专利名称：带有轴向嵌入定子绕组的电动机的经优化的定子齿尖的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种电动机的定子，更具体地说涉及一种电动机的定子齿尖。
背景技术：
电动机包括定子总成，该定子总成具有用于电动机的导体。用于定子总成的定子 堆包括自定子堆径向延伸的齿。导体被嵌入由间隔开的定子齿所限定的槽中。当电动机运行时，磁通通常通过定子齿而从定子被导向转子以及反之从转子被导 向定子。然而，正如熟悉电机的技术人员所熟知，交替的定子齿与槽的存在会引入“齿槽效 应(slotting effect)”。齿槽效应包括转子旋转时不必要的磁通变化，该磁通变化是电机 中的转矩脉动和铁损的主要原因。这两种情况都是不期望发生的，电机设计人员要尽力使 这两种效应最小化。减轻这些效应的一个方法是加入采用楔形物形式的、与定子堆材料相 似的磁性材料，并且将该楔形物在导体径向端处嵌入在齿之间的槽中。这些楔形物使转子 旋转时由定子齿所引起的不期望发生的磁通变化最小化。然而，将独立的楔形物加入到每 个定子槽中是个困难的制造过程。因而很少在任何最终产品中实施。
发明内容
一种电动机，其包括转子；和同心地位于转子周围的定子总成。定子总成包括 定子堆；和自定子堆径向延伸的多个间隔开的定子齿。所述多个定子齿限定多个定子槽。 每个定子齿均限定定子齿尖。定子齿尖与定子齿一体形成并且被赋予能降低在电动机运行 期间由定子总成所产生的磁通变化的几何形状。一种减少定子总成的磁通变化的方法，其包括在定子堆的多个定子齿上形成多 个定子齿尖。将定子齿尖形成为使得在定子槽内的位于定子齿与多个导体之间的间隙最小 化。本发明还涉及以下技术方案。方案1. 一种电动机，包括 定子总成，其包括
定子堆；
多个间隔开的定子齿，所述定子齿自所述定子堆径向延伸，其中，所述多个定子齿限定 多个定子槽；
其中，每个所述定子齿均限定定子齿尖，并且其中，所述定子齿尖与所述定子齿一体形 成，并且所述定子齿尖的形状设计成降低在所述电动机运行期间由所述定子总成所产生的 磁通；以及
多个导体，其轴向地嵌入所述定子槽内。方案2.如方案1所述的电动机，其中，相邻的定子齿尖彼此接触，使得相应的定 子槽是闭合的。方案3.如方案2所述的电动机，其中，彼此相邻的定子齿尖在相应的定子槽内具有平直表面，并且所述平直表面彼此接触，从而在相应的定子槽内形成相应的大致为三角 形的间隙。方案4.如方案2所述的电动机，其中，彼此相邻的定子齿尖在相应的定子槽内具 有弯曲表面，并且所述弯曲表面彼此接触，从而在相应的定子槽内形成相应的大致为半圆 形的间隙。方案5.如方案1所述的电动机，其中，相邻的定子槽彼此具有不同的形状。方案6.如方案1所述的电动机，其中，相邻的定子齿尖彼此具有不同形状，使得 相应的定子槽为非对称的。方案7.如方案2所述的电动机，其中，彼此相邻的定子齿尖在相应的定子槽内具 有平直表面，并且所述平直表面彼此接触，从而在相应的定子槽内形成相应的大致为三角 形的间隙。方案8.如方案1所述的电动机，其中，相邻的定子齿尖彼此间隔开，使得相应的 定子槽是开放的。方案9.如方案8所述的电动机，其中，彼此相邻的定子齿尖具有弯曲表面，所述 弯曲表面彼此间隔开，从而在相应的定子槽内形成相应的大致为半沙漏形状的间隙。方案10. —种定子总成，包括 定子堆；
多个间隔开的定子齿，其自所述定子堆径向延伸，其中所述多个定子齿限定多个定子
槽；
多个导体，其被嵌入所述定子槽内，其中，在所述定子齿槽内在所述定子齿与所述多个 导体之间形成有间隙；并且
