CN115176398A - 电动马达的定子和电动马达 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动马达(1)的定子(5)，定子具有若干径向指向的定子齿(6)，在定子齿上分别安设或能安设有用于多相旋转场绕组的线圈的绝缘的线圈载体(11)，其中，定子齿(6)在形成定子槽(7)的情况下在轭侧的外周(U_A)处彼此连接，其中，在极靴的内周(U_I)处，在相邻的定子齿(6)之间分别形成槽隙(10)，并且其中，在定子齿(6)的极靴侧的内周(U_I)处设置有形式为引导到一个槽隙(或每个槽隙(10)中的加强元件(14)的加固部。

Description

电动马达的定子和电动马达

技术领域

本发明涉及尤其是用于机动车辆的转向驱动装置的电动马达的定子，定子具有若干径向指向的定子齿，在定子齿上分别安设有用于多相旋转场绕组的线圈的绝缘线圈载体。本发明还涉及具有这样的定子的电动马达。

背景技术

这种定子尤其用在无刷电动马达(无刷直流马达，BLDC马达)中，其中，刚性(机械)的换向器的易磨损的电刷元件被马达电流的电子换向部所取代。这样的电动马达例如在机动车辆的电动马达式助力转向(EPS：Electric Power Steering(电动转向系统)，EPAS：Electric Power Assisted Steering(电动助力转向系统))中以电动产生的辅助力支持机动车辆用户的手动的转向运动。

在作为(三相)机器的电动马达中使用的(固定不动的)定子原则上具有定子叠片组，该定子叠片组具有若干星形布置的定子齿。定子齿承载有形式为单(定子)线圈或线圈绕组(相绕组)的旋转场电绕组，这些旋转场电绕组其本身由绝缘线材(线圈线材)缠绕而成。相绕组以其线圈端部或相端部配属给单独的、通常是三个(马达)相，并以预先确定的方式互连。

典型的三相(相绕组)分别相位错开地被加载电流，以便产生旋转磁场，通常设有永磁体的转子(动子)在该旋转磁场中旋转。相绕组的相端部经由相端子引导到马达电子器件以用于驱控电动马达。旋转场绕组的线圈借助它们的线圈端部以特定方式互连。线圈端部的互连类型由旋转场绕组的缠绕方案或绕组结构来确定，其中，作为缠绕方案常见的是星形连接、三角形连接或其组合。

用于转向驱动装置的定子通常支承或悬挂在电动马达的马达壳体中的外周的区域中。在此值得期待的是，定子进而是电动马达被实施(建造)得尽可能节省空间且重量轻并且在运行中尽可能低噪声。在此，定子可以实施具有圆柱形的且包围定子齿的定子轭并且具有布置在端侧的去耦环，以便抑制噪声产生。

定子的定子轭和定子齿例如可以一件式或一体式地构成，或者也可以多件式或多体式地构成。在一个可能的实施方式中，定子例如具有定子叠片组，该定子叠片组具有作为圆柱形的外定子部件的定子轭和作为星形的内定子部件的单独的定子星形件，定子星形件具有若干径向向外指向的定子齿。在定子的接合或装配状态下，定子轭和定子星形件例如力锁合或摩擦锁合地彼此挤压。同样能想到例如定子轭的和定子齿的非分段设计(实心定子)或者也能想到定子轭和定子齿作为极链或铠装链的分段设计。

由DE 10 2017 202 546 A1中已知的电动马达的、尤其是机动车辆的转向马达的定子包括具有若干星形布置且径向向内指向的定子齿的定子轭，定子齿设有多相旋转场绕组的线圈。线圈可以作为单线圈分别布置在定子齿上，或者可以作为双线圈或多线圈施加在两个或更多个定子齿上。定子齿在轭侧在定子外径(外周)上彼此连接以形成磁返回部，而径向内侧的极靴由于电磁通量的原因是开放的。为此，定子齿在定子的转子侧的内径(内周)的自由端部上相互隔开以形成缝隙用于避免磁短路。线圈缠绕在绝缘的线圈载体(绕组体或绕组载体)上，并且被卷绕的线圈载体安设在定子齿上。在装配状态下，线圈端部例如借助能安设在端侧的接触装置与(马达)相互连。

由于定子与运行有关的电磁激励以及由于定子齿的自由端部处形成必要的缝隙进而它们在定子的内周上缺乏连接，使得其径向刚度很低，并且因此其径向变形特别大。尤其地，具有十二个定子齿和十二个定子槽以及例如五个磁极的定子由于由此引起的相反的磁力而变形特别强烈。该变形通常传递到电动马达的包围定子的马达壳体上。这反过来又导致了在定子侧具有12个定子槽以及5个第10(马达)级的磁极的所提及的示例中较高的声学水平并且因此导致在电机运行中生成不理想期望的噪声。

