CN102782987B - 具有径向安装的齿的定子 - Google Patents
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Abstract
一种用于电动机或发电机的定子，包括：圆周支持结构，具有围绕所述圆周支持结构分布的多个突起；以及多个齿，被配置为接纳线圈绕组，其中，每个齿包括凹部，在所述凹部内形成互锁装置，用于接合在突起的两个弹性元件之间的间隙，该突起是在径向方向上安置在所述圆周支持结构上。
Description
技术领域
本发明涉及一种定子，尤其是涉及一种用于轮内电动机或发动机的定子。
背景技术
人们所熟知，定子是电动机或发电机的固定部分，转子围绕定子转动。定子总体上包括：磁性部件和其他机构部件。电动机以这样的原理工作：带有电流的电线会在磁场存在的条件下产生力。通常，转子带有一组永磁体，转子是被配置为围绕一组线圈旋转，这些线圈被配置为带有电流，导致所述转子围绕所述定子旋转，并产生运动。需要明确的是，所述转子也可能携带有一组线圈，且所述定子携带有一组永磁体。
在图1中显示了定子的一个例子，该定子是被配置为安装在转子内。图1显示了定子的背铁，它是由单片材料制成的，例如，由PM（粉末金属）制成，或者更普通地由一定数量的等同的叠片构成。从圆形支持物150（也称为背铁或背环）的突出100被称为“齿”，这些齿被用于接纳多个线圈绕组。为增加电动机的性能，人们希望优化线圈绕组的横截面，这将会有减少电阻的效果，因而减少热产生。此外，这些线圈绕组是出于较为接近的位置，这会具有改善热传导的效果，这会具有增加电动机效率和改善持续性能的效果。
然而，当具有诸如图1所示的装置时，整个定子是由单片固体制成，需要明确的是，有限量的空间供物理地围绕定子齿来缠绕所述电线线圈。因此，这样的装置是通用的，在所述相邻齿的线圈之间具有间隙，这是不足够的，因为这样的间隙只能由电线线圈来填充以增加通量密度。
此外，传统的在定子与线圈绕组之间提供线圈绝缘的方式会导致差得热传导性，这会限制电动机的性能。
进一步，大的单片定子通常需要复杂的缠绕机构和复杂的缠绕方法以执行所需要的线圈绕组。
因此，人们希望改善这种情形。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了根据所附的权利要求所述的定子。
本发明提供了这样的优点：使得各个定子齿能个别地缠绕，早于该定子齿被安装到所述定子背铁，因而使得在相邻定子齿上的线圈能被最小化。
进一步，通过采用在该定子齿和定子背环上的互锁方式将定子齿径向地安装到定子背环，提供了进一步的优点：使得定子齿能被安装到定子背铁，而无需附加的安装配件来确保该定子齿与定子背铁在一起，因而降低了制造复杂性和产品重量。
此外，由于所具有的定子齿是可被安装到定子背铁上，这使得在安装该定子齿的程序之前，能将一层绝缘层超模压到该定子齿。采用在单独的定子齿超模压层的方式，可使在该绝缘层与该定子齿之间形成的任意空气间隙的风险最小化，因而在所述线圈与所述定子之间提供了一层电绝缘层，同时也改善了热传导性。
附图说明
本发明现在将通过实施例结合所附的附图的方式进行描述，在这些附图中：
图1显示了一个定子的现有技术例子，该定子是形成为单片状，带有整合的定子齿。
图2、图2a及图2b显示了根据本发明的一个实施例所述的一种定子圆周支持结构。
图3显示了根据本发明的一个实施例所述的定子齿。
图4显示了根据本发明的一个实施例所述的安装到定子背铁的多个定子齿。
图5显示了根据本发明的一个实施例所述的定子齿的超模压结构。
图6显示了根据本发明的一个实施例所述的线圈绕组的超模压结构。
图7a、图7b显示了一种铜轨格（coppertrackgrid）。
图8显示了根据本发明的一个实施例所述的定子。
