设置有绕组头部的旋转电机的制作方法

本发明涉及一种设置有具有改进的形式的绕组头部的旋转电机，该电机意于被安装在机动车辆上，以与内燃机一起作用，或者是以确保机动车辆的推进。本发明还涉及一种用于构造这样一种旋转电机的方法。

背景技术：

在已知的方式中，旋转电机包括两个同轴部分，即转子和环绕转子的本体的定子。

参考图1，示出了旋转电机100的示例，在具有用于内燃机机动车辆的多相类型的内部通风的交流发电机的情况下，以交流发电机模式运行。自然地，交流发电机也可以是可逆的，并且包括也在电动机模式下起作用的交流发电机-起动机，特别是如专利fra2745445所述地启动车辆的内燃机，以确保机动车辆的推进。

当电机100在交流发电机模式下运行时，其像普通的交流发电机一样将机械能转换为电能。当电机在电动机模式下工作时，特别是在起动车辆的内燃机的起动机模式下，电机将电能转换为机械能。

该电机100主要包括外壳1，并且在外壳的内部具有与中心轴3(称为转子轴)成一体的转子2和环形形式的定子50，该定子围绕转子2并且存在气隙，并且该定子包括具有诸如半封闭型的槽的钢板的堆叠形状的本体4，用于组装形成在定子50的本体4的任一侧上的定子绕组5，在该定子50的本体4的每个轴向端部处，前绕组头部51和后绕组头部53轴向突出。

该绕组5例如包括星形或三角形连接的一组三相线圈，其输出连接到整流桥，其在52中部分可见，包括诸如二极管或mosfet类型的晶体管的整流元件，特别是如果电机由交流发电机-起动机组成。

绕组5的线圈通过使用由电绝缘层(例如珐琅)覆盖的连续的导电线而获得，并且经由槽绝缘体(不可见)而组装在与定子50的本体4相关的槽中。

根据另一替代实施例，绕组5包括两组三相线圈，以形成复合线圈定子装置，线圈被偏移三十个电气角度，例如在专利us-a1-2002/0175589和fr-a-2784248中所描述的。在这种情况下，提出的是，两个整流桥和具有星形和/或三角形连接的三相线圈的所有组合是可能的。替代地，定子的线圈是五相类型的。

通常，交流发电机是多相型的，并且桥式整流器特别地使得可以将定子50的线圈中产生的交流整流为直流，从而特别是对机动车辆的电池充电并且为机动车辆的车载电源系统的耗电装置和负载供电。

环状形状的转子2在示出的示例中构造为爪式转子的形状，如在例如专利us-a1-2002/0175589中所述的，在这里包括轴向并列的两个极轮7、8，并且每个呈现设置在爪9的其外周上的环状形状的横向凸缘。

每个爪9包括在相关的凸缘的平面中横向取向的根部区段。该根部区段通过大体轴向取向的齿在其外周延长，并且在齿和根部区段之间存在倒角。

在爪9的齿的外周面和定子50的本体4的内周之间存在环形气隙。

齿总体上是梯形或三角形的形式。一个极轮7、8的齿轴向朝向另一个极轮8、7的凸缘轴向指向，一个轮7、8的齿穿透到另一个轮7、8的两个相邻的齿之间的空间，因此轮7、8的齿重叠。对于更精确的细节，请参考专利ep0515259。

场绕组10轴向地布置在轮7、8的凸缘之间。其由与轴3同轴的圆柱形环形芯部的形式的转子2的一部分支撑。图1的芯部由两个轴向不同的区段组成，每个区段基于与极轮7、8相关联的材料。根据未示出的替代实施例，芯部由单个部件组成并且与极轮7、8区别开，极轮7、8轴向布置在芯部的两侧。

因此，绕组10布置在由轮7、8的爪9和中心芯部径向限定的空间中。

轮7、8和芯部优选地由铁磁材料组成，并且通过也由铁磁材料制成的转子3的轴以同轴的方式穿过。这些轮7、8与轴3成一体。为此，每个轮7、8包括轴向穿过凸缘并延长相关的芯部的部分的钻孔的中心钻孔。轴3具有滚花部分(没有附图标记)，并且通过力固定在轮7、8和芯部的所述钻孔中，使得其通过其滚花部分切割沟槽(furrow)。轴3因此与轮一体并且轴向地固定，未被标记的间隔件被插入在轮7和下面描述的轴承19之间。

