CN102714435A - 用于电动机的定子及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电动机的定子（17），包含多个在星状的叠片铁芯（1）中叠置的定子片（2），这些定子片包含沿圆周方向闭合的闭式定子片（2a）和沿圆周方向开口的开式定子片（2a），所述闭式定子片具有多个经过极靴连接条（11）彼此相连的单齿（10），所述开式定子片具有多个在形成居于极靴侧的空隙（9）的情况下而彼此隔开的单齿（10）。沿叠置方向（4）居于下部的起始块（12）由至少一个闭式定子片（2a）形成；在所述起始块（12）上邻接重复块（13），该重复块按N个相同的重复序列（14）具有开式定子片（2b）和闭式定子片（2a），每个重复序列（14）包含n个直接依次相继的具有极靴侧的空隙（9）的开式定子片（2b）和至少一个闭式定子片（2a）。叠片铁芯（1）此外具有由至少一个闭式定子片（2a）构成的终端块（15）；并且在重复块（13）和终端块（15）之间设置中间块（16），该中间块根据预定的总体叠片铁芯高度（H）要么不包含定子片（2），要么包含一个闭式定子片（2a）和/或m个开式定子片（2b），其中1≤m≤n-1。

Description

用于电动机的定子及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于电动机的定子，包含多个在星状的叠片铁芯中叠置的定子片，这些定子片包含沿圆周方向闭合的闭式定子片和沿圆周方向开口的开式定子片，所述闭式定子片具有多个经过极靴连接条彼此相连的单齿，所述开式定子片具有多个在极靴侧彼此隔开的单齿。本发明还涉及这种具有星状叠片铁芯的定子的制造方法。

背景技术

电动机就是换能器，它将电能转换成机械能。这种电动机包含一个定子，该定子形成固定的电动机部分，还包含一个转子，该转子形成运动的电动机部分。在一种内转子式电动机上，定子通常配有一个定子轭，在此定子轭上沿径向朝中心配置了向内突出的定子齿，这些定子齿的朝向转子的自由端形成所谓的极靴。在定子齿上安置了线圈，这些线圈在电动机运转中产生一个磁场。为了引导和增强通过已获馈电的线圈所产生的磁场，定子材料通常都是金属性的，例如由软磁性铁构成。

在制造定子时，围绕定子齿进行绕线是相当困难的，这是因为定子轭妨碍从外面接近定子齿。为了从内侧进行绕线，那些极靴会对接近定子齿造成困难。为了避免费事的绕线方法，所以通常采用一种多部式定子结构。为此，首先得制造出一种具有星状定子齿的叠片铁芯，这些定子齿是在极靴侧经过在下文中也称之为分散接片的极靴连接条而彼此相连的，借以达到一种机械性稳定的联合。在此定子是用各个冲压成形的定子片制成的，其中，这些定子片叠置成星状的叠片铁芯而形成机械稳定的联合体。

紧接在给从外部可接近的定子齿装备线圈（线圈绕组）之后，将叠片铁芯嵌置到形成一个磁轭环的定子轭中，并利用加压或收缩方式接合。其缺点是于此为实现机械性稳定化所需的分散接片，因为这些分散接片会引起一种非所希望的磁性短路。

在DE 19842948A1中公开了一种用于电动机的定子的叠片铁芯的制造方法。叠片铁芯是由至少两个不同的切片呈层状地叠加而成的。例如，应当仅每第五个叶片在内侧具有分散接片，居于这些叶片之间的叠片铁芯的叶片都是设计得没有分散接片的，并从而形成在极靴侧的空隙。这样一种叠片铁芯可以从外面在一道工序中加以绕线。

在采用这种定子设计结构时，固然可以达到定子的某种机械性稳定的目的，而且与此同时经过处于极靴之间的分散接片只有微小的磁性短路现象。但这种结构仍有不可避免的问题，这就是定子片的叶片厚度由于制造条件的限制，因实际上不可避免的容差之故而变化不定。因此，为了获得一定的叠片铁芯高度，就不同的叠片铁芯而言需要不同的许多定子片。此外，每个叠片铁芯为了保持机械稳定性应当以至少一层闭式的定子片结束，该定子片具有在定子齿之间的分散接片。

