CN101036278A - 具有定子的电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电机定子，包括具有多个磁轭叠片的轭铁。主体部分形成为每个所述多个磁轭叠片的部分。第一极齿和主体部分连续形成，并且形成为所述多个磁轭叠片的至少部分的部分。第一极齿限定第一极齿轮廓。第一极齿连接部分形成为所述多个磁轭叠片的部分。第二极齿包括多个极齿叠片。第二极齿的每个极齿叠片包括第二极齿连接部分，并且限定第二极齿轮廓，该第二极齿轮廓不同于第一极齿轮廓。第二极齿连接部分与第一极齿连接部分啮合。
Description
背景技术
本发明涉及一种用于电机的定子以及一种制造和装配定子的方法。
发明内容
在一个实施例中，本发明提供一种电机定子，包括具有多个磁轭叠片的磁轭。主体部分形成为每个所述多个磁轭叠片的一部分。第一极齿和主体部分连续形成，并且形成作为至少一部分所述多个磁轭叠片的一部分。第一极齿限定第一极齿轮廓。第一极齿连接部分形成为所述多个磁轭叠片的部分。第二极齿包括多个极齿叠片。第二极齿的每个极齿叠片包括第二极齿连接部分，并且限定第二极齿轮廓，该第二极齿轮廓不同于第一极齿轮廓。第二极齿连接部分与第一极齿连接部分啮合。
在另一个实施例中，本发明提供一种电机，该电机包括限定旋转轴的定子。该定子包括连续磁轭部分，该连续磁轭部分包括第一极齿连接部分。第一极齿整体形成为该连续磁轭部分的一部分，并且包括第一极齿轮廓。第二极齿与该连续磁轭部分分开地形成，并且包括第二极齿轮廓，该第二极齿轮廓不同于第一极齿轮廓。第二极齿连接部分整体形成为第二极齿的一部分，并且构造成沿基本平行于旋转轴的啮合轴移动进入与第一连接部分的啮合。转子靠近第一极齿和第二极齿的至少一个来设置。
本发明还提供一种装配定子的方法。该方法包括由磁性材料(例如，电炉钢)平片冲压形成多个定子叠片和多个极齿叠片。每个定子叠片包括连续磁轭和多个整体形成的极齿。每个极齿叠片由设置在相邻整体形成的极齿之间的材料冲压而成。该方法还包括堆叠多个定子叠片以限定定子铁芯，以及堆叠多个极齿叠片以限定至少一个可连接极齿。该方法还包括将该可连接极齿连接到该连续磁轭。
通过参考以下的详细描述和附图，本发明的其他方面和实施例将变得清楚明显。
附图说明
该详细描述具体地参照了附图，其中：
图1是包括定子的电机的轴向示意图；
图2是包括单层绕组的定子的透视图；
图3是包括双层绕组的定子的透视图；
图4是具有可连接极齿的定子铁芯的部分的透视图；
图5是包括线圈的可连接极齿的端部图；
图6是图2的定子的端部图；
图7是图3的定子的端部图；
图8是图7所示的这种定子的部分的截面图；
图9是用于定子叠片和极齿叠片的冲压布置的端部图；
图10是包括内衬的图3的定子的端部图；
图11是包括堞形内衬或套罐的图3的定子的端部图；
图12是包括线圈固定夹的定子的部分的截面图；
图13是包括直齿和小宽度根部的定子的部分的截面图；
图14是包括极齿基座和小宽度根部的定子的部分的截面图；
图15是包括直齿和鸠尾根部的定子的部分的截面图；
图16是包括极齿基座和鸠尾根部的定子的部分的截面图；
图17是包括线圈接收凹槽的可连接极齿的透视图；
图18是包括图17的可连接极齿的定子的截面图；
图19是具有12个槽和单层绕组的3相定子的一种可能绕线图的示意性表示；
图20是具有12个槽和双层绕组的3相定子的一种可能绕线图的示意性表示；以及
图21是具有18个槽和双层绕组的3相定子的一种可能绕线图的示意性表示图。
具体实施方式
在详细描述本发明的所有实施例之前，应当要知道，在本申请中本发明不限于下面的描述提出的或者下面的附图中示出的部件结构和设置的细节。本发明能够应用到其他实施例，并且可以通过多个方式来实现或执行。以及，应当要知道，这里使用的措辞和术语仅用于阐述目的，而不应当理解为限制性目的。这里使用的“包括”、“包含”或者“具有”及其变型是指包含其后所列举的部件及等价物以及其他部件。除非另外指定或限定，否则术语“安装”、“连接”、“支承”和“耦合”及其变型都被广泛地使用，包括直接和间接的安装、连接、支承和耦合。而且，“连接”和“耦合”不限于物理或机械连接或耦合。
如图1所示，电机10大致包括设置在定子20内的转子15。转子15安装在轴30上，该轴轴向延伸以提供支承点，以及提供方便的轴功率分接(take off)点。通常，两个以上轴承35接合到转子轴30并且支承转子15，以使得它绕旋转轴40来旋转。定子20通常装配到壳体45中。定子20限定基本圆柱形的孔或钻孔55，如电机领域中通常指出的，该孔或钻孔位于旋转轴40的中心部分。当转子15相对于定子20位于操作位置时，则在转子和定子之间建立小气隙。该气隙使得转子15可以在定子20内部相对自由地旋转。
