CN202550704U - 具有高槽填充的全圆定子组件、电磁电机和电动马达 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及具有高槽填充的全圆定子组件和电磁电机。一种电磁电机具有转子和定子芯。所述定子芯具有多个径向延伸的齿和具有固定到对应齿的相对端部的多个桥。定子绕组至少部分地位于所述齿之间的槽中。每个所述桥处于压缩配置并包括从所述端部径向偏移的中部。

Description

具有高槽填充的全圆定子组件、电磁电机和电动马达

技术领域

本实用新型总体涉及具有定子的电磁电机，该定子具有多个定子齿和围绕该齿绕制的定子线圈绕组，以及更特别地，涉及这样的具有定子的电机，所述定子适于促进该电机的有效制造以及其中齿之间的槽填充有相对高体积的定子线圈绕组。 

背景技术

如本领域所公知，电动马达具有包括多个齿和围绕每个齿绕制的定子线圈绕组的定子组件，以便通过绕组的流动的电流产生磁场以驱动转子旋转。通常需要增加围绕每个齿卷绕绕组的次数，但在齿之间的槽中仅仅存在用于绕组的限定量的空间。同样，用于围绕齿绕制绕组的一些设备必须移动通过邻近定子齿之间的槽。随着绕制处理期间绕组对槽的填充，变得难以在齿上绕制线圈，特别地，在经济大规模制造电动马达所需的高速度下。 

由于绕制设备的限制，全圆定子配置的槽填充（在定子齿之间的槽的由定子绕组占据的体积的百分比）被限制到约65%。已经开发出了分段定子以解决该问题。分段定子由多个分立的段构成，每个段包括一个或多个齿。围绕定子齿卷绕绕组，而各段彼此分离。在单齿段的情况下，在绕制处理期间，绕制设备不受任何其他齿的限制。在多齿段的情况下，绕制期间的段的分离仍提供对槽的较佳进入，并使得能够实现更高的槽填充。然而，在绕制后，必须组装各定子段。此外，围绕定子的每个齿的绕组被连接到围绕其他定子齿的绕组，因而需要提供在绕制期间将定子的不同段相对于彼此保持适当位置中的结构。这些因素增加了制造使用分段定子的马 达或其他电磁电机的成本和难度。 

实用新型内容

在一个方面，本实用新型包括一种具有定子芯的定子组件。所述定子芯包括多个径向延伸的齿和多个压缩桥，所述多个桥在所述多个齿中的对应的邻近的一对齿之间延伸以便通过槽将所述一对齿中的每个齿与所述一对齿中的其他齿间隔。所述桥已经被压缩以便将所述定子芯从其中邻近对的齿之间的每个所述槽相对较宽的展开配置重新配置到其中邻近对的齿之间的每个槽相对较窄的压缩配置。所述定子组件具有多个定子绕组。所述多个定子绕组中的每一个至少部分地位于至少一个所述槽中。 

在一实施形态中，一种定子组件包括：定子芯，包括多个径向延伸的齿和多个压缩的桥，所述多个桥中的每一个在所述多个齿中的对应的邻近的一对齿之间延伸以便通过槽将所述一对齿中的每个齿与所述一对齿中的另一个齿彼此间隔，其中所述桥已经被压缩以便将所述定子芯从其中邻近一对齿之间的每个所述槽相对较宽的展开配置重新配置到其中邻近一对齿之间的每个槽相对较窄的压缩配置；以及，多个定子绕组，所述多个定子绕组中的每一个至少部分地位于至少一个所述槽中。 

在一实施形态中，一种电磁电机包括如上所述的定子组件。 

本实用新型的另一方面包括一种具有外壳、安装为相对于所述外壳旋转的转子以及定子芯的电动马达。所述定子芯具有多个径向延伸的齿和多个桥。每个所述桥具有固定到所述多个齿中的对应齿的相对端部以通过对应的槽间隔所述对应的齿，每个所述桥包括从所述端部径向偏移的中部。所述马达具有至少部分地位于所述齿之间的所述槽中的定子绕组。 