轴3的轴线构成机械的轴线x。绕组10的电线缠绕在由电绝缘材料(未示出)制成的支架上，该电绝缘材料优选地通过力安装在芯部的外周上。

当场绕组10被激活，即电通电时，轮7、8和芯部被磁化，并且转子2变成感应转子，其中磁极围绕轮7、8的爪9形成。

当轴3旋转时，该感应转子2产生在定子50中感应的交流电流。

转子2的轴3在其前端处支撑运动传动系统12，这里是通过在交流发电机和机动车辆之间的至少一个带(未示出)与运动传动装置相关的皮带轮12。该轴在其后端部处支撑滑环13，该滑环通过电线连接而连接到转子2的场绕组10的端部上。

替代地，皮带轮12被齿轮箱替换并且传动装置具有链和/或齿轮。

电刷属于通过附图标记14以一般方式示出的电刷保持器，并被设计成在滑环13上摩擦，以便为绕组10提供电流。电刷保持器14连接到电压调节器(未示出)。

转子2和定子50被置于外壳1中，这里外壳1为两部分，即靠近皮带轮12的前凸缘16和支撑整流电刷保持器14和通常地(一个或多个)桥和电压调节器的后凸缘17。例如基于铝的环形形式的凸缘16、17具有中空形状，并且每个分别中心地支撑球轴承19和20，所述球轴承19和20用于可旋转地安装的转子2的轴3。凸缘使用系带或螺丝组装在一起，例如上述专利ep0515259的图1中可看到的。换句话说，电机100的外壳1包括前凸缘16(也称为前支承部)和后凸缘17(也称为后支承部)。

在图1中，成堆叠的金属片的形式的弹性系统设置在定子的本体4的外周边，以过滤振动，其在前部具有平坦连结件40，并且在后部具有插塞41，柔性和导热的树脂被插入在前凸缘和定子本体之间以排出热量。

替代地，还提出没有连结件的方案。在所有的情况下，定子以固定的方式由外壳1支撑，而转子2经由轴承19、20中心地安装在外壳1中用于旋转。

替代地，外壳为三部分，凸缘16、17布置在支撑定子本体的中心部分的两侧上。凸缘例如通过螺纹与中间部分组件。

交流发电机还包括用于其冷却的装置。为此，在图1上，凸缘16、17是敞开的，以允许通过空气流通来进行交流发电机的冷却，并且转子2至少在其一个轴向端部上支撑旨在确保该空气流通的风扇。这里，第一风扇23设置在转子2的前部面上，并且第二风扇24设置在转子12的后部面上。每个风扇23、24是环形的形式并且配备有多个叶片26，并固定在轮7、8的凸缘的径向外表面上。

风扇例如是金属的，并且通过切割和折叠形成其叶片26。风扇23、24例如是离心式或螺旋离心式的类型的。

参考图1，空气被抽吸(aspire)穿过环绕凸缘前面的皮带轮12的前凸缘的开口60，然后主要通过叶片26以离心方式喷射，并穿过在前绕组头部51和前凸缘16之间的空间以冷却前绕组头部，并且最后通过前凸缘的外部径向周边上的开口61离开。后凸缘17也具有多个进气和排气开口。

在图1上，电刷保持架14和电压调节器(与凸缘17成一体)被盖70所盖住，该盖70与后凸缘17一体，并且以已知的方式、通过在与后凸缘一体的销71上的卡扣配合作用而被固定至后凸缘17。该盖70具有进气开口，在图1中不可见。

图2示出了根据现有技术的爪式转子。其包括一对重叠的轮7和8。轮7和8包括爪9。以可选的方式，转子2包括极间磁体38。图2中示出的转子2包括8对极。

虽然这种电机是令人满意的，但是可能期望改进该电机，特别是通过减小在操作中由内燃机驱动时产生的噪声，或者当其在电动机模式下工作时、在交流发电机-起动器的情况下的噪音。

