專利名稱：電動機的無槽定子的線圈纏繞方法和結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電動機的定子。本發(fā)明尤其涉及由多個線圈繞組形成用于交流(AC)和直流(DC)電動機的無槽定子的多相勵磁繞組的方法，以及用于這種定子的線圈繞組布局。
背景技術(shù)：
電動機通常具有環(huán)繞圓筒形內(nèi)轉(zhuǎn)子的環(huán)形定子以及在定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙。定子典型地包括由導電線圈繞組形成的勵磁繞組。在多相，例如三相電動機的勵磁繞組中有多個線圈繞組。每個線圈繞組由絕緣導線例如電線形成，所述導線沿著定子的長度來回延伸。通過線圈繞組的交流電在圓筒形定子的空心部中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電磁場。在定子中的轉(zhuǎn)子通過旋轉(zhuǎn)場轉(zhuǎn)動。定子線圈繞組通常通過下列步驟形成:圍繞心軸(mandrel)纏繞例如電線的導電線圈、將心軸從纏繞的線圈中移除、將纏繞的線圈折疊成卷筒(web)并且將卷筒卷繞成圓筒以包括在定子中。在下述的專利中公開了已知的用于纏繞線圈繞組的布局和方法:第 3，813，267 號、第 5，197，180 號、第 5，425，165 號、第 5，619，085 號、第 5，714，827 號、第6，355，993號和第6，791，224號美國專利。長期以來需要相對容易、實施便宜并提供定子的有效勵磁繞組的無槽定子線圈布局和纏繞方法。

發(fā)明內(nèi)容
已經(jīng)開發(fā)了用來纏繞線圈以形成勵磁繞組的新的線圈繞組布局和方法以用于在多相電動機中的無槽定子。線圈繞組安裝在磁通回環(huán)(flux return ring)的內(nèi)表面上,并且形成與定子和回環(huán)同軸的繞轉(zhuǎn)子的環(huán)帶(annulus)。施加到定子的線圈繞組上的電動力根據(jù)施加的電動力的功率以一定的速度和扭矩驅(qū)動轉(zhuǎn)子。電動力典型地為多相交流(AC)電壓，諸如三相AC電壓。定子勵磁繞組包括用于AC電壓的每相的獨立線圈繞組。此處公開的線圈繞組的布局也適用于用作發(fā)電機的定子。纏繞方法形成用于例如三相的多相無槽定子的多個線圈繞組，例如三個(A、B、C)。定子線圈繞組可以用在睡眠呼吸暫停治療裝置中的鼓風機的小電動機中。此處公開了一種制造用于無槽定子的諸如三相勵磁繞組的多相勵磁繞組的方法，所述多相勵磁繞組包括設(shè)置在第一線圈組和第二線圈組中的多個線圈繞組，所述方法包括:通過繞心軸纏繞每個線圈繞組的絕緣電線以使得電線的每匝鄰近電線的下一匝來形成第一線圈組，其中第一線圈組中的每個線圈繞組在完成時具有基本相同的線圈寬度，并且在第一線圈組中的鄰近的線圈繞組之間的間隔為基本上等于完成的繞組中的一個的寬度的距離；在形成第一線圈組之后，從每個線圈繞組的尾端(trailing edge)沿著心軸軸向地移動絕緣電線一定的距離以將電線定位在第二線圈組中的每個線圈繞組的首端(Ieadingedge)處，所述距離基本上等于完成的繞組中的一個的寬度的五倍；通過繞心軸纏繞每個線圈繞組的絕緣電線以使得電線的每匝鄰近電線的下一匝來形成第二線圈組，其中在第二線圈組和第一線圈組中的每個線圈繞組在完成時具有基本上相同的線圈寬度，并且其中第二線圈組的纏繞方向與第一線圈組的纏繞方向相同或相反，并且在第一線圈組中的鄰近的線圈繞組之間的間隔為基本上等于完成的繞組中的一個的寬度的距離；將心軸從纏繞的第一和第二線圈組中移除；將纏繞的第一線圈組和第二線圈組折疊成單層卷筒以使得來自于第一線圈組的線圈繞組段(segment)交叉在第二線圈組的線圈繞組段之間，并且將單層卷筒卷繞成圓筒以形成勵磁繞組。公開了一種用于無槽定子的諸如三相勵磁繞組的多相勵磁繞組，包括:多個線圈繞組，其包括第一線圈組和第二線圈組；第一線圈組，其包括用于每個線圈繞組的絕緣電線的第一螺旋繞組，其中電線繞心軸纏繞使得電線的每匝鄰近電線的下一匝并且在第一線圈組中的在心軸上的鄰近的線圈繞組之間的間隙基本上等于在第一組中的線圈繞組的寬度；第二線圈組，其包括每個線圈繞組的絕緣電線的第二螺旋繞組，其中電線繞心軸纏繞使得電線的每匝鄰近電線的下一匝，其中在第二線圈組和第一線圈組中的每個線圈繞組在完成時具有基本相同的線圈寬度，第二線圈組中在心軸上的鄰近的線圈繞組之間的間隙基本上等于在第二組中的線圈繞組的寬度，并且第二線圈組的纏繞方向與第一線圈組相反；以及圓筒形的卷筒，其包括第一線圈組和第二線圈組，所述第一線圈組和第二線圈組被折疊為使得第一線圈組的線圈繞組段交叉在第二線圈組的線圈繞組段之間。