CN107148722A - 用于交流发电机或电机的定子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于交流发电机或电机的定子(13)，其包括：圆柱形铁芯(14)，其中形成有在轴向方向上延伸的多个槽(201)，安装在所述槽中的绕组(12)；其中所述定子铁芯(14)包括：形成磁轭(203)的圆柱形基部部分(203)；多个齿(202)，其被布置成例如从所述基部部分朝向轴向中心(X‑X)延伸，所述多个槽(201)由所述基部部分和相邻的一对所述齿(202)限定。对于每个凹口(201)，在凹口的开口处的宽度(l_eo)小于磁轭(203)处的宽度(l_ec)。

Description

用于交流发电机或电机的定子

技术领域

本发明涉及一种用于交流发电机或电机的定子，并且它还涉及一种包括该类型的定子的交流发电机或电机。

本发明在用于机动车辆的交流发电机和交流发电机起动器领域中具有特别有利的应用。

背景技术

众所周知，单相或多相类型的旋转电机包括同轴布置的至少两个部分，即电枢和电感器。这些部分中的第一部分围绕着这些部分的第二部分，其通常与旋转轴成一体的。

所述部分中的第一部分构成定子，而第二部分构成电机的转子。

当电枢由转子形成时，该电机构成电动机，并将电能转换成机械能。当电枢由定子形成以便起到发电机的作用时，该电机将机械能转换为电能，并构成例如交流发电机。将理解到，电机可以是可逆的，并且还可以将电能转换成机械能，以便形成例如用于机动车辆的交流发电机-起动器，使得特别可以启动机动车辆的内燃机机同时具有交流发电机功能。

图1是横截面半视图，其表示用于机动车辆的为具有内部通风的三相型交流发电机形式的多相旋转电机，其中所述机动车辆具有在将要参照的文献EP-A-0 515 259中描述的类型的内燃机。

在图1中从左到右，即从前到后，交流发电机包括与轴2的前端一体的驱动滑轮11，其后端支撑属于集电器的集电环10a，10b。轴2的轴线X-X构成电机和集电器的旋转轴线。

中心地，轴2以固定的方式支撑转子4，转子4设置有励磁绕组5，其端部通过有线连接被连接到集电器1，如文献FR 2 710 197，FR 2 710 199和FR 2 710 200的图11中可看到的。转子4在这种情况下是爪型转子，因此包括两个磁轮6，7，每个磁轮分别支撑前风扇8和后风扇9，每个风扇设置有如在文献EP-A-0 515 259中的叶片。

每个轮具有朝向另一个轮的轴向齿，其中一个轮的齿与另一个轮的齿叠置，用于当绕组5通过集电器1的集电环被励磁时形成磁极，每个与由电刷保持器100支撑的电刷(无附图标记)接触，所述电刷保持器100在本实施例中与未示出的电压调节器成一体。电刷具有相对于轴线X-X的径向取向，而集电环10a，10b具有相对于轴线X-X的轴向取向。

所述调节器被连接到用于将交流电流整流为直流110的装置，例如二极管电桥(其中两个示于图1中)，或作为变型，MOSFET类型的晶体管，特别是当交流发电机是可逆型的，并且由例如文献WO 01/69762中所述的交流发电机起动器组成时。该装置110本身首先电连接到属于交流发电机的定子13所包括的绕组12的相输出端，其次连接到机动车辆的车载网络和的电池。定子13，其在交流发电机的情况下形成电枢，围绕转子4并且包括在其内部设置有轴向凹口(未示出)和绕组12的主体14。轴向凹口设置有绕组12的电线或引脚。这些绕组12具有发髻状部(chignon)，该发髻状部首先从主体14的两侧轴向突出地延伸，其次在风扇8，9的上方径向延伸。

为了参考，将记住，电压调节器用于控制在励磁绕组5中循环的电流的目的，以便通过电流来调节提供给车载网络和车辆的电池的电压整流装置110。

风扇8，9分别在被称为前轴承150的前凸缘和被称为后轴承160的后凸缘附近延伸，属于电机的固定壳体，该壳体被连接到大地。当风扇8，9-转子4-轴2的组合通过包括与滑轮11接合的至少一个皮带的传动装置由连接到机动车辆发动机的滑轮11旋转时，轴承150，160被穿孔用于借助于风扇8，9的交流发电机的内部通风。该通风使得可以冷却绕组12，5，以及电刷保持器100及其调节器和整流装置110。图1中的箭头表示冷却流体的沿着的路径，在这种情况下为空气，通过轴承150，160中和电机内部的的各种开口。

