CN104040839A - 用于电机的安装套件、电机以及电机的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电机(1)的安装套件，该安装套件由多个相同的转子绕组支架(12)和多个相同的定子绕组支架(19)构成，在这些转子绕组支架上分别设置有一个转子绕组(13)，在这些定子绕组支架上分别设置有一个定子绕组(21)，其中，分别有一个由所述转子绕组支架(12)之一和所述转子绕组(13)之一构成的转子(3)和一个由所述定子绕组支架(19)之一和所述定子绕组(21)之一构成的定子(3)设置在一个共同的机壳(4)中用于形成所述电机(1)之一。在此规定，所述转子绕组(13)由至少一个以第一匝数存在的由第一绕组材料制成的第一绕组导体(13’)构成并且所述定子绕组(21)由至少一个以第二匝数存在的由第二绕组材料制成的第二绕组导体(22、23、24、25、26)构成，其中，从多种不同的材料中选择第一绕组导体和第二绕组导体(13’、22、23、24、25、26)的绕组材料和/或选择绕组导体(13’、22、23、24、25、26)的粗细和/或绕组导体(13’、22、23、24、25、26)的匝数，使所述电机(1)中的至少两个具有相互不同的额定功率。本发明还涉及一种电机(1)以及一种用于制造电机(1)的方法。

Description

用于电机的安装套件、电机以及电机的制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于电机的安装套件，该安装套件由多个相同的转子绕组支架和多个相同的定子绕组支架构成，在这些转子绕组支架上分别设有一个转子绕组，在这些定子绕组支架上分别设有一个定子绕组，其中分别有一个由所述转子绕组支架之一和所述转子绕组之一构成的转子和一个由所述定子绕组支架之一和所述定子绕组之一构成的定子设置在一个共同的机壳中用于形成所述电机之一。本发明还涉及一种电机以及用于制造电机的方法。

背景技术

由现有技术已知多种具有转子和定子的电机，该转子和该定子设置在共同的机壳中。为了制造转子绕组支架、定子绕组支架以及为了缠绕转子绕组和定子绕组采用通常以非常昂贵的工具为前提条件的制造工艺。这些工具通常仅适用于特定的绕组以及转子绕组支架和定子绕组支架的唯一成型。对此，开头所述的用于电机的安装套件具有多个相同的转子绕组支架和多个相同的定子绕组支架。由该安装套件可以制成至少一个具有特定额定功率的电机。为了制造额定功率和这种特定的额定功率不同的电机而使用另一个安装套件，该安装套件具有不同尺寸的转子绕组支架和/或定子绕组支架，为了制造该不同尺寸的转子绕组支架和定子绕组支架必须有另外的工具。

发明内容

与此相对，根据权利要求1所述的安装套件具有这样的优点，该安装套件能够在转子绕组支架和定子绕组支架保持不变的情况下制造具有相互不同的额定功率的电机。对此，根据本发明规定，转子绕组由至少一个以第一匝数存在的由第一绕组材料制成的第一绕组导体构成并且定子绕组由至少一个以第二匝数存在的由第二绕组材料制成的第二绕组导体构成，其中，从多种不同的材料中选择第一绕组导体和第二绕组导体的绕组材料和/或选择绕组导体的粗细和/或绕组导体的匝数，使得所述电机中的至少两个具有相互不同的额定功率。转子绕组支架和定子绕组支架在此始终保持相同。因此不需要转子绕组支架和/或定子绕组支架的不同的实施方式来制造具有相互不同的额定功率的电机。不同的额定功率其实仅通过转子绕组和/或定子绕组的变化来实现，特别是通过第一绕组导体和第二绕组导体、即在转子绕组和定子绕组中的绕组材料或确切地说绕组金属的变化、第一绕组导体和第二绕组导体的粗细或确切地说导线粗细和/或第一绕组导体和第二绕组导体的匝数来实现。

