电机及其定子

摘要

本发明提出了一种电机定子，该定子具有一个定子绕组，该定子绕组由一个环状成型的定子铁心夹持。定子铁心在其径向向里取向的圆周上有槽和齿。定子铁心由分层叠置的定子铁心片组成，它们的分层方向确定一个轴向。建议至少一个第一定子铁心片比第二定子铁心片具有更大的抗弯阻力，且所述至少一个第一定子铁心片在轴向内的厚度不超过4毫米。

权利要求

1.电机的定子，具有一个定子绕组(45)，该定子绕组由一个环状成型的定子铁心(10)夹持，所述定子铁心(10)在其径向向里取向的圆周上有槽(14)和齿(13)，其中，所述定子铁心(10)由分层叠置的定子铁心片(11)组成，它们的分层方向确定一个轴向(a)，并且所述定子铁心(10)具有轴向宽度，所述定子铁心(10)具有至少一个第一定子铁心片(20)，所述至少一个第一定子铁心片(20)比第二定子铁心片(21)具有更大的抗弯阻力，以及所述至少一个第一定子铁心片(20)不超过所述定子铁心(10)的轴向宽度的10％。

2.按权利要求1的定子，其特征为，所述至少一个第一定子铁心片(20)不超过所述定子铁心(10)的轴向宽度的5％。

3.按权利要求1或2的定子，其特征为，所述至少一个第一定子铁心片(20)在轴向(a)上的厚度(dLE)不超过4毫米。

4.按权利要求3的定子，其特征为，所述至少一个第一定子铁心片(20)具有一个至少

0.8毫米的厚度(dLE)。

5.按权利要求3的定子，其特征为，所述至少一个第一定子铁心片(20)具有一个在

1.0和2.0毫米之间的厚度(dLE)。

6.按权利要求1或2的定子，其特征为，所述第二定子铁心片(21)的厚度(dLH)在0.3毫米和0.7毫米之间。

7.按权利要求1或2的定子，其特征为，该定子铁心(10)具有一个在3毫米和7毫米之间的磁轭高度(HJ)。

8.按权利要求7的定子，其特征为，该定子铁心(10)具有一个在3.5毫米和4.3毫米之间的磁轭高度(HJ)。

9.按权利要求1或2的定子，其特征为，所述至少一个第一定子铁心片(20)是端部铁心片。

10.按权利要求9的定子，其特征为，所述至少一个端部铁心片在其外周上有一个环形延伸的台阶(30)。

11.按权利要求9的定子，其特征为，所述至少一个端部铁心片具有一个不同于第二定子铁心片(21)的铁心片轮廓(25)。

12.按权利要求11的定子，其特征为，所述至少一个第一定子铁心片(20)具有比所述第二定子铁心片(21)的齿更窄的齿(13)。

13.按权利要求11的定子，其特征为，所述至少一个第一定子铁心片(20)的齿(13)没有齿条(28)。

14.按权利要求11的定子，其特征为，所述至少一个第一定子铁心片(20)的齿(13)具有朝向槽(14)的倒圆的棱边。

15.按权利要求1或2的定子，其特征为，所述至少一个第一定子铁心片(20)设置在两个端部铁心片之间。

16.按权利要求15的定子，其特征为，所述端部铁心片是一个第二定子铁心片(21)。

17.按权利要求15的定子，其特征为，所述至少一个第一定子铁心片(20)设置在定子的轴向中心。

18.电机，具有一个按权利要求1到17中任一项所述的定子。

19.按权利要求18所述的电机，其特征为，所述电机是汽车用的三相交流发电机。

说明书

电机及其定子

[0001] 本申请是申请日为2003年9月22日、题名为“电机的定子”的中国专利申请CN03809687.0的分案申请。

技术领域

[0002] 本发明涉及一种电机及其定子。

背景技术

[0003] 用所谓的叠片技术制作电机的定义，这在先有技术中是早已人所共知的。为了制作这种定子，必须首先冲制单个金属薄片，并将这些金属薄片相互叠置，直至达到铁心所需的轴向宽度为止。这些叠置的金属薄片形成定子铁心。所以，这种定子铁心在定子的一侧上具有一般为相互平行取向的齿和槽。预绕制的铁心绕组大致呈扁平状，然后嵌入这种大致扁平的铁心的槽中。接着将铁心和铁心绕组组成的组件弯成圆形，这样就形成一个一般为空心圆柱体的定子。在定子铁心和绕组组成的组件弯成圆形后，两端相互连接。

