CN109997293B

CN109997293B - 配备有具有改进配置的绕组的旋转电机

Info

Publication number: CN109997293B
Application number: CN201780056071.5A
Authority: CN
Inventors: L.拉巴斯特-莫赫; A.布里塞; M.帕格纳德; B.洛雷特; C.奎特施; A.布格拉萨; O.布格拉萨
Original assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Current assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Priority date: 2016-07-29
Filing date: 2017-07-27
Publication date: 2021-10-22
Anticipated expiration: 2037-07-27
Also published as: WO2018020167A1; EP3491715A1; CN109997293A; FR3054747A1; FR3054747B1

Abstract

本发明主要涉及一种旋转电机，特别用于机动车辆，包括：‑定子(17)，其包括主体(21)和多相绕组(22)；‑围绕定子(17)的转子，在定子(17)的外周与转子的内周之间具有间隙；‑转子包括多个磁极；‑绕组(22)由多个线圈(36)形成，每个线圈(36)缠绕在定子主体(21)的相应齿(23)上，其特征在于，所述绕组(22)由18个线圈(36)形成，且所述转子包括12个磁极。

Description

配备有具有改进配置的绕组的旋转电机

技术领域

本发明涉及一种配备有具有改进配置的绕组的旋转电机。

背景技术

本发明在马达模式下运行的电机领域中具有特别有利但非排他性的应用，以便旋转机动车辆的风扇。

安装在车辆前端的这种风扇旨在产生穿过堆叠热交换器的气流，例如一个位于另一个后面的发动机冷却器和空调冷凝器。

为此，这些风扇包括鼓风机，其通过围绕外齿定子定位的钟形转子设定为旋转。实际上，定子包括主体，该主体设置有多个齿，这些齿均匀成角度地分布在气缸盖的外周上。

插入定子凹口中的多相绕组例如由各个线圈获得，每个线圈缠绕在定子的齿上。包括多个耦合轨道的互连器使得能够在具有不同相的线圈之间进行耦合。为此，耦合轨道设置有连接突片，线圈的端部焊接在连接突片上。

具有15个线圈和10个磁极的已知机器的配置需要使用大直径线(约2mm)以获得机器所需的性能水平。然而，这使得缠绕操作变得困难，这主要是由于定子凹口的尺寸，并且对于由有限数量的供应商提供的这种线的供应几乎没有选择。此外，机器产生的磁噪声相对较高。

发明内容

本发明旨在通过提出一种旋转电机，特别是用于机动车辆来有效地克服这些缺点，包括：

-定子，其包括主体和多相绕组；

-围绕定子的转子，在定子的外周与转子的内周之间具有间隙；

-转子包括多个磁极；

-绕组由多个线圈形成，每个线圈缠绕在定子主体的相应齿上，

其特征在于，绕组由18个线圈形成，转子包括12个磁极，18个线圈由相同的连续线形成。

本发明通过允许使用低直径线来促进绕组的生产，可以从各种供应商容易地提供线的供应。本发明还允许以所需的功率为电机提供良好的适应性。这种配置还使电机产生的磁噪声最小化并限制了这种机器的占地面积。

因此，具有18个线圈和12个磁极的旋转电机配置是在占地面积、功率、磁噪声、简单性和缠绕方法的速度之间的良好折衷。

实际上，具有15个线圈和10个磁极的旋转电机配置或具有12个线圈和8个磁极的旋转电机配置需要具有大的线直径以便保证机器的功率并且该线直径增加所述机器的占地面积。

此外，具有21个线圈和14个磁极的旋转电机导致非常长且更复杂的缠绕方法。实际上，这种机器配置涉及产生大量焊点。

此外，使用相同的连续线来形成定子的所有线圈允许使制造绕组的循环时间最小化。

根据一实施例，具有两个不同相的至少两个线圈通过将两个线圈连接在一起并连接到互连器的相应耦合轨道的线的连续耦合部分耦合在一起。

根据一实施例，每个线圈由线形成，线的直径小于1.5mm。

根据一实施例，绕组是由耦合成三角形的三组线圈形成的三相绕组。

根据一实施例，每组包括三个并联电安装的分支，每个分支具有两个串联电连接的线圈。该配置允许使用例如约1.2mm的低直径线，这允许对于给定的功率而言旋转电机的占地面积减小。

根据一实施例，每组包括两个并联电安装的分支，每个分支具有三个串联电连接的线圈。这种配置允许减少互连所需的耦合数量，从而允许减小用于缠绕旋转电机的定子的方法的持续时间。

