用于电机的电机绕组设计

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年11月29日提交的申请号为62/772,934的美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及诸如电动工具的工具，并且更具体地涉及包括电机的电动工具，该电机具有缠绕在定子上的绕组。

背景技术

诸如电动工具的工具可以包括电机，该电机具有定子以产生磁场。定子可以包括缠绕在槽中以形成线圈的绕组，以及将线圈电连接到电源的端子。

发明内容

在一种构造中，一种电机包括定子组件，该定子组件具有：叠片组，印刷电路板组件(PCBA)，以及多个绕组。PCBA在定子组件的第一轴向端处联接到叠片组。绕组围绕叠片组缠绕以形成线圈。每个绕组都包括跨接线部，跨接线部围绕定子组件的圆周的一部分延伸，以连接相对的线圈对。跨接线部位于定子组件的第二轴向端，第二轴向端与第一轴向端相对。

在另一种构造中，一种电机包括定子组件，该定子组件包括：具有外表面的叠片组，印刷电路板组件(PCBA)，围绕叠片组缠绕以形成线圈的多个绕组，以及联接到叠片组的外表面的端子。PCBA在定子组件的第一轴向端处联接到叠片组。每个绕组都包括跨接线部，跨接线部位于定子组件的与第一轴向端相对的第二轴向端处。跨接线部围绕定子组件的圆周的一部分延伸，以连接相对的线圈对。每个端子在第一轴向端和第二轴向端之间纵向地延伸以将跨接线部电连接到PCBA。

在另一种构造中，一种电机包括定子组件，该定子组件包括：具有外表面的叠片组，围绕叠片组缠绕以形成线圈的多个绕组，以及联接到叠片组的外表面的端子。每个绕组都包括跨接线部，跨接线部围绕定子组件的圆周的一部分延伸，以连接相对的线圈对。端子在叠片组的相对的第一和第二轴向端之间从被配置为电连接到电源的连接部纵向地延伸到被配置为电连接到跨接线部中的至少一个的柄。

通过考虑以下详细描述和附图，本申请的其他特征和方面将变得显而易见。

图1是根据本发明一个实施例的电机的前视图。

图2是图1的电机的定子组件的示意性剖视图。

图3是现有技术的绕组配置的示意图。

图4是图1的电机的绕组配置的示意图。

图5是图1的电机的一部分的详细视图。

图6是图1的电机的一部分的另一详细视图。

图7是图4的绕组配置的示意图。

图8是根据本发明另一实施例的电机的前视图。

在详细解释本申请的任何实施例之前，应当理解，本申请的应用不限于在以下描述中阐述或在附图中示出的构造细节和部件布置。本申请能够具有其他实施例，并且能够以多种方式实践或实施。

图1、图2和图4至图7示出了电机100，其可用于多种不同的工具，例如电动工具(例如电锤、套丝机、切割工具等)、户外工具(例如修剪机、杆锯、鼓风机等)，以及其他电气设备(例如机动设备等)。

电机100被配置为无刷直流电机。在一些实施例中，电机100可以从机载电源(例如，电池，未示出)接收电力。电池可以包括多种不同标称电压中的任何一种(例如，12V、18V等)，并且可以被配置为具有多种不同化学物质中的任何一种(例如，锂离子、镍-镉等)。可替代地，电机100可以通过电源线由远程电源(例如，家用电源插座)供电。电机100包括可操作以产生磁场的大体圆柱形的定子组件102，以及被支撑为相对于定子组件102旋转的转子组件(未示出)。

定子组件102包括叠片组106，其由沿旋转轴线108堆叠的多个叠片形成。在所示的实施例中，六个定子齿TT1、TT2(图2)从叠片组106的环形轭110沿大体径向的方向向内延伸。成对的相邻齿TT1、TT2在它们之间形成槽S1、S2。尽管所示的实施例的定子组件102包括环形轭110，但是在其他实施例(未示出)中，轭可以形成为其他非圆形形状(例如方形、六边形等)。

绕组W(图1)穿过槽S1、S2(图2)布线并且围绕相应的齿TT1、TT2缠绕以形成线圈C1、C2、C3、C4、C5和C6(图7)。绕组W电连接到端子T(图1)(例如，通过直接接触)，而端子T又电连接到印刷电路板组件(PCBA)112(例如，霍尔效应传感器板)，其通过端子T选择性地向线圈C1至C6提供电流。