[0004] 出于弯制技术考虑，最好在定子铁心的至少一个端面上配置一个端部铁心片，它比其他的所谓的主铁心片具有较高的刚度。这样就可避免定子齿范围内的定子扩径。

[0005] 从动力、加工技术和手工操作考虑，不可能使用任意刚度的定子铁心片。此外，刚度较大的端部金属薄片的作用在很大程度上取决于电机的尺寸。

发明内容

[0006] 本发明提供了一种电机的定子，其具有一个定子绕组，该定子绕组由一个环状成型的定子铁心夹持，定子铁心在其径向向里取向的圆周上设有槽和齿，其中定子铁心由分层叠置的定子铁心片组成，它们的分层方向确定一个轴向，至少一个第一定子铁心片比第二定子铁心片具有更大的抗弯阻力，且所述至少一个第一定子铁心片在轴向上的厚度不超过4毫米。

[0007] 具有上述所述特征的本发明定子的优点是，一个第一定子铁心片的给定厚度可进行选择，使能量损耗在电磁学方面仍保持一个合理的值。如果定子铁心片的厚度不超过4毫米，则在高的定子绕组电流情况下，一个叠片内的涡流为可接受的范围。如果定子铁心片的厚度超过4毫米，则这个铁心片内的涡流变得很大，从而降低整个电机的效率。此外，在这个第一定子铁心片中感应的涡流产生大的损耗热能，从而导致定子铁心的不对称的径向扩径。这样，不但要给位于至少一个厚的定子铁心片附近的定子壳体增加载荷，而且由于定子铁心在这个部位的径向膨胀还会在定子壳体上作用一个附加的径向力。这样就产生了一个复杂的且数值较大的应力状态，这种应力状态尤其可能导致伸出定子铁心的壳体部分的断裂。

[0008] 通过如下列出的措施可实现上述的定子的诸多有利的改进。

[0009] 此外，比第二定子铁心片厚的第一定子铁心片应具有0.8毫米的最低厚度。这个最低厚度是根据要求提出的，为的是避免稍后弯成圆形的定子铁心的扇形展开在其径向的里侧(齿)太大。如果定子铁心的轴向内的厚度为1.0和2.0毫米之间，则得出第一定子铁心片的特别有利的厚度。

[0010] 为了以足够的程度避免径向向里取向的齿的扇形展开，建议第二定子铁心片的厚度为0.3毫米和0.7毫米之间。

[0011] 径向向里取向的齿的扇形展开的另一个影响因素是定子铁心的所谓磁轭高度。磁轭高度越大，齿的扇形展开越严重。此外，定子铁心弯成圆形时所需的费用或能耗也随磁轭高度的增加而增加，因为抗弯阻力是随磁轭高度的增加而增加的。另一方面，磁通通过定子铁心的磁轭不应具有太大的阻力，所以，磁轭高度总体上可用3毫米和7毫米之间。

[0012] 磁轭高度的最有利的尺寸范围为3.5毫米和4.3毫米之间。在另一种结构中，第一定子铁心片作为轴向的端部铁心片构成。在这个位置内，这个第一定子铁心片可消除全部其他定子铁心片的扇形展开。

[0013] 根据另一种方案，作为端部铁心片构成的或布置的第一定子铁心片具有一个不同于第二定子铁心片轮廓的铁心片轮廓。

[0014] 在另一个实施例中，至少一个第一定子铁心片是两个端部铁心片之间的一个铁心片。这种结构的优点是，用一个单独的第一定子铁心片就达到了定子铁心的对称的加固。

[0015] 在另一种方案中，至少一个端部铁心片是第一定子铁心片。这种方案例如也包括该端部铁心片和一个紧随其后的定子铁心片都是第一定子铁心片。这样，一方面可进一步增加定子铁心的刚度，另一方面在继续增加刚度的同时还可减少端部铁心片的制作费用。如果将一个定子铁心片与两个定子铁心片比较，这两个铁心片最终具有这一个铁心片的相同厚度，则较薄的定子铁心片的加工费用较小。在相当厚的定子铁心片的情况下，切割棱边在质量上比两个薄的定子铁心片差。

