CN112865379B - 空心杯电机及其电枢绕组以及电枢绕组单元和其制作方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开空心杯电机及其电枢绕组以及电枢绕组单元的制作方法，其包括将至少一股漆包线按照同轴的四边形走线方式，循环地叠绕，以形成四边形的一平面线框，其中四边形的所述平面线框的四个边分别被定义为四个走线边部；沿所述平面线框的对角线弯曲所述平面线框，以使位于所述对角线两侧的走线边部保持至同圆轴的两个圆筒面，以形成所述电枢绕组单元。通过将所述电枢绕组单元拼接成所述电枢绕组，能够使所述电枢绕组中的漆包线走线规整。

Description

空心杯电机及其电枢绕组以及电枢绕组单元和其制作方法

技术领域

本发明涉及直流永磁伺服电动机的技术领域，尤其涉及空心杯电机及其电枢 绕组以及电枢绕组单元的制作方法。

背景技术

如今电动机已经在人们的生活中有了广泛的应用。电动机是指依据电磁感应 定律实现电能转换或者传递的一种电磁装置。它的主要作用是产生驱动转矩，作 为家用电器或各种机械的动力源。

现有的空心杯电枢永磁直流伺服电动机的电枢(转子)完全是由漆包线绕制 而成，形状类似圆筒形，因此业内人士称之为空心杯电枢永磁伺服电动机，其名 称由此而来。由于空心杯电枢永磁直流伺服电动机特殊的结构特点，使其克服了 有铁芯电机不可逾越的技术障碍。该空心杯电枢永磁直流伺服电动机具有体积 小、响应速度快、效率高、电磁干扰小和无齿槽效应等优越的性能。在仪器仪表、机器人、医疗器械、工农业自动化生产、消费类电机产品、国防工业和航空航天 等领域被经常作为执行元件广泛应用。

小功率、小电流的空心杯电枢永磁直流伺服电动机在各行各业中均能看到普 遍的应用，例如手机、电动牙刷等大批量生产的民用产品，但是对于大功率、大 电流的空心杯电枢永磁直流伺服电动机应用却没有那么广泛。

输出功率大、电流大的空心杯电枢永磁直流伺服电动机大多使用多股大直径 的圆线，而大直径圆线本身的张力大，线硬，线圈的成形、走线难以按照规定的 路径进行，从而偏离轨道，导致成形困难，并且，难以控制线圈的均匀分布。

此外，空心杯电机在工作时，电枢绕组在机壳和磁钢之间的间隙中高速转动， 因此，在电枢绕组在机壳和磁钢之间的间隙体积一定的情况下，如何能够保证电 枢绕组正常转动，而又能够输出较大的扭矩，便成为了本领域技术人员攻克的难 题。而现有的电枢绕组都是采用截面为圆形的漆包线绕制而成，而截面为圆形的漆包线在完成绕制后，截面上相邻的几根漆包线之间的势必存在一定大小的间 隙，进而导致所述电枢绕组的径向空间利用率不高。而空间利用率低，则势必会 导致最终形成的空心杯电机的功率和扭矩下降。而且截面为圆形的漆包线在绕制 过程中，由于多股并绕，线形走线向难以按照预定分方向控制，从而使得漆包线 的走线凌乱，甚至有些漆包线在被挤压后绝缘层破坏而短路。

发明内容

本发明的另一个目的在于空心杯电机及其电枢绕组以及电枢绕组单元的制 作方法，其中所述电枢绕组由于是通过走线规则的多个电枢绕组单元拼接而成， 因此，所述电枢绕组单元上的漆包线不会过渡地相互挤压而受损，进而能够有效 地防止扁状漆包线相互挤压而致使扁状漆包线上的绝缘层破裂而短路。

本发明的一个目的在于空心杯电机及其电枢绕组以及电枢绕组单元的制作 方法，其中所述空心杯电机相比于现有技术中同等体积和匝数的空心杯电机而 言，能够产生更大的扭矩。

本发明的另一个目的在于空心杯电机及其电枢绕组以及电枢绕组单元的制 作方法，其中所述空心杯电机包括一电枢绕组，其中所述电枢绕组通过多个电枢 绕组单元拼接而成，其中每个所述电枢绕组单元优选地被实施为由截面为非圆形 的扁状漆包线绕制而成，从而消除每个所述电枢绕组单元中相邻两根漆包线之间 存在的间隙，进而在电枢绕组机壳和磁钢之间的间隙一定的前提下，使经由所述电枢绕组单元拼接而成的所述电枢绕组具有更高的间隙利用率。

