用于旋转电机的定子的制作方法

本发明涉及旋转电机，并且更具体地涉及这种电机的定子。

在大多数已知的定子中，轭部形成朝向气隙完全敞开或半敞开的槽以允许安装绕组。通常，半敞开的槽接纳松散放置的具有圆形横截面的电导体，而敞开的槽容纳以有序方式放置的具有矩形横截面的电导体。

jp2875497涉及一种用于电机的定子，该定子包括带齿的环形件，该带齿的环形件的叠片具有在其厚度上变薄的部分，这些部分在气隙侧位于两个连续的齿之间。这种变薄的部分构成了朝向气隙的开口，开口可能产生不显著的电磁干扰，特别是因边缘通量导致的“磁性”气隙的增大，基于同样原因导致的在转子的表面处较大的铁损，或者因磁导的变化相对剧烈导致的脉动的转矩。

jp2011-097723公开了附接至轭部的各个齿。

专利申请fr3019947描述了一种定子，该定子具有带齿的环形件，该带齿的环形件具有通过材料桥接部彼此连接的齿，并且在齿之间限定有用于接纳线圈的槽，槽朝向外部径向敞开。槽的开口通过附接至带齿的环形件的轭部被封闭。

需要进一步改进用于电机的定子并且特别是需要降低转矩波动。

技术实现要素：

本发明通过一种下述定子来响应这种需求，该定子包括：

-环形件，该环形件包括：

○齿，在齿之间形成有槽；以及

○材料桥接部，每个材料桥接部均在其位于气隙侧的基部处连接两个相邻的齿并且在这些齿之间限定了槽的底部，至少一些，最佳地所有材料桥接部都具有至少一个磁导率降低的区域，该区域呈以下形式：

■至少一个局部变窄部，该局部变窄部由在材料桥接部的厚度上的沿着定子的纵向轴线延伸的至少一个凹槽或在材料桥接部的宽度上的至少一个材料的局部挤压部形成；以及/或者

■在材料桥接部的宽度上的至少一个开口；以及/或者

■在材料桥接部的宽度上的至少一个局部处理部，该局部处理部局部地降低了材料桥接部的磁导率；以及

-绕组，该绕组放置在环形件的槽中。

由材料桥接部的局部变窄部、局部挤压部、开口或局部处理部形成的磁导率降低的区域允许材料桥接部的所述区域在电机运行时磁饱和，这限制了材料桥接部中的通量的通过并且提高了电机的效率。

此外，这种定子大幅地减少了现有技术中的与向气隙敞开的槽的存在相关联的电磁干扰。没有朝向气隙的槽的开口使得可以减少槽的脉动。

电机的电磁性能得以提高。

此外，当整个定子用漆浸漆时，材料桥接部的存在降低了漆在气隙中丢失的风险。这使得可以降低清洁的需要。

这也使得可以减少漆在安装有定子的电机的运行期间泄漏到气隙中。这简化了电机的维护。术语“漆”在这里应该被广泛地理解，并且涵盖了任意类型的浸渍材料，特别是聚合物材料。

定子

朝向外部径向敞开的槽

作为优选，槽朝向环形件的外部径向敞开。作为优选，槽完全敞开。然后，绕组可以通过朝向槽的内部径向移动而被插入槽中。这使得绕组的安装更容易，一方面在于进入槽的内部更容易，这些槽是完全敞开的且朝向外部而非朝向气隙的槽，另一方面在于环形件周围的对于必要的工具或甚至绕线机而言可用的空间比定子的孔中可用的空间大。

