具有由多个定子段形成的环的电机定子的制作方法

本发明涉及制造旋转电机的定子。

通常，这种电机包括彼此同轴地设置的定子和转子。

转子包括承载磁通量发生器、诸如永磁体或绕组的旋转体。

通常，转子容纳在定子内，定子承载呈电绕组(或电枢绕组)的形式的磁通量发生器，磁通量发生器用于产生结合由转子的磁体和/或绕组产生的磁场使得转子被驱动转动的磁场。

定子通常包括沿转子方向的多个径向槽，它们沿着定子的周缘延伸。这些槽是用来接收通过任何已知方式紧固于其的电枢绕组。

背景技术：

根据电机的应用场合和/或其冷却需要，可能期望有液体流过电机。

在这种情况下，一种在转子和定子之间有较大气隙的电机是已知的，这种气隙有时可能有几厘米长，从而允许气态流体或液态流体通过其中。

这种类型的电机从专利申请us-2008-289,333、us-2013-169,074或us-2013-043,745中是众所周知的，这些专利申请涉及在低速运行的具有大气隙的同步磁阻机，所述大气隙允许流体被驱动通过其中。

然而，这种大气隙具有在转子与定子之间通过磁通的通道的缺陷，并且因此对于相同的功率输出而言，限制了电机的固有效率和定子的尺寸。

为了克服上述缺陷，开发了一种具有小气隙并具有在定子齿之间可能的液体通过机器的通道的电机，其允许定子与转子之间更好的能量转换。这种类型的电机被称为定子网格机，特别是从专利申请fr-3,041,831(us-2018-269,744)中已知。

这种类型的电机是令人满意的，主要是因为定子的径向通道在两侧由齿状部界定，所述径向通道用于运输定子磁通并引导流体通过电机。然而，期望促进绕组的生产，或甚至使其自动化。事实上，对于一些应用场合，例如在增压器部件电气化的背景下，转子的直径非常小(小于20毫米)，因为它们在极高的速度下运行(超过150,000转/分)，定子脚的直径小(等于转子直径加上机械气隙厚度的两倍，在小气隙电机的背景下该机械气隙非常小)，因此定子齿的脚非常接近，有时在封闭槽的情况下接触。这种构造使得绕组非常困难，需要采用拉入的方法(封闭槽)或插入的方法(开放槽)。此外，齿之间的这些小空间也限制了构成插入到定子中的线圈的平行股的数量和线径。然后，对于这种类型的定子，绕组自动化变得非常复杂，并由此昂贵。

此外，还有一些已知的电机定子包括由多个定子段组成的组件。这些定子设计为允许生产简单的定子元件。例如，专利申请us-2009-072,647、us-8,129,880和cn-106,712,326描述了此类定子。然而，这些定子并不能在直角间距绕组的情况下实现简单的定子绕组。事实上，这些专利申请涉及的电机，其绕组是齿状绕组或同心绕组。

为了克服这些缺陷，本发明涉及包括冠状部和圆柱形支承部的电机定子。冠状部由多个定子段的组件组成，这些定子段为t形，其垂直脚形成定子齿。圆柱形支承部包括径向孔口，供定子段的“t”的垂直脚通过。圆柱形支承部允许简化绕组，事实上，借助这种定子设计，在插入定子段之前，可以围绕圆柱形支承部实现绕组。此外，冠状部的分段允许生产简单的标准定子元件，并在铁磁性部分中过滤一些磁场谐波，从而提供了铁损的减少。

本发明还涉及使用这种定子的电机、电动压缩机、电气化涡轮机和电气化涡轮增压器。本发明附加地涉及制造这样的定子的方法。

技术实现要素：

本发明因此涉及一种电机定子，其包括由多个定子段组成的冠状部，所述定子段基本上具有t形的形状，“t”的垂直脚设置为从而形成所述定子的径向齿，并界定所述定子的槽，用于接纳绕组。所述定子还包括圆柱形支承部，圆柱形支承部具有多个径向孔口，供所述定子段的“t的垂直脚插入。