发明内容

本发明的任务是，说明特别合适的用于电动马达的定子，其中，在电动运行中应实现更好的声学特性。此外应说明具有尽可能减少的噪声生成的设有这种定子的电动马达。

根据本发明，所提及的任务关于定子方面利用权利要求1的特征来解决，并且关于电动马达方面利用权利要求10的特征来解决。有利的设计方案和改进方案是各自的从属权利要求的主题。

定子具有若干径向指向的定子齿，在定子齿上安设或能安设有用于多相旋转场绕组的线圈载体(绕组体或绕组载体)。定子齿在形成定子槽的情况下在轭侧的外周(定子外径)处彼此连接。在极靴侧的内周(定子内径)处，在相邻的定子齿之间分别形成槽隙的地方，设置有形式为引导到一个槽隙或每个槽隙中的加强元件的加固部。定子尤其适合或被设置成用于作为机动车辆的转向驱动装置的电动马达。

线圈载体优选在端侧、即垂直于齿纵向方向指向地具有凸缘卡圈，在它们之间，所存在的缠绕空间是有限的。由绝缘材料、尤其是由塑料材料制成的线圈载体优选是两件式的。线圈载体适宜地具有两个半壳状的线圈载体部分，它们具有轴向延伸的且在各自的定子齿两侧形成侧翼的线圈载体区段。换句话说，线圈载体部分大致呈U形，其中，U形的腿形成线圈载体区段，在线圈载体区段之间容纳各自定子齿的轴向区段。

各自的定子齿以适当方式装备有线圈载体、尤其是装备有两个线圈载体部分，并缠绕有各自的线圈。随后，将以这种方式缠绕的定子齿在轭侧彼此连接起来。换句话说，线圈载体首先被安设在定子齿上，该定子齿作为单独的部段缠绕上各自的线圈。

本发明所基于的思考是，当在定子齿的极靴侧的自由端部的区域中也建立了足够的定子径向刚度时，可以在电动运行时实现更好的声学特性。这可以公认地通过如下方式来实现，即，例如也通过对定子进行塑料包覆来填充定子齿的极靴侧的自由端部之间的槽隙，使塑料包覆部延伸进入到槽隙中并因此在定子的内周上建立连接部。

定子在其极靴侧的内周(定子内径)处的加固适宜地通过如下方式来实现，即，使线圈载体在各自的定子槽之内在各自的极靴侧的槽隙的区域内接触。为此，以适当方式设置的是，在极靴侧的内周处在相邻的定子齿之间形成的槽隙中安置加强元件。这优选通过如下方式来实现，即，线圈载体具有引导到槽隙中的线圈载体突出部作为加强元件。

特别优选地，将引导到极靴侧的槽隙中的作为加强元件的线圈载体突出部只成形到各自的线圈载体部分的两个线圈载体区段中的一个线圈载体区段上。由此，使得线圈载体部分可以有利地被作为通用件来制造(提供)。以适当的方式，相邻的定子齿的线圈载体部分的两个轴向错开的线圈载体突出部被引导到槽隙中。换句话说，两个优选通用的线圈载体部分以相对彼此转动180°地从不同的轴向方向安设到定子齿上，并且因此共同形成各自的定子齿的定子载体。

在有利的设计方案中，定子在其极靴侧的内周(定子内径)处的加固部因此通过如下方式来实现，即，将线圈载体进行改进使得其中至少一个在定子槽之内(径向)向槽隙延伸的线圈载体具有被引导到槽隙内的突出部，该突出部在槽隙中被用作加强元件。置入到单个、多个或所有槽隙中的、优选成形到线圈载体上的加强元件因此以特别有利的方式和方法形成定子的加固部，从而使该定子具有特别高(大)的径向刚度。

为了避免磁短路，加强元件由不导磁的材料、尤其是塑料材料构成。加强元件优选在槽隙中被夹在形成槽隙侧翼的且形成各自的定子槽的定子齿之间。

根据一个特别优选的改进方案，线圈载体在定子槽之内在槽隙的区域具有相对应的贴靠轮廓。贴靠轮廓以适当方式设计/定尺寸使得线圈载体的这些贴靠轮廓或由它们为此提供或形成的贴靠面至少局部搭接。贴靠轮廓或其贴靠面可以为此径向直线延伸。替选地设置有键槽轮廓，其在槽隙的区域内优选在定子槽之内径向直接与槽隙邻接地，在一侧作为槽并且在另一侧作为嵌入到该槽中的作为键的榫舌或凸子被引入到线圈载体中。该轮廓例如也可以是燕尾状的。

