專利名稱：電機(jī)定子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按獨立權(quán)利要求的前序部分所述的電機(jī)定子。
在公開文獻(xiàn)WO 01/54254A1中公開了一種用于發(fā)動機(jī)的定子，其以所謂的扁平包(Flachpaket)技術(shù)制造。扁平包技術(shù)可以如此進(jìn)行描述，首先制備條形薄片，其打包成所謂的扁平包。為此如此布置薄片，使得薄片相互重合地上下堆疊在一起。由此構(gòu)成了一個大致方形的基本上扁平的定子鐵，該定子鐵在一側(cè)具有齒形電磁作用的槽和齒，其在定子制造后為相互作用設(shè)置轉(zhuǎn)子。在這種齒狀方形定子鐵中插入了一個單獨制備的一般三相的繞組，從而首先或者所有的線圈側(cè)位于槽中，或者線圈側(cè)的大部分位于槽中，如上面所引用的專利文獻(xiàn)所公開的那樣。接下去將這種由具有繞組的定子鐵構(gòu)成的半成品在一種裝置中如此彎成圓形，使得產(chǎn)生圓環(huán)形的環(huán)柱形定子。在此必要時存在的繞組懸掛在彎成圓形的過程中插入相應(yīng)的槽中，其中繞組懸掛在將繞組插入定子鐵中時起先并不設(shè)置在槽中。在彎成圓形后，兩個沿外圍方向指向的端面直接對置。這兩個端面接著相互連接，例如通過焊接過程。
在這種定子以及所屬的發(fā)電機(jī)開發(fā)工作的范圍內(nèi)業(yè)已表明，通過不同的措施、尤其是對這種定子或者定子鐵的措施獲得了非常不同的結(jié)果。
本發(fā)明的優(yōu)點按本發(fā)明的具有獨立權(quán)利要求所述特征的定子的優(yōu)點是，通過由槽面積和端面積構(gòu)成的比例A給出了一種根據(jù)給定的制造方法最佳設(shè)計的定子的第一種近似方案，其中該比例A在0.4和0.8之間在第二種近似方案中，比例A在0.4和0.7之間。該第二種較窄的比例在尺寸方面獲得了明顯的改進(jìn)，從而借助于這種使用較少材料的第二比例區(qū)一方面在定子的質(zhì)量方面改進(jìn)了電流產(chǎn)量，另一方面定子或者定子鐵的彎曲阻力處于不僅允許將扁平定子彎成圓形而且也使圓形定子具有形狀穩(wěn)定性的范圍內(nèi)。


在附圖中示出了按本發(fā)明的定子的實施例。
附圖示出圖1示出了沒有繞組的扁平包；圖2示出了具有插入的三相繞組的扁平包；圖3示出了在繞組和鐵包共同彎成圓形后具有圖2的繞組的扁平包；圖4示出了定子鐵的端面的局部截圖，用以說明槽面積和端面積；圖5示出了設(shè)有導(dǎo)體的槽的局部橫截面圖，用以說明導(dǎo)體橫截面積；圖6a示出了第一“電流圖”；圖6b示出了第二“電流圖”；圖7示出了具有對應(yīng)的槽的兩個內(nèi)齒的局部視圖；圖8示出了在發(fā)動機(jī)怠速時根據(jù)兩種不同的長度比的汽車發(fā)電機(jī)輸出電流的三維圖，其中發(fā)動機(jī)怠速相應(yīng)于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子大約1800U/min的速度。
具體實施例方式