此外，由于更容易对槽进行填充，因此可以改善填充的程度，并且这使得可以进一步改善电机的性能。特别地，每单位体积的扭矩可以被增大。

轭部

作为优选，定子包括附接至环形件的轭部。

“附接的轭部”是指在定子的制造期间轭部不是作为整体与环形件一起生产的，而是附接至环形件。

在插入绕组之后，轭部能够封闭环形件的槽并且将绕组保持在槽中。在定子的制造期间，轭部可以以多种方式与环形件组装。

轭部-环形件接合

作为优选，环形件在其外表面上具有凸起，凸起与属于轭部的互补的凸起配合。这种凸起通过配合形状允许环形件和轭部相对彼此保持固定。配合的凸起优选具有钻石尖形式。

环形件可以通过将具有通过材料桥接部连接的齿的金属片条状件卷绕成螺旋状来生产，当条状件自身被卷绕以形成环形件时，每个槽的相对的边缘优选地变得相互大致平行。

在变型中，条状件可以由均包括若干个齿的多个扇形部形成，这些扇形部通过连杆连接，这些扇形部是由金属片条状件切割出来的。连杆可以是将扇形部彼此连接的柔性桥接部和/或具有互补形状例如鸠尾榫和榫眼的部件，或者特别是在环形件通过轭部被保持压缩时彼此抵靠的互补的凸起。

互补的形状可以位于材料桥接部上，使得各个扇形部在材料桥接部的水平处组装。作为优选，各个扇形部的互补的形状的组装远离局部变窄部，开口和/或处理部进行。例如，扇形部展现与属于相邻扇形部的互补的突出形状配合的凹陷形状。

在变型中，环形件包括一堆预先切割的磁性叠片。

在另一变型中，使用增材制造例如使用粉末烧结来制造环形件。

如果轭部的宽度允许的话，可以通过将金属片条状件直接缠绕成螺旋来制造轭部，可以或者可以不通过在切割的同时在所述金属片条状件中形成合适的槽来实现，以便通过堆叠通过增材制造例如通过粉末烧结获得的预先切割的磁性叠片或切片来促进该缠绕。

在绕组已经配装到槽中之后，轭部可以附接至环形件。

封闭的叠片定子

在变型中，定子可以具有在环形件内被封闭的槽，即，槽不具有朝向气隙或朝向外部的开口。在这种情况下，绕组呈销的形式，特别是u形的(称为“u-销”)或i形的(称为“i-销”)，并通过沿纵向方向移动而被插入。

由于槽是封闭的，因此定子可以用作封闭的浸渍腔，只在端部确保密封。这样就简化了工具。这也减少了漆或树脂的使用量。

槽

至少一个槽，并且更好地，所有的槽可以具有相互平行的相对的边缘。槽的宽度优选地在整个槽高度上大致恒定。

当在沿垂直于定子的纵向轴线的平面的截面中观察时，至少一个齿，更好地，所有的齿可以具有梯形的整体形状。

作为优选，所有材料桥接部都具有磁导率降低的区域，该区域呈以下形式：

■至少一个局部变窄部，该变窄部通过在材料桥接部的厚度上的沿着定子的纵向轴线延伸的至少一个凹槽或在材料桥接部的宽度上的至少一个材料的局部挤压部形成；以及/或者

■在材料桥接部的宽度上的至少一个开口；以及/或者

■在材料桥接部的宽度上的至少一个局部处理部，该局部处理部局部地降低了材料桥接部的磁导率。

每个磁导率降低的区域优选地在环形件的整个厚度上延伸。

在变型中，磁导率降低的区域在小于或等于环形件的厚度的长度上延伸。

每个材料桥接部的磁导率降低的区域优选地在环形件的厚度上是连续的，并且可以是直线的，也可以不是直线的。

在变型中，磁导率降低的区域在环形件的厚度上是不连续的。

例如，环形件呈堆叠的叠片的形式，叠片具有在其位于气隙侧的基部处通过材料桥接部彼此连接的齿，每个叠片的至少一些并且更好地所有的材料桥接部都具有至少一个磁导率降低的区域。每个叠片的材料桥接部的磁导率降低的区域可以不是居中的。至少两个相邻的叠片可以具有相对于彼此以偏置交错的方式布置的至少两个磁导率降低的区域，并且可以或可以不部分地彼此相交。该偏置交错构型可以通过翻转构成环形件的叠片堆的某些叠片特别是每隔一个叠片来实现，或者可以通过以一定角度切割叠片或通过使用不同的叠片来实现。