在如图3所示的一些现有技术设计中，绕组以串联配置布线，其中单个绕组W从第一端子延伸到第一齿并形成第一线圈，然后从第一线圈延伸到第二相对的齿并形成第二线圈，并且然后再从第二线圈延伸到第二端子并且与其附接。在图1、图2和图4至图7所示的电机100中，绕组W被配置为处于并联三角形配置(parallel delta configuration)(图4)。具体地，每个单独的绕组W分别在电性地相反的线圈对C1-C4、C2-C5和C3-C6之间延伸(图4)。相对的线圈对中的每对C1-C4、C2-C5和C3-C6并联连接在相应的端子T之间。

由于C1-C4、C2-C5和C3-C6中的每对的线圈被定位成彼此相对，因此绕组W的一些部分围绕定子组件102的圆周延伸，以连接C1-C4、C2-C5和C3-C6中的每对的线圈。绕组W的这些部分在本文中被称为跨接线(crossover)114(图1)。在所示的实施例中，跨接线114沿电机100的风扇侧116布线，并且PCBA112在电机100的板侧118处联接到电机100，板侧118与风扇侧116相对。在所示的实施例中，端子T在板侧118处联接到定子组件102,与跨接线114相对。在一些实施例中，电机100还包括由转子组件(未示出)转动的风扇(未示出)，并且该风扇位于风扇侧116附近。

每个端子T都包括钩部或柄(tang)120(图5)，并且绕组W围绕柄120缠绕,以形成在绕组W和端子T之间的电连接。这允许利用针式绕线器(needle winder)自动地实施该绕组配置。该绕组配置还允许针式绕线器一次绕三个线圈C1-C6，这可以提高绕线过程的产量。参考图5，柄120沿径向方向从定子组件102向外延伸，并且绕组W的环形引线122可围绕柄120缠绕，以形成在绕组W和端子T之间的电连接。在一些实施例中，除了柄120外，另一柄120'可以沿圆周方向远离端子T延伸，如图6所示。

绕组W可以包括第一绕组W1、第二绕组W2和第三绕组W3，其每个都以图7所示的配置围绕定子组件102缠绕。同样地，端子T可以包括第一端子T1、第二端子T2和第三端子T3。绕组W1、W2和W3中的每一个都包括相应的起始引线124和相应的结束引线126，其每个都连接到相应的端子T1、T2或T3。

例如，如图7所示，第一绕组W1从在第二端子T2处的起始引线124开始，纵向地穿过槽S1，并围绕定子组件102缠绕以形成第一线圈C1。第一绕组W1在风扇侧116离开第一线圈C1并且围绕定子组件102的圆周(经由跨接线114)朝向第四线圈C4的位置延伸。第一绕组W1然后纵向地延伸穿过与第四线圈C4相邻的槽S1以形成围绕第一端子T1的柄120(图5)的环形引线122，从而将第一绕组W1电连接到第一端子T1。然后，第一绕组W1逆转方向，沿纵向方向返回穿过槽S1，并围绕定子组件102缠绕以形成第四线圈C4。第一绕组W1在风扇侧116离开第四线圈C4，并且围绕定子组件102的圆周(经由跨接线114)朝向第一线圈C1返回。然后，第一绕组W1纵向地穿过与第一线圈C1相邻的槽S1，并终止于结束引线126，结束引线126连接到端子T2。这样，第一圈C1和第四线圈C4并联连接在第一端子T1和第二端子T2之间。如图7所示，第二绕组W2和第三绕组W3以类似于关于W1所描述的配置的方式缠绕。

继续参考图7，绕组W1、W2和W3中的每个的起始和结束引线124、126和环形引线122都纵向地在风扇侧116和板侧118之间穿过槽S1。因此，槽S1中的每个比槽S2中的每个包含更多的导体。为了适应这些额外的导体，叠片组106被配置为使得槽S1的面积大于槽S2，如将在下面进一步详细讨论的。槽S1较大的面积有助于避免在定子组件102中不均匀的槽填充(uneven slot fill)。

参考图2，叠片组106的每个齿TT1、TT2都包括冠部128和主体部130，主体部130将冠部128连接到轭110。冠部128在圆周方向上彼此等距地间隔开。然而，齿TT1、TT2的主体部130在径向方向上交替地偏移或偏斜(skewed)，使得每个连续的齿TT1、TT2交替地朝顺时针方向或朝逆时针方向偏斜。例如，齿TT1在圆周方向上略微顺时针偏斜，而齿TT2在圆周方向上略微逆时针偏斜。