技术实现要素：

本发明旨在对应于这样的期望，而同时克服这些前述的缺陷中的至少一个。

根据本发明，提出了一种具有轴线x的旋转电机，所述电机包括相对于轴线x的前部和后部，所述电机包括：

-具有轴线x的转子，包括两个轴向端部表面，该两个轴向端部设置有允许冷却空气流动的风扇叶片，该两个轴向端部表面分别位于所述电机的前部的侧上和后部的侧上；

-定子，包括具有槽并环绕所述转子的定子本体，所述定子包括安装在所述槽中的绕组，所述绕组形成从定子本体的轴向端部朝向电机的前部延伸的前绕组头部、和从定子本体的另一轴向端部朝向电机的后部延伸的后绕组头部；

-外壳，转子和定子置于外壳中。

根据一般特征，沿着与轴线x垂直的方向，前绕组头部完全遮蔽位于电机前侧上的轴向表面的叶片。因此，该前绕组头部用作相对于由位于电机的前侧上的轴向表面的叶片产生的噪声的声音屏障。因此，可行的是，这些噪声被绕组头部而减小。这是一种解决方案，可以降低噪音，而不会牺牲电机的性能，特别是其在交流发电机模式下工作时的冷却和输出的电流。例如，可以提出，位于电机前侧上的轴向表面的叶片允许冷却空气的离心喷射。

根据单独地或组合采取的其他特征：

-前绕组头部的沿着轴线x的高度高于或等于被遮盖的叶片的沿着轴线x的高度。因此，前绕组头部的高度适合于使得其用作屏障。

-绕组头部包括电线，所述电线设置有沿着轴线x延伸的两个轴向部分和在垂直于轴线x的平面中延伸的横向部分，前绕组头部形成位于横向部分和定子本体之间的间隔，以及所述间隔允许冷却空气的通道。因此流动表面可以增加，并且流速可以在恒定速率的情况下降低。

-安装在槽中的绕组相对于定子本体偏移，使得前绕组头部完全遮蔽位于电机的前侧上的轴向表面的叶片，而位于电机的后侧上的轴向表面的叶片与后绕组头部轴向重叠。而绕组的尺寸增加是无意义的。

这避免了必须消耗额外的铜并增加定子绕组的阻抗。

-前绕组头部具有对于给定流率允许冷却空气的流速降低的形式。例如，绕组头部包括具有锥形形式的头部。从而确保了声音屏障功能的保留和流动表面的增加之间的折中。

-该电机包括冷却空气的流动窗口，该流动窗口限定在外壳和前绕组头部之间，外壳的厚度被降低至该窗口的水平，以允许窗口的增加。因此，可以增加冷却空气的流动表面以及从而降低流速。

-定义为前绕组头部的高度与后绕组头部的高度之间的差除以定子本体的高度的r1比率在1至5％的范围内。从而获得了最优比率，该最优比率允许在噪音减轻方面获得最优的性能，而不减弱电机的冷却性能。

-外径与内径之间的r2比率在1.30至1.32的范围内。

-转子包括与两个轴向端部表面的每一个的叶片的数量不同的数量的极对。从而噪音可以分布在若干个谐波级次上，这降低了总体产生的噪音。例如，极对的数量为8，而在前端部轴向表面上的叶片数量为11，并且在后端轴向表面上的叶片数量为13。

本发明还旨在一种用于构造旋转电机的方法，所述旋转电机设置有轴线x，所述电机包括相对于轴线x的前部和后部，以及还包括：

-具有轴线x的转子，包括两个轴向端部表面，该两个轴向端部设置有允许冷却空气流动的风扇叶片，该两个轴向端部分别位于所述电机的前部的侧上和后部的侧上；

-定子，包括具有槽并环绕所述转子的定子本体，该方法包括将铜线缠绕在所述槽中的缠绕步骤，以形成从定子本体的轴向端部朝向电机的前部延伸的前绕组头部、和从定子本体的另一轴向端部朝向电机的后部延伸的后绕组头部。