圖1示出了一個扁平的或者基本上扁平的定子鐵10，其由確定數(shù)量的單個的薄片13打包而成。薄片13沿所謂的軸向方向a上下層疊，從而其重疊地上下布置。軛16沿著所謂的周向p延伸，其之后在制備好的定子中環(huán)形延伸。從軛16引出沿徑向方向r的所謂的內(nèi)齒19，其之后在制備好的定子中徑向向內(nèi)延伸。定子鐵10沿周向p分別具有兩個端面?zhèn)榷瞬?2，其在定子鐵10彎成圓形后緊貼在一起。如果定子鐵10例如配有例如三十六個槽25，那么該定子鐵10總共有三十五個完整的內(nèi)齒19，并在端面?zhèn)鹊亩瞬?2各有半個內(nèi)齒27。在定子鐵10或者定子彎成圓形時，兩個緊貼在一起的半內(nèi)齒27相互補(bǔ)充成一個完整的內(nèi)齒。在具有四十八個槽25的定子鐵10的情況下，定子鐵10具有四十七個完整的內(nèi)齒19，并以類似的方式同樣具有兩個半內(nèi)齒27。
圖2示出了圖1的定子鐵10，在其槽25中插入了定子繞組30。如果定子用于交流發(fā)電機(jī)，那么定子繞組30構(gòu)造成三相繞組。定子繞組30首先與定子鐵10的制造分開制造。在此定子繞組30或者可以由單獨的分別插入定子鐵10的槽25中的支路制成。但是定子繞組30也可以如開頭所述的現(xiàn)有技術(shù)如此制造，將定子繞組30的三個支路制備成實際上整體的定子繞組30。這種實際上整體的定子繞組30然后一起并在一個步驟中插入定子鐵10的槽25中。
在將定子繞組30如上所述插入定子鐵10后，由這兩個部件構(gòu)成的半成品彎成圓形，使得內(nèi)齒19和半內(nèi)齒27徑向向內(nèi)延伸，并且由此軛16包圍內(nèi)齒19或者27。然后槽25就自然地徑向向內(nèi)敞開，參見圖3。在圖3中可以清楚地看到接合部位33，兩個上述的半內(nèi)齒27緊貼在一起。定子鐵10或者由此構(gòu)成的定子36由此具有一個基本上環(huán)柱形的形狀。環(huán)柱形具有圓柱軸線，其可以在定子36內(nèi)部描述。該圓柱軸線沿著上述的軸向方向延伸，并由此沿著各薄片13的堆疊方向延伸。
按圖1至3的原理性的制造方法描述了所謂的用于制造發(fā)電機(jī)定子36的扁平包技術(shù)的主要特征。概括地說，這種扁平包技術(shù)可以通過下面的特征來描述制備一種基本上條形的定子鐵10，該定子鐵在必要時具有薄片狀結(jié)構(gòu)。一至少整體式的定子繞組30置入定子鐵10的槽25中。在下面的步驟中將定子鐵10連同定子繞組30彎成環(huán)柱形的形狀。
圖4示出了定子鐵10沿著圓柱軸線或者軸向方向a指向的端面的局部截圖。這里假定兩個緊鄰的內(nèi)齒19的兩條相鄰的徑向指向的中心線40之間的圓環(huán)段為端面面積AFe。因此端面面積AFe由兩個半內(nèi)齒19的面積部分和中心線40之間相應(yīng)的軛面積部分組成。槽面積A槽由相應(yīng)的軛面積和內(nèi)齒19的外形以及通過內(nèi)齒19的兩個齒頂50之間的圓形邊界線獲得。在對前述扁平包技術(shù)的定子36進(jìn)行試驗時表明槽面積A槽和端面積AFe構(gòu)成的比例A最好在0.4和0.8之間。由此可以確定對定子36有利的特征組合，即該以扁平包技術(shù)制造的定子36至少由一個定子鐵10和一個定子繞組30構(gòu)成，其中定子鐵10具有基本上環(huán)柱形的形狀，并且定子鐵10具有軸向方向a，其沿圓柱軸線的方向指向，并且定子鐵10具有一個沿著圓柱軸線的方向指向的端面，其具有一個槽面積A槽，其中由槽面積A槽和端面積AFe構(gòu)成的比例A在0.4和0.8之間。
在另一種近似方案中，當(dāng)比例在0.4和0.7之間時更有利。
