一种采用12线圈自承式绕组的4极无齿槽电机的制作方法

1.本发明涉及一种电机，尤其是涉及一种采用12线圈自承式绕组的4极无齿槽电机。


背景技术：

2.内转子电机被广泛应用在各种工业，医疗，航天航空，以及生活中的各种场景中。在小型化，大力矩化的设计需求下，越来越多的电机开始将电机的外形尺寸小型化，而小型化对传统的有槽电机的绕组下线工序提出了很大的挑战，由于槽口尺寸的限制和绕线机设备的限制，制约电机自动化生产的可能性。因此采用无齿槽的定子方案和自承式绕组结构，可以解决电机的小型化的需求；
3.经过检索，美国专利us 4,543,507最早提出一种自承式(self supported)线圈，其外型像一个圆柱形，便于与无齿槽的定子装配。日本专利jp2002-281705a详细介绍了这种自承式线圈的绕制方法，通常分为，绕线，压平和卷圆几个工序。
4.中国专利cn1960129a公开了采用了同心式绕组绕制方式制作了类似的空心杯线圈；其单个线圈的绕制方式与jp2002-281705a不同，采用了同心式绕法，然后将6个线圈交错叠加，绕制出对应的绕制。
5.越来越多的应用对这种无齿槽自承式线圈电机提出力矩的要求，考虑到传统的无齿槽自承式绕组电机一般转子采用2极，定子绕组3～6个线圈的三相绕组，为了大幅提升电机力矩性能从两个方面提升：第一，将定子线圈数量提升至12线圈，第二，将转子极对数提升4～6极。
6.进一步检索，中国专利cn106340987a公开了一种集中分布的空心杯绕组，其关键点在于导体应该距离线圈的中心位置，才能够感应出更大的反电势，继而提升电机性能。上述各种绕组方案线圈的制作方式各自不同，一般都是针对3个线圈或者6个线圈的空心杯绕组形成的专利，组成绕组的线圈数量越少，绕组的制作更为便利，但是其感应反电势的能力就会下降。