框架45如果其被采用则支承定子20。图11较好示出的一个框架45包括靠近角部的多个闲置空间46。闲置空间46为冷却空气或另一种冷却流体提供冷却通道。在优选结构中，框架45包括模注或以另外方式成形的塑料材料。在其他结构中，采用延压铝框架。在其他结构中，可以采用其他材料和其他制造方法来制造框架45。
图1中所示的电机10是无刷永磁(PM)电机。因而，转子15包括铁磁铁芯和永磁体，它们限定两个或以上磁极。定子20包括一个或以上相绕组(如图2-3所示)，它们能够被选择性地激励以产生磁场。转子15的永磁体和定子20的磁场相互作用，从而产生电磁力矩和转子旋转。本领域技术人员将会认识到，本发明还适用于除了这里所示地无刷永磁电机之外的其他类型的电机。因而，本发明不限于仅仅这些类型的电机。此外，本领域技术人员将会认识到，本发明还可以应用到许多类型的发电机。附图示出电机10的结构具有位于定子20内部的转子15。然而，本发明还可以应用于电机结构，通常称为“内外颠倒电机”，其中转子位于定子外部。此外，这里示出的附图和描述主要针对定子20和/或电机10。然而，所述和所示的许多特征还可以用于绕线转子。因此，虽然附图和描述涉及无刷电机10和/或定子20，但是还可以进行其他应用。
图2和3分别示出两种可能的定子20、60，它们适用于和图1的电机10一起使用。定子20、60包括连续磁轭65或背铁，其限定定子20、60的最外层表面。磁轭65为许多定子铁芯部件提供结构支承，还为定子20、60内的磁通提供流通路径。多个整体式极齿70从磁轭65径向向内延伸。极齿70包括线圈接收部分75和极齿基座80，其靠近圆柱形孔55设置。图2和3所示的整体式极齿70大致是直齿。换言之，线圈接收部分75处的每个极齿70的宽度基本上等于极齿基座80处的极齿70的宽度。
磁轭65限定多个极齿连接部分85。每个极齿连接部分85的尺寸和形状适于接收可连接极齿90(图5所示)。在大多数结构中，极齿连接部分85的数量等于整体极齿70的数量。在这些结构中，极齿70、90在整体极齿70和可连接极齿90之间交替设置。因此，紧靠任意整体极齿70的两个极齿是可连接极齿90，而紧靠任意可连接极齿90的两个极齿是整体极齿70。
在其他结构中，极齿图案可以变化，以使得整体极齿不一定要定位在可连接极齿之间。此外，绕线图的其他组合和/或相位数和极数也可以变化。例如，图21示出用于三相无刷PM电机的定子60a，其中具有18个槽95和十六个磁极的转子(未示出)。这种电机在美国专利No.6,133,663中公开，该美国专利整个在此通过参考被全部包括在这里。定子60a包括绕在每个极齿70、90周围的一个线圈100。三个连续极齿上的线圈100连接在相同相位绕组内，从而限定线圈相位组99。两个这种线圈相位组99径向相对并且限定相位绕组。相位绕组的起始端(出发)和末端(回归)分别由标注“go”和“ret”来表示，由导线绕制方向决定的线圈侧极性由正(+)和负(-)记号来表示。在一种结构中，在三个线圈99和极齿的相位组内，中心极齿是整体极齿70，两个相邻极齿是可连接极齿90。因此，这种结构限定的是一种重复图案，即，绕三相定子60a的周边两个可连接极齿90接着一个整体极齿70这样的图案。因此，制成的定子60a包括的可连接极齿90的数量是整体极齿70的两倍。在另一种结构中，三个线圈99和极齿的相位组内的中心极齿是可连接极齿90，而两个相邻极齿是整体极齿70。因此，这种结构也限定出一种重复图案，即，绕三相定子60a的周边两个整体极齿70接着一个可连接极齿90这样的图案。因此，制成的定子60a包括的整体极齿70的数量是可连接极齿90的两倍。所述结构最小化径向力的作用，并且在使用当中不需要例如轴向振动阻尼器的附加装置。
任意两个相邻极齿70、90之间的空间限定槽95，该槽的尺寸适于接收一个以上线圈100的侧部。单独的或者和其他线圈100结合的线圈100限定相位绕组，该相位绕组经激励后能够产生具有期望极性的磁场。图2的定子20包括单层绕组101。因此，线圈100的仅一侧定位在每个槽95内。图3的定子60包括双层绕组102，其每槽95包括线圈100的两侧。