用于考慮比例A的端面不包括沿軸向方向a測量的橫截面積AZa，其例如由兩個徑向向外指向的半齒53的相應(yīng)橫截面積構(gòu)成。軛16沿徑向方向的外輪廓并不是圓形線，作為用于計算端面面積AFe的外直徑使用最小直徑，槽上的區(qū)域b3中的定子鐵的外輪廓描述了該最小直徑。
另外確定，比例A根據(jù)定子鐵10的齒數(shù)可以假定不同的理想值。由此發(fā)現(xiàn)，具有四十八個內(nèi)齒19的定子鐵10以有利的方式具有0.45和0.7之間的比例A。很明顯，將作為用兩個半內(nèi)齒27構(gòu)成的內(nèi)齒等價地看作四十八個內(nèi)齒19中的一個。
在第二種近似方案中發(fā)現(xiàn)，具有四十八個內(nèi)齒19的定子鐵10以有利的方式具有0.45和0.6之間的比例A。對于具有三十六個內(nèi)齒19的定子鐵10有利的比例A的數(shù)值范圍在0.4到0.6之間。
在第二種近似方案中，對于具有三十六個內(nèi)齒19的定子鐵10有利的比例A在0.4和0.55之間。
結(jié)合圖4解釋如何計算槽面積A槽。結(jié)合圖5解釋如何計算槽25中導(dǎo)體56的橫截面面積。每個導(dǎo)體56具有導(dǎo)體橫截面AL。槽25中所有導(dǎo)體橫截面的總和由此由各導(dǎo)體橫截面AL的總和AL，ges獲得。槽填充系數(shù)F在此定義為槽25中所有導(dǎo)體56的橫截面面積和槽面積A槽的比例。對于一種具有六個極對的交流發(fā)電機(jī)的實施方式中的具有三十六個槽25或者三十六個內(nèi)齒19的定子鐵10或者定子36，根據(jù)比例A和填充系數(shù)F計算出相應(yīng)的定子電流IG。這里對50％、65％和80％的填充系數(shù)F進(jìn)行了試驗。在此計算出對于填充系數(shù)F為80％達(dá)到最大發(fā)電機(jī)電流，也可以參見圖6a。由此在圖6a中可以看到填充系數(shù)F為80％的相應(yīng)曲線，曲線名為F80。橫坐標(biāo)給出的比例A在大約0.6和2.0之間的范圍內(nèi)，而縱坐標(biāo)給出的比例B在0.5和1.0之間。比例B根據(jù)填充系數(shù)F為80％的電流曲線計算。為此在相應(yīng)的具有定子10和槽填充系數(shù)F＝80％的電機(jī)中計算出相應(yīng)的發(fā)電機(jī)電流或者定子電流。該電流曲線的最大值等于100％或者置于1。由該最大值出發(fā)描繪槽填充系數(shù)F80的曲線。與此類似計算槽填充系數(shù)F＝65％或者槽填充系數(shù)F＝50％的定子電流。相應(yīng)的曲線稱為F65或者F50。相應(yīng)的曲線在槽填充系數(shù)F＝80％時達(dá)到最大電流值。
由于該結(jié)果，對于六個極對的以扁平包技術(shù)制造的具有三十六個槽25或者三十六個內(nèi)齒19的定子，比例A優(yōu)選在0.4和0.55之間，其中同時槽填充系數(shù)應(yīng)該在50％和80％之間。
圖6b示出了與圖6a中所示圖表類似的關(guān)于八個極對的相應(yīng)交流電機(jī)的具有四十八個槽25或者四十八個內(nèi)齒19的定子36的圖表。由于這里計算的結(jié)果在此優(yōu)選進(jìn)行組合，由此比例A在0.45和0.6之間，并且填充系數(shù)F在50％和80％之間。