因此，迄今首先须将一定数量的定子片按照具有分散接片的闭式定子片和没有分散接片的开式定子片的一定顺序加以叠置。最后直至达到所要求的叠片铁芯高度，那么仍然仅叠置闭式定子片。这种方法固然能保证必要的机械稳定性，但由于每个闭合的终端片而损害定子的磁短路性质。

发明内容

本发明的任务在于提供一种用于电动机的定子，其星状的叠片铁芯无论就机械稳定性而言，还是就磁短路性质而言都是尽可能最佳的。在此应当与各单个定子片的片厚度的容差无关地总是达到预定的叠片铁芯高度，特别是不超过该叠片铁芯高度。此外，还应当提供一种对定子的制造特别合适的堆叠方法。

根据本发明，上述任务就定子而言是通过权利要求1中所述特征加以解决的。根据本发明，上述任务就方法而言是通过权利要求9中所述特征加以解决的。本发明的一些有利的方案、设计和发展是有关从属权利要求的内容。

为此，定子在其叠片铁心中具有沿着叠片方向居于下部的由正好两个闭式定子片组成的起始块。该起始块的一个原则上可设想的单片固然就磁短路性质而言是值得追求的，但显然不能保证整个叠片铁芯内所需的机械稳定性。

在定子的叠片铁心内，在该起始块上邻接重复块，该重复块在多个相同的重复序列中具有开式的定子叶片和闭式的定子叶片。每个重复序列――沿着堆叠纵向方向――包含直接依次相继的具有在定子齿之间的极靴侧的空隙的开式定子片和至少一个闭式定子片。在有足够机械稳定的情况下，为了在重复块的每个重复序列中实现一种尽可能小的磁短路，只配置唯一一个闭式定子片。

为了一方面达到机械稳定性的最佳化和另一方面达到重复块内（从而在整个叠片铁芯内）磁短路性质的最佳化，在重复块的每个重复序列中正好配置两个直接依次相继的开式定子片。

此外，定子的叠片铁心还具有包含至少一个闭式定子片的终端块。考虑到足够的机械稳定性，叠片铁芯最好利用至少两个和最多利用三个闭式定子片终结。

为了达到一定的或所要求的叠片铁芯高度，在重复块和终端块之间设置中间块。该中间块根据预定的叠片铁心高度也可以没有定子片，如果终端块已经包含两个闭式定子片的话。另外，如果终端块仅由一个闭式定子片构成，则中间块就正好只具有一个闭式定子片。根据另一种选择，在中间块中设置两个闭式定子片，这两个闭式定子片是通过至少一个开式定子片加以分开的。由此获得定子的一个第一变体，其中在中间块中不配置定子片，如果终端块已经具有两个闭式定子片的话。按第二个变体，中间块则具有一个闭式定子片和或至少一个配有极靴侧的空隙的开式定子片。

因此，中间块能够特别灵活地补偿在叠片铁心中积累起来的由开式和/或闭式定子片组成的各个定子片层的片厚度容差。从而保证：比较准确地达到并且特别是不超过预定的叠片铁心高度。这一点又确保：通常在分开的缠绕芯轴上所制造出来的线圈绕组可以总是以相同的内径以尽可能小的过盈和在可靠避免尺寸过小的配合的情况下被放置到叠片铁芯的定子齿上，这实际上就可使这些线圈绕组无损坏地套置到各单个定子齿上。

为了将开式的和闭式的定子片叠置成预定叠片铁心高度的星状叠片铁芯，所以首先就得形成沿叠置方向居于下部的、由两个闭式定子片组成的起始块。在该起始块上邻接由开式定子片和闭式定子片按多个相同重复序列组成的重复块。这些重复序列在此则是由一个具有直接依次相继的开式定子片的空隙和至少一个闭式定子片所形成。

