專利名稱：用于外轉(zhuǎn)子三相電動機的分布式線圈定子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動機，且具體來說涉及用于外轉(zhuǎn)子電動機的分布式線圈定子。
技術(shù)背景電動機己經(jīng)存在多年。如今， 一些電動機設(shè)計有徑向設(shè)置在定子外部的轉(zhuǎn)子。這些 電機通常被稱為"反結(jié)構(gòu)"或"外轉(zhuǎn)子"電動機，且通常為三相感應(yīng)型。外轉(zhuǎn)子電動機 具有許多應(yīng)用，通常為商業(yè)或上工業(yè)上的，例如用于風扇、泵、機械驅(qū)動等。此外，隨 著單相到三相電子轉(zhuǎn)換器的出現(xiàn)，三相外轉(zhuǎn)子電機也可用在住宅應(yīng)用和限于單相供電的 其它環(huán)境中。通常，外轉(zhuǎn)子電動機的定子包含用于每一相的線圈(或繞組)，所述線圈插入穿過沿 著定子周邊以單一半徑定位的具有相同尺寸和形狀的狹槽。因此，線圈被捆在一起成扎 且彼此跨接或重疊，從而導致冗長的線圈電線使用量、需要額外的用于散熱的銅和金屬 材料的高發(fā)熱以及導致低機電效率的高磁損耗。另外，典型的定子設(shè)計限制了電機速度 選項，所述電機速度為可定位在轉(zhuǎn)子周邊上的狹槽的數(shù)目的函數(shù)。因此，可見需要一種用于外轉(zhuǎn)子電動機的定子，其避免了線圈電線成扎和跨接，并 針對狹槽數(shù)目提供更多的靈活性以克服前述結(jié)果。因此本發(fā)明主要針對提供此種定子。 發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本文描述的示范性實施例，本發(fā)明提供一種用于外轉(zhuǎn)子電動機的分布式線圈定 子。 一般的示范性實施例包含芯，其具有由第一端表面和第二端表面界定的圓柱形表面。所述芯包含第一組開口，其在第一圓形路徑中對準，所述第一組開口從所述第一端表 面延伸到所述第二端表面；第二組開口，其在同心地定位在所述第一圓形路徑內(nèi)的第二圓形路徑中對準，所述第二組開口從所述第一端表面延伸到所述第二端表面；以及第三組開口，其在同心地定位在所述第二圓形路徑內(nèi)的第三圓形路徑中對準，所述第三組開 口從所述第一端表面延伸到所述第二端表面。
一般的示范性方法包含依據(jù)獲得對應(yīng)于所要電機速度的所要磁極數(shù)目所需的開口數(shù) 目來配置所述第一、第二和第三組開口中至少一者的形狀或尺寸。


圖1是包含圖1所示的用于外轉(zhuǎn)子電動機的分布式線圈定子的分解視圖。 圖2是圖l所示的用于外轉(zhuǎn)子電動機的分布式線圈定子的俯視圖。 圖3是圖1所示的用于外轉(zhuǎn)子電動機的分布式線圈定子的另一俯視圖。
具體實施方式
參考圖式，在本發(fā)明的優(yōu)選形式中展示一種用于外轉(zhuǎn)子電機的分布式線圈定子102。 轉(zhuǎn)子104徑向設(shè)置在定子102外部，其間具有一間隙(或"氣隙")103。在另一情況中， 定子102同心地設(shè)置在轉(zhuǎn)子104內(nèi)。定子102包含緊固構(gòu)件106 (例如一個或一個以上 軸、軸承、螺栓和相應(yīng)的開口、墊圈和金屬板等)以用于將定子102的組件緊固在一起， 并緊固定子102以用于操作。轉(zhuǎn)子104包含類似的緊固構(gòu)件108以用于將轉(zhuǎn)子104的組 件緊固在一起，緊固轉(zhuǎn)子104以用于操作，且將例如一個或一個以上風扇葉片、泵葉輪、 傳動齒輪或帶等其它部件緊固到轉(zhuǎn)子104。所述組件通常包含多片金屬材料(例如鐵) 或"疊片"，其緊固在一起以分別形成定子102和/或轉(zhuǎn)子104。定子102的形狀一般是具有頂端表面和底端表面的圓柱形。定子102還包含各種狹 槽IIO、 114、 118，其沿著同心的橫截面圓形路徑lll、 115、 119而定位并沿著定子102 縱向延伸。狹槽110、 114、 118通常還包含開口 116 (例如，線性開口)，其沿著圓形路 徑111、 115、 119從圓柱形外表面徑向向內(nèi)延伸到較寬的開口，其可有助于插入并支持 線圈布線。