CN102138271B - 旋转电机的定子以及制造该定子的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明特别涉及一种旋转电机的外部定子，所述定子包括基本为圆柱形的护套(4)以及叠片磁路，所述磁路包括：垂直于所述定子的轴布置的轭状片(61)的第一堆叠(6)，所述第一堆叠形成所述磁路的外部遮盖物；所述外部遮盖物内的垂直于所述轴布置的星形片的第二堆叠，所述星形片连接到所述外部遮盖物；其中，轭状片的堆叠固定在所述护套中连接到所述护套的第一轴向止挡件(41)与夹紧垫圈(64)之间，所述定子的特征在于所述夹紧垫圈冷缩配合在所述护套中。

Description

旋转电机的定子以及制造该定子的方法
技术领域
本发明涉及一种旋转电机，更具体地，涉及电机的外部定子，该电机的转子置于所述定子内。
背景技术
定子原则上包括磁路和电导线绕组。磁路通常部分是层叠的，并且由磁性金属片的堆叠形成。每片金属片以构建由齿分隔的狭缝的方式被切割，这些狭缝是电导线的容置空间，电导线一般由绝缘的铜线制得并且通常分段环绕。每个狭缝由两个基本径向指向的壁和狭缝底部界定，并且包括一个开口。布置定子的原则广泛应用于同步电机或异步电机。
专利申请EP 1174988公开了一种电机，其中定子磁路由两个部分构成：包括狭缝的内部以及围绕该狭缝的外部。磁路是层叠的，并且由铁磁金属片制造，其中的原因为本领域的技术人员所知。在该类磁路中，分隔两个狭缝的每个齿不会与磁路的外部形成连续结构。由于这样的布置，可以形成包含磁路的内部的中心，其上在狭缝中缠绕有导线，该中心接近远离外侧的狭缝。然后，该内部被外部遮盖而完成磁路。该具有两个部分的磁路与护套形成整体，该护套机械地围绕并支撑该磁路。护套还可以进一步具有包含冷却液的功能。专利文件EP 1174988也公开了组装定子的方法，该方法包括先将定子的外部固定在护套中，然后在借助树脂将该组件粘合在一起之前将内部放置在外部中。
获得该类具有两个部分的磁路的难点在于外部的金属片的组装和定位。这是因为在文件EP 1174988中公开的组件的制造相对复杂，从而大大阻碍了该组件实现工业化量产。
因此本发明的目的就在于提供一种改进的电机，特别涉及定子磁路的组装。
发明内容
为此，本发明提出了一种用于旋转电机的外部定子，该定子包括基本为圆柱形的护套以及叠片磁路，所述磁路包括：
·垂直于所述定子的轴布置的轭状金属片的第一堆叠，所述第一堆叠形成所述磁路的外部遮盖物；以及
·所述外部遮盖物内的垂直于所述轴布置的星形金属片的第二堆叠，所述星形片与所述外部遮盖物形成整体；
其中，轭状金属片的堆叠固定在所述护套中与所述护套形成整体的第一轴向止挡件与夹紧垫圈之间，所述定子的特征在于所述夹紧垫圈冷缩配合到所述护套中，并且抵靠所述护套的第二轴向止挡件。
优选地，所述夹紧垫圈由非磁性、介电材料制得，优选由合成材料制得。
优选地，所述合成材料是PEEK。
优选地，支撑垫圈插在第一止挡件与轭状金属片的堆叠之间。
优选地，所述支撑垫圈由合成材料制得，并且优选地其材料与所述夹紧垫圈的材料相同。
优选地，所述轭状金属片具有至少一个圆周销，所述圆周销与所述护套的至少一个纵向凹槽相互配合以便固定相对于所述护套旋转的片。
优选地，所述轭状金属片具有至少两个圆周销，所述圆周销在直径上彼此相对，并且与所述护套的至少两个纵向凹槽相互配合。
本发明也涉及一种旋转电机，其包括这样的定子。
本发明进一步涉及一种制造这样的定子的方法，所述方法包括以下的连续步骤：
·切割多个轭状金属片，
·在护套中堆叠所述轭状金属片，使所述轭状金属片抵靠与所述护套形成整体的第一轴向止挡件，
·轴向夹紧所述堆叠，以及
·借助冷缩配合的夹紧垫圈固定所述堆叠，其中所述夹紧垫圈抵靠与所述护套形成整体的第二轴向止挡件。
优选地，所述轭状金属片从头至尾地堆叠。
附图说明
基于附图，参照以下说明将更好地理解本发明：
·图1是根据本发明的沿电机的旋转轴的剖视图(沿图2中所示的线A-A)，
·图2是在垂直于所述轴的平面中的定子的剖视图(沿图1中所示的线B-B)，
