专利名称：用于电机的电枢,该电枢的制造方法以及电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电机的电枢，特别是用于在车辆中起动内燃机的起动马达的电枢，该电枢具有电枢本体，特别是叠片铁心，在该电枢本体中构造有沿轴向延伸的多个槽，其中绕组卷绕在槽中并且在槽中分别卷绕有至少一个第一子绕组和一个第二子绕组， 所述第一子绕组和第二子绕组并联地与换向器的换向器薄片连接。本发明还涉及一种电枢的制造方法，特别是如前所述的用于电机，特别是用于在车辆中起动内燃机的起动马达的电枢的制造方法，其中子绕组卷绕在电枢的槽中。本发明还涉及一种电机，具有电枢、换向器和在换向器上行进的电刷，本发明特别地涉及直流电机，其中所述电枢在各个槽中具有至少两个子绕组。
背景技术：
已知小功率(例如最大700瓦)的起动机马达的电枢绕组制造为导线截面极小的条线圈电枢或多线绕组。实施为条线圈电枢的特征在于很高的铜填充率。然而，其在导线直径小于1. 7mm时对制造技术，即预成形的绕组元件与叠片铁心的拼装有很高的要求，并由此仅被单独地使用。在多线绕组技术中，最小至0. 2mm的小的导线直径毫无问题是可行的。 但是，在具有常见的较少的为8至14的槽数的四极电枢中在绕组速度明显下降直至30%的特殊情况下只能够实现相对较小的为20%的铜填充率。为了得到较小的绕组端部，在导线横截面较大时绕组以具有相应减小的部分横截面的两个或三个子绕组卷绕在叠片铁心中， 并且与换向器接头并联连接。由此同时实现了十分均勻的质量分布并由此实现较小的不均衡度。绕组端部并非理想地均勻构成在各线圈中。由于铜的硬度变化或在拉丝中发生变化时会出现，各导线移动到其它子电路中并由此产生不均衡。根据具有不同平均导线长度的子绕组位于其上的不同的子电路，子绕组具有不同的电阻。在槽底的低欧姆绕组被加载较大的电流。
发明内容
本发明的目的在于对开头部分所述类型的电枢、制造方法和电机进行改进，从而实现具有很长使用寿命的尽可能紧凑的电枢。根据本发明，通过权利要求1、9和10的主题实现此目的。从属权利要求限定了本发明的优选改进方案。本发明的构思在于，在结构上对具有子绕组的电枢进行改变，使得子绕组的绕组电阻尽可能地平衡并且同时实现在电枢的槽中较大的铜的填充率。为了实现此目的，提出一种电枢，第一子绕组在槽中具有比第二子绕组至少大1 的绕距。在绕距较大时，齿廓呈现较大的角度。需沿电枢轴线的方向在各条导线上施加更大的拉力，由此使槽更好地被绕组填充。此外，适当地通过如下方式对上述电阻进行调整 在绕距相同时具有较小的欧姆电阻的位于内侧的子绕组通过相对于外侧的第二子绕组增大绕距而具有变大的欧姆电阻。
为此，根据一种优选的对本发明进行改进的实施方式，第一子绕组构造在槽的底部，而第二子绕组在所述第一子绕组上方构造为上层。由此，提高了在槽底部的欧姆电阻， 这使得在下方的子绕组与上方的子绕组之间的欧姆绕组电阻均衡。
根据另一优选的实施方式，下方的子绕组的绕距大于极距，以及上方的子绕组的绕距小于极距。其优点在于，相对于两个子绕组具有相同的较小的绕距的情况，可以由此减小齿槽转矩(Rastmoment)并且实现总体上较高的铜填充率，因为下方的子绕组所围绕进行卷绕的齿廓具有钝角。由此，导线被大力地沿电枢轴线的方向压到槽底部。
在具有14个槽的本实施例中，在技术上无法实现对应于极距(Polteilung)为 14/4 = 3. 5的绕距。然而，通过使用不同的绕距和上层与下层，可以近似地进行实现。相对于绕距为1-4的实施例提高了导线材料的使用。根据本发明的实施例，一个层具有为1-4 的绕距而一个层具有为1-5的绕距，该实施例需要的导线材料少于带有两个分别具有相同的为1-5的绕距的子绕组的实施例。
特别的实施方式的优点在于，由于均衡的电阻，位于内侧的子绕组不会承受更高的热负荷并且实现了在具有小于极距的绕距的实施例与大于极距的绕距的实施例之间的铜填充率。通过这种方式可以在槽横截面不变的情况下，使用相对于具有小于极距的绕距的实施方式大一级的标准导线，由此可以提高功率和耐热性。
根据另一优选的实施方式，绕距为1-5的、即围绕五个齿的绕距的下方的子绕组相对于传统绕组具有减小的导线横截面，特别是具有一半的导线横截面，以及绕距为1-4 的、即围绕四个齿的绕距的上方的子绕组特别是具有一半的导线横截面。较小的导线横截面的优点在于，其使得能够更快地绕线并且实现了更高的铜填充率。
根据另一优选的实施方式，在下层和上层中的至少两个子绕组在各个槽中具有不同的导线横截面，以使子绕组具有相同的电阻。然而，这从加工技术的角度上讲是不利的， 因为必须储存和加工不同的导线直径。