图9显示了根据本发明的一个实施例所述的定子。
图10显示了根据本发明的一个实施例所述的定子的横截面。
图11显示了根据本发明的一个实施例所述的定子。
具体实施方式
虽然本发明的实施例将会关于电动机的定子进行描述，但需要明确的是，本发明也可同样地应用到转子装置，在这样的电动机的例子中，转子带有线圈。本发明还可同样地应用到发电机。虽然本发明的实施例描述了一种具有定子和转子的电动机，其中该定子和转子具有圆周支持结构，但本发明也可同样地应用到具有不同构造的定子和转子的电动机，例如线性电动机。因此，术语“转子”是泛指电动机的可移动部件，无论该部件的形状如何，这样的术语也覆盖了在线性电动机内的动子。
根据本发明的第一个实施例，图2显示了一个圆周支持结构200。围绕该圆周支持结构200的外圆周（被称为定子背环）分布的是多个突起210，这些突起在径向方向上延伸，它们都在图2a和图2b内更为详细地显示。这些多个突起210从该定子背铁200的外表面起向外延伸。
定子背铁200（包括所述突起210）是被形成为单片的、整合的、结构性部件。例如，该定子背铁200可由粉末金属来模制，或者更普通地，是由一定数量的等同的叠片来构建，其中，这些叠层通常会由多片钢铁（例如电工钢）来制造，然而也可采用具有合适强度和电磁特性的任意材料来制造。这些叠片也可在其表面具有一层绝缘层，该绝缘层沿着在齿轨和定子背铁之间的曲线界面形状（也就是，圆周支持结构200）以避免涡流在这些叠片之间流出。
所述叠片可由任意合适的方式来制造，例如，从一片所需的材料或激光蚀刻中冲压或切割成想要的形状。作为一个例子，所述叠片可具有0.3至0.4mm的厚度，更好的是约0.35mm。
在所述定子背铁200上形成的多个突起210的每个突起都被配置为接纳定子齿，其中这些突起的每个突起和各自的定子齿包括接合装置，以使得各自的定子齿可在径向方向上被安装到各自的突起210，如下所述。
为了说明本实施例的目的，两个弹性元件220在这些突起210的每个突起的端部上形成，最远离所述定子背铁200，径向延伸到所述定子背铁200之外，其中在所述两个弹性元件220之间形成一个间隙。在这两个弹性元件220之间的间隙在这些突起的端部形成径向槽，该径向槽式是基本上垂直于所述定子背铁200的圆周平面。该径向槽是被配置为接纳定子齿接合元件，如下所述。
所述两个弹性元件220的每个元件的端部，也被称为最远离所述定子背铁200的弹性元件220的部分，包括在这两个弹性元件220的内表面上的突起部分230，该两个突起部分相对于所述定子背铁在圆周方向上互相对着延伸，这些突起部分是被配置为锁住定子齿接合元件，如下所述。
优选地，在突起210的基部以及在每侧形成凹槽（也就是，凹部），其中该凹槽240在所述突起210的基部上在基本上垂直于所述定子背铁200的圆周平面的方向上沿着所述定子背铁延伸。在所述定子背铁内形成的每个凹槽240是被配置为接纳定子齿壁部分的端部分，如下所述。
图3显示了一种定子齿300，用于安装到如图2所示的定子背铁200。该定子齿300包括两个壁部分310，这些壁部分是通过定子齿顶部分320联接在一起。为协助将将线圈绕组保持安装在所述定子齿300，该定子齿的顶部分320在所述齿壁部分310上侧向延伸，以形成侧向延伸的定子尖端。
在所述定子齿的两个齿壁部分310之间形成一个凹部，在该凹部内形成一个接合元件330。该接合元件330是被配置为接合突起的弹性元件220，如下所述。
所述定子齿接合元件330从所述定子尖端320的中心部分向下延伸进入在所述两个齿壁部分310之间形成的凹部内，同时接合元件330向外从该接合元件330的尖端向上朝着所述定子尖端320逐渐变小。接合元件330的顶部分邻接于该定子尖端，该顶部分是被配置为具有一个窄的部分，该窄部分是被配置为与突起210的弹性元件220的上部分互锁。在突起210的两个弹性元件220之间形成的狭槽的轮廓和尺寸是被配置为基本上对应于在定子齿300的凹部内形成的弹性元件330的外轮廓和尺寸。