凹槽

优选地，在槽的底部具有至少一个凹槽的情况下，凹槽朝向槽敞开。

槽的底部具有横向定向的至少一个支承表面，更好地至少两个支承表面，并且凹槽的底部相对于该支承表面或这些支承表面向后设置。所述一个或更多个支承表面可以相对于对应的槽的径向轴线倾斜定向，或者优选地垂直于该轴线定向。凹槽相对于所述一个或更多个支承表面在斜率上形成间断。被插入对应的槽中的横截面优选是大致矩形的绕组优选地抵靠支承表面，并且相对于凹槽的底部向后设置。作为优选，绕组不与凹槽接触。所述一个或更多个支承表面优选是平坦的。槽的底部除了凹槽外可以是平坦的。在矩形横截面的绕组的情况下，这允许通过将线圈平坦搁置在槽的底部中而由绕组很好地填充槽。

在槽的底部中的凹槽优选地在材料桥接部与对应的绕组之间形成间隙，这可以使漆在浸渍定子时更容易渗透。

如上所述，材料桥接部可以包括至少两个凹槽。

所述一个或更多个凹槽可以相对于所述一个或更多个槽居中，或者相反地，可以相对于所述一个或更多个槽的对称平面偏移。

定子的内表面优选地是旋转圆柱形。

作为变型，所述一个或更多个凹槽可以在定子的内表面——即定子的限定与转子的气隙的表面——上延伸。

在所述一个或更多个凹槽位于定子的限定与转子的气隙的内表面上时，凹槽可以允许定子的角度取向，从而可以使堆叠叠片和标记更容易。定子则可以在其外表面上不具有凸起，并且这使得可以改善轭部与冷却装置之间的接触。

优选地，所述一个或更多个凹槽在垂直于定子轴线的平面上均具有弯曲轮廓的截面，特别是大致半圆形的截面。

局部挤压部

局部挤压部在材料桥接部的宽度上实现，即沿着定子的径向轴线实现，并且构成磁导率降低的局部变窄部。局部挤压部优选地在槽的底部中形成凹槽。在这种情况下，局部挤压部可以如上文针对凹槽所述。

开口

前述开口优选地在环形件的整个厚度上沿着定子的纵向轴线延伸。

开口可以具有椭圆形、圆形或多边形的横截面，例如具有圆形的拐角，并且尤其是矩形的。

材料桥接部可以在其宽度上仅具有单个开口。

开口可以位于材料桥接部的中央处。

开口在其两侧上可以具有两个变薄的区域，变薄的区域在电机运行时是磁饱和的。

作为变型，材料桥接部在其宽度上具有多个微穿孔。微穿孔减少了叠片部分，并且允许材料桥接部被较低的磁通量磁饱和。

处理

局部处理部使得可以局部地改变桥接部的材料对磁通量的磁导率。

局部处理部可以在材料桥接部的整个宽度上延伸，或者仅在材料桥接部的一部分上延伸。

该处理可以是局部地改变金属颗粒的取向并导致沿周向方向的磁导率下降的热处理。

作为变型，热处理是与在激光切割材料桥接部期间的材料退化相关联的热应力。

材料桥接部可以是不可变形的。这增加了定子的刚性并且提高了电机的寿命。

绕组

绕组可以以集中或分散的方式放置在槽中。

“集中”是指每个绕组绕单个齿缠绕。

“分散”是指绕组中的至少一个绕组接连地穿过两个不相邻的槽。

作为优选，特别是在转子极的数目等于或小于8时，绕组以分散的方式布置在槽中。

每个绕组包括至少一个电导体，该电导体的横截面可以是圆形的，或者是具有圆形拐角的多边形形状，优选地是矩形形状。

当导体的横截面是圆形时，可以将其以六边形堆的方式放置在槽中。当导线的横截面是多边形时，可以将其以径向定向的一排或更多排的方式放置在槽中。对堆进行优化使得可以将更多的电导体布置在槽中，并且因此在相同体积下获得更强的定子。