[0016] 如果定子铁心这样设计，例如第一定子铁心片分别在轴向中心和轴向一端，则定子铁心可由两半相同的定子铁心叠成，这样就比在定子铁心的中心具有一个单独的第一定子铁心片的结构容易实现自动化。

[0017] 此外，提出的一种电机尤其是汽车用的三相交流发电机具有一个按前述实施例之一做成的定子。

附图说明

[0018] 附图中示出了电机的本发明定子的一些实施例。

[0019] 附图表示：

[0020] 图1a按第一实施例制成的叠片定子铁心；

[0021] 图1b第一实施例的放大详图；

[0022] 图2a定子铁心的一个横断面，其中全部铁心片具有相同的厚度；

[0023] 图2b具有一个较厚的端部铁心片的定子铁心的详图；

[0024] 图3轴向伸长、磁轭高度和第一定子铁心片的厚度之间的关系图；

[0025] 图4具有一个修改了轮廓的端部铁心片的定子铁心侧视图；

[0026] 图5a、5b和6另一些实施例的定子铁心的不同横断面；

[0027] 图7a、7b、8和9a定子铁心的另一些实施例；

[0028] 图9b壳体部分与一个图5a、图5b以及图7b至图9a实施例所示的定子铁心的共同作用；

[0029] 图10具有一个定子绕组的由分层叠置的定子铁心片组成的实施例之一的定子铁心；

[0030] 图11通过图10所示实施例弯成圆形的电机的定子；

[0031] 图12具有一个本发明定子的电机示意图。

具体实施方式

[0032] 图1a示出了一个由分层叠置的定子铁心片11组成的定子铁心10。定子铁心片11是这样布置的，使齿13和槽14在一侧延伸。这些齿13用于以后在定子中锁定来自转子的电磁场，并由此在一个布置在槽14中的定子绕组中感应一个电压。这一侧12在定子铁心10和定子绕组所组成的组件弯成圆形后径向向里取向。此外，定子铁心10具有一个后侧15，它在以后径向向外取向。后侧15同样是成型的并带有齿16，后槽17在这些齿之间延伸。齿13和后齿16借助于一个磁轭18连接成整体。分层叠置的定子铁心片11确定与轴向一致的层方向。轴向相当于以后在电机中的转子的旋转轴。定子铁心10由至少两个不同的定子铁心片11叠成。在图1a和图1b中，各有第一定子铁心片20配置在定子铁心
10的相应端面上。在这两个第一定子铁心片20之间放置第二定子铁心片21。第一定子铁心片20比第二定子铁心片21具有较大的抗弯阻力。

[0033] 定子铁心10的另一种方案是，该铁心一方面由第二定子铁心片21组成，另一方面在一个端面上具有至少一个第一定子铁心片20。在图1b中，示出了只在一个端面上具有一个第一定子铁心片20的这种方案。

[0034] 图2a表示在槽14的位置上从磁轭18剖开的定子铁心10的横断面。这个定子铁心10由定子铁心片11组成，其厚度dLH相当于一个第二定子铁心片21，例如具有0.5毫米材料厚度。磁轭18具有例如4毫米的磁轭高度HJ。在把这样一个在槽14中嵌入了一个定子绕组的定子铁心弯成圆形时，由于磁轭18的严重弯曲而导致定子铁心片11的扩径，这种扩径在磁轭的中性纤维处已经开始，而在齿13的端部区域则显得特别明显。这个扩径23在这里作为伸长δB给出，且伸长δB取决于定子铁心10的原来宽度B0和定子铁心10在弯曲后的最终宽度B1。用公式表示则为：

[0035] δB＝(B1/B0)-1

[0036] 如图3所示，伸长δB尤其取决于磁轭高度HJ和一个所用的第一定子铁心片20的厚度dLE。另一个影响因素是所用的第二定子铁心片21的所用的材料厚度dLH。图2b表示相应的尺寸给定。