公開了一種制造用于包括三個線圈繞組的用于無槽定子的三相勵磁繞組的方法，所述方法包括:通過繞心軸纏繞每個線圈繞組的絕緣電線使得電線的每匝鄰近電線的下一匝來形成三個線圈繞組的線圈組，其中在第一線圈組中的每個線圈繞組在完成時具有基本相同的線圈寬度，并且在第一線圈組中的鄰近的線圈繞組之間的間隔為基本上等于完成的繞組中的一個的寬度的距離；將心軸從纏繞的線圈組中移除；折疊纏繞的線圈組使得來自于心軸的第一側(cè)的線圈繞組段交叉在來自于心軸的相反側(cè)的線圈繞組段之間，并且將單層卷筒卷繞成圓筒以形成勵磁繞組，其中在卷筒的一端的線圈繞組段交叉在卷筒的相反端處的線圈繞組段之間，并且來自于相同的線圈繞組的繞組段在圓筒的相反側(cè)上。公開了一種用于纏繞電磁多相設(shè)備的磁場的方法，包括:繞心軸螺旋地纏繞多個絕緣導線以形成第一組線圈繞組，其中在第一組中的纏繞線圈在心軸上緊鄰第一組中的其他纏繞線圈中的至少一個；將導線的長度沿著心軸軸向地移動一定的距離，所述距離基本上等于在第一組中的纏繞線圈的寬度；在距第一組線圈繞組的尾端基本上等于第一組的纏繞線圈的寬度的距離處開始，以與第一組中使用的纏繞方向相同的纏繞方向螺旋地纏繞第二組線圈，其中在第二組中形成的纏繞線圈在心軸上緊鄰第一組中的其他纏繞線圈中的至少一個；將心軸移除并且將線圈變平以形成單層卷筒，單層卷筒包括與第二組的線圈段交叉的第一組的線圈段，并且將卷筒卷繞成兩層圓筒，其中第一組的線圈與由相同的導線形成的第二組中的線圈重疊。


圖1為三個線圈繞組在心軸上卷繞為兩個線圈組的第一結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2為圖1所示的線圈在將心軸移除并且將線圈繞組折疊成單層卷筒的情況下的示意圖。圖3為設(shè)置在單層圓筒形卷筒中的圖2所示的線圈的卷筒的端視圖的示意橫截面圖。圖4為安裝在磁通回環(huán)中以形成定子的圖2所示的圓筒形卷筒的端視圖的示意圖。圖5為表示在圖1至圖4中所示的第一線圈繞組結(jié)構(gòu)的電力三相線圈結(jié)構(gòu)的示意圖。圖6為每個具有單線圈組并繞心軸卷繞的三個線圈繞組的第二結(jié)構(gòu)的示意圖。圖7為在將心軸移除并將線圈折疊成單層卷筒的情況下的線圈繞組的第二結(jié)構(gòu)的示意圖。圖8為來自于圖7并且形成為圓筒形狀的線圈繞組的卷筒的端視圖的示意橫截面圖。圖9為安裝在磁通回環(huán)中的圖8的圓筒形線圈卷筒的端視圖的示意橫截面圖。圖10為表示第二線圈繞組結(jié)構(gòu)的電力三相線圈結(jié)構(gòu)的示意圖。圖11為三個線圈繞組在心軸上卷繞為兩個線圈組的第三結(jié)構(gòu)。圖12為在將心軸移除并將線圈折疊成雙層卷筒的情況下的線圈繞組的第三結(jié)構(gòu)的示意圖。圖13為設(shè)置在雙層圓筒中的圖12的線圈繞組的卷筒的端視圖的示意橫截面圖。圖14為安裝在磁通回環(huán)中圖13的雙層圓筒形線圈繞組卷筒的端視圖的示意橫截面圖。圖15為表示第三線圈繞組結(jié)構(gòu)的電力三相線圈結(jié)構(gòu)的示意圖。圖16為設(shè)置在單層圓筒中的圖12的線圈繞組的卷筒的端視圖的示意橫截面圖。圖17為安裝在磁通回環(huán)中的圖16的單層圓筒形線圈繞組卷筒的端視圖的橫截面圖。圖18為三個線圈繞組在心軸上卷繞為兩個線圈組的第四結(jié)構(gòu)的示意圖。圖19為在將心軸移除并將線圈繞組折疊成單層卷筒的情況下的圖18中所示的線圈的不意圖。圖20為設(shè)置在磁通回環(huán)中的圖19所示的線圈的卷筒的端視圖的示意橫截面圖。圖21為安裝在磁通回環(huán)中以形成定子的圖2所示的圓筒形線圈卷筒的端視圖的示意圖。
具體實施例方式圖1為三個線圈繞組(A、B、C)在心軸16上卷繞為兩個線圈組12、14 (Al、BI和Cl,以及A2、B2和C2)的第一結(jié)構(gòu)10的示意圖。導電絕緣電線繞心軸盤繞以形成每個線圈繞組的組。多條膠帶18貼到線圈組的相反側(cè)以將線圈暫時地保持在一起。在將心軸移除之后并且當將結(jié)構(gòu)10折疊成卷筒時(見圖2)，膠帶有助于保持線圈之間和線圈組之間的距離。心軸16的跑道形橫截面具有大體直立的相對壁部分20和有脊的頂側(cè)和底側(cè)22。心軸優(yōu)選地具有六角形橫截面，但是也可以具有其它的多邊形橫截面，或者具有兩個相對壁部分20和彎曲的頂側(cè)和底側(cè)22。心軸的壁部分20往往具有共同的長度并且比頂側(cè)和底側(cè)長。壁部分20用來形成線圈繞組的直立段24、26 (見圖2)，所述直立段24、26設(shè)置在圓筒中并且面對電動機中的轉(zhuǎn)子。