在这种情况下，该装置110、电刷保持器100以及穿孔的保护盖(无附图标记)由后轴承160支撑，使得后风扇9比前风扇8是更强大的。以已知的方式，轴承150，160彼此连接，在这种情况下，借助于未示出的螺钉或杆，以便形成被设计成装配在车辆的固定部分上的壳体。

轴承150，160各自在中心支撑球轴承17，18，以便旋转地支撑穿过轴承150，160的轴2的前端和后端60，以便支撑集电器1的滑轮11和集电环10a，10b。

这些轴承具有中空形状，并且在这种情况下，每个都具有横向取向的支撑轴承17，18的穿孔部分，以及轴向取向的穿孔部分，其直径在其内部成阶梯状态，以便使定子13在中心并且当两个轴承被连接在一起时轴向地保持它以便形成所述壳体。

风扇8，9的叶片在容纳器的上方径向地延伸，轴承150，160具有该容纳器，用于辊17和18的装配，它们由此被通风。图2表示根据垂直于轴线X-X的平面的定子13的圆柱形铁芯或主体14。定子的圆柱形铁芯包括根据周向方向的凹口和齿的交替，每个凹口由两个齿界定。另外，每个齿都设置有在所述齿的两侧上周向地延伸的两个齿。根据本领域技术人员已知的该定子，定子凹口具有平行的侧面。换句话说，对于每个凹口，界定所述凹口的一对两个齿的形状使得凹口具有两个平行的侧面。

旋转电机的设计特别包括确定定子的凹口数量的步骤，确定绕组的相数的步骤，确定定子的磁轭的外直径的步骤，以及确定定子的凹口和齿的尺寸的步骤。定子的凹口和齿的尺寸的确定必须符合多个约束条件，特别是三个。首先，齿的宽度必须足够大以允许足够的机械阻力；其次，齿的宽度必须足以允许从齿端到磁轭的磁通量的令人满意的传送，以及第三，凹口表面面积必须足够大以允许引入大量的铜线，从而防止绕组过大的电阻。

看起来，这三个约束条件中的每个的最佳值都不能单独实现。事实上，当希望增加机械阻力和从齿端传送到磁轭的磁通量时，获得大的齿宽，对于给定的磁轭的外直径和凹口的数量，其导致凹口表面积太小，因此引起绕组阻力和焦耳效应的显着损失。相反地，当希望增加凹口的表面积时，即对于给定的磁轭的外直径和凹口的数目，齿的宽度减小，从而相当大地限制了从齿端传送到磁轭的磁通量。

因此，定子的凹口和齿的令人满意的尺寸的确定包括特别地相对于这三个约束条件获得良好的折衷。例如，定子具有如图2所示的定子的凹口和齿的尺寸，其可以被改进，因为这些尺寸主要仅使凹口的表面积增加，即填充系数的改进，但不要解决另外两个标准。本发明提出通过提供具有改进的定子的凹口和齿的尺寸的定子来消除已知定子的缺点，其满足上述三个约束条件。

发明内容

因此，本发明的主题是用于交流发电机或电机的定子，包括：

-形成有在轴向方向上延伸的多个槽的圆柱形铁芯；

-装配在所述槽中的绕组，

其中所述定子铁芯包括：

-形成磁轭的圆柱形基部部分；

-多个齿，其布置成例如从所述基部部分朝向轴向中心延伸，以及所述多个槽由所述基部部分和相邻的一对所述齿限定。

根据本发明的一般特征，对于每个凹口，凹口的开口处的宽度小于磁轭处的宽度。

获得了良好的折衷，这使得首先可以避免在齿的端部处的齿的饱和，例如提供大的通量，其次可以具有带大的表面积的凹口，这使得可能更大的铜的横截面，从而允许相电阻受到限制。

