专利名称：电动机定子以及组装方法
技术领域：
本发明一般地涉及用于组装电动机定子的方法和设备。
背景技术：
已知使用三个或多个密集绕组构造电动机，其中对于三个电相位中的每个相位都设置一个或多个绕组。这些绕组可将磁通量分布至电动机中定子的多个极。这种电动机为三维的，因为通过密集绕组的磁通量在定子中绕着电机的圆周和沿着轴传导。
制造和组装三相电动机包括制造具有比较复杂几何形状的多个电动机部件和执行另外的处理步骤，例如绕着定子芯齿以预定的图案缠结定子线。为了降低制造成本，可预形成多个部件段，然后一起组装以制成电机。
发明内容
本发明的设备包括通常由绝缘的铁磁颗粒组成的多个定子部件。所述多个定子部件组装在一起以形成大致环形的定子芯。导线缠绕所述定子芯的至少一部分以形成定子绕组。第一大致环形端板和第二大致环形端板安装在所述定子芯轴向相对的两侧，使得所述定子芯轴向地接收和保持在其间。紧固件向所述第一和第二端板施加夹紧负载，使得所述定子芯被压紧在其间。所述紧固件的所述夹紧负载直接施加在所述第一和第二端板上，所述第一和第二端板将所述夹紧负载分布到所述定子芯上，使得所述多个组件保持在一起，而无需所述紧固件直接施加夹紧负载到所述定子芯上。
所述多个定子组件包括在组装所述定子组件以形成所述定子芯时适合便于所述定子组件的定位的多个突起和凹入。
所述第一和第二端板包括适合便于所述第一和第二端板相对于所述定子芯的定位的多个突起和/或凹入。
本发明的设备包括布置在所述第一端板与所述定子芯之间的第一环形元件，以及布置在所述第二端板与所述定子芯之间的第二环形元件，所述第一和第二环形元件构造成将所述紧固件的夹紧负载，更均匀地分布到所述定子芯上。
本发明的设备包括布置在所述第一端板与所述定子芯之间、以及所述第二端板与所述定子芯之间的粘合剂，所述粘合剂构造成以降低的紧固件夹紧负载将所述多个组件保持在一起。
本发明的方法包括组装所述多个定子组件，使得至少一部分所述定位突起与定位凹入接合，以定位所述多个定子组件，并形成定子芯。将导线缠绕到所述定子芯的至少一部分以形成定子绕组。将所述第一和第二端板安装在所述定子芯轴向相对的两侧，使得所述定子芯轴向地接收和保持在其间。通过紧固件向所述第一和第二端板施加夹紧负载，使得所述定子芯被压紧在其间。所述紧固件的所述夹紧负载直接施加在所述第一和第二端板上，所述第一和第二端板将所述夹紧负载分布到所述定子芯上，使得所述多个组件保持在一起，而无需所述紧固件直接施加夹紧负载到所述定子芯上。
结合附图，从下面对实现本发明的最佳模式的详细描述，可容易地理解本发明的上述特征和优点，以及其它特征和优点。
图1为根据本发明的定子组件的透视图；图2为图1定子组件的中心段的透视图；图3为图1定子组件的子组件的透视图；图4为图1定子组件的端部段的透视图；以及图5为图1定子组件的分解图。
具体实施例方式
参考附图，其中相同的附图标记指的是相同的部件，图1示出了电动机(未示出)的定子组件10的透视图。为降低制造成本，定子组件10包括组装在一起制成电动机的多个部件段。更具体地，定子组件10包括多个中心段12(即，六个连接在一起的同样的中心段)、至少一个线圈绕组14、多个端部段16(即六个连接在一起的同样的端部段)、多个端板18以及至少一个紧固件，例如螺栓或杆80。中心段12和端部段16由通常覆层并绝缘的压力成形铁磁颗粒组成，以提供低导电性。根据优选实施例，铁磁颗粒为粉末状金属成分，压制粉末状金属成分以形成中心段12和端部段16的形状。
参考图2，更详细地示出了中心段12。中心段12限定了前表面24、与前表面24相对的后表面26以及相对的两末端部分28。中心段12还限定了径向外壳部分20和从其延伸的多个齿22。各齿22从壳部分20径向向内延伸，终止于带凸缘的末端部分32。中心段12包括多个定位特征，例如定位突起34、定位凹入35和/或定位凹入36。为便于定位，优选地，突起34与凹入36大致成圆锥形，以允许初始接合期间的误差容限，其后自对中以在组装期间精确地定位部件；但是，还可预想到其它可选定位特征。根据优选实施例，后表面26包括一个定位突起34和一个定位凹入36，前表面24包括三个定位凹入35。
