具有改进的磁性能的旋转电机的定子的制作方法

本发明涉及具有改进的磁性能的旋转电机的定子。本发明对机动车辆的电压缩机具有特别有利的但非排他性的应用。

背景技术：

以已知的方式，旋转电机包括定子和与轴一体的转子。转子可以与驱动轴和/或从动轴为一体，并且可以属于可以在两种模式下都工作的交流发电机、电动机或可逆机形式的旋转电机。

该转子包括由一叠金属板片形成的主体，该金属板片借助适当的固定系统保持为一组形式。转子包括由永磁体形成的极，所述永磁体容纳在设置在转子主体中的空腔中。

此外，定子例如通过轴承装配在构造成使轴旋转的壳体中。定子包括由一叠薄金属板构成的主体，该金属板形成环形式的轭，其内表面设有向内部开口的凹口以接收相绕组。

在分布波动型的绕组中，绕组例如由覆盖有包漆的连续导线或者由通过焊接彼此连接的销形式的导电元件获得。替代地，在也称为“集中”型的“同心”型绕组中，相绕组由缠绕定子的齿的其自身闭合的线圈构成。这些绕组是以星形或三角形的形式连接的多相绕组，其输出端连接到控制电子设备。

已知联接到电压缩机的轴的电机。该电压缩机使得可以至少部分地补偿用于许多机动车辆上的具有减小的立方体容积的热力发动机的功率损失，以便减少它们的消耗和污染物颗粒的排出(所谓的小型化原则)。为此目的，电压缩机包括布置在热力发动机的上游或下游的进气管道上的涡轮机，以便使得可以压缩空气，从而优化热力发动机的气缸的填充。电机被启动以驱动涡轮机，以便特别是在加速的瞬态阶段期间或在待机模式(停止和开始功能)之后热力发动机的自动重新启动阶段中使扭矩响应时间最小化。

然而，考虑到电机的小尺寸和所需的高性能水平，很难为不同的元件提供最佳的尺寸，特别是定子的主体和相应的绕组线。

技术实现要素：

本发明的目的特别是要通过提出一种旋转电机的定子来消除该困难，该电机特别是设计用于机动车辆的电压缩机，该定子包括具有以下部件的主体：

-轭；

-多个成角度地分布在所述轭的内周边上的齿；

-多个凹口，每个凹口由两个相邻的齿限定；和

-包括多个线圈的绕组，每个线圈由缠绕在齿上的导线形成，

其特征在于，所述非漆包线的导电部分的直径(以毫米表示)与每个线圈的匝数之间的比率被包含在5％至25％的范围内，并且特别地在10％至20％的范围内。

根据一个实施例，齿与轭为一体的，轭形成主体的连续的外环形部分并且在凹口的基部和定子的外周边之间延伸。

换句话说，轭形成一环，该环具有绕其周围的材料的连续性并且在其厚度的至少一部分上径向地形成。

因此，本发明使得可以优化电机的磁性能，同时便于将绕组针插入凹口内，以便在同心类型的绕组的情况下围绕定子的齿形成线圈。

根据一个实施例，所述导线包括具有在1至2mm范围内的直径的导电部分。

根据一个实施例，每个线圈由包含在5至20范围内的多个匝形成。

根据一个实施例，每个线圈由九匝形成。对于低电压，导线数量和线圈联接的选择是非常受限制的，因为在匝内，特别是在电机的加速度方面不可能达到所需的性能水平。在本发明中，为三角形形式的具有9匝的结构使得能够满足压缩机的技术要求，而星形形式的相应联接将不起作用，因为有必要形成9/平方根(3)＝5.2在，导线直径等于1.5*平方根(平方根(3))＝1.97毫米，这对应于难以缠绕的线，并且不能满足填充水平。另外，如果形成更多的匝数，则填充水平会增加，但是绕组通道将会丢失，使得不再可能使用非分段定子。