其中，每个所述定子齿均限定定子齿尖，并且其中，所述定子齿尖与所述定子齿一体形 成，并且所述定子齿尖的形状设计成减小在所述定子槽内在所述定子齿与所述多个导体之 间形成的间隙。方案11.如方案10所述的定子总成，其中，所述导体轴向地嵌入所述定子槽内。方案12.如方案10所述的定子总成，其中，相邻的定子齿尖彼此间隔开，使得相 应的定子槽是开放的。方案13.如方案10所述的定子总成，其中，相邻的定子齿尖具有彼此不同的形 状，使得相应的定子槽是非对称的。方案14.如方案13所述的定子总成，其中，相邻的定子槽彼此具有不同的形状。方案15. —种降低定子总成的磁通的方法，包括
在定子堆的多个定子齿上形成多个定子齿尖，其中，使所述定子齿尖形成为使得在定 子槽内在所述定子齿与多个导体之间的间隙最小化。方案16.如方案15所述的方法，其中，形成定子齿尖包括使相邻的定子齿尖形 成为不同的几何形状，从而形成非对称的定子槽。方案17.如方案15所述的方法，其中，形成定子齿尖包括使定子齿尖形成为具 有平直表面，所述平直表面彼此接触，使得相应的定子槽是闭合的并且具有大致为三角形 的间隙。方案18.如方案15所述的方法，其中，形成定子齿尖包括使定子齿尖形成为具有弯曲表面，所述弯曲表面彼此接触，使得相应的定子槽是闭合的并且具有大致为半圆形 的间隙。方案19.如方案15所述的方法，其中，形成定子齿尖包括形成彼此间隔开的定 子齿尖，使得相应的定子槽是开放的。从以下对用以实施本发明的最佳方式的详细描述中，并且结合附图，可以容易地 了解本发明的以上特征和优点以及其他特征和优点。
图1是现有技术的转子和定子总成的剖面示意图。图2是现有技术的转子和定子总成的局部剖面示意图，图中示出了由定子总成的 定子齿所产生的磁通。图3是转子和定子总成的第一实施例的剖面示意图。图4是定子总成的第一实施例的局部剖面示意图，图中示出了第一组多个定子 齿。图5是定子总成的第二实施例的局部剖面示意图，图中示出了第二组多个定子 齿。图6是定子总成的第三实施例的局部剖面示意图，图中示出了第三组多个定子 齿。图7是定子总成的第四实施例的局部剖面示意图，图中示出了第四组多个定子 齿。
具体实施例方式参照附图，在全部的数个视图中，相同的附图标记是指相同或相似的元件，图1和 图2局部性地示意性示出了现有技术的、具有定子总成12和转子14的电动机10。定子总 成12包括多个定子齿16。定子齿16自定子堆18径向延伸并且间隔开而形成定子槽20。 多个导体22被嵌入定子槽20内并且被定子槽衬M包围。当定子绕组(所述多个导体2 用电流激励时，会产生定子磁通观。定子磁通观 的某些部分穿过气隙并与转子14关联，这会产生转矩。然而，定子磁通观的另一部分，通 常称为“漏磁通”，则在定子齿16和定子槽20的周围循环。这种漏磁通不会穿过气隙，因此 无助于转矩的产生。因此，希望使漏磁通以及转子与定子之间的磁通变化(称为“齿槽效 应”)都最小化。随着转子转速的提高，由定子磁通观和转子磁通所引起的这种齿槽效应 的频率也会提高。图3是具有定子总成32和转子34的电动机30的第一实施例的局部示意透视图。 定子总成32包括多个定子齿36。定子齿36自定子堆38径向延伸并且间隔开而形成定子 槽40。多个导体42从定子堆38的轴向端嵌入定子槽40内。导体42被定子槽衬44包围 (示于图4)。导体42被图示为正方形的线导体42，但是也可以具有其他截面形状。参照图4，每个定子齿36具有至少一个与其一体形成的定子尖48。在相邻的定子 齿尖48之间可以有空间从而形成开放的定子槽40，如图中所示，或者相邻的定子齿尖48可 以接触从而形成闭合的定子槽(示于图幻。在任一实施例中，在已将导体42嵌入定子槽40内之后，定子槽40内的间隙46仍然是未填充的。在图示的实施例中，定子尖48在其侧部具有抛物线形的曲面。将定子尖48的形 状设计成减小定子槽40内的间隙46的尺寸。然而，在每个定子齿36的径向端定子尖48 仍然是相互间隔开的，从而形成开放的定子槽40。可以将定子尖48的形状形成为优化磁通 量以及所产生的齿槽效应。通过优化定子尖48的形状，可以使定子总成32适应特定的电 动机30的构造或用途。