CN101720522A - 电驱动马达的定子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电驱动马达的定子(1)，其具有一定数目的通过槽分开的定子齿(2)，其中，定子齿(2)由多相绕组卷绕，其中相邻的线圈(3)至少部分重叠，其中，包括线圈(3)，所述线圈分别包围至少两个定子齿(2)，并且所述线圈分别在一个槽中在两个定子齿(2)之间通过第一槽区延伸并且在另一个槽中在两个定子齿(2)之间通过第二槽区延伸，其中第一槽区沿平行于定子齿(2)的设置延伸的第一设置线设置，而第二槽区沿相对于第一设置线错开的第二设置线设置。

Description

电驱动马达的定子

技术领域

本发明涉及电驱动马达的定子，其具有一定数目的由槽分开的定子齿以及一个多相绕组，其特别可以作为交流绕组设计，其中至少一些由绕组形成的线圈包围多个定子齿。

背景技术

定子用于容纳线圈，线圈可以通过相应的开关过程通电，使得形成旋转磁场。该旋转磁场与装备有磁铁的转子的互相作用导致产生旋转力矩，该旋转力矩能够使转子转动并且使电动机相应地输出功率。这里定子的任务除在机械上容纳线圈外还在于保证为马达运转所需要的磁场的几何结构，这通过为构造定子使用适合的材料以及定子齿的为此适合的几何结构实现。已知，定子的效率基本上由它的槽填充决定，亦即由总的导体横截面相对于定子横截面的总面积的比决定。因此努力实现尽可能高的槽填充。

然而除槽填充程度外，定子的其他几何参数对于电动机的机械特性也具有意义。特别是与相邻相的感应耦合程度以及在马达运转期间施加在转子上的旋转力矩的均匀性属于这样的几何参数。为高度平稳地并且低噪声地运行，一方面需要尽可能对称地并且至少成对地施力，以及在马达运转期间产生的力能够完全通过旋转力矩来描述，它的取向通过转子的转动轴线表征。应该尽可能完全避免会导致转子脱离的力。此外，当在运行期间产生的旋转力矩尽可能均匀地作用时，亦即可施加在马达轴上的旋转力矩具有尽可能小的波动时，对于电动机的高度平稳运行是有好处的。

出于所述理由，已知各种各样的方案来安排定子的绕组，使得各个相的线圈至少部分重叠，由此能够实现具有较高场稳定性的高的槽填充度。已知如此制造三相或者更多相的交流绕组，使得各个线圈分别包围定子的多个齿并且相互重叠。各个定子齿在这种情况下对称制造，并且在定子圆周上星形或者径向对称地设置。此时绕组这样构成，即首先将一层线圈直接布置在槽底上，这负责使线圈更可靠地定位。将另一层线圈错开卷绕，此时每个线圈再次包围多个齿并且以这种方式卷绕的线圈与定子槽底上的线圈直接机械接触。这种处理方式必要时多次重复。以这种方式形成彼此上下叠置、然而侧向错开构造的线圈堆垛，它的位置稳定性随离开槽底的距离的增加越来越依赖于各个构成的绕组的均匀性，这在技术上能够在某种条件下导致几何结构的偏差，这种偏差可能表现为各个相或者线圈的电感的一定程度的散逸。这种设置的另一个缺点在于，各个线圈的几何尺寸总归依赖于到定子中心的距离，并且相应变化。这种结构的另一个缺点在于，尽管线圈自身重叠但是槽的利用率较差。此外，通过重叠的线圈产生高的绕组端部。

已知把多个定子齿分别合并为一个齿。这优选在齿颈的约一半高度处进行(DE 198 38 335 A1)。这里把合并的定子齿与简单的定子齿组合，这里无论是合并的定子齿还是简单的定子齿再次对称地构成，然而以一种方式构成，即对于绕组产生非对称的槽。以这种方式实现不同的绕线平面，而不同平面的线圈不会互相接触或支撑，这负责产生整个绕组的更高的几何均匀性。然而这种结构的一个缺点同样在于不同的绕线平面中的线圈的几何参数彼此十分不同，这必须部分地通过不同的绕组数或者不同的通电或者需要较大开销的电路措施补偿。该种设置的另一个缺点同样在于结构容积的利用率不足。