根据本发明的电动马达尤其适合且被设立成用于机动车辆的转向驱动装置中。电动马达具有极罐状的马达壳体，在其中容纳有在极靴侧得到加固的定子以及相对该定子能转动地支承的转子。定子具有若干呈星形径向向内延伸的定子齿，在这些定子齿之间形成定子槽，定子绕组或旋转场绕组的线圈被容纳在定子槽中。

附图说明

下面将参照图示更详细地解释本发明的实施例。其中：

图1示出机动车辆的电动马达的透视图，该电动马达具有极罐状的马达壳体；

图2截段地示出布置在马达壳体中且在极靴侧得到加固的定子的俯视图，该定子在安设有线圈载体的定子齿之间具有定子槽；

图3a截段地示出沿图1中III-III线的剖图，在相邻的定子齿之间的定子槽具有极靴侧的槽隙，并在其极靴侧的内周上具有引入到槽隙中的加强元件作为定子的加固部；

图3b根据图3a的图示示出延续到极靴侧的槽隙中的线圈载体突出部作为加强元件，其与相邻的定子齿的线圈载体的区段局部重合；

图3c根据图3b的图示示出线圈载体区段的键槽轮廓作为在极靴侧的槽隙的区域内的重合部；并且

图4以透视图示出由类型相同的作为线圈载体部分的半壳构成的线圈载体，从其轭区段(轭侧的齿端部)观察，它们在定子齿的沿定子圆周方向不同的侧上具有极靴侧的加强元件；

图5以透视图示出根据图4的两件式(双壳)的线圈载体，其线圈载体区段具有相互面对的区段自由端部；并且

图6根据图4的图示示出两件式(双壳)的线圈载体，从定子齿的极靴(极靴侧的齿端部)观察，其具有相同的线圈载体部分。

彼此相应的部分在所有附图中设有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了机动车辆的电动马达1，尤其是用于电动马达式转向驱动装置的电动马达，电动马达具有极罐状的马达壳体2。能看到沿轴向方向A延伸的马达轴3穿过马达壳体2。在马达轴3上相对轴固定地布置有例如配备有永久磁体的转子4(图2)，该转子以能旋转的方式支承在电动马达1的定子5(图2)中。

在图2中截段地示出的包围转子4的定子5具有若干沿径向方向R定向的、即径向向内指向的定子齿6，在这些定子齿之间形成定子槽7。定子齿6优选被实施为轴向(沿轴向方向A)延伸的分段的叠片组，并在其朝向马达壳体2外周(外径)U_A上、即径向在外侧例如借助焊接彼此连接以形成定子轭8。在此有利地，实现了线圈绕组在定子槽7中的特别高的填充系数。

在装配状态下，图2中不可见的旋转场绕组或线圈绕组围绕定子5的定子齿6铺设。绕组作为线圈缠绕在安设在定子齿6上的绝缘的线圈载体或绕组载体11上。其中每个线圈载体11在此在装配状态下承载(单)线圈或线圈绕组作为定子或旋转场绕组的一部分。其上插接有线圈载体11的分段式定子齿6形成定子5的极部段。线圈载体或绕组载体11以适当的方式安设在定子齿6上，并且随后施加线圈绕组。然后，以这种方式卷绕好的定子齿6在轭侧彼此连接以形成定子5。

各自的线圈载体11具有轭侧的凸缘卡圈12和在极靴侧的凸缘卡圈13。能看到的是，线圈载体11的这些极靴侧的凸缘卡圈13在定子5的极靴14的区域内接触。由此实现了定子5在极靴侧的加固。由于定子5在其(极靴侧的)内周(内径)U_I处的加固，使得提高了定子5的径向刚度并基于此改善了因此特别是低噪声的电动马达1的声学水平。

从图3a到图3c可以比较清楚地看出，定子5在其极靴侧的内周(内径)U_I处是开放的。出于电磁通量的原因，在定子齿6之间在其径向内侧的齿自由端部9的区域内在极靴侧分别在各自的定子槽7中形成槽隙10。

在图3a中所示的实施方式中，加强元件14置入到槽隙10中。能看到在截段示出的两个相邻的定子齿6之间的定子槽7，在定子齿上分别布置有线圈载体11，其中只示出了线圈载体的位于该定子槽11之内的一侧的线圈载体区段11a和另一侧的线圈载体区段11b。换句话说，图3a中左侧线圈载体11的被标记为11a的线圈载体区段和图3a中右侧线圈载体11的被标记为11b的线圈载体区段安置在该定子槽7之内。这些线圈载体区段11a、11b被径向引导接近加强元件14并贴靠在该加强元件上。

