CN214177007U - 一种电机及其盘式绕组组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电机及其盘式绕组组件，盘式绕组组件包括绕组本体以及一体注塑成型于所述绕组本体内的绕组，所述绕组包括呈环形、同轴嵌套设置的多圈绕组线圈，多圈所述绕组线圈之间相互独立，且分别均具有独立的接线端子。本实用新型，各圏绕组线圈均具有独立的接线端子，构成独立的绕组，能够更有效地利用空间，增大了绕组线圈的面积，提高了电机效率；各圏绕组均可单独接线，作为功率不同的电机使用，也可以作为不同转速的电机使用，从原理上改变了现有的绕组线圈只能作为一个电机使用的常规设计。另外，同一个绕组组件上的不同绕组，可以一个电机作为电动机使用时，另一个作为发电机使用，大大提升了电机功能的多样性。

Description

一种电机及其盘式绕组组件

技术领域

本实用新型涉及发电机技术领域，具体涉及一种电机及其盘式绕组组件。

背景技术

现有的电机，一般为包含一组定子和两个位于定子两侧的转子的单盘电机，或者是由几个单盘串联组合成的多层电机。这种多层电机其中的各个单盘独立工作，对永久磁铁的利用率较低，电机效率较低。

为了提高电能与机械能的转化效率，中国实用新型专利CN205141955 U公开了一种无铁芯多层电机，包括：输出转轴、前端盖、后端盖、环形壁、两个外侧转子磁铁盘、至少两个无铁芯定子、法兰盘、压盘、轴承、无铁芯定子位于两个外侧转子磁铁盘之间并与环形壁固定连接，相邻两个无铁芯定子之间设有一个中间转子磁铁盘，每个中间转子磁铁盘包括一对由非导磁材料制成的转子盘，转子盘在圆周方向均布有若干个径向截面为等腰梯形的通孔，每对转子盘组装后相对的两通孔形成一个卡固空腔，每个卡固空腔处卡设有一中间永久磁铁，转子盘夹设于法兰盘和压盘之间并通过螺栓固定连接，外侧转子盘和法兰盘与输出转轴之间通过平键连接。但是，该方案中绕组利用率低，导致磁通量低，转化率低，电机效率低。

有鉴于此，急需对现有的电机的结构进行改进，以提升绕组利用率，提高电机效率。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是现有的电机绕组利用率低，导致磁通量低，转化率低，电机效率低的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是提供一种盘式绕组组件，包括绕组本体，还包括一体注塑成型于所述绕组本体内的绕组，所述绕组包括呈环形、同轴嵌套设置的多圈绕组线圈，多圈所述绕组线圈之间相互独立，且分别均具有独立的接线端子。

在上述盘式绕组组件中，所述接线端子分别由所述绕组本体的中心轴孔穿出。

在上述盘式绕组组件中，所述绕组线圈由多个扇形的绕组单元串联而成，多个所述绕组单元间隔布置成环形，相邻的两圈所述绕组线圈中，位于外圈的所述绕组单元的数量多于位于内圈的所述绕组单元的数量。

在上述盘式绕组组件中，所述绕组线圈由多个扇形的绕组单元串联而成，多个所述绕组单元间隔布置成环形，相邻的两圈所述绕组中，位于外圈的所述绕组单元的扇形圆心角大于位于内圈的所述绕组单元的扇形圆心角。

本实用新型还提供了一种电机，包括电机轴和设置在所述电机轴上的电机壳体，还包括上述的盘式绕组组件，所述盘式绕组组件至少一为个，固定在所述电机轴上，所述电机壳体内设有与所述绕组组件上的多圈所述绕组线圈相匹配的多圈磁钢。

在上述电机中，所述电机轴固定，所述电机壳体围绕所述电机轴转动；或者，

所述电机壳体固定，所述电机轴转动；

或者所述电机轴和所述电机壳体各自转动，且转动方向相反。

在上述电机中，所述电机壳体由上端盖和下端盖扣合而成，与各圏所述绕组线圈对应的多圈所述磁钢包括第一磁钢，分别设置在所述上端盖和下端盖上。

在上述电机中，所述电机壳体内设有一个所述绕组组件。

在上述电机中，所述电机壳体内设有两个或两个以上的所述绕组组件，各所述绕组组件间隔设置，且邻的两个所述绕组组件之间设有磁钢盘，所述磁钢盘与所述电机壳体固定，且设有与各圏所述绕组线圈相匹配的多圈第二磁钢。