转子绕组具有第一绕组导体，该第一绕组导体例如为绕组线。相应地，定子绕组的第二绕组导体也构成为绕组线。第一绕组导体由第一绕组材料制成，第二绕组导体由第二绕组材料制成。这些绕组材料选自多种不同的材料，使得有至少两个具有相互不同的额定功率的电机。在此，转子绕组的绕组材料可以和定子绕组的绕组材料不同，但是也可以相同。所选的绕组材料确定了转子绕组和定子绕组的电阻。相应地，可以通过合适地选择绕组材料将由安装套件制成的电机的额定功率调整到期望值。

替代性地或额外地也可以改变绕组导体的粗细，即绕组线的直径。同样也可以规定，所述电机中的至少两个电机的绕组导体的匝数相互有偏差，由此得到不同的额定功率。此外，粗细和匝数影响转子绕组和定子绕组的电阻。以这种方式可以始终使用相同的转子绕组支架和相同的定子绕组支架并由此得到电机的不同的额定功率。相应地，为了制造安装套件的转子绕组支架和定子绕组支架可以始终使用相同的工具，而不需要改换工具装备，甚至不需要额外的工具。就此而言可以借助安装套件成本极其有利地制造电机。

本发明的一种改进方案在于，绕组材料选自材料铜、铝、锌、铁和银以及它们的合金。特别是铜在此在合理的材料成本中表现出导电性非常好的优点。只有银在正常的工作温度下表现出更好的导电性；然而这过度提高了成本。绕组材料的电导率决定了转子绕组和定子绕组的电阻以及在给定的电流强度下可达到的定子和转子的磁场场强。铜的电导率是56×10⁶S/m；铝的电导率是35×10⁶S/m；锌的电导率是16.7×10⁶S/m；纯铁的电导率是10⁶S/m以及银的电导率是66.5×10⁶S/m。通过相应的所述材料相互之间的合金或者所述材料和其他的元素的合金可以有针对性地调整各个绕组材料的电导率并且相应地调整转子绕组和/或定子绕组的电阻。

本发明的一种改进方案在于，所述绕组导体中的至少一个由多根电地并联或串联的绕组线构成，其中，所述绕组线中的至少一根由相应的绕组材料制成并且所述绕组线中的至少另一根由一种不同于该绕组材料的材料制成。通过使多根绕组线电地并联或串联成绕组导体，同样可以以简单的方式通过相应地选择绕组材料或其他材料调节绕组导体的电阻。在绕组线电地并联时，这些绕组线在绕组导体的整个长度上彼此并行地布置。而在串联时，设置至少两根绕组线，这至少两根绕组线共同构成绕组导体。相应地，相应绕组的一匝或多匝的一部分由各自绕组材料制成并且一匝或多匝的另一部分由不同于这种绕组材料的材料制成。在这种情况下绕组材料例如是铜，而另一种材料是铝。

本发明的一种改进方案在于，所述绕组导体中的至少一个涂覆有和各自绕组材料不同的涂覆材料。对此应理解为，在横截面图中看，绕组导体和/或绕组线中的至少一根具有由各自绕组材料制成的芯。在横截面图中看，以不同于绕组材料的涂覆材料的层完全覆盖该芯，从而形成一个由绕组材料制成的芯的涂覆层。该涂覆层特别地构成芯的保护层。然而，该保护层主要是能够使具有绕组导体或确切而言绕组线之大部分体积的芯由相对低成本的材料制造，而可以借助由其他材料制成的涂覆层根据期望调整电阻。例如使用铝作为绕组材料并且使用铜作为涂覆材料。

本发明的一种改进方案在于，转子绕组支架和定子绕组支架为通用件。以这种方式实现了上述优点，即所有转子绕组支架和所有定子绕组支架可分别借助相同的工具制造。此外可以始终使用同一个装置制造绕组。因此，不需要为了实现不同的额定功率而提供用于制造(在这种情况下不同的)转子绕组支架和定子绕组支架的多个工具和/或用于将绕组安装到这些支架上的多个工具。