电导体可以随意地放置在槽中或布置在槽中。作为优选，电导体被布置在槽中。“布置”指的是导体不是松散地放置在槽中而是以有序的方式放置在槽中。导体被非随机地堆叠在槽中，例如放置成一排或更多排对准的电导体，特别是一排或两排，优选地是单排。

电导体通过绝缘涂层特别是搪瓷与外部电绝缘。

绕组可以通过绝缘体与槽的壁分隔开，特别是通过至少一片绝缘体。这种片状绝缘体允许绕组相对于定子块的更好的电绝缘。

作为优选，每个槽接纳至少两个绕组，特别是至少两个不同相的绕组。这两个绕组可以径向叠置。

当绕每个绕组均包绕有一片绝缘体时，两个绕组可以通过至少一片绝缘体优选地通过至少两片绝缘体彼此分隔开。

每个绕组均可以由若干匝形成。

在变型中，绕组呈销的形式，特别是u形的(称为“u-销”)或直的、i形的(称为“i-销”)，并且在这种情况下，绕组包括呈i形或呈u形的部分，该部分的端部焊接至对应的槽的外部的导体。

定子可以被扭转(更为熟知的是“偏斜”)。这种偏斜可以有助于收紧在槽中的绕组并降低槽的谐波。

电机和转子

本发明的另一主题是包括上文限定的定子的旋转电机。电机可以是同步的，也可以是不同步的。电机可以是磁阻电动机。电机可以构成同步电动机。

旋转电机可以包括绕线转子或永磁体转子。

制造方法及电机

本发明的另一主题是一种用于制造如上限定的定子的方法，其中执行将绕组插入定子的环形件的槽中的步骤。

该方法可以包括将轭部附接至定子的环形件的步骤。

该方法可以包括从同一材料条切割以形成一个或更多个环形件和轭部叠片的步骤，轭部和环形件叠片具有共同的切口。

该方法可以包括将金属片条状件缠绕成螺旋以形成环形件和轭部的步骤。

该方法可以包括加热轭部和/或冷却环形件以使得更容易将轭部配装在环形件上的步骤。

叠片

本发明的另一主题是一种用于定子的、特别是如上所述的定子的环形件的叠片，该叠片具有：

●在其位于气隙侧的基部处通过材料桥接部接合在一起的齿，至少一些、更佳地所有的材料桥接部都设置有至少一个磁导率降低的区域，该区域呈以下形式：

■由至少一个凹槽或局部挤压部形成的至少一个局部变窄部；以及/或者

■在材料桥接部的厚度的宽度上的至少一个开口；以及/或者

■在材料桥接部的宽度上的至少一个局部处理部，该局部处理部局部地降低了材料桥接部的磁导率。

当定子通过堆叠如上所述的叠片而形成时，叠片的齿被对准以形成定子的齿，并且叠片的材料桥接部通过堆叠而形成定子的材料桥接部。

上述关于定子的特征适用于上述叠片。

具体实施方式

通过阅读对本发明的非限制性的示例性实施方式的以下详细描述以及通过研究附图将会更好地理解本发明，在附图中：

-图1描绘了包括根据本发明制造的定子的电机的横截面的局部示意图，

-图2示意性地描绘了图1的电机的定子的环形件的部分，

-图3描绘了根据本发明的定子的变型，

-图4至图6部分地且示意性地示出了定子的环形件的各种实施方式，

-图7和图8是与图4至图6相似的视图，其描绘了定子的带有绕组的环形件的各种实施方式，

-图9至图11示出了定子的环形件的各种实施方式，

-图12示意性地描绘了从图1和图2的实施方式的槽上方观察的视图，以及

-图13和图14示意性地描绘了图12的槽的实施方式的变型。

图1示出了旋转电机10，旋转电机10包括转子1和定子2。特别是在同步电动机的情况下，定子使得可以产生驱动转子1旋转的旋转磁场，并且在交流发电机的情况下，转子的旋转在定子绕组中感应出电动势。