在上述电机中，还包括磁悬浮装置，所述磁悬浮装置包括：

上壳体，其下表面上固定设有第一磁铁，所述上壳体与所述电机壳体固定；

下壳体，固定在所述电机轴上，所述下壳体的上表面固定设有第二磁铁，所述第一磁铁与所述第二磁铁同极相对设置。

与现有技术相比，本实用新型中，各圏绕组线圈均具有独立的接线端子，构成独立的绕组，能够更有效地利用空间，增大了绕组线圈的面积，提高了电机效率；各圏绕组均可单独接线，作为功率不同的电机使用，也可以作为不同转速的电机使用，从原理上改变了现有的绕组线圈只能作为一个电机使用的常规设计。另外，同一个绕组组件上的不同绕组，可以一个电机作为电动机使用时，另一个作为发电机使用，大大提升了电机功能的多样性。

附图说明

图1为具体实施例1所示的电机的示意图；

图2为具体实施例1中的电机组件示意图；

图3为具体实施例1中的上端盖示意图；

图4为具体实施例1中的绕组组件外形图；

图5为图4所示绕组组件的剖面图；

图6为图4所示绕组组件中的绕组线圈示意图；

图7为传统的绕组组件中绕组线圈的布置示意图；

图8为本实用新型具体实施例1中的绕组组件中绕组线圈的布置示意图；

图9为本实用新型具体实施例2中的绕组组件的示意图；

图10为图11所示的绕组组件的剖面图；

图11为本实用新型具体实施例2提供的电机示意图；

图12本实用新型中磁钢盘的示意图；

图13为图12所示的磁钢盘的剖面图；

图14为图11中的A部放大图；

图15为图1中的B部放大图；

图16为本实用新型具体实施例3的结构示意图；

图17为本实用新型具体实施例3的结构示意图；

图18为本实用新型具体实施例3的结构示意图。

图1-图18中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

电机轴100，电机座200，底座300，紧固螺钉400，弹性垫500，筋板 600；

上端盖101，下端盖102，第一内圈磁钢103，第一外圈磁钢104，

内圈绕组111，外圈绕组112，中间绕组113，内圈接线端子114，外圈接线端子115，环形凸缘116，轴向固定孔117，绕组紧固螺栓118，环形轴肩119，

第一绕组单元121，第二绕组单元122，

磁钢盘本体131，第二内圈磁钢132，第二外圈磁钢133，通孔134，

外套筒140，内套筒150，定位环160，螺栓170，

第一绕组组件161，第二绕组组件162，第三绕组组件163，第一绕组紧固螺栓164，第二绕组紧固螺栓165，

第一轴承181，第二轴承182，

上壳体501，下壳体502，第一磁铁503，第二磁铁504，固定套505，螺栓506；

集电环装置600，导线610。

具体实施方式

本实用新型提供了一种电机及其盘式绕组组件，提升了绕组线圈的利用率，提高了电机的效率。下面结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型做出详细说明。

如图1、图11所示，本实用新型提供的电机包括电机轴100和设置在电机轴100上的电机组件。

电机组件包括由上端盖101和下端盖102扣合而成的电机壳体，以及设置在电机壳体的内腔中的一个或多个绕组组件，绕组组件固定在电机轴 100上，构成了电机的定子。电机壳体上固定设有与绕组组件相匹配的磁钢，电机壳体由外部的驱动装置驱动，进而带动磁钢转动，构成电机的转子，围绕定子转动。