根據(jù)圖7解釋哪些重要的特征在幾何形狀方面適用于槽25。寬度b1表示在彎成圓形狀態(tài)下存在的槽隙或者槽25的開口寬度。槽25具有一種輪廓，但是其由對置的齒側(cè)面59和通過軛輪廓62限定。齒側(cè)面59在該實施例中在從齒側(cè)面59到軛輪廓62的過渡部分中以半徑r3圓整。術(shù)語“軛側(cè)”在此表示槽25的位于槽25的面對軛16的一側(cè)的區(qū)域?！褒X頂側(cè)”表示槽25的位于槽25的面對齒頂55的并由此背對軛16的一側(cè)的相應(yīng)區(qū)域。在該實施例中，內(nèi)齒25的齒側(cè)面59在周向上具有相互之間的最大距離，其在此稱為bZ3。由此對于在軛16和齒19之間的區(qū)域中以半徑圓整的槽25，bZ3由兩個半徑中心之間的距離b3和兩個半徑r3本身組合而成，從而對于bZ3得到了公式bZ3＝b3+2*r3。對于這種情況，即槽25不用任何半徑圓整，而是例如通過橢圓、斜面或者齒側(cè)面59和軛輪廓62之間的任何其它有角的過渡部分，那么軛側(cè)的bZ3是兩個齒側(cè)面59之間的最寬距離。
齒距τ2定義為在距離bZ2處的直徑上兩個齒中心的距離，齒距τ3定義為在距離bZ3處的直徑上兩個齒中心的距離。直徑d3定義為其上的距離為bZ3的直徑，直徑d2定義為其上的距離為bZ2的直徑。對于d3和d2的比例適用的數(shù)值范圍在1.1和1.25之間。
與此類似，內(nèi)槽25有一種齒頂側(cè)的輪廓，其由對置的齒側(cè)面59和齒頂輪廓65限定。齒頂輪廓65在該實施例中以從直線形的齒側(cè)面59到通過半徑r2給定的槽隙或者槽25收縮部分的過渡部分開始沿徑向向內(nèi)的方向延伸。寬度b2在此稱為半徑r2的半徑中心的距離，從而作為槽25齒頂側(cè)的寬度或者齒側(cè)面59的距離由中心距離b2和兩個半徑r2獲得bZ2的總和。
對于這種情況，即在上述定義中沒有給出距離bZ2或者bZ3的明確對應(yīng)關(guān)系，例如對于稍微鼓起的齒面?zhèn)?9，這里對于所述的距離bZ2和bZ3還要進(jìn)行如下定義由于齒頂輪廓65進(jìn)行了圓整，這意味著從齒寬59到定子鐵10或者定子30的內(nèi)圓周中的過渡部分完全圓整，可能不能為槽25給出明確的徑向高度。作為輔助這里適用軛輪廓62或者其圓形延長部分和齒頂中心之間的徑向距離。齒頂中心或者兩個相鄰的齒頂中心的距離還確定了齒距τ。如果這個距離為100％，那就意味著寬度或者距離bZ2從槽25的最深點或者從軛16出發(fā)在90％處計算，內(nèi)齒19從該處延伸而出，類似的對于距離bZ3也適用此，其在高度為8％處計算。
圖8中示出了在發(fā)動機(jī)怠速時(相當(dāng)于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子大約1800U/min的轉(zhuǎn)速)定子電流根據(jù)比例c2和c3的關(guān)系。c2是齒頂側(cè)槽寬或者距離bZ2與齒處齒距τ2的比值。c3是由軛側(cè)距離bZ3和軛處齒距τ3構(gòu)成的比值。對于定子36，比值c2和比值c3在0.45和0.65之間。
特別優(yōu)選c2在0.50和0.60之間，而C3在0.47和0.6之間。
對于這種情況，即齒側(cè)面59和軛輪廓62之間的或者齒側(cè)面59和齒頂輪廓65之間的過渡部分進(jìn)行圓整，那么半徑r1或者r2優(yōu)選在0.3和2.0mm之間。
