專利名稱：電機的定子和轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及電機，具體涉及電機的定子或轉(zhuǎn)子。
本發(fā)明背景電機的定子組件一般具有由鋼片疊層組件構(gòu)成的定子芯。作為一種鋼片疊層的代用方法，定子芯可以用鐵粉制作，例如由美國專利NO4947065以及國際專利申請WO 95/12912中例示的那樣，前者公開一種模制成一體的定子，后者公開一種包含許多分開的基本上完全一樣的部分組成的定子。
由于其自身的特性，任何壓制的非燒結(jié)材料不是很致密的。這就意味著現(xiàn)在可以應(yīng)用的軟鐵磁粉其導磁率小于鋼片疊層所具有的導磁率。然而磁粉混合物通常具有很多優(yōu)點，例如各向同性的磁特性、在高頻下鐵心損耗較低、改進的溫度特性以及設(shè)計和組裝較靈活性。
當要求電機的耐熱性和制造特性時，利用單齒的幾何結(jié)構(gòu)將會得到很多好處。然而對于感應(yīng)電機，單齒的磁繞組可能造成性能降低，因為與傳統(tǒng)分布的疊層繞組設(shè)計相比，其磁勢(MMF)諧波的量增加。
專利申請SE 9801401-2公開一種具有單齒幾何結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電機定子，該定子被設(shè)計成可以降低較高階MMF諧波。這些較高階諧波耦合到轉(zhuǎn)子，造成損耗增大，寄生轉(zhuǎn)矩增加等。上述定子可以減小諧波，但是與傳統(tǒng)分布的疊層繞組設(shè)計相比，操作性能降低。
本發(fā)明概要本發(fā)明的目的是提供一種電機的定子或轉(zhuǎn)子。該轉(zhuǎn)子或定子得益于采用單齒的幾何結(jié)構(gòu)，使得電機的效率增加。
提供一種如所附權(quán)利要求1所述的定子或提供一種如所附權(quán)利要求10所述的轉(zhuǎn)子，可以達到上述目的。本發(fā)明的優(yōu)選實施例說明于附屬的權(quán)利要求項中。
具體是，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種電機的定子，該定子包括許多沿圓周分開的徑向延伸的齒部分，其中各個齒部分具有單層繞組以及具有軸向和徑向延伸的磁阻層，該磁阻層對不與該齒的繞組相互作用的磁場傳播增加了各個齒部分的磁阻。
具有上述磁阻層的定子的優(yōu)點在于漏磁通減小，即不與定子兩個相鄰齒繞組相互作用的轉(zhuǎn)子中的磁場減小。利用在這些齒中的磁阻層可以增加漏磁通傳播路徑的磁阻，所以可以減少上述漏磁通。漏磁通的降低導致與兩個相鄰齒繞組相互作用磁場的增加。因此，電機的操作性能提高。
可以用許多方法配置磁阻層。在一個實施例中，它是齒中軸向和徑向延伸的間隙，該間隙沿徑向和軸向穿過整個齒的主體，將齒主體分成兩個部分，由此使兩個部分沿圓周彼此分開。
按照另一個實施例，上述間隙這樣配置，使得該間隙不將齒分成兩個分開的部分，代之以該間隙沿軸向方向部分穿過該齒沿徑向方向部分穿過該齒，或沿徑向和軸向方向部分穿過該齒部分。在利用部分延伸的間隙可以獲得充分大的磁阻時，可以采用該間隙不將該齒分成兩個分開部分的實施例。
另外，該間隙可以充填其磁阻大于該齒磁阻的材料。
該磁阻層還可以配置成在齒內(nèi)徑向和軸向延伸的容積，該容積包括許多充填有其磁阻大于該齒磁阻的空氣或材料的小孔或較小的容積。
按照優(yōu)選實施例，該齒的端部伸向相鄰齒的端部，伸出到這樣的程度，使得在相鄰齒的端部之間形成一個槽口。本實施例的優(yōu)點是，上述槽口可以在漏磁通傳播路徑上增加額外的磁阻。
該電機可以是例如感應(yīng)電機、具有永久磁體轉(zhuǎn)子的電機、同步馬達等。
在本發(fā)明的一個實施例中，該電機是感應(yīng)電機。形成感應(yīng)電機的優(yōu)點是可以提高感應(yīng)電機的轉(zhuǎn)矩特性，該感應(yīng)電機得益于采用單齒的幾何結(jié)構(gòu)以及本發(fā)明的定子。
按照另一優(yōu)選實施例，定子分成至少在兩個不同位置的兩個定子部分。各個部分具有許多沿圓周分開的徑向齒，各個齒具有單層的繞組。因此可利用這些部分相互的相移減少除工作諧波外的其它諧波的影響。