在一个实施例中，电机轴100固定，构成了电机的定子。电机壳体由外部的驱动装置驱动，带动磁钢相对于绕组组件转动，构成电机的转子。

在另一个实施例中，电机壳体固定，构成了电机的定子。电机轴100 由外部的驱动装置驱动，带动绕组组件相对于磁钢转动，构成电机的转子。

在另一个实施例中，电机轴100和电机壳体分别由不同的驱动装置驱动，磁钢与绕组组件之间产生相对转动，构成双转子电机，如图15-17所示。

在本实用新型中，绕组组件采用的是注塑成型结构，由布置成环形、同轴嵌套设置的多圈(多层)绕组线圈一体注塑在绕组本体中成型，各圏绕组线圈均具有独立的接线端子，构成相互独立的绕组线圈。其中，每一圈的绕组线圈均由多个扇形的绕组单元串联而成，多个绕组单元间隔布置成环形，且相邻的两圈绕组线圈中，位于外圈的绕组单元的扇形圆心角大于位于内圈的绕组单元的扇形圆心角，或者位于外圈的绕组单元的数量大于位于内圈的绕组单元的数量。

具体实施例1。

该具体实施例1为电机壳体内仅设有一个绕组组件的结构形式。

请参见图1-图6，图1为具体实施例1所示的电机的示意图，图2为具体实施例1中的电机组件示意图，图3为具体实施例1中的上端盖示意图，图4为具体实施例1中的绕组组件外形图，图5为图4所示绕组组件的剖面图，图6为图4所示绕组组件中的绕组线圈示意图。

如图1所示，本实用新型具体实施例1提供的电机，包括设置在电机轴100上的电机组件，电机组件包括由上端盖101和下端盖102扣合而成的电机壳体，以及设置在电机壳体的内腔中的一个绕组组件，绕组组件固定在电机轴100上。上端盖101和下端盖102上分别设置有与绕组组件相匹配的第一磁钢。

如图2-图6所示，电机壳体由上端盖101和下端盖102相对扣合而成，绕组组件由内圈绕组111和外圈绕组112两圈绕组线圈同轴环绕而成，内圈绕组111与外圈绕组112之间间隔设置，相互独立，分别具有内圈接线端子 114和外圈接线端子115。

内圈绕组111由多个扇形状的第一绕组单元121依次串联而成，多个第一绕组单元121间隔布置成环形，外圈绕组112由多个扇形状的第二绕组单元122依次串联而成，多个第二绕组单元122也间隔布置成环形。

在本具体实施例中，第二绕组单元122的数量多于第一绕组单元121 的数量，由此，绕组本体的外圈空间得以充分地利用。

除此之外，也可以是第二绕组单元122的数量与第一绕组单元121的数量相同，但第二绕组单元122的扇形圆心角大于第一绕组单元121的扇形圆心角，同样也可以充分地利用绕组本体的外圈空间。

与此对应的，第一磁钢包括第一内圈磁钢103和第一外圈磁钢104，分别固定设置在上端盖101和下端盖102上。以图3所示的上端盖为例，第一内圈磁钢103和第一外圈磁钢104分别设置在上端盖101的下表面上，第一外圈磁钢104的数量多于第一内圈磁钢103。

由此，内圈绕组111与第一内圈磁钢103构成了内圈电机，外圈绕组 112与第一外圈磁钢104构成了外圈电机，内圈电机和外圈电机是相互独立的两个独立电机。从原理上改变了现有的绕组线圈只能作为一个电机使用的常规设计。

电机轴100上设有环形轴肩119，环形轴肩119上设有多个轴向设置的螺纹孔，螺纹孔呈环形布置，绕组组件的轴孔一端设有环形凸缘116，环形凸缘116上设有多个轴向固定孔117，轴向固定孔117与螺纹孔对应设置。绕组组件套设在电机轴100上，环形凸缘116的内端面抵靠在环形轴肩119 上，然后通过绕组紧固螺栓118穿过环形凸缘116上的轴向固定孔117固定在环形轴肩119上的螺纹孔内，从而将绕组组件固定在电机轴100上的环形轴肩119上。