本发明的另一个目的在于空心杯电机及其电枢绕组以及电枢绕组单元的制 作方法，其中每个所述电枢绕组单元都具有一避让角度，以在多个电枢绕组单元 在拼接时，能够有效地防止相互拼接的相邻两个所述电枢绕组单元的变轨部干 涉，进而防止相互拼接的相邻两个所述电枢绕组单元上的扁状漆包线相互挤压而 破坏绝缘层。也就是说，本发明所述电枢绕组的扁状漆包线的走线相比于现有技术中的漆包线来说更加规整。

本发明的另一个目的在于空心杯电机及其电枢绕组以及电枢绕组单元的制 作方法，其中所述电枢绕组制作简单，成本低廉，具有较广的使用范围。

为实现本发明以上至少一个目的，本发明提供一种电枢绕组单元的制作方 法，所述电枢绕组单元的制作方法包括以下步骤：

将至少一股漆包线按照同轴的四边形走线方式，循环地叠绕，以形成四边形 的一平面线框，其中四边形的所述平面线框的四个边分别被定义为四个走线边 部；

沿所述平面线框的对角线弯曲所述平面线框，以使位于所述对角线两侧的走 线边部保持至同圆轴的两个圆筒面，以形成所述电枢绕组单元。

根据本发明一实施例，所述电枢绕组单元的制作方法包括以下步骤：四个走 线边部中任意两个相邻的所述走线边部和另外两个相邻的走线边部，沿着所述四 边形的所述平面线框的对角线被相互错层至两个不同的平面，以在四边形状的所 述平面线框上形成相对的两个变轨部和使被相互错层至两个不同的平面的所述 漆包线分别定为一内走线部和一外走线部。

根据本发明一实施例，所述变轨部所连接的两个所述走线边部在靠近所述变 轨部分别形成一避让角度。

根据本发明一实施例，将所述漆包线按照同轴的四边形走线方式叠绕所述漆 包线时，其中每个四边形状漆包线的任意两个边之间的漆包线被实施为弧形。

根据本发明一实施例，所述漆包线的截面形状被实施为非圆形的扁状，其中 所述漆包线具有平整的一顶面和平整的一底面，在叠绕时，相邻的两个四边形走 向的所述漆包线的顶面和另一个所述漆包线的底面贴合。

根据本发明的另一个方面，为实现本发明以上至少一个目的，本发明提供一 种电枢绕组单元，所述电枢绕组单元通过如上任一所述电枢绕组单元的制作方法 制成。

根据本发明的另一个方面，为实现本发明以上至少一个目的，本发明提供一 种电枢绕组的制作方法，其中所述电枢绕组的制作方法包括以下步骤：

所述电枢绕组的制作方法包括以下步骤：拼接多个如上所述电枢绕组单元， 以在同轴的两个圆筒面上分别形成一内走线层和一外走线层。根据本发明一实施 例，在拼接时，相邻两个所述电枢绕组单元中一个所述电枢绕组单元的外走线部 的内侧和另一个所述电枢绕组单元的外走线部的外侧相互抵接，且该相邻两个所 述电枢绕组单元中一个所述电枢绕组单元的所述内走线部的外侧和另一个所述 电枢绕组单元的所述内走线部的内侧相互抵接，进而使多个所述电枢绕组单元各 自的所述内走线部拼接成所述电枢绕组的所述内走线层，和使多个所述电枢绕组 单元各自的所述外走线部拼接成所述电枢绕组的所述外走线层。