图2和图3的线圈100包括绕制在线圈100连接到其的极齿70、90周围的电导体。对于连接到可连接极齿90的线圈100，该导体直接绕制在极齿90上。图中未示出的电绝缘体设置在线圈100的电导体和它所连接到的极齿70、90之间。通常，能够利用电机领域中的普通绕线器在可连接极齿90上快速而低成本地执行绕线操作。绕制在整体极齿70上的线圈100能够利用针状绕线器或者适于作业的其他绕线器而直接绕制在极齿70上。可选择地，可以利用更廉价的绕线器将导体绕制在模拟极齿或支架(未示出)周围。然后将线圈100从模拟极齿或支架上去除然后滑入整体极齿70上。
一个以上线圈100被电气连接以限定相位绕组，如图21所述。图19和20示出描述用于具有12个槽的三相定子的每个相中的线圈连接的绕线图。具有如图19所示的单层绕组的定子20a能够结合八极永磁转子来使用，以限定无刷永磁(PM)电机，它可以是直流型或交流型电机。具有如图20所示的双层绕组的定子60b能够结合八极永磁转子或者十六极永磁转子来使用，以便限定无刷PM电机，它可以是直流型或交流型电机。
在对称多相定子结构中，设置在极齿70、90周围的线圈连接在每个相位内，以使得相位绕组的轴等距设置在定子圆周周围。为了最小化不期望出现的径向磁力和磁引力，将定子设置成使得直径方向相反的极齿70、90具有相同的轮廓，以及不载有线圈或者仅载有属于同一相位绕组的线圈100。线圈100设计并连接成，使得当电流流过导线时，在各个极齿70、90中建立的电枢反应磁场和直径方向相反的极齿70、90中建立的电枢作用磁场振幅相同而方向相反。对于相位绕组的线圈100包围的极齿70、90而言，电枢反应磁场由图19-20中的箭头102来示意性地表示。图19-20中所示的定子20a、60b包括整体极齿70和可连接极齿90的交替图案，并且整体极齿70和可连接极齿90的数量相等。
整体极齿70通常是直齿。因此，每个极齿70限定基本上是方形的极齿轮廓，以便线圈100可以滑动到整体极齿70上。图5更佳示出的可连接极齿90包括放大极齿基座105和极齿顶110或极齿根。该放大极齿基座105使得可连接极齿轮廓不同于整体极齿轮廓。该放大极齿基座105有助于将线圈100保持在极齿90上的期望位置，还有助于散布磁场以减小电机齿槽效应和力矩波动。该放大极齿基座105还减小定子20和转子15之间的气隙的等量磁性长度，因此增大电机比力矩输出。在优选结构中，整体极齿70和可连接极齿90的线圈接收部分75具有基本相同的宽度。因此，如果需要，具有相同圈数和导线尺寸的相同线圈100能够绕制在每个极齿上。当然，如果需要，也可以采用不同宽度的线圈接收部分。例如，在绕线部分下方的整体极齿70和可连接极齿90的宽度可以变化，以使得它们将极齿宽度的比率限定在大约0.75至1.25之间。
图4和5示出极齿连接部分85和极齿顶110的一种可选结构。在这种结构中，极齿连接部分85包括凹槽，该凹槽形状类似于鸠尾槽。该极齿顶110的形状类似于凸鸠尾根，它能够匹配由连接部分85所限定的凹鸠尾槽。为了实现所需的匹配度，通常需要在鸠尾槽和鸠尾之间提供干涉配合或收缩配合。该紧密配合确保部件之间的良好接触，以及最小化在磁场通过可连接极齿90和磁轭65之间的界面时的磁动势(mmf)降。
虽然示出的是鸠尾配合，但是本领域技术人员将会认识到，还可以采用许多其他配合和结构将可连接极齿90连接到磁轭65。例如，刚才所述的鸠尾配合可以颠倒，以使得配合的凸部形成为磁轭65的一部分，而凹部形成为可连接极齿90的一部分。在其他结构中，可以采用不同的配合形状。其中一种形状是参照图13-14所示的形状。还可以采用其他形状，包括但是不局限于T根、杉形根、L形根等等。当然，所有这些根的凸部可以根据需要定位在磁轭65上或者可连接极齿90上。
如图6和7所示，整体极齿70和可连接极齿90的每个均包括至少一个位于靠近定子孔55的表面中的模拟槽115。该模拟槽115将极齿70、90划分为交替的高地120和低部位125(如图8和9所示)。利用单个模拟槽115，每个极齿70、90被划分为两个高部位120和一个低部位125。因此，在定子孔55的周界周围建立堞形图案，并且改变了气隙的磁性，以便有效减小齿槽效应、力矩波动以及电磁噪声。
图8示出另一种结构，在这种结构中，每个整体极齿70包括单个模拟槽115，每个可连接极齿90包括三个模拟槽115。因此，整体极齿70限定两个高部位120和一个低部位125，而可连接极齿90限定四个高部位120和三个低部位125。位于相邻极齿70、90之间的每个槽开口130有效用作低点125。因此，具有基本相同周长的交替高部位120和低部位125的一致性图案在定子孔55的周界周围延伸。和图6和7的结构相比，该结构使得可以进行相对平滑的转子操作，还减小齿槽效应和力矩波动。高部位120和低部位125的总数可以参照电机极性、槽和绕组数量以及转子到定子的轴向磁性偏度来进行选择。高部位120和低部位125绕定子孔55的不均匀空间分布也是可能的，从而，在极齿顶110的局部非线性磁性饱和的条件下，磁场会分散以便改进电机性能。