作为变型，每个线圈由18匝形成，并且导线的铜横截面的直径等于1.06mm。

根据一个实施例，所述定子包括6个线圈。

根据一个实施例，所述绕组是三相类型的，每个相特别由两个直径相反的线圈形成。

根据一个实施例，所述线圈成对并联电连接。

根据一个实施例，所述线圈以三角形的形式联接。该类型的联接使得可以最小化要形成的连接的数量。

根据一个实施例，在每个齿周围，位于轭侧的匝数大于位于定子的轴线侧的匝数。

根据一个实施例，在凹口中，填充所述凹口的线圈的一部分由三层匝形成。作为一个变型，可能仅形成两层匝。

根据一个实施例，每个凹口具有沿着所述定子的整个长度延伸的区域。

根据一个实施例，所述导线的导电部分的直径和所述定子的内直径之间的比率包含在3至10％范围内，特别是5至10％范围内，特别是5至7％范围内，例如在5.2％至6.3％范围内。该类型的特性使得可以在电机的惯性和定子的凹口的填充水平之间获得最佳折衷。

根据一个实施例，通过在两个相邻齿之间限定多个凹口，在两个相邻齿根之间测量的较小凹口开口和所述定子的外直径之间的比率被包含在5％至25％范围内，特别是在5％至15％范围内。这因此使得可以优化电机的磁性能，同时便于将绕组针插入凹口内，以便形成围绕定子的齿的线圈。

根据一个实施例，所述定子主体由多个彼此轴向叠置的金属板片组成。

根据一个实施例，至少一个片在其表面上包括设计成与相邻片中的中空部配合的螺柱，并且所述螺柱的较大直径和所述定子的外直径之间的比率包含在5％至15％范围内，特别是2％至10％范围内。该类型的比率使得不会中断到定子的磁通量，同时保证该类型的定子的金属板组具有良好的机械阻力并且尺寸减小。

根据一个实施例，所述定子主体包括在所述定子主体的每个轴向端面侧上开口的至少一个贯通固定孔，并且所述定子的轴线和所述固定孔的轴线之间的距离与所述定子的外直径的一半之间的比率包含在80％至97％范围内，特别是在85％至95％范围内。这因此使得可以获得良好的机械阻力与装配有定子的电机的磁性能之间的最佳折衷。

本发明还涉及一种旋转电机的定子，该电机特别设计用于机动车辆的电压缩机，所述定子包括主体，该主体具有：

-轭；

-多个成角度地分布在所述轭的内周边上的齿；

-多个凹口，每个凹口由两个相邻的齿限定；和

-包括多个线圈的绕组，每个线圈由缠绕在齿上的导线形成，

其特征在于它包括六个线圈，每个线圈包括等于9或18的匝数，并且所述线圈以三角形的形式联接。

根据一个实施例，所述电机包括设有嵌入式永磁体的转子，其中例如具有四个。

根据一个实施例，所述转子主体具有由圆柱面界定的外周边，所述圆柱面的外直径包含在20mm至50mm范围内，特别是包含在24mm至34mm范围内，并且优选地约28mm。

根据一个实施例，所述电机具有包含在100ms至600ms范围内的响应时间，特别是包含在200ms至400ms范围内，例如大约250ms，以便从0或5，000到70，000rpm。