[0037] 图3以图解方式表示具有一定材料厚度dLE的一个所用的第一定子铁心片20对达到的伸长δB的作用与不同磁轭高度HJ的关系。这些关系是根据具有0.5毫米材料厚度的第二定子铁心片21求出的。对各种不同的结构进行了测量，其中磁轭高度HJ是变化的：磁轭高度为HJ1＝3毫米、HJ2＝4毫米、HJ3＝5毫米、HJ4＝6毫米和HJ5＝7毫米。从图可以看出，在恒定的磁轭高度和一个第二定子铁心片21的恒定材料厚度的情况下，第一定子铁心片20对伸长δB的影响是这样增加的，即伸长δB随第一定子铁心片20的材料厚度的增加而明显减少。根据图3这个示范性的图解和第二铁心片21的不同材料厚度dLE的其他计算结果，第一定子铁心片20在轴向内应具有不超过4毫米的厚度dLE。此外，规定至少一个第一定子铁心片20在轴向内具有至少0.8毫米的厚度dLE。其次，最好至少一个第一定子铁心片20在轴向内具有1.0和2.0毫米之间的厚度dLE。在这样一个第一定子铁心片20的可接受的制造费用的情况下，已经获得了限制伸长δB的很好的结果。根据补充的计算，验证了在第二定子铁心片21具有0.3毫米和0.7毫米之间的材料厚度dLE时，用较厚的第一定子铁心片20是特别有效的。在一级近似中，磁轭高度HJ最好在3和7毫米之间的值。
而在二级近似中，定子铁心10应具有在3.5毫米和4.3毫米之间的磁轭高度HJ。

[0038] 在图4中，示出了定子铁心10的一段侧视图。此图表示第二定子铁心片21的另一实施例，这些铁心片在定子铁心10的一个轴向端被至少一个第一定子铁心片20覆盖。这个第一定子铁心片20具有一个不同于第二定子铁心片21的轮廓25，例如齿13比第二定子铁心片21的齿13窄。第二定子铁心片21的齿13例如具有一个明显的齿顶27，该齿顶具有分别朝相邻的槽14伸出的齿条28。这些齿条没有第一定子铁心片20。此外，第一定子铁心片20的磁轭高度HJ，20在其延伸方向可比第二定子铁心片21的磁轭高度HJ，21小。如果观察第一定子铁心片20的一个齿13的横截面，则可看到朝槽14方向的齿13的倒圆的棱边。棱边的倒圆例如可在通过所谓的冲压喂料机进行冲压时进行。同样，对后齿16可进行相应的棱边倒圆。

[0039] 在图5a中，示出了定子铁心10的另一方案。这个定子铁心10除了第二定子铁心片21外还具有至少一个第一定子铁心片20。第一定子铁心片20比第二定子铁心片21的厚度大。第一定子铁心片20在其外圆周上有一个环形延伸的台阶30，台阶30作为电机壳体内的支座用。并由此可在定子铁心10的右端面和台阶30的端面之间达到一定的轴向长度，这个轴向长度对两半壳体之间的夹紧作用的质量至关重要。台阶30例如通过车削加工而成。图5b的实施例表示在定子铁心10的两个轴向端面上各有一个第一定子铁心片20，第二定子铁心片21夹持其间。图中的每一个第一定子铁心片20都留出一个台阶30。如果不需要，例如可取消一个台阶30。

[0040] 图6表示定子铁心10另一个方案的正视图。从第一个铁心叠片测出宽度B20，这个第一铁心叠片由第二定子铁心片21组成，且暂时不含第一个定子铁心片20。在这个具有宽度B20的、在一定公差内的第一铁心叠片上配置一个选出的第一定子铁心片20。这个第一定子铁心片20具有一个宽度B30，并根据宽度B20具有一个理想宽度B30，这样就得出了整个铁心叠片的要求的宽度B40。B40也有一定的公差。但当这个铁心叠片由第二定子铁心片21组成而具有不同于B20的宽度例如比宽度B20小的宽度时，则要配置的第一定子铁心片20选用一个比B30大的宽度B3。同样，在相反的情况中，如果这个铁心叠片由第二定子铁心片21组成而具有比宽度B20较大的宽度时。在这种情况下，选用具有一个小于B30的宽度B3的第一定子铁心片20，这个措施的目的是获得一个由第二定子铁心片21和至少一个第一定子铁心片20组成的总铁心叠片，这个总铁心叠片具有一个容许公差的额定宽度B40。这样就实现了在早期制造阶段已经达到高配合精度的定子铁心或定子铁心叠片的制造；不需要进一步的机械加工例如车削。亦即定子铁心不需要切削加工成所需的轴向长度。