技术实现要素：

7.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种采用12线圈自承式绕组的4极无齿槽电机。
8.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
9.根据本发明的一个方面，提供了一种采用12线圈自承式绕组的4极无齿槽电机，包括定子机壳、定子铁芯、转子永磁体、前后轴承、绕组、用于引出绕组的pcb板和转轴，所述的绕组固定在定子铁芯上并与pcb板连接，所述的定子铁芯安装在定子机壳上，所述的转子永磁体套入定子铁芯内部，所述的转轴穿入前后轴承和转子永磁体中，所述的转子永磁体的极数为4极，所述的绕组为12线圈自承式绕组。
10.作为优选的技术方案，所述的12线圈自承式绕组为采用自粘性漆包线绕制的12线圈自承式绕组。
11.作为优选的技术方案，所述的12线圈自承式绕组中的单个线圈总长度为π/6。
12.作为优选的技术方案，所述的12线圈自承式绕组中的单个线圈两侧至中线最大距离为π/12。
13.作为优选的技术方案，所述的转子永磁体的单极长度为π/2。
14.作为优选的技术方案，所述的12线圈自承式绕组包括12线圈c1～c12。
15.作为优选的技术方案，所述的12线圈c1～c12沿着圆周均匀分布。
16.作为优选的技术方案，所述的12线圈自承式绕组的连接方式如下：
17.对于a相绕组，线圈c1引线1-1为起始线，经过线圈c1的尾线1-2，连接至线圈c4的尾线，经过线圈c4后，由线圈c4的起始线，连接至线圈c7的起始线，经过线圈c7，由线圈c7的尾线，连接至线圈c10的尾线，经过线圈c10，由线圈c10的起始线10-1引出，完成a相绕组；
18.对于b相绕组，线圈c5引线5-1为起始线，经过线圈c5的尾线5-2，连接至线圈c2的尾线，经过线圈c2后，由线圈c2的起始线，连接至线圈c11的起始线，经过线圈c11，由线圈c11的尾线，连接至线圈c8的尾线，经过线圈c8，由线圈c8的起始线8-1引出，完成b相绕组；
19.对于c相绕组，线圈c3引线3-1为起始线，经过线圈c3的尾线3-2，连接至线圈c6的尾线，经过线圈c6后，由线圈c6的起始线，连接至线圈c9的起始线，经过线圈c9，由线圈c9的尾线，连接至线圈c12的尾线，经过线圈c12，由线圈c12的起始线12-1引出，完成c相绕组。
20.作为优选的技术方案，所述的12线圈自承式绕组中单个线圈的反电势计算方法如下：
[0021][0022]
其中表示线圈的总合成反电势，为矢量，单位v；
[0023]
表示线圈中单匝线圈的反电势，为矢量，单位v，t1，t2，t
x
表示不同匝的线圈。
[0024]
作为优选的技术方案，所述的12线圈自承式绕组的相反电势计算方法如下：
[0025][0026]
其中表示绕组相反电势，为矢量，单位v；表示线圈c1的总合成反电势，表示线圈cx的总合成反电势。
[0027]
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0028]
1)采用12个线圈自承式线圈和4极的转子的组合，可以更加有效的提升绕组产生反电势的能力，继而提升电机的性能；
[0029]
2)采用无齿槽定子，自承式线圈结构便于电机的小型化设计；
[0030]
3)采用多极化的设计使得电机的力矩性能大幅提升；
[0031]
4)结合4极转子，设计12个线圈的总长为绕组圆周2π，单个线圈为π/6，绕组的跨距为π/2，可以保证绕组对磁场的有效利用。
附图说明
[0032]
图1为本发明电机的结构示意图；
[0033]
图2为本发明定子铁心的结构示意图；
[0034]
图3为本发明自承式绕组的结构示意图；
[0035]
图4为本发明定子组件的结构示意图；
[0036]
图5为本发明转子永磁体的结构示意图；
[0037]
图6为本发明12线圈与4极转子的示意图；
[0038]
图7为6线圈与4极转子的示意图；
[0039]
图8为3线圈与4极转子的示意图；
[0040]
图9为本发明12线圈与永磁体的示意图；
[0041]
图10为6线圈与永磁体的示意图；
[0042]
图11为3线圈与永磁体的示意图；
[0043]
图12为本发明12线圈4极电机的线圈中不同导体产生的反电势的示意图；
[0044]
图13为本发明12线圈的星型图；
[0045]
图14为本发明绕组连接图。
具体实施方式
[0046]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
[0047]
如图1所示，本发明采用12线圈自承式绕组的4极无齿槽电机，包括定子机壳1、定子铁芯2、转子永磁体3、前后轴承4、绕组6、用于引出绕组的pcb板5和转轴7，所述的绕组6固定在定子铁芯2上并与pcb板5连接，所述的定子铁芯2安装在定子机壳1上，所述的转子永磁体3套入定子铁芯2内部，所述的转轴7穿入前后轴承4和转子永磁体3中，所述的转子永磁体3的极数为4极，所述的绕组6为12线圈自承式绕组。
[0048]
图2-5为电机内部零部件的示意图，其中图2为定子铁心，图3为采用自粘性漆包线绕制的自承式绕组，该绕组具有12个线圈。图4为定子组件，包括定子与绕组，两者通过胶水固定。图5为转子永磁体，该永磁体为4极。
[0049]
图6-8为不同绕组线圈数量(12线圈，6线圈，3线圈)与4极转子的示意图，图6为12个线圈方案与4极转子示意图；图7为6个线圈方案与4极转子示意图；图8为3个线圈方案与4极转子示意图；
[0050]
图9-11为不同的线圈方案与永磁体的示意图，图9为12线圈方案中的一个线圈与一极永磁体的示意图，线圈总长度为π/6，线圈两侧至中线最大距离为π/12，永磁体的单极长度为π/2；图10为6线圈方案中的一个线圈与一极永磁体的示意图，线圈总长度为π/3，线圈两侧至中线最大距离为π/6，永磁体的单极长度为π/2；图11为3线圈方案中的一个线圈与一极永磁体的示意图，线圈总长度为2π/3，线圈两侧至中线最大距离为π/3，永磁体的单极长度为π/2；
[0051]
图12为12线圈4极方案的线圈中不同导体产生的反电势的示意图，从图中可以发现由于导体在空间上相互滞后一个角度，因此当永磁体在导体上感应出反电势后，对应的反电势在时间上也会有一个时间相位差，因此单线圈的反电势计算方法如下：
[0052]
[0053]
上面公式中表示线圈的总合成反电势，为矢量，单位v；
[0054]
上面公式中表示线圈中单匝线圈的反电势，为矢量，单位v，t1，t2，t
x
表示不同匝的线圈。
[0055]
图13为12线圈的星型图，将同相的coil1,coil7,coil4,coil10线圈连接后，参考图14的绕组连接图，完成相绕组的连接，具体连接如下：
[0056]
对于a相绕组，线圈c1引线1-1为起始线，经过线圈c1的尾线1-2，连接至线圈c4的尾线，经过线圈c4后，由线圈c4的起始线，连接至线圈c7的起始线，经过线圈c7，由线圈c7的尾线，连接至线圈c10的尾线，经过线圈c10，由线圈c10的起始线10-1引出，完成a相绕组；
[0057]
对于b相绕组，线圈c5引线5-1为起始线，经过线圈c5的尾线5-2，连接至线圈c2的尾线，经过线圈c2后，由线圈c2的起始线，连接至线圈c11的起始线，经过线圈c11，由线圈c11的尾线，连接至线圈c8的尾线，经过线圈c8，由线圈c8的起始线8-1引出，完成b相绕组；
[0058]
对于c相绕组，线圈c3引线3-1为起始线，经过线圈c3的尾线3-2，连接至线圈c6的尾线，经过线圈c6后，由线圈c6的起始线，连接至线圈c9的起始线，经过线圈c9，由线圈c9的尾线，连接至线圈c12的尾线，经过线圈c12，由线圈c12的起始线12-1引出，完成c相绕组。
[0059]
相反电势计算方法如下：
[0060][0061]
上面公式中表示绕组相反电势(绕组为三相)，为矢量，单位v；
[0062]
参考上面的方法表1汇总了3c2p,6c2p,3c4p,6c4p,9c4p,12c4p(c表示线圈数量，p表示磁极数量)不同线圈数量与转子极数配合下，相同的每相串联匝数下，相绕组的反电势。对比不同配合的方案，发现反电势产出能力：
[0063]
12c4p＝6c2p》9c4p》3c2p＝6c4p》3c4p
[0064]
因此对于这种无齿槽定子，自承式线圈的多极电机，4极的永磁体与12个线圈配合可以获得最佳的反电势产生能力。
[0065]
表1
[0066]
[0067]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。