请参见图7和图8，图7为传统绕组形式，图8为本实用新型中的绕组形式，其中阴影线部分为绕组线圈。

在图7所示的传统绕组形式中，虚线为参考线，鉴于多极绕组的特点，针对于在扇形区域内沿扇形边框绕制的绕组线圈，其内圈S1部分通常是无法用到的，因此，线圈只会绕制在S2部分，S1部分被浪费了。而如图8 所示的本实用新型提供的绕组，内圈S1部分可以设计成扇形角较小的另一个独立的线圈，因此，内圈S1部分得以利用，绕组线圈所占的面积为S1+S3。通过对比可知，本实用新型提供的方案，能够更充分地利用绕组本体的内圈空间，增大了绕组线圈的面积。因此，本实用新型提供的绕组组件，增大了磁通量，提高了效率。

绕组线圈的布置，可以根据绕组直径、线圈圏数等进行选择。

在该实施例中,内圈电机与外圈电机可单独接线，作为功率不同的电机使用，也可以作为不同转速的电机使用；另外，在一个电机作为电动机使用时，另一个还可以作为发电机使用，大大提升了电机功能的多样性。

具体实施例2。

本具体实施例2是对具体实施例1中的绕组组件做出的进一步改进，如图9、10所示，绕组线圈由内、外两圈增加为了三圈，即在内圈绕组111 和外圈绕组112之间增设了中间绕组113。内圈绕组111和外圈绕组112之间增设了中间绕组113相互独立，且分别具有独立的接线端子。

在本实用新型中，绕组组件采用了内绕组的结构形式，内圈绕组111 的内圈接线端子114和外圈绕组112的外圈接线端子115均由绕组组件的轴孔穿出，如图4、图5、图6所示。

具体实施例3。

本具体实施例3在具体实施例1的基础上所做出的改进设计，如图11 所示，该具体实施例3中，电机壳体内设有第一、第二和第三，三个上述结构的绕组组件161、162和163。

第一、第二和第三绕组组件161、162和163间隔设置，相邻的两个绕组组件之间设置有磁钢盘130。如图12、图13所示，磁钢盘130为注塑成型结构，包括磁钢盘本体131和注塑在磁钢盘本体131上的第二磁钢，第二磁钢包括第二内圈磁钢132和第二外圈磁钢133，第二内圈磁钢132和第二外圈磁钢133分别与绕组组件上的内圈绕组111和外圈绕组112对应设置。

磁钢盘130的外缘处沿其周向均布设有多个通孔134，上端盖101和下端盖102的外缘上也分别设有与通孔134对应的通孔，相邻的磁钢盘之间以及磁钢盘与上端盖101、磁钢盘与下端盖102之间分别设有外套筒140，通过螺栓150将上端盖101、外套筒140、磁钢盘130和下端盖102固定在一起，形成电机壳体。

下面以图14所示说明本实用新型中三个绕组组件的组装过程。

如图14所示，电机轴100上设有环形轴肩119，环形轴肩119上设有多个轴向设置的螺纹通孔，第一绕组组件161自上而下套设在电机轴100 上，且环形凸缘116的下端面抵靠在环形轴肩119的上台阶面上，然后通过第一绕组紧固螺栓164穿过环形凸缘116上的轴向固定孔117固定在环形轴肩119上的螺纹通孔内，从而将第一绕组组件固定在电机轴100上的环形轴肩119上的上方。

第二绕组组件162自下而上套设在电机轴100上，且环形凸缘116的上端面抵靠在环形轴肩119的下台阶面上，第一绕组组件161和第二绕组组件162之间设有内套筒150，内套筒150套设在环形轴肩119上，内套筒 150的厚度大于磁钢盘有厚度，以保证第一绕组组件161和第二绕组组件 162之间的间隙，可以使磁钢盘灵活转动。

第二绕组组件162的下方设有定位环160，定位环160套设在电机轴 100上，且位于环形轴肩119的下方。定位环160上设有与绕组组件上的轴向固定孔117对应的定位环通孔。

第三绕组组件163设置在定位环160的下方，通过第二绕组紧固螺栓 165依次穿过第三绕组组件163的环形凸缘、定位环、第二绕组组件的环形凸缘固定在环形轴肩119上的螺纹通孔内，从而将第二、第三绕组组件固定在电机轴100上的环形轴肩119的下方。