根据一实施例，每组包括六个并联电连接的线圈。

根据一实施例，每组包括六个串联电连接的线圈。

根据一实施例，从定子主体的轴向侧执行具有不同相的线圈之间的耦合，从定子主体的相对轴向侧执行具有相同相的线连接线圈的部分的路由。

根据一实施例，转子的磁极由永磁体形成。

根据一实施例，旋转电机是直流无刷电机。

本发明的另一个目的是一种用于机动车辆的风扇，其特征在于，它包括如前所述的旋转电机。

附图说明

通过阅读以下描述并参考所附示意图，将更好地理解本发明。这些图仅通过本发明的说明性和非限制性示例提供，其中：

-图1是根据本发明的旋转电机的透视图；

-图2是形成图1的旋转电机的一部分的外齿定子的一部分的透视图；

-图3a和3b分别是根据本发明盘绕的定子的顶部和底部透视图，该定子设置有带有包覆成型的耦合轨道的互连器；

-图4是示出了根据本发明盘绕的定子的变体的透视顶视图，该定子设置有带有卡扣耦合轨道的互连器；

-图5是用于将耦合轨道附接到图4的互连器的主体上的卡扣装置的详细透视图；

-图6是表示根据本发明的定子线圈的第一类三角形耦合的电气图；

-图7是位于互连器的一侧上的定子前端的示意图，示出了用于图6的组件的具有不同相的线圈之间的耦合部分的定位；

-图8是定子的后表面的示意图，示出了用于图6的组件的具有相同相的线圈之间的路由部分的布局；

-图9a和9b是表示根据本发明的定子线圈的三角形耦合的变体的电气图；

-图10a和10b是根据本发明的互连器的透视顶视图和底视图；

-图11是形成根据本发明的互连器的一部分的耦合轨道的顶视图；

-图12是根据本发明的耦合轨道的透视图；

-图13是形成根据本发明的互连器的耦合轨道的一部分的连接突片的剖视图；

-图14是根据本发明的压靠着定子的后端面的线圈绝缘体的透视图；

-图15是根据本发明的旋转电机的转子的透视图。

具体实施方式

相同、相似或相当的元件在各图中采用相同的参考符号。在整个以下描述中，定子的称为“前”的一侧位于互连器的一侧，而称为“后”的一侧位于相对的轴向侧。

图1示出了旋转电机10的示例。在该示例中，它涉及无刷直流(BLDC)旋转电机。

旋转电机10包括钟形转子11，鼓风机(未示出)用于固定在该钟形转子11上。转子11在其内周上支撑形成机器10的磁极的多个永磁体12。转子11可旋转地安装在来自散热器16的轴13上，该散热器包含用于控制机器10的电子模块。

该转子11围绕多相定子17，在转子11的内周与定子17的外周之间具有间隙。

具有轴线X的该定子17固定在散热器16上，散热器16用于安装在称为喷嘴的支撑部分上，其支撑车辆的热交换器，比如用于热机的冷却器和空调冷凝器。为此，固定部件穿过在来自散热器16的外周的突出凸耳18中产生的开口。

定子17包括主体21和绕组22。更具体地，如图2所示，定子主体21例如由轴向堆叠的平板形成。主体21包括均匀成角度地分布在轭24的外周上的齿23。这些齿23限定凹口27，使得每个凹口27由两个连续的齿23界定。因此，轭24对应于主体21的在凹口27的底部和定子17的内周之间延伸的实心内环形部分。凹口27在主体21的轴向端面中轴向伸出。凹口27也朝向主体21的外侧径向敞开。

在该示例中，定子17在齿23的自由端的一侧上设置有齿根28。每个齿根28在相应齿23的两侧上周向延伸。

定子17还包括来自轭24的内周的部分31，其作为径向突出部朝向轭24的内部延伸。每个突出部分31包括轴向贯穿开口32，其被固定部件33穿过，例如螺钉，如图3a所示，以便将定子17固定在散热器16上。

为了获得绕组22，由线圈36形成多个相，每个线圈缠绕在定子17的主体21的相应齿23上，如图3a、3b和4所示。

根据优选的配置，三相型绕组22由18个线圈36形成，转子11包括12个磁极，即12个永磁体。18个线圈由相同的连续线37形成，其直径小于1.5mm。例如，该线37可具有约1.2mm的直径。导电线37优选地覆盖有一层电绝缘材料，比如瓷漆。