根据一个实施例，对于每个齿，端部处的宽度大于磁轭处的宽度。

由于这种形式，优化了由齿传送的通量。事实上，距离端部越远，由齿的有限表面积引起的饱和度控制的磁通量越少。事实上，远离齿的端部时，半径增加，对于给定的齿宽度而言，其具有限制饱和度的作用。因此，就齿而言，用于将磁通量从齿的端部传送到磁轭的最关键的位置是所述端部，然而另一方面，其中约束条件从这该视角看是最不重要的位置是磁轭。因此，通过使齿在其端部处的宽度最大化并使其在磁轭处最小化，获得了传送的磁通量的最大量，同时由于设置在齿中的凹部而具有大的凹口表面。这些凹部是由于磁轭处的齿的宽度的减小。

根据本实施例的特征，对于每个齿，端部处的宽度和磁轭处的宽度之间的比值在1.8至2.2的范围内。

这些比值使得可以在所传送的最大流、凹口的良好表面区域和令人满意的机械阻力之间的良好的折中。

根据另一实施例，对于每个齿，端部处的宽度小于磁轭处的宽度。

对于给定的最小宽度的齿，这种类型的构造使得饱和区域可以在比具有带平行侧面的齿形较低的齿高度之上。

根据另一个实施例，对于每个齿，端部处的宽度大于在与磁轭径向间隔开0.3和0.7倍的齿高度的值的位置处获得的齿的宽度。

借助于在端部和磁轭之间的中间位置处的齿的宽度的减小而获得的这种退步，与端部处的齿的宽度相比，使得可以增加凹口的表面积。然而，如果它是从距离齿的端部足够远的距离实现的，这种类型的宽度的减小不会增加饱和度，因为当远离齿的端部时，半径增加，这对于给定的齿宽度具有限制磁饱和度的作用。

根据该另一实施例的另一特征，齿的最小宽度是在与磁轭径向间隔开0.4至0.6倍的齿的高度范围内的值的位置处获得的。

在齿的高度处的最小宽度的定位由此使得可以最小化磁饱和度的增加。

根据本实施例的另一特征，在齿的最小宽度和齿在端部处的宽度之间的比值在0.2至0.7的范围内。

在齿的端部处的宽度和最小宽度之间的比值使得在凹口的表面积的增加和磁饱和度的增加之间可以具有很好的折中。

根据另一实施例，每个齿在其每个侧面上包括具有恒定方向且没有拐点的直线形式的侧面。

因此，这易于实现工业化和生产。

根据该另一实施例的特征，对于每个凹口，磁轭处的宽度和凹口的开口处的宽度之间的比值在1.1至2的范围内，优选在1.3至1.5的范围内。

这样提出的比值使得可以在电技术改进和机械阻力之间具有最佳折中。

根据另一实施例，齿在其端部具有齿根。

在前述限定在所述轴向中心侧上的开口处的齿或凹口的宽度被理解为是正好在所述齿根的下方测量的，不包括齿根。齿根使得可以改进定子的电技术性能和电线在凹口中的保持。

根据该另一实施例的特征，对于每个齿，在齿的左侧处的齿根的周向宽度不同于在齿的右侧处的齿根的周向宽度。

用于制造定子的方法包括将绕组安装在凹口中的步骤。当绕组包括由导线形成的导体时，那么不同周向宽度的差异使得可以促进该安装步骤。例如，在沿逆时针方向安装绕组的情况下，右侧处的较小的齿根允许更容易地引入形成导体的导线。

根据该另一实施例的另一特征，在齿的左侧处的齿根的周向宽度和在齿的右侧处的齿根的周向宽度之间的比值在1.2至1.5的范围内。

在右侧较小的齿根的这种类型的比值允许更简单地引入形成导体的电线，并且在右侧和左侧处的彼此不是太大不同的齿根的值提供了电磁特性和保持的良好的折中、或甚至保留，与对称的齿根相比。