可连接极齿90的宽极齿基座105减小槽开口130的宽度，并且将磁场向电机气隙散布。同样，通过减小电磁噪声、齿槽效应、力矩波动以及增大电机比输出力矩，这也能够改进电机操作。以及，可连接极齿90的使用便于利用非常高的铜填充因数来进行缠绕，从而减小双层绕组102的两个相邻线圈100之间的槽95中的空间(图8)，或者在单层绕组101的情况下(图6)，减小线圈100和整体极齿70之间的空间(图15-16)。高填充因数会减小绕组电阻和铜损，因此会增大电机效率。
在大多数结构中，堆叠多个叠片135形成磁轭65，包括整体极齿70和极齿连接部分85。叠片135通常由铁心等级硅钢冲压形成。类似的，堆叠多个极齿叠片140通常形成可连接极齿90。图9示出用于冲压包括磁轭叠片135和可连接极齿叠片140的一种可能结构布局。可连接极齿叠层140位于相邻整体极齿70之间的空间内，并且不会延伸超过定子内径。冲压的中心部分也用于可能需要的任意转子铁芯叠片。因此，图9的结构减小了废材料的量，减少了形成叠片135、140所需的制造步骤的数量。本领域技术人员将会认识到，图9示出仅一个可连接极齿叠片140。然而，应当理解的是，可连接极齿叠片140还可以从任意两个相邻整体极齿70之间的空间冲压而成。还应当注意，所述的制造过程被描述为包括冲压操作。然而，本领域技术人员将会认识到，还可以采用其他制造过程来切割叠片(例如，激光切割、导线EDM、喷水切割等等)。
在其他结构中，单片材料形成磁轭65、整体极齿70和极齿连接区域85。在这些结构中，采用压实和/或烧结过程或者其他合适过程来将铁磁钢粉末或者软磁性复合材料形成为所需部件。此外，其他结构可以包括由单片材料形成的可连接极齿90，该单片材料例如是压实的铁磁钢粉末或者软磁性复合材料。
使用可连接极齿90还使得包括磁轭65和整体极齿70的定子20、60可以由一种材料制成(例如，叠片状电工钢、粉末金属、软磁性复合材料、固体金属，等等)，而可连接极齿90可以由相同材料或者不同材料制成。例如，一种结构可以包括由电工钢的叠片制成的磁轭65和整体极齿70，以及由软磁性复合材料制成的可连接极齿90。不同材料提供不同电特性和磁特性，它们可用于改进电机10的特定性能特性。
图10示出包括内衬145或套罐的定子60。该内衬145是大致圆柱形部件，其装配到定子孔55内并且接触极齿70、90的极齿基座。内衬145包括中心开口150以便可以让转子15自由通过。该内衬由非磁性材料制成，例如塑料或不锈钢。在其他结构中，该内衬可以由铁磁性材料制成，例如磁钢，并且设计成使得磁场引发的局部饱和将减小齿槽效应和波动力矩和/或改进比力矩输出。在一些结构中，该内衬145可以通过至少部分支承可连接极齿90而向定子20提供额外结构支承。此外，内衬145将定子20的部件充分与转子15的部件分开。这对于气密密封的电机应用或者其中灰尘或其他无用物质会经定子孔55进入定子20的其他应用是有用的。
图10所示的内衬145基本上是管状的。因此，内表面和外表面的周界基本上是圆形的。该管状形状不允许内衬145通过除极齿70、90和内衬145之间的摩擦之外的任何其他方式啮合极齿70、90。因此，内衬145仅将径向力施加到极齿70、90。虽然内衬145被示出位于具有双层绕组102的定子60上，但是它同样可以应用到采用单层绕组101的定子20。
图11示出设置在具有双层绕组102的定子60内的堞形内衬155或套罐。该堞形内衬155包括交替的高部位160和低地165，它们对应于极齿70、90中的交替的高部位120和低部位125。交替的高部位160和低部位165和极齿70、90中的对应高部位120和低部位125互锁，以使得堞形内衬155可以沿径向之外的任何方向对可连接极齿90提供结构支承。因此，该堞形内衬155有助于通过将每个极齿70、90锁定到内衬155限定的特定位置而保持极齿70、90之间的间距。和管状内衬145相同，该堞形内衬155可以用在包括单层绕组101或双层绕组102的定子20上。应当注意，所示的堞形内衬155具有平滑或圆柱形内表面。然而，其他结构可以包括具有对应于外表面的堞形内表面的堞形内衬155。内表面的实际结构对于电机功能而言无关紧要。
