专利名称：电动马达中的定子的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求I的上位概念所述的电动马达中特别是用于电子换向型同步电机的定子。
背景技术：
由专利文献DE 10 2004 043 424 Al已知具有定子的内转子马达，其由径向位于外侧的定子环和多个沿圆周均匀分布且径向向内延伸、用于容纳可通电线圈的支承齿构成。定子环由单个齿扇段组成，齿扇段分别由搭接段或者说轭弧段构成，径向延伸的支承齿与该搭接段或者说轭弧段相接成为一体。轭弧段在组装后构成在切线方向上连续构造的定子的定子环。为了连接轭弧段，在径向位于外侧的轭弧段的圆周端面上设置瘤状的凸起或与之对应的凹槽，其在组装后以形状配合的形式相互咬合，从而使在径向上相邻的齿扇段形状 配合地相互连接。圆周端面上的瘤状的凸起或与之对应的凹槽具有分度盘形的横截面。瘤状凸起或凹槽的表面在组装后构成了相互贴合的接触面。然而，在其间至少存在部分接缝，所述接缝会致使磁通损耗与转矩损耗以及在定子轭内导致磁通波动，进而增加转矩波动性。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于用简单的结构措施提供一种用于电动马达的定子，其制造简单，特征在于改进定子的齿扇段中的磁通分布以及提高机械的稳定性。上述目的根据本发明可通过权利要求I所述的特征得以解决。由从属权利要求给出有利的改进方案。根据本发明的定子优选用于电子转向式同步电机，例如用于永磁激励或电激励同步电机和/或混合的同步电机。具有根据本发明所述定子的电动马达可用作汽车中的伺服马达，例如用作用于座席调节的伺服马达或用作用于转向助力的伺服马达，其中基本也可以考虑其独立于汽车的应用，例如用于手持式工具机或电动自行车(Pedelecs)。所述定子具有多个环段或者说齿扇段，其组成一个定子环。每个环段或者说齿扇段均由构成定子环外侧面的轭弧段与优选与轭弧段一体构造的支承齿构成，所述支承齿在轭弧段上沿径向向内延伸并且用来容纳可通电线圈。径向朝内指向的支承齿通常由沿径向延伸的、通过绝缘体使线圈围绕在其上的基体以及径向位于内侧的齿冠构成，所述齿冠直接与电动马达的转子相邻布置。为了能够一方面实现相邻齿扇段之间稳固的机械连接，另一方面力求使磁通流量的损耗最小，这样来构造相邻轭弧段的构成相互贴合的接触面的圆周端面，即使得圆周端面上的至少一个接触面区段相对于径向线围成一个直至90°的角，必要时也可围成90°至180°之间的角度。接触面区段可被直线地构造，特别是位于与横截面平面垂直的平面内，其中，至少在接触面区段的区域内的接触面可相对于径向方向具有倾角。那么由于直线形构造-特别是垂直于横截面平面看来-就能简化具有倾角的接触面区段的制造。同时至少在径向上实现了相邻齿扇段之间的形状配合式连接，那么，即便是在环段/齿扇段之间存在无法避免的、由制造所决定的误差，也能提高改善稳定性。此外，由于接触面区段的倾斜构造，还能使相接的圆周端面之间的接缝的长度相对于轭弧段在径向上的轭高度扩大，因为接触面区段由于倾斜于径向的定向会具有切向分量。与完全径向或者说基本更短的、具有至少部分接缝的结构相比而言，这种设置或者说构型的优势在于明显减小磁通流阻，并进而减少了定子中的磁通损耗。此外，在磁通损耗相等的条件下，相向的圆周端面之间的接缝的间隙宽度也可选定为更大，因为实现误差的灵敏度下降，这进而缩小了转矩波动性，还会带来制造和/或组装方面的优势。也可考虑用弯曲的接触面区段取代直线形接触面区段。根据本发明的有利实施例，接触面区段至少近似地在切线方向上延伸，从而使接触面区段的切向分量大于其径向分量。基本也能将轭弧段的圆周端面上的接触面区段构造为仅具有切向分量，使得接触面区段不用额外的径向分量而沿切向延伸。根据另一个有利实施例规定，可使得相邻的轭弧段的相接的圆周端面的区域内的接缝所具有的间隙长度位 于径向上所测的轭弧段的轭高度的两倍和最大不超过轭高度的四倍之间。在此，接缝的间隙长度包括所有位于接触面上的接触面区段。