本发明的一种改进方案在于，机壳是多个相同的机壳中的一个。因此，该机壳也应该作为通用件，从而安装套件的所有电机都具有相同的机壳。这意味着进一步降低了安装套件的制造费用。

本发明的一种改进方案在于，每个电机都配置有一个与额定功率相应的控制设备。该控制设备和配置给该控制设备的功率电子器件通常和待制造的电机的额定功率相匹配。就此而言，通常针对每个额定功率都有相应的控制设备。替代性地也可以规定，控制设备是为离散的额定功率范围所设计的。以这种方式可以降低需要预备的控制设备的数量，因为每个控制设备可以用于在一确定的额定功率范围内的多个相互不同的额定功率。当然在可替代的实施方式中，也可以规定，所述控制设备同样为通用件，从而待构造的电机无论其额定功率的大小都配置有相同的、可通用的控制设备。

本发明还涉及一种由根据上述实施方式所述的安装套件制成的电机，该电机由转子绕组支架和定子绕组支架构成，在该转子绕组支架上设置有转子绕组，在该定子绕组支架上设置有定子绕组，其中，由转子绕组支架和转子绕组构成的转子和由定子绕组支架和定子绕组构成的定子设置在一个共同的机壳中用于形成电机。在此规定，转子绕组由至少一个以第一匝数存在的由第一绕组材料制成的第一绕组导体构成并且定子绕组由至少一个以第二匝数存在的由第二绕组材料制成的第二绕组导体构成，其中，从多种不同的材料中选择第一和第二绕组导体的绕组材料和/或选择绕组导体的粗细和/或绕组导体的匝数，使电机具有所期望的额定功率。

电机可以根据上述实施方式继续改进。关于安装套件的所有实施方式由此可类似地用在电机上。特别地规定，绕组、即转子绕组和定子绕组由不同的绕组材料制成。在此特别优选的是所述绕组导体中的至少一个具有或者相互电地并联或者串联的多根绕组线的实施方式。绕组材料选自材料铜、铝、锌、铁和银以及它们的合金。这同样适用于为另一根绕组线所使用的材料以及可能设置的涂覆材料。

本发明还涉及一种用于制造特别是根据上述实施方式所述的电机的方法，该电机由用于电机的安装套件构成，优选根据已经描述的安装套件构成，其中，安装套件由多个相同的转子绕组支架和多个相同的定子绕组支架构成，在所述转子绕组支架上分别缠绕有一个转子绕组，在所述定子绕组支架上分别缠绕有一个定子绕组，其中，分别有一个由所述转子绕组支架之一和所述转子绕组之一构成的转子和一个由所述定子绕组支架之一和所述定子绕组之一构成的定子设置在一个共同的壳体中用于形成所述电机之一。在此，转子绕组由至少一个以第一匝数存在的由第一绕组材料制成的第一绕组导体构成并且定子绕组由至少一个以第二匝数存在的由第二绕组材料制成的第二绕组导体构成，其中，从多种不同的材料中选择第一绕组导体和第二绕组导体的绕组材料和/或选择绕组导体的粗细和/或绕组导体的数量，使所述电机中的至少两个具有相互不同的额定功率。

借助这种方法制成的电机应该由此符合以上描述的电机。在此借助开头所述的可根据上述实施方式改进的安装套件进行制造。在制造电机的过程中以始终保持相同的实施方式提供或制造转子绕组支架和定子绕组支架。在此，后者可以借助始终保持相同的工具来实现。转子绕组支架和定子绕组支架就此而言优选为通用件，这实现了成本有利地特别是大批量地生产。

本发明的一种改进方案在于，定子绕组或转子绕组始终通过同一个绕线机缠绕到定子绕组支架或转子绕组支架上，而与各自的绕组材料、粗细和匝数无关。这特别可以通过使定子绕组支架或转子绕组支架构造为通用件来实现。就此而言不需要匹配绕线机或者根本不需要更换绕线机。将待缠绕到定子绕组支架和转子绕组支架上的由各自的绕组材料构成的绕组导体输送至绕线机。为了制造具有另一额定功率的电机而更换绕组材料时仅需要输送由新的绕组材料制成的绕组元件。绕线机本身不需要做任何变化。以这种方式也使简单且成本有利地大批量制造电机成为可能。