若干定子部分在單一轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的作用基本上和分布的繞組一樣。這導致抵大部分較高階的諧波，同時保持單層齒繞組的有利之處，即保持較高的線槽充填率，并且制造和裝配比較簡單。
所有上述方面、實施例和優(yōu)點同樣適用于代替定子的轉(zhuǎn)子。
從下面的詳細說明可以明顯看出本發(fā)明在其它方面的應(yīng)用。然而應(yīng)當明白，這些說明本發(fā)明優(yōu)選實施例的詳細說明以及特例僅僅是示范性說明，因為技術(shù)人員可以從這些詳細說明中明顯看出在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種改變和變型。
附圖的簡要說明從下面參照附圖對現(xiàn)有優(yōu)選實施例的詳細說明可以明顯看出本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點，這些附圖是

圖1是本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的四極三相感應(yīng)馬達定子和轉(zhuǎn)子的端視圖；圖2是沿圖1的II-II線截取的軸向橫截面圖；圖3a是圖1中定子的一個齒部分的端視圖；圖3b是沿圖3a的線IIIb-IIIb線截取的視圖；圖4是圖1所示定子和轉(zhuǎn)子的端視圖，示出轉(zhuǎn)子中磁場的傳播；圖5a是本發(fā)明一個實施例的定子中一個齒的端視圖；圖5b是沿圖5a的線Vb-vb截取的視圖；圖6a是本發(fā)明一個實施例定子中一個齒的端視圖；圖6b是沿圖6a中VIb-VIb截取的視圖；圖7a是本發(fā)明一個實施例定子中一個齒的端視圖；圖7b是沿圖7a線的VIIb-VIIb截取的視圖；圖8是圖1中定子中兩個相鄰齒的端視圖。
現(xiàn)有優(yōu)選實施例的詳細說明圖1和2示出感應(yīng)馬達的定子1，該定子具有兩個分開的定子部分2和3。各個定子部分分別具有軛鐵部分4和5，以及相鄰接的六個沿圓周分開的徑向延伸的齒6和7。
各個齒6最好分別由間隙20分成兩個沿圓周分開的部分6a、6b。在優(yōu)選實施例中，該間隙還穿過與齒6形成構(gòu)成一體的軛鐵部分4。然而，該間隙20也不一定穿過上述軛鐵部分4，特別是在軛鐵部分4和齒6不形成一體時齒部分7具有相同的形狀。
另外，各個齒6和相應(yīng)軛鐵部分4的鄰接部分形成單獨的單元或部分8。同樣，各個齒7和相應(yīng)軛鐵部分5的鄰接部分形成單獨的單元或部分9。
軛鐵部分4和5在物理上的角度相移為電流相位180°±與扭曲變形不齊量相關(guān)的角度(未示出)。它們的電源也相移180°的電流相位。另外，定子部分2和3由小的空氣間隙10分開，從而可以減小在兩個定子部分2和3中磁場的相互影響。
結(jié)果，各個定子部分將包含同樣的諧波，但是它們之間的相移，如從單一轉(zhuǎn)子18上看出的，將抵消大部分不希望有的較高階諧波。
可以分別組裝單獨單元8和9中的各個定子部分2和3，這樣便容易繞制定子1的各個單元。
用暫時磁粉末復(fù)合材料制作多個分開的單元8和9(在現(xiàn)時實施例中為12個)。該材料裝在模子中，然后加壓形成要求的形狀，隨后在相當?shù)偷臏囟认逻M行熱處理，低到不破壞粉末粒子之間必需的絕緣層。這意味著，可以大量生產(chǎn)分開的單元8和9，不會造成材料的浪費，并作成具有很高配合公差或完全不需要機加工的精細模壓件。
如對圖2的一個單元8和一個單元9所示，各個齒6、7的軸向長度小于軛鐵部分4、5相鄰接部分的軸向長度。軸向超過齒6、7的軛鐵部分4、5的延伸部分對其兩個軸向側(cè)面是不對稱的，該延伸部分增加了芯的工作長度，減少鐵芯損耗和磁化電流，使得電機的效率更高。另外，利用鄰接繞組槽口外面的線圈部件的軛鐵軸向延伸部分可以改進從繞組到定子的熱量傳導。
可以用上述設(shè)計來減少總的繞組長度，從而減少電機的尺寸，而同時保持其操作性能。
參照示出優(yōu)選實施例的圖3a和3b，將齒6分成兩個部分6a、6b的間隙20其寬度GW小于齒主體寬度TW的20％，最好小于10％。該間隙用具有較高磁阻的材料填充，以減小漏磁通40，如圖4所示。
填充間隙20的材料還可用于使齒6的兩個部分6a和6b保持分開，使得齒6的兩個部分6a、6b受到相向的壓力時，可以保持間隙20的寬度GW。