本具体实施例中，定位环设置在环形轴肩119的下方，显然也可以将其设置在上方。

并且，可以通过增加定位环数量的方式，组装更多的绕组组件。

以上具体实施例，以立式结构的电机的具体实施例为例进行说明，但是本实用新型方案并不局限于立式结构的电机，同样也适用于卧式结构的电机。

具体实施例4。

本具体实施例4是在具体实施例1和3的基础上所做出的进一步改进，在电机座200的轴座上设置了磁悬浮装置，用以减轻电机组件的压力，提高电机效率。该方案适用于立式电机结构。

如图1、图11所示，电机轴100竖直插入到电机座200的上部轴座的轴孔内，并通过紧固螺钉400与电机座200的上部轴座径向固定，以此构成了立式结构的电机。

磁悬浮装置由上壳体501和下壳体502组成，上壳体501的下表面上固定设有第一磁铁503，下壳体502的上表面固定设有第二磁铁504，第一磁铁503与第二磁铁504均为环形，且同极相对设置。

如图15所示，上壳体501与电机壳体的下端盖102固定，跟随电机壳体的下端盖102一起转动。上壳体501的底面上设有环形凸台，第一磁铁 503设置在环形凸台的内部，环形凸台的外圈套设有一个环形的固定套505，并通过螺栓506将固定套505与上壳体501固定为一体。下壳体502固定在电机座200的上部轴座的外圆周面上，下壳体502的外圆周面与固定套 505的内壁之间设有间隙，以使得上壳体501与下壳体502之间可以进行转动。

上壳体501与下壳体502配合形成磁悬浮的结构，根据磁铁同极相斥的原理，下壳体502对上壳体501有一个向上的推力的作用，作用于下端盖102上，减小了下端盖102对电机座200的压力，使得上端盖101和下端盖102的转动更加流畅，减少了摩擦，间接地提高了电机壳体的转速，提升了电机效率，具有能源利用率高、电机稳定系数大的特点。

此磁悬浮结构，上壳体501与电机壳体的下端盖102固定，下壳体502 与电机座200固定，对于电机壳体转动的形式，上壳体501随电机壳体一起转动，下壳体502与电机轴100保持固定；对于电机轴转动的形式，上壳体501与电机壳体保持固定，下壳体502随电机轴100一起转动。

下壳体502与电机座200的轴座采用螺纹连接，能够方便地调整上下位置，近而调整磁悬浮力的大小，位置调整合适后，再通过紧定螺栓将上壳体501和下壳体502分别与电机座200的轴座固定。

在本实用新型中，优选地，上端盖101与电机轴100之间设置有第一轴承181，下端盖102与电机轴100之间设置有第二轴承182。通过第一轴承181和第二轴承182支撑上端盖101和下端盖102，有效地减少摩擦，减少机械能的损失，提升电机效率。其中，第一轴承181可以是圆锥滚子轴承，第二轴承182可以是深沟球轴承。

在本实用新型的一个实施例中，优选地，电机座200上设置有若干筋板600，以有利于加强电机座200的稳定性，提升电机整体稳定性与可靠性。其中，筋板600数量可以为6块，均匀间隔设置。

在本实用新型的一个实施例中，优选地，电机座200的下方设置有底座300，电机座200固定于底座300上，底座300与电机座200之间设置有弹性垫500，以减少电机工作时产生的震动，提升电机整体的稳定性。