·图3是图1的相似图，示出了根据本发明的定子的一部分，
·图4是沿所述轴的示意性剖视图，以更大比例示出了根据本发明的定子磁路的详细组件。
具体实施方式
图1示出了电机1，该电机1包括外部定子2和内部转子3，该外部定子2和内部转子3由厚度非常小的空气隙8分隔，该图是含有电机旋转轴34的平面中的剖视图。转子3具有借助两个轴承32安装在定子内侧的轴31。还示出了放置在轴的一个端部(在图1的左边)的编码器/分解器33。为了进一步详述能够在这类电机中使用的转子的例子，读取器被引入，例如参照专利申请EP 1359657。然而，这仅仅是能够与本发明所提出的定子相互结合的转子的一个非限制性示例。
同样地，参见图2可以清楚地发现，定子磁路由两个不同的部分形成。这两个部分中的每个部分都是通过堆叠在磁性金属片中切割出的以及基本平行于与所述轴垂直的平面而布置的大量金属片而获得。这些金属片可以具有非常小的单位厚度，例如十分之几毫米的数量级，例如0.2毫米。
轭状金属片61的第一堆叠6形成了磁路的外部遮盖物。星形金属片71的第二堆叠7布置在外部覆盖物的内侧。该第二堆叠形成了齿73，这些齿73界定了含有定子绕组75的导线的狭缝74。
与其中的狭缝径向向电机内侧开口的通常被接受的结构不同，此处的狭缝脚(slot feet)优选在定子的整个内周上被磁路封闭。在狭缝74的径向内侧上的非常薄的隔离物77(例如小于0.5毫米，优选地小于0.4毫米)足以提供足够大的机械强度，因为该隔离物是连续的。
在狭缝中布置的导电线嵌入填充性树脂9中。在图1中，可见相同的树脂在定子的每一端超出磁路包覆线圈端部76。
齿73因此通过粘合与外部遮盖物形成整体。粘合仅仅是一个有利的实施例。然而，磁路的这两个部分可以通过任意合适的方式形成整体。
外部遮盖物6安装在护套4内侧，护套4机械地围绕并支撑外部遮盖物6。另外，回路40可以用于护套内冷却液的循环(也参见图1)。
根据本发明，外部遮盖物6依据将参照图3和4公开的特殊组件而被安装在护套4的内侧。
一方面，轭状金属片61的堆叠6支撑在与护套4形成整体的第一轴向止挡件上，第一轴向止挡件在此为第一台肩41(参见图中的右边)。优选地，支撑垫圈65插入该台肩和堆叠的第一金属片之间。在堆叠的另一端，夹紧垫圈64对堆叠进行定位。根据本发明，夹紧垫圈冷缩配合在护套中，即在这里夹紧垫圈的自由直径大于护套的内径(D3)。
与根据本领域的现有技术的利用弹簧圈进行紧固相比，根据本发明的通过冷缩配合进行紧固具有便于定子的制造方法以及组装的工业化的优点，因为这首先消除了需要加工凹槽的操作，其次也消除了在轭状金属片的堆叠上维持轴向压力时在所述凹槽中安装弹簧圈的复杂操作。
夹紧垫圈抵靠在第二轴向止挡件上，这里第二轴向止挡件是护套4的第二台肩42，从而限制了磁路长度的特定尺寸，而无需考虑施加于堆叠的轴向压缩力。该组装方法因而被进一步简化，同时确保了优异的再现性。
护套因而呈现出至少三个特征直径，其能够通过以下方式确定：
·中心直径(D1)，其中放置有堆叠6(以及适当地放置支撑垫圈65)。
·支撑直径(D2)，其小于中心直径(D1)，从而确定第一止挡件(此处是第一台肩41)。
·冷缩配合直径(D3)，其中冷缩配合夹紧垫圈。
冷缩配合直径(D3)大于中心直径(D1)，这两个直径一同限定第二止挡件(此处是第二台肩42)。
这三个直径因此必须符合以下关系：D3＞D1＞D2。
以已知方式，夹紧垫圈64为了冷缩配合必须具有大于冷缩配合直径(D3)的自由直径。依据操作中期望的轴向力来确定直径的差，特别要考虑要组装在一起的两个元件的每一个的制造公差。在实践中，直径差可以是百分之几毫米的数量级，例如小于百分之十毫米。
在组装时，护套4和夹紧垫圈64的热膨胀/回缩被用于将垫圈压向其最终位置。因此倾向于加热护套和/或冷却垫圈几十度(°K)。同样以已知方式，这些部件的边缘优选被倒角。
根据本发明的优选实施例，夹紧垫圈由合成的、非磁性的和具有良好介电性的材料制造。优选的选择聚醚醚酮，通常也缩写为“PEEK”。该材料的一个优点是它能够用于建立冷缩配合，因为其拔出强度在护套的热膨胀过程中不会显著变化，而护套优选采用铝合金制造。
