电机的定子以及电机的制作方法

1.本公开涉及电机技术领域，更具体地，涉及电机的定子以及具有该定子的电机。


背景技术：

2.定子是电机的重要组成部分。作为电动机的定子，可以利用通电的定子绕组来产生与转子相互作用的旋转磁场；作为发电机的定子，定子绕组可以与转子磁场相互作用从而输出电力。定子绕组通常可以由多个线圈或线圈组组成。在诸如伺服电机的电机中，定子绕组内的多个线圈或线圈组可以通过适当的接线而彼此连接。定子绕组内的接线方式、接线排布以及接线的固定方式可能不仅影响到电机的制造成本，而且影响到电机的轴向设计长度。
3.对于例如小型伺服电机，倾向于将定子绕组的绕线焊接固定到线路板，由此可以无需固定定子的接线端部。但是，这种方式经常会出现焊接不良的问题，并且无法适用于较大的电机。对于例如尺寸较大的伺服电机，定子绕组可以采用端子压接方式进行接线。然而，在采用端子压接方式时，存在与定子绕组的接线端部的固定有关的诸多问题，例如，如何有效地缩小接线端部的高度从而减小电机的轴向长度，以及如何快速简单高效地固定接线端部。目前，缺乏有效解决这些问题的手段。


技术实现要素：

4.本公开的实施例提供了电机的定子、以及包括该定子的电机，能够有效减少限制电机定子的轴向长度从而缩短电机的总轴向长度，并且降低电机的制造成本。
5.根据本公开的一方面，提供了电机的定子，该定子包括：多个定子极，围绕中心轴布置并且彼此耦合；定子绕组，包括分别被缠绕在多个定子极上的多个线圈，多个线圈在多个定子极的轴向端部附近彼此电连接并且形成多个连接部；以及环形件，设置在多个定子极的轴向端部处并且耦合至多个定子极，环形件与多个定子极一起围成用于约束多个连接部的空间。
6.在本公开的某些实施例中，该定子还包括：卡扣机构，环形件通过卡扣机构耦合至多个定子极。
7.在本公开的某些实施例中，卡扣机构包括靠近轴向端部分别设置在多个定子极中的至少部分定子极上的多个凸部、以及设置在环形件上的分别与多个凸部对应的多个卡槽，多个凸部中的每个凸部被接合在相应卡槽中，以使环形件与多个定子极之间的相对移动被限制。
8.在本公开的某些实施例中，多个卡槽包括沿着环形件的周向布置的闭合卡槽和开口卡槽，闭合卡槽被配置为阻挡相应凸部进入和离开闭合卡槽，并且开口卡槽被配置为不阻挡相应凸部进入和离开开口卡槽。
9.在本公开的某些实施例中，每个凸部具有沿着朝向轴向端部的方向逐渐降低的凸起高度，以使每个凸部易于进入环形件上的闭合卡槽，并且难以离开环形件上的闭合卡槽。
10.在本公开的某些实施例中，每个定子极是单独的定子块，并且包括铁芯和设置在铁芯上的绝缘架，多个线圈分别被缠绕在相应的绝缘架上，并且凸部被设置在绝缘架上并从绝缘架沿着径向方向凸起。
11.在本公开的某些实施例中，环形件包括：环形端面，垂直于中心轴；外侧壁面，从环形端面的外径向边缘、在与中心轴平行的方向上朝向多个定子极延伸，卡槽被设置在外侧壁面上并且沿着径向方向贯穿外侧壁面；以及内侧壁面，从环形端面的内径向边缘、在与中心轴平行的方向上朝向多个定子极延伸。
12.在本公开的某些实施例中，在环形端面上设置有用于观察多个连接部的至少一个孔。
13.在本公开的某些实施例中，环形件的外侧壁面和内侧壁面分别设置有用于将定子绕组连接到外部电路的外侧开口和内侧开口。
14.根据本公开的第二方面，提供了电机，包括：转子；以及根据本公开的第一方面的定子。
15.应当理解，实用新型内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开内容的实施方式的关键或重要特征，亦非用于限制本公开内容的范围。本公开内容的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。
附图说明
16.通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
17.图1示出了根据本公开实施例的电机的定子的结构示意图；
18.图2示出了根据本公开实施例的移除环形件之后的定子的局部立体视图；
19.图3示出了根据本公开实施例的定子的局部剖面视图；
20.图4示出了根据本公开实施例的缠绕有定子线圈的定子极的立体视图；