根据一个实施例，定位元件插入在转子主体和每个永磁体之间。

前述特征可以单独或组合应用于本发明。

最后，本发明的主题是一种旋转电机，其包括如前所述的定子和设有嵌入式永磁体的转子。

附图说明

通过阅读以下描述并检查所附的附图可以更好地理解本发明。这些附图纯粹是通过对本发明的说明来提供的，而绝不限制本发明。

图1是根据本发明的包括旋转电机的电压缩机的横截面视图；

图2示出了根据本发明的旋转电机的定子的透视图；

图3是根据本发明的旋转电机的单独定子的顶视图；

图4是根据本发明的定子的顶视图，该定子设置有用于形成占据半凹口的线圈的一部分的匝；

图5示出了根据本发明的定子的齿的构造的局部截面图；

图6是用于形成属于根据本发明的定子绕组的线圈的导线的横截面图；

图7示出了根据绕组导线的导电部分的直径和定子的内直径之间的比率的填充水平(O1)的百分比以及电机的惯性(O2)的倒数的发展；

图8是示出在通过钮扣组装的情况下在定子的金属板片之间嵌套的横截面视图；

图9示出了根据本发明的旋转电机的转子的透视图；

图10是根据本发明的旋转电机的转子的横截面图；

图11示出了根据绕组导线的导电部分的直径和每个线圈的匝数之间的比率所述填充水平(O7)的百分比以及与匝数的倒数成比例的电机的功率(O8)的发展。

相同、相似或类似的元件从一个图到另一个图保持相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了包括设置有翅片3的涡轮机2的电压缩机1，其经由输入端4可以吸入从空气源(未示出)获得的非压缩空气，并且在经由输出端5在进入附图标记为6的蜗壳之后排出压缩空气。输出端5可连接到位于热力发动机的上游的吸入分配器(未示出)，以便优化热力发动机的气缸的填充。在此情况下，空气的吸入沿轴向方向即沿着涡轮机2的轴线X1进行，并且沿垂直于涡轮机2的轴线X1的径向方向进行排出。作为变型，抽吸是径向的，而排出是轴向的。或者，抽吸和排出是在相对于涡轮机轴线的相同方向上(轴向或径向)进行的。

为此目的，涡轮机2由装配在壳体8内部的电机7驱动。该电机7包括定子9，定子9可以是多相的，在存在气隙11的情况下围绕转子10。该定子9是装配在壳体8中，壳体8构造成通过轴承13使轴12旋转。轴12旋转地连接到涡轮机2和转子10。定子9优选通过绑带装配在壳体8中。

为了在驾驶员要求加速期间使涡轮机2的惯性最小化，电机7具有包含在100ms至600ms范围内的短响应时间，特别是包含在200ms至400ms范围内，例如大约为250ms，以便从0或5，000转到70，000rpm。优选地，使用电压为12V。优选地，电机7可以提供电流尖峰，即提供持续持续时间少于3秒的电流尖峰，电流尖峰包含在150A至300A范围内，特别是在180A至250A范围内。

作为变型，电机7可以交流发电机模式工作，或者它是可逆类型的电机。

如图2所示，定子9包括主体16和绕组17。定子主体16具有带轴线X的环形圆柱形形状，并且由轴向堆叠的平坦金属板构成。更具体地说，定子主体16由内圆柱面21和外圆柱面22沿径向界定。主体16也由端面23和24轴向界定。

主体16包括齿27，其围绕轭28的内圆周有规律地成角度地分布。这些齿27界定了凹口29，使得每个凹口29由两个相继的齿27界定。因此轭28对应于主体16的实心外环部分，其在凹口29的基部和定子9的外周边之间延伸。

凹口29轴向开口到主体16的轴向端面23，24。凹口29也在主体16的内圆柱面中径向地开口。

如在图3和图4中清楚可见的那样，定子9的齿27优选具有平行的边缘，使得凹口29的彼此相反的内表面相对于彼此倾斜。凹口29围绕轴线X有规律地成角度地分布。

优选地，定子9在齿27的自由端一侧设有齿根34(参见图5)。每个齿根34在对应的齿27的两侧周向地延伸。

定子9是由磁性材料制成的层压金属板构成的非分段部件。另外，齿27与轭28为一体。然而，作为变型，定子9可以是分段的，即其由多个相互组装的角段形成。在此情况下，轭28根据其圆周径向地在其整个厚度上径向地具有材料的连续性。作为变型，齿27可以相对于轭28增加，并且通过榫卯型系统固定在轭的内周边上。

有利的是，气隙11的径向厚度L1和定子9的外直径L2之间的比率被包含在0.1％至2％的范围内，特别是在0.2％至1％的范围内。该比率使得可以使由具有小尺寸的定子9的该类型的电机产生的扭矩最大化。气隙11根据转子10的永磁体62的厚度L13选择(参见图10)。因此，气隙11的厚度与磁体L13的厚度之间的第二比值被包含在0.9至0.15的范围内。