此外还建议，进一步优化带有合并的定子齿的定子几何结构，以便能够更好地利用结构空间。已知构造仅包含双重合并的定子齿的定子。所有合并的定子齿再次对称制造，并且在定子圆周上星形设置。此时所有的合并的定子齿可以同样设计，但是也可以交替设置不同类型的定子齿。通过限制为双重合并的定子齿，省去了在一个绕线平面内的相邻的线圈机械分开，这使得结构容积的利用率得以改善。然而这种定子设置遗留的一个缺点是在不同的绕线平面中的各个线圈不同的几何设计，这将导致已经提到的缺点，这些缺点必要时必须通过增加的电路开销来补偿。

发明内容

本发明在于用于电驱动马达的定子，其具有一定数目的通过槽分开的定子齿，其中，定子齿由优选多相的绕组卷绕，其中相邻的线圈至少部分重叠，其中，包括有线圈，它们分别包围至少两个定子齿并且它们分别在一个槽中在两个定子齿之间通过第一槽区延伸并在另一个槽中在两个定子齿之间通过第二槽区延伸，这里，第一槽区沿平行于定子齿的设置延伸的第一设置线设置，第二槽区沿相对于第一设置线在径向上错开的第二设置线设置。

为避免现有技术的缺点，本发明从以下出发：以相同的几何结构构造定子绕组的重叠的线圈。为此目的，在本发明的定子的本发明的绕组中，与各个线圈在定子圆周上的切向取向不同。在本发明的绕组中，每至少两个定子齿由一个线圈包围，这里该线圈如此取向，使得它在一个槽中在两个定子齿之间位于第一槽区内例如直接位于槽底上，而在另一个槽中在两个定子齿之间通过第二槽区延伸，该第二槽区与该另外的槽的第一槽区在径向上间隔开。由此该另外的槽的第一槽区被保留而能够容纳另一个从那里出发向在两个定子齿之间的第三槽延伸的线圈。以这种方式能够实现由下面那样的线圈组成的绕组，这些线圈相对于切向设置倾斜错开设置，并且以这种方式部分重叠，此时能够实现这种绕组设置，而无需动用几何结构不同地构造的线圈。为此在本发明的一个简单的结构中下述这点即已足够，即按照本发明对带有星形设置的对称的定子齿的定子进行卷绕，方法是每两个齿由一个线圈包围，其中每个线圈的一部分直接位于两个定子齿之间的第一槽区内，而该线圈的另一部分例如通过定子圆周上的下下一个槽的第二槽区延伸。线圈的取向例如通过与另一个线圈的接触形成，该另一个线圈在定子圆周上的下一个或者下下一个或者另外的槽的槽底开始并且以同样的方式倾斜取向。

在本发明的定子的这种绕组中，以倾斜取向的定子齿装备定子并且把齿顶在定子齿上非对称地设置是有利的。以这种方式通过齿间空间的非对称的几何结构产生更好的可卷绕性。非对称的齿顶同时形成用于位置固定远离第一槽区的绕组部分的钩，因此这样构造的定子齿也可以称为钩齿。此时定子齿的取向这样实现，即它跟随定子的绕线方向，亦即各个定子齿分别朝在定子齿的靠近齿顶的区域内包围定子齿的那个线圈的中心的方向倾斜。通过定子齿的倾斜位置的程度，同时可以确定各个线圈的重叠的程度。

特别有利的是，不仅改变齿的取向，而且使齿自身这样成形，使其与绕线方向配合用于使各个线圈完全地位置固定。以这种方式可以实现这一点，即各个线圈不再相互支撑，或者说各个线圈彼此在机械上分开，这负责产生绕线包的特别高的均匀性。原则上为这种结构能够使用已经提到的合并的齿形状，因为它在第一槽区内以及在更加远离定子中心的第二槽区内具有在很大程度上彼此分开的绕线区。然而在本发明的绕组中有利的是，可以相对于合并的齿几何结构进一步简化齿结构，而不必削减定子的功能。