根据利用起始块和重复块所已达到的叠片铁芯高度，便可直接将一个终端块放置到重复块上，如果终端块是由两个定子片所形成的话。若终端块仅是由一个闭式定子片所形成的，则在重复块上首先形成一个中间块，其具有一个闭式定子片和具有一个由开式定子片构成的空隙，这些开式定子片的数目最终取决于形成重复块中的空隙的开式定子片的数目。该空隙在此由至少一个开式定子片和一个最大数目的开式定子片构成，这些开式定子片的该最大数目比重复块的重复序列的空隙内的开式定子片的数目少一个开式定子片。

为了制成定子，将星状的叠片铁芯嵌置到一个圆筒状的定子轭中，该定子轭与叠片铁芯特别在一种脉冲拼接工艺中形锁合地和/或力锁合地相压合或相接合。这些定子片在制造星状叠片铁芯过程中就以适当方式按片层形式加以压合。这样，便可简单而可靠地防止各个定子片彼此相对的径向和轴向移动的可能性，从而避免叠片铁芯联合体的变形和不均一现象。

附图说明

下面将参照附图对本发明的几个实施例作详细说明。附图表示：

图1具有彼此相叠地堆叠的开式定子片和闭式定子片的定子的星状叠片铁心的透视图；

图2图1所示配有相叠地堆叠的开式定子片和闭式定子片的星状叠片铁芯的一个局部透视图；

图3配有极靴连接条的单个闭式定子片的俯视图；

图4具有在极靴侧的空隙的单个开式定子片的俯视图；

图5叠片铁芯的一个局部示意截面图，其包含：一个起始块；一个重复块；一个终端块；和一个居于重复块和终端块之间的配有一个开式定子片的中间块；

图6叠片铁芯的一个局部示意截面图，其包含：起始块；重复块；终端块；和居于重复块和终端块之间的配有两个开式定子片的中间块；

图7叠片铁芯的一个局部示意截面图，其包含：起始块；重复块；终端块；和居于重复块和终端块之间的不配有定子片或配有两个开式定子片和一个闭式定子片的中间块；并且

图8一种电动机的定子的透视图，其具有安装在环形定子轭中的叠片铁芯。

具体实施方式

所有附图中，各对应的部分均用相同的附图标记表示。

图1示出一个处于装配状态中的星状的叠片铁芯1，其包含分层叠置的定子片2。定子片2沿叠置方向4上下相叠并且形成一个中心的圆筒状开口3，并且例如彼此压合。叠片铁芯1是一个在图中未详示出的电动机的一个定子（图8）的一部分。叠片铁芯1在其上侧5和在其下侧6上分别以至少一个沿圆周方向闭合的定子片2a结束，例如在图3中所示的这种定子片。

叠片铁芯1包含沿径向延伸的定子齿7，这些定子齿在朝向中心的径向的内侧上形成一个圆筒状的极靴8。面向未示出的电动机转子的极靴8沿叠置方向4在形成极靴侧的空隙9的情况下仅部分地沿着圆周闭合，以减小磁短路。

图2表示朝向叠片铁心1的内侧的极靴8观察时图1中所示的星状叠片铁芯1的一个局部。在此，可以比较清楚地看出，空隙9是由开式定子片2b所形成的，如图4中示出的那种定子片。这些开式定子片2b实际上仅仅由各单齿或各单齿片10所形成。

极靴侧的空隙9在叠片铁芯1的内侧上在叠置方向4上通过极靴连接条11限定，借以在叠片铁芯1的叠置的联合体中将沿叠置方向4相邻的各开式定子片2b固定在其规定位置上，并从而保证所要求的叠片铁芯1的机械稳定性。极靴连接条11分别将沿圆周方向闭合的定子片2a的两个相邻的单齿10相连接。

闭式定子片2a和开式定子片2b的各单齿10如此设置在叠片铁芯1中，使得所有的单齿10以它们的外轮廓彼此相叠地结束并且从而形成同样的及均匀的定子齿7。在沿径向朝外的定子齿7上安置在图中未示出的线圈绕组。这些线圈绕组通常都是卷绕在一个单独的缠绕芯轴上，所以就其与缠绕芯轴的外径相同的内径而言总是相等的。这些线圈绕组在电动机运行中被通电并且产生磁场。该磁场被用软磁性铁制成的叠片铁芯1加以增强和导引。