如上参照图2和3所述，包围整体极齿70的线圈100优选绕制在模拟极齿或其他支架上，或者绕制在由电绝缘材料制成的线筒支承部上，然后滑到实际的整体极齿70上。可以采用许多不同系统来将线圈100固定到极齿70(例如，粘接剂、环氧树脂、注模塑料等等)，然而图12示出采用固定夹170的结构。夹170啮合在极齿70中形成的小槽175，以便抑制线圈100的运动，该线圈夹在夹170和磁轭65之间。通常，夹170由比较硬的材料制成，例如弹簧钢，以便它可以在电机操作期间保持在槽175中。在其他结构中，采用例如纤维玻璃楔、销、螺钉、螺栓等等其他机械装置来将线圈100保持在所需操作位置中。
在另一种结构中，在完全装配好所有线圈100之后，将塑料、热塑性树脂、环氧树脂或者其他合适材料注入极齿70、90之间的空间中。该注入材料有助于将线圈100保持在它们的操作位置，还能够便利将热量从定子20的极齿区域传送到磁轭65。此外，该注入材料填充空白空间，因此灰尘或其他无用物质更难以进入定子20并损坏定子。这种结构还可以包括内衬145或堞形内衬155作为用于注入操作的永久连接装置或者暂时支架。
图13-16示出位于包括单层绕组101的定子20内的可连接极齿的多个结构。图13示出极齿180，该极齿包括与定子磁轭65啮合的狭窄齿顶185和靠近定子孔55的狭窄极齿基座190。图15示出另一种极齿195，包括与磁轭65啮合的宽齿顶200和窄极齿基座205。因为电机操作期间的具体磁通图案不同，所以可以利用分开的极齿叠片来制造图13和15的结构，该极齿叠片由各向异性磁性材料冲压而成，该结构具有沿优选磁化(或者“容易”绕制)方向定位的极齿180、195。一种可能的磁性材料是具有定向颗粒的电工叠片钢，它是变压器的磁路制造当中通常采用的材料。选择这种材料减小了磁路磁阻和铁损，并且改进了电机性能。在图13-16中没有示出模拟槽口，但是应当理解的是，如果需要，也可采用模拟槽口，如同图8所示的结构那样。
图14中所示的极齿210包括齿顶215，这类似于图13的齿顶185。图16所示的极齿220包括齿顶225，这类似于图15的齿顶200。然而，和图13和15的可连接极齿180、195相比，图14和16的可连接极齿210、220包括扩大的极齿基座230。因为电机操作期间的特定磁通图案，具有扩大极齿基座230的结构最适用于和各向同性无颗粒(non-grain)定向磁性材料(例如，在旋转电机的磁路制造中通常采用的电工钢)一起使用。因此，这些结构不能得到通过采用各向异性颗粒定向磁性材料带来的好处。而且，图14的结构具有这样的缺点，即极齿210必须通过基座230来支承线圈100的重量，而齿顶215的轮廓不提供增强的机械支承，如同例如图16的结构中的齿顶225的轮廓一样。另一方面，和图14的结构相比，图16的结构具有这样的缺点，线圈100需要使用更为昂贵的绕线设备直接绕制在极齿220上。
在图17和18中示出可连接齿部235的部分的另一种结构。极齿235的该部分包括齿顶240、极齿基座245以及线圈接收部分250。极齿235的该部分还包括靠近极齿235的该部分的一端的凹槽部分255。在许多结构中，一个叠在另一个顶部地堆叠多个叠片然后将它们粘接或以另外的方式连接在一起，从而形成极齿235的该部分。在其他结构中，采用压实铁磁钢粉末、软磁性复合材料或者其他材料来形成极齿235的该部分。在由叠片形成的结构中，堆叠具有第一轮廓的第一组叠片，从而限定极齿235的该部分，其包括齿顶240、极齿基座245和线圈容纳部分250。一旦制成线圈接收部分250，则添加具有齿顶轮廓和极齿基座轮廓的叠层来制成极齿235。
相互连接可连接极齿235的两部分以制得极齿256。在一种结构中，采用粘接剂来连接极齿235的两半然后制得极齿256。在另一种结构中，采用紧固件、销或者其他连接装置来连接极齿235的两半来制成可连接极齿256。
虽然图17中所示的结构包括的两半235均在极齿半部235的一端包括一个凹槽255，但是在其他结构中也可以在单个极齿的两端均包括凹槽255。凹槽255提供用于图18所示的端部线圈260的空间。因此，将线圈100设置在极齿235周围，该端部线圈260不会大大超过齿顶240或极齿基座245的端部。
图17和18的结构和当前电机结构相比具有若干优势。例如，极齿235中的凹槽提供用于端部线圈260的空间，而极齿基座245增强定子20对于转子的轴向覆盖率，从而和现有技术中的电机相比本发明的该电机具有更为小型的尺寸且具有每单位长度更高的功率输出。此外，来自端部线圈260的热量更容易传送到磁轭65然后耗散。