狹槽IIO、 114、 118的每一組或圓形路徑111、 115、 119可具有不同的特征， 例如不同的尺寸(例如，大小)和/或形狀。改變這些特征，以便改變設(shè)置在定子102中 的狹槽的數(shù)目(其對應(yīng)于定子102的磁極的數(shù)目，且因此對應(yīng)于操作期間轉(zhuǎn)子104的旋 轉(zhuǎn)速度)，從而使用具有相同直徑的定子102提供各種旋轉(zhuǎn)速度選項。此外，改變這些特 征，以便在每一組狹槽IIO、 114、 118中產(chǎn)生等效數(shù)量的磁通量，從而確保所需(例如， 合適、有效等)的電機操作。絕緣電導體的線圈(或繞組)120、 124、 128分別延伸穿過狹槽110、 114、 118。因 為沿著圓形路徑lll、 115、 119分離了狹槽110、 114、 118，所以延伸穿過所述狹槽的線 圈120、 124、 128是分布式的，且不成扎或重疊在定子102的周邊周圍。每一組線圈120、 124、 128可具有不同的特征(例如分別穿過狹槽110、 114、 118的不同的纏繞數(shù)或"匝" 數(shù))和/或不同的導體尺寸(例如，線規(guī))。同樣改變這些特征，以便在每一組狹槽IIO、114、 118中產(chǎn)生等效數(shù)量的磁通量，從而確保所需的電機操作。每一組線圈120、 124、 128結(jié)束或終止于從定子102延伸且可連接到例如三相電力系統(tǒng)或電源的三相電力源的 導體或?qū)Ь€129的外部連接處。狹槽110、 114、 118的每一圓形路徑111、 115、 119和延伸穿過所述狹槽的各自線 圈120、 124、 128對應(yīng)于經(jīng)由作為外轉(zhuǎn)子電機的一部分的導線129連接到定子102的三 相電源的一相。舉例來說，狹槽110的最外圓形路徑111和各自線圈120可對應(yīng)于三相 電源連接的第一相(例如，相"1"或"A")。類似地，狹槽114的中間圓形路徑115和 各自線圈124可對應(yīng)于三相電源連接的第二相(例如，相"2"或"B")。且最終，狹槽 118的最內(nèi)圓形路徑119和各自線圈128可對應(yīng)于三相電源連接的第三相(例如，相"3" 或"C")。相應(yīng)的相可不同，這取決于導線129與三相電源的連接。轉(zhuǎn)子104包含沿著圓形路徑(例如，其周邊)定位并沿著轉(zhuǎn)子104縱向延伸的狹槽 130。轉(zhuǎn)子條131 (通常為例如鋁條壓鑄件的金屬導體)延伸穿過狹槽130。這些轉(zhuǎn)子條 131通常在末端處由一個或一個以上"端環(huán)"(未圖示)連接在一起，所述端環(huán)也通常為 例如鋁條壓鑄件的金屬導體。在操作中，包含上述定子102和轉(zhuǎn)子104的外轉(zhuǎn)子電機通常以三相交變電流("AC") 感應(yīng)電機的原理操作。也就是說，經(jīng)由導線129將三相電力供應(yīng)到定子102的線圈120、 124、 128。電流穿過線圈120、 124、 128的流動在定子102中感應(yīng)出磁通量。磁通量橫 跨氣隙103，且與短接的轉(zhuǎn)子條131交互作用以產(chǎn)生一個力，所述力使轉(zhuǎn)子104繞其旋 轉(zhuǎn)軸(例如，由旋轉(zhuǎn)標記140指示)移動。例如通過在導線129處切換三個連接中的兩 個，而改變供應(yīng)到線圈120、 124、 128的三相電力的極性，可顛倒轉(zhuǎn)子104的旋轉(zhuǎn)140。與包含傳統(tǒng)的"周邊線圈"定子的內(nèi)轉(zhuǎn)子電機相比，包含分布式線圈定子102的電 機提供如下各種益處。因為定子的周邊處沒有線圈的成扎或跨接，所以需要較少的線圈 電線(其通常為銅)(例如，其中傳統(tǒng)的定子可能每一相都包含穿過狹槽的150匝線圈電 線，具有相當?shù)牟僮髂芰Φ姆植际骄€圈定子可能包含穿過狹槽的最外圓形路徑的120匝 線圈電線、穿過狹槽的中間圓形路徑的IOO匝線圈電線和穿過狹槽的最內(nèi)圓形路徑的80 匝線圈電線)。在電機的組件中需要較少的銅和鋼來散發(fā)在電機的操作期間產(chǎn)生的熱量， 因為線圈分布在定子的較大表面區(qū)域上，且不成扎或跨接。