根据本发明的另一个方面，为实现本发明以上至少一个目的，本发明提供一 种电枢绕组，所述电枢绕组通过如上所述制作方法制成。

根据本发明的另一个方面，为实现本发明以上至少一个目的，本发明提供一 种空心杯电机，所述空心杯电机包括：

电机主体；和

所述电枢绕组，其中所述电枢绕组被安装于所述电枢主体。

根据本发明一实施例，所述空心杯电机为一无刷电机或一有刷电机。

附图说明

图1示出了本发明所述空心杯电机的剖视图。

图2示出了本发明所述空心杯电机的电枢绕组的立体图。

图3示出了本发明所述空心杯电机的电枢绕组的仰视图。

图4示出了本发明所述空心杯电机的电枢绕组单元在绕制成一平面线框时 的一个状态图。

图5示出了本发明所述电枢绕组单元成型后的一个仰视图。

图6示出了本发明一个实施例中所述电枢绕组在制作的过程中通过一扁状 漆包线绕制成平面线框时的正视图。

图7示出了本发明根据图6实施例中所述平面线框上形成避让角度后的示意 图。

图8示出了本发明根据图6实施例中所述平面线框形成内走线部和外走线部 的示意图。

图9示出了本发明所述电枢绕组中部分电枢绕组单元拼接后的立体图。

图10示出了本发明所述电枢绕组中部分电枢绕组单元拼接后的平面图。

图11示出了本发明所述电枢绕组中部分电枢绕组单元拼接后的部分结构的 平面展开图的示意图。

具体实施方式

以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易 见的变形。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变 形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、 “上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、 “外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定 的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

如图1至图11，依本发明一较佳实施例的一空心杯电机将在以下被详细地 阐述，其中所述空心杯电机包括一电枢绕组100和一电机主体200，其中所述电 枢绕组100被可转动地安装在所述电机主体200，以组装成所述空心杯电机。

本领域技术人员应当理解的是，所述空心杯电机可以被实施为一有刷空心杯 电机或一无刷空心杯电机，本发明不受此方面的限制。也就是说，所述电机主体 200可以被实施包括机壳、定子磁轭、永磁体、换向器、碳刷、电枢支架、后端 盖以及接线片等，此时，所述空心杯电机为有刷空心杯电机，而当所述电机主体 不包括所述碳刷和换向器时，所述空心杯电机为无刷空心杯电机。

具体地，所述电枢绕组100包括多个电枢绕组单元10，其中多个所述电枢 绕组单元10通过相互拼接而形成圆筒状的所述电枢绕组100。优选地，每个所 述电枢绕组单元10是通过截面为非圆形的扁状漆包线通过预定方式形成。本领 域技术人员能够理解的是，截面为非圆形的扁状漆包线包括内部的金属导线和包 绕于所述金属导向的绝缘层，而本发明中所述截面为非圆形的扁状漆包线是指最 终的截面形状为非圆形的扁状，至于金属导线的截面形状可以是圆形也可以是非圆形的扁形，本发明不受此方面的限制。但是作为优选地，所述金属导线的截面 形状为非圆形的扁形。

更值得一提的是，每个所述电枢绕组单元10也可以被实施为截面为圆形的 漆包线。通过本发明下面所阐述的制作方式，也能够形成所述电枢绕组单元10。 然后通过将多个所述电枢绕组单元10拼接，进而形成所述电枢绕组100。本领 域技术人员能够理解的是，本发明中所述截面为圆形的漆包线是指最终的截面形 状为圆形的，至于金属导线的截面形状可以是圆形也可以是非圆形的扁形，本发 明不受此方面的限制。但是作为优选地，所述金属导线的截面形状为非圆形的扁 形。

为了使本领域技术人员能够理解本发明，本发明以下至少一个实施例中，是 以所述电枢绕组单元10由截面是非圆形的扁状漆包线形成为例进行阐述。但本 发明不受此方面的限制。

具体地，通过将一所述漆包线按照同轴的四边形走线方式，循环地叠绕和将 叠绕后的所述漆包线经过后续整形，进而能够形成所述电枢绕组单元10。将所 述漆包线按照四边形走线方式循环地叠绕后，将形成整体为四边形的一平面线 框。如图4和图6所示示出了截面为非圆形的扁状漆包线形成所述平面线框的示 意图。

在所述漆包线被实施为截面为非圆形的扁状漆包线时，每根所述扁状漆包线 具有平整的一顶面和平整的一底面。在完整叠绕后，相邻的两个四边形走向的所 述扁状漆包线的顶面和另一个所述扁状漆包线的底面贴合。通过这样叠绕的方 式，减少了相邻所述扁状漆包线之间的间隙，从而使后续通过所述电枢绕组单元 10形成的所述电枢绕组100的径向空间利用率极大地提高。也就是说，相比于现有技术中电枢绕组机壳和磁钢之间的间隙相同的电枢绕组来说，通过这种方式 形成的电枢绕组的间隙利用率更高。另外在电枢绕组机壳和磁钢之间的间隙相 同，且所述漆包线的匝数相同的情况下，通过上述方式制成的所述电枢绕组100 的截面积更大，从而使采用该电枢绕组100的所述空心杯电机的扭矩更大。