根据一般特征，在缠绕阶段之后，该方法还包括绕组相对于定子本体沿着轴向方向的偏移阶段，使得轴向前绕组头部沿着垂直于轴线x的方向完全遮蔽电机的的前侧上的轴向表面的叶片。从而提出了一种易于实现且可被插入到当前的构造阶段中的方法。

附图说明

在阅读下面的描述和检查随附的附图的基础上，本发明将被更好地理解。基于本发明，这些附图仅仅是图示的作用，而绝非限制性的。

图1，如所描述的，示出了根据现有技术的旋转电机的截面图；

图2，如所描述的，是根据现有技术的转子的透视图；

图3示出了根据本发明的第一实施例的交流发电机的形式的旋转电机的截面图；

图4是根据本发明的用于旋转电机的绕组头部的透视图；

图5示出了用于根据本发明的旋转电机的定子本体；

图6示出了根据电机的旋转数量和类型的噪声的声级；

图7示出了根据本发明的第二实施例的交流发电机的形式的旋转电机的截面图；以及

图8示出了根据本发明的方法。

相同、类似或相似的部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3示出了根据本发明，设置有轴线x的旋转电机100。

该电机与示出于图1的电机区分开，特别是在于绕组头部51完全地遮蔽风扇23的叶片26。

电机100包括特别地由前凸缘16形成的第一部分和特别地由后凸缘17的形成的第二部分。这两部分根据它们相对于轴线x的位置为被称为前部和后部。更精确地，前部位于皮带轮12的一侧上，而后部位于电气盖70的侧上。

转子2的轴线为轴线x，并且包括两个轴向端部表面81、82，其设置有风扇23、24的叶片26，该叶片允许冷却空气例如通过离心喷射而流动。两个表面81、82分别位于电机的前部的一侧上和后部的一侧上。两个轴向表面81和82的每个位于限定转子2的垂直于轴线x的两个平面的一个中。

定子50包括安装在槽中的绕组5，其形成从定子本体4的轴向端部朝向电机的前部延伸的前绕组头部51和从定子本体的另一轴向端部朝向电机1的后部延伸的后绕组头部53。

在图3所示的电机100中，前绕组头部51沿垂直于轴线x的方向完全遮蔽位于电机前侧上的轴向表面81的叶片26。

为此，前绕组头部51的沿着轴线x的高度高于或等于被遮蔽的叶片26的沿着轴线x的高度。穿过转子1的两个轮7、8之间的平面由图3中的虚线限定。

包括前绕组头部51的轴向端部的平面83被限定，所述轴向端部对应于绕组头部51的沿着轴线x离定子本体4最远的点。该平面由图3中的虚线示出。

包括轴向端部26的平面84被限定，所述轴向端部对应于叶片26沿着轴线x离轮7最远的点。该平面由图3中的虚线示出。

因此，绕组头部51的高度理解为是指平面83与平面85之间的距离，类似地，轴向表面81的叶片26的高度理解为是指平面84与平面85之间的距离。例如，可以提出，绕组头部51的高度与轴向表面81的叶片26的高度之差在0到1mm的范围内。

定子本体4例如由具有高度hs的钢板堆叠而形成，该高度hs被定义为限定定子本体的垂直于轴线x的两个平面之间的距离。

前绕组头部51和后绕组头部53的每个呈现出一高度，该高度被定义为在垂直于轴线x的平面之间的距离，所述平面包括绕组头部最远离定子本体的点和限定定子本体的垂直于轴线x的两个平面中的一个。

根据本发明的实施例，前绕组头部51的高度ha为23mm，后绕组头部53的高度hb为22mm，形成定子50的本体4的钢板堆叠的高度hs为35mm。

因此，当限定r1比率时，允许前绕组头部和后绕组头部之间的差值与绕组头部本体4的高度相关，获得r1＝(23-22)/35＝0.0285。

根据本发明的一个实施例，可以提出，前绕组头部的高度相对于后绕组头部被调节，使得r1比率在1％至5％的范围内，例如在2％至4％的范围内。

通过使绕组5相对于定子本体偏移，可以获得前绕组头部51与后绕组头部53之间的高度差值。

根据图3所示的实施例，安装在槽中的绕组5相对于定子本体偏移，使得前绕组头部51完全遮蔽位于电机前侧上的轴向表面81的叶片26，而位于电机后侧上的轴向表面82的叶片与后绕组头部53轴向重叠。

