無鐵芯永磁電機的定子繞組結構及具有該定子繞組結構的電機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電機，尤其是涉及一種無鐵芯永磁電機的定子繞組結構及具有該定子繞組結構的電機。
【背景技術】
[0002]現有的無鐵芯永磁電機主要包括有徑向電機和盤式電機，但是，無論是徑向無鐵芯永磁電機還是盤式無鐵芯永磁電機，電機繞組導線的布線結構無法使磁場最大化利用，功率密度低，體現為電機特性非常軟，所以不能當電機用，通常只能用作風力發電機。同時，電機的空間利用率也較差。
【發明內容】
[0003]本發明提供了一種使得電機功率密度高、空間利用率較好的無鐵芯永磁電機的定子繞組結構；解決現有技術中存在的功率密度低、電機空間利用率較差等的問題。
[0004]本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的:一種無鐵芯永磁電機的定子繞組結構，包括有若干個封閉的環形線圈，其特征在于:所述的環形線圈包括有一對等長的徑向有效段和一對分別設置在徑向有效段同側端部的橫向有效段，兩橫向有效段之間連接有上無效段，兩徑向有效段的另一端連接有下無效段，各環形線圈之間錯開相同夾角且通過各自的上無效段及下無效段分別疊壓形成上疊合部和下疊合部，各環形線圈上的徑向有效段相互之間成平行設置且位于同一圓柱面上，各環形線圈上的橫向有效段高度一致且沿圓周徑向排列分布形成圓環面。通過把環形線圈設置成徑向有效段和橫向有效段的結構，兩橫向有效段之間連接有上無效段，兩徑向有效段的另一端連接有下無效段，環形線圈之間疊壓通過上無效段及下無效段分別疊壓形成上疊合部和下疊合部，各環形線圈上的徑向有效段相互之間成平行設置且位于同一圓柱面上，徑向有效段排列形成相當于徑向無鐵芯永磁電機的定子繞組結構，同時，各環形線圈上的橫向有效段高度一致且沿圓周徑向排列分布形成圓環面，橫向有效段排列形成相當于盤式無鐵芯永磁電機的定子繞組結構，因此，本發明相當于把徑向無鐵芯永磁電機的定子繞組結構與盤式無鐵芯永磁電機的定子繞組結構較好地進行結合，同時，利用各環形線圈的上無效段及下無效段分別進行疊壓，無需骨架來支撐配合，結構簡單，使得電機空間利用率較高。由于本發明同時具有排列成圓柱面的徑向有效段和沿圓周徑向排列分布形成圓環面的橫向有效段，因此，本發明具有更高的功率密度。各環形線圈通過上無效段及下無效段分別疊壓形成上疊合部和下疊合部，因此，與徑向無鐵芯永磁電機的定子繞組和盤式無鐵芯永磁電機的定子繞組簡單組合對比，省去了定子繞組的內外兩個無效端部，因此，本發明的磁場利用率非常高。
[0005]作為優選，各環形線圈上的上無效段位于同一圓柱面上，且兩兩相鄰的環形線圈上的上無效段重疊的弧度為上無效段對應弧度的1/3，各環形線圈上的下無效段位于同一圓柱面上，且兩兩相鄰的環形線圈上的下無效段重疊的弧度為上無效段對應弧度的1/3。環形線圈上的上無效段和下無效段分別位于同一圓柱面上，因此，各環形線圈疊合后形成的上疊合部和下疊合部均為圓柱狀，疊合形成的體積較小，疊合的牢固性較好，同時，兩兩相鄰的環形線圈上的上無效段重疊的弧度為上無效段對應弧度的1/3，有利于橫向有效段在其排列形成的圓環面內呈放射狀均勻分布，大大的確保了繞組整體的一致性，橫向有效段的掃射面積最大化，從而使繞組的滿槽率和產生的電磁場利用率更高，使得電機的功率可根據實際需要精確設計。同理，兩兩相鄰的環形線圈上的下無效段重疊的弧度為上無效段對應弧度的1/3。
[0006]作為優選，所述的上無效段包括有上凸部和上凹部，上凸部和上凹部均為弧線段且兩者呈光滑連接，所述的上凸部和上凹部所對應的弧度為相同且兩者成軸對稱設置。上無效段上設置為弧線段的上凸部和上凹部，且上凸部和上凹部成軸對稱設置，因此，各環形線圈在疊合時，后一個環形線圈的上凸部疊壓在前一個環形線圈的上凹部上，使得兩個環形線圈上的橫向有效段保持在同一高度，整個繞組按此方式依次疊合而成，成型方便，疊合時各環形線圈的上無效段之間不易扭曲錯亂，疊合效果好。
[0007]作為優選，所述的下無效段包括有下凸部和下凹部，下凸部和下凹部均為弧線段且兩者呈光滑連接，所述的下凸部和下凹部所對應的弧度為相同且兩者成軸對稱設置。下無效段的結構設置與上無效段的結構設置同理。
[0008]作為優選，環形線圈上的橫向有效段為向徑向有效段的外側延伸設置。橫向有效段相對徑向有效段向外延伸設置，有利于散熱，制成定子后，散熱效果較好。
[0009]作為優選，環形線圈上的橫向有效段為向徑向有效段的內側延伸設置。制成的繞組結構占用空間小，有利于縮小定子的體積。