因为定子齿300是与定子背铁200相分离的，在该定子齿300被安装到该定子背铁200之前，它们可与线圈绕组预先缠绕，由此具有这样的优点：在所述定子齿上的线圈的缠绕是比如果将这些定子齿整合到定子支持结构中时的线圈缠绕更为容易。例如，对于传统的电动机设计的狭槽填充量（也就是，填充在定子齿之间的狭槽的铜线量）将会是37%的级别。然而，通过使得线圈的缠绕能被应用到定子齿而不对空间进行约束，当所述定子是被形成为单片状的整合齿，该狭槽填充量可被增加到约54%或更多。
为将定子齿300安装到定子背铁200，该定子齿300是径向按在各自的在定子背铁200上形成的突起210上。足够的径向力被施加到定子齿300，以促使定子齿接合元件330与突起210的两个弹性元件220进行互锁。
特别地，当定子齿300将被安装到定子背铁200时，该定子齿300是被定位在突起210之上，以致定子齿接合元件330的尖端接合在突起210的两个弹性元件220的顶部之间形成的间隙。
然后，定子齿300被所述突起210径向顶着，导致接合元件330的锥形部分施加一个切向力到弹性元件220的内表面，因而导致所述两个弹性元件220被迫分开，使得该接合元件330在这两个弹性元件220之间向下移动。
当所述接合元件330的轮廓和尺寸匹配在两个弹性元件220之间形成的狭槽的轮廓和尺寸时，一旦所述定子齿300已经完全插入在突起210上，在所述弹性元件220内的弹性力促使在弹性元件220的内表面上的突起部分230进入该接合元件330的狭窄部分，因而将定子齿300和定子背铁突起210互锁，并避免定子齿300从定子背铁200移除。每个定子齿壁部分310的端部分停留在突起210的基部形成的各自的凹部内，因而提供了相对于施加到定子齿300的切向力的支持。图4提供了三个定子齿的示意图，这些定子齿已经被安装到在定子背铁200上的各自的突起。为了图解说明的目的，在图4中图解地显示了定子的特定尺寸，然而，这些尺寸可以根据所需要的电动机的特征或性能而改变。
优选地，粘胶剂被施加到在定子齿300和/或突起210上的一个或多个表面，例如，在所述弹性元件220的一个或两个外表面上，当该定子齿300是被安装到突起210时，这些表面是邻接的。将粘胶剂应用到定子齿300和/或突起210的一个或多个表面，有助于是定子齿300的微观运动最小化，并使该定子齿300相对于定子背铁200的局部振动最小化。为协助在所述定子齿300和定子背铁200之间的热传导性，该粘胶剂优选地具有良好的热传导性。该粘胶剂也可有助于将定子齿300与突起210电隔离，因而有助于使在定子齿300和定子背铁200之间的涡流最小化。
图5显示了进一步的优选特征，为协助在线圈绕组与定子齿300之间的电隔离，该定子齿300是采用超模压（也就是，该定子齿是超模压的）方式以绝缘材料500进行封装的。优选地，该绝缘材料500可以是具有良好热传导性、高温度偏差和良好电介质强度的塑料，例如液晶聚合物。优选地，该超模压材料是选择具有良好热传导特性的材料，因而有助于在线圈绕组和定子齿300之间的热传导。优选地，这个超模压程序将包括协助将线圈绕组保持在定子齿上的特征，例如，在所述超模压结构的底部形成皱脊510。
一旦所述定子齿300已经被超模压，线圈绕组被施加到该定子齿。
为协助安装到邻近定子齿300的线圈绕组的电隔离，优选地，在将定子齿300安装到突起210之前，再进一步对该线圈绕组进行超模压。