在一实施形态中，一种电动马达包括：外壳；转子，安装为相对于所述外壳旋转；定子芯，具有多个径向延伸的齿和多个桥，每个所述桥具有固定到所述多个齿中的对应齿的相对端部以通过对应的槽间隔所述对应的齿，每个所述桥包括从所述端部径向偏移的中部；以及，定子绕组，其至少部分地位于所述齿之间的所述槽中。 

优选为，其中，所述桥均包括塑性变形材料。 

优选为，其中，所述定子绕组填充每个所述槽的体积的至少约65%。 

优选为，其中，所述定子芯围绕所述转子的周边延伸。 

本实用新型的定子组件通过一种制造用于电磁电机的定子组件的方法制造。所述方法包括层叠多个单片（one-piece）定子叠层以形成定子芯。每个定子叠层包括多个齿部分和多个桥部分。在层叠所述叠层时所述多个齿部分形成多个齿以及所述多个桥部分形成多个桥。每个所述桥在对应的齿之间延伸以将每个齿保持在邻近的齿之间从而每个齿通过槽与对应的邻近齿间隔。所述方法包括在所述定子芯处于其中每个所述槽相对较宽的第一配置时围绕所述定子芯的所述齿绕制线圈；以及在绕制之后，将所述定子芯的所述配置改变到其中每个所述槽相对较窄的第二配置。 

其他目的和特征将部分地显而易见并在下文中部分地指出。 

附图说明

图1为电磁电机的一个实施例的示意图； 

图2为电磁电机的定子组件和转子的截面图； 

图3为示例了展开配置的定子芯的定子组件的截面图； 

图4为定子芯的透视图； 

图5示例了使用连续冲模由卷条进料（scroll slit feed stock）制造定子和转子叠层的序列； 

图6为示例部分展开配置的定子芯的定子芯的另一实施例的俯视图； 

图6A为图6中的定子芯的一部分的放大局部俯视图； 

图7为完全展开配置的在图6中示出的定子芯的俯视图；以及 

图8为压缩（compressed）配置的包括图6和7的定子芯的定子组件。 

对于所有附图，对应的参考标号指示对应的部分。 

具体实施方式

参考附图，图1中的参考数字101总体表示电磁电机的一个实施例。 虽然图1的电机101为电动马达，但本领域的技术人员应认识到包括发电机的其他电磁电机同样在本实用新型的范围内。 

马达101具有外壳103、安装为相对于外壳旋转的转子105以及定子组件107。参考图2，定子组件107包括具有多个径向伸展的齿115的定子芯111。例如，如图2所示，马达101具有围绕转子105伸展的外定子芯111，以及在定子芯上的齿115向内朝向转子径向伸展。然而，应该理解，在不背离本实用新型的范围的情况下，定子可以为具有向外朝向外转子径向伸展的齿的内定子，其中该外转子围绕定子伸展。定子组件107还具有绕组117，该绕组117至少部分地位于使邻近的齿彼此间隔的槽119中。如本领域的技术人员所了解的，为绕组117供能以便流动通过绕组的电流产生驱动转子105旋转的磁场。 

如图2和图3所示，定子芯111包括将齿115连接到彼此的多个桥125。每个桥125从齿115中的一个伸展到对应的邻近齿，并提供物理连接齿并限制齿相对彼此移动的链接。当组装马达101时，齿115远离桥125向转子105伸展。桥125位于定子芯111的外直径上，以及齿115从桥向内向转子105径向伸展。桥125适于在组装定子107期间变形以将定子芯111从其中邻近的齿115之间的每个槽119相对较宽的打开/展开配置（图3）（例如，有助于围绕齿绕制绕组117）重新配置为其中邻近的齿115之间的每个槽相对较窄的闭合/压缩配置。当马达101被完全组装时，定子芯111处于压缩配置，这希望地产生了更紧凑的电机。 

如图4所示，适宜地从多个层叠的叠层131形成定子芯111以减少定子芯111中的涡流。定子芯111为全圆定子芯，意味着定子包括基本上围绕转子105占据的空间连续伸展的环（例如，由齿115和桥125形成）。每个叠层131具有多个齿部分133和多个桥部分135。桥部分135和齿部分133被一体形成为一个工件，以便每个叠层131的桥部分和齿部分为单一整体的部分。当叠层131被层叠以形成定子芯111时，齿部分133整体形成齿115，以及桥部分135整体形成桥125。由于与齿115一体形成示例实施例的桥125，因此不需要将桥连接到齿的组装步骤。此外，在示例的 实施例中，叠层131都是相同的，但可以不同地构建一个或多个叠层而不背离本实用新型的范围。例如，在不背离本实用新型的范围的情况下，可以从一个或多个叠层略去一个或多个桥部分。 