为了装配电机10的定子20，首先形成组成多种铁芯部件的叠层135、140。参照图9所示，冲压叠片135、140是同时形成磁轭叠片135和可连接极齿叠层140的一种方式，但是也可以采用其他方法。将一个磁轭叠片135堆叠到另一个的顶部上，直到该堆叠体达到期望轴向长度。在一些结构中，在堆叠体的端部上设置附加叠层或者端片(未示出)，从而制得磁轭65和/或整体极齿70。在采用端片的结构中，端片通常具有不同于叠片135的轮廓，并且具有附加的结构强度。和磁轭叠片135类似，极齿叠片140还相互堆叠和粘接。一旦堆叠完成，叠片140则限定一个或以上可连接极齿90。
在需要双层绕组102的结构中，在所需整体极齿70周围绕制导体以限定线圈100。如上所述，可以采用电机领域公知的绕线方法(例如，针状绕线器)来进行绕线。优选的，线圈100绕制在支架、模拟极齿或线筒支承件上，然后滑到整体极齿70上。该方法使得可以使用线筒绕线器或其他绕线器，而不是针状绕线器。线圈100还绕制在可连接极齿90周围。此外，线筒绕线器特别适用于该绕线作业。在采用单层绕线101的定子结构中，线圈100能够仅设置在整体极齿70上、或仅设置在可连接极齿90上、或者设置在整体极齿和可连接极齿70、90的组合上，这根据特定应用的需要而定。
通过互锁极齿连接部分或齿顶110和极齿连接部分85，将可连接极齿90设置在磁轭65内。极齿90通过沿基本平行于电机10的旋转轴40的轴265轴向滑动而与磁轭65啮合。为了实现所需接触程度，需要建立干涉配合。因此，装配过程包括对磁轭65和极齿90实施差分加热和/或冷却。例如，在一种结构中，磁轭65加热到比极齿90高200华氏度的温度。这可以通过仅加热磁轭65，或者加热磁轭65且冷却极齿90来完成。该差分加热使得极齿连接部分85膨胀，如果采用冷却，则齿顶110会收缩。一旦极齿90设置在所需位置，则部件之间的温度相等，并且会建立紧密的收缩配合。在一些结构中，在可连接极齿90设置在正确位置之后还设置端板。在这些结构中，端板会部分或总体覆盖极齿连接部分85和齿顶110，从而抑制可连接极齿90相对于磁轭65发生不希望的轴向运动。
如果采用内衬，则接着在定子孔55内设置内衬145或155，并且相对于极齿70、90设置在期望位置处。一旦安装，则能够将塑料、环氧树脂、树脂或其他填充材料注入极齿70、90之间的空间，从而更好地固定极齿70、90，并且抑制不希望的物质进入定子20中。
用于制造定子20的操作顺序可以根据具体电机设计特性而变化。例如，通过首先将线圈100连接到整体极齿70，然后将包括线圈100的可连接极齿90连接到磁轭65，从而能够制得具有非常小槽开口130的电机设计，这些槽开口的尺寸不受到关于线圈100和极齿70和90的宽度的限制。
因此，本发明提供一种用于电机10的、新颖有用的定子20，以及一种装配定子20的方法。这种新颖的定子20具有改进的电磁性能和机械性能，并且具有增强的可制造性。上述参照附图示出的定子20的结构和装配定子20的方法仅通过示例方式来阐述，并不对本发明的概念和原理进行限制。在下面的权利要求中阐明本发明的多种特征和优点。
Claims (56)
1.一种电机定子，包括：
具有多个磁轭叠片的磁轭；
主体部分，其形成作为所述多个磁轭叠片的每个的部分；
第一极齿，其与主体部分连续，并且形成作为所述多个磁轭叠片的至少部分的部分，第一极齿包括第一极齿轮廓；
第一极齿连接部分，其形成作为所述多个磁轭叠片的部分；以及
第二极齿，其包括多个极齿叠片，第二极齿的每个极齿叠片包括第二极齿连接部分并且限定第二极齿轮廓，该第二极齿轮廓不同于第一极齿轮廓，第二极齿连接部分与第一极齿连接部分啮合。
2.根据权利要求1所述的定子，其中所述多个磁轭叠片的每个包括连续的磁轭部分和第一极齿。
3.根据权利要求1所述的定子，其中所述第一极齿连接部分包括凹鸠尾部分。
4.根据权利要求3所述的定子，其中所述第二极齿连接部分包括可与所述凹鸠尾部分啮合的凸鸠尾部分。
5.根据权利要求1所述的定子，其中所述第一极齿包括具有第一线圈接收宽度的线圈接收部分和具有第一自由宽度的自由端，其中所述第一自由端宽度基本上类似于所述第一线圈接收宽度。
6.根据权利要求5所述的定子，其中所述第二极齿包括具有第二自由宽度的第二自由端和具有第二线圈接收宽度的第二线圈接收部分，其中所述第二自由端宽度大于所述第二线圈接收宽度。
