本发明涉及一种电机，该电机包括转子、定子、定子绕组、定子绕组容纳空间，所述转子具有多个转子磁极，所述转子磁极被配置为受磁通量所感应，所述定子具有多个围绕转子同心布置的定子磁极，其中每个定子磁极从定子壳体向内延伸，所述定子绕组设置在每个磁极周围，所述定子绕组被配置为在操作中生成磁通量，所述定子绕组容纳空间形成在第一定子磁极和第二定子磁极之间，其中定子绕组容纳空间被配置为用于容纳设置在第一定子磁极周围的第一定子绕组以及用于容纳设置在第二定子磁极周围的第二定子绕组。
诸如但不限于具有转子和定子(其中定子极设置有定子绕组)的类型的磁阻机和电感机之类的已知电机经常具有低效的性能，并且通常具有有关于通过施加到电机的给定电流输出的可用转矩和功率方面的限制。
本发明的目的是提供一种具有提高的效率的电机。
技术实现要素：
本发明设置一种电机，该电机包括：转子，该转子具有被配置为受磁通量所感应的多个转子磁极；定子，该定子围绕所述转子同心设置，其中所述定子包括多个定子磁极，所述多个定子磁极从定子壳体朝向所述转子向内延伸，其中在相邻定子磁极之间设置有定子绕组容纳空间；定子绕组，该定子绕组设置在每个定子磁极周围，以用于被容纳在所述定子绕组容纳空间中，其中所述定子绕组被配置为在操作中生成所述磁通量，其中在每个定子绕组容纳空间中布置有第一定子绕组以及布置有第二定子绕组，所述第一定子绕组围绕第一定子磁极设置，所述第二定子绕组围绕与所述第一定子磁极相邻的第二定子磁极设置。
优选地，所述第一定子绕组和所述第二定子绕组包括在横向于所述转子的纵向轴线的平面中的不对称横截面。
通过提供所述第一定子绕组和所述第二定子绕组的这种不对称横截面以布置在所述定子绕组容纳空间中，可更多地填充所述定子绕组容纳空间。如此，能够改善定子绕组容纳空间的填充因子，所述填充因子可以被定义为，在横截面中看到的相对于容纳空间的面积的布线面积。通常，绕组通常由铜制成，以用于感应磁场。因此，更多的绕组、并且如此更多的铜可以被填充到定子绕组容纳空间中，从而导致在磁场的产生中损耗更少和效率提高。与传统电机相比，这种提高的效率对于电机的转矩输出和/或功率输出是有利的。这种提高的效率可以允许改善了的磁场，并由此允许改善了的性能，其具有与常规电机相同的电流输入，或者替代地可以允许相同或相似的磁场，并且因此与常规电机相比在电流供应减少的情况下具有相似的性能。
优选地，第一定子绕组和第二定子绕组一起完全填充定子绕组容纳空间。定子绕组容纳空间因此完全被绕组填满，即定子绕组容纳空间的整个高度被绕组所填充。通过使定子绕组容纳空间完全或者几乎完全被绕组填充，电机的性能可被进一步提高。不对称形状还允许完全填充定子绕组容纳空间，而不用提供额外的组件来分离第一绕组和第二绕组。消除这种额外的分离是提供改进的填充因子的附加优点。
优选地，第一定子绕组和第二定子绕组将基本等同地填充定子绕组容纳空间。在设置有第一绕组的磁极处感应出的磁通将与在设置有第二定子绕组的磁极处提供的磁通基本相同。这对于电机的稳定的性能和平稳的转矩输出是有利的。然而，对于某些类型的电机，可能优选地是提供不等同地填充定子绕组容纳空间的第一绕组和第二绕组。
