[发明专利]一种多极空心杯电机线圈结构及其绕制方法

说明书

本发明公开了一种多极空心杯电机线圈结构包括：包括：圆柱形状的筒形线圈；所述筒形线圈通过三个线圈组的绕线绕制成无骨架的空心圆柱形线圈；各个线圈组依次交叉排布，每个线圈组包括N个独立线圈(N≥4，代表永磁体极数)；任意一个线圈组的各独立线圈由同一绕线串接绕制而成，所述各个独立线圈于圆柱形状的筒形线圈的端面圆上所占的弧度为360°/(3*N)且均布在圆周上；本发明可缩短磁路，减少磁漏，提高线圈利用率，提高电机功率密度，精简工艺。

技术领域

本发明属于一种电机技术领域，尤其涉及一种多极空心杯电机线圈结构及其绕制方法。

背景技术

空心杯电机属于微型永磁电机类型，其特殊结构在于线圈绕组是无骨架的漆包线自支撑的空心圆柱型结构，该特殊结构形成的电机性能参数是各类同规格电机功率密度最大、效率最高的类型，在各类高端应用如精密控制、航空航天、军事科技、医疗科技等领域有无可替代的应用优势。而目前的空心杯电机线圈绕制工艺是各大微电机企业的技术门槛，且几乎目前市场公开的线圈排布结构和工艺方法均长期被国外垄断，因此，需要找到新的结构和工艺方法，进一步推进空心杯电机的技术突破和市场应用。

在目前已知的空心杯线圈排布结构中多为二机结构，两极磁路长，造成机壳外侧漏磁现象比较突出，使得功率密度低，电机绕组的效率低下，能源利用率不高。而采用四级结构时，采用四个碳刷或刷片绕组并联支路数为2的形式，这要求电机内的各绕组线圈的一致性非常高，否则各绕组间的“内部环流”造成发热损耗严重，电机效率低；如果采用整数绕组，采用菱形蝶形绕线方式则最少6个线圈组，则每一线圈组会引出两个进线头和两个出线头，整个圆柱型三相线圈会出产生六个引线头，六个出线头，后续工艺需要把每一相的两个单独线圈的进出线进行连线为一相线圈，工艺非常繁琐，只能靠人工进行不仅可靠性差、生产效率也非常低，在采用分数槽绕组情况下可以使用一对碳刷或金属刷片，但这类转子线圈的线头是交错分布的，在把每个线头与对应的换向片焊接时非常繁琐、工艺复杂。

发明内容

为了解决现有技术中的一个或多个上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种多极空心杯电机线圈结构及其绕制方法，缩短磁路，减少磁漏，提高线圈利用率，提高电机功率密度，精简工艺。

为实现上述目的，本发明提供了一种多极空心杯电机线圈结构，包括套设在磁钢外的圆柱形状的筒形线圈，其特征在于，所述筒形线圈包括三个线圈组，所述筒形线圈通过三个线圈组的绕线绕制成无骨架的空心圆柱形线圈；各个线圈组依次交叉排布，每个线圈组至少包括N个独立线圈(N≥4，代表磁钢永磁体极数且为大于4的偶数)；任意一个线圈组的各独立线圈由同一绕线串接绕制而成，所述各个独立线圈于圆柱形状的筒形线圈的端面圆上所占的弧度为1/(3*N)且均布在圆周上。

本方案多极空心杯电机线圈的绕制方法如下：

(1)把整个线圈分为A、B、C三个线圈组，开始时，A线圈组的绕线从圆柱形的一个端面圆周上任一点开始绕制，沿圆柱的表面绕制到圆柱形的另一个端面且与起始点在投影的同一圆周上相距(360°/N)的位置，再按顺向沿圆柱的表面回到起始点所在的端面圆，并且与起始点相距(2*(360°/N))的位置，之后再沿圆柱的表面绕制到圆柱形的另一个端面圆且与起始点在投影的同一圆周上相距(3*(360°/N))的位置，以此类推，直到绕线绕至回到起始点所在的端面圆，并且与起始点相距360°即重合(也即(N*(360°/N))的位置时，形成第一匝绕线；之后紧邻第一匝绕线开始绕制第二匝绕线，以此上述方法重复绕制若干匝一直绕到每一段对称的圆弧均占据端面圆周的(1/(3N))弧长的宽度，之后引出绕线；

(2)将步骤(1)中引出的绕线将其扭转至引出点的同一端面圆的(360°/N)位置开始按上述步骤(1)方法反向绕制，也绕制直到每一段对称的圆弧占据端面圆周的(1/(3N))弧长的宽度；随后再将引出线按照(360°/N)扭转至引出点的同一端面圆的相应位置再次按照步骤(1)的方法绕制，以此类推，直到A线圈组的各个独立线圈在同一端面圆上总共占据1/3圆周长度时，A线圈组绕制成型。