相应的加强元件14可以类似地置入到定子5的所有其他极靴侧的槽隙10中。为了避免电磁短路，由各自的加强元件14形成的附加材料选自不导磁的材料，例如塑料。加强元件14在各自的槽隙10中被夹在形成槽隙侧翼的并形成各自的定子槽7的定子齿6之间。

在图3b和图3c中所示的实施方式中，定子5的在其极靴侧的内周(定子内径)U_I处的加固部借助线圈载体11建立。为此，两个线圈载体11中的一个线圈载体的线圈载体突出部15径向地在各自的定子槽7内延伸进入到那里的槽隙10中。延伸到槽隙10中的线圈载体突出部15因此形成了加强元件14。被置入到槽隙10中的加强元件14以特别有效的方式形成了定子5的加固部，并因此以高程度改善了定子的径向刚度。为此，线圈载体11在定子槽7之内在槽隙10的区域中具有相对应的贴靠轮廓16或由这些贴靠轮廓提供的贴靠面。贴靠轮廓16以如下方式设计，即，使它们搭接、优选是轴向搭接、例如只局部搭接。

在根据图3b的实施方式中，贴靠轮廓16直线延伸。该实施方式是特别简单且能廉价制造。

在根据图3c的实施方式中，贴靠轮廓16形成了键槽轮廓。这些贴靠轮廓都在定子槽7之内与槽隙10邻接地设置。在此，在其中一个线圈载体区段上、在此是在图3c中左侧线圈载体11的线圈载体区段11a上，引入有槽16a，而在另一个、在此是在图3c中右侧线圈载体11的线圈载体区段11b上，成形有被嵌入到槽16a中的榫舌或凸子16b作为键。该实施方式的特点在于具有特别高的刚度。

在根据图3b和图3c的两个实施方式中提供了重合部，以便实现线圈载体材料的弹性挤压。被引导到或沉入到各自的槽隙10中作为加强元件14的线圈载体突出部15被夹入在相邻的定子齿6之间。由此一方面实现了对定子5的特别有效的加固。另一方面确保了线圈载体11不因为在挤压过程中的力而偏离定子绕组的方向。通过挤压材料，在系统中出现了预紧力，从而使按压力可以得以传递。

图4至图6示出了由两个相同的作为线圈载体部分11c、11d的半壳构成的线圈载体11的透视图，从定子轭8的轭区段8a(图4)观察或从定子齿6的在齿自由端部9处的极靴17(图6)观察，线圈载体部分在定子齿6的沿定子5的圆周方向U不同的侧上具有极靴侧的线圈载体突出部15作为加强元件14。

可以看到的是，在图4至图6中在下部的线圈载体部分11d的极靴侧的线圈载体突出部15在轴向方向A上大约或正好在定子齿6的下半部上延伸。上部的线圈载体部分11c的极靴侧的线圈载体突出部15在定子齿6的相对置的、在图4和图5中被遮挡而在图6中可见的一侧上大约或正好在其上半部上延伸。

如在图5中可以比较清楚地看到，作为被引导到极靴侧的槽隙10中的加强元件14的线圈载体突出部15只成形到各自的线圈载体部分11c、11d的两个线圈载体区段11a中的一个上。被实施为通用件的线圈载体部分11c、11d相对彼此转动180°地布置，从而使得呈U形的线圈载体部分11c和11d的线圈载体区段11a的区段自由端部18c、18d相互面对。

在定子齿6和所安设的线圈载体11的接合状态下，因此分别相邻的定子齿6的线圈载体部分11c、11d的两个轴向错开的线圈载体突出部15被引导到极靴侧的槽隙10中。在此，各自的线圈载体突出部15贴靠在相邻的定子齿6的线圈载体11的如下那个线圈载体区段11b上，该线圈载体区段11b不具有线圈载体突出部15。因此，相邻的定子齿6的线圈载体11在槽隙10之内以阶梯状或梳状的方式接合，即它们以其贴靠轮廓(贴靠面)16在轴向方向A上以阶梯状的方式相互错开地贴靠且优选相互压紧。换句话说，在接合定子齿6以形成定子5的过程中，线圈载体11在其槽隙侧的线圈载体突出部15的区域中彼此挤压。