此外，为了优化定子9中的磁通量的通过，同时具有有效的机械阻力，径向测量的轭28的厚度L3和在两个直径相反的齿28之间测量的定子9的内直径L4之间的比率在9％至20％范围内，例如10％至20％范围内，特别是12％至15％范围内，并且优选大约9％或13％。

另外，定子9的内直径L4与外直径L2的比率在40％至60％范围内，优选大约51.5％。这使得可以优化凹口29的可被缠绕的空间以及转子10的惯性。

如图2中可看到的，定子主体16优选由轴向堆叠的金属板片37形成，每个金属板片在垂直于轴线X的径向平面上延伸。该定子主体16由铁磁材料制成。金属板37由固定器件41保持，以形成可被操纵和运输的组件。为此目的，在定子主体16中设置多个固定孔40，以便每个允许用于固定定子主体16的金属板的器件41的通过。在此情况下，固定孔40是优选通孔，即它们轴向地开口到定子主体16的每个轴向端部23，24上，使得可以在每个固定孔40内通过杆41，该杆41在其端部处设置有或没有设置头部42，并且其另一端或两端或将例如通过镦锻过程变形，以确保该组板的轴向保持。

有利的是，定子9的轴线X与固定孔40的轴线Z(参见图3)之间的距离L5和定子9的外直径L2的一半之间的比率在80％至97％范围内，特别是在85％至95％范围内。这使得可以获得良好的机械阻力与定子9所装配在其中的电机7的磁性能之间的最佳折衷。每个固定孔40的轴线Z被包含在相应齿27的对称平面P上。固定孔40的轴线Z也优选位于单个圆C上(参见图3)。

定子9包括一定数量的固定孔40，这些固定孔40包含在三和齿27的数量在此情况下为六个之间。此外，固定孔40穿过轭28，特别是仅通过轭28，即不会侵入相应的齿27上。每个固定孔40的最大直径L6与定子9的外直径L2之间的比率在2％至10％的范围内。

作为变型，杆41没有头部42，然后通过镦锻过程使两端变形。作为变型，固定孔40可以具有正方形、矩形或适合于固定器件41的通过的任何其他形式的横截面。

作为变型，金属板可以通过扣合、粘合或激光焊接而被保持在一起。

在图8的实施例中，每个片37在其表面上包括螺柱45，螺柱45被设计成与相邻片中的中空部46协作。最后一片被刺穿。螺柱45的最大直径L7与定子9的外直径L2之间的比率被包含在5％至15％范围内，特别是2％至10％范围内。该类型的比率允许该类型的定子9的板组具有良好的机械阻力，并且具有减小的尺寸，同时限制与螺柱45的存在相关的磁干扰。另外，该类型的比率使得可以便于生产片37，同时确保一个片37相对于另一个片的精确定位。

每个金属板片37包括一个面，该面与另一个片37的单个面直接接触。优选地，每个螺柱45的最大直径被包含在0.5mm至5mm范围内，并且优选地为3mm。每片37的螺柱45的数量被包含在两个和定子9的齿数之间。在金属板片37上，螺柱45布置在第一面上，并且中空部46布置在与第一面相反的第二面上。另外，根据图8中的附图标记为A1的轴线，每个中空部46与相应的螺柱45轴向对齐。根据一个实施例，片上的螺柱45位于每个齿27的中间，并且在相同的直径上，例如约47毫米。作为一个变型，轭28是实心的，并且根据其周向并且在其整个厚度上径向地具有材料的连续性。

如图2和图4中可以看出的，为了形成定子9的绕组17，多个相绕组(在此情况下是六个)由缠绕在定子9的齿27上的线圈50形成。每个线圈50由导线51形成。该导线51(在图6中以截面图示出)设置有导电部分52，导电部分52例如由铜或铝形成，覆盖有绝缘层53，例如包漆。

图7示出了根据所述导线51的导电部分的直径L8和定子9的内直径L4之间的比率所述填充水平(曲线C1)以及电机的惯性的倒数(曲线C2)的发展。该比率包含在5至10％范围内，特别是在5至7％范围内，例如在5.2％至6.3％范围内。优选地，该比率基本上等于5.4％，这对应于两条曲线C1和C2之间的交点。