壁部分20具有與待形成的定子線圈段的長度基本相等的寬度。位于心軸的頂側(cè)和底側(cè)22的線圈部分形成線圈繞組的端阻部分(end turnsection) 28。心軸的寬度，即，相對壁部分20之間的距離確定了線圈的端匝部分28的寬度。當將線圈變平成卷筒時，端匝必須具有足以橫跨連接的線圈組，例如Al和A2之間的間隙的長度。因此，心軸的寬度必須足以使得端匝具有它們需要的長度。當形成定子時，線圈段24、26設(shè)置在定子的圓筒中。線圈段是平行的并且鄰近轉(zhuǎn)子。線圈段設(shè)置在定子的內(nèi)圓筒形表面上，通過環(huán)形氣隙與轉(zhuǎn)子隔開，并且延伸轉(zhuǎn)子的長度。線圈的端匝部分28連接鄰近的直立線圈段24、26。將端匝部分28折疊或設(shè)置得緊湊。在典型的線圈繞組中，直立線圈段24、26和端匝部分28將以具有絕緣護套的連續(xù)電導線交替。端匝部分的寬度，例如相對壁部分20之間的距離，足以允許端匝橫跨在線圈折疊的情況下連接的線圈組之間的距離。每個線圈組12、14通過將電線纏繞成緊的螺旋形而形成，其中在每個線圈繞組中，電線的每匝鄰近下一匝。每個繞組的起始匝(startturn)處的端部分別由SA、SB和SC表示。每個線圈繞組的最后阻(Iastturn)處的端部分別由EA、EB和EC表示。在本領(lǐng)域中公知的自動繞線機構(gòu)可以用于繞心軸自動地纏繞電線。每個繞組的電線首先在第一方向(由箭頭表示的纏繞方向)上纏繞以形成線圈的第一組12。第一線圈組包括預定量的電線匝數(shù)，例如，25至250匝。典型地，線匝貼著心軸的表面一起緊緊地包成并行結(jié)構(gòu)以形成單層的纏繞線圈。獨立的電線用于形成每個線圈繞組。如圖1所示,三根絕緣電線(A、B、C)繞心軸纏繞。電線最初在第一方向上纏繞以形成線圈的第一組12。每個線圈組(A1、B1、C1)對應(yīng)于繞心軸纏繞的獨立的絕緣電線。每個線圈組具有基本相同的繞組數(shù)量使得每個線圈組的寬度和每個線圈組中的匝數(shù)基本相同。鄰近的線圈組之間的間隔，例如，在線圈組Al的尾端和線圈組BI的首端之間的間隙(G)可以為線圈段的寬度(W)。當將線圈變平成單層卷筒時(見圖2)，該間隙允許線圈段在沒有重疊線圈的情況下置于間隙中。在第一組線圈繞組(A1、B1、C1)的纏繞之后和在下一組線圈繞組(A2、B2、C2)纏繞之前，從每個完成的線圈組12延伸出的電導線沿著心軸軸向地移動。軸向移動使電導線從完成的第一線圈組，例如Al的尾端運動到待纏繞的第二線圈組例如A2的首端。對于具有兩個線圈組的三相線圈，軸向移動的距離為線圈繞組段的寬度(w)的五(5)倍。對于具有除了三相之外的多相線圈繞組和不同線圈組數(shù)的多相線圈繞組，軸向移動是不同的。一般來講，從完成的線圈組12到新的線圈組14的軸向移動為線圈組的數(shù)量的兩倍乘以線圈繞組的數(shù)量，減去I。該軸向移動算法將用在能夠折疊成單層板的心軸線圈繞組上。每個線圈(A、B、C)的電導線首先在一個方向上，例如順時針方向上纏繞以形成第一線圈組(Al、BI和Cl)，并且之后在另一個相反的方向，例如逆時針方向上纏繞以形成第二線圈組(A2、B2、C2)。在圖中纏繞方向由箭頭表示。附加的線圈組可以通過繞心軸在順時針和逆時針方向上交替地纏繞線圈來形成。通過顛倒纏繞方向重復纏繞線圈組直到形成需要的線圈組的數(shù)量。在完成繞組之后，將心軸從纏繞的線圈中移除。當將心軸移除時，膠帶18保持線圈組的位置使得電線在它們各自的線圈組中保持并行并且線圈組之間保持間隙。膠帶典型地為在每個線圈段24、26的相反側(cè)上的兩條帶。第一條膠帶固定到心軸的表面上，同時粘合表面朝外以接受纏繞線圈。在完成纏繞過程之后第二條膠帶貼到線圈段上并且典型地用于壓在第一條膠帶上。圖2顯示了將心軸移除后的線圈繞組。線圈被變平成單層卷筒30。為了確保線圈段的正確重疊，在線圈的第一側(cè)上的諸如Al'的段朝著在線圈的相反側(cè)上選擇的諸如Cl和A2的段之間的間隙中的位置軸向地移動。線圈段設(shè)置在卷筒中使得多個段(例如，Al、BUCUAr、A2、B1'、B2、C1'、C2、A2'、B2'和C2')是平行的并且不會重疊。線圈段24,26 (AUBUCUA1/、B1'和Cl')為卷筒的將形成鄰近轉(zhuǎn)子的定子部分的部分。線圈段24、26將設(shè)置在定子中使得它們平行于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸。線圈段24、26被設(shè)置為使得對于來自于相同線圈繞組的鄰近段來說纏繞方向(見圖1和圖2中的多個段上的箭頭)是平行的。例如，卷筒具有在心軸上以相同的纏繞方向纏繞的鄰近段 Al'和 A2。