下面所示的示例是示意性的并且不一定遵守各个构成元件的相对尺寸。

定子

定子2包括绕组22，绕组22放置在形成于带齿的环形件25的齿23之间的槽21中。槽21在气隙侧由材料桥接部27封闭，每个材料桥接部27将环形件25的两个连续的齿连接。

定子2包括附接至环形件25的轭部29。

在所描述的示例中，槽21具有相互平行的径向边缘33，并且槽21在沿垂直于电机的旋转轴线x的平面中其截面呈大致矩形形状。

槽21的底部35具有或多或少与绕组22的形状互补的形状，除了沿着定子的纵向轴线延伸的凹槽或在材料桥接部27的宽度d上的沿径向方向执行的挤压部之外。下面，将仅参考凹槽，但应该清楚地理解，局部挤压部也可以代替凹槽。在图1至图4的示例中，槽21的底部35具有分别位于凹槽40的两侧并且与绕组22抵靠的两个支承表面30。槽的底部35通过倒圆角36连接至径向边缘33。每个槽21的凹槽40在所述槽的底部35上居中并沿着电机的旋转轴线x在环形件25的整个厚度上延伸，如图12所示。

凹槽40在沿垂直于轴线x的平面中具有弯曲形状的截面，该弯曲形状特别是大致半圆形的。凹槽具有径向测量的在0.2mm与1mm之间的深度p，该深度p例如等于0.42mm。

凹槽40形成材料桥接部27的局部变窄部。这种变窄部通过沿着材料桥接部27的较低磁通量而允许叠片的磁饱和，这限制了磁通量的通过。

材料桥接部27的最小宽度l优选在0.3mm与0.6mm之间，例如等于0.4mm。

环形件25和/或轭部29均由沿着轴线x堆叠的一组磁性叠片形成，这些叠片例如是相同的并且被精确地叠置。可以通过卡夹、粘结、铆接、拉杆、焊接和/或任何其他技术将这些叠片保持在一起。磁性叠片优选地由磁性钢制成。

在所示的示例中，环形件25的齿23在允许构成环形件25的各个叠片被卡夹在一起的表面上具有互补的凸起56。互补的凸起56可以位于所有齿23上或仅位于一些齿23上，例如位于每隔一个齿23上。

在变型中，叠片被粘结在一起或以某种其他方式组装。

同样地，轭部29可以在允许构成轭部29的各个叠片被彼此卡夹的表面上具有互补的凸起。

环形件和/或轭部可以替代性地由一个或更多个金属片条状件切割并缠绕在自身上而形成。

轭部29通过形状配合而安装在环形件25上。环形件25和轭部29在环形件的外表面上和轭部的内表面上具有互补的凸起49，从而允许这些凸起相对于彼此保持就位。

绕组

绕组22可以以集中或分散的方式放置在槽21中，优选地，以分散的方式放置在槽21中。

在图2所示的示例中，绕组22的电导体34以排列方式放置在槽中。

如图2所示，电导体34优选地具有矩形的平整横截面并且被径向叠置，例如以单排的方式径向叠置。电导体34由上釉有或涂覆有任何合适的绝缘涂层的铜或另一导电材料制成。

每个槽21均能够接纳具有不同相的两个堆叠的绕组22。每个绕组22的横截面可以呈大致矩形形状。

每个绕组22均被绝缘片37包围，该绝缘片37将绕组与槽的壁33和36以及不同相的绕组22绝缘。

电导体22在槽21的外部组装到绕组22中并用绝缘片27包围，然后具有绝缘片37的绕组22被插入槽21中。该操作通过槽朝向外侧径向完全敞开的事实而变得更加容易。

在变型中，绕组是销式绕组。

转子

图1中描绘的转子1包括用于安装在轴上的中央开口5并且包括沿转子的旋转轴线x轴向延伸的磁性转子块3，该转子块例如由沿着轴线x堆叠的一组磁性叠片形成，叠片例如是相同的并且被精确地叠置。