根据一个实施例，所述圆柱形支承部由非磁性材料制成。

有利地，所述定子段由铁磁材料制成。

根据一个实施方式，所述圆柱形支承部包括用于分离所述定子的各所述槽的装置，所述分离装置从所述圆柱形支承部的外表面伸出。

根据一方面，所述圆柱形支承部包括至少一个空气动力学附件。

优选地，所述空气动力学附件包括至少布置在所述定子段的t的所述垂直脚的一侧上的空气动力学部段。

有利地，所述空气动力学附件包括中心圆顶(ogive)。

根据一特征，所述绕组设置为在所述圆柱形支承部和由所述多个定子段组成的所述冠状部之间。

根据一实施例，所述定子还包括管状套筒，该管状套筒连接到所述定子段的“t”的所述垂直脚的端部。

根据一方面，所述定子还包括围绕由所述多个定子段组成的所述冠状部的轭架。

此外，本发明涉及一种包括转子和根据一项上述特征的定子的电机。

本发明还涉及一种电动压缩机，包括根据一项上述特征的、驱动压缩机的电机，优选地，用于所述压缩机的流体流经所述电机的定子。

本发明还涉及一种包括一项上述特征的电机的、由涡轮机驱动的电动涡轮机。

此外，本发明涉及一种电动压缩机，其包括根据上述特征中的一项的、连接到涡轮增压机的电机，优选地，用于所述涡轮增压机的压缩机的流体流经所述电机的定子。

此外，本发明涉及一种根据上述特征中的一项的电机定子的制造方法，其中，执行以下步骤：

a)在所述圆柱形支承部或弹性平面支承部的外部上进行所述定子的所述绕组，

b)将所述定子段插入所述圆柱形支承部的径向孔口中，以及

c)通过组装所述定子段来形成所述冠状部。

根据一实施例，该方法包括将管状套筒紧固到所述定子段的t的垂直脚的端部的附加步骤。

根据一实施方式，该方法包括将所述冠状部插入轭架的附加步骤。

根据一方面，所述冠状部是通过组装定子段和通过使所述弹性平面支承部变形而形成。

附图说明

根据本发明的装置和方法的其它特征和优点将从参照附图、阅读以非限制性示例的方式给出的对各实施例的以下描述中变得明了，附图中：

-图1示出根据本发明的一实施例的定子段，

-图2示出在组装之前的根据本发明的一实施例的定子段的布置，

-图3示出构成根据本发明的一实施例的定子段的冠状部，

-图4示出根据本发明的一实施例的圆柱形支承部，以及

-图5示出在组装定子段之前根据本发明的一实施例的定子。

具体实施方式

本发明涉及一种包括转子和定子的电机的定子。定子包括沿着定子周向地设置的多个径向通道，其也被称为槽。径向通道由径向齿界定。磁通量发生器(优选地为绕组)被容纳在径向通道中。此外，径向通道(槽)包括与磁通量发生器(绕组)相对的流体循环通路。此外，定子具有转子在其中选中的中心孔。流体是例如气体，优选为空气。

根据本发明，定子包括冠状部和圆柱状支承部。

冠状部由多个定子段的周缘组件组成。定子段基本上具有“t”的形状(在三维空间中，即具有厚度)。当定子段组装成冠状部时，“t”的垂直脚指向定子的中心，从而形成定子的径向齿。定子的径向齿界定各槽，所述槽包括磁通量发生器和流体循环通路。在组装位置中，“t”的水平脚形成了冠状部的外部部分。这种具有定子段的冠状部的设计使得简化和标准化制造(简单的t形)，而同时将材料浪费降至最少，因此也使原材料的成本最小化。此外，定子的分段化允许在铁磁性部分中过滤一些磁场谐波，铁损因此减少，这使得能够提高电机的效率。根据本发明的一方面，“t”的水平脚可以是弯曲的(凹入的)，使得多个定子段的周缘组件形成圆柱形的外表面。根据一个变体，“t”的水平脚可以是直线型的。对于这个变体，多个定子段的周缘组件形成多边形的外表面。

根据本发明的一实施例，“t”的水平脚的两端可包括用于组装定子段的部段。例如，“t”的水平脚的一端可以是凸出的，而“t”的水平脚的另一端可以是凹入的，其凹面适于与相邻定子段的凸出部分配合；并且，反之亦然。替代地，“t”的水平脚的两端可具有任何其它形状，以提供两个连续段的协配。

根据本发明的一实施例，冠状部可具有基本圆柱形的外表面，其使得能限制定子的整体尺寸。然而，冠状部可具有其它形状。

有利地，定子段可由铁磁材料制成，从而将磁通量发生器(绕组)的磁通驱动朝向转子。

优选地，定子段可通过堆叠薄片制成。因此，每个薄片具有基本上为薄的“t”的形状，且定子段是具有基本上“t”的形状的薄片的堆叠。这种设计使得能限制定子中的磁损。

根据本发明的一实施例，冠状部包括六的倍数的定子段，这可以对应于电机的极数(最小为一对极)乘以相数(一般为三)。

有利地，各定子段的“t”的垂直脚的长度较大，使得由定子段的组件形成的槽为绕组提供了位置和为定子中的流体流动提供了位置。

圆柱形支承部包括多个径向孔口，以供定子段的“t“的垂直脚插入。此外，圆柱形支承部用作绕组的支承部，优选地在其外表面上。因此，圆柱形支承部使得能对定子段进行定位和引导，这有利于定子的安装。因此，促进了绕线；实际上，因为支承部不包括定子齿，所以在执行绕线步骤时没有空间或尺寸限制。借助这种定子设计可以实现自动绕线。此外，圆柱形支承部允许将各槽分成两个区域：一个用于绕线，而另一个用于流体循环通路(其优选地在圆柱形支承部内)。