总之，本发明涉及尤其是作为机动车辆的转向驱动装置的电动马达1的定子5，定子具有若干径向指向的定子齿6，在定子齿上分别安设有用于多相旋转场绕组的线圈的绝缘的线圈载体11，其中，定子齿6在形成定子槽7的情况下在轭侧的外周U_A处彼此连接，并且其中，在定子齿6的极靴侧的内周U_I上设置有加固部。以适当方式将加强元件14引导到一个或每个槽隙10中，该加强元件由线圈载体突出部15形成。

所要求保护的发明并不限于上述的实施例。相反，本发明的其他变体也可以由本领域技术人员在公开的权利要求范围内推导出来，而不偏离本发明的主题。此外，与不同实施例相关描述的所有单个特征也能在所公开的权利要求的范围内以其他方式组合，而不偏离所要求保护的发明的主题。

此外，所述解决方案不仅可以用于具体示出的应用情况，还可以用于其他机动车辆应用的类似实施方案中，如用于车门和尾门系统、车窗升降器、车锁、可调座椅和内部空间系统中以及电驱动装置、控制部、传感器及其在车内的组件中。

附图标记列表

1 电动马达

2 马达壳体

3 马达轴

4 转子

5 定子

6 定子齿

7 定子槽

8 定子轭

8a 轭区段

9 齿自由端部

10 槽隙

11 线圈/绕组载体

11a、b 线圈载体区段

11c、d 线圈载体部分

12 轭侧的凸缘卡圈

13 极靴侧的凸缘卡圈

14 加强元件

15 线圈载体突出部

16 贴靠轮廓/贴靠面

16a 槽

16b 凸子/榫舌/键

17 极靴

18c、d 区段自由端部

A 轴向方向

R 径向方向

U 圆周方向

U_A (轭侧的)外周/外径

U_I (极靴侧的)内周/内径

Claims (11)

1.电动马达(1)的定子(5)，所述定子具有若干径向指向的定子齿(6)，在所述定子齿上分别安设或能安设有用于多相旋转场绕组的线圈的绝缘的线圈载体(11)，

-其中，所述定子齿(6)在形成定子槽(7)的情况下在轭侧的外周(U_A)处彼此连接，

-其中，在极靴的内周(U_I)处，在相邻的定子齿(6)之间分别形成槽隙(10)，并且

-其中，在所述定子齿(6)的极靴侧的内周(U_I)处设置有形式为引导到所述槽隙或每个槽隙(10)中的加强元件(14)的加固部。

2.根据权利要求1所述的定子(5)，

其特征在于，

所述加强元件(14)由不导磁的材料、尤其是塑料构成。

3.根据权利要求1或2所述的定子(5)，

其特征在于，

所述加强元件(14)成形到所述线圈载体(11)上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的定子(5)，

其特征在于，

-所述线圈载体(11)在各自的定子槽(7)之内在极靴侧的槽隙(10)的区域中接触，和/或

-所述线圈载体(11)在所述定子槽(7)之内在所述槽隙(10)的区域中具有相对应的贴靠轮廓(16)。

5.根据权利要求3所述的定子(5)，

其特征在于，

-所述线圈载体(11)的贴靠轮廓(16)和/或所述加强元件(14)在所述槽隙(10)的区域内局部搭接，和/或

-所述加强元件(14)在槽隙(10)中被夹在相邻的定子齿(6)之间。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的定子(5)，

其特征在于

具有在所述槽隙(10)的区域中在相邻的定子齿(6)之间的键槽轮廓(16a、16b)。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的定子(5)，

其特征在于，

所述线圈载体(11)在所述定子槽(7)之内具有被引导到所述槽隙(10)中的线圈载体突出部(15)作为加强元件(14)。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的定子(5)，

其特征在于，

所述线圈载体(11)具有两个半壳状的线圈载体部分(11c、11d)，所述线圈载体部分具有轴向延伸的并在各自的定子齿(6)两侧形成侧翼的线圈载体区段(11a、11b)。

9.根据权利要求7所述的定子(5)，

其特征在于，

其中，引导到极靴侧的槽隙(10)中作为加强元件(14)的线圈载体突出部(15)成形到各自的线圈载体部分(11c、11d)的两个线圈载体区段(11a、11b)中的一个线圈载体区段上、优选仅一个线圈载体区段上。

10.根据权利要求7或8所述的定子(5)，

其特征在于，

相邻的定子齿(6)的线圈载体部分(11c、11d)的两个轴向错开的线圈载体突出部(15)被引导到所述槽隙(10)中。

11.电动马达(1)，尤其是用于机动车辆的转向驱动装置的电动马达，所述电动马达具有马达壳体(2)和布置在所述马达壳体中的根据权利要求1至9中任一项所述的定子(5)。

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