21.图5a示出了根据本公开实施例的环形件的立体视图；以及
22.图5b示出了根据本公开实施例的环形件的剖面视图。
具体实施方式
23.下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。本领域的技术人员可以在不偏离本公开精神和保护范围的基础上从下述描述得到选替技术方案。
24.在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
25.本公开提出了一种改进的电机定子结构。在这种电机定子结构中，提供了用于固
定定子的端部处的绕线的环形件，这种环形件能够将线圈之间的分散布置的连接部分约束在环形件与定子极之间的空间中，从而有效地减小了电机定子的外围尺寸，特别是轴向长度。此外，该环形件能够以高效可靠的方式固定到定子极，因此具有结构简单和安装方便的优点。
26.图1示出了根据本公开实施例的电机的定子100的结构示意图。作为示例，定子100可以具有大致环形的形状，并且可以是外定子。由此，内转子可以被设置在定子100的内侧。然而，可以理解的是，定子100也可以其他类型的定子，例如，定子100也可以是内定子，并且从而可以将外转子设置在定子100的外侧。
27.根据本公开的实施例，如图1所示，定子100可以包括多个定子极110，多个定子极110围绕中心轴x布置并且彼此耦合。
28.具体而言，由多个定子极110组成的定子本体是构成电机磁路的重要部分，并且可以包括由导磁材料构成的导磁部分，以形成磁通路径。此外，多个定子极110还可以包括用于安装励磁线圈或绕组的绝缘部分，以用于将励磁线圈或绕组与导磁部分分隔开。定子本体可以一体形成，也可以是分体式结构。在分体式结构的情况下，多个定子极110可以通过适当的方式接合在一起。例如，每个定子极110可以在与相邻定子极靠近的位置设置有接合部，并且与相邻定子极进行接合，这种接合部的示例可以包括定位凹槽或定位凸起。例如，定子极110可以具有定位凹槽，而其相邻定子极110可以具有定位凸起，使得当定子极110与相邻定子极进行耦合时，定子极110的定位凹槽可以与相邻定子极的定位凸起进行接合，从而将相邻的两个定子极110可靠地固定在一起。然而，可以理解，相邻定子极110之间也可以以任何适当的其他方式进行耦合，从而依次连接以形成环形的定子本体。
29.多个定子极110所围绕的中心轴x可以位于定子100的中心位置，并且可以例如是电机转子的旋转轴线。平行于中心轴x的方向可以被称为轴向方向，而沿着以中心轴x为中心的圆的半径或直径的方向可以被称为径向方向。
30.图2示出了移除图1中的环形件130之后的定子100的局部立体视图。下面将结合图1和图2来进行进一步说明。
31.根据本公开的实施例，定子100可以包括定子绕组120，定子绕组120可以包括分别被缠绕在多个定子极110上的多个线圈121。多个线圈121在多个定子极110的轴向端部附近彼此电连接并且形成多个连接部122。
32.具体而言，被设置在多个定子极110上的定子绕组120构成了定子的电路部分，并且可以与外部电路(诸如驱动电路、制动电路和供电网)连接。定子绕组120可以是三相绕组，或者任何其他相数的绕组。每个相绕组通常可以由互连的多个绕线组成，并且在相绕组之间也可能存在一定的互连。这些互连应当遵循定子电路设计，从而在定子绕组中实现特定的电路结构。具体地，如图2所示，多个线圈121可以分别缠绕在多个定子极110上。例如，每个线圈121可以以一一对应的方式缠绕在一个定子极110上，或者每个线圈121也可以缠绕在多个定子极110上。为了在定子绕组中实现一定的电路设计，多个线圈121可以在定子极110的轴向端部处进行连接，从而形成了多个连接部122。轴向端部处的这种连接可以是端子压接方式，例如通过冷轧端子压接在一起。
33.然而，在这种连接方式中，这些连接部122被分散排布在定子极110的外侧。如果不对这些连接部122进行任何固定，那么这些分散排布的连接部122将大大增加电机的尺寸
