一种用于小型无槽集中绕组的组装式代齿结构及制备方法

本发明属于电机，具体涉及一种用于小型无槽集中绕组的组装式代齿结构及制备方法。

背景技术：

1、无刷直流电机被广泛应用到航空航天、机器人等各个先进领域中。在外形尺寸要求较为严苛的场合，小型化无槽无刷直流电机的优势越来越明显，但其定子绕组的设计和制作一直是本领域的难点技术之一。实现无槽化主要有两个途径：

2、途径一是：采用类似于空心杯式绕组结构，绕组结构如图1所示；先把绕组整体成型，然后再和定子轭装配成一体，这样的绕组现有技术已经比较成熟，其缺点是不管是斜绕组、菱形绕组还是六角形绕组，由于绕组要完成自支撑，所以绕组在轴向的直边长度都比有效长度小很多(图1中的菱形绕组直边长度甚至是0)，这势必会大大减小绕组的电势系数，降低效率；

3、途径二是：现有无槽电机大多采用的方法，即定子铁心取消齿槽后，仅保留定子轭，然后线圈采用类似于矩形线圈的形式，先在模具上成形，如图2(a)所示；再根据三相绕组的相位关系，依次固定到定子轭的内圆并灌封成型，如图2(b)所示。其优点是充分利用了电机有效长度，缺点是三相绕组端部重叠增大了尺寸，三相绕组的对称精度无法保证，而且绕组和定子轭之间必须要有刚性措施以避免其打滑。

4、由此可见，现有的无槽绕组结构都存在着一定的不足，都不能很好地满足同等条件下电势系数尽量大、绕组端部尽量小、三相对称精度尽量高、绕组和定子轭连接稳固这四个要求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提出一种适用于少槽数的无槽电机的集中绕组绕制方式，通过特殊的代齿设计，实现集中绕组绕线，使无槽电机具有电势系数大、绕组端部小、三相对称精度高、绕组连接稳固的特点，满足高性能特种电机需求。

2、本发明的关键技术一是：采用一种组装式代齿结构，作用类似于传统有齿槽电机的齿，与定子轭配合后，实现单个齿上的集中绕线和绕组在圆周向的精准定位，以及防止绕组打滑的复合功能。

3、本发明的关键技术二是：定子轭和代齿采用一种可靠的配合方式，要同时实现圆周向的精准定位和径向的限位这两个功能，可以采用比较常用的燕尾槽连接或楔榫连接等结构。

4、本发明的关键技术三是：代齿材料必须是非金属的非导磁材料，如塑料(电木、聚四氟乙烯或聚酰亚胺)或碳纤维，以避免出现金属中的涡流效应和导磁材料形成的定位力矩。

5、本发明的关键技术四是：在保证可靠性的前提下，代齿的齿宽要尽量小，以提高绕组的利用率，提升无槽电机的性能。

6、本发明为实现上述目的，采取的技术方案如下：

7、一种用于小型无槽集中绕组的组装式代齿结构，所述集中绕组是在代齿上直接绕线，绕线完成后刷胶或者浸漆，完成定型制得；无槽电机的定子轭的内圆周面加工出若干个轴向通透、圆周向对称分布的定位槽，定位槽为燕尾槽或楔形槽，将带有集中绕组的代齿3一端配合安装在燕尾槽或楔形槽内，代齿采用非金属的非导磁材料。

8、代齿所述一端为与燕尾槽相配合的燕尾形状，或者为与楔形槽相配合的楔形榫形状；代齿的另一端的端面为内凹的圆弧面。

9、所述非金属的非导磁材料为塑料或碳纤维。

10、所述代齿的齿宽为0.8～1.2mm。

11、一种用于小型无槽集中绕组的组装式代齿结构的制备方法，所述方法包括以下步骤：

12、步骤一：定子轭内圆周面加工定位槽；在无槽电机的定子轭内圆周面上加工出若干个轴向通透、圆周向对称分布的定位槽，定位槽为燕尾槽或楔形槽；

13、步骤二：设计和加工代齿；代齿的个数与定位槽的个数相同，代齿一端加工出与燕尾槽或楔形槽相配合的形状，代齿另一端的端面加工出内凹的圆弧面，代齿的轴向长度与定子轭的轴向长度相同；代齿采用非金属的非导磁材料；