附图说明

下面根据附图示出的实施例详细阐述本发明，但是本发明并不仅限于这些实施例。在附图中：

图1示出了电机的纵向剖视图，以及

图2示出了电机的示例性示意图。

具体实施方式

图1示出了电机1，该电机例如作为机动车辆的发电机，特别是交流发电机。电机1在这里示出的实施例中构造为爪极电机。电机1特别地由定子2和转子3构成，该定子和该转子设置在共同的机壳4中。机壳4由一个壳基体5和两个轴承盖6和7组成，这两个轴承盖固定在壳基体5的端面上的凹部中。在此，轴承盖6和7一方面用于封闭壳基体5、确切地说用于封闭壳基体的端面并且另一方面用于支承转子轴8，转子3不可相对旋转地固定在该转子轴上。替代性地，机壳4也可以如这里所示仅由轴承盖6和7构成。相应地省掉壳基体。通过转子轴8建立转子3和扭矩传递元件9、例如皮带盘之间的有效连接。为了在轴承盖6和7中支承转子轴8设有轴承10和11，特别是球轴承。

转子3尤其由转子绕组支架12和转子绕组13构成，其中，转子绕组例如具有至少一个绕组导体13’。因为电机1在这里所示的实施方式中构造为爪极电机，所以转子绕组支架12由两个爪极板14和15构成。在这两个爪极板的外周上分别设有沿轴向延伸的爪极指16和17。爪极板14和15相互设置为，这两个爪极板的轴向延伸的爪极指16和17在转子3的外周上(从横截面图上来看)彼此交替作为北极和南极。由此在反向磁化的爪极指16和17之间得到磁性所需的爪极间隙，由于爪极指16和17朝向其自由末端逐渐变细而使该爪极空隙略微倾斜于电机轴线延伸。在这种电机1中有多种方案能够使额外的磁体集成到转子3中。这些磁体在这种电机1中通常沿周向安装在爪极指16和17之间作为所谓的漏磁补偿磁体。

在径向上通过工作间隙18使转子3与定子2隔开。定子2容纳在轴承盖6和7之间。该定子具有定子叠片铁心19，该定子叠片铁心例如是圆环形并且沿周向完全地包围转子3。定子叠片铁心19具有向内敞开并且沿轴向延伸的凹槽20，定子绕组21设置在该凹槽中。就此而言，定子叠片铁心19表现为定子绕组支架。因为定子2和转子3都具有绕组，即转子绕组13和定子绕组21，因而这里是一个电激励的电机1。

图2示出了电机1的接线图。电机1具有五个形成相位的绕组导体22、23、24、25和26。这些绕组导体22至26也可以称为绕组相。绕组导体22至26全体构成定子绕组21。绕组导体22至26连接成五个尖角的星星(五角星)的基本接线图，其中，分别连接在星星的尖角中的绕组导体22至26电地包夹出分别大约为36^o的夹角。绕组导体22至26具有连接点27、28、29、30和31。一个整流桥接电路32连接到这些连接点上。绕组导体22至26如下连接：绕组导体22在连接点27上和绕组导体23相连。绕组导体23在其与绕组导体22对置的一端上在连接点28上和绕组导体24相连。而该绕组导体又以其相对的一端在连接点29上和绕组导体25相连。绕组导体25在其又相对的一端上在连接点30上和绕组导体26相连。该绕组导体又以其相对的一端在连接点31上和绕组导体22相连。