图3示例了展开配置的定子芯111。每个桥125具有固定到邻近的对应齿115的相对端部141。如图3所示，在定子芯111的外周边上的齿的最外端部处，端部141被固定到齿115的侧部。在邻近桥的端部141的齿115的侧部存在与桥的端部141径向对准的凹陷151。例如，如所示例的，凹陷151从桥125的端部141径向向内设置。在展开配置中，每个桥125的中部145位于端部141之间，以便桥的中部与端部直线对准。在该配置中，桥125处于基本上直的伸展配置，并保持邻近齿115之间的相对宽的分离。同样，在展开配置中桥125的端部141之间的距离D1相对大。该定子芯111的打开/展开配置有助于围绕齿115绕制线圈以形成定子绕组117。 

图2示例了压缩配置的定子芯111，其中，桥125已经变形（例如，弯曲直到塑性变形）以向内径向移动齿115并减少邻近齿之间的间隔。特别地，在重新配置定子芯111时，桥125的中部145已经从桥的端部141径向移位（例如，径向向内，如实施例所示），以及桥的端部之间的距离D2已被减小或消除。取代在对应邻近齿115之间的基本上直地伸展，紧凑配置中的每个桥125径向伸展到并至少部分填充对应的凹陷151。如图2所示，在压缩配置中齿115的侧部彼此邻接，以及距离D2为约零。然而，应该理解，在不背离本实用新型的范围的情况下，在定子芯的压缩配置中，可以在齿之间存在间隔。 

如图2所示，定子组件107的绕组117填充邻近的齿115之间的槽119的体积的大部分。例如，“槽填充”适宜地为至少约65%，更适宜地，至少约75%，以及更适宜地，至少约85%。“槽填充”为本领域的术语并指代被槽的总使用区域除的由绕组117占据的槽119的区域（包括绕组的导电部分和任何绝缘部分占据的区域），并被表示为百分比。在可使用的槽区域与可使用的槽区域外部的区域之间的边界由图2的121指示。当计算 槽填充时，将由任何绝缘部分占据的空间以及绕组的邻近匝之间的间隙间隔考虑为被填充，这是由于如何需要则可以将它们减少或消除（例如，使用非常薄的绝缘部分或没有绝缘部分以最大化由导电材料占据的空间和/或使用具有方形截面形状的绕组以减小或消除间隙间隔）。 

根据制造电动马达或其他电磁电机的一种方法，如图5所示，由一个或多个平的坯件（blank）161切割多个定子叠层131。定子叠层131具有对应于上述定子芯111的打开/展开配置的切割（as-cut）形状。从相同坯件161切割的至少一个马达叠层163作为定子叠层131中的至少一个。如所示，例如，从坯件161的定子产生部分165切割定子叠层131，以及从位于定子产生部分内部的坯件的转子产生部分167切割转子叠层163。例如，坯件161的转子产生部分167适宜地被坯件的定子产生部分165完全环绕。由于定子叠层131被成形为对应于打开配置的形状，因此存在充足的空间以在定子产生部分165的内边缘内（即，内部）装配坯件的整个转子产生部分167。使用坯件167的定子产生部分165内部的材料制造转子叠层163有助于从同一坯件161切割定子叠层131和转子叠层163而同时最小化来自坯件的未使用废料。 

图5为从其切割一系列定子和转子叠层131、163的坯件161的序列的平面视图。进料材料（stock material）适宜地为卷条进料。如图5所示，可以通过使用锯齿切具173将钢片切割为条带171以形成保持连接到彼此的一系列定子形成部分的外部周边部分，而形成卷条进料。从大的平片适宜地切割多个条带171，以便卷条进料的邻接条带171的定子形成部分彼此纵向偏移。一个邻接条带171的部分被示例于图5的图中以示例纵向偏移。该卷条进料的使用可以希望地限制在处理中产生的废料量。通过一系列连续冲模（未示出）切割叠层131、163，以及在图5的序列中示出的每个定子叠层处于处理的不同步骤。在不背离本实用新型的范围的情况下，一旦已将其从坯件切割，将来自同一坯件161或其部分的定子和转子叠层131、161保持在一起是不重要的，并且其每一个可用于制造不同的电磁电机。 