正如在图6中所示，所述超模压结构600是优选地应用于线圈绕组，包括一个安装点610，用于允许铜轨格能被安装到超模压结构600，一旦定子齿300已经被安装到定子背铁200。该铜轨格的目的是提供对于配电板的相位引导路由，其中，配电板被配置为控制对于线圈绕组的电流。该铜轨格也被配置为允许配电板能被容易地焊接到铜轨格，因而使得配电板能被容易地安装到定子。
图7a和图7b显示了一种铜轨格700。图7a显示了在该铜轨格700的一个侧面观察的该铜轨格700的立体示意图，该铜轨格700是被安装到一个定子。图7b显示了在该铜轨格700的另一侧面观察的该铜轨格700的立体示意图，当该铜轨格700被安装到定子时，本图显示的这个面是远离定子的。
所述铜轨格700包括九个安装点710，用于安装到九个定子齿300，其中，铜轨格安装点710是被配置为固定到各自的安装点610，这些安装点610是在应用到定子齿线圈绕组的超模压结构之上形成。
一旦所述超模压结构600已经被应用到所述线圈绕组，定子齿300被安装到定子背铁200上，如上所述。图8显示了一种已装配的定子，其中，超模压的定子齿300已经被安装到定子背铁200。该线圈绕组的端部800是从超模压结构600的顶部起延伸，以使得能联接到所述铜轨格700。
一旦所述定子齿300已经被安装到定子背铁200，铜轨格700被安装到在所述线圈绕组之上设置的超模压结构上形成的安装点610，如在图9中所示。为了说明本实施例的目的，所述铜轨格700和超模压安装点610都是推-适合（push-fit）方式安装的，因为使得铜轨格700能被推适合安装到定子齿超模压结构600上。在该定子的横截面视图中，超模压的定子齿已经被安装到定子背铁，而铜轨格被安装到定子齿，如在图10中所示。
正如在图11中所示，控制板1000和配电板900，它们作为逆变器，是被安装在邻近所述铜轨格的位置，在铜轨格上的连接器是被焊接到配电板插座或连接孔。同样地，该铜轨格用作安装环，用于将逆变器安装到定子。该控制板1000和配电板900是被配置为控制在线圈绕组内的电流。单独的控制板和配电板可以被配置为控制在所有电动机的线圈绕组或线圈子组内的电流。如果单独的控制板和配电板都被配置为控制在线圈子组内的电流，该电动机优选地可包括多个控制板和配电板，以控制在不同线圈子组内的电流。
在这个实施例中，配电板900是被焊接到铜轨格700，而控制板1000是被配置为高于配电板900，并采用螺纹垫片而被适合安装到该配电板900。然而，在可替代的实施例中，该控制板和配电板可以被合并成一块单独的板。
优选地，为协助使电动机冷却，散热器1100可安装到所述定子。
为说明本实施例的目的，完全装配的定子包括定子齿72，然而可采用任意数量的定子齿，优选地数量在50至100之间。
需要明确的是，虽然本发明已经显示在附图和关于该装置的描述中，所述转子是围绕定子并围绕定子旋转，对于定子围绕转子，带有径向向内突起的绕组齿，朝向定子的中心，而不是径向向外，这些都完全落入本发明的范围之内。
此外，虽然本发明已经描述了对于电动机的定子，但本发明也可同样地应用于发电机的元件。
虽然在本发明中的转子可以是任意尺寸，优选的尺寸将取决于电动机或发电机想要的尺寸。例如，对于具有18英寸直径的电动机，定子的外半径可以是约191mm（也就是，定子尺寸是382mm）。对于20英寸直径的电动机，定子的外直径可以是约424mm，而对于14英寸直径的电动机，定子的外直径可以是约339mm。
根据上述实施例所构建的定子可特别应用于电动汽车的电动机。特别地，本发明的实施例可被整合进入陆地行驶的电动汽车，更优选地是被整合进入具有一个或多个轮内电动机的电动汽车。
Claims (15)