还可考虑用相邻齿扇段的相接的圆周端面之间的接缝的整体的面延伸来代替接触面区段的切向延伸，其中，接缝的几何形状具有切向的面延伸。根据另一个有利的实施例，在轭弧段的圆周端面上设置至少两个位于不同平面上的接触面区段，其有利地分别构造为直线形并且因此相互间围成一角度。因此，对于每个接触面区段而言均会得到相对于通过相邻齿扇段之间的间隙的径向线的不同的角度，其中，有利地至少近似地沿切向延伸的接触面区段所具有的长度要大于第二个与此成角度布置的接触面区段的长。第二个接触面区段例如至少近似地沿径向延伸，从而可由较大值90°加上/减去例如为20°或30°的角度范围得出相邻的接触面区段之间的角度。根据圆周端面的另一个有利构型的设置原理，所有接触面区段的全部切向部分的和至少等于径向轭高度。此外有利的是，所有接触面区段的全部径向部分的和至少等于轭高度并且不超过轭高度的I. 2倍。对于与外面的接触位置呈镜像对称的接缝几何形状相互层叠的情形，接触面相对于垂直的接触面的比不应超过I. 2倍。根据另一个有利实施例，所述接触面共具有三个接触面区段，其中，直接相邻的接触面区段相互之间呈角度地定向，因此位于不同的平面上。居中的接触面区段至少近似地沿切向延伸，外侧的接触面区段则至少近似地沿径向与其相接。在此，至少沿切向延伸的接触面区段的和至少等于至少近似地沿径向延伸的接触面区段的和。此外有利的是，径向接触面区段和切向接触面区段的和与径向接触面区段之间的比由η /根号2的值 2. 22得出。在该实施例中，磁通流阻值为最小。轭弧段的圆周端面上的接触面镜像反转地构造，也就是说，接触面相对于穿过轭弧段的中线沿径向与切向是呈镜像的。然而原则上也能采用与此不同的构造，尤其是将切向接触面区段布置为相对于穿过轭弧段的中线沿径向向外位移。优选通过焊接实现相邻齿扇段的连接。因此，在制造工艺方面有利的是，相互堆叠的叠片从外部看来在超过轭高度的轭中的待焊间隙具有直的走向。因为焊接过程的热影响区会给磁通流带来不利作用，因而有利地例如借助激光焊使焊接过程的穿透深度降到最低。优选使接触面几何形状匹配于焊接过程。接触面区段、特别是基本沿切向延伸的区段可至少略微沿径向向定子齿的内侧或者说转子侧位移，因为径向外侧即位于激光焊工艺的热影响区内的部位具有更高的磁通流阻。可有利地通过径向外侧相邻的接触面区段沿切向的弯曲来限定焊接介质与熔化液的径向穿透深度 。其余接触面区段可构造为超过轭高度并且切向中线构造为至少几乎对称。此外有利的是，在定子的叠片结构中使用带接缝几何形状的叠片，所述叠片自两个齿的外侧的同一个接触位置起，并且以与径向线对称或不同的接缝几何形状交替，其中，由此而在层叠的齿之间实现的更大的接触面积最大应等于在齿具有层叠的相同接缝几何形状时所达到的接触面积的I. 2倍。
其他优点与有利实施例由其他权利要求
以及图示中得出。其中图I为两个相接的基本构造为T形的齿扇段的侧视图,所述齿扇段以其圆周端面在径向外侧的轭弧段区域内相互接合，其中，轭弧段与径向向内延伸、用于容纳可通电线圈的支承齿连接成一个整体；图2为相邻齿扇段的放大图，其中，在圆周端面上构成的齿扇段的接触面具有较长的切向部分以及两个较短的径向部分；以及图3为与图I类似的实施例，然而替代如图I的T形几何形状，其中的齿扇段具有L形基本几何形状；图4为另一个实施例，相接齿扇段的接触面是由多个单个的接触面区段组成的，其中，接触面区段在径向外侧的区域内具有弯曲的走向；图5为另一个实施例，相邻齿扇段之间的连接部位由多个相接的接触面区段组成；图6至图12为相邻齿扇段之间的接触面几何形状各不相同的各种实施例。