圆柱形支承部可由非磁性材料制成。事实上，它对磁通的循环没有任何作用，并且它防止磁通进入定子齿。例如，它可以由聚合物材料或非磁性金属制成。有利地，圆柱形支承部可以通过模制、注塑或压力注射或增量制造而制成。

根据本发明的一方面，圆柱形支承部可制成为一件式。替代地，圆柱形支承部可由两个部分组成，每个部分具有圆柱形形状，两个部分沿着垂直于圆柱形支承部的轴线的平面组装。

根据本发明的一实施例，圆柱形支承部还可包括用于分离槽的装置。分离装置可均匀地分布。优选地，可为定子的每个槽提供分离装置。槽分离装置可从圆柱形支承部的外表面伸出。分离装置用于促进圆柱形支承部上的绕组。根据本发明的一实施例，分离装置可以是从圆柱形支承部的外表面沿基本径向方向伸出的壁。有利地，分离装置可沿周向方向位于供插入定子段的两个径向孔口的中间，从而产生相同的空间。

根据本发明的一实施方式，圆柱形支承部还可包括用于引导朝向/来自流体循环通路的流体的至少一个空气动力学附件。根据本发明的一个方面，空气动力学附件可以由空气动力学部段制成，所述空气动力学部段至少设置在定子齿的一侧上，即，在定子段的“t”的垂直脚旁边。替代地或附加地，空气动力学附件可以是覆盖定子的用于接纳转子的中心孔的中心圆顶，流体因此被引导朝向到定子而不通过转子或气隙。替代地或附加地，空气动力学附件可以是圆柱形支承部的纵向延伸部：圆柱形支承部可以至少在定子的一侧上延伸，以引导槽内的流体。

根据本发明的一个特征，定子还可包括中心管状套筒，电机的转子在其中旋转。管状套筒连接到各定子段的“t”的垂直脚的端部。这实现了关闭槽，从而限制磁损和空气动力学损失，并有助于定子的机械强度，特别是定子齿的冠状部的机械强度。管状套筒可以由磁性材料或非磁性材料制成。

替代地，定子不包括中心管状套筒，则定子是开槽定子。

根据本发明的一实施例，圆柱形支承部可由最初基本为平面的弹性支承部制成，该弹性支承部最初具有基本条状的形状。弹性平面支承部用于在组装定子的各个部件之后通过变形而形成圆柱形支承部。

为了将各定子段保持在一起，定子可包括围绕由各转子段形成的冠状部定位的外轭架。

作为非限制性示例，图1示意性示出了根据本发明的一实施例的定子段1。定子段1基本上具有“t”形，其具有垂直脚2，用于形成定子齿；和水平脚3，用于通过组装多个定子段1来形成冠状部。对于图示实施例，水平脚3是弯曲的。为了实现这种组装，水平脚3具有凹入端4和凸出端5，它们分别用于与其它定子段的凸出端和凹入端协配。定子段1的外表面是拱顶状的，从而一单组装各定子段就形成圆形冠状部。

作为非限制性示例，图2示意性示出了在组装之前的根据本发明的一实施例的定子段1的布置。在该附图中，圆柱形支承部和绕组未示出。对于所示实施例，定子齿(即图1的垂直脚2)用于联接到中心套筒6。在该位置中，定子段1在组装之前预先定位。对于图示实施例，水平脚3是弯曲的。

作为非限制性示例，图3示意性示出在组装之后的根据本发明的一实施例的定子段1的布置。图3对应于图2所示的实施例。在该附图中，圆柱形支承部和绕组未示出。因此，该图示出了定子的冠状部12。冠状部12由十二个定子段1的组件组成。定子段1组装在“t”的垂直脚的端部处(图1的端部4和5)。此外，定子段1的垂直脚2形成界定槽13的定子齿。这些槽是为绕组和流体循环通路而设置的。对于所示实施例，定子齿(即图1的垂直脚2)连接到中心套筒6。对于所示实施例，定子段1的水平脚3是弯曲的。因此，定子的外表面是圆柱形的。

