专利名称：用于外转子三相电动机的分布式线圈定子的制作方法
技术领域：
本发明涉及电动机，且具体来说涉及用于外转子电动机的分布式线圈定子。
技术背景电动机己经存在多年。如今， 一些电动机设计有径向设置在定子外部的转子。这些 电机通常被称为"反结构"或"外转子"电动机，且通常为三相感应型。外转子电动机 具有许多应用，通常为商业或上工业上的，例如用于风扇、泵、机械驱动等。此外，随 着单相到三相电子转换器的出现，三相外转子电机也可用在住宅应用和限于单相供电的 其它环境中。通常，外转子电动机的定子包含用于每一相的线圈(或绕组)，所述线圈插入穿过沿 着定子周边以单一半径定位的具有相同尺寸和形状的狭槽。因此，线圈被捆在一起成扎 且彼此跨接或重叠，从而导致冗长的线圈电线使用量、需要额外的用于散热的铜和金属 材料的高发热以及导致低机电效率的高磁损耗。另外，典型的定子设计限制了电机速度 选项，所述电机速度为可定位在转子周边上的狭槽的数目的函数。因此，可见需要一种用于外转子电动机的定子，其避免了线圈电线成扎和跨接，并 针对狭槽数目提供更多的灵活性以克服前述结果。因此本发明主要针对提供此种定子。 发明内容根据本文描述的示范性实施例，本发明提供一种用于外转子电动机的分布式线圈定 子。 一般的示范性实施例包含芯，其具有由第一端表面和第二端表面界定的圆柱形表面。所述芯包含第一组开口，其在第一圆形路径中对准，所述第一组开口从所述第一端表 面延伸到所述第二端表面；第二组开口，其在同心地定位在所述第一圆形路径内的第二圆形路径中对准，所述第二组开口从所述第一端表面延伸到所述第二端表面；以及第三组开口，其在同心地定位在所述第二圆形路径内的第三圆形路径中对准，所述第三组开 口从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据获得对应于所要电机速度的所要磁极数目所需的开口数 目来配置所述第一、第二和第三组开口中至少一者的形状或尺寸。
图1是包含图1所示的用于外转子电动机的分布式线圈定子的分解视图。 图2是图l所示的用于外转子电动机的分布式线圈定子的俯视图。 图3是图1所示的用于外转子电动机的分布式线圈定子的另一俯视图。
具体实施方式
参考图式，在本发明的优选形式中展示一种用于外转子电机的分布式线圈定子102。 转子104径向设置在定子102外部，其间具有一间隙(或"气隙")103。在另一情况中， 定子102同心地设置在转子104内。定子102包含紧固构件106 (例如一个或一个以上 轴、轴承、螺栓和相应的开口、垫圈和金属板等)以用于将定子102的组件紧固在一起， 并紧固定子102以用于操作。转子104包含类似的紧固构件108以用于将转子104的组 件紧固在一起，紧固转子104以用于操作，且将例如一个或一个以上风扇叶片、泵叶轮、 传动齿轮或带等其它部件紧固到转子104。所述组件通常包含多片金属材料(例如铁) 或"叠片"，其紧固在一起以分别形成定子102和/或转子104。定子102的形状一般是具有顶端表面和底端表面的圆柱形。定子102还包含各种狭 槽IIO、 114、 118，其沿着同心的横截面圆形路径lll、 115、 119而定位并沿着定子102 纵向延伸。狭槽110、 114、 118通常还包含开口 116 (例如，线性开口)，其沿着圆形路 径111、 115、 119从圆柱形外表面径向向内延伸到较宽的开口，其可有助于插入并支持 线圈布线。狭槽IIO、 114、 118的每一组或圆形路径111、 115、 119可具有不同的特征， 例如不同的尺寸(例如，大小)和/或形状。改变这些特征，以便改变设置在定子102中 的狭槽的数目(其对应于定子102的磁极的数目，且因此对应于操作期间转子104的旋 转速度)，从而使用具有相同直径的定子102提供各种旋转速度选项。此外，改变这些特 征，以便在每一组狭槽IIO、 114、 118中产生等效数量的磁通量，从而确保所需(例如， 合适、有效等)的电机操作。绝缘电导体的线圈(或绕组)120、 124、 128分别延伸穿过狭槽110、 114、 118。