转子1例如包括放置在磁性转子块3的壳体8中的多个永磁体7。作为替代性方案，转子是绕线转子。

制造定子和电机的方法

定子可以使用下面将要描述的制造方法来获得。

通过朝向槽21的内部沿径向移动绕组22，将绕组22插入环形件25的槽21中。

然后，轭部29被附接至环形件27。轭部29可以被预先加热，以便使轭部膨胀并使轭部更容易插在环形件25上。在轭部已被插在环形件25上之后，轭部会在其冷却时收缩，从而使得可以实现环形件25与轭部29之间的最小间隙。

作为变型或此外，环形件25可以被预先冷却，以使环形件收缩并使轭部29的插入更容易。在已经插入轭部29之后，环形件可以随其升温而膨胀。

封闭的叠片

在图3所示的变型中，环形件25具有在两侧都被封闭的槽21。在这种情况下，绕组22是销式绕组，使得绕组可以通过沿着平行于纵向轴线x的轴线滑到槽21中而被插入槽21中。

图4的实施方式与图1、图2和图12的实施方式的不同之处在于，材料桥接部27没有凹槽40但是在环形件25的整个厚度上延伸有开口60。如所示出的，开口60具有圆形轮廓的横截面。因此，材料桥接部27在开口60的两侧具有两个变薄的区域62，这允许在该区域中针对较小通量的磁饱和。

在图5所示的变型中，材料桥接部27具有多个微穿孔64，这些微穿孔64减小了可用于通量的通过的叠片的横截面，从而在电机运行时导致磁饱和。

在图6所示的变型中，材料桥接部27具有热处理区域66，该热处理区域具有较低的磁导率，从而在电机运行时变得磁饱和。局部热处理可以利用激光来实现。

图7的实施方式与图1、图2和图12的实施方式的不同之处在于，槽接纳两排绕组22。

图8的实施方式与图1、图2和图12的实施方式的不同之处在于，槽接纳三排绕组22，并且材料桥接部27具有两个凹槽40。

图9的实施方式与图1、图2和图12的实施方式的不同之处在于，材料桥接部27的至少一部分具有互补的凸起72和74。这些互补的凸起72和74可以位于材料桥接部27的与具有降低的磁导率的区域不同的区域中。在本实施方式中，环形件25是通过使用互补的凸起72和74将被彼此周向组装的叠片部段组装而制造的。如图9所示，互补的凸起72和74可以是固定在一起的互补的凸起，例如鸠尾榫和榫眼。互补的凸起允许两个相邻的部段固定在一起。在变型中，如图10和图11所示，互补的凸起72和74分别是具有互补形状的突出的凸起和凹陷的凸起，由于特别是通过轭部29进行的环形件25的压缩，凸起72和74在没有任何固定在一起的情况下彼此抵靠。凸起72和74允许通过凸起62和64的互锁以及通过凸起62和64的彼此抵接而将两个相邻的部段保持就位，从而保持环形件处于压缩状态。

图13和图14的实施方式与图1、图2和图12的实施方式的不同之处在于，凹槽40不是直线的。在这些实施方式中，环形件25由一堆叠片80a和80b形成。每个叠片80a和80b具有齿23a和23b，齿23a和23b分别通过材料桥接部27a和27b在其位于气隙47侧的基部处连接在一起。叠片80a和80b的材料桥接部27a和27b中的凹槽40a和40b在对应的材料桥接部27a或27b中不是居中的。凹槽80a和80b在槽的底部35中呈偏置交错结构。在这些实施方式中，叠片80a和80b是相同的，但是叠片80b相对于叠片80a被翻转。叠片80a和80b的凹槽40a和40b可以形成定子的连续槽40，如图14所示，叠片80a和80b的凹槽40a和40b沿环形件25的厚度部分叠置，或者可以形成定子的不连续凹槽40，如图13所示，叠片80a和80b的凹槽40a和40b是不连续的。

当然，本发明不限于刚刚描述的示例性实施方式，并且前述磁导率降低的区域例如可以不居中。

表述“具有”应当理解为与“包括至少一个”同义。