具体实施例方式在图中以同样的附图标记来表示相同的组件。在图I中示出了用于EC内转子电动马达的定子的两个相邻的齿扇段I。每个齿扇段I均包括位于径向外侧、沿切向延伸的轭弧段2以及与轭弧段2 —体构造、径向向内延伸且分别用于容纳可通电线圈6的支承齿3。多个这种齿扇段I分布在圆周上，共同组成一个连续的定子环。支承齿3由朝着径向的基体4以及径向位于内侧的齿冠5组成，其中，围绕基体4的侧表面缠绕线圈6，所述齿冠5在切向上构造为比基体4更宽并且构成极靴。齿冠5的径向内侧直接与被定子包绕的转子相邻布置，其中，在齿冠5的端面与转子侧表面之间存在环状气隙。齿扇段I的相邻的轭弧段2的圆周端面7相互接合，构成相互对应配合的接触面，其中接触面具有单独的接触面区段，这样来构造所述单独的接触面区段，使得相邻的齿扇段I可形状配合地相互咬合。在根据图I的实施例中，具有轭弧段2和支承齿3的齿扇段I被构造为T形。圆周端面7上的接触面由三个单独的接触面区段7a、7b和7c组成，其分别至少近似直线形地构造。径向位于内侧的第一接触面区段7a至少近似地沿径向、即平行于置在相邻齿扇段I中间的径向线8延伸。径向的、位于内侧的接触面区段7a与居中的沿切向延伸的接触面区段7b相接，接触面区段7b又与另一个沿径向延伸、位于外侧的接触面区段7c相接。齿扇段I的圆周端面7因而具有至少近似为Z形的几何形状。圆周端面7上的接触面可镜像反转地构造，并且因而在穿过轭弧段2的中线9上沿径向与切向呈镜像对称。然而，原则上也可采用非对称构型，例如这样的构型，即沿切向分布的接触面区段7b径向地布置在中线9的外部。在图2中以放大图示出了与圆周端面相邻 的齿扇段I上的接触面区域。每个圆周端面上的两个沿径向延伸的接触面区段7a与7c均具有长度L2和/或In，而居中的沿切向延伸的接触面区段7b则具有长度lt,lt)径向接触面区段的长度L1与1 2的总和等于每个轭弧段2在相接的圆周端面区域内的径向伸长hy。切向接触面区段7b的长度则至少等于两个径向接触面区段7a与7c的长度L1与L2的总和。由径向接触面区段与切向接触面区段7a至7c的单个长度InlUu与L2相加而得出的整个间隙长度，要至少等于轭高度hy的两倍，然而不超过轭高度hy的四倍。此外有利的是，由径向接触面区段与切向接触面区段7a、7b、7c的长度总和与轭高度4的比等于π除以根号2:
(Σ/ +Σ/Μ) _ π[。。32] ~~ = ^因为用径向接触面区段7a和7c的长度In2和/或Inl相加构成了轭高度hy，其关系式也可表示为
(Σ/"+Σ/")_ π—^ ——7 在如图3的实施例中，圆周端面7上的接触面区段的构造与如图I和图2的实施例中的相同。然而，与如图I和图2的T形结构所不同的是，齿扇段I在图3中具有L形结构。因此，在轭弧段2的一侧上的圆周端面沿支承齿3的侧表面的加长部分延伸，与其相对的圆周端面与支承齿3则具有较大的切向间隔。在如图4的实施例中，轭弧段2的圆周端面上的接触面是由多个相互连接的接触面区段7a至7d构成，其中，居中的接触面区段7b与7c相互大致构造为V形，但所具有的整个切向伸长要大于径向伸长。沿径向位于外侧的接触面区段7a和/或7d分别与居中的接触面区段7b与7c相接，接触面区段7a和/或7d分别具有更大的径向部分。然而，与径向外侧相邻的接触面区段7d设有弯曲段，从而使接触面区段7d除了通向径向外侧的径向部分外还具有一小段切向部分。这种设置的背景在于由于用于连接相邻齿扇段I的焊接过程而要限定轭弧段外侧上的热影响区。接触面区段7d的切向部分会避免用来形成焊接过程的激光束的所不允许的径向穿透过深和/或避免热影响区径向向内扩散。因此接触面区域内的接合线并不是正好与穿过轭弧段的中线对称，其中，径向位于外侧的接触面区段7d的构型不同于径向位于内侧的接触面区段7a的构型。也可有利地使两个居中的、基本沿切向延伸的接触面区段7b和7d略微沿径向向内位移，从而使其与焊接过程的热影响区之间形成的间隔更大。在如图5的实施例中，轭弧段2的圆周端面上的接触面同样是由三个单独的、基本呈直线形构造的接触面区段7a、7b和7c构成。三个在径向上位于外侧的接触面区段7a和7c至少近似地沿径向延伸，居中的接触面区段7b则与其呈一定的角度并且具有几乎相同大小的径向与切向部分。因此，在考虑到居中的接触面区段7b的径向部分的前提条件下，全部接触面区段7a、7b、7c的长度部分的和要大于轭弧段2的轭高度hy。然而，为了减少磁通流阻，有利的是，径向上的长度部分的和不超过轭高度hy的I. 2倍。在图6至图12中示出了齿扇段的轭弧段2的圆周端面上的接触面区段7的具有不同几何形状的实施例。如图6所示，接触面7由三个单独的接触面区段组成，其中，外侧的接触面区段沿径向延伸，居中的接触面区段则具有较多的切向部分以及较少的径向部分。