根据一个实施例，齿的侧面与定子的半径对齐。

这种布置在六相绕组的情况下是特别有利的。

本发明还涉及电机，例如包括转子的交流发电机，以及所述电机包括围绕转子的如前所述的定子。

根据一个实施例，装配在定子的圆柱形铁芯的所述槽中的所述绕组包括6个相。

根据另一实施例，装配在定子的圆柱形铁芯的所述槽中的绕组包括在凹口中具有矩形横截面的导体。

根据另一实施例，装配在定子的圆柱形铁芯的所述槽中的绕组包括每个凹口4或6个导体。

附图说明

通过阅读以下描述并检查其附带的附图，将更好地理解本发明。这些附图纯粹是通过说明的方式提供的，绝不限制本发明。

图1已经描述了根据现有技术的电机的转子的横截面的示意图；

图2已经描述了在垂直于轴线X-X的平面上的定子的圆柱形铁芯的示意图；

图3和图4是根据本发明的在垂直于轴线X-X的平面上的定子的圆柱形铁芯示意图；

图5和图6是根据本发明的在垂直于轴线X-X的平面上的定子的圆柱形铁芯的齿的示意图；以及

图7和图8是根据本发明的在垂直于轴X-X的平面上设置有绕组的凹口的示意图。

相同、相似或类似的元件保留从一个图到另一个图的相同附图标记。

具体实施方式

图3是在垂直于轴线X-X的平面上的定子13的圆柱形铁芯14的示意图。

定子13的铁芯14包括：

-形成磁轭的圆柱形基部部分203，所述磁轭具有径向厚度h_c：

-多个齿202，其布置成例如从所述基部部分朝向轴向中心X-X延伸，所述多个槽201由所述基部部分203和相邻的一对所述齿202限定。

如可以看到的，首先，对于每个凹口201，凹口中的开口处的宽度l_eo小于磁轭203处的宽度l_ec，其次，对于每个齿202，端部处的宽度l_do大于磁轭处的宽度l_dc。

例如，对于每个齿202，端部处的宽度l_do和磁轭203处的宽度l_dc之间的比值在1.8至2.2的范围内。

图4是在垂直于轴线X-X的平面上的定子13的圆柱形铁芯14的示意图。

定子13的铁芯14包括：

-形成磁轭203的圆柱形基部部分；

-多个齿202，其布置成例如从所述基部部分203朝向轴向中心X-X延伸，所述多个槽201由所述基部部分203和相邻的一对所述齿202限定。

如可以看到的，首先，对于形成凹口201的每个槽，凹口的开口处的宽度l_eo小于磁轭203处的宽度l_ec，其次，对于每个齿202，端部处的宽度l_do小于磁轭203处的宽度l_dc。

此外，每个齿202的每一侧包括具有恒定方向并且没有拐点的直线形式的侧翼f。

图5是图4所示的圆柱形铁芯的齿202的示意图。如可以看到的，对于每个齿202，端部处的宽度l_do小于磁轭204处的宽度l_dc。

例如，磁轭204处的宽度l_ec与凹口的开口处的宽度l_eo之间的比值在1.1至2的范围内，优选在1.3至1.5的范围内。

图6是在垂直于轴线X-X的平面上的定子13的圆柱形铁芯14的齿202的示意图。如可以看到的，对于每个齿，端部处的宽度l_do小于磁轭处的宽度l_dc。

根据图6，端部处的宽度l_do大于在与磁轭径向间隔开在齿的高度h_d的0.3至0.7倍的范围内的值的位置处获得的齿202的宽度。

根据优选实施例，齿202的最小宽度l_min在与磁轭径向间隔开在齿的高度h_d的0.4至0.6倍的范围内的值的位置处获得。

例如，齿202的最小宽度l_min和端部处的齿的宽度l_do之间的比值在0.2至0.7的范围内。

图7是在垂直于轴线X-X的平面上设置有绕组的凹口201的示意图。图7所示的凹口201由两个齿限定。两个齿202在它们的端部和在这些端部的两个周向侧处各自分别包括齿根d_r和d_g。在图7中，仅示出了每个齿202的一个侧面f，使得对于它们中的每一个，仅一个齿根，即所示的侧面中的一个，被示出在图7中。

有利地，对于每个齿202，在齿202的左侧处的齿根的周向宽度d_g不同于在齿的右侧处的齿根的周向宽度d_r。例如，齿的左侧处的齿根的周向宽度和齿的右侧处的齿根的周向宽度之间的比值为1.2至1.5的范围内。