14、步骤三：代齿上绕线；先固定好代齿，然后在代齿上靠近两端装配挡片后，在代齿上直接绕线，当缠绕的绕组宽度达到设计要求后，刷胶或者浸漆，定型，完成集中绕组的制备；

15、步骤四：装配与灌封；将带有集中绕组的代齿一端与定子轭的燕尾槽或楔形槽装配，完成接线后，将模具同轴放入定子轭内，模具外圆周面与代齿内凹的圆弧面相贴靠，在集中绕组之间以及集中绕组、模具及代齿围成的空间灌入环氧树脂胶，固化后完成定型。

16、所述非金属的非导磁材料为塑料或碳纤维。

17、所述代齿的齿宽为0.8～1.2mm。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设计了一种组装式代齿结构，通过与定子轭配合，综合实现了无槽电机集中绕组所需要的无齿槽力矩、集中绕线、精准定位、防止打滑等功能，并最大限度地提高了无槽绕组的利用率，确保了电机性能的提升。本发明的组装式代齿结构及制备方法适用于小型无槽电机集中绕组的绕线及组装。

技术特征：

1.一种用于小型无槽集中绕组的组装式代齿结构，其特征在于：所述集中绕组(6)是在代齿(3)上直接绕线，绕线完成后刷胶或者浸漆，完成定型制得；无槽电机的定子轭(1)的内圆周面加工出若干个轴向通透、圆周向对称分布的定位槽，定位槽为燕尾槽(2)或楔形槽，将带有集中绕组(6)的代齿(3)一端配合安装在燕尾槽(2)或楔形槽内，代齿(3)采用非金属的非导磁材料。

2.根据权利要求1所述的一种用于小型无槽集中绕组的组装式代齿结构，其特征在于：代齿(3)所述一端为与燕尾槽(2)相配合的燕尾形状，或者为与楔形槽相配合的楔形榫形状；代齿(3)的另一端的端面为内凹的圆弧面(4)。

3.根据权利要求1所述的一种用于小型无槽集中绕组的组装式代齿结构，其特征在于：所述非金属的非导磁材料为塑料或碳纤维。

4.根据权利要求1所述的一种用于小型无槽集中绕组的组装式代齿结构，其特征在于：所述代齿(3)的齿宽为0.8～1.2mm。

5.一种权利要求1-4中任一权利要求所述的用于小型无槽集中绕组的组装式代齿结构的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述非金属的非导磁材料为塑料或碳纤维。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述代齿(3)的齿宽为0.8～1.2mm。

技术总结一种用于小型无槽集中绕组的组装式代齿结构及制备方法，属于电机领域。在代齿上绕线、刷胶或者浸漆，定型制得集中绕组；无槽电机的定子轭的内圆周面加工出若干个轴向通透、圆周向对称分布的定位槽，定位槽为燕尾槽或楔形槽，将带有集中绕组的代齿一端配合安装在燕尾槽或楔形槽内，代齿采用非金属的非导磁材料。方法包括：定子轭内圆周面加工燕尾槽或楔形槽；步骤二：代齿一端加工出与燕尾槽或楔形槽相配合的形状，另一端的端面加工出内凹的圆弧面，代齿采用非金属的非导磁材料；步骤三：代齿上绕线，刷胶或者浸漆，定型；步骤四：将带有集中绕组的代齿一端与定子轭的燕尾槽或楔形槽装配后，灌入环氧树脂胶，固化定型。本发明用于小型无槽电机中。技术研发人员：李勇,杜雨桐,何纯,魏方睿,胡建辉,赵猛,刘承军,王骞受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29