如图3中所示，背靠背(即，26靠着26)定位的两个中心段12和线圈绕组14组装在一起以形成子组件，例如子组件38，其后三个子组件38、38’和38”组装在一起以形成大致环形的子组件42，下文中将详细描述。
子组件38、38’和38”各包括两个中心段12，例如组装在一起的中心段12’和12”，并具有缠绕其上的多层导线40(图3中示意性所示)。以下述方式绕着各自的中心段12’和12”缠绕的导线40确定了各子组件38、38’和38”的线圈绕组14。通过将其背靠背放置而组装了两个中心段12’和12”，使得其各自的背表面26(图2中所示)彼此接合。当各自的中心段12’和12”靠拢时，中心段12’的定位突起34(图2中所示)可插入中心段12”后面上的定位凹入36内，中心段12”的定位突起34可插入中心段12’后面上的定位凹入36内，使得中心段12’与12”彼此对准。其后，导线40在各自带凸缘的末端部分32径向外部缠绕着中心段12’和12”的齿22，从而形成线圈绕组14，完成各子组件38、38’和38”。各线圈绕组41示意性地示为大致矩形状；但是应当理解，各绕组14实际上由缠绕着齿22多次的单股导线40组成。三个子组件38、38’和38”定位成使得其各自的末端部分28(图2中所示)彼此接合或相邻以形成大致环形的子组件42。
参考图4，更详细地示出了端部段16中的一个。端部段16限定了内表面50、与内表面50相对的外表面52以及相对的两末端部分54。端部段16还限定了径向外壳部分56和从其延伸的多个齿58。各齿58从外壳部分56径向向内延伸，终止于带凸缘的末端部分60。端部段16包括多个定位特征，例如定位突起64。根据优选实施例，各端部段16的内表面50包括适于与子组件42的互补定位凹入35接合的两个定位突起64，使得端部段16相对于子组件42对准。另外，各端部段16的外表面52包括与端板18对准的两个定位突起64。优选地，在固定装置中设置三个端部段16，使得其各自的末端部分54在55处(图1中所示)接合或相邻，以形成大致环形端环66和66’(图5中所示)。
参考图5，环形端板18和18’为大致O形，各端板18、18’包括多个螺栓孔70。端板18、18’还包括多个定位特征，例如定位凹入72。各定位凹入72从端环66和66’中的一个接收定位突起64，使得端板18、18’分别相对于端环66和66’对准。优选地，端板18、18’由非磁性不锈钢组成；但是，可预想到替代成分，例如玻璃纤维增强塑料。
上文中已经描述了定子组件10的部件，下面参考示出了定子组件10分解图的图5描述组装步骤。应当理解，除非另外说明，组装步骤不必需以下述顺序执行。
优选地，将第一端板18置于和保持在固定装置(未示出)中。然后，将由三个端部段16组成的第一端环66安装在第一端板18上。当第一端环66安装在第一端板18上时，端环66的定位突起64插入端板18的互补定位凹入72中，使得第一端环66相对于第一端板18对准。然后，将以上述方式组装的子组件42安装在第一端环66上。当子组件42安装在第一端环66上时，端环66的定位突起64插入子组件42的互补定位凹入35中，使得子组件42相对于第一端环66对准。然后，将由三个端部段16组成的第二端环66’安装在子组件42上。当第二端环66’安装在子组件42上时，端环66’的定位突起64插入子组件42的互补定位凹入35中，使得第二端环66’相对于子组件42对准。然后，将第二端板18’安装在第二端环66’上。当第二端板18’安装在第二端环66’上时，第二端环66’的定位突起64插入第二端板18’的互补定位凹入72中，使得第二端环66’相对于第二端板18’对准。