图7所示的定子13的凹口被结合在如图1所示的电机例如交流发电机中，其包括转子，围绕所述转子4的所述定子。电机包括绕组12，其装配在包括6相的定子的圆柱形铁芯14的所述槽201中。例如，装配在定子14的圆柱形铁芯的所述槽201中的绕组12包括在凹口中具有矩形横截面的导体204。有利地，装配在定子的圆柱形铁芯的所述槽201中的绕组12包括每个凹口4个导体。在当绕组12包括根据两列的两根导体204在凹口201中径向对齐的4个导体204的情况下，这种类型的绕组被分类为四边形。

图8是在垂直于轴线X-X的平面上设置有绕组的凹口201的示意图。在图8中设置有绕组的凹口201与图7所示的凹口201的不同之处在于每个凹口201的导体204的数目，对于图8，其为6，而对于图7其为4。这些导体204有利地根据两列的三根导体204在凹口201中径向对齐。

Claims (16)

1.一种用于交流发电机或电机的定子(13)，包括：

-圆柱形铁芯(14)，在该圆柱形铁芯中形成有在轴向方向上延伸的形成凹口的多个槽(201)；

-装配在所述凹口中的绕组(12)，

其中所述定子铁芯(14)包括：

-形成磁轭(203)的圆柱形基部部分(203)；

-多个齿(202)，该多个齿被布置成例如从所述基部部分朝向轴向中心(X-X)延伸，并且所述多个槽(201)由所述基部部分和相邻的一对所述齿(202)限定；

其特征在于，对于每个凹口(201)，在凹口的开口处的宽度(l_eo)小于在磁轭(203)处的宽度(l_ec)。

2.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，对于每个齿(202)，在端部处的宽度(l_do)大于在磁轭(203)处的宽度(l_dc)。

3.根据权利要求1或2所述的定子，其特征在于，对于每个齿(202)，在端部处的宽度(l_do)和在磁轭(203)处的宽度(l_dc)之间的比值在1.8至2.2的范围内。

4.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，对于每个齿(202)，在端部处的宽度(l_do)小于在磁轭(203)处的宽度(l_dc)。

5.根据权利要求4所述的定子，其特征在于，对于每个齿(202)，在端部处的宽度(l_do)大于在与磁轭(203)径向间隔开0.3至0.7倍的齿的高度(h_d)的范围内的值的位置处获得的齿(202)的宽度。

6.根据权利要求4或5所述的定子，其特征在于，在与所述磁轭(203)径向间隔开0.4至0.6倍的齿的高度(h_d)的范围内的值的位置处，获得所述齿(202)的最小宽度(l_min)。

7.根据权利要求6所述的定子，其特征在于，所述齿的最小宽度(l_min)和所述齿在端部处的宽度(l_de)之间的比值在0.2至0.7的范围内。

8.根据权利要求4所述的定子，其特征在于，每个齿在其每个侧面上包括具有恒定方向且没有拐点的具有直线形状的侧面(f)。

9.根据权利要求4至8中任一项所述的定子，其特征在于，对于每个凹口(201)，在磁轭(203)处的宽度(l_ec)和在凹口的开口处的宽度(l_eo)之间的比值在1.1至2的范围内，优选在1.3至1.5的范围内。

10.根据前述权利要求中任一项所述的定子，其特征在于，所述齿(202)在其端部处具有齿根(d_r，d_g)。

11.根据前述权利要求所述的定子，其特征在于，对于每个齿(202)，在齿的左侧处的齿根的周向宽度(d_g)不同于在齿的右侧处的齿根的周向宽度(d_r)。

12.根据前述权利要求所述的定子，其特征在于，在齿的左侧处的齿根的周向宽度(d_g)和在齿的右侧处的齿根的周向宽度(d_r)之间的比值在1.2至1.5的范围内。

13.一种电机，例如交流发电机，其包括转子(4)，其特征在于，它包括根据前述权利要求中任一项所述的定子(13)，所述定子围绕所述转子(4)。

14.根据权利要求13所述的电机，其特征在于，装配在所述定子的圆柱形铁芯(14)的所述槽(201)中的所述绕组(12)包括6个相。

15.根据权利要求14所述的电机，其特征在于，装配在所述定子的圆柱形铁芯(14)的所述槽(201)中的所述绕组(12)包括在凹口中具有矩形横截面的导体(204)。

16.根据权利要求14或15所述的电机，其特征在于，装配在所述定子(14)的圆柱形铁芯的所述槽(201)中的所述绕组(12)包括每个凹口4个或6个导体(204)。