有利地，绕组22是由耦合为三角形的三组40线圈36形成的三相绕组。根据图6所示的第一实施例，每组40包括三个并联电安装的分支41，每个分支41具有两个串联电连接的线圈36。根据图9a所示的第二实施例，每组40包括两个并联电安装的分支41，每个分支41具有三个串联电连接的线圈36。根据图9b所示的第三实施例，每组40包括六个并联电连接的线圈36。根据未示出的第四实施例，每组40包括六个串联电连接的线圈36。

图3a、3b、4、10a和10b中所示的互连器43使得能够通过其耦合部分46在具有不同相U、V、W的线圈36之间进行耦合。因此，每个耦合部分46对应于线37的在具有不同相的两个线圈36之间延伸并且电连接到互连器43的部分。

更具体地，具有轴线Y的互连器43包括由例如塑料材料的电绝缘材料制成的主体44，以及设置有其上焊接有耦合部分46的连接突片50的多个耦合轨道47，耦合部分46将事先已被剥掉了瓷漆。应当注意，当互连器43安装在定子17上时，其轴线Y基本上与定子17的轴线X重合。

在图3a和3b的实施例中，主体44包覆成型在耦合轨道47上。

可替代地，如图4和5所示，开环形状的耦合轨道47插入主体44的匹配形状的圆形凹槽51中。耦合轨道47例如通过卡扣配合保持在凹槽51内。为此，连接突片50的径向边缘抵靠着设置在互连器43的面中的斜面54，其限定用于连接突片50的径向壳体。在这种情况下，斜面54在与主体44的两个相对面中产生，这两个面沿大致径向方向延伸。

第一耦合轨道47的区别在于其能够实现参考符号U1-U6的第一相U的线圈36与参考符号V1-V6的第二相V的线圈36之间的耦合，第二耦合轨道47能够实现参考符号V1-V6的相V的线圈36与参考符号W1-W6的第三相W的线圈36之间的耦合，以及第三耦合轨道47能够实现参考符号U1-U6的相U的线圈36与参考符号W1-W6的相W的线圈36之间的耦合。显然，可以根据电机的相数来调整耦合轨道47的数量。

如在图11的示例中可以看到，具有不同直径的耦合轨道47是同轴的并且相对于彼此径向堆叠。轨道47相对于彼此径向间隔开，使得在两个相邻轨道47之间存在一层电绝缘材料，以便提供其电绝缘。绝缘层可以由用于图3a和3b的实施例的主体44的包覆成型的一部分或者用于图4和5的实施例的限定凹槽51的绝缘壁形成。

优选地，互连器43的较大直径耦合轨道47的外径小于定子主体21的轭24的内径。

此外，每个耦合轨道47具有主体99，主体99可以具有比其径向延伸部分更大的轴向延伸部分，以具有相对于定子17的轴线X轴向延伸的环形。优选地，主体99具有圆弧形状。

耦合轨道47轴向定位在绕组22的两个轴向端部之间，如图3a和3b所示。换句话说，在没有连接突片50的情况下考虑的耦合轨道47的环形部分的轴向端部定位在线圈36的作为突出部在定子主体21的两侧上延伸的轴向部分之间。

优选地，互连器43组件轴向定位在绕组22的两个轴向端部之间。这允许根据轴向和径向尺寸获得紧凑的组件。

为了便于焊接操作，径向朝向相应耦合轨道47的主体99的外侧的连接突片50具有位于围绕相同圆周的端部57，如图11所示。为此，位于内部耦合轨道47上的突片50的径向长度大于位于径向堆叠的最外侧耦合轨道47上的连接突片50的长度。

连接突片50还包括具有相同尺寸的轴向边缘58，使得它们都可以相对于定子主体21位于相同的轴向高度，如图12所示。

每个耦合轨道47的连接突片50以均匀的方式相对于彼此成角度地间隔开。此外，如图11所示，实现两个相邻的耦合轨道47之间的角度偏移，以便获得形成各个轨道47的一部分的三个连接突片50的组60。这些组60围绕互连器43的圆周均匀地间隔开。在各个耦合轨道47的连接突片50之间存在周向交替。