在一种有利的结构中，每个齿为此目的具有S形的形状，由此在各个齿的不同的侧面形成两个在机械上彼此分开的容积区，它们可以用于放置本发明的绕组。在这两个要由绕组填充的容积区之间可以非常紧挨地相邻设置S形的齿，这里，在该区域内各个齿之间的距离仅需保证绕线通过。在这种结构中，当两个要由绕组填充的容积区完全或者几乎完全被相应的绕组占据时，槽就几乎完全被填满。

附图说明

下面详细说明本发明的实施例。

图1表示带有常规构造的定子齿的按照本发明卷绕的定子的截取部分；

图2表示带有倾斜取向的定子齿的按照本发明卷绕的定子的截取部分；

图3表示带有S形定子齿的要按照本发明卷绕的定子的截取部分；

图4表示带有S形定子齿的按照本发明卷绕的定子的俯视图；

图5表示带有S形定子齿的按照本发明卷绕的定子的截面图。

具体实施方式

图1表示带有常规构造的定子齿2的按照本发明卷绕的定子1的截取部分。定子齿2以星形形状从定子1的对称轴线指向外面。第一线圈3这样包围两个定子齿2，使得它在一个槽内在两个定子齿2之间直接位于槽底上，亦即位于第一槽区内；而在下下一个槽内在两个定子齿之间通过第二槽区延伸，该第二槽区与该下下一个槽的槽底间隔开，该槽底由另一个相同卷绕的线圈3填充。整个定子1可以以这种方式绕遍。

图2表示带有倾斜取向的定子齿2的按照本发明卷绕的定子1的截取部分。在该实施例中，每个槽由至少两个线圈3穿过，这里线圈的绕组位于距定子中心不同的距离处。一个绕组相应地穿过槽底，另一个绕组相应地穿过与该槽底间隔开的槽区。定子齿2这样取向，使得其与星形分布不同地朝那个相应地靠在该定子齿2上的、通过与槽底间隔开的槽区延伸的线圈3的线圈中心的方向倾斜。由此定子齿2的取向跟随绕线方向。同时定子齿2具有钩形构造的齿顶4，其非对称地设置，并且分别背向通过与该槽底间隔开的槽区延伸的线圈3的中心指向。以这种方式齿顶4分别直接覆盖每个线圈3的上面的绕组部分，并且对于这样设计的定子1产生良好的位置固定和良好的磁特性。

上述两个实施例中的优点在于定子的所有线圈具有几何上相同的构造，由此在各个相相应对称形成的情况下能够得到相同的绕组电阻和绕组电感。通过构成仅有两层的绕组结构，在彼此上下重叠的线圈区直接相互支撑的情况下也能够实现绕组的电气参数和几何参数的良好的均匀性。

图3表示带有弯成S形的定子齿2的要按照本发明卷绕的定子1的截取部分，给该定子齿2设置非对称的齿顶4作为钩齿构成。定子齿2自身这样成形，使得它们负责完全地将各个线圈位置固定，方法是它们凹入地包围用于容纳线圈的凸起的形式的容积区5、6。以这种方式使得各个线圈不再相互支撑，或者说各个线圈机械上彼此分开，这用于产生绕线包的特别高的均匀性。

图4表示带有S形定子齿2的按照本发明卷绕的定子1的俯视图。例示的定子具有24个S形或者钩形的定子齿2。现在绕组分别通过两个定子齿2引导，此时每个线圈在两个定子齿2之间从在一个槽的槽底的一个容积区5朝相应下下一个槽中的位于齿顶4下方的一个容积区6引导。以这种方式得到一种绕组，它的各个线圈3紧密相邻设置，然而不直接互相支撑，而是通过在很大程度上完全填满通过定子齿部分包围的各个容积区5、6被固定在其位置中。各个线圈3在一定程度上对角线地彼此敷设在定子1的圆周上。以这种方式，即使当相应的线圈3不作为单齿线圈构成时，相对于现有技术也能够再次改善结构容积的利用，并且获得非常高的槽填充度。在完全利用绕线空间时必须空出最后一个槽，以便穿过最后一个线圈。然而在未图示的变型方案中放弃完全卷绕所有的槽，由此在卷绕过程结束时不必穿过最后的线圈。本发明的绕线原理特别是把定子作为钩齿定子形成也可以在具有其他齿数的定子结构中使用。此外，从与本发明的绕线原理相关的各个线圈3的倾斜设置出发，能够有利地形成为马达运转所需要的磁场，这导致较小的齿槽转矩(Rastmoment)，由此能够有利地用本发明的定子来装备马达结构，其突出之处在于相同的定子齿数和转子上的磁极数。