1.一种用于电动机或发电机的定子或转子，包括：支持结构，具有围绕所述支持结构分布的多个突起；以及多个齿，被配置为接纳线圈绕组，其中，每个齿包括凹部，在所述凹部内形成互锁装置，用于接合在所述支持结构上的突起，以使得每个齿在垂直于所述支持结构的表面的方向上能被安装到一个突起上，且该突起在这个方向上延伸到所述支持结构的表面之外，其中，所述多个突起的每个突起都是弹性可变形的，并被配置为在每个齿的所述凹部内接合所述互锁装置；所述弹性可变形的突起包括两个弹性可变形的元件，它们被配置为在每个齿的所述凹部内接合所述互锁装置；所述两个弹性可变形的元件包括在内表面上的突起部分，这些突起部分互相相对延伸，这些突起部分是被配置为锁住定子齿接合元件或转子齿接合元件。
2.一种用于电动机或发电机的定子或转子，包括：圆周支持结构，具有围绕所述圆周支持结构分布的多个突起；以及多个齿，被配置为接纳线圈绕组，其中，每个齿包括凹部，在所述凹部内形成互锁装置，用于接合在所述圆周支持结构上的突起，以使得每个齿在径向方向上能被安装到一个突起，其中，所述多个突起的每个突起都是弹性可变形的，并被配置为在每个齿的所述凹部内接合所述互锁装置；所述弹性可变形的突起包括两个弹性可变形的元件，它们被配置为在每个齿的所述凹部内接合所述互锁装置；所述两个弹性可变形的元件包括在内表面上的突起部分，这些突起部分互相相对延伸，这些突起部分是被配置为锁住定子齿接合元件或转子齿接合元件。
3.根据权利要求2所述的定子或转子，其特征在于：所述多个突起是在径向方向上延伸到所述圆周支持结构之外。
4.根据权利要求2所述的定子或转子，其特征在于：所述两个弹性可变形的元件是在所述多个突起的每个突起的端部分上形成的。
5.根据权利要求2至4之一所述的定子或转子，其特征在于：所述圆周支持结构是由一系列叠片形成的。
6.根据权利要求2至4之一所述的定子或转子，其特征在于：所述多个齿的每个齿都是由一系列叠片形成的。
7.根据权利要求2至4之一所述的定子或转子，其特征在于：包括粘胶剂，放置在所述互锁装置与突起之间。
8.根据权利要求2至4之一所述的定子或转子，其特征在于：所述多个齿是在接纳线圈绕组之前被超模压的。
9.根据权利要求2至4之一所述的定子或转子，其特征在于：所述圆周支持结构在突起的至少一侧上具有凹部，齿的侧元件是被安装在该凹部内以阻止所述齿的切向运动。
10.根据权利要求2至4之一所述的定子或转子，其特征在于：所述多个突起和多个齿是从所述圆周支持结构在径向方向上延伸到远离所述圆周支持结构的中心点的位置。
11.根据权利要求3至4之一所述的定子或转子，其特征在于：所述多个突起和多个齿是从所述圆周支持结构在径向方向上向着所述圆周支持结构的中心点延伸。
12.根据权利要求2至4之一所述的定子或转子，其特征在于：还包括安装环，被配置为安装到所述圆周支持结构，并联接到设置在所述多个齿上的线圈绕组。
13.根据权利要求12所述的定子或转子，其特征在于：还包括逆变器，被配置为安装到所述安装环，以使得在所述逆变器与设置在齿上的至少一个线圈绕组之间建立电连接。
14.一种具有根据前述任意一个权利要求所述的定子或转子的电动机。
15.一种制造定子或转子的方法，包括：提供多个齿，其中每个齿包括凹部，在所述凹部内形成互锁装置；还提供圆周支持结构，具有围绕所述圆周支持结构分布的多个突起；其中，所述多个突起的每个突起都是弹性可变形的，并被配置为在每个齿的所述凹部内接合所述互锁装置；所述弹性可变形的突起包括两个弹性可变形的元件，它们被配置为在每个齿的所述凹部内接合所述互锁装置；所述两个弹性可变形的元件包括在内表面上的突起部分，这些突起部分互相相对延伸，这些突起部分是被配置为锁住定子齿接合元件或转子齿接合元件；围绕所述多个齿的每个齿放置线圈绕组；以及径向地将所述多个齿的每个齿按在所述圆周支持结构上的各自的突起上，以致在每个齿的所述凹部内形成的互锁装置接合各自的突起，以阻止所述齿相对于所述圆周支持结构的径向运动。
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