每个连接突片50优选地包括位于突片50的端部57的延伸部分中的可折叠部分63，如图12和13所示。每个可折叠部分63使得能够保持线37的相应耦合部分46。

为了防止在可折叠部分63的变形期间损坏线圈36的线37，每个可折叠部分63可以包括接缝64，如图13所示。该接缝64由可折叠部分63的锚固端附近的台阶与连接突片50限定。接缝64适用于轨道被夹住的情况，这对应于图4的实施例。然而，在对应于耦合轨道47的包覆成型的图3a和3b的实施例中，可折叠部分63没有接缝64，特别是由于空间限制。然后，每个可折叠部分63相对于相应的连接突片50形成直角。

为了便于它们的制造，每个耦合轨道47可以具有穿过连接突片50的对称平面P1。耦合轨道47还全都采用与附近连接突片50的直径和径向长度相同的形状。因此，它们的制造可以标准化。

此外，如图10a和10b所示，互连器43形成线圈绝缘体。为此，主体44包括用于压靠着轭24的中央环形部分67。该中央环形部分67位于包括耦合轨道47的互连器43的环形部分68的延伸部分中。

互连器43还包括多个来自环形部分67的臂71。这些径向向外延伸的臂71旨在分别压靠着定子主体21的齿23的相应端面。此外，位于臂71的纵向边缘的延伸部分中的绝缘壁72旨在压靠着相应齿23的侧面。

在主体44中产生的凹部75允许焊接电极在连接突片50的两侧通过。沿两个相反的轴向方向移动的电极因此可以夹紧连接突片50-耦合部分46组件，以允许产生焊接接头。为此，在主体44的下部中产生的凹部75朝向突片50的下表面伸出。突片50的上表面也被清除(clear)，以使耦合部分46的线与突片50之间接触。

在主体44中产生的开放空间76允许固定部件33在突出部分31的开口内部通过，以将定子17固定在散热器16上。

此外，如图14所示，线圈绝缘体80可以抵靠着定子主体21的与互连器43相对的轴向端面定位。该线圈绝缘体80具有与互连器43的具有电绝缘功能的部分相类似的结构。因此，线圈绝缘体80包括压靠着轭24的与互连器43相对的端面的中央环形部分82以及来自环形部分82的多个臂83。径向向外延伸的这些臂83旨在分别压靠着定子主体21的齿23的相应端部。另外，位于臂83的纵向边缘的延伸部分中的绝缘壁84旨在压靠着相应齿23的侧面，以便至少部分地覆盖这些侧面。为此，与绝缘壁72一样，绝缘壁84沿轴向朝向定子17的内侧。换句话说，绝缘壁72和84沿轴向朝向彼此。

有利地，线圈绝缘体80的绝缘壁84和互连器43的绝缘壁72彼此轴向间隔开。线圈绝缘体80的绝缘壁84和/或互连器43的绝缘壁72的高度小于定子主体21的轴向高度的一半。这样的配置使得可以适应各种定子17配置，特别是具有不同轴向长度的定子17，以便解决不同的电机功率，而不必修改互连器43或线圈绝缘体80的结构。

此外，由于线37在彼此面对的两个绝缘面72、84之间的张力，线37与未被绝缘壁72、84覆盖的齿23的侧面的区域保持一定距离，从而在两个绝缘壁72之间的空间中，不需要在凹口27内部使用绝缘纸类型的附加绝缘体。

耦合轨道47每个都设置有连接端子(未示出)，其旨在与集成在散热器16中的电子控制模块的相应连接端子连接。该模块包括例如MOS型晶体管的开关，其被命令为将电流注入马达模式下运行的电机的各个相。

下面参考图6、7和8描述用于获得定子17的绕组22的操作。线圈36有利地通过针装置由相同的连续线37产生，该针装置旨在使线37经由对应于两个相邻齿根28(参见图2)之间的周向空间的凹口开口87围绕定子主体21的齿23穿过。为了产生用于线圈36的匝88，针执行从上到下的轴向运动且结合在一个方向和另一个方向之间交替的周向运动。针和定子17的齿23之间的相对径向运动允许产生各种层匝88。

根据一些实施例，针执行相对于固定定子21的所有运动，以便获得绕组22。在其他缠绕方法中，在针和定子主体21之间执行运动的分配。

一旦产生了第一线圈36，例如第一相U的线圈U1，针移动三个凹口27，以便产生第一相的第二线圈U2与第一线圈U1串联电连接，如图6和7所示。换句话说，提供空间以便能够在相同相的两个连续线圈36之间产生另外两相的线圈，例如线圈V4和W3。执行运动使得相同相(在这种情况下是相U)的两个线圈U1和U2之间的路由部分91从与互连器43相对的面的一侧延伸(参见图8)。