优选地，当第一定子绕组和第二定子绕组两者均被设置在定子绕组容纳空间中时，第一定子绕组被锁定在定子绕组容纳空间中。第一定子绕组是不可释放的，因为第二定子绕组阻止第一定子绕组被释放。第一定子绕组在第一定子绕组抵靠第二定子绕组的一侧包括拔模角。结果是第二定子绕组可被释放。当第二定子绕组被释放时，第一定子绕组也可以从定子释放。这种设计的优点在于，当定子绕组被设置在定子绕组容纳空间中时，第一和第二定子绕组不会变形，同时仍然获得完全被填充的定子绕组容纳空间。定子绕组也可以被释放而不使定子绕组变形。
优选地，第一定子绕组和/或第二定子绕组的横截面是楔形的。第一定子绕组的形状可以是楔形的和/或第二定子绕组的形状可以是楔形的，但是第一和第二定子绕组的横截面相对于电机的纵向轴线是不对称的。这简化了第一和第二定子绕组在定子绕组容纳空间中的组装，并且可以进一步增大定子绕组容纳空间的填充因子。由于在给定电流量情况下电机的损耗更少和转矩输出更好，这可以进一步产生更高的效率。第一定子绕组或第二定子绕组可以具有楔形截面，或者第一定子绕组和第二定子绕组两者都可以具有楔形截面，以便最优地填充定子绕组容纳空间。
优选地，第一定子绕组包括基本上梯形的横截面，且第二定子绕组包括基本上平行四边形的横截面。当第一定子绕组被实施为相对于电机的纵向轴线具有梯形横截面时，在定子绕组容纳空间中设置定子绕组变得不那么复杂。第二定子绕组可以以最小量的力和绕组变形而被设置在定子绕组容纳空间中。根据现有技术，还需要额外的分离元件来提供和分离定子绕组容纳空间中的第一和第二定子绕组，而此优选实施例不需要附加的分离元件。这也降低了电机的复杂性。
优选地，定子绕组包括用树脂预处理的多个线圈股(coilstrand)。通过进行设置，例如，用树脂浸渍线圈股线，可以在缠绕期间在各线股之间获得机械连接。因此，可以提供第一定子绕组和/或第二定子绕组的特定形状。这对于制造预成型定子绕组是特别有利的，其中当将第一定子绕组和第二定子绕组插入到定子绕组容纳空间时，形状可以保持在其预成型状态。
优选地，第一定子绕组和第二定子绕组在被插入到定子绕组容纳空间之前预成型。提供预成型绕组提高了在定子绕组容纳空间中组装第一定子绕组和第二定子绕组的效率。提供具有预成型绕组的电机比通过将线圈股直接缠绕在定子磁极周围来将定子绕组提供给定子复杂程度要低。预成型的绕组可以被设置有如下形状，其为了将定子绕组组装到定子绕组容纳空间以及优化填充因子以获得具有优化效率的电机而得到优化。
有利地，电机是开关磁阻马达，用于优化的性能和效率。
此外，提供有预成型定子绕组。这种部件可以被独立地制造且随后可以作为电机的必要部分被插入到定子绕组容纳空间中。通过提供预成型的定子绕组作为用于制造电机的预制部件，电机的制造过程可以被简化并且更加成本有效。
而且，提供有用于制造这种预成型的定子绕组的模具，该模具包括基板和从所述基板向外延伸的突出元件，其中所述突出元件具有与所述定子磁极大致相同的形状。突出元件被布置成适应于绕组，并且因此线股绕模具的此突出元件缠绕。因为突出元件的形状与定子磁极大致相同，因此所生产出的绕组容易地绕定子的定子磁极适配，该定子磁极将要插入邻近定子磁极的定子绕组容纳空间中。此模具适应于制造预成型绕组的简单且成本有效的解决方案。通过手动地将线圈股绕模具的突出元件缠绕，可以将此模具用作手动制造定子绕组的模具。用于制造预成型绕组的模具也可被应用在具有一个或多个这种模具的半自动或全自动生产线中。