图5表示叠片铁芯1的一个局部截面图，该叠片铁芯在其下侧6上配有两个沿叠置方向4直接相叠的闭式定子片2a。这两个最下面的闭式定子片2a形成叠片铁芯1的起始块12。该起始块12的作用在于实现叠片铁芯1的机械稳定。

在起始块12上沿叠置方向4邻接一个具有n个重复序列14的重复块13。每个重复序列14包含沿叠置方向4的两个开式定子片2b和一单个的闭式定子片2a。通过由两个开式定子片2b和一个闭式定子片2a所形成的这种交变的顺序，便可最佳地实现似乎矛盾的要求，即达到叠片铁芯1的尽可能高的机械稳定性和尽可能小的磁短路。

叠片铁芯1在其上侧5上以一个由两个闭式定子片2a构成的终端块15结束。由于制造容差之故，各单个定子片2b、2a的片厚度d彼此有一定偏差，这些偏差或容差在叠片铁芯1内是相加的。这一点必然导致沿叠置方向4的叠片铁芯高度的偏差。

为了在制造叠片铁芯1的过程中，特别在制造大批量的这种叠片铁芯1的过程中，总能保证规定的预定的叠片高度或总体叠片铁心高度H，尤其是不超载该预定高度，在重复块13和终端块15之间设置一个中间块16。这个中间块16的定子片2b、2a的层数取决于叠片铁芯高度h，该高度是在预定数目的重复序列14之后达到的。该叠片铁芯高度h是因叠片铁芯1而异的，并与叠置的开式定子片2b和闭式定子片2a的片厚度d有关。

为了达到预定的总体叠片铁心高度H，就得根据在总体叠片铁心高度H和以起始块12及重复块13所达到的叠片铁芯高度h之间的差，嵌置一个具有或多或少的开式的和/或闭式的定子片2b或2a的中间块16。

根据图5，中间块16可以由一个开式的定子片2b形成。图6示出一个叠片铁芯1，其中间块16包含两个开式定子片2b。图7表示一个叠片铁芯1，其中间块16包含两个开式定子片2b和一个闭式定子片2a。这在该实施例中相当于重复序列14。如果直到达到叠片铁芯高度h，都没有给定出重复序列14的规定数目n，则这个特定的具体实施方式仍可视作中间块16不包含定子片2。否则，如果直至达到叠片铁芯高度h已给定出重复序列14的规定数目n，则中间块16便是由两个开式定子片2b和一个闭式定子片2a构成。中间块16可以不含定子片、可以由一个或多个开式定子片2b和/或闭式定子片2a所构成。因此，中间块16有助于特别简单地实现叠片铁芯1的机械稳定性和短路性质的最佳化。

图8示出一个定子17，该定子由一个星状叠片铁芯1和一个定子轭18组合而成。定子轭18合适地是一个用实心材料制作的圆筒状壳体。不过，定子轭也可以用彼此叠置的锁合环片加以制造。在安装状态中，此处也未示出的线圈绕组围绕叠片铁芯1的定子齿7布置。在拼接叠片铁芯1和定子轭18之前，这些绕组就被安置到定子齿7上。在电动机运行中，已通电的线圈绕组便产生定子一侧的磁场，该磁场与无电刷的电动机的围绕中心的定子轴线或电动机轴线19旋转的转子的永久磁铁处于相互作用。

定子轭18沿着其外周面配有压合槽或拼合槽20。这些压合槽或拼合槽20沿着叠置方向4延伸，借以按照所谓的脉冲拼接方法，将定子轭18与叠片铁芯1压合起来。在执行压合或拼合方法的过程中，单齿7的沿径向与极靴8对置的楔形齿尖21形锁合地啮入到定子材料中。在叠片铁芯1的上侧5上，可以看出最上面的闭式定子片2a的单齿片区段中的压合点22。