[0010]作為優選，所述的橫向有效段為直線段，且橫向有效段與徑向有效段相互垂直設置。橫向有效段設置為直線段，產生的磁場利用率最高，且當各環形線圈疊合后，橫向有效段在其排列形成的圓環面內均勻分布，橫向有效段產生的磁場到達兩側轉子時強度均為相同，實現橫向有效段的掃射面積最大化，從而使橫向有效段的滿槽率和產生的電磁場利用率更高，大大提高了電機的效率，減少了電機定子的發熱量，進一步提高的電機的使用壽命，橫向有效段與徑向有效段相互垂直設置，使得橫向有效段和徑向有效段產生的磁場得到最大程度地利用。
[0011]作為優選，所述的上疊合部、下疊合部的高度分別是橫向有效段厚度的三倍或三倍以上。由于每個環形線圈的上無效段上都疊壓有2個其他環形線圈的上無效段，因此，把上疊合部的高度設置成橫向有效段厚度的三倍或三倍以上，使得各環形線圈的上無效段在疊壓時不易被壓壞，提高產品合格率；同理，下疊合部的高度也設置為橫向有效段厚度的三倍或三倍以上。
[0012]作為優選，所述的上無效段包括有第一上無效段和第二上無效段，第一上無效段和第二上無效段分別為上凸和下凹的圓弧段，第二上無效段上凸的高度與第一上無效段下凹的深度相同。
[0013]本發明還提供了一種無鐵芯永磁電機，包括有定子和轉子，所述的定子包括有定子繞組，其特征在于:所述的定子繞組為上述的無鐵芯永磁電機的定子繞組結構。由于上述的定子繞組結構具有上述的技術效果，具有該定子繞組結構的無鐵芯永磁電機也具有相同的技術效果，制成的電機體積小，功率大。
[0014]因此，本發明相比現有技術具有以下特點:1.通過把徑向無鐵芯永磁電機的定子繞組結構與盤式無鐵芯永磁電機的定子繞組結構較好地進行結合，利用各環形線圈的上無效段及下無效段分別進行疊壓，無需骨架來支撐配合，結構簡單，電機空間利用率較高；
2.由于同時具有排列成圓柱面的徑向有效段和沿圓周徑向排列分布形成圓環面的橫向有效段，具有更高的功率密度；3.各環形線圈通過上無效段及下無效段分別疊壓形成上疊合部和下疊合部，與徑向無鐵芯永磁電機的定子繞組和盤式無鐵芯永磁電機的定子繞組簡單組合對比，省去了定子繞組的內外兩個無效端部，磁場利用率非常高。
【附圖說明】
[0015]附圖1是實施例1的結構示意圖；
附圖2是實施例1的主視圖；
附圖3是實施例1的俯視圖；
附圖4是實施例1中三個環形線圈依次疊合的結構示意圖；
附圖5是實施例1與定子配合使用的結構示意圖；
附圖6是實施例2的結構示意圖；
附圖7是實施例2的主視圖；
附圖8是實施例2的俯視圖；
附圖9是實施例2中三個環形線圈依次疊合的結構示意圖；
附圖10是實施例2與定子配合使用的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面通過實施例，并結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。
[0017]實施例1:見圖1、圖2、圖3、圖4、圖5，一種無鐵芯永磁電機的定子繞組結構，包括有12個封閉的環形線圈1，當然在實際應用時，電機的接入端通常為三相的，因此，環形線圈個數不一定是12個，只需是3的倍數即可。環形線圈I包括有一對等長的徑向有效段11和一對分別設置在徑向有效段同側端部的橫向有效段12，兩橫向有效段12之間連接有上無效段13，當然，上無效段13與兩橫向有效段12之間可以是直接相連，也可以是間接相連，例如在橫向有效段12的端部連接設置一段與徑向有效段11成平行設置的直線段，上無效段13連接在該直線段的另一端部。兩徑向有效段11的另一端連接有下無效段14，同理，下無效段14與徑向有效段11可以是直接相連，也可以間接相連，例如是在徑向有效段11的下端部設置一段與橫向有效段12平行的直線段，再通過下無效段14進行相連。環形線圈I由導線整體繞制而成，再通過擠壓工裝擠壓成上述形狀，因此，環形線圈I的截面形狀大小均為相同。各環形線圈I之間錯開相同夾角且通過各自的上無效段13及下無效段14分別疊壓形成上疊合部2和下疊合部3，各環形線圈I上的徑向有效段11相互之間成平行設置且位于同一圓柱面上，各環形線圈I上的橫向有效段12高度一致且沿圓周徑向排列分布形成圓環面。通過把環形線圈設置成徑向有效段和橫向有效段的結構，兩橫向有效段之間連接有上無效段，兩徑向有效段的另一端連接有下無效段，環形線圈之間疊壓通過上無效段及下無效段分別疊壓形成上疊合部和下疊合部，各環形線圈上的徑向有效段相互之間成平行設置且位于同一圓柱面上，徑向有