在一种优选实施例中，提供有用于制造预成型定子绕组的模具，其中所述突出元件具有比所述相应的定子磁极略大的宽度和/或长度和/或高度。在定子绕组已被预成型并从模具释放之后，内部空间可略大于定子磁极。由于定子绕组的线圈股中的内部应力，定子绕组在从被模具的突出元件移除之后可能变形或收缩。这可能使得更加难以将定子绕组插到定子磁极周围。为此，模具的突出元件优选地比定子磁极大一定程度，以便预期定子绕组的一些变形和/或收缩，从而允许定子绕组可以更容易地插入到定子绕组容纳空间中的定子磁极周围。因此，通过应用具有比相应的定子磁极略大的宽度和/或长度和/或高度的突出元件，最终变得更容易将定子绕组组装在定子的定子槽中而不需要使用很大压力且对定子绕组的可能损害可被减轻。应该理解，略大是指与定子磁极的尺寸相比是小的。特别而言，应该理解，在正常生产公差的尺寸允许从突出元件释放定子绕组，并且允许定子绕组在定子磁极周围的容易且平稳的组装，例如，大约1mm或小于1mm。
优选地，该模具进一步包括一个或多个引导元件，以在将定子绕组缠绕到模具上期间提供可放置绕组以用于形成定子绕组的形状的空间。该一个或多个引导元件有利地被提供，以在定子绕组的预成型期间使定子绕组的外侧成型，其中定子绕组形成于在一侧上的模具的突出元件和在相对侧上的引导元件之间。引导元件使得能够制造具有预定形状的预成型绕组。而且，引导元件为定子绕组的外侧提供了大的设计自由度。定子绕组的所述外侧被理解为被设计为在组装到电机中时与另一定子绕组相接触的表面。
此外，提供了一种用于制造预成型定子绕组的方法，其中，提供用于制造定子绕组的模具；用粘合剂和/或树脂浸渍线圈股；将经浸渍的线圈股逐层缠绕在预成型模具中；从所述模具释放预成型定子绕组。此方法提供了用于制造预成型的定子绕组的简单且成本有效的方法。该方法可以进一步包括设置引导元件，其中引导元件在缠绕线圈股以使定子绕组成型期间相对于模具而被调整。特别地，定子绕组的与靠近模具的突出元件的一侧相对的外侧可以在缠绕期间由引导元件成型。
进一步提供了一种用于制造用于电机的定子的方法，其中，提供具有多个定子磁极的定子，其中在第一和第二定子磁极之间设置定子绕组容纳空间；在定子绕组容纳空间中设置第一定子绕组；在定子绕组容纳空间中设置锁定第一定子绕组的第二定子绕组，其中第二定子绕组和第一定子绕组一起填充整个定子绕组容纳空间。此方法提供了用于制造预成型的定子绕组的简单且成本有效的过程。通过这种制造过程获得的定子提供了提高了的效率，因为增大的定子槽的填充因子减少了铜的损耗。附加的优点在于，具有定子绕组的定子槽的增大的填充因子可以通过相对于常规电机而增加的电流来增加电机功率和转矩。
其他有利的实施例在从属权利要求中表示。
附图说明
将基于在附图中表示的示例性实施例来进一步阐明本发明。示例性实施例通过非限制性说明给出。
在附图中：
图1示出根据本发明的实施例的电机的截面。
图2a示出根据本发明的定子的实施例的第一示例的局部截面图。
图2b示出根据本发明的定子的实施例的第二示例的局部截面图。
图3a示出根据本发明的实施例的定子的局部截面图以及在定子绕组容纳空间中设置第一定子绕组的方法。
图3b示出根据本发明的实施例的定子的局部截面图以及在定子绕组容纳空间中组装第二定子绕组的方法。
图4示出具有第一定子绕组和第二定子绕组的定子绕组容纳空间的实施例的示例的横截面。
图5a-b示出根据本发明的第一实施例的用于制造第一预成型定子绕组的模具的截面图。