连接点27至31优选沿轴向位于电子部件端的绕组头33上或其旁边，以实现尽可能短的接线路径。对此，连接点27至31之一的绕组导体22至26的待连接的连接线优选分别从沿周向直接相邻的凹槽20伸出。绕组导体22至26的连接点27至31和整流桥接电路32相连，该整流桥接电路由五个二极管负极34和五个二极管正极35构成。在直流电压侧，电压调节器36与整流桥接电路32并联，该电压调节器通过影响流经转子绕组13的电流来确定电机1的激励，就此而言当电机作为马达运转时确定电机1的转速或者当电机1用作发电机时确定所产生的电压。电压调节器36还可以额外地具有一个到整流桥接电路32的连接，以测量经过二极管34或35的电压降并由此获取电机1当前的转速。

通过车辆蓄电池37和车辆负载38示意性地示出了机动车辆的车载电气网络。为了更好地调节电机也可以借助和H型桥接电路相连的四个放大器操控转子绕组13或激励绕组。由此也可以将负的激励电流压入转子绕组13。这特别是当电机构造为发电机时，在电机1的功率调节性能方面获得了优势，确切地说是在可达到的调节速度方面。当然也可以以已知的方式表现为其他的相数和接线类型。对此特别需要提到的是星形接线或三角接线的三相系统以及六相的和七相的系统或者绕组。

为了对特别是由车辆蓄电池37和车辆负载38构成的车载电气网络39供电目前通常采用构造为爪极发电机的电机1。该电机在高度自动化的生产线上制成。对于不同的功率、特别是额定功率产生电机1的不同的结构尺寸。出于该原因必须为每个功率运行一条总是具有其他工具的独有的生产线。通过通用件仅能够有限地获得优势。因为在高度自动化的生产过程中工具和机器的成本都是很可观的，所以需要实现主要使用通用件的安装套件。以这种方式能够降低工具和机器的成本，因为至少转子绕组支架12和定子绕组支架19实施为通用件。

所述安装套件使构造具有彼此不同的额定功率的多个电机1成为可能。额定功率应理解为电机在正常工作时可提供、特别是可持久提供的功率。替代性地，当然也可以考虑例如最大功率。然而，对于转子绕组支架12、定子绕组支架19以及优选机壳4使用通用件。这通过转子绕组13由以第一数量的匝数存在的、由第一绕组材料制成的第一绕组导体(这里未示出)构成而实现。同时，定子绕组21由绕组导体22至26构成，这些绕组导体以第二数量的匝数存在并且由第二绕组材料制成。在此规定，由多种不同的材料中挑选出绕组材料，使得两个借助安装套件构造的电机1具有相互不同的额定功率。额外地或替代性地也可以选择定子绕组21的绕组导体22至26的粗细或者转子绕组13的绕组导体(这里未示出)的粗细和/或选择相应数量的匝数用于调节不同的额定功率。

就此而言实现了这样一系列的电机1，在这些电机中通过使用不同绕组材料在保留其余部件、特别是定子绕组支架19和转子绕组支架12的情况下实现了不同的额定功率。由此能够在唯一的生产线上借助同一种工具和特别是同一种绕线机制造具有不同额定功率的电机1。对此主要使用通用件，因为所有的电机1都使用相同的无源元件以及用于磁路的相同元件。

Claims (10)

1.用于电机(1)的安装套件，所述安装套件由多个相同的转子绕组支架(12)和多个相同的定子绕组支架(19)构成，在所述转子绕组支架上分别设置有一个转子绕组(13)，在所述定子绕组支架上分别设置有一个定子绕组(21)，其中，分别有一个由所述转子绕组支架(12)之一和所述转子绕组(13)之一构成的转子(3)和一个由所述定子绕组支架(19)之一和所述定子绕组(21)之一构成的定子(3)设置在一个共同的机壳(4)中用于形成所述电机(1)之一，其特征在于，所述转子绕组(13)由至少一个以第一匝数存在的由第一绕组材料制成的第一绕组导体(13’)构成并且所述定子绕组(21)由至少一个以第二匝数存在的由第二绕组材料制成的第二绕组导体(22、23、24、25、26)构成，其中，从多种不同的材料中选择第一绕组导体和第二绕组导体(13’、22、23、24、25、26)的绕组材料和/或选择绕组导体(13’、22、23、24、25、26)的粗细和/或绕组导体(13’、22、23、24、25、26)的匝数，使所述电机(1)中的至少两个具有相互不同的额定功率。