优选地，轭状金属片61还包括第一销66，其能够与护套的第一凹槽43相互配合以阻止这两个元件的相对旋转。
有利地，第二销66’与第一销66在直径上彼此相对，该第二销66’与第二凹槽43’相互配合。这样，金属片可以从头至尾堆叠，即在堆叠过程中彼此相对旋转180°。这样的旋转可以围绕定子的轴进行，或者围绕与定子轴垂直的轴进行。因此，从所述片一侧到另一侧的可能的厚度变化不会对施加于堆叠上的轴向压力分配产生任何不利影响。
本发明还涉及一种制造用于旋转电机的这种定子的优选方法。该方法的主要步骤如下：
·切割环形轭状金属片61，
·堆叠轭状金属片，以便获得外部遮盖物6，
·通过冷缩配合夹紧垫圈64来在护套中锁定轭状金属片的堆叠，以及此外
·切割具有圆形底部77和径向齿73的星形金属片71，齿73朝外侧突出并且与底部形成单一结构，
·在套管上堆叠这些星形金属片，以便重叠所述齿，并获得具有向外侧开口的齿之间的狭缝74的中心，
·在狭缝中缠绕导线75，
然后，
·组装中心来支撑绕组75和外部遮盖物6，使其彼此形成整体，优选地借助树脂9注入导线，
·移除套管，
·如果需要则加工底部，从而调整定子的内径。
本领域技术人员已知注入绕组的阶段因此满足其它功能：使星形金属片71(以及因此齿73)和轭状金属片61形成整体。优选地，注入也粘合护套4中的磁路。
根据本发明的电机可以用作电动机，或者也可以用作交流发电机(发电机)。

Claims (12)

1.一种旋转电机(1)的外部定子(2)，所述定子包括基本为圆柱形的护套(4)以及叠片磁路(6，7)，所述磁路包括：
垂直于所述定子的轴(34)布置的轭状金属片(61)的第一堆叠(6)，所述第一堆叠形成所述磁路的外部遮盖物；
所述外部遮盖物内的垂直于所述轴布置的星形金属片(71)的第二堆叠(7)，所述星形片与所述外部遮盖物整体形成；
其中，轭状金属片的堆叠固定在所述护套中与所述护套形成整体的第一轴向止挡件(41)与夹紧垫圈(64)之间，所述定子的特征在于所述夹紧垫圈冷缩配合到所述护套中，并且抵靠所述护套的第二轴向止挡件(42)，从而限制了磁路长度的特定尺寸，而无需考虑施加于堆叠的轴向压缩力。
2.如权利要求1所述的定子，其中所述夹紧垫圈由非磁性、介电材料制得。
3.如权利要求2所述的定子，其中所述夹紧垫圈由合成材料制得。
4.如权利要求3所述的定子，其中所述合成材料是PEEK。
5.如前述任一权利要求所述的定子，其中支撑垫圈(65)插在所述第一止挡件(41)与轭状金属片的堆叠(6)之间。
6.如权利要求5所述的定子，其中所述支撑垫圈(65)由合成材料制得。
7.如权利要求5所述的定子，其中所述支撑垫圈的材料与所述夹紧垫圈的材料相同。
8.如权利要求1所述的定子，其中所述轭状金属片具有至少一个圆周销(66)，所述圆周销与所述护套的至少一个纵向凹槽(43)相互配合以便固定相对于所述护套旋转的所述片。
9.如权利要求8所述的定子，其中所述轭状金属片具有至少两个圆周销(66，66’)，所述圆周销在直径上彼此相对，并且与所述护套的至少两个纵向凹槽(43，43’)相互配合。
10.一种旋转电机(1)，包括如前述任一权利要求所述的定子(2)。
11.一种制造如权利要求1至9中任意一项所述的定子的方法，包括以下连续步骤：
切割多个轭状金属片(61)，
在护套(4)中堆叠所述轭状金属片，使所述轭状金属片抵靠与所述护套形成整体的第一轴向止挡件(41)，
轴向夹紧所述堆叠(6)，以及
借助冷缩配合的夹紧垫圈(64)固定所述堆叠，其中所述夹紧垫圈抵靠与所述护套形成整体的第二轴向止挡件(42)，从而限制了磁路长度的特定尺寸，而无需考虑施加于堆叠的轴向压缩力。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述轭状金属片从头至尾地堆叠。
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