齿槽效应的降低会导致更平稳的转子34的旋转以及更高效的电动 机30。图5示出了具有定子总成132和转子134的电动机130的第二实施例。定子总成 132包括多个定子齿136。定子齿136自定子堆138径向延伸并且间隔开从而形成定子槽 140。多个导体142从定子堆138的轴向端嵌入定子槽140内。导体142被定子槽衬144 包围。导体142被图示为正方形的线导体142，但是也可以具有其他截面形状。在嵌入导体 142和定子槽衬144之后，定子槽140内的间隙146仍然是未填充的。每个定子齿136具有至少一个一体地形成于其中的定子尖148。在图示的实施例 中，定子尖148是自定子齿136延伸的平直表面，并且相互接触而形成闭合的定子槽140。 在已将导体142嵌入闭合的定子槽140内之后，间隙146仍然存在。将定子尖148的形状 设计成减小定子槽140的间隙146的尺寸。在每个定子齿136的径向端，定子尖148彼此 接触(或者形成到一起)，从而形成闭合的定子槽140。可以将定子尖148的形状形成为优 化所产生的磁通量。将定子尖148的形状设计成使得定子槽140闭合，同时两个齿尖结合 处的齿尖148的厚度小到足以降低漏磁通。由于定子槽140的闭合，齿槽效应及其不期望 发生的后果，即转矩脉动和铁损，被大大地降低。通过优化定子尖148的形状，可以使定子 总成132适应特定的电动机130的构造或用途。磁通的降低会导致更平稳的转子134的旋 转以及更高效的电动机130。另外，由于转子134的扭转振动增加，电动机130的绝对转矩 输出增加。图6示出了具有定子总成232和转子234的电动机230的第三实施例。定子总成 232包括多个定子齿236。定子齿236自定子堆238径向延伸并且间隔开而形成定子槽M0。 多个导体242从定子堆238的轴向端嵌入定子槽MO内。导体242被定子槽衬244包围。 导体242被图示为正方形的线导体M2，但是也可以具有其他截面形状。在将导体242和定 子槽衬244嵌入之后，定子槽MO内的间隙246仍然是空的。每个定子齿236具有至少一个一体地形成于其中的定子尖M8。在图示的实施例 中，定子尖248是自定子齿236延伸的弯曲表面，从而在定子槽MO内形成大致半圆形的间 隙对6。在每个定子齿236的径向端，定子尖248相互接触，从而形成闭合的定子槽M0。可 以将定子尖248的形状设计成优化所产生的磁通泄漏量并且使齿槽效应最小化。通过优化 定子尖M8的形状，可以使定子总成232适应特定的电动机230的构造或用途。磁通的降 低导致更平稳的转子234的旋转以及更高效的电动机230。图7示出了具有定子总成332和转子334的电动机330的第四实施例。定子总 成332包括多个定子齿336。定子齿336自定子堆338径向延伸并且间隔开而形成定子槽 340。多个导体342从定子堆338的轴向端嵌入定子槽340内。导体342被定子槽衬344 包围。导体342被图示为正方形的线导体342，但是也可以具有其他截面形状。在嵌入导体 342和定子槽衬344之后，定子槽340内的间隙346仍然是空的。
6
每个定子齿336具有至少一个一体地形成于其中的定子尖348。在图示的实施例 中，定子尖348的形状彼此不同，从而为每个定子槽340形成不同形状的间隙346。另外， 相邻的定子尖348可以彼此具有不同的形状，从而为特定的定子槽340形成不对称的间隙 346。定子尖348的形状和变化可以是随机的，或者形成图案。将定子尖348的形状设计成 减小定子槽340内的间隙346的尺寸。在每个定子齿336的径向端，定子尖348彼此接触， 从而形成闭合的定子槽340。可以将定子尖348的形状设计成优化所产生的漏磁通量并且 使齿槽效应最小化。通过优化定子尖348的形状，可以使定子总成332适应特定的电动机 330的构造或用途。