如图7所示，接触面7具有仅沿切向延伸的居中的接触面区段，径向区段与居中的该区段相连。径向区段分别两部分地构成并且具有V形构型。如图8所示，居中的接触面区段与图6类似，设有较多切向分量与较少径向分量。其他接触面区段分别朝向径向内侧和/或外侧与居中的接触面区段相接，所述其他接触面区段在与居中的区段直接相接的接口处具有切向部分并且在与轭弧段的外侧相邻的部位具有径向部分。如图9所示，仅设置一个唯一的接触面区段，其具有较大的切向分量以及较小的
径向分量。如图10所示，居中的接触面区段沿切向延伸，径向位于外侧的接触面区段与其相接并且具有较大的径向分量与较小的切向分量。如图11所示，接触面构造为梯级状。接触面在图12中的设置与图4类似，其由两个相向呈V形定向的居中的接触面区段构成，径向位于外侧且沿径向延伸的接触面区段再分别与居中的接触面区段相接。居中的接触面区段具有较大的切向分量以及较小的径向分量。
权利要求
1.电动马达、特别是用于汽车的伺服马达中的定子，具有多个齿扇段(I)，齿扇段构成了定子环并且具有用于容纳可通电线圈(6)的支承齿(3)以及径向位于外侧、构成定子环外侧的轭弧段(2)，该轭弧段成为径向朝内的支承齿(3)的支座，其中，轭弧段(2)的圆周端面(7)构成具有至少一个直线的接触面区段(7a至7c)的接触面，相邻轭弧段(2)的接触面在接触时相互贴合，其特征在于，接触面区段(7a至7c)相对于径向线(8)围成一个角度。
2.根据权利要求I所述的定子，其特征在于，接触面区段(7a至7c)至少近似地在切线的方向上延伸。
3.根据权利要求I或2所述的定子，其特征在于，轭弧段(2)的圆周端面(7)具有至少两个位于不同平面内的接触面区段(7a至7c)。
4.根据权利要求3所述的定子，其特征在于，至少近似地在切线的方向上延伸的接触面区段(7b)的长要大于至少近似地在径向方向上延伸的接触面区段(7a，7c)的长。
5.根据权利要求3或4所述的定子，其特征在于，在圆周端面(7)上设置至少三个接触面区段(7a至7c)，其中，直接相接的接触面区段(7a，7b，7c)位于不同的平面内。
6.根据权利要求5所述的定子，其特征在于，至少近似地沿切线的方向延伸的接触面区段(7b)与轭弧段(2)的径向内侧和外侧之间分别具有径向间隔。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的定子，其特征在于，切向接触面区段(It)的和至少等于径向接触面区段(1J的和,,
8.根据权利要求7所述的定子，其特征在于，径向与切向的接触面区段(7a，7b，7c)的长度(I，It)和与径向接触面区段(1J之间的比等于η值除以根号2
9.根据权利要求I至8中任一项所述的定子，其特征在于，轭弧段(2)的圆周端面(7)上的接触面镜像反转地构造。
10.根据权利要求I至9中任一项所述的定子，其特征在于，所有径向接触面区段(1J的长度最大为轭弧段的径向伸长(hy)的I. 2倍。
11.根据权利要求I至10中任一项所述的定子，其特征在于，相邻的轭弧段(2)相互焊联。
12.具有根据权利要求I至11中任一项所述的定子的电动马达。
全文摘要
本发明涉及一种电动马达中的具有多个齿扇段的定子，齿扇段构成了定子环，其中，每个齿扇段具有一个轭弧段以及一个用于容纳可通电线圈的支承齿。轭弧段的圆周端面构成了与至少一个直线的接触面区段之间的接触面，其相对于半径围成一个角度。
文档编号H02K1/14GK102771032SQ201080060391
公开日2012年11月7日 申请日期2010年12月20日 优先权日2009年12月30日
发明者A·埃韦特, A·诺伊鲍尔, K-J·罗特, M·巴特 申请人:罗伯特·博世有限公司