因 为沿着圆形路径lll、 115、 119分离了狭槽110、 114、 118，所以延伸穿过所述狭槽的线 圈120、 124、 128是分布式的，且不成扎或重叠在定子102的周边周围。每一组线圈120、 124、 128可具有不同的特征(例如分别穿过狭槽110、 114、 118的不同的缠绕数或"匝" 数)和/或不同的导体尺寸(例如，线规)。同样改变这些特征，以便在每一组狭槽IIO、114、 118中产生等效数量的磁通量，从而确保所需的电机操作。每一组线圈120、 124、 128结束或终止于从定子102延伸且可连接到例如三相电力系统或电源的三相电力源的 导体或导线129的外部连接处。狭槽110、 114、 118的每一圆形路径111、 115、 119和延伸穿过所述狭槽的各自线 圈120、 124、 128对应于经由作为外转子电机的一部分的导线129连接到定子102的三 相电源的一相。举例来说，狭槽110的最外圆形路径111和各自线圈120可对应于三相 电源连接的第一相(例如，相"1"或"A")。类似地，狭槽114的中间圆形路径115和 各自线圈124可对应于三相电源连接的第二相(例如，相"2"或"B")。且最终，狭槽 118的最内圆形路径119和各自线圈128可对应于三相电源连接的第三相(例如，相"3" 或"C")。相应的相可不同，这取决于导线129与三相电源的连接。转子104包含沿着圆形路径(例如，其周边)定位并沿着转子104纵向延伸的狭槽 130。转子条131 (通常为例如铝条压铸件的金属导体)延伸穿过狭槽130。这些转子条 131通常在末端处由一个或一个以上"端环"(未图示)连接在一起，所述端环也通常为 例如铝条压铸件的金属导体。在操作中，包含上述定子102和转子104的外转子电机通常以三相交变电流("AC") 感应电机的原理操作。也就是说，经由导线129将三相电力供应到定子102的线圈120、 124、 128。电流穿过线圈120、 124、 128的流动在定子102中感应出磁通量。磁通量横 跨气隙103，且与短接的转子条131交互作用以产生一个力，所述力使转子104绕其旋 转轴(例如，由旋转标记140指示)移动。例如通过在导线129处切换三个连接中的两 个，而改变供应到线圈120、 124、 128的三相电力的极性，可颠倒转子104的旋转140。与包含传统的"周边线圈"定子的内转子电机相比，包含分布式线圈定子102的电 机提供如下各种益处。因为定子的周边处没有线圈的成扎或跨接，所以需要较少的线圈 电线(其通常为铜)(例如，其中传统的定子可能每一相都包含穿过狭槽的150匝线圈电 线，具有相当的操作能力的分布式线圈定子可能包含穿过狭槽的最外圆形路径的120匝 线圈电线、穿过狭槽的中间圆形路径的IOO匝线圈电线和穿过狭槽的最内圆形路径的80 匝线圈电线)。在电机的组件中需要较少的铜和钢来散发在电机的操作期间产生的热量， 因为线圈分布在定子的较大表面区域上，且不成扎或跨接。因为分布式线圈定子设计通 过避免线圈跨接而减少了磁通量损耗，所以获得较高的机电操作效率。因为可(例如， 对于每一相)改变狭槽的特征(例如，尺寸和/或形状)以改变设置在定子中的狭槽的数 目，且进而改变定子中感应的磁极的数目，所以可在相同直径的定子中设计更多的速度 选项。因为不同的通量路径，所以每一线圈将提供不同的电抗，且因此电流流动将在这些 线圈中的每一者中发生变化。这种情况不是所需的，这种不平衡将产生在强度上与狭槽 具有类似形状和尺寸的常规电机中产生的通量不相等的通量。此通量不平衡可导致电机 中的噪声和振动。然而，通过设计每一线圈，使得通过在每一线圈中选择正确的匝数和 合适的线规，让每一线圈产生相等的通量，而可容易地解决这个问题。因此，不同常规 电机的每一线圈的绕组将具有不同的匝数，以便产生当通过气隙时在强度上与相线圈的 每一者中类似的通量。对于典型的常规电机，在每一线圈120、 124和128中可具有150匝。而在所提议的 设计的三层狭槽绕组的情况下，线圈120中可具有120匝，线圈124中可具有100匝， 且在线圈128中可具有80匝。线圈124和128将具有较少的阻抗，且将允许更多的电流 产生更多的通量来克服由较长的铁路径所引起的损耗。