹槽101K的槽底与圆环柱状出线支架101的底端之间；在相邻两个集电环103之间设置一绝缘环108。

如此设置，一方面，圆环台阶101T可用于支撑辅助连接柱104，利于提高辅助连接柱104的稳固性，从而有利于提高电机定子10的整体稳定性；另一方面，绝缘环108设置在每相邻的两个集电环103之间，确保集电环103之间电绝缘的同时，可避免集电环103的位置发生变化，从而有利于确保集电环103 的稳固性，从而有利于提高电机定子的整体稳定性。

下面，以“三相四线制”电机(即三相交流电机)为例，对本实用新型实施例提供的电机定子10进行示例性说明。

“三相四线”的引出线是由三根火线和一根零线组成的。其联接有星形接法及三角形接法两种，一般采用星形联接方法。三相交流电机向外供电时，把三组线圈(即电机绕组)的末端连在一起，从连接点引出一条线，这条线叫零线，也叫中性线。再从电机绕组的另一端各引出一条线，即三根火线。这样就形成了三相四线(三根火线、一根零线)，这种联接方法叫星形联接法。

在三相异步电机的每相电机绕组中，流过正弦交流电流时，每相电机绕组都产生脉动磁场。由于三相电机绕组在电机定子10中摆放的空间位置互差 120°电角度空间相位，电机绕组中分别流过三相交流电流，而各相电流在时间上又互差120°，使它们同时产生的三个脉动磁场在空间所合成的总磁场，成为一个旋转磁场。

下文中，以“A相”、“B相”和“C相”示出三相，以“A相导线”、“B 相导线”、“C相导线”和“中性点导线”示出四线。

可选的，继续参照图2，多个集电环103包括中性点集电环103D、A相集电环103A、B相集电环103B以及C相集电环103C；接线柱105包括A相接线柱、B相接线柱以及C相接线柱；出线柱106包括A相出线柱、B相出线柱以及 C相出线柱；绝缘环108包括辅助绝缘环、A相绝缘环、B相绝缘环和C相绝缘环；辅助绝缘环、中性点集电环103D、A相绝缘环、A相集电环103A、B相绝缘环、B相集电环103B、C相绝缘环、C相集电环103C依次层叠安装于圆环台阶101T与圆环柱状出线支架101的底端之间；A相接线柱与A相集电环103A 电连接，A相出线柱与A相接线柱电连接；B相接线柱与B相集电环103B电连接，B相出线柱与B相接线柱电连接；C相接线柱与C相集电环103C电连接，C 相出线柱与C相接线柱电连接。

示例性的，圆环柱状出线支架101的内侧面上设置有环绕中心轴方向的圆环台阶101T；辅助绝缘环压装到圆环台阶101T位置，中性点集电环103D压装到辅助绝缘环上，A相绝缘环压装到中性点集电环103D上，A相集电环103A压装到A相绝缘环上，B相绝缘环压装到A相集电环103A上，B相集电环103B压装到B相绝缘环上，C相绝缘环压装到B相集电环103B上，C相集电环103C压装到C相绝缘环上；C相接线柱通过螺钉与C相集电环103C旋紧电连接，B相接线柱通过螺钉与B相集电环103B旋紧电连接，A相接线柱通过螺钉与A相集电环103A旋紧电连接；C相出线柱与C相接线柱电连接，B相出线柱与B相接线柱电连接，A相出线柱与A相接线柱电连接；此外，A相导线102RA通过一辅助连接柱104电连接至A相集电环103A，B相导线102RB通过另一辅助连接柱104电连接至B相集电环103B，C相导线102RC通过又一辅助连接柱104电连接至C相集电环103C，中性点导线102RD通过又一辅助连接柱104电连接至中性点集电环103D。

其中，A相集电环103A、B相集电环103B、C相集电环、中性点集电环、A 相接线柱、A相出线柱、B相接线柱、B相出线柱、C相接线柱和C相出线柱均采用导电率高的材料，例如紫铜、黄铜或本领域技术人员可知的其他类型的导电材料。辅助绝缘环、A相绝缘环、B相绝缘环和C相绝缘环采用电绝缘材料。