为了制造定子组件107，层叠多个定子叠层131以形成定子芯211（图4）。在定子芯处于打开/展开配置（图3）（其中，每个槽119相对较宽）时，围绕定子芯111的齿115绕制导电线圈以形成绕组117。由于在定子芯111的打开配置中的齿111之间的相对较宽的间隔，可使用需要齿之间相对宽的间隔以有效率地操作的高速绕制电机更容易地绕制。在绕制期间，桥125将齿115相对于彼此保持在位。 

在完成绕制之后，定子芯111的配置被改变为压缩配置。通过朝向彼此径向向内推动齿而使桥变形。随着定子芯111变形为其压缩配置，桥125弯曲，以便其中部145从桥的端部141径向偏移（例如，径向向内）。在重新配置定子芯111期间，凹陷151提供了由桥125部分或全部填充的空隙。因此，凹陷151有助于在定子芯111的紧凑配置中彼此紧密邻近地定位齿的能力。如图2所示，例如，在定子芯的紧凑配置中，齿115的侧部可以彼此邻接。 

可选地，转子105的组装包括层叠多个基本上与从坯件161切割的转子叠层相同的转子叠层163以形成转子。使用本领域的技术人员公知的组装方法将紧凑定子组件107与转子105和外壳103适宜地组合以产生电动马达101或其他电机。 

图6-8示例了本实用新型的定子组件207和定子芯211的其他实施例。除非特意标明，定子组件207和定子芯211基本上与上述定子组件107和定子芯111相同。如图6和6A所示，定子芯211的桥225均具有一个或多个活（living）铰链228以有助于在将定子芯重新配置为压缩配置时桥以可控的方式弯曲。例如，每个桥225适宜地包括三个活铰链228，包含在桥的端部241处的一对活铰链和在桥的中点245处的另一活铰链。通过在叠层的桥形成部分中切割槽口230而适宜地形成活铰链228。槽口230在铰链228处产生薄材料带，并还提供了可以接收铰链弯曲轴的内边缘处的材料的空间。 

在图6中，定子芯111处于部分展开配置中。在该配置中，桥225没有完全伸展，并且中点245从桥的端部241径向移位（例如，径向向内）。 处于部分展开配置的桥225通常适宜地为V形，如所示。图7示出了处于完全展开配置的定子芯，其中桥225完全伸展并且桥的中点245通常与桥的端部241线性对准。在组装的马达中，定子芯211处于相对紧凑配置，如图8所示。 

除非特别标明，根据基本上与上述方法基本相同的方法制造定子组件207。通过修改为在叠层的桥形成部分上形成活铰链的连续冲模适宜地切割用于定子芯211的叠层。例如，连续冲模可被修改为切割具有与在图6中示例的部分展开配置中的定子芯相同形状的叠层。换言之，叠层的切割后的形状适宜地对应于制造方法的一个实施例中的定子芯211（图6）的部分展开配置。在层叠叠层以形成定子芯211之后，将定子芯从图6的部分展开配置适宜地重新配置为图7的完全展开配置，例如，通过径向向外推动齿并弯曲铰链228处的桥225以将桥重新配置到完全展开配置。应该理解，在不背离本实用新型的范围的情况下，叠层可首先被重新配置为完全展开配置，然后被层叠以形成定子芯211。围绕处于有助于使用有效率的高速绕制方法和设备的完全展开配置中的齿适宜地绕制绕组217，同时实现高槽填充，如针对上述定子组件107所描述的。在完成绕制之后，定子芯211被重新配置到其紧凑配置以制造图8示例的定子组件207，其中组件207适宜地与转子105组合以形成电磁电机。 

在将定子芯211重新配置到完成的定子组件207的压缩配置之前将定子芯211从部分展开配置展开到完全展开配置，可以提供多个优点。首先，定子叠层在处于部分展开配置时具有比处于完全展开配置时小的外径。这导致较少浪费的坯件材料，因为可以使用较小宽度的卷条进料，并且因为在坯件的叠层产生部分与坯件的转子产生部分之间的间隔中存在较少的材料。 