(特别是轴向长度)。同时，可以看到，这些连接部122几乎分布在定子本体的整个圆周上，并具有不同的延伸长度。因此，如果对多个连接部122依次进行单独固定(例如采用某种手段固定单个连接部122，以限制其轴向高度)，那么这种固定效率将会非常低下，并且可靠性较差。
34.图3示出了根据本公开实施例的定子100的局部剖面视图。以下将结合图1和图3来进行进一步描述。
35.根据本公开的实施例，定子100可以包括环形件130，环形件130可以被设置在多个定子极110的轴向端部处并且耦合至多个定子极110，环形件130可以与多个定子极110一起围成用于约束多个连接部122的空间a。
36.具体而言，被设置在定子端部的环形件130可以耦合到所有或部分定子极110，从而可以在环形件130和定子极110之间形成空间a，并且将多个连接部122约束在空间a中。显然，环形件130可以将多个连接部122按压或限制在空间a中，从而防止连接部122弹起和延伸超出定子内径，并且有效减少了定子的外围尺寸(例如轴向长度和径向长度)。此外，由于环形件130可以将定子端部圆周上的所有连接部122同时约束在空间a中，因此与传统方式相比，采用环形件130可以有效提高针对连接部122的固定效率。
37.在本公开的某些实施例中，如图1所示，定子100还可以包括卡扣机构140。环形件130可以通过卡扣机构140耦合至多个定子极110。具体而言，通过卡扣方式，环形件130和多个定子极110可以在相互接触之后快速地在多个位置(即多个定子极110)处同时实现相对固定。此外，卡扣机构也具有易于实现并且可靠性高的优点。可以理解的是，虽然图1中示出了示例性的卡扣机构140，但是也可以在定子100中设置任何其他适当结构的卡扣机构。
38.图4示出了缠绕有定子线圈121的定子极110的立体视图。图5a示出了环形件110的立体视图，并且图5b示出了环形件110的剖面视图。以下将结合图1、图3、图4、以及图5a和5b来进行进一步说明。
39.在本公开的某些实施例中，卡扣机构140可以包括靠近轴向端部分别设置在至少部分定子极110上的多个凸部141，并且可以包括设置在环形件130上的分别与多个凸部141对应的多个卡槽1421、1422；多个凸部141中的每个凸部141被接合在相应卡槽1421、1422中，以使环形件130与多个定子极110之间的相对移动被限制。
40.如图1、图3以及图4所示，每个定子极110可以设置有凸部141，这些凸部141的位置可以靠近轴向端部，以便于与环形件130接合。如图1、图3以及图5a和5b所示，环形件130可以设置有多个卡槽1421和1422，卡槽1421和1422位于与多个凸部141相对应的位置，以便于与凸部141对准接合。
41.当环形件130在轴向方向上移动靠近包括多个定子极110的定子本体时，可以将环形件130的卡槽1421和1422与定子极110的凸部141对准。随着卡槽1421和1422与凸部141被卡扣在一起，环形件130与多个定子极110无法再进行包括轴向和径向的相对移动。同时，环形件130在耦合到定子极110的过程中，可以按压或约束多个连接部122，从而将这些连接部122限制在环形件130与多个定子极110之间的空间a中。
42.在本公开的某些实施例中，多个卡槽1421、1422包括沿着环形件130的周向交替布置的闭合卡槽1421和开口卡槽1422。闭合卡槽1421被配置为阻挡相应凸部141进入和离开闭合卡槽1421。开口卡槽1422被配置为不阻挡相应凸部141进入和离开开口卡槽1422。
43.具体而言，卡槽1421、1422可以包括两种类型的卡槽，即图1以及图5a和5b所示出的第一类型的卡槽1421和第二类型的卡槽1422，并且它们可以分别包括多个卡槽。卡槽1421为闭合卡槽，这种闭合卡槽会在卡扣过程中在一定程度上阻挡凸部141进入卡槽内。但是，一旦克服了这种阻挡作用，凸部141将进入到卡槽内并且被可靠地固定在该卡槽中(换言之，卡槽1421能够阻挡凸部141离开卡槽)。与此不同，卡槽1422为开口卡槽，其具有开放式的结构。这意味着在环形件130耦合到定子极110的过程中，凸部141可以不受阻挡地进入卡槽1422。同时，当将环形件130拆离定子极110时，凸部141同样可以不受阻挡地离开卡槽1422。需要说明的是，虽然在环形件130与多个定子极110之间的耦合和解耦过程中，卡槽1422的结构使得不会其阻挡凸部141进入或离开该卡槽内，但是卡槽1422对凸部141仍然具有限位作用，例如卡槽1422可以在与环形件130的安装方向不同的方向(例如圆周方向)上限制凸部141在卡槽1422内的移动，从而仍然有助于环形件130和多个定子极110之间的固定。