相似地，鄰近段 BI'、B2;C1'、C2;A2、A1' ；B2/、B1，和 C1、C2'中的每對具有相同的纏繞方向。當線圈變平成卷筒時，形成在心軸的一側(cè)上的線圈段，例如在圖2所示的附圖標記中用符號(“'”)表示的段與在心軸的相對側(cè)上形成的例如沒有符號的附圖標記的線圈段交叉。線圈段的交叉將來自于一個線圈組的段定位在來自于另一個線圈組的線圈段之間。線圈組在相反的方向上纏繞使得當線圈段交叉時，對于來自于相同線圈的鄰近的線圈段來說，纏繞方向是相同的。通過線圈段的電流方向取決于所述段的纏繞方向。定位來自于相同線圈的線圈段使得鄰近段具有相同的纏繞方向確保了通過鄰近段的電流方向是相同的。線圈段24、26在折疊成卷筒時不會重疊。線圈的端匝部連接多個段(Al至Al'，BI至BI'，和Cl至Cl')。當形成卷筒時，端匝部分將部分地重疊。變平的過程伴隨有重疊并且不會構(gòu)成線圈段的重疊。最靠近卷筒端部的線圈段(A1、B1和B2'和C2')由間隙(G)相互隔開。這些間隙將容納來自于卷筒的相反端的線圈段。特別地，當卷筒滾成圓筒時，段Al將安裝在段A2'和B2'之間的間隙中，并且段BI將安裝在段B2'和C2'之間的間隙中。圖3為形成為定子勵磁繞組31的卷筒30的卷筒段的橫截面圖。卷筒滾成圓筒狀而不會重疊線圈段。在卷筒端部處的線圈段(A1、C1')與其他的線圈段交叉而不會重疊這些其他段。所述段設(shè)置在圓筒形的定子勵磁繞組31中，使得來自于第一組(Al、B1、Cl)的線圈段鄰近來自于相同的線圈的第二組(A2、B2、C2)的線圈段。圓筒形卷筒的內(nèi)徑基本上為定子內(nèi)徑的直徑。定子段平行于圓筒的軸。轉(zhuǎn)子(見由圖4中的北極和南極所表示的轉(zhuǎn)子)同軸地固定在由卷筒30形成的圓筒形定子勵磁繞組31中。
來自于每個線圈繞組(A、B、C)的線圈段在定子中設(shè)置為使得電流在定子的一側(cè)上以一個方向流動而在定子的另一側(cè)上以相反方向流動。線圈段24、26 (圖1)在心軸上纏繞的方向確定了電流流向。例如，在線圈A中，段Al'和A2具有第一纏繞方向(見圖2)并且在定子的相反側(cè)的段Al和A2'具有相反的纏繞方向。因此，通過段Al'和A2的電流方向是相同的并且與在段Al和A2'中的電流方向相反。類似地，段C2'和Cl的電流方向是相同的并且與定子的另一側(cè)上的段C2和Cl'的電流方向相反。此外，段BI和B2'的電流方向是相同的并且與段BI'和B2的電流方向相反。因此，電流在定子圓筒的一側(cè)上的一個方向上流動而在圓筒的相反側(cè)上以相反方向流動。圖4顯示了形成為圓筒形狀的定子勵磁繞組31，所述定子勵磁繞組31插入提供了磁通量回路的鐵磁環(huán)32中。心棒(arbor)可以插入由線圈卷筒形成的圓筒的內(nèi)周中以建立定子的內(nèi)徑(ID)。此外，線圈繞組的端匝28緊緊地設(shè)置在每段的相反端(在定子的相反端)上以最小化整個定子的高度。利用不同的方式，包括將線圈涂漆到環(huán)的內(nèi)周中或者將線圈模制到環(huán)中而將線圈固定到回路環(huán)32中。卷筒和回路形成了無槽定子。圓筒形的定子勵磁繞組31可以包括在具有由轉(zhuǎn)子電極北(N)和南(S)表示的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的電動機或發(fā)電機中。圖5為表示圖4的定子勵磁繞組31的導電路徑的電力示意圖。每個線圈組，例如Al被表示為電阻器34以反映在每個導電線圈組中的每個繞組的微小阻抗。線圈組(A1、A2)串聯(lián)連接在它們各自的線圈繞組中。三個線圈繞組(A1&A2 ；B1&B2和C1&C2)連接到共同的終端36，例如，中心抽頭。每個繞組的相反端具有連接到電動機的電源的相端子上的終端38。對應(yīng)于第一繞組匝的每個繞組的端部在圖5中被標記為SA、SB和SC (也見圖1)以表不在不意圖中的線圈的起始位直。在圖5和圖1中也表不了每個繞組對應(yīng)的最后阻EA、EB和EC0圖6為顯示在心軸16上的第二線圈繞組結(jié)構(gòu)40的示意圖。三個線圈繞組(A、B和C)具有全部繞心軸在單方向(見箭頭)上纏繞的單個線圈組42。在心軸的兩側(cè)20上的多條膠帶18固定線圈段24、26 (見圖7)。鄰近線圈之間的間隙(G)基本上等于線圈段的寬度(W)。圖7顯示了在將心軸移除之后和將線圈變平成卷筒44之后的線圈繞組40。每個繞組的起始匝分別標記為SA、SB和SC，并且每個繞組的最后匝分別標記為EA、EB和EC。當線圈變平成卷筒時，膠帶可移除也可不移除。