其次，可以容易地控制将定子芯211从完全展开配置（其中桥225基本上是直的，（如图7所示））重新配置到压缩配置。这是由于在到更紧凑的配置的重新配置开始时桥已经沿希望的弯曲线发生过变形。如果将定子从其中弯曲未变形的直桥以便重新配置定子芯的配置直接重新配置到压 缩配置，则桥将沿不希望的方向弯曲（例如，上述桥125的中点145径向向外地移位而不是所需要的径向向内地移位）。相反，当首先使桥变形以将其展开为直配置，存在沿希望的弯曲线的内边缘已经变形的材料使得桥225较不可能沿不希望的方向变形（例如，弯曲）。 

当介绍本实用新型或其优选实施例的要素时，冠词“一”、“一个”、“该”以及“所述”旨在表示存在一个或多个要素。术语“包括”、“包含”以及“具有”是开放式的，因而意义为还存在除所列要素之外的附加要素。 

可以对上述结构做出各种改变而不背离本实用新型的范围，上述描述中包含和在附图中示出的所有要素理解为示例性的而不是限制含义。 

Claims (14)

1.一种定子组件，其特征在于，包括：

定子芯，包括多个径向延伸的齿和多个压缩的桥，所述多个桥中的每一个在所述多个齿中的对应的邻近的一对齿之间延伸以便通过槽将所述一对齿中的每个齿与所述一对齿中的另一个齿彼此间隔，其中所述桥已经被压缩以便将所述定子芯从其中邻近一对齿之间的每个所述槽相对较宽的展开配置重新配置到其中邻近一对齿之间的每个槽相对较窄的压缩配置；以及

多个定子绕组，所述多个定子绕组中的每一个至少部分地位于至少一个所述槽中。

2.根据权利要求1的定子组件，其特征在于，其中所述定子芯由多个层叠的叠层形成，每个叠层包括当与其他叠层层叠时形成所述多个齿的多个齿部分和当与其他叠层层叠时形成多个桥的多个桥部分，以及每个叠层的所述多个桥部分和所述多个齿部分被一体形成为一个工件。

3.根据权利要求1的定子组件，其特征在于，其中每个所述桥具有固定到邻近一对齿中的一个齿的相对的端部和从所述端部径向偏移的中部。

4.根据权利要求3的定子组件，其特征在于，其中所述桥的所述中部被放置为从其端部径向向内。

5.根据权利要求3的定子组件，其特征在于，其中所述多个齿中的每个齿具有邻近所述多个桥的对应端部的凹陷，所述凹陷被所述对应桥至少部分地填充。

6.根据权利要求3的定子组件，其特征在于，其中所述多个桥中的每个桥包括在重新配置所述定子芯时有助于所述桥的弯曲的活铰链。

7.根据权利要求1的定子组件，其特征在于，其中所述绕组至少填充每个所述槽的体积的约65％。

8.一种电磁电机，其特征在于，包括根据权利要求1的定子组件。

9.一种电动马达，其特征在于，包括：

外壳；

转子，安装为相对于所述外壳旋转；以及

定子芯，具有多个径向延伸的齿和多个桥，每个所述桥具有固定到所述多个齿中的对应齿的相对端部以通过对应的槽间隔所述对应的齿，每个所述桥包括从所述端部径向偏移的中部；以及

定子绕组，其至少部分地位于所述齿之间的所述槽中。

10.根据权利要求9的电动马达，其特征在于，其中所述桥均包括塑性变形材料。

11.根据权利要求9的电动马达，其特征在于，其中所述多个桥中的每个桥包括铰链。

12.根据权利要求9的电动马达，其特征在于，其中所述定子绕组填充每个所述槽的体积的至少约65％。

13.根据权利要求9的电动马达，其特征在于，其中所述定子芯由多个层叠的叠层形成，每个叠层包括当与其他叠层层叠时形成所述多个齿的多个齿部分和当与其他叠层层叠时形成多个桥的多个桥部分，以及每个叠层的所述多个桥部分和所述多个齿部分被一体形成为一个工件。

14.根据权利要求9的电动马达，其特征在于，其中所述定子芯围绕所述转子的周边延伸。

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