根据本发明的一种改进的实施方式，第一和第二子绕组的线圈侧面分别位于相同的在极下行进的槽中。也就是说，第一槽沿旋转方向同时包括下方的子绕组和上方的子绕组，所述下方的子绕组和上方的子绕组并联地与换向器薄片连接。这具有换向的优点，其如下述有利地产生作用。
根据另一优选的实施方式，电枢本体具有14个槽，其中电枢用在四极电机中。由于设有14个槽，在四极的电枢中产生了为14/4 = 3.5的槽距。通过下方的子绕组和上方的子绕组的不同的绕距宽度，下方的子绕组和上方的子绕组的第二线圈侧面在该极下依次行进出来，由此实现了更小的齿槽转矩。
为了提高在槽中的填充率，子绕组优选可以具有最小约为0. 2mm的导线横截面。
为了实现具有高效率的电机的尽可能小的结构空间，绕组优选地由铜制成而并非由招制成。
所述目的还通过一种制造方法来实现，为此第一子绕组分别通过飞叉绕线技术在槽的底部围绕齿以比第二子绕组大I的绕距在所述第二子绕组上方卷绕。借助于飞叉绕线技术可以十分经济且快速地实现具有多个绕组和很薄的线路切料 (Leitungsverschnitten)的电枢。相反地，在导线横截面较大时宁愿使用针式绕线技术。
本发明还借助于一种电机来实现，该电机构造为，下方的第一子绕组具有比上方的第二子绕组至少大1的绕距。由此，两个子绕组具有近似相同大小的欧姆电阻，使得下方的、位于内侧的子绕组不会比上方的子绕组承受更高的热负荷。还可行的是，上方的绕组具有比下方的绕组更高的绕距。然而，在此处，电阻比在两个子绕组中具有相同绕距的情况下甚至差值更大，并且位于槽底部的子绕组会输送更大的电流，因此导致承受更高热负荷。因此，这种实施方式不是优选的。应该理解的是，以上提及的和以下还要描述的特征不仅能以相应给出的组合应用，而且还能以其它组合进行应用。
下面参照附图详细说明本发明。附图中图1示出了电机的示意性侧视图，图2示出了根据本发明的电枢的局部侧视图，图3示出了下方第一子绕组的绕线示意图，图4示出了上方第二子绕组的绕线示意图，以及图5示出了在极上方的第一子绕组和第二子绕组的绕线示意图。
具体实施例方式图1示意性地示出了电机1，特别是直流电机，所述电机具有电枢2，换向器3和电刷4A、4B。电枢2由叠片铁心制成，其总共包括带14个槽201至214的14个齿101-114。 在槽101-114中设置有绕组，这些绕组与换向器薄片30连接。极5A和5B构造为定子。图2示出了电机1的根据本发明的电枢2的局部侧视图，其中出于总览的目的仅示出了下方第一子绕组601和上方第二子绕组701。电机1是四极电机。因此，在设有14 个槽和一个四极电枢时的槽距为14/4 = 3. 5。第一子绕组601卷绕在四个齿101至104 上，而第二子绕组701卷绕在三个齿101至103上。齿101旁的第一共用槽或更确切地说第一共用槽201在逆时针转动时是开始卷绕的槽或齿，因此在结束卷绕的槽中第一子绕组 601和第二子绕组701相应地不同。第一子绕组601的第二部分608以点对称的方式相对于电枢轴偏移180°地卷绕在槽208和212中，而第二子绕组701的第二部分708卷绕在槽 208 至 211 中。通过当下方的子绕组601与上方的子绕组701具有相同数目的卷绕区段并由此根据本发明具有与第二子绕组701近似相同的长度时，使下方的子绕组601的长度大于其通常具有的长度，从而在导线横截面相同的情况下产生基本上相同的电阻。因此，下方的子绕组601承受的负荷并不高于上方的子绕组，因为通过两个子绕组的电流通量基本上相同。 上方的子绕组701总是被更好地冷却，因为其设置在外部的周面上。优选的是，导线横截面相对于具有相同卷绕区段的常规电机的常规绕组在全部两个子绕组中有利地为一半大。通过较小的导线横截面实现了槽201-214的更好的填充率，其在这种情况下包括由铜制造的导线。由于在第一槽201与第五槽205和第四槽204之间的弦长(Sehnen)变大，所以填充率特别地因此得到改善。第一子绕组601和第二子绕组701在斧切缝或锯切缝处与各换向器接头并联地连通。由此得到的电枢绕组的情况与具有为3. 5的理论绕距的绕组相似。
图2中示出了作为定子的极5A、5B用作北极，极5C、 用作南极。
图3示出了下方第一子绕组601的绕线示意图。以附图标记I至14表示换向器薄片30，以附图标记14、15、16、17表示电刷。绕线示意图示出了绕组包括两匝。
图4示出了用于上方第二子绕组701-714的绕线示意图。上方第二子绕组701-714 围绕每四个齿以绕距四通过两个相邻的槽202和203进行卷绕。末端分别与换向器薄片 301和302的换向器接头连接。