值得一提的是，在将所述扁状漆包线绕制成所述平面线框时，可以通过一预 定大小的四边形板状模具作为衬芯，将所述扁状漆包线沿着所述衬芯绕制，以使 叠绕后形成的所述平面线框能够更加紧凑和规整，进而进一步地减少每个所述电 枢绕组单元10的空隙，进而提高通过所述电枢绕组单元10形成的所述电枢绕组 的径向空间利用率。同样的绕制方式，也适合于截面为圆形的漆包线。

更值得一提的是，由于一个示例中所述平面线框是通过所述扁状漆包线叠绕 而成，而且在叠绕时，相邻的两个四边形走向的所述扁状漆包线之间的接触面都是两个平整的平面，因此，在叠绕过程中，所述扁状漆包线的走线方向不会因为 挤压而破坏绝缘层。此外，所述电枢绕组100由于是通过拼接的方式形成，因此， 所述电枢绕组100整体的形状更加规整。

另外一方面，绕制而成的每个所述电枢绕组单元10中所述扁状漆包线，在 沿线型走向进行绕制时，扁状漆包线之间的应力较小，因此，每个所述电枢绕组 单元10中漆包线之间不会因为应力过大而受损，从而能够有效地防止因漆包线 破损而导致所述电枢绕组的损坏。

值得一提的是，在叠绕时，将一截面为非圆形的扁状漆包线按照同轴的四边 形走线方式叠绕所述漆包线时，其中每个四边形状漆包线的任意两个边之间的漆 包线被实施为弧形，以便于所述扁状漆包线的叠绕。也即，每个四边形状漆包线 的任意两个边之间形成一类似倒角的结构。

在对所述平面线框进行整形后，能够形成所述电枢绕组单元10。

参考图7，具体地，四边形状的所述平面线框具有一四个走线边部，具体为 一第一走线边部801、一第二走线边部802、一第三走线边部803以及一第四走 线边部804。

优选地，在一个示例中，四个走线边部中任意两个所述走线边部和另外两个 相邻的轴向边部，沿着所述四边形的所述平面线框的对角线被相互错层至两个不 同的平面，以在四边形状的所述平面线框上形成相对的两个变轨部805a和805b，并且被错层至两个不同平面的所述扁状漆包线分别被定义为一内走线部806和 一外走线部807。如图所示，所述第一走线边部801和所述第二走线边部802被 错层至一个平面，以形成所述内走线部806，而所述第三走线边部803和所述第 四走线边部804被错层至另一个平面上以形成所述外走线部807。而所述第一走 线边部801通过一个所述变轨部805a被连接于所述第四走线边部804，所述第 二走线边部802通过另一个所述变轨部805b被连接于所述第三走线边部803。进一步地，通过弯曲所述内走线部806和所述外走线部807至同圆轴的两个圆筒 面上，而形成所述电枢绕组单元10，以使后续多个所述电枢绕组单元10相互拼 接后，能够形成一圆筒状。也就是说，所述内走线部806和所述外走线部807被 弯曲后，一个角度下的视图下的所述内走线部806和所述外走线部807位于两个 同心的圆周上，如图5所示。具体地，在将多个所述电枢绕组单元10拼接而形 成所述电枢绕组100的过程时，使相邻两个所述电枢绕组单元10中一个所述电 枢绕组单元10的所述外走线部806的内侧和另一个所述电枢绕组单元10的所述 外走线部的外侧相互抵接，且该相邻两个所述电枢绕组单元10中一个所述电枢绕组单元10的所述内走线部806的外侧和另一个所述电枢绕组单元10的所述内 走线部的内侧相互抵接，从而使多个所述电枢绕组单元10各自的所述内走线部 806拼接成所述电枢绕组100的一内走线层901，和使多个所述电枢绕组单元10 各自的所述外走线部807拼接成所述电枢绕组100的一外走线层902，其中所述 内走线层901和所述外走线层902位于同心的两个圆筒面上，如图5所示。

值得一提的是，在对所述平面线框整形的过程中，错层以形成所述内走线部 806和所述外走线部807，和弯曲所述内走线部806和所述外走线部807至同圆 轴的两个圆筒面的两个步骤之间没有一定的先后关系，换句话说，也可以先弯曲 所述内走线部806和所述外走线部807至同圆轴的一个圆筒面，然后再错层，使所述内走线部806和所述外走线部807变轨至两个圆轴的圆筒面上。