磁齿槽效应的降低导致更平稳的转子334的旋转以及更高效的电动机 330。如以上实施例所述，可以将定子尖48、148、248、348的形状确定成优化由定子齿 36、136、236、336所产生的磁通。因此，定子尖48、148、248、348可以具有平直的表面并且 形成开放或闭合的定子槽40、140、240、340，或者具有弯曲形状并且形成开放或闭合的定子 槽40、140、240、340。另外，定子尖48、148、248、348的形状可以彼此不同，以及/或者为定 子槽40、140、240、340形成不对称的间隙46、146、246、346。上述实施例示出了定子尖48、 148、248、348的形状的几种变化。然而，也可以采用除上述形状以外的形状。本领域技术人 员将会了解用于电动机30、130、230、330的给定用途和结构的最佳形状。虽然已经详细描述了用以实施本发明的最佳方式，但是本发明相关领域的技术人 员将会认识到用以在所附权利要求范围内实施本发明的各种替代的设计和实施例。
权利要求
1.一种电动机，包括定子总成，其包括定子堆；多个间隔开的定子齿，所述定子齿自所述定子堆径向延伸，其中，所述多个定子齿限定 多个定子槽；其中，每个所述定子齿均限定定子齿尖，并且其中，所述定子齿尖与所述定子齿一体形 成，并且所述定子齿尖的形状设计成降低在所述电动机运行期间由所述定子总成所产生的 磁通；以及多个导体，其轴向地嵌入所述定子槽内。
2.如权利要求1所述的电动机，其中，相邻的定子齿尖彼此接触，使得相应的定子槽是 闭合的。
3.如权利要求2所述的电动机，其中，彼此相邻的定子齿尖在相应的定子槽内具有平 直表面，并且所述平直表面彼此接触，从而在相应的定子槽内形成相应的大致为三角形的 间隙。
4.如权利要求2所述的电动机，其中，彼此相邻的定子齿尖在相应的定子槽内具有弯 曲表面，并且所述弯曲表面彼此接触，从而在相应的定子槽内形成相应的大致为半圆形的 间隙。
5.如权利要求1所述的电动机，其中，相邻的定子槽彼此具有不同的形状。
6.如权利要求1所述的电动机，其中，相邻的定子齿尖彼此具有不同形状，使得相应的 定子槽为非对称的。
7.如权利要求2所述的电动机，其中，彼此相邻的定子齿尖在相应的定子槽内具有平 直表面，并且所述平直表面彼此接触，从而在相应的定子槽内形成相应的大致为三角形的 间隙。
8.如权利要求1所述的电动机，其中，相邻的定子齿尖彼此间隔开，使得相应的定子槽 是开放的。
9.如权利要求8所述的电动机，其中，彼此相邻的定子齿尖具有弯曲表面，所述弯曲表 面彼此间隔开，从而在相应的定子槽内形成相应的大致为半沙漏形状的间隙。
10.一种定子总成，包括定子堆；多个间隔开的定子齿，其自所述定子堆径向延伸，其中所述多个定子齿限定多个定子槽；多个导体，其被嵌入所述定子槽内，其中，在所述定子齿槽内在所述定子齿与所述多个 导体之间形成有间隙；并且其中，每个所述定子齿均限定定子齿尖，并且其中，所述定子齿尖与所述定子齿一体形 成，并且所述定子齿尖的形状设计成减小在所述定子槽内在所述定子齿与所述多个导体之 间形成的间隙。
全文摘要
本发明涉及带有轴向嵌入定子绕组的电动机的经优化的定子齿尖。具体提供了一种电动机，该电动机包含转子和同心地位于转子周围的定子总成。定子总成包含定子堆和多个间隔开的、自定子堆径向延伸的定子齿。所述多个定子齿限定多个定子槽。每个定子齿均限定定子齿尖。将定子齿尖的形状设计成降低在电动机运行期间由定子总成所产生的磁通。
文档编号H02K1/12GK102130519SQ20111002279
公开日2011年7月20日 申请日期2011年1月20日 优先权日2010年1月20日
发明者E·L·凯泽, K·M·拉曼, P·J·萨瓦吉安 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司