附图标记清单

1  叠片铁芯

2  定子片

2a 闭式定子片

2b 开式定子片

3  开口

4  叠置方向

5  上侧

6  下侧

7  定子齿

8  极靴

9  空隙

10 单齿/单个片

11 极靴连接条

12 起始块

13 重复块

14 重复序列

15 终端块

16 中间块

17 定子

18 定子轭

19 定子轴线/电动机轴线

20 压合槽/拼合槽

21 齿尖

22 压合点

d  定子片厚度

h  叠片铁芯高度

H  总体叠片铁芯高度

Claims (10)

1.一种用于电动机的定子（17），包含多个在星状的叠片铁芯（1）中叠置的定子片（2），这些定子片包含沿圆周方向闭合的闭式定子片（2a）和沿圆周方向开口的开式定子片（2b），所述闭式定子片具有多个经过极靴连接条（11）彼此相连的单齿（10），所述开式定子片具有多个在形成居于极靴侧的空隙（9）的情况下而彼此隔开的单齿（10），

其中，沿叠置方向（4）居于下部的起始块（12）由至少一个闭式定子片（2a）形成；

在所述起始块（12）上邻接重复块（13），该重复块按N个相同的重复序列（14）具有开式定子片（2b）和闭式定子片（2a），每个重复序列（14）包含n个直接依次相继的开式定子片（2b）和至少一个闭式定子片（2a）；

叠片铁芯（1）具有由至少一个闭式定子片（2a）构成的终端块（15）；并且

在重复块（13）和终端块（15）之间设置中间块（16），该中间块根据预定的总体叠片铁芯高度（H）要么不包含定子片（2），要么包含一个闭式定子片（2a）和/或m个开式定子片（2b），其中1≤m≤n-1。

2.按权利要求1所述的定子（17），其特征在于：起始块（12）具有两个闭式定子片（2a）。

3.按权利要求1或2所述的定子（17），其特征在于：在重复块（13）的每个重复序列（14）中只设置唯一一个闭式定子片（2）。

4.按权利要求1至3中任一项所述的定子（17），其特征在于：在重复块（13）的每个重复序列（14）中设置两个直接依次相继的开式定子片（2b）。

5.按权利要求1至4中任一项所述的定子（17），其特征在于：中间块（16）包含一个闭式定子片（2a）和唯一一个开式定子片（2b）。

6.按权利要求1至4中任一项所述的定子（17），其特征在于：中间块（16）只具有唯一一个开式定子片（2b）。

7.按权利要求1至6中任一项所述的定子（17），其特征在于：终端块（15）具有两个闭式定子片（2a）。

8.按权利要求1至7中任一项所述的定子（17），其特征在于：星状的叠片铁芯（1）被嵌置在一个圆筒状的定子轭（18）中。

9.一种用于制造定子（17）、特别是按权利要求1至8中任一项所述的定子的方法，其中，将多个定子片（2）叠置成一个星状的叠片铁芯（1），这些定子片包含沿圆周方向闭合的闭式定子片（2a）和沿圆周方向开口的开式定子片（2b），所述闭式定子片具有多个经过极靴连接条（11）彼此相连的单齿（10），所述开式定子片具有多个在极靴侧彼此隔开的单齿（10），

首先形成沿叠置方向（4）居于下部的由两个闭式定子片（2a）构成的起始块（12）；

随即形成具有N个相同的重复序列（14）的重复块（13），所述重复序列由n个直接依次相继的开式定子片（2b）和至少一个闭式定子片（2a）构成；

根据已达到的总体叠片铁芯高度（H），在重复块（13）上不形成中间块（16）或者形成这样的中间块（16），所述这样的中间块包含一个闭式定子片（2a）和/或m个开式定子片（2b），其中，1≤m≤n-1；并且

在重复块（13）上或者说在中间块（16）上形成由至少一个闭式定子片（2a）构成的终端块（15）。

10.按权利要求9所述的方法，其特征在于：将星状的叠片铁芯（1）嵌置到一个圆筒状的定子轭（18）中，该定子轭与叠片铁芯（1）在拼接过程中、特别在脉冲拼接过程中压合。

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