權(quán)利要求
1.用于電機(jī)、尤其是用于交流發(fā)電機(jī)的定子，其中該定子(36)以扁平包技術(shù)制造，并且包括至少一個定子鐵(10、30)，該定子鐵(10)具有基本上為環(huán)柱形的形狀，其中定子鐵(10)具有軸向方向(a)，該軸向方向沿圓柱軸線的方向指向，并且定子鐵(10)具有一個沿著圓柱軸線方向指向的端面，該端面確定了槽面積(A槽)，其特征在于由槽面積(A槽)和端面積構(gòu)成的比例A在0.4和0.8之間。
2.按權(quán)利要求1所述的定子，其特征在于所述比例A在0.4和0.7之間。
3.按前述權(quán)利要求中任一項所述的定子，其特征在于所述定子鐵(10)具有四十八個內(nèi)齒(19)，并且所述比例A在0.45和0.70之間。
4.按權(quán)利要求3所述的定子，其特征在于所述比例A在0.45和0.60之間。
5.按權(quán)利要求1或者2所述的定子，其特征在于所述定子鐵(10)具有三十六個內(nèi)齒(19)，并且所述比例A在0.4和0.6之間。
6.按權(quán)利要求5所述的定子，其特征在于所述比例A在0.40和0.55之間。
7.按前述權(quán)利要求中任一項所述的定子，其特征在于所述槽填充系數(shù)(F)在50％和80％之間。
8.按權(quán)利要求7所述的定子，其特征在于所述槽填充系數(shù)F在60％和70％之間。
9.按前述權(quán)利要求中任一項所述的定子，其特征在于槽(25)具有一種輪廓，其在軛側(cè)通過對置的齒側(cè)面(59)和軛輪廓(62)限定，其中一個槽(25)的齒側(cè)面(59)在圓周方向上相互具有一個最大距離(bZ3)，并且齒距(τ3)是在最大距離(bZ3)的直徑處定子鐵(10)的兩個直接相鄰的齒中心的距離，其中(c3)在0.45和0.65之間。
10.按前述權(quán)利要求中任一項所述的定子，其特征在于槽(25)具有一種輪廓，其在齒頂側(cè)通過對置的齒側(cè)面(59)和齒頂輪廓(62)限定，其中一個槽(25)的齒側(cè)面(59)在到齒頂輪廓(65)的過渡部分上沿圓周方向上相互具有一個距離(bZ2)，并且齒距(τ2)是在定子鐵(10)的距離(bZ2)的直徑處兩個直接相鄰的齒中心的距離，其中(c2)在0.45和0.65之間。
11.按前述權(quán)利要求中任一項所述的定子，其特征在于(c2)在0.50和0.60之間，并且(c3)在0.47和0.60之間。
12.按前述權(quán)利要求中任一項所述的定子，其特征在于所述齒側(cè)面(59)通過圓整的過渡部分過渡到齒頂輪廓(65)和軛輪廓(62)中，其中半徑在0.3mm和2.0mm之間。
全文摘要
提出了一種用于電機(jī)、尤其是用于交流發(fā)電機(jī)的定子，其中該定子(36)以扁平包技術(shù)制造，并且包括至少一個定子鐵(10)和一個繞組(30)，該定子鐵(10)具有基本上為環(huán)柱形的形狀，其中定于鐵(10)具有軸向方向(a)，該軸向方向沿圓柱軸線的方向指向，并且定子鐵(10)具有一個沿著圓柱軸線方向指向的端面，該端面確定了槽面積(A
文檔編號H02K1/16GK1902802SQ200480039388
公開日2007年1月24日 申請日期2004年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月30日
發(fā)明者A·申迪 申請人:羅伯特·博世有限公司