一旦产生第二线圈U2，线37就通过连接突片50，以能够实现在插入邻近第二线圈U2的凹口27之前的第一相和第二相之间的耦合(图上的耦合U2-V1)，以产生第二相的第一线圈V1。例如通过在从耦合部分46剥离瓷漆之后将耦合部分46焊接到相应的连接突片50上来实现耦合。

在经由路由部分91跳过两个凹口27之后，产生第二相的第二线圈V2，然后经由耦合部分46与第三相W1的第一线圈36实现耦合，依此类推，直到获得全部绕组22。

换句话说，通过交替产生相同相的成系列的两个线圈36，然后是该系列的最后一个线圈和属于另一相的新系列两个线圈中的第一线圈之间的耦合来获得绕组22。

因此，具有不同相的线圈36之间的耦合经由互连器43在定子主体21的轴向侧上进行，并且经由路由部分91在定子主体21的相对于互连器43的相对轴向侧上进行连接相同相的线圈36的线37部分的路由，如图7和8所示。应该注意，图8中的箭头F1表示绕组的方向且因此表示各个线圈36的完成顺序。

因此，绕组22可以由同一根线制成。在用于与互连器43耦合的操作期间，不切断该线。

此外，如图15所示，转子11包括围绕定子17定位的轴向定向的环形壁94。该环形壁94与定子17同轴。该环形壁94从径向定向的环形壁95的外周延伸。该径向定向的环形壁95通过套筒96在中心延伸，套筒96中安装有轴承装置97，比如滚珠或滚针轴承，以允许转子11在固定在散热器16上的轴13上的旋转组装。可以添加横向定向的环形壁95以允许空气在机器10内循环。横向定向的环形壁95包括用于固定风扇的装置98，其例如由固定部件(比如螺钉或铆钉)插入其中的贯穿开口形成。

形成机器磁极的多个永磁体12固定在轴向定向的环形壁94的内周上。例如平行六面体形状的磁体12优选地由铁氧体制成。然而，作为变型，它们可以根据电机10的应用和功率要求由稀土制成。磁体12也可以具有不同的等级，这取决于应用。

当然，以上描述仅作为示例提供，并不限制本发明的范围，本发明的范围不会因为用任何其他等效元件替换各种元件而脱离。

此外，本发明的各个特征、变型和/或实施例可以根据各种组合彼此相关，只要它们彼此不相容或不相互排斥即可。

Claims

1.一种旋转电机(10)，包括：

-定子(17)，其包括主体(21)和多相绕组(22)；

-围绕定子(17)的转子(11)，在定子(17)的外周与转子(11)的内周之间具有间隙；

-转子(11)包括多个磁极；

-绕组(22)由多个线圈(36)形成，每个线圈(36)缠绕在定子主体(21)的相应齿(23)上，

其特征在于，所述绕组(22)由18个线圈(36)形成，所述转子(11)包括12个磁极，18个线圈由相同的连续线(37)形成，并且

从定子主体(21)的轴向侧执行具有不同相的线圈(36)之间的耦合，从定子主体(21)的相对轴向侧执行连接具有相同相的线圈(36)的线(91)部分的路由。

2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，具有两个不同相的至少两个线圈(36)通过将两个线圈(36)连接在一起并连接到互连器(43)的相应耦合轨道(47)的线(37)的连续耦合部分(46)耦合在一起。

3.如权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，每个线圈(36)由线(37)形成，线(37)的直径小于1.5mm。

4.如权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，所述绕组(22)是由耦合成三角形的三组(40)线圈(36)形成的三相绕组。

5.如权利要求4所述的旋转电机，其特征在于，所述三组(40)线圈(36)中的每组包括三个并联电安装的分支(41)，每个分支(41)具有两个串联电连接的线圈(36)。

6.如权利要求4所述的旋转电机，其特征在于，所述三组(40)线圈(36)中的每组包括两个并联电安装的分支(41)，每个分支(41)具有三个串联电连接的线圈(36)。

7.如权利要求4所述的旋转电机，其特征在于，所述三组(40)线圈(36)中的每组包括六个串联电连接的线圈(36)。

8.如权利要求4所述的旋转电机，其特征在于，所述三组(40)线圈(36)中的每组包括六个并联电连接的线圈(36)。

9.如权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，所述转子(11)的磁极由永磁体(12)形成。

10.一种用于机动车辆的风扇，其特征在于，它包括如权利要求1至9中任一项所述的旋转电机。