因為分布式線圈定子設(shè)計通 過避免線圈跨接而減少了磁通量損耗，所以獲得較高的機電操作效率。因為可(例如， 對于每一相)改變狹槽的特征(例如，尺寸和/或形狀)以改變設(shè)置在定子中的狹槽的數(shù) 目，且進而改變定子中感應(yīng)的磁極的數(shù)目，所以可在相同直徑的定子中設(shè)計更多的速度 選項。因為不同的通量路徑，所以每一線圈將提供不同的電抗，且因此電流流動將在這些 線圈中的每一者中發(fā)生變化。這種情況不是所需的，這種不平衡將產(chǎn)生在強度上與狹槽 具有類似形狀和尺寸的常規(guī)電機中產(chǎn)生的通量不相等的通量。此通量不平衡可導致電機 中的噪聲和振動。然而，通過設(shè)計每一線圈，使得通過在每一線圈中選擇正確的匝數(shù)和 合適的線規(guī)，讓每一線圈產(chǎn)生相等的通量，而可容易地解決這個問題。因此，不同常規(guī) 電機的每一線圈的繞組將具有不同的匝數(shù)，以便產(chǎn)生當通過氣隙時在強度上與相線圈的 每一者中類似的通量。對于典型的常規(guī)電機，在每一線圈120、 124和128中可具有150匝。而在所提議的 設(shè)計的三層狹槽繞組的情況下，線圈120中可具有120匝，線圈124中可具有100匝， 且在線圈128中可具有80匝。線圈124和128將具有較少的阻抗，且將允許更多的電流 產(chǎn)生更多的通量來克服由較長的鐵路徑所引起的損耗。因此可看到，現(xiàn)在提供用于外轉(zhuǎn)子電動機的分布式線圈定子以通過避免成扎和重疊 而減少線圈電線使用量，降低熱量產(chǎn)生以減少需用來散熱的銅和金屬材料，減少磁損耗 而導致較高的機電效率，且使用相同的定子直徑提供更多的電機速度選項。應(yīng)了解，上 文描述僅涉及本發(fā)明的示范性、說明性實施例。此外，所描述示范性實施例的各種元件 在所屬領(lǐng)域中可為已知的，或所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員基于本文揭示可認識所描述示范性實 施例的各種元件。因此，還應(yīng)了解，可對本文所述示范性實施例作出在所附權(quán)利要求書 中陳述的本發(fā)明的精神和范疇內(nèi)的各種修改。
權(quán)利要求
1.一種用于三相外轉(zhuǎn)子電動機的分布式線圈定子，其包括芯，所述芯具有圓柱形表面，其由第一端表面和第二端表面界定；第一組開口，其在第一圓形路徑中對準，所述第一組開口沿著所述芯在所述第一端表面與所述第二端表面之間延伸；第二組開口，其在同心地定位在所述第一圓形路徑內(nèi)的第二圓形路徑中對準，所述第二組開口沿著所述芯在所述第一端表面與所述第二端表面之間延伸；以及第三組開口，其在同心地定位在所述第二圓形路徑內(nèi)的第三圓形路徑中對準，所述第三組開口沿著所述芯在所述第一端表面與所述第二端表面之間延伸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的分布式線圈定子，其中所述第一、第二和第三組開口中的每 一組開口均包含線性開口，所述線性開口從所述外部圓柱形表面徑向延伸到所述第 一、第二和第三組開口，以形成沿著所述外部表面在所述第一端表面與所述第二端 表面之間延伸的狹槽。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的分布式線圈定子，其中所述第一、第二和第三組開口中的至 少一組開口具有與其它所述組開口不同的形狀或不同的尺寸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式線圈定子，其中所述第一組開口對應(yīng)于三相電力系統(tǒng) 的第一相，所述第二組開口對應(yīng)于所述三相電力系統(tǒng)的第二相，且所述第三組開口 對應(yīng)于所述三相電力系統(tǒng)的第三相。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的分布式線圈定子，其進一步包括第一多個導體，其延伸穿 過所述第一組開口，并在所述第一組開口中的相鄰對開口之間巻繞成至少一個環(huán)， 以形成第一組定子線圈；第二多個導體，其延伸穿過所述第二組開口，并在所述第 二組開口中的相鄰對開口之間巻繞成至少一個環(huán)，以形成第二組定子線圈；以及第 三多個導體，其延伸穿過所述第三組開口，并在所述第三組開口中的相鄰對開口之 間巻繞成至少一個環(huán)，以形成第三組定子線圈。