在定位和组装了定子组件的前述部件之后，优选地，在固定装置(未示出)中，通过多个紧固件，例如螺栓或杆80将第一端板18和第二端板18’保持在一起。螺栓80构造成轴向地穿过齿22与齿58之间的间隙，以保持端板18和18’。优选地，螺栓80由具有低导电性的非磁性材料组成，例如非磁性不锈钢或钛，以使由漏磁通在螺栓80中引起的涡流电流最小化。
螺栓80通过端板18和18’传递很大的夹紧力，以保持组件10的其余部件。螺栓80的夹紧负载起初传递到端板18和18’，其中端板18和18’构造成更均匀地将这种负载分布到端环66、66’和子组件42上。因此，端板18和18’由比端环66、66’和子组件42的材料更强的材料组成，其中优选地，端环66、66’和子组件42由粉末状金属组成。因此，更强的端板18和18’适于吸收和分布相对大的将定子组件10保持在一起的夹紧负载，从而保护粉末状金属部件不受这种负载的损害。
出于本发明的目的，以前述方式组装在一起的中心段12和端部段16限定了大致环形的定子芯84。换句话说，除了定子导线40、线圈绕组14、端板18和螺栓80之外，定子芯84包括定子组件10的所有部件。
根据优选实施例，在第一端板18与第一端环66之间布置有第一环形元件90，在第二端板18’与第二端环66’之间布置有第二环形元件90’。优选地，环形元件90、90’由柔性材料组成，例如通常用于垫圈的材料。环形元件90、90’适于防止端板18、18’或端环66、66’中的不规则性引起的负载峰，以更均匀地分布由螺栓80施加的负载。
根据另一个优选实施例，在第一端板18与第一环形元件90之间、环形元件90与第一端环66之间和/或第一端环66与子组件42之间布置有粘合剂92。类似地，在子组件42与第二端环66’之间、第二端环66’与环形元件90’之间和/或环形元件90’与端板18’之间布置有粘合剂92’。粘合剂92、92’用于将定子组件10保持在一起，从而减少必需的螺栓80夹紧负载，使得粉末状金属部件不会损坏。
尽管已经详细描述了实现本发明的最佳模式，但是本发明所属领域的技术人员会认识到落入所附权利要求范围内实现本发明的各种可选设计和实施方式。
权利要求
1.一种用于电动机的定子组件，包括多个定子部件，由通常绝缘的铁磁颗粒组成，所述多个定子部件组装在一起以形成大致环形的定子芯；导线，所述导线缠绕所述定子芯的至少一部分以形成定子绕组；第一大致环形端板和第二大致环形端板，所述第一和第二端板安装在所述定子芯轴向相对的两侧，使得所述定子芯轴向地接收和保持在其间；以及紧固件，所述紧固件向所述第一和第二端板施加夹紧负载，使得所述定子芯被压紧在其间；其中所述紧固件的所述夹紧负载施加在所述第一和第二端板上，所述第一和第二端板将所述夹紧负载分布到所述定子芯上，使得所述多个部件保持在一起，而不会由所述紧固件直接施加夹紧负载到所述定子芯上。
2.如权利要求1所述的定子组件，其中所述第一和第二端板包括第一多个定位特征，其适合便于所述第一和第二端板相对于所述定子芯的定位。
3.如权利要求2所述的定子组件，其中所述多个定子部件包括第二多个定位特征，其在组装所述定子部件以形成所述定子芯时适合便于所述定子部件的定位。
4.如权利要求3所述的定子组件，其中所述第一和第二多个定位特征包括多个突起和凹入。
5.如权利要求1所述的定子组件，还包括布置在所述第一端板与所述定子芯之间的第一环形元件，以及布置在所述第二端板与所述定子芯之间的第二环形元件，所述第一和第二环形元件构造成将所述紧固件的夹紧负载分布到所述定子芯上。
6.如权利要求1所述的定子组件，还包括布置在所述第一端板与所述定子芯之间、以及所述第二端板与所述定子芯之间的粘合剂，所述粘合剂构造成以降低的紧固件夹紧负载将所述多个部件保持在一起。
7.如权利要求1所述的定子组件，其中所述多个部件包括多个中心段和多个端部段。
8.如权利要求1所述的定子组件，其中所述紧固件穿过所述定子芯，并由基本上非磁性的材料组成。