[0041] 在图7a中，部分地示出了定子铁心10的另一实施例。这个实施例在其轴向两端各带有两个第一定子铁心片20，在它们之间装第二定子铁心片21。

[0042] 图7b表示这个定子铁心的正视图，其中在最外的第一定子铁心片20上分别附加制作一个台阶30。

[0043] 图8示出了定子铁心10的又一实施例。在这里，在第一定子铁心片20之间装有一定数量的第二定子铁心片21。此外，第一定子铁心片20在其轴向外侧分别被一个构成端片的第二定子铁心片21覆盖，这种配置例如在台阶30的轴向深度TA达到一个例如终止在两个叠置的第二定子铁心片21之间的尺寸时，则是理想的。通过第一定子铁心片20的这种配置，避免了尤其是在台阶30的区域内的极薄的铁心厚度，因为轴向端面总是终止在一个铁心片的材料内。另一种办法是，端部铁心片也可以是具有另一厚度dLE的一个第一定子铁心片20。

[0044] 在图9a所示的又一个实施例中，一方面，在各一个第一定子铁心片20之间配置第二定子铁心片21，另一方面，在定子铁心10的轴向中心处配置两个第一定子铁心片20，以增加定子铁心10的刚度，另一种办法是，也可只配置一个中间的第一定子铁心片20。

[0045] 图9b表示一个定子铁心10或一个定子40之间的过渡部位，亦即一个已弯成圆形的定子铁心10和在弯成圆形前嵌入的定子绕组之间的过渡部位。从图可以清楚看出，台阶30卡住壳体43上的凸台42。

[0046] 一般来说，按前述实施例之一的一个定子铁心10配置一个定子绕组45。在图10中，定子绕组45以线圈边的形式示出的圆图示意表示，这个定子绕组最好具有三相绕组，并用其线圈边嵌入定子铁心10的槽14中。如图10所示，这可例如用一个扁平的定子铁心10来实现，但也可用一个非扁平的，例如通过后侧15这样伸展的定子铁心10，使槽14附加敞开。为了定子绕组45嵌入这些槽中，定子铁心10的伸展位置是不需要的。紧接着把由定子铁心10和定子绕组45组成的图10所示的组件50这样弯成圆形，使槽14指向一个共同的中心，如图11所示。然后把弯成圆形状态的组件50在定子铁心10的两个相邻的端面相互进行连接，例如在这个部位通过焊接来实现，所以该处有一条焊缝52。

[0047] 图12表示具有一个壳体和一个定子40的电机55的示意图。

[0048] 在本发明的范围内提出了电机55的定子40，这个定子40具有一个定子绕组45，该定子绕组由一个环状成型的定子铁心10夹持。定子铁心10在其径向向里取向的圆周上有槽14和齿13。该定子铁心由分层叠置的定子铁心片11组成，其分层方向确定一个轴向a。至少一个第一定子铁心片20比第二定子铁心片21具有较大的抗弯阻力。给定至少一个第一定子铁心片20在轴向a内的厚度dLE不超过4毫米。此外，给定所述至少一个第一定子铁心片20在轴向内的厚度dLE至少为0.8毫米。所述至少一个第一定子铁心片20在轴向a内的厚度dLE在1.0和2.0毫米之间已证明是有利的；还证明了第二定子铁心片21的厚度dLE在0.3和0.7毫米之间也是有利的。此外，磁轭高度HJ最好为3毫米和7毫米之间。相对于这个一级近似，定子铁心10具有一个在3.5毫米和4.3毫米之间的磁轭高度HJ，已证明是特别有利的。在一个优选结构中，所述至少一个第一定子铁心片20是一个端部铁心片，所以位于一个定子铁心10的一个轴向端。为了保护定子绕组45，所述至少一个端部铁心片具有一个不同于第二定子铁心片21的铁心片轮廓。这例如适用于该端部铁心片作为第一定子铁心片20构成的情况。但不限于这种情况，而是还可例如用于第二定子铁心片21。如果至少一个第一定子铁心片20被配置在定子铁心10的内部，则它应优先位于定子铁心10的轴向中心。

[0049] 此外，在另一个只考虑涡流损耗的一级近似中，至少一个第一定子铁心片20的轴向宽度或材料厚度不超过定子铁心10的轴向宽度的10％。如果定子铁心10的轴向宽度为40毫米，则所述至少一个第一定子铁心片20的材料厚度应不宽于4毫米。在二级近似中，所述至少一个第一定子铁心片20的最大宽度定为5％，所以所述至少一个第一定子铁心片
20的材料厚度不应宽于2毫米。