2.按照权利要求1所述的安装套件，其特征在于，所述绕组材料选自材料铜、铝、锌、铁和银以及它们的合金。

3.按照前述权利要求中任一项所述的安装套件，其特征在于，所述绕组导体(13’、22、23、24、25、26)中的至少一个由多根电地并联或串联的绕组线构成，其中，所述绕组线中的至少一根由各自的绕组材料制成并且所述绕组线中至少另一根由一种不同于该绕组材料的材料制成。

4.按照前述权利要求中任一项所述的安装套件，其特征在于，所述绕组导体(13’、22、23、24、25、26)中的至少一个涂覆有与各自的绕组材料不同的涂覆材料。

5.按照前述权利要求中任一项所述的安装套件，其特征在于，所述转子绕组支架(12)和所述定子绕组支架(19)为通用件。

6.按照前述权利要求中任一项所述的安装套件，其特征在于，所述机壳(4)是多个相同的机壳(4)中的一个。

7.按照前述权利要求中任一项所述的安装套件，其特征在于，每个电机(1)都配置有一个符合额定功率的控制设备。

8.电机(1)，所述电机由按照前述权利要求中任一项或多项所述的安装套件制成，所述电机由一个转子绕组支架(12)和一个定子绕组支架(19)构成，在所述转子绕组支架上设置有转子绕组(13)，在所述定子绕组支架上设置有定子绕组(21)，其中，由转子绕组支架(12)和转子绕组(13)构成的转子(3)和由定子绕组支架(19)和定子绕组(21)构成的定子(2)设置在一个共同的机壳(4)中用于形成电机(1)，其特征在于，所述转子绕组(13)由至少一个以第一匝数存在的由第一绕组材料制成的第一绕组导体(13’)构成并且所述定子绕组(21)由至少一个以第二匝数存在的由第二绕组材料制成的第二绕组导体(22、23、24、25、26)构成，其中，从多种不同的材料中选择第一绕组导体和第二绕组导体(13’、22、23、24、25、26)的绕组材料和/或选择绕组导体(13’、22、23、24、25、26)的粗细和/或绕组导体(13’、22、23、24、25、26)的匝数，使电机(1)具有所期望的额定功率。

9.用于由特别是按照权利要求1至7中任一项或多项所述的用于电机(1)的安装套件制造特别是按照权利要求8所述的电机(1)的方法，其中，所述安装套件由多个相同的转子绕组支架(12)和多个相同的定子绕组支架(19)构成，在所述转子绕组支架上分别缠绕有一个转子绕组(13)，在所述定子绕组支架上分别缠绕有一个定子绕组(21)，其中，分别有一个由所述转子绕组支架(12)之一和所述转子绕组(13)之一构成的转子(3)和一个由所述定子绕组支架(19)之一和所述定子绕组(21)之一构成的定子(2)设置在一个共同的机壳(4)中用于形成所述电机(1)之一，其特征在于，所述转子绕组(13)由至少一个以第一匝数存在的由第一绕组材料制成的第一绕组导体(13’)构成并且所述定子绕组(21)由至少一个以第二匝数存在的由第二绕组材料制成的第二绕组导体(22、23、24、25、26)构成，其中，从多种不同的材料中选择第一绕组导体和第二绕组导体(13’、22、23、24、25、26)的绕组材料和/或选择绕组导体(13’、22、23、24、25、26)的粗细和/或绕组导体(13’、22、23、24、25、26)的匝数，使所述电机(1)中的至少两个具有相互不同的额定功率。

10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，所述定子绕组(21)或所述转子绕组(13)始终通过同一个绕线机缠绕到定子绕组支架(19)或转子绕组支架(12)上，而与各自的绕组材料、粗细和匝数无关。