當線圈變平時，來自于心軸的一側(cè)的線圈段24(Al'、B1'和Cl')被軸向地移動以交叉在來自于心軸的相反側(cè)的線圈段26 (A1、B1和Cl)之間的間隙(G)中。交叉的線圈段24、26不會重疊。來自于心軸的一側(cè)的段24置于來自于心軸的另一側(cè)的段之間的間隙(G)中。變平的段形成單層卷筒44。在每個線圈繞組中串聯(lián)地連接線圈段的端匝部分28在它們被折疊成卷筒時可以重疊。端匝可以設(shè)置為使得它們不會過分地增加卷筒的長度或面積而超出形成定子線圈段24、26所需要的面積太多。線圈(A、B和C)各自在每個線圈繞組的一端形成具有共用的終端46的電路并且在線圈繞組的相反端處形成用于每個線圈的獨立終端48。獨立終端48連接到電動機的電源的各個相中。共用終端46可以接地。圖8為形成為定子的圓筒的卷筒44的示意橫截面圖。圖9為所示的安裝在磁通回環(huán)32的內(nèi)表面上的卷筒44的示意橫截面圖。端線圈段(A1、C1')分別安裝在BI'和Cl'之間以及Al和BI之間的間隙(G)中。用于每個繞組的兩個線圈段在圓筒的相反側(cè)上。例如，對于段A廣來說，段Al在圓筒的相反側(cè)上。Al的纏繞方向與A廣的纏繞方向相反(見圖7中的繞組箭頭)。在每個線圈中，電流在圓筒的一側(cè)上在一個方向上流動，例如通過段Al，而在定子圓筒的相反側(cè)上在相反方向上流動，例如通過段Al'。因此，在每個線圈中，電流在定子圓筒的一側(cè)上在一個方向上流動而在圓筒的相反側(cè)在相反方向上流動。圖10為圖9所示的三相定子繞組的電力示意圖。每相的線圈繞組分別標識為A、B和C。每個繞組的電力終端48 (SA、SB和SC)可連接到三相電源的對應(yīng)相位上。共用終端46也可諸如經(jīng)由接地而連接到電源上。每個繞組的第一匝分別標識為SA、SB和SC。連接在一起的每個繞組的最后匝被標識為EA、EB和EC。圖11為具有三個線圈繞組(A、B和C)的又一線圈繞組結(jié)構(gòu)的示意圖，所述三個線圈繞組中的每個設(shè)置在第一線圈組52中和第二線圈組54中。每個線圈組在相同的纏繞方向上，例如順時針(見線圈上的箭頭)方向上纏繞。每個線圈通過繞心軸16纏繞絕緣電線而形成。每根電線的起點分別由SA、SB和SC表示。每根電線的終端分別由EA、EB和EC表示。形成三相勵磁繞組的三個線圈繞組的三根電線首先繞心軸一起纏繞以各自形成第一線圈組52。線圈組螺旋地纏繞并緊緊地包住使得電線的每匝鄰近心軸上的電線的上一匝定位。此外，在第一組中的完成的線圈繞組(Al、BI和Cl)彼此鄰近使得在線圈繞組Al和BI之間以及BI和Cl之間沒有間隙。心軸上的用于線圈繞組BI和Cl的起始位置分別為距離纏繞線圈繞組Al的起點W和2XW的位置，其中W為完成的線圈繞組的寬度。優(yōu)選地，在每組中的線圈繞組中的每個均具有共同的寬度(W)。在完成第一線圈組52的纏繞過程之后，將線圈電線從第一組中的每個繞組的尾端沿著心軸軸向地移動到第二線圈組54的每個線圈的首端的起點。軸向移動為5XW，或者更一般地為在一組中的線圈的總寬度的兩倍減去一組中的一個線圈繞組(w)的寬度(W)。在軸向移動之后，線圈電線繞心軸纏繞以形成第二線圈組54。纏繞方向與用來纏繞第一線圈組52的方向相同。圖12為將心軸16和粘帶條18從線圈段24、26移除之后的又一繞組結(jié)構(gòu)50的示意圖。將線圈繞組折疊成單層卷筒56。使來自于第一線圈組的線圈段(Al'、B1'和Cl')24與來自于第一和第二線圈組27、29的線圈段(Al、B1、Cl以及A2、B2和C2)交叉。在卷筒56中的線圈段沿著卷筒56的長度并行布置。鄰近的三組線圈組，例如，Al、BI和Cl相對Al'、B1'和Cl'的纏繞方向(見箭頭)是相反的。纏繞方向沿著卷筒56的長度反向四次。圖13為卷繞成雙層定子圓筒58的卷筒56的橫截面端視圖。圓筒層中的每一層均包括兩組三個線圈組。外層包括第一線圈組27的線圈組段Al、B1、Cl和第一線圈組27的段Al'、B1'和Cl'。內(nèi)層包括線圈組29的線圈組段A2、B2、C2和線圈組29的段A2'、B2'和C2'。重疊的線圈段，例如Al和A2具有相同的纏繞方向(見圖11)使得通過重疊段的電流方向是相同的。此外，具有相反的纏繞方向并且來自于相同的線圈繞組例如A的線圈段，例如Al'和A2'在圓筒的相反側(cè)上。因此，在每個線圈繞組中，電流在定子圓筒的一側(cè)上在一個方向上流動而在圓筒的相反側(cè)上在相反方向上流動。