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的分布式線圈定子，其中所述第一組定子線圈對應(yīng)于三相電力 系統(tǒng)的第一相，所述第二組定子線圈對應(yīng)于所述三相電力系統(tǒng)的第二相，且所述第 三組定子線圈對應(yīng)于所述三相電力系統(tǒng)的第三相。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的分布式線圈定子，其中所述第一、第二和第三多個導體中的 至少一者分別以與其它多個導體不同的環(huán)數(shù)目延伸穿過所述第一、第二或第三組開 口中的相鄰對開口 ，且在所述相鄰對開口之間巻繞。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的分布式線圈定子，其中所述第一多個導體以第一環(huán)數(shù)目延伸穿過所述第一組開口中的所述相鄰對開口且在所述相鄰對開口之間巻繞，所述第二 多個導體以第二環(huán)數(shù)目延伸穿過所述第二組開口中的所述相鄰對開口且在所述相 鄰對開口之間巻繞，且所述第三多個導體以第三環(huán)數(shù)目延伸穿過所述第三組開口中 的所述相鄰對開口且在所述相鄰對開口之間巻繞，所述第一環(huán)數(shù)目大于所述第二環(huán) 數(shù)目，所述第二環(huán)數(shù)目大于所述第三環(huán)數(shù)目。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的分布式線圈定子，其中所述芯同心地設(shè)置在包括環(huán)形質(zhì)量的 轉(zhuǎn)子內(nèi)，所述環(huán)形質(zhì)量具有穿過其而縱向延伸且定位在第四圓形路徑中的多個開 口，其中第四多個導體延伸穿過所述多個開口并電連接。
10. —種提供用于外轉(zhuǎn)子電動機的分布式線圈定子的方法，其包括-提供芯，其具有由第一端表面和第二端表面界定的圓柱形表面； 形成第一組開口，其在所述芯內(nèi)沿著第一圓形路徑從所述第一端表面延伸到所述 第二端表面；形成第二組開口，其在所述芯內(nèi)沿著同心地設(shè)置在所述第一圓形路徑內(nèi)的第二圓 形路徑從所述第一端表面延伸到所述第二端表面；以及形成第三組開口，其在所述芯內(nèi)沿著同心地設(shè)置在所述第二圓形路徑內(nèi)的第三圓 形路徑從所述第一端表面延伸到所述第二端表面。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其進一步包括依據(jù)獲得對應(yīng)于所要電機速度的所要 磁極數(shù)目所需的開口數(shù)目來配置所述第一、第二和第三組開口中至少一組開口的形 狀或尺寸。
12. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其進一步包括-使第一多個導體延伸穿過所述第一組開口，并在所述第一組開口中的相鄰對開口 之間巻繞成至少一個環(huán)，以形成第一組定子線圈；使第二多個導體延伸穿過所述第二組開口 ，并在所述第二組開口中的相鄰對開口之間巻繞成至少一個環(huán)，以形成第二組定子線圈；以及使第三多個導體延伸穿過所述第三組開口，并在所述第三組開口中的相鄰對開口 之間巻繞成至少一個環(huán)，以形成第三組定子線圈。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其進一步包括依據(jù)將由所述第一、第二或第三定 子線圈分別產(chǎn)生的操作磁通量的所要量，分別配置延伸穿過所述第一、第二或第三 組開口中的所述相鄰對開口并在所述相鄰對開口之間巻繞的所述第一、第二和第三 多個導體中的至少一者的環(huán)數(shù)目。