因此可看到，现在提供用于外转子电动机的分布式线圈定子以通过避免成扎和重叠 而减少线圈电线使用量，降低热量产生以减少需用来散热的铜和金属材料，减少磁损耗 而导致较高的机电效率，且使用相同的定子直径提供更多的电机速度选项。应了解，上 文描述仅涉及本发明的示范性、说明性实施例。此外，所描述示范性实施例的各种元件 在所属领域中可为已知的，或所属领域的技术人员基于本文揭示可认识所描述示范性实 施例的各种元件。因此，还应了解，可对本文所述示范性实施例作出在所附权利要求书 中陈述的本发明的精神和范畴内的各种修改。
权利要求
1.一种用于三相外转子电动机的分布式线圈定子，其包括芯，所述芯具有圆柱形表面，其由第一端表面和第二端表面界定；第一组开口，其在第一圆形路径中对准，所述第一组开口沿着所述芯在所述第一端表面与所述第二端表面之间延伸；第二组开口，其在同心地定位在所述第一圆形路径内的第二圆形路径中对准，所述第二组开口沿着所述芯在所述第一端表面与所述第二端表面之间延伸；以及第三组开口，其在同心地定位在所述第二圆形路径内的第三圆形路径中对准，所述第三组开口沿着所述芯在所述第一端表面与所述第二端表面之间延伸。
2. 根据权利要求l所述的分布式线圈定子，其中所述第一、第二和第三组开口中的每 一组开口均包含线性开口，所述线性开口从所述外部圆柱形表面径向延伸到所述第 一、第二和第三组开口，以形成沿着所述外部表面在所述第一端表面与所述第二端 表面之间延伸的狭槽。
3. 根据权利要求l所述的分布式线圈定子，其中所述第一、第二和第三组开口中的至 少一组开口具有与其它所述组开口不同的形状或不同的尺寸。
4. 根据权利要求1所述的分布式线圈定子，其中所述第一组开口对应于三相电力系统 的第一相，所述第二组开口对应于所述三相电力系统的第二相，且所述第三组开口 对应于所述三相电力系统的第三相。
5. 根据权利要求l所述的分布式线圈定子，其进一步包括第一多个导体，其延伸穿 过所述第一组开口，并在所述第一组开口中的相邻对开口之间巻绕成至少一个环， 以形成第一组定子线圈；第二多个导体，其延伸穿过所述第二组开口，并在所述第 二组开口中的相邻对开口之间巻绕成至少一个环，以形成第二组定子线圈；以及第 三多个导体，其延伸穿过所述第三组开口，并在所述第三组开口中的相邻对开口之 间巻绕成至少一个环，以形成第三组定子线圈。
6. 根据权利要求5所述的分布式线圈定子，其中所述第一组定子线圈对应于三相电力 系统的第一相，所述第二组定子线圈对应于所述三相电力系统的第二相，且所述第 三组定子线圈对应于所述三相电力系统的第三相。
7. 根据权利要求5所述的分布式线圈定子，其中所述第一、第二和第三多个导体中的 至少一者分别以与其它多个导体不同的环数目延伸穿过所述第一、第二或第三组开 口中的相邻对开口 ，且在所述相邻对开口之间巻绕。
8. 根据权利要求5所述的分布式线圈定子，其中所述第一多个导体以第一环数目延伸穿过所述第一组开口中的所述相邻对开口且在所述相邻对开口之间巻绕，所述第二 多个导体以第二环数目延伸穿过所述第二组开口中的所述相邻对开口且在所述相 邻对开口之间巻绕，且所述第三多个导体以第三环数目延伸穿过所述第三组开口中 的所述相邻对开口且在所述相邻对开口之间巻绕，所述第一环数目大于所述第二环 数目，所述第二环数目大于所述第三环数目。
9. 根据权利要求5所述的分布式线圈定子，其中所述芯同心地设置在包括环形质量的 转子内，所述环形质量具有穿过其而纵向延伸且定位在第四圆形路径中的多个开 口，其中第四多个导体延伸穿过所述多个开口并电连接。
10. —种提供用于外转子电动机的分布式线圈定子的方法，其包括-提供芯，其具有由第一端表面和第二端表面界定的圆柱形表面； 形成第一组开口，其在所述芯内沿着第一圆形路径从所述第一端表面延伸到所述 第二端表面；形成第二组开口，其在所述芯内沿着同心地设置在所述第一圆形路径内的第二圆 形路径从所述第一端表面延伸到所述第二端表面；以及形成第三组开口，其在所述芯内沿着同心地设置在所述第二圆形路径内的第三圆 形路径从所述第一端表面延伸到所述第二端表面。