圖14為安裝在鐵磁磁通回環(huán)60的內(nèi)表面上的定子圓筒58的橫截面端視圖。圓筒可以粘合到環(huán)60上并且環(huán)和圓筒可以用本領(lǐng)域中公知的密封劑和其他的涂層涂敷以形成定子。此外，形成定子圓筒的線圈繞組的端匝28沿著卷筒的內(nèi)表面設(shè)置以最小化環(huán)的深度并且避免與定子段24、26的電干擾，所述定子段24、26平行于環(huán)60的軸和插入圓筒中的轉(zhuǎn)子的軸。圖15為具有三個線圈繞組(A、B和C)的線圈繞組結(jié)構(gòu)50的示意圖，所述三個線圈繞組中的每個均設(shè)置在第一線圈組27 (A1、B1和Cl)和第二線圈組29 (A2、B2和C2)中。對于每個線圈繞組，第一繞組匝的起點分別標識為SA、SB和SC。對于每個線圈繞組，最后的繞組匝分別標識為EA、EB和EC。圖16為單層卷筒62的橫截面端視圖，卷筒62成形為圓筒64以形成定子的勵磁繞組。卷筒62由線圈(A、B和C)形成，線圈(A、B和C)中的每個均設(shè)置在兩個或多個線圈組中，諸如Al和A2。線圈在心軸上纏繞并且在卷筒中以與結(jié)合圖11和圖12在上面描述的方式相同的方式形成。將線圈段變平以形成卷筒62使得所述段不會重疊。圖17為安裝在鐵磁磁通回環(huán)66的內(nèi)表面上的定子圓筒64的橫截面的端視圖。圓筒可以粘合到環(huán)上，并且環(huán)和圓筒可以用本領(lǐng)域中公知的密封劑或者涂層涂敷以形成定子。此外，形成定子圓筒的線圈繞組的端匝沿著卷筒的內(nèi)表面設(shè)置以最小化環(huán)的深度并且避免與定子段的電干擾，所述定子段平行于環(huán)66的軸和插入圓筒中的轉(zhuǎn)子的軸。卷筒60被設(shè)置為使得來自于相同的線圈的兩組，例如Al和A2并形成在心軸的相同側(cè)上的線圈段在圓筒64中彼此相對地設(shè)置。由于線圈在心軸上纏繞的方式，因此通過這些相對段中的每個的電流方向是相同的。相似地，相同線圈的相反段，例如ΑΓ和A2'設(shè)置在圓筒64中的從線圈段Al和A2的位置以90度分開的位置處。電流以相同的方向流過相反段Al'和A2'，所述方向與通過段Al和A2的電流方向相反。在圓筒64中的線圈段的結(jié)構(gòu)適合于由圖17所示的四個極(NSNS)所表示的四極轉(zhuǎn)子。四極轉(zhuǎn)子的極性為北-南-北-南，其中每個電極以90度分開。相反,在圖4、圖9和圖14中所示的定子圓筒被構(gòu)造為具有單個北極和單個南極的兩極轉(zhuǎn)子，其中兩個電極都以180度分開。這些兩極轉(zhuǎn)子由圖4、圖9和圖14中的NS表示。通過圖11和圖12所示的線圈卷繞和變平式樣形成的諸如卷筒62的單層卷筒可用于產(chǎn)生定子的勵磁繞組以與具有多于四個磁極的轉(zhuǎn)子一起運行。對于具有多于四個極的轉(zhuǎn)子，在每個線圈中的組的數(shù)量應(yīng)該等于電極數(shù)的一半。例如，如果對應(yīng)的轉(zhuǎn)子有六個電極，則三個線圈組(諸如A1、A2和A3)應(yīng)該纏繞在心軸上。為了形成與具有多于四極的轉(zhuǎn)子一起使用的定子線圈，應(yīng)該使用與結(jié)合圖18和圖19在上面所述的過程相同的過程將定子線圈纏繞在心軸上并將纏繞線圈變平成卷筒。圖18為三個線圈繞組(A、B、C)在心軸16上卷繞為兩個線圈組12、14 (A1、B1、C1和A2、B2和C2)的第四線圈繞組結(jié)構(gòu)70的示意圖。除了第二線圈組(A2、B2和C2)與第一線圈組(A1、B1和Cl)在相同的方向上纏繞外，第四線圈繞組結(jié)構(gòu)類似于圖1所示的三個線圈繞組。相反，第一線圈繞組結(jié)構(gòu)10的第二線圈組(A2、B2和C2)在與第一線圈組(A1、B1和Cl)的線圈纏繞方向相反的方向上纏繞。第四線圈繞組結(jié)構(gòu)適于用作四極轉(zhuǎn)子的定子勵磁繞組，而第一線圈繞組結(jié)構(gòu) 適于用作兩極轉(zhuǎn)子的定子勵磁繞組。第四線圈繞組結(jié)構(gòu)70包括纏繞在心軸16上的兩組三個線圈(A1、B1和Cl-組72，和A2、B2和C2-組74)，同時每個線圈分開近似等于每個線圈的寬度(W)的間隙(G)。膠帶18放置在線圈的每側(cè)上以將它們保持在一起。線圈A1-A2、B1-B2和C1-C2形成定子的三相勵磁繞組單元以與四極轉(zhuǎn)子一起使用。對于具有多于四極的轉(zhuǎn)子，線圈組的數(shù)量應(yīng)當設(shè)定為等于極數(shù)的一半。例如，用于六極轉(zhuǎn)子的定子應(yīng)當具有由三個線圈組形成的定子勵磁繞組，所述三個線圈組全都以相同的方向纏繞在心軸上。每個線圈組12、14通過以緊螺旋形方式纏繞電線而形成，其中在每個線圈繞組中，電線的每匝鄰近下一匝。每個繞組的起始匝的端部分別由SA、SB和SC表示。每個線圈繞組的最后匝的端部分別由EA、EB和EC表示。