9.一种用于电动机的定子组件，包括多个定子部件，由通常绝缘的铁磁颗粒组成，所述多个定子部件包括多个突起和多个凹入，所述多个突起和多个凹入在组装所述定子部件以形成定子芯时，适合便于所述定子部件的定位；导线，所述导线缠绕所述定子芯的至少一部分以形成定子绕组；第一大致环形端板和第二大致环形端板，所述第一和第二端板安装在所述定子芯轴向相对的两侧，使得所述定子芯轴向地接收和保持在其间，所述第一和第二端板包括适合便于所述第一和第二端板相对于所述定子芯的定位的多个突起和/或多个凹入；以及紧固件，所述紧固件向所述第一和第二端板施加夹紧负载，使得所述定子芯被压紧在其间；其中所述紧固件的所述夹紧负载施加在所述第一和第二端板上，所述第一和第二端板将所述夹紧负载分布到所述定子芯上，使得所述多个部件保持在一起，而不会由所述紧固件直接施加夹紧负载到所述定子芯上。
10.如权利要求9所述的定子组件，还包括布置在所述第一端板与所述定子芯之间的第一环形元件，以及布置在所述第二端板与所述定子芯之间的第二环形元件，所述第一和第二环形元件构造成将所述紧固件的夹紧负载分布到所述定子芯上。
11.如权利要求9所述的定子组件，还包括布置在所述第一端板与所述定子芯之间、以及所述第二端板与所述定子芯之间的粘合剂，所述粘合剂构造成以降低的紧固件夹紧负载将所述多个部件保持在一起。
12.如权利要求9所述的定子组件，其中所述多个部件包括多个中心段和多个端部段。
13.如权利要求9所述的定子组件，其中所述紧固件穿过所述定子芯，并由基本上非磁性的材料组成。
14.一种用于组装电动机定子的方法，包括提供由通常绝缘的铁磁颗粒组成的多个定子部件，所述多个定子部件包括多个定位突起和多个定位凹入；组装所述多个定子部件，使得至少一部分所述定位突起与定位凹入接合，以定位所述多个定子部件，并形成定子芯；将导线缠绕到所述定子芯的至少一部分以形成定子绕组；提供第一大致环形端板和第二大致环形端板；将所述第一和第二端板安装在所述定子芯轴向相对的两侧，使得所述定子芯轴向地接收和保持在其间；通过紧固件向所述第一和第二端板施加夹紧负载，使得所述定子芯被压紧在其间；其中所述紧固件的所述夹紧负载施加在所述第一和第二端板上，所述第一和第二端板将所述夹紧负载分布到所述定子芯上，使得所述多个部件保持在一起，而不会由所述紧固件直接施加夹紧负载到所述定子芯上。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述提供所述第一和第二大致环形端板包括提供具有多个突起和/或凹入的第一和第二大致环形端板，所述突起和/或凹入构造成便于所述第一和第二端板相对于所述定子芯的定位。
16.如权利要求14所述的方法，还包括提供布置在所述第一端板与所述定子芯之间的第一环形元件，以及布置在所述第二端板与所述定子芯之间的第二环形元件，其中所述第一和第二环形元件构造成将所述紧固件的夹紧负载分布到所述定子芯上。
17.如权利要求14所述的方法，还包括提供布置在所述第一端板与所述定子芯之间、以及所述第二端板与所述定子芯之间的粘合剂，其中所述粘合剂构造成以降低的紧固件夹紧负载将所述多个部件保持在一起。
18.如权利要求14所述的方法，其中所述提供多个定子部件包括提供多个中心段和多个端部段。
全文摘要
本发明的设备提供了一种用于电动机的定子。该设备包括多个组装在一起以形成大致环形定子芯的定子部件。导线缠绕着定子芯的至少一部分以形成定子绕组。第一大致环形端板和第二大致环形端板安装在定子芯轴向相对的两侧，使得定子芯轴向地接收和保持在其间。紧固件向第一和第二端板施加夹紧负载，使得定子芯被压紧在其间。紧固件的夹紧负载直接施加在第一和第二端板上，第一和第二端板将夹紧负载分布到定子芯上，使得多个部件保持在一起，而无需紧固件直接施加夹紧负载到定子芯上。类似地提供了提供定子的相应方法。
文档编号H02K1/12GK101071968SQ20071009700
公开日2007年11月14日 申请日期2007年4月12日 优先权日2006年4月12日
发明者A·G·霍尔姆斯, R·A·奥尔多, A·M·埃尔-安塔布利 申请人:通用汽车公司