在定子包括9匝时的情况下，导线51的导电部分的直径L8约为1.5mm。通过包漆层，导线的直径为1.602毫米。作为变型，在当定子包括18匝时的情况下，导线51的导电部分的直径L8约为1.06mm。导线51的直径的选择对于确保同心类型的绕组的可行性而言是重要的选择。此外，定子的内直径L4的选择由惯性的最小化(或者当该比率接近1时为最佳的1/惯性最大化)以及绕组的可行性来指导。实际上，定子9的内直径增加越大，转子的外直径增大越大，惯性增加越大。

根据该计算方法，该定子因此可以具有大约为以下的凹口填充水平：

-当根据第一计算方法计算时的50％，其中确定在包漆同化为铜时所述凹口中铜的累积总表面积(横截面)和凹口的总表面积(扣除绝缘体所占空间，并从导线截面为正方形的原则出发)之间的比率；或者

-根据与第一方法相对应的第二计算方法计算时的73％，除了从凹口横截面的表面区域中扣除了绕组针的通过的横截面的表面之外。第二方法提供的结果是所谓的“有用”填充水平。

下表显示了上述两个方法的填充水平：

-第一方法:

-第二方法:

另外，优选地，在两个相邻的齿根34(参见图4)之间测量的较小的凹口开口L9和定子9的外直径L2之间的比率被包含在5％至25％范围内，特别是5％至15％范围内。这因此便于将绕组针插入凹口29内。

在每个齿27周围，位于轭28侧的匝数54大于或等于位于定子9的轴线X侧上的匝数54。这里将记住，匝54对应于到围绕齿27的线的回转。在给定的凹口29中，填充凹口29的线圈50的部分例如由三层匝54形成。在每一层中，匝54并排定位。每个线圈50优选地由九匝54形成。

在此情况下，绕组17是三相型的，每个相特别由两个径向相反的线圈50形成。径向相反的线圈50成对并联电连接。分别由两个线圈50并联形成的相优选地以三角形的形式连接。该类型的绕组使得可以最小化要形成的连接数量。此外，应该注意的是，对于低电压，导线的数量和线圈50的联接的选择是非常受限制的，在于在一匝54内，可能变得不可能实现所要求的性能水平，特别是在电机加速方面。

在本发明中，具有三角形形式的九匝54的构造使得可以实现压缩机的技术要求，而以星形的形式的相应联接将不起作用，因为需要形成9/平方根(3)＝5.2匝54，导线直径等于1.5*平方根(平方根(3))＝1.97毫米，这对应于难以缠绕的导线，并且不能满足填充水平。另外，如果形成更多的匝54，则填充水平会增加，但是绕组通道将会丢失，使得不再可能使用非分段定子9。

作为一种变型，联接可以以串联线圈的三角形的形式或以星形的形式进行，线圈串联或并联。

为了优化在定子9上原位形成的该类型的绕组17的磁性能，选择导线51的导电部分52的直径L8(以mm表示)和每个线圈50的匝数54之间的比率包含在5％至25％的范围内，特别是10％至20％范围内。因此，对于约1.5mm的直径L8和每个线圈9匝，该比率约为16.7％。

图11示出了作为百分比表示充填水平的曲线C8和表示与匝数的倒数成比例的电机的功率的曲线C7，对于上述比率具有最佳值。应该注意的是，为了获得所述曲线而设定的定子和转子的其他参数包含在下面指出的实施例中提供的范围内。

在图3的特定实施例中，该组板16和绕组导线51之间的保护通过在凹口29的内表面上包覆成型的绝缘体57来保证。为了便于图形的易读性，仅在定子主体13的一部分上示出了包覆成型的绝缘体57。面向定子9的轴线X的齿根34的表面，即与根据圆柱体的一部分延伸的气隙11接触的齿根34的表面，没有绝缘体57。这因此防止了气隙11中的通量的通过的中断。