图5表示图4的按照本发明卷绕的定子1的截面图。在该图中特别可以看到高的槽填充程度。S形弯曲的定子齿2的凹入区分别由线圈3的绕组几乎完全填满。可以同样清楚地看出，在槽的没有设置绕组的区域内，定子齿2之间的距离减小了。定子齿2的弯曲这样设计，使得一个槽的槽底处的要由绕组填充的容积区5在径向上分别位于一个相邻的槽的要由相邻的绕组填充的容积区6的下面。以这种方式实现，每个线圈3分别包围两个定子齿2，两个定子齿2之间的每个槽分别由两个线圈3穿过，但是在两个相邻的线圈3之间的重叠仅处于线圈3的绕组横截面的数量级内。已经表明，这种重叠导致线圈3的倾斜，其导致用这种定子装备的电动机的特别好的同步特征。特别是这样构造的定子的一个特别的优点在于能够对称地设置各个相，由此各个绕组电阻和特别是否则经常十分不同的绕组电感对于所有的相都相同。由此能够明显更加简单地控制各个相的供电单元。此外作为钩齿作用的定子齿2的S形结构使得能够非常好地调整定子的槽内的要由绕组填充的容积区5、6和分开这些区的容积区7之间的比例。由此能够用一种相应的绕线技术实现非常高的铜填充率，这特别对于实现电动机的紧凑的结构形式是绝对必要的。

Claims (10)

1.电驱动马达的定子(1)，具有一定数目的通过槽分开的定子齿(2)，其中，定子齿(2)由绕组卷绕，相邻的线圈(3)至少部分重叠，其特征在于，包括线圈(3)，所述线圈分别包围至少两个定子齿(2)，并且所述线圈分别在一个槽中在两个定子齿(2)之间通过第一槽区延伸，而在另一个槽中在两个定子齿(2)之间通过第二槽区延伸，其中第一槽区沿平行于定子齿(2)的设置延伸的第一设置线设置，而第二槽区沿相对于第一设置线径向错开的第二设置线设置。

2.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，每个槽在两个定子齿(2)之间在第一槽区内由一个线圈(3)穿过，而在第二槽区内由另一个线圈(3)穿过。

3.根据权利要求1或2所述的定子，其特征在于，所述定子齿(2)具有齿顶(4)，其非对称地设置并且分别背向通过第二槽区延伸的线圈(3)的中心指向地延伸。

4.根据权利要求3所述的定子，其特征在于，所述定子齿(4)与星形分布不同地朝通过第二槽区延伸的线圈(3)的线圈中心的方向倾斜。

5.根据权利要求1到4之一所述的定子，其特征在于，所述定子齿(2)具有两个带有不同弯曲方向的区，其中形成该弯曲，使得定子齿(2)的上部的区位于相对于定子齿根错开的位置，并且不仅通过第一槽区延伸的线圈(3)的绕组而且通过第二槽区延伸的线圈的绕组都分别位于齿面的凹入的表面区域上。

6.根据权利要求5所述的定子，其特征在于，每个定子齿(2)都弯曲成S形并且在它的外端具有加工成钩形的齿顶(4)，该齿顶(4)覆盖线圈(3)的绕组的通过第二槽区延伸的部分。

7.根据权利要求1到6之一所述的定子，其特征在于，每个线圈(3)包围两个定子齿(2)。

8.根据权利要求1到7之一所述的定子，其特征在于，所述定子(1)具有24个定子齿(2)。

9.根据权利要求1到8之一所述的定子，其特征在于，所有定子齿(2)相同构造。

10.根据权利要求1到9之一所述的定子，其特征在于，使定子齿(2)倾斜和/或弯曲，从而在一个槽的第一槽区内的要由一个线圈(3)的绕组填充的容积区(5)在径向上分别位于相邻的槽的要由相邻的线圈(3)的绕组填充的容积区(6)的下面。

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