作为非限制性示例，图4示意性示出了根据本发明的一实施例的圆柱形支承部7。在该附图中，定子段和线圈未示出。圆柱形支承部7整体呈圆柱状，且它包括径向孔口14，各定子段的“t”的垂直脚插入在其中。圆柱形支承部7还包括空气动力学附件。空气动力学附件具有中心圆顶8，该中心圆顶8覆盖中心管状套筒6。空气动力学附件还具有空气动力学部段9，该空气动力学部段设置在定子齿的高度之上，即在定子段的垂直脚的高度之上。空气动力学部段9紧固到管状套筒6。优选地，在定子齿(即，定子段的垂直脚)的任一侧上设有空气动力学部段。空气动力学部段从圆柱形支承部7的外表面伸出，尤其是为了方便引导定子段的垂直脚。此外，圆柱形支承部7包括从其外表面伸出的壁10，从而形成槽分离装置。各壁10具有基本上径向的方向，并且它们周向上设置在两个径向孔口的中间，用于定子段插入。绕组旨在围绕壁10进行定位。

作为非限制性示例，图5示意性示出了在组装从而形成定子11之前的根据本发明的一实施例的定子段1的布置。图5与图2相对应，表示圆柱形支承部7。在该图中，没有示出绕组。圆柱形支承部7包括径向孔口，定子段1的“t”的垂直脚插入在其中。在该位置中，定子段1在组装之前预先定位。圆柱形支承部7还包括空气动力学附件。空气动力学附件具有覆盖中心套筒的中心圆顶8。空气动力学附件还具有空气动力学部段9，所述空气动力学部段设置在定子齿的高度之上，即在各定子段的垂直脚2的高度之上。此外，圆柱形支承部7包括从其外表面伸出的壁10，从而形成槽分离装置。各壁10具有基本上径向的方向，并且它们周向上设置在两个径向孔口的中间，用于定子段插入。绕组旨在定位在包含在圆柱形支承部7和冠状部之间的空间中并围绕壁10。

本发明还涉及一种包括转子和根据上述变型组合中的任一种的定子的电机。转子与定子同轴设置，并且它通过主要由绕组形成的磁场驱动而在定子内旋转。

优选地，电机是定子网格机，如专利申请fr-3,041,831(us-2018/269,744)中所述。该设计主要实现了绕组距转子一定距离定位。

仅作为示例，该电机是一极对同步电机。

这决不排除任何其它电机，例如具有多于一个极对的同步电机、或绕线转子或鼠笼转子异步电机、磁阻电机和同步磁阻电机。

由于其与其几何形状有关的固有优势，使得其能够被流体穿过，并使得定子磁通量发生器在径向上能够远离转子磁通量发生器定位，这种类型的机器可以容易地以最小的集成相关的改型集成在现有系统中。

根据本发明的一个示例实施例，在电动压缩机、电动涡轮机或电动涡轮增压器的结构中，电机可以与压缩机紧凑地结合。当系统必须在非常高的发动机速读下运行时，这种紧凑性是相关的，这需要最大限度地减少旋转轴的长度和质量/惯性。

有利地，当电机与压缩机或涡轮增压器结合时，电机可以设置在压缩机上游，使得压缩机所使用的液体连续在电机的定子中循环，然后在压缩机中。这种构造提供了紧凑的设计，并且它允许电机在没有任何额外的流体循环管线的情况下被冷却。

此外，本发明涉及一种制造根据前述变型组合中的任一种的电机的定子。该制造方法可以从预制的圆柱形支承部或从基本上是平面的弹性支承部(条形)来实现。对于该制造方法，执行以下步骤：

a)在圆柱形支承部或弹性平面支承部的外部上进行定子的绕组，

b)将定子段插入圆柱形支承部的径向孔口中，以及

c)通过组装定子段来形成冠状部。

因此，该制造方法提供了简单的绕线，实现了这一步骤的自动化。此外，烙铁和绕组可以由不同的实体在不同的地理地点操作。此外，根据本发明的方法允许减少工艺的复杂性和成本。

对于所述方法从弹性平面支承部执行进行的实施例，步骤c)可以通过对装备有绕组和定子段的平面支承部进行变形来形成圆柱形支承部。接着，弹性平面支承部就变成为圆柱形平面支承部。这个实施例有利于定子部件的组装和绕线。

根据本发明的一实施例，其中，圆柱形支承部包括槽分离装置，定子绕组可以围绕分离装置实现。

根据本发明的一实施方式，其中，定子包括中心套筒，制造方法可包括将定子段的“t”的垂直脚紧固到管状套筒的额外步骤。

据本发明的一方面，其中，定子包括轭架，根据本发明的方法可包括将冠状物插入轭架的附加步骤。

图5对应于根据本发明的方法的步骤b)结束，其中，圆柱形支承部在步骤a)之前初始形成。