优选地，包覆成型绝缘体57覆盖齿27的轴向端面和/或轭28的轴向端面。换句话说，包覆成型绝缘体57也可以覆盖定子主体16的轴向端面23，24。

与使用绝缘纸相比，这是图2中的情况那样，该类型的构造使得可以便于将凹口绝缘体放置就位，特别是对于具有小直径的定子9。

根据一个实施例，气隙L1大约为0.3mm。定子9的外直径L2包含在40mm至60mm范围内，并且优选为52mm。定子9的内直径L4包含在15mm至35mm范围内，特别是在20mm至30mm范围内，例如约26.8mm。有利地，如前所述，导线51包括导电部分52，导电部分52的直径L8包含在1mm至2mm范围内，并且优选为1.5mm，而每个线圈50包括包含在5至20范围内的匝数54，特别是等于9。轭28的厚度L3可以有利地包含在2mm至5mm范围内，并且优选地为3.5mm。另外，每个齿27(参见图5)的径向长度L 10被包含在5mm至15mm范围内。在两个相邻齿根34之间测量的最小凹口开口L9大约为4mm。固定孔40可以具有包含在0.6mm至3mm范围内的直径L6，并且例如可以是3mm，而定子9的轴线X和固定孔40的中心之间的距离L5大约为47mm。

另外，图9和10中详细示出的具有旋转轴线Y的转子10具有永磁体。转子主体60包括由轴向堆叠的金属板构成的一组金属板。转子主体60可以以不同的方式与轴12旋转连接，例如通过将肋轴12力配合在转子10中的中心开口65，或者借助于键装置。

优选地，定子9的外直径L2和转子10的轴向长度L11之间的比率被包含在3至4范围内，并且优选地为3.25。该比率使得能够减小转子10的惯性，并因此减少为了达到高速旋转所需的时间，例如对应于电压缩机的运行速度。有利的是，转子10的外直径L12和转子10的长度L11之间的比率被包含在1.1至1.8的范围内，并且例如大约为1.6。

根据一个实施例，转子10具有例如包含在10mm至20mm范围内的轴向长度L11，并且优选地为16mm，包含在20mm至50mm范围内的外直径L12，特别地包含在24mm至34mm范围内，并且优选大约26mm，以及大约10mm的内直径L13。

具有嵌入式磁体62的类型的转子10包括多个空腔61，在每个空腔中容纳有至少一个永磁体62。磁体62具有径向磁化，即彼此平行具有径向正交取向的两个表面63，64被磁化，例如以便能够根据相对于轴线Y为径向的取向产生磁通量。

如图10清楚可见的，在字母N和S分别对应于北极和南极的情况下，位于两个连续空腔61中的磁体62具有交替的极性。

在当前情况下，永磁体62具有长方体形状，其角度略微倾斜。每个磁体62的内表面63和外表面64在此情况下是平坦的。作为变型，每个磁体62的外表面64是弯曲的，而磁体62的内表面63是平坦的，或者相反。替代地，两个面63，64沿相同的方向弯曲，使得每个磁体62整体上具有瓦片的形式。

另外，磁体62不完全填充空腔61，使得在给定磁体62的两侧上沿着径向正交方向存在两个空的空间67。由转子的所有空间67界定的空气体积使得可以减小转子10的惯性并优化磁通量。

为了最大化电机7的磁功率，磁体62优选由稀土制成。然而，作为变型，它们可以根据应用和电机7所需的功率由铁氧体制成。替代地，磁体62可以具有不同的等级以降低成本。

此外，定位元件70插入在转子主体60和每个磁体62之间，以确保每个永磁体62保持在相应的腔体61内。定位元件70定位在转子10的轴线Y侧上。作为变型，定位元件70可以定位在电机的气隙11侧上。

每个定位元件70由可弹性变形的弯曲弹簧条构成。作为变型，定位元件70由销、螺旋弹簧或弹簧组成，该弹簧通过压缩而根据其在转子主体60和永磁体62之间的高度被压缩配合。关于转子10的构造的进一步细节，可以参考申请人于2015年5月7日提交的法国申请号15 54136，并且其通过援引并入本申请中。

应该理解的是，前面的描述纯粹是以举例的方式提供的，并不限制本发明的领域，与其的背离不会通过将其不同元件由任何其他等同物替代而构成。