通过遮蔽位于电机的前侧上的轴向表面81的叶片26，由这些叶片26的离心的气流速度产生的噪声将被大幅降低。

实际上，前绕组头部将因此用作离心气流的噪声的屏障，这些气流特别地允许电机被在前绕组头部51上的气流的循环而冷却。

为了图示的目的，图3示出了在电机的前部中的冷却气流。该流包括通过凸缘的开口60的冷却空气的抽吸，其通过叶片26的离心喷射，然后通过前绕组头部51和前凸缘16之间的空间，以冷却前绕组头部，最后通过开口61离开。

对于噪声来说后绕组头部53不太重要，因为流动更不稳定，特别地这是由于存在被冷却的电子部件和使得轴向流动较不主要的离心流。因此，即使后绕组头部53由于朝向绕组5的前方移动而较少地遮挡位于电机后侧上的轴向表面82的叶片26，也获得总噪声的降低。

在由旋转的转子产生的噪声中，与转子的几何形状相关的某些谐波是主要的。特别地，可以引用位于前侧上的轴向表面81上的转子的叶片的数量，位于后侧上的轴向表面82上的转子的叶片的数量和极对的数量。根据本发明的意图是防止这些数字相同，其将导致相同级次的几个谐波的总和。

实际上，对于噪声分量的给定音量，具有相同谐波级次的若干个噪声分量，感知的音量比具有不同谐波级次的若干噪声分量更大。

从而为了防止这样的情况，可以提出，转子2包括分别与两个轴向端部表面81、82的叶片26的数量不同的数量的极对。例如，极对的数量为8，而叶片的数量为11或13。

电机以及特别是前绕组头部51的冷却性能与位于电机前侧上的轴向表面的叶片26吹送的冷却气流相关。另一方面，由这些流产生的噪声与空气流速直接相关。因此，为了最小化该噪声，特别地可以提出，前绕组头部51具有对于给定喷射率允许空气的降低的喷射速度的形式。因此，在保持给定空气速度的同时，可以最小化冷却空气的流动速度。

为此，例如可以想到，允许空气流动的表面增加的绕组头部形式。实际上，对于给定速度，流速可从而被降低，而同时增加流动表面。

图4示出了根据本发明的定子50的细节。它包括定子本体4，安装在槽93中的绕组5，绕组形成的前绕组头部51和后绕组头部53。

设想的是，绕组头部包括电线90，其设置有沿着轴线x延伸的两个轴向部分91和在垂直于轴线x的平面中延伸的横向部分92，前绕组头部51形成位于横向部分和定子本体4之间的间隔94。

这些间隔94允许空气流动的通道。因此，在给定速度下获得增加的流动表面，并因此获得流速和噪声的降低。

在图4中示出的实施例，绕组头部包括在两个槽之间延伸的电线组。这些电线组的电线包括两个轴向部分91和横向部分92。因此，这些电线组基本上呈现矩形的形状。

根据另一个实施例可以提出，这些组中的每一个的形式是三角形或锥形的，这使得可以基本上增加流的离心流的表面以限制它们的速度。然而，在这种情况下，必须做出折中，因为绕组头部的声音屏障的功能可受到这些形式的限制。为此，可以提出，绕组头部51包括具有锥形形式的头部，该头部是绕组头部的轴向最远离定子本体4的部分。头部包括前绕组头部51的轴向端部。因此实现了流速的降低和屏障功能的保持之间的良好折中。

图5示出了根据实施例的定子50。

定子包括设置有槽93的定子本体4，槽具有齿根部。它由内径dint和外径dext限定。根据实施例，其包括72个槽，dint＝96mm，并且dext＝126mm。也可以设想槽的其他的数量，例如36、48、60、84、96。