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其進一步包括使所述第一多個導體以第一環(huán)數(shù)目延伸穿過所述第一組開口中的所述相鄰對開 口且在所述相鄰對開口之間巻繞；使所述第二多個導體以第二環(huán)數(shù)目延伸穿過所述第二組開口中的所述相鄰對開 口且在所述相鄰對開口之間巻繞；以及使所述第三多個導體以第三環(huán)數(shù)目延伸穿過所述第三組開口中的所述相鄰對開 口且在所述相鄰對開口之間巻繞，其中所述第一環(huán)數(shù)目大于所述第二環(huán)數(shù)目，所述第二環(huán)數(shù)目大于所述第三環(huán)數(shù) 目。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其進一步包括提供包括環(huán)形質(zhì)量的轉(zhuǎn)子，所述環(huán)形質(zhì)量具有穿過其而縱向延伸且定位在第四圓 形路徑中的多個開口，且第四多個導體延伸穿過所述多個開口并電連接；以及 將所述芯同心地設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子內(nèi)。
16. —種線圈定子，其包括心；第一開口環(huán)形陣列；第二開口環(huán)形陣列，其同心地定位在所述第一開口環(huán)形陣列內(nèi)；以及 第三開口環(huán)形陣列，其同心地定位在所述第二開口環(huán)形陣列內(nèi)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的分布式線圈定子，其中所述第一、第二和第三開口陣列中 的每一開口陣列均包含線性開口，所述線性開口從所述開口徑向延伸到所述定子的 周邊邊緣，以形成狹槽。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的分布式線圈定子，其中所述第一開口陣列對應(yīng)于三相電力 系統(tǒng)的第一相，所述第二開口陣列對應(yīng)于所述三相電力系統(tǒng)的第二相，且所述第三 開口陣列對應(yīng)于所述三相電力系統(tǒng)的第三相。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的分布式線圈定子，其進一步包括第一多個導體，其延伸 穿過所述第一開口陣列，并在所述第一開口陣列中的相鄰對開口之間巻繞成至少一 個環(huán)，以形成第一組定子線圈；第二多個導體，其延伸穿過所述第二開口陣列，并 在所述第二開口陣列中的相鄰對開口之間巻繞成至少一個環(huán)，以形成第二組定子線圈；以及第三多個導體，其延伸穿過所述第三開口陣列，并在所述第三開口陣列中的相鄰對開口之間巻繞成至少一個環(huán)，以形成第三組定子線圈。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的分布式線圈定子，其中所述第一組定子線圈對應(yīng)于三相電 力系統(tǒng)的第一相，所述第二組定子線圈對應(yīng)于所述三相電力系統(tǒng)的第二相，且所述 第三組定子線圈對應(yīng)于所述三相電力系統(tǒng)的第三相。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于外轉(zhuǎn)子電動機的分布式線圈定子(102)，其包含芯，所述芯具有由第一端表面和第二端表面界定的圓柱形表面，其中在第一圓形路徑(111)中對準的第一組開口(110)在所述芯內(nèi)從所述第一端表面延伸到所述第二端表面，在同心地定位在所述第一圓形路徑內(nèi)的第二圓形路徑(115)中對準的第二組開口(114)在所述芯內(nèi)從所述第一端表面延伸到所述第二端表面，且在同心地定位在所述第二圓形路徑內(nèi)的第三圓形路徑(119)中對準的第三組開口(118)在所述芯內(nèi)從所述第一端表面延伸到所述第二端表面。
文檔編號H02K15/02GK101127460SQ200710143499
公開日2008年2月20日 申請日期2007年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月1日
發(fā)明者維奈·梅赫塔 申請人:亨特風扇公司