7.根据权利要求1所述的定子，其中所述第一极齿是多个整体极齿之一，第二极齿是多个可连接极齿之一，整体极齿的数量基本上等于可连接极齿的数量。
8.根据权利要求7所述的定子，其中所述多个整体极齿和多个可连接极齿之一的每个极齿包括定子线圈。
9.根据权利要求7所述的定子，其中所述多个整体极齿和多个可连接极齿的每个极齿包括定子线圈。
10.根据权利要求7所述的定子，其中所述多个整体极齿和多个可连接极齿的每个极齿包括至少一个虚设通道(dummy channel)。
11.根据权利要求10所述的定子，其中该虚设通道和槽开口至少部分地限定基本均匀间隔开的多个高部位和低部位，从而限定基本连续的图案。
12.根据权利要求1所述的定子，还包括内衬，该内衬的外壁接触所述第一极齿和第二极齿。
13.根据权利要求1所述的定子，还包括连接到磁轭的端板。
14.根据权利要求1所述的定子，其中所述第一极齿包括具有第一线圈接收宽度的第一线圈接收部分，所述第二极齿包括具有第二线圈接收宽度的第二线圈接收部分，所述第二线圈接收宽度基本上等于所述第一线圈接收宽度。
15.根据权利要求1所述的定子，其中所述第一极齿包括具有第一线圈接收宽度的第一线圈接收部分，所述第二极齿包括具有第二线圈接收宽度的第二线圈接收部分，所述第二线圈接收宽度和所述第一线圈接收宽度的比值为大约0.75至1.25之间。
16.根据权利要求1所述的定子，还包括内衬，该内衬包括外壁，该外壁包括接触第一极齿和第二极齿的交替的高部位和低部位。
17.根据权利要求1所述的定子，其中所述第一极齿是多个整体极齿之一，而所述第二极齿是所述多个可连接极齿之一，其中所述多个整体极齿的每个和所述多个整体极齿的另一个直径方向地相对，以及所述多个可连接极齿的每个和所述多个可连接极齿的另一个直径方向地相对。
18.根据权利要求1所述的定子，其中所述整体极齿和所述可连接极齿的至少部分包括线圈，其中包括线圈的每个极齿和包括线圈的另一个极齿直径方向地相对，这两个线圈至少部分地限定相位绕组。
19.一种电机，包括：
限定旋转轴的定子，该定子包括：
连续磁轭部分，该连续磁轭部分包括第一极齿连接部分；
第一极齿，其整体形成作为该连续磁轭部分的部分，并且包括第一极齿轮廓；
第二极齿，其与该连续磁轭部分分开地形成，并且包括第二极齿轮廓，该第二极齿轮廓不同于第一极齿轮廓；
第二极齿连接部分，其整体形成作为第二极齿的一部分，并且构造成沿基本平行于旋转轴的接合轴移动进入与第一齿部连接部分的啮合中；以及
转子，其靠近第一极齿和第二极齿的至少一个设置。
20.根据权利要求19所述的电机，其中定子磁轭包括多个叠片，每个叠层包括连续的磁轭部分和至少一个第一极齿部分。
21.根据权利要求19所述的电机，其中所述第一极齿连接部分包括凹鸠尾部分。
22.根据权利要求21所述的电机，其中所述第二极齿连接部分包括可与所述凹鸠尾部分啮合的凸鸠尾部分。
23.根据权利要求19所述的电机，其中所述第一极齿包括具有第一线圈接收宽度的线圈接收部分和具有第一自由宽度的自由端，其中所述第一自由端宽度基本上类似于所述第一线圈接收宽度。
24.根据权利要求19所述的电机，其中所述第二极齿包括具有第二自由宽度的自由端和具有第二线圈接收宽度的线圈接收部分，其中所述第二自由端宽度大于所述第二线圈容纳宽度。
25.根据权利要求19所述的电机，其中所述第一极齿是多个整体极齿之一，第二极齿是多个可连接极齿之一，整体极齿的数量基本上等于可连接极齿的数量。
26.根据权利要求25所述的电机，其中所述多个整体极齿和多个可连接极齿之一的每个极齿包括定子线圈。
27.根据权利要求25所述的电机，其中所述多个整体极齿和多个可连接极齿的每个极齿包括定子线圈。
28.根据权利要求25所述的电机，其中所述多个整体极齿和多个可连接极齿的每个极齿包括至少一个虚设通道。
29.根据权利要求28所述的电机，其中该虚设通道和槽开口至少部分限定基本均匀间隔开的多个高部位和低部位，从而限定基本连续的图案。
30.根据权利要求19所述的电机，还包括内衬，该内衬的外壁接触第一极齿和第二极齿。
31.根据权利要求19所述的定子，其中所述第一极齿包括具有第一线圈接收宽度的第一线圈接收部分，所述第二极齿包括具有第二线圈接收宽度的第二线圈容纳部分，所述第二线圈接收宽度基本上等于所述第一线圈接收宽度。
32.根据权利要求19所述的定子，还包括内衬，该内衬包括外壁，该外壁包括接触第一极齿和第二极齿的交替的高部位和低部位。