現(xiàn)在參照圖5a和5b，如果間隙20充滿例如空氣，則可以利用較小的分開裝置22提供這種分離作用，而僅在間隙20的一部分體積中充滿空氣。這種較小的分離裝置例如可以是具有高磁阻的材料片，可以作成為沿GW的方向和沿軸向方向填塞間隙20，并可以作成僅沿徑向方向伸過間隙的較小距離。該分開裝置22可以配置在沿徑向方向延伸，而不沿軸向方向延伸。
按照其它實施例，間隙20不一定要將齒6分成兩個分開的部分6a、6b。該間隙20可以配置成沿徑向方向部分穿過該齒和沿軸向方向完全穿過該齒，見圖6a和6b。然而，間隙20也可以配置成沿軸向方向部分穿過齒6和沿徑向方向完全穿過齒6，見圖7a和7b。可以采用這兩個實施例中的任一個實施例，只要漏磁通的傳播路徑上的磁阻達到足夠的水平。
下面參照示出一個實施例的圖8，兩個沿圓周相鄰的齒6的齒端部11被配置成彼此相向延伸這樣一段距離，使得在該端部之間形成槽口SD。
如圖所示，齒部分6和7的端部11也沿軸向方向超過在該齒軸向兩側(cè)的齒的主要部分。齒端部的這種延伸部分減少了空氣間隙的磁阻，這造成磁化電流的相應(yīng)減少。這樣便可彌補鐵粉導磁率比較低的影響。
采用粉末材料的另一個優(yōu)點是，齒的截面形狀可以是圓的或橢圓形的，使得可以避免線圈的銳彎曲，減少在棱角處穿透絕緣層的危險。這樣便可以使用較薄的絕緣層，造成顯著提高抗熱性。繞組配置可以包括在各個齒上的非重疊繞組，這種繞組可以簡化繞線操作，并可以達到很高的填塞率。
應(yīng)當注意到，感應(yīng)馬達的轉(zhuǎn)子(示于圖1)最好是常規(guī)設(shè)計。
雖然上面僅說明本發(fā)明的一個實施例，但是技術(shù)人員可以明顯看出，可以進行若干種改型，而不超出本發(fā)明的精神。
因此，本發(fā)明可以應(yīng)用于具有外部轉(zhuǎn)子而不是所例示內(nèi)部轉(zhuǎn)子的電機中。
另外，定子材料可以包括疊層組件或與其它材料例如疊層組件連用的粉末材料，或可以用鑄造法制造定子。
權(quán)利要求
1.一種電機的定子，包括許多沿圓周分開的徑向延伸的齒，其特征在于，各個齒具有單層繞組，具有軸向和徑向延伸的磁阻層(reluctance barrier)，該磁阻層對不與上述齒繞組相互作用的磁場傳播增加了各個齒的磁阻。
2.如權(quán)利要求1所述的定子，其特征在于，上述磁阻層是在各個齒中沿軸向和徑向延伸的間隙。
3.如權(quán)利要求2所述的定子，其特征在于，上述各個齒的間隙包含至少一種其磁阻大于該齒材料磁阻的材料。
4.如權(quán)利要求2所述的定子，其特征在于，上述各個齒的間隙包含空氣。
5.如權(quán)利要求2所述的定子，其特征在于，各個齒的間隙配置成使齒的兩部分彼此分開一定的距離，該距離小于該齒主體寬度的20％。
6.如權(quán)利要求2所述的定子，其特征在于，各個齒的間隙配置成使得齒的兩部分彼此分開一定的距離，該距離小于齒主體寬度的10％。
7.如權(quán)利要求1所述的定子，其特征在于，各個齒具有內(nèi)邊緣，該邊緣伸向相鄰的齒，只伸到這樣的程度，使得在相鄰齒的內(nèi)邊緣之間形成一個槽口。
8.如權(quán)利要求1所述的定子，其特征在于，上述電機是感應(yīng)電機。
9.如權(quán)利要求8所述的定子，其特征在于，上述感應(yīng)電機還包括至少在兩個不同軸向位置的兩個定子部分，各個部分具有許多沿圓周方向分開的徑向延伸的齒，這些定子相位相互移動，從而可以減小除工作諧波外的其它諧波的影響。
10.一種電機的轉(zhuǎn)子，包括許多沿圓周分開的徑向延伸的齒，其特征在于，各個齒部分具有單層繞組，并分開成至少兩個部分，這些部分在圓周由軸向和徑向延伸的間隙彼此分開。
全文摘要
電機的定子或轉(zhuǎn)子包括許多沿圓周方向分開的徑向延伸的齒，其中各個齒具有單層繞組，并具有軸向和徑向延伸的磁阻層，該磁阻層對不與上述齒繞組相互作用的磁場傳播增加了各個齒的磁阻。
文檔編號H02K1/24GK1413375SQ0081763
公開日2003年4月23日 申請日期2000年12月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月23日
發(fā)明者阿蘭·G·杰克, 巴里·麥克羅, 厄于斯泰因·克羅根 申請人:赫加奈斯公司