11. 根据权利要求10所述的方法，其进一步包括依据获得对应于所要电机速度的所要 磁极数目所需的开口数目来配置所述第一、第二和第三组开口中至少一组开口的形 状或尺寸。
12. 根据权利要求IO所述的方法，其进一步包括-使第一多个导体延伸穿过所述第一组开口，并在所述第一组开口中的相邻对开口 之间巻绕成至少一个环，以形成第一组定子线圈；使第二多个导体延伸穿过所述第二组开口 ，并在所述第二组开口中的相邻对开口之间巻绕成至少一个环，以形成第二组定子线圈；以及使第三多个导体延伸穿过所述第三组开口，并在所述第三组开口中的相邻对开口 之间巻绕成至少一个环，以形成第三组定子线圈。
13. 根据权利要求12所述的方法，其进一步包括依据将由所述第一、第二或第三定 子线圈分别产生的操作磁通量的所要量，分别配置延伸穿过所述第一、第二或第三 组开口中的所述相邻对开口并在所述相邻对开口之间巻绕的所述第一、第二和第三 多个导体中的至少一者的环数目。
14. 根据权利要求12所述的方法，其进一步包括使所述第一多个导体以第一环数目延伸穿过所述第一组开口中的所述相邻对开 口且在所述相邻对开口之间巻绕；使所述第二多个导体以第二环数目延伸穿过所述第二组开口中的所述相邻对开 口且在所述相邻对开口之间巻绕；以及使所述第三多个导体以第三环数目延伸穿过所述第三组开口中的所述相邻对开 口且在所述相邻对开口之间巻绕，其中所述第一环数目大于所述第二环数目，所述第二环数目大于所述第三环数 目。
15. 根据权利要求12所述的方法，其进一步包括提供包括环形质量的转子，所述环形质量具有穿过其而纵向延伸且定位在第四圆 形路径中的多个开口，且第四多个导体延伸穿过所述多个开口并电连接；以及 将所述芯同心地设置在所述转子内。
16. —种线圈定子，其包括心；第一开口环形阵列；第二开口环形阵列，其同心地定位在所述第一开口环形阵列内；以及 第三开口环形阵列，其同心地定位在所述第二开口环形阵列内。
17. 根据权利要求16所述的分布式线圈定子，其中所述第一、第二和第三开口阵列中 的每一开口阵列均包含线性开口，所述线性开口从所述开口径向延伸到所述定子的 周边边缘，以形成狭槽。
18. 根据权利要求16所述的分布式线圈定子，其中所述第一开口阵列对应于三相电力 系统的第一相，所述第二开口阵列对应于所述三相电力系统的第二相，且所述第三 开口阵列对应于所述三相电力系统的第三相。
19. 根据权利要求16所述的分布式线圈定子，其进一步包括第一多个导体，其延伸 穿过所述第一开口阵列，并在所述第一开口阵列中的相邻对开口之间巻绕成至少一 个环，以形成第一组定子线圈；第二多个导体，其延伸穿过所述第二开口阵列，并 在所述第二开口阵列中的相邻对开口之间巻绕成至少一个环，以形成第二组定子线圈；以及第三多个导体，其延伸穿过所述第三开口阵列，并在所述第三开口阵列中的相邻对开口之间巻绕成至少一个环，以形成第三组定子线圈。
20.根据权利要求19所述的分布式线圈定子，其中所述第一组定子线圈对应于三相电 力系统的第一相，所述第二组定子线圈对应于所述三相电力系统的第二相，且所述 第三组定子线圈对应于所述三相电力系统的第三相。
全文摘要
本发明提供一种用于外转子电动机的分布式线圈定子(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圆柱形表面，其中在第一圆形路径(111)中对准的第一组开口(110)在所述芯内从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圆形路径内的第二圆形路径(115)中对准的第二组开口(114)在所述芯内从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圆形路径内的第三圆形路径(119)中对准的第三组开口(118)在所述芯内从所述第一端表面延伸到所述第二端表面。
文档编号H02K15/02GK101127460SQ200710143499
公开日2008年2月20日 申请日期2007年8月1日 优先权日2006年8月1日
发明者维奈·梅赫塔 申请人:亨特风扇公司