在本領(lǐng)域中公知的自動繞線機構(gòu)可以用于繞心軸自動地纏繞電線。每個繞組的電線首先在第一方向(由箭頭表示的纏繞方向)上纏繞以形成線圈的第一組12。第一線圈組包括預定匝數(shù)的電線，例如，25至250匝。典型地，線匝貼著心軸表面以并行結(jié)構(gòu)緊緊地包在一起以形成單層纏繞線圈。獨立電線用于形成每個線圈繞組。如圖1所示，三根絕緣電線(A、B、C)繞心軸纏繞。電線在相同的纏繞方向上纏繞以形成線圈的第一線圈組(A1、B1和Cl)72、第二線圈組(A2、B2和C2)和(如果轉(zhuǎn)子具有多于四個極)后續(xù)線圈組(An、Bn和Cn-未圖示)。每個線圈A、B、C對應(yīng)于繞心軸纏繞的獨立的絕緣電線。每個線圈組，例如Al、BI和Cl具有基本相同的繞組數(shù)使得每個線圈組的寬度和在每個線圈組中的匝數(shù)基本相等。相似地，對于線圈繞組中的所有 線圈組，在一個線圈組中的每個線圈的寬度和匝數(shù)優(yōu)選的是相等的。鄰近線圈組之間的間隔，例如，線圈組Al的尾端和線圈組BI的首端之間的間隙(G)可以為線圈段的寬度(W)。當線圈變平成單層卷筒(見圖19)時，該間隙允許線圈段置于間隙中而不會重疊線圈。在線圈繞組(A1、B1、C1)的第一組纏繞之后和線圈繞組的下一組(A2、B2、C2)纏繞之前，從每個完成的線圈組72中延伸出的電導線沿著心軸軸向移動。軸向移動將電導線從完成的第一線圈組例如Al的尾端運動到待纏繞的第二線圈組例如A2的首端。對于具有兩個線圈組的三相線圈，軸向移動的距離為線圈繞組段的寬度(W)的五(5)倍。對于具有除三相之外的多相線圈繞組和具有不同的線圈組數(shù)的多相線圈繞組，軸向移動將是不同的。一般來講，從完成的線圈組72至新線圈組74的軸向移動為線圈組的數(shù)量的兩倍乘以線圈繞組的數(shù)量，再減去I。該軸向移動算法將用于能夠折疊成線圈的單層卷筒的繞組。圖19顯示了在將心軸去除之后的線圈繞組(在圖18中所示)。將線圈變平成單層卷筒76。為了確保線圈段的正確交叉。在變平過程期間，在線圈的第一側(cè)上例如Al的段朝著在線圈的相反側(cè)上選擇的例如ΒΓ和C廣的段之間的間隙中的位置軸向地移動。線圈段設(shè)置在卷筒中使得所述段(例如，Al' 'BI' 'Al、Cl'、B1、A2'、C1、B2'、A2、C2'、B2和C2)是平行的并且不會重疊。線圈段24、26 (例如，Al、B1、Cl、Al' 'BI'和Cl')為卷筒的將形成鄰近轉(zhuǎn)子的定子部分的部分。線圈段24、26將設(shè)置在定子中使得它們平行于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸。圖20為形成為圓筒定子勵磁繞組78的卷筒76的卷筒段的橫截面圖。卷筒被滾成具有交叉線圈段的圓筒形狀。在卷筒端處的線圈段(Al')與其他的線圈段(B2和C2)交叉并且不會重疊這些其他段。圓筒形卷筒的內(nèi)徑基本為定子的內(nèi)部直徑的直徑。定子段平行于圓筒的軸。四極轉(zhuǎn)子(見在圖21中由北、南、北、南極所表示的轉(zhuǎn)子)同軸地安裝在由卷筒76形成的圓筒形的定子勵磁繞組78中。來自于每個線圈繞組(A、B、C)的線圈段設(shè)置在定子中使得電流在定子的相反側(cè)上以相同的方向流動。圖21顯示了插入到提供了磁通回路的鐵磁環(huán)80中的圓筒形定子勵磁繞組78。心棒可以插入由線圈卷筒形成的圓筒的內(nèi)周中以建立定子的內(nèi)徑(ID)。此外，線圈繞組的端匝28緊緊地設(shè)置在每段的相反端(定子的相反端)上以最小化整個定子的高度。線圈利用包括模制的各種方式固定到回路環(huán)80中。卷筒和回路形成了無槽定子。圓筒形定子勵磁繞組78可以包括在具有由轉(zhuǎn)子電極北(N)、南(S)、北(N)和南(S)表示的旋轉(zhuǎn)四極轉(zhuǎn)子的電動機或發(fā)電機中。盡管結(jié)合當前認為最實用和最優(yōu)選的實施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當理解的是本發(fā)明不局限于所公開的實施例，而是相反，本發(fā)明旨在覆蓋包括在隨附權(quán)利要求中的宗旨和范圍內(nèi)的各種改進和等效的配置。
權(quán)利要求