在本实用新型的一个实施例中，优选地，电机轴100为空心结构，能够减轻重量，提升电机效率。

具体实施例5、6、7。

本具体实施例5、6、7提供的方案，绕组组件和电机壳体可以分别由不同的驱动装置驱动其相对转动，构成双转子电机，如图15-17所示。

其中，图16示出了具有一个组组件161的双转子电机。

图17示出了具有第一绕组组件161和第二绕组组件162两个绕组组件的双转子电机。

图18示出了具有第一绕组组件161、第二绕组组件162和第三绕组组件163三个绕组组件的双转子电机。

以上三种结构形式，应用于绕组组件和电机轴分别由不同的驱动装置驱动的双转子电机，其中绕组件件和电机轴和转动方向相反。

电机座200的外圆周面上设有集电环装置600，绕组组件的接线端子通过导线610与集电环装置600连接。

图16-18所示的双转子电机，同样可以配置图1或图11中的磁悬浮装置。图1、图11所示的单转子电机同样可以配置图16-18中的集电环装置。

综合以上具体实施例的描述，与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

首先，绕组组件由径向同轴嵌套设置的多层(多圈)布置成环形的绕组线圈一体注塑成型，各圏绕组线圈均具有独立的接线端子，构成独立的绕组。能够更有效地利用空间，增大了绕组线圈的面积，提高了电机效率。

其次，各圏绕组均可单独接线，作为功率不同的电机使用，也可以作为不同转速的电机使用，从原理上改变了现有的绕组线圈只能作为一个电机使用的常规设计。

第三，同一个绕组组件上的不同绕组，可以一个电机作为电动机使用时，另一个作为发电机使用，大大提升了电机功能的多样性。

第四，电机壳体的下方设置有磁悬浮装置，能够减轻电机组件的压力，提高电机效率。

第五，采用合理的结构实现多个绕组组件的组装，结构简单，组装方便。

在本实用新型中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实用新型并不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本实用新型的启示下做出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种盘式绕组组件，包括绕组本体，其特征在于，还包括一体注塑成型于所述绕组本体内的绕组，所述绕组包括呈环形、同轴嵌套设置的多圈绕组线圈，多圈所述绕组线圈之间相互独立，且分别均具有独立的接线端子。

2.根据权利要求1所述的盘式绕组组件，其特征在于，所述接线端子分别由所述绕组本体的中心轴孔穿出。

3.根据权利要求1所述的盘式绕组组件，其特征在于，所述绕组线圈由多个扇形的绕组单元串联而成，多个所述绕组单元间隔布置成环形，相邻的两圈所述绕组线圈中，位于外圈的所述绕组单元的数量多于位于内圈的所述绕组单元的数量。

4.根据权利要求1所述的盘式绕组组件，其特征在于，所述绕组线圈由多个扇形的绕组单元串联而成，多个所述绕组单元间隔布置成环形，相邻的两圈所述绕组中，位于外圈的所述绕组单元的扇形圆心角大于位于内圈的所述绕组单元的扇形圆心角。

5.一种电机，包括电机轴和设置在所述电机轴上的电机壳体，其特征在于，还包括如权利要求1-4项任一项所述的盘式绕组组件，所述盘式绕组组件至少一为个，固定在所述电机轴上，所述电机壳体内设有与所述绕组组件上的多圈所述绕组线圈相匹配的多圈磁钢。

6.根据权利要求5所述的电机，其特征在于，

所述电机轴固定，所述电机壳体围绕所述电机轴转动；或者，

所述电机壳体固定，所述电机轴转动；

或者所述电机轴和所述电机壳体各自转动，且转动方向相反。

7.根据权利要求5所述的电机，其特征在于，所述电机壳体由上端盖和下端盖扣合而成，与各圏所述绕组线圈对应的多圈所述磁钢包括第一磁钢，分别设置在所述上端盖和下端盖上。

8.根据权利要求7所述的电机，其特征在于，所述电机壳体内设有一个所述绕组组件。

9.根据权利要求7所述的电机，其特征在于，所述电机壳体内设有两个或两个以上的所述绕组组件，各所述绕组组件间隔设置，且邻的两个所述绕组组件之间设有磁钢盘，所述磁钢盘与所述电机壳体固定，且设有与各圏所述绕组线圈相匹配的多圈第二磁钢。

10.根据权利要求5所述的电机，其特征在于，还包括磁悬浮装置，所述磁悬浮装置包括：

上壳体，其下表面上固定设有第一磁铁，所述上壳体与所述电机壳体固定；

下壳体，固定在所述电机轴上，所述下壳体的上表面固定设有第二磁铁，所述第一磁铁与所述第二磁铁同极相对设置。

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