44.通过设置部分开放式卡槽1422，可以减少环形件130安装到多个定子极130时所遇到安装阻力，并且可能使用更少的力量完成安装，由此有效降低了安装难度。同时，由于卡槽1421、1422沿着环形件130的圆周方向交替布置，因此可以使安装阻力更加均匀，并且在减少安装阻力的情况下，仍然能够确保环形件与定子极的稳固耦合。然而，应当理解，在其他实施例中，开口卡槽1422和闭合卡槽1421可以不是交替布置，例如相邻的两个或更多个卡槽可以是开口卡槽1422，或者相邻的两个或更多个卡槽可以是闭合卡槽1421，这样的布置同样能够将环形件130可靠地接合至定子极110。
45.在本公开的某些实施例中，每个凸部141可以具有沿着朝向轴向端部的方向逐渐降低的凸起高度，以使每个凸部141易于进入环形件130上的闭合卡槽1421，并且难以离开环形件130上的闭合卡槽1421。
46.具体而言，如上文所述，在环形件130耦合或安装到多个定子极110的过程中，闭合卡槽1421会在在一定程度上阻挡凸部141进入卡槽内。为了减少这种安装阻力，可以将凸部141设计成具有变化高度的凸起，该凸起的高度可以在从靠近轴向端部的位置向远离轴向端部的位置逐渐增加。由此，可以在环形件130的安装过程中引导闭合卡槽1421接合到凸部141。同时，在完成卡扣过程之后，由于凸部141在远离轴向端部的位置具有更高的凸起高度，这使得凸部141能够牢固地卡合在闭合卡槽1421中而不易脱出。作为示例，如图3所示，凸部141可以具有三角形状的截面，这种三角形截面可以引导闭合卡槽1421的边缘沿着凸部141的斜面滑动并完成最终的卡扣连接，并且三角形截面的直角边使得凸部141能够牢固地卡合在卡槽1421中。可以理解的是，凸部141也可以具有高度变化的其他截面形状，只要这种截面形状能够有效引导卡槽接入并确保卡槽的稳固安装即可。
47.在本公开的实施例中，每个定子极110可以是单独的定子块，并且每个定子极110可以包括铁芯112和设置在铁芯112上的绝缘架113，多个线圈121分别被缠绕在相应的绝缘架113上，并且凸部141可以被设置在绝缘架113上并且从绝缘架113沿着径向方向凸起。
48.定子极110可以是分块式结构，这种结构使得定子极110上的绕线更加方便，并且容易实现自动化操作。在分块式结构中，每个定子极具有单独的铁芯112，每个铁芯112可以通过导磁片堆叠而成。然而，每个铁芯112也可以通过磁性材料一体形成，或者采用其他方式形成。相邻定子极的铁芯112可以通过诸如定位凹槽和定位凸起的彼此接合。绝缘架113
可以被安装在铁芯112上，以便于线圈121的缠绕并且绝缘分隔铁芯112和线圈121。作为示例，绝缘架113可以以浇注或注塑的方式安装到铁芯112上，从而实现绝缘架113和铁芯112的有效固定。为了便于缠绕线圈121，绝缘架113可以提供有适于线圈121缠绕的线槽部，并且还可以提供有防止线圈121侧向(或径向)移动的挡板部。凸部141可以设置在绝缘架113上，并且从绝缘架113径向突出。例如，凸部141可以设置在绝缘架113的径向外侧的挡板部上。然而，凸部141也可能形成在绝缘架113的其它部分上。凸部141可以与绝缘架113一体形成，例如，凸部141可以在注塑或浇注的过程中与绝缘架113形成为一个整体。此外，凸部141也可以作为单独的部件以任何适当的方式安装固定到绝缘架113上。
49.可以理解的是，凸部141也可以形成在定子极110的铁芯部分上。例如，凸部141可以设置于铁芯的径向外侧，由此，凸部141可以是铁芯112的径向外侧的一部分，或者凸部141也可以是单独的部件并以一定方式固定至铁芯112的径向外侧。然而，相比于设置在铁芯112上，凸部141设置在绝缘架113上具有更好的技术效果，这是因为绝缘架113更加靠近定子端部，从而更加容易安装。此外，由于绝缘架一般通过注塑或浇注形成，因此在绝缘架113上形成具有特定形状的凸部141会相对容易，并且由此形成的凸部141会更加稳固。