因此，当限定外径与内径的比率r2时，获得r2＝126/96＝1.3125。

由旋转电机发出的噪声包括很多分量，每个分量具有特定的谐波级次。这些分量的每一个具有取决于转子和/或定子的元件的几何形状的声级(soundlevel)。特别地，噪声分量包括偶数级次的谐波分量12，其与定子的绕组头部的数量和转子的爪的数量相关。噪声包括奇数级次的谐波分量11，其与转子的风扇叶片的数量相关。噪声具有一声级，其是所有这些分量的声级的和。

为了评价本发明所提供的优点，有必要比较根据本发明的电机发出的、作为转子的转数的函数的噪声的声级与由现有技术的电机发出的噪音相对应的声级。为此目的，图6示出了两组曲线112和113。组112示出了如图1所示的旋转电机的声级，而组113示出了如图3所示的旋转电机的声级。

轴线110示出了转数(单位为rpm)。轴线110包括下限117(例如，值为9000rpm)和上限118(例如，值为18000rpm)。轴线110以1000划分刻度，并且包括500的次级刻度。轴线100还包括13204rpm的中间值119。

轴线111示出了以dbw(a)表示的声级的值。轴线111包括下限115(例如，值为85dbw(a))和上限116(例如，值为105dbw(a))。轴线111以1划分刻度。

如本领域技术人员已知的，以dbw(a)表示的值表示以标准iec61672-1的加权a对声级的分贝的评估。该加权被设计为将人(其听力被认为是对于每个波段都是正常的)的耳朵的平均敏感度考虑在内。因此，该加权使得能够示出由机动车辆的用户感知到的声级。

例如，在图6中示出的曲线组112和113的声级是奇数级次的分量11，也称为谐波级次11。

因此，曲线组113包括三条曲线，每条曲线代表本领域技术人员所知的电机的根据定子的转数的谐波级次11的声级。曲线组112包括3条曲线，其代表根据电机的转子的转数的谐波级次11的声级，在所述电机中前绕组头部51通过绕组5朝向电机的前部移动而遮蔽位于电机的前侧上的轴向端部表面81的风扇的叶片，使得高度ha比高度hb大1mm。

因此，注意到，对于类似的电机，谐波11的声级降低约3db，而整体声级(未示出)降低约1db。

图7示出了根据本发明的第二实施例的电机。该电机包括冷却空气的两个流动窗口101和102，其限定在外壳1和前绕组头部51之间，外壳1的厚度被降低至这些窗口101、102的水平，以允许所述窗口的增加。因此，对于给定的空气速度，流速可被降低并且从而噪声可被减轻。

例如，如图7所示，前凸缘的厚度可减少1mm。

图8示出了用于构造如图3和7所示的旋转电机的方法。

参考图3，该电机设置有轴线x并且包括相对于轴线x的前部16和后部17。

该电机还包括具有轴线x的转子2，其包括两个轴向端部表面81、82，其设置有风扇叶片26，该叶片允许冷却空气例如通过离心喷射而流动。这两个轴向表面81、82分别位于电机1的前部的侧上和后部17的侧上。

该电机还包括定子50，该定子50包括具有槽93的定子本体4并且环绕所述转子2。

在图8中示出的方法包括：

-将铜线缠绕在所述槽93中的缠绕阶段601，以形成前绕组头部51和后绕组头部53，所述前绕组头部51从定子本体4的轴向端部朝向电机1的前部16延伸，所述后绕组头部53从定子本体4的另一轴向端部朝向电机1的后部17延伸，

-绕组相对于定子本体沿着轴向方向的偏移阶段602，使得轴向前绕组头部51沿着垂直于轴线x的方向完全遮蔽电机1的前侧上的轴向表面81的叶片26。

本发明可应用于这样的转子，其具有位于电机的前侧上的轴向表面81的高度比位于电机的后侧上的轴向表面82的高度更高或相等的叶片26。本发明还可应用于这样的转子，其具有位于电机的后侧上的轴向表面82的高度比位于电机的前侧上的轴向表面81的高度更高的叶片26。本发明适用于所有类型的风扇叶片，不管它们是离心式的或是混合式的。