出于说明的目的，分界线132将叠片组106分成相等的两半并且延伸穿过两个相对齿TT1和TT2的冠部128的中心点C。纵向轴线134延伸穿过齿TTl的主体部130并且与分界线132相交。分界线132与齿TT1的纵向轴线134形成角度A1。在所示的结构中，角度A1大约为166度。因此，齿TT1以大约166度的角度A1朝顺时针方向偏斜或偏移。同样，剩余的齿TT1中的每个也朝顺时针方向以大约166度的角度A1(未示出)偏移，而交替的齿TT2以大约166度的相应角度A2(未示出)朝逆时针方向偏移。在其他实施例中，角度A1、A2可以大于90度且小于180度。

由于齿TT1、TT2交替地倾斜或偏移，因此在相邻的齿TT1、TT2对之间限定的槽S1、S2限定了两个不同的槽面积B1和B2。槽面积B1大于槽面积B2。在所示的实施例中，槽面积B1大约为70平方毫米(mm2)，而槽面积B2大约为60mm2。在其他实施例中(未示出)，两个槽面积B1、B2可以分别大于或小于70mm2和60mm2，并且可以作为角度A1、A2的函数而变化。当不同数量的绕组W被交替地施加到齿TT1、TT2时，两个不同的槽面积B1和B2有助于避免不均匀的槽填充。

图8示出了另一实施例的电机200，其与上述的电机100类似，其中用附图标记加“100”来表示相同的特征或者在字母附图标记的情况下加撇号“(')”来表示相同的特征。电机200包括可操作以产生磁场的定子组件202，以及被支撑为相对于定子组件202旋转的转子组件(未示出)。定子组件202同样包括叠片组206和穿过槽S1、S2布线以形成线圈C1'、C2'、C3'、C4'、C5'和C6'的绕组W'。绕组W'电连接到端子T'，端子T'又电连接到PCBA 212(例如，霍尔效应传感器板)，PCBA 212通过端子T'选择性地向线圈C1'至C6'供应电流。

在所示的实施例中，绕组W'被配置为并联三角形配置，其中每个单独的绕组W'分别在电性地相反的线圈对C1'-C4'、C2'-C5'和C3'-C6'之间延伸。相对的线圈对中的每对C1'-C4'、C2'-C5'和C3'-C6'并联连接在相应的端子T'之间。跨接线214沿着电机200的风扇侧216布线，并且PCBA 212在电机200的板侧218处联接到电机200，板侧218与风扇侧216相对。

电机200的端子T'是细长的，使得端子T'在板侧218和风扇侧216之间沿着叠片组206的外表面240纵向地延伸。细长端子T'中的每个都包括纵向部236，纵向部236具有连接部238，连接部238在电机200的板侧218处电联接到PCBA 212。纵向部236沿着叠片组206的外表面240从连接部238延伸到位于风扇侧216附近的钩部或柄220。每个柄220沿着叠片组206的外表面240朝向风扇侧216延伸，然后在邻近叠片组206的轴向端的位置处朝向板侧218向后弯曲。绕组W'的起始和结束引线224、226在邻近风扇侧216的柄220处连接到端子T'。类似地，绕组W'的环形引线222也连接到邻近风扇侧216的柄220。细长端子T'将线圈C1'至C6'电连接到PCBA212。

该配置可以显着减少堆叠以最小化电机200的长度并降低材料和加工成本，并且还允许利用针式绕线器自动地实施该绕组配置。该绕组配置还允许针式绕线器一次绕三个线圈C1'-C6'，这可以提高绕线过程的产量。此外，细长端子T'在板侧218处的PCBA 212和风扇侧216处的跨接线214之间跨接定子组件202的长度。因此，细长端子消除了开始和结束引线224、226和环形引线222穿过槽S1'的需要(如上文关于电机100所述地需要)。这减少了绕组W'的总长度，从而进一步降低了材料成本。

在所示的实施例中，电机200包括三个细长的端子T'，它们在圆周方向上以大体相等的间隔彼此隔开。每个端子T'都通过附接构件242附接到叠片组206的外表面240。定子组件202还包括由绝缘材料(例如，塑料)形成的绝缘构件244，其使绕组W'与叠片组206绝缘。在所示的实施例中，附接构件242是与绝缘构件244分开形成的独立元件。在其他实施例(未示出)中，附接构件242可以形成为绝缘构件244的一部分，使得细长端子T'经由绝缘构件244固定到电机200。

尽管已经参考一些优选地实施例详细描述了本申请，但是在所描述的本申请的一个或多个独立方面的范围和精神内存在变化和修改。