50.另外，凸部141也可以以其他方向从绝缘架113突出。然而，与其他方向相比，凸部141从绝缘架113沿着径向方向突出可以有效限制环形件130的轴向移动，从而更加有利于环形件130的安装和固定。
51.在本公开的某些实施例中，如图5a和图5b所示，环形件130可以包括环形端面131、外侧壁面132和内侧壁面133。环形端面131垂直于中心轴x。外侧壁面132从环形端面131的外径向边缘、在与中心轴x平行的方向上朝向多个定子极110延伸，卡槽1421、1422被设置在外侧壁面132、133上并且沿着径向方向贯穿外侧壁面132。内侧壁面133从环形端面131的内径向边缘、在与中心轴x平行的方向上朝向多个定子极110延伸。
52.环形件130的环形端面131、外侧壁面132和内侧壁面133围合在多个定子极110的端部上，并且因此形成了容纳和约束多个连接部122的空间a。环形端面131可以限制多个连接部122在轴向方向上伸展，并且外侧壁面132和内侧壁面133可以约束多个连接部122在径向方向上伸展。由此，可以将多个连接部122限制或约束在一个较小的有限空间中，这有效地减少了电机定子的外围尺寸。
53.卡槽1421和1422可以是外侧壁面132上的开口，开口的形状例如可以是矩形。多个凸部141通过卡槽1421和1422在径向方向上穿过外侧壁面132从而在定子端部的整个圆周方向上夹持住环形件130，从而有效限制环形件130与多个定子极110之间的相对移动。可以理解的是，卡槽1421、1422也可以形成在环形件130的内侧壁面，并且因此凸部141可以形成的定子极110的径向内侧。但是，相比之下，将卡扣机构设置在径向外侧更加有利，这是因为径向外侧具有更长的圆周边界，并且可以提供更多的凸部和卡槽组合，由此在径向外侧进行接合提供了更好的安装效果。
54.在本公开的某些实施例中，在环形端面131上设置有用于观察多个连接部122的至少一个孔1311。具体而言，为了便于观察环形件130的空间a内的绕线状况，可以设置至少一个孔1311。由此，可以在没有将环形件130拆离多个定子极110的情况下，观察环形件130内部的连接部122的布置和连接，以便于操作人员的后续处理。
55.在本公开的某些实施例中，环形件130的外侧壁面132和内侧壁面133分别设置有
用于将定子绕组120连接到外部电路的外侧开口135和内侧开口136。具体地，设置内侧和外侧的出线开口可以满足电机结构的不同需求。例如，对于不具有制动器的电机，采用内侧出线将更加方便，而对于具有制动器的电机，则可以采用外侧出线。因此，同时提供有内侧开口和外侧开口的环形件130可以适用于更多不同的电机结构，并且因此具有更大的应用范围。
56.在本公开的方案中，通过在定子的端部提供环形件，可以有效减少限制电机定子的轴向长度从而缩短电机的总轴向长度。这种环形件结构简单、成本低并且安装方便，可以减低电机的制造成本。
57.根据本公开的另一实施例，提供了一种电机，该电机可以包括定子100以及转子。作为示例，该电机可以是伺服电机。由于采用了定子100，因此只需要较低的成本以及简单方便的安装操作，就可以有效减少电机的外围尺寸(特别是电机的轴向长度)。
58.通过以上描述和相关附图中所给出的教导，这里所给出的本公开的许多修改形式和其它实施方式将被本公开相关领域的技术人员所意识到。因此，所要理解的是，本公开的实施方式并不局限于所公开的具体实施方式，并且修改形式和其它实施方式意在包括在本公开的范围之内。此外，虽然以上描述和相关附图在部件和/或功能的某些示例组合形式的背景下对示例实施方式进行了描述，但是应当意识到的是，可以由备选实施方式提供部件和/或功能的不同组合形式而并不背离本公开的范围。就这点而言，例如，与以上明确描述的有所不同的部件和/或功能的其它组合形式也被预期处于本公开的范围之内。虽然这里采用了具体术语，但是它们仅以一般且描述性的含义所使用而并非意在进行限制。