图5以一个第一子绕组601和一个第二子绕组701的绕线示意图示出了在四个或五个齿上叠置分布以包住在南极5A上的两个和/或三个槽的两个子绕组。两个绕组701 和601通过两个端部331和332与换向器薄片301和302并联连通。因此，在两个子绕组 601,701中的电流通量是相等的，这对于电机I的使用寿命有利地是较小的负载，其中由于用飞叉绕线技术来卷绕绕组使制造简化。所有的附图仅示意性地，而并非按正确比例地示出了视图。此外，特别是仅涉及了对于本发明重要的示图。
权利要求
1.用于电机(I)的电枢(2)，特别是用于在车辆中起动内燃机的起动装置的起动马达的电枢(2)，所述电枢具有电枢本体(33)，特别是叠片铁心，在所述电枢本体中构造有沿轴向延伸的多个槽(201)，其中在所述槽(201)中卷绕着绕组(601、701)，并且在所述槽(201) 中分别卷绕有至少一个第一子绕组(601)和一个第二子绕组(701)，所述第一子绕组(601) 和第二子绕组(701)并联地与换向器(3)的换向器薄片(301)连接，其中所述第一子绕组 (601,701)在所述槽(201)中具有比第二子绕组(701)至少大I的绕距。
2.如权利要求I所述的电枢(2)，其特征在于，所述第一子绕组(601、701)构造在所述槽(201)的底部，而所述第二子绕组(701)在其上构造为上层，并且所述第一子绕组(601、 701)特别地具有比在所述槽(201)的上层中的第二子绕组(701)大两个绕距的绕距。
3.如权利要求I或2所述的电枢(2)，其特征在于，下方的子绕组(601)的绕距(1-5) 大于第一绕组、第二绕组或两个绕组(601、701)的极距。
4.如前述权利要求I至3中任一项所述的电枢(2)，其特征在于，具有绕距(1-5)的下方的子绕组(601)具有相对于传统绕组减小的，特别是减小一半的导线横截面，以及具有绕距(1-4)的上方的子绕组(701)具有一半同样的导线横截面，其中特别地至少两个第二子绕组(701)在各槽(201)中包括不同的导线横截面。
5.如前述权利要求I至4中任一项所述的电枢(2)，其特征在于，所述第一子绕组 (601)和第二子绕组(701)分别位于所述槽(201)中。
6.如前述权利要求I至5中任一项所述的电枢(2)，其特征在于，所述电枢本体(33) 具有14个槽(201)。
7.如前述权利要求I至6中任一项所述的电枢(2)，其特征在于，所述子绕组(601、 701)的导线横截面最小约0. 2mm。
8.如前述权利要求I至7中任一项所述的电枢(2)，其特征在于，所述子绕组(601、 701)由铜制成。
9.电枢⑵的制造方法，特别是如前述权利要求I至8中任一项所述的用于电机⑴ 的电枢(2)的制造方法，特别是用于在车辆中起动车辆内燃机的起动装置的起动马达的电枢(2)的制造方法，在所述电枢中，子绕组(601、701)卷绕在所述电枢(2)的槽(201)中， 其特征在于，所述第一子绕组(601、701)分别借助于飞叉绕线技术以比第二子绕组(701) 大I的绕距在其上于所述槽(201)的底部围绕齿(101-114)卷绕。
10.一种电机(I)，特别是直流电机，所述电机具有电枢，特别是如前述权利要求I至8 中任一项所述的电枢(2)，所述电机还具有换向器(3)和在换向器(3)上行进的电刷(4A、 4B)，其中所述电枢(2)在各个槽(201)中具有至少两个子绕组(601、701)，其中下方的第一子绕组(601)具有比上方的第二子绕组(701)至少大I的绕距。
全文摘要
本发明涉及用于电机的电枢，该电枢的制造方法以及电机。本发明具体涉及一种用于电机(1)的电枢(2)，特别是用于在车辆中起动车辆内燃机的起动装置的起动马达的电枢(2)，该电枢具有电枢本体(33)，特别是叠片铁心，在该电枢本体中构造有沿轴向延伸的多个槽(201)，其中绕组(601、701)卷绕在所述槽(201)中并且在所述槽(201)中分别卷绕有至少一个第一子绕组(601)和一个第二子绕组(701)，所述第一子绕组(601)和第二子绕组(701)并联地与换向器(3)的换向器薄片(301)连接。为了实现具有很长使用寿命的尽可能紧凑的电枢，第一子绕组(601、701)在槽(201)中具有比第二子绕组(701)至少大1的绕距。
文档编号H02K15/09GK102545442SQ20111046137
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月28日 优先权日2010年12月29日
发明者S·舒斯特克 申请人:罗伯特·博世有限公司