1.一種制造用于無槽定子的多相勵磁繞組的方法，所述多相勵磁繞組包括至少設(shè)置在第一線圈組和第二線圈組中的多個線圈繞組，所述方法包括: 通過在第一方向上繞心軸纏繞每個線圈繞組的絕緣電線使得所述電線的每匝鄰近所述電線的下一匝而形成所述第一線圈組，其中在所述第一線圈組中的每個線圈繞組在完成時具有基本相同的線圈寬度，并且在所述第一線圈組中的鄰近的線圈繞組之間的間隔為基本上等于完成繞組中的一個的寬度的距離； 在形成所述第一線圈組之后，從每個線圈繞組的尾端起沿著所述心軸軸向地移動所述絕緣電線一定的距離以將所述電線定位在所述第二線圈組中的每個線圈繞組的首端處，所述距離基本上等于線圈組的數(shù)量的兩倍乘以線圈繞組的數(shù)量所得結(jié)果的一半減去I再乘以所述完成繞組中的一個的寬度； 通過在相同的第一方向上繞心軸纏繞每個線圈繞組的絕緣電線使得所述電線的每匝鄰近所述電線的下一匝而形成所述第二線圈組，其中在所述第二線圈組和所述第一線圈組中的每個線圈繞組在完成時具有基本相同的線圈寬度，并且其中在所述第二線圈組中的鄰近的線圈繞組之間的間隔為基本上等于完成繞組中的一個的寬度的距離； 將所述心軸從纏繞的第一線圈組和第二線圈組中移除； 將所述纏繞的第一線圈組和第二線圈組折疊成單層卷筒使得形成在所述心軸的第一側(cè)上的線圈繞組段與形成在所述心軸的相對側(cè)上的線圈繞組段交叉，以及將所述單層卷筒卷繞成圓筒以形成所述勵磁繞組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中來自所述第一線圈組的線圈繞組段中的每個定位為與來自所述第二線圈組的相應(yīng)的線圈繞組段相對。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述 的方法，其中圓筒形單層卷筒的內(nèi)徑基本上等于定子的內(nèi)徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其中所述線圈繞組段平行于所述圓筒的軸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，進一步包括將四極轉(zhuǎn)子同軸地安裝在所述圓筒中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，進一步包括將所述圓筒安裝在環(huán)形磁通回環(huán)的內(nèi)表面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述環(huán)形磁通回環(huán)是鐵磁環(huán)。
8.一種用于無槽定子的多相勵磁繞組，包括: 設(shè)置在第一線圈組和第二線圈組中的多個線圈繞組； 單層圓筒形卷筒，其包括所述第一線圈組和所述第二線圈組，所述第一線圈組和所述第二線圈組被折疊成使得形成在心軸的第一側(cè)上的線圈繞組段與形成在所述心軸的相對側(cè)上的線圈繞組段交叉； 所述線圈繞組段平行設(shè)置并且不會重疊；以及 來自所述第一線圈組的線圈繞組段中的每個線圈繞組段定位為與來自所述第二線圈組的相應(yīng)的線圈繞組段相對。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多相勵磁繞組，進一步包括同軸地安裝在圓筒中的四極轉(zhuǎn)子。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的多相勵磁繞組，進一步包括安裝在圓筒的外表面上的環(huán)形磁通回環(huán)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的多相勵磁繞組，其中所述環(huán)形磁通回環(huán)是鐵磁環(huán)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的多相勵磁繞組，其中所述環(huán)形磁通回環(huán)通過模制固定到所述圓筒上。
13.—種 包括根據(jù)權(quán)利要求8至12中的任一項所述的多相勵磁繞組的電動機。
全文摘要
本申請公開了電動機的無槽定子的線圈纏繞方法和結(jié)構(gòu)。尤其公開一種形成無槽定子的勵磁繞組的方法，包括通過繞心軸螺旋地纏繞每個線圈繞組的絕緣電線使得電線的每匝鄰近電線的下一匝而形成第一線圈組；在形成所述第一線圈組之后，從每個線圈繞組的尾端沿著心軸軸向地移動絕緣電線以將電線定位在第二線圈組中的每個線圈繞組的首端處；通過繞心軸螺旋地纏繞每個線圈繞組的絕緣電線形成第二線圈組；將心軸從纏繞的第一和第二線圈組中移除；將纏繞的線圈組折疊成單層卷筒以使得線圈繞組段交叉；并且將卷筒卷繞成圓筒以形成勵磁繞組。
文檔編號H02K15/04GK103138506SQ20131002186
公開日2013年6月5日 申請日期2007年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月28日
發(fā)明者彼得·杰佛雷·托馬斯, 鈴木弘志 申請人:雷斯梅德電動科技有限公司