如此设置，可采用集电环方式连接电机绕组和中性点，使得接线方便且牢固；同时，采用接线柱结合出线柱的出线方案，使得出线方面且避免电机绕组直接和外部电缆电连接；此外，采用集电环方案连接电机绕组和接线柱，可避免三组电机绕组并在一起压紧的设置方式，从而使得导电良好。具体的，采用三组电机绕组并在一起压紧的设置方式不能保证绕组的导线与与之电连接的导线之间的导电可靠性。而，本实施方式中采用每根导线(可理解为每个绕组的导线)单独焊接等方式连接到接线环上的方案，可确保电连接的可靠性，从而确保导电良好。

需要说明的是，上述仅以“三相四线制”电机为例进行示例性说明，但并非对本实用新型实施例提供的电机定子10和电机的限定。在其他实施方式中，本实用新型的核心思想还可应用于其他类型的电机以及对应的电机定子 10，本实用新型实施例对此不作限定。

可选的，图4是本实用新型实施例提供的电机定子中的中心轴部件的相关结构的结构示意图。参照图4，该电机定子10还包括中心轴部件301和多个绝缘套302；中心轴部件301与圆环柱状出线支架101固定连接，中心轴部件301 与圆环柱状出线支架101同中心轴设置；中心轴部件301包括沿中心轴部件301 的中心轴方向贯穿的中心通孔以及围绕中心通孔设置的边缘通孔；出线柱105 穿过边缘通孔，绝缘套302用于将出线柱105固定于边缘通孔中；出线柱105 与接线柱106通过紧固螺母旋紧电连接。

如此设置，可使电机定子10的整体结构稳固。

需要说明的是，图4中仅示例性的示出了中心轴部件301的形状为圆环柱底台结合圆环柱状凸台的结构，但并非对本实用新型实施例提供的电机定子10 的限定。在其他实施方式中，中心轴部件301的形状可根据电机定子10的实际需求设置，本实用新型实施例对此不作限定。

可选的，继续参照图1，该电机定子10还包括第一圆环支架201、第二圆环支架202和立柱203，第一圆环支架201、第二圆环支架202与圆环柱状出线支架101均同中心轴设置；第一圆环支架201和第二圆环支架202平行且相对设置，立柱203用于固定第一圆环支架201和第二圆环支架202，以形成嵌合铁芯102的间隙；多个铁芯102嵌合固定于第一圆环支架201与第二圆环支架 202之间；圆环柱状出线支架101的一端与第一圆环支架201的内边缘固定连接，圆环柱状出线支架101的另一端与第二圆环支架202的内边缘固定连接。

如此设置，可利用第一圆环支架201和第二圆环支架202支撑并固定铁芯 123，可确保铁芯102的刚度以增强电机定子10的整体刚度，有利于减小铁芯 102变形的几率，从而利于延长电机定子10以及整个电机的使用寿命。同时，通过立柱203和圆环柱状出线支架101固定第一圆环支架201和第二圆环支架 202，有利于提高电机定子10的整体稳固性。

需要说明的是，立柱105和圆环柱状出线支架101可通过螺钉与第一圆环支架201以及第二圆环支架202固定。当然，还可根据电机定子10的实际需求，采用本领域技术人员可知的其他固定连接方式，将立柱105和圆环柱状出线支架101与第一圆环支架201以及第二圆环支架202固定，本实用新型实施例对此不作限定。

在上述实施方式的基础上，本实用新型实施例还提供一种轴向磁场电机，该轴向磁场电机上述实施方式提供的任一种电机定子，因此，该轴向磁场电机具有上述实施方式提供的电机定子所具有的有益效果，未详尽解释之处可参照上文对电机定子的说明进行理解，下文中不再赘述。

其中，该轴向磁场电机还包括电机转子；电机定子与电机转子同轴设置。

示例性的，该轴向磁场电机可为轴向磁场永磁同步电机或轴向磁场永磁异步电机。

示例性的，该轴向磁场电机可为单定子双转子分块铁芯轴向磁场电机或单定子单转子分块铁芯轴向磁场电机。

需要说明的是，该轴向磁场电机还可包括本领域技术人员可知的其他组成部件，该轴向磁场电机还可为本领域技术人员可知的其他类型的轴向磁场电机，可采用本领域技术人员可知的任一轴向磁场电机的工作原理运转，本实用新型实施例对此不再赘述，也不作限定。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、任意组合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。