33.根据权利要求19所述的定子，其中所述第一极齿包括具有第一线圈接收宽度的第一线圈接收部分，所述第二极齿包括具有第二线圈接收宽度的第二线圈接收部分，所述第二线圈接收宽度和所述第一线圈接收宽度的比值为大约0.75至1.25之间。
34.根据权利要求19所述的定子，其中所述第一极齿是多个整体极齿之一，而所述第二极齿是所述多个可连接极齿之一，其中所述多个整体极齿的每个和所述多个整体极齿的另一个直径方向地相对，以及所述多个可连接极齿的每个和所述多个可连接极齿的每个直径方向地相对。
35.根据权利要求19所述的定子，其中所述整体极齿和所述可连接极齿的至少部分包括线圈，其中包括线圈的每个极齿和包括线圈的另一个极齿直径方向地相对，这两个线圈至少部分地限定相位绕组。
36.一种装配定子的方法，该方法包括：
形成定子叠片和极齿叠片，所述定子叠片包括连续磁轭和多个整体形成的极齿，所述极齿叠片由设置在相邻整体形成的极齿之间的材料冲压而成；
堆叠多个定子叠片以组成连续磁轭；
堆叠多个极齿叠片以限定至少一个可连接极齿；以及
将该可连接极齿连接到所述连续磁轭。
37.根据权利要求36所述的装配定子的方法，其中所述形成步骤包括在定子叠片中形成第一极齿连接部分。
38.根据权利要求37所述的装配定子的方法，其中所述形成步骤包括在极齿叠片中形成第二极齿连接部分。
39.根据权利要求38所述的装配定子的方法，其中所述连接步骤包括沿基本平行于旋转轴的轴移动可连接极齿，从而啮合第一极齿连接部分和第二极齿连接部分。
40.根据权利要求36所述的装配定子的方法，其中所述连接步骤包括将设置在连续磁轭和可连接极齿之一上的凸鸠尾部分与设置在连续磁轭和可连接极齿的另一个上的凹鸠尾部分啮合。
41.根据权利要求36所述的装配定子的方法，其中所述形成步骤还包括形成第一极齿，该第一极齿包括具有第一线圈接收宽度的线圈接收部分和具有第一自由宽度的自由端，其中所述第一自由端宽度基本上类似于所述第一线圈接收宽度。
42.根据权利要求36所述的装配定子的方法，其中所述形成步骤还包括形成第二极齿，该第二极齿包括具有第二自由宽度的自由端和具有第二线圈接收宽度的线圈接收部分，其中所述第二自由端宽度大于所述第二线圈接收宽度。
43.根据权利要求36所述的装配定子的方法，其中所述形成步骤还包括形成多个整体极齿和堆叠多个极齿叠片，还包括堆叠多个极齿叠片以形成每个可连接极齿，第一极齿是多个整体极齿之一，第二极齿是多个可连接极齿之一，整体极齿的数量基本上等于可连接极齿的数量。
44.根据权利要求43所述的装配定子的方法，还包括在多个整体极齿和多个可连接极齿之一的每个极齿上设置定子线圈。
45.根据权利要求43所述的装配定子的方法，还包括在多个整体极齿和多个可连接极齿的每个极齿上设置定子线圈。
46.根据权利要求45所述的装配定子的方法，其中设置定子线圈的步骤包括将线圈滑到到整体极齿上。
47.根据权利要求43所述的装配定子的方法，还包括在多个整体极齿和多个可连接极齿的每个极齿中形成虚设通道。
48.根据权利要求47所述的装配定子的方法，还包括均匀地将虚设通道和槽开口间隔开，以限定多个高部位和低部位的至少部分，其中高部位和低部位限定基本连续的图案。
49.根据权利要求36所述的装配定子的方法，还包括设置基本圆柱形的内衬，使之与第一极齿和第二极齿接触。
50.根据权利要求36所述的装配定子的方法，其中所述定子叠片限定轮廓，其中堆叠多个定子叠片的步骤还包括附加具有不同于定子叠片轮廓的至少一个叠片。
51.根据权利要求36所述的装配定子的方法，其中整体形成的极齿限定第一极齿轮廓，以及至少一个可连接极齿限定不同于第一极齿的轮廓的第二极齿轮廓。
52.根据权利要求36所述的装配定子的方法，其中所述形成步骤包括执行冲压操作，该冲压操作同时形成定子叠片和极齿叠片。
53.根据权利要求36所述的装配定子的方法，还包括在执行连接步骤之前将线圈设置在整体极齿和可连接极齿上。
54.根据权利要求36所述的装配定子的方法，其中所述连接步骤包括相对于连续磁轭改变可连接极齿的温度，以便建立温度差。
55.根据权利要求36所述的装配定子的方法，还包括将多个所述整体极齿的每一个与所述多个整体极齿的另一个直径方向相对地设置，以及将所述多个可连接极齿的每一个与所述多个可连接极齿直径方向相对地设置。
56.根据权利要求36所述的装配定子的方法，还包括将线圈连接到整体极齿和可连接极齿的至少部分，以使得包括线圈的每个极齿和包括线圈的另一个极齿在直径方向相对，这两个线圈至少部分限定相位绕组。
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