值得一提的是，使四个走线边部中任意两个所述走线边部和另外两个相邻的 轴向边部，沿着所述四边形的所述平面线框的对角线被相互错层至两个不同的平 面只是一个优选的实施方式，在一个实施例中，也可以不执行该步骤。

若不执行该步骤，则拼接多个所述电枢绕组单元100时，可以使两个相邻的 所述电枢绕单元分别保持在两个圆轴的圆筒面上，进而使位于截面直径较小的所 述圆筒面上的所有所述电枢绕组单元100被定义为所述内走线层901，使位于截 面直径较大的所述圆筒面上的所有所述电枢绕组单元100被定义为所述外走线 层902。

更优选地，在通过所述平面线框制作所述电枢绕组单元10时，所述变轨部 所连接的两个所述走线边部在靠近所述变轨部分别形成一避让角度808。也就是 说，形成所述内走线部806的两个所述走线部的外侧和所述外走线部807的两个所述走线部将会各自形成一避让角度808。这样，在后续将多个所述电枢绕组单 元10相互拼接时，一个所述电枢绕组单元10上的所述避让角度808能够为相邻 的另一个所述电枢绕组单元10的所述变轨部避让出空间，进而防止相邻两个所 述电枢绕组单元10上的所述变轨部之间产生干涉，如图11所示。

可以理解的是，可以通过挤压所述被所述变轨部连接的两个所述走线边部的 外侧边，进而能够形成所述避让角度808。

值得一提的是，多个所述电枢绕组单元10相互拼接后，通过预定的方式与 所述电机主体200连接。本领域的技术人员应理解，上述描述所示的本发明的实 施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明 的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (5)

1.一种电枢绕组单元的制作方法，其特征在于，所述电枢绕组单元的制作方法包括以下步骤：

将至少一股漆包线按照同轴的四边形走线方式，循环地叠绕，以形成四边形的一平面线框，其中四边形的所述平面线框的四个边分别被定义为四个走线边部；所述漆包线的截面形状被实施为非圆形的扁状，其中所述漆包线具有平整的一顶面和平整的一底面，在叠绕时，相邻的两个四边形走向的所述漆包线的顶面和另一个所述漆包线的底面贴合；

沿所述平面线框的对角线弯曲所述平面线框，以使位于所述对角线两侧的走线边部保持至同圆轴的两个圆筒面，以形成所述电枢绕组单元；

拼接多个所述电枢绕组单元，以在同轴的两个圆筒面上分别形成一内走线层和一外走线层；

所述电枢绕组单元的制作方法包括以下步骤：

四个走线边部中任意两个相邻的所述走线边部和另外两个相邻的走线边部，沿着所述四边形的所述平面线框的对角线被相互错层至两个不同的平面，以在四边形状的所述平面线框上形成相对的两个变轨部和使被相互错层至两个不同的平面的所述漆包线分别定为一内走线部和一外走线部；

在拼接时，相邻两个所述电枢绕组单元中一个所述电枢绕组单元的外走线部的内侧和另一个所述电枢绕组单元的外走线部的外侧相互抵接，且该相邻两个所述电枢绕组单元中一个所述电枢绕组单元的所述内走线部的外侧和另一个所述电枢绕组单元的所述内走线部的内侧相互抵接，进而使多个所述电枢绕组单元各自的所述内走线部拼接成所述电枢绕组的所述内走线层，和使多个所述电枢绕组单元各自的所述外走线部拼接成所述电枢绕组的所述外走线层。

2.根据权利要求1所述电枢绕组单元的制作方法，其特征在于，所述变轨部所连接的两个所述走线边部在靠近所述变轨部分别形成一避让角度。

3.根据权利要求1所述电枢绕组单元的制作方法，其特征在于，将所述漆包线按照同轴的四边形走线方式叠绕所述漆包线时，其中每个四边形状漆包线的任意两个边之间的漆包线被实施为弧形。

4.一种电枢绕组，其特征在于，所述电枢绕组通过权利要求1~3任一项所述电枢绕组单元的制作方法制成。

5.一种空心杯电机，其特征在于，所述空心杯电机包括：

电机主体；和

如权利要求4所述电枢绕组，其中所述电枢绕组被安装于所述电机主体。