图5c-d示出根据本发明的第一实施例的用于制造第二预成型定子绕组的模具的截面图。
图6a-6e示出根据本发明的第一定子绕组的第一实施例的示例的制造过程。
图6f-6h示出根据本发明的第二定子绕组的第一实施例的示例的制造过程。
图1-5中使用的附图标记是指本发明的上述部分和方面以及相关的部分和方面，其方式如下：
1转子
2定子
2a第一定子磁极
2b第二定子磁极
3定子壳体
4定子绕组
4a第一定子绕组
4b第二定子绕组
5定子绕组容纳空间
6、6'定子磁极
7用于制造预成型的绕组的模具
8基板
9突出元件
9a外表面
10线圈股
11、11'滑动元件
12定子绕组侧面
13、13'压力工具
d1定子壳体的外径
d2外定子磁极直径
d3内定子磁极直径
d1齿的根部处的距离
d1齿的顶部处的距离
e电机
在附图中，附图仅仅是作为本发明的示意表示给出的。相应的元件用相应的附图标记标示。
具体实施方式
图1中示出了开关磁阻马达类型的电机e的截面。电机e也可以被实施为本领域已知的其它类型的电机。转子1具有多个被配置为受磁通而感应的转子磁极。定子2具有多个围绕转子1同心布置的定子磁极2a、2b，其中每个定子磁极2a、2b从定子壳体3向内延伸。围绕每个磁极2a、2b设置有定子绕组4，该定子绕组被配置为在操作中生成磁通量。在第一定子磁极2a和第二定子磁极2b之间形成有定子绕组容纳空间5，其中定子绕组容纳空间5被配置为用于容纳围绕第一定子磁极设置的第一定子绕组4a，以及用于容纳围绕第二定子磁极2b设置的第二定子绕组4b。第一定子绕组4a和第二定子绕组4b包括关于转子的纵向轴线(未示出)不对称的横截面。电机的定子2包括定子壳体外径d1，并且定子包括多个磁极，在此示例中，在定子壳体的侧面具有外部定子磁极直径d2的凸极以及朝向转子的内部定子磁极直径d3。
图2a示出根据本发明的定子的实施例的第一示例的局部截面图。在此实施例中，每个突出的定子磁极都被实施为从定子壳体朝向转子1向内延伸的定子磁极6。定子2的磁极6可以具有在直径d2和直径d3之间的恒定宽度，其中磁极6的根部处的距离d1和磁极的顶部处的距离d2基本相等。在一实施例中，定子磁极6可以以一角度或拔模角度渐缩，使得绕组可以被容易地组装或拆卸。图2b示出了此实施例，其中定子磁极6的根部处的距离d1大于定子磁极6的齿的顶部处的距离d2。作为示例，定子磁极在此用附图标记6表示，但对应于在别处被编号为2、2b的定子磁极。
图3a示出根据本发明的实施例的定子2的局部截面图以及在定子绕组容纳空间5中设置第一定子绕组4a的方法。定子绕组容纳空间5被设置在第一定子磁极2a和第二定子磁极2b之间。该图进一步示出，第一定子绕组4a是预成型定子绕组并且一件式地围绕定子磁极6组装。第一定子绕组4a由设置在定子2上的定子磁极6的数量的一半所容纳。在两个定子磁极6之间(每个定子磁极6包括第一定子绕组4a)，还设置有另一个定子磁极6'，该定子磁极6'被实施为接收第二定子绕组4b。这在图3b中示出。
图3b示出根据本发明的实施例的定子的局部截面图以及在定子绕组容纳空间5中设置第二定子绕组4b的方法。通过在定子绕组容纳空间5中设置第二定子绕组4b，第一定子绕组4a被第二定子绕组4b锁定。第二定子绕组4b和第一定子绕组一起填充整个定子绕组容纳空间5。优选地，第一定子绕组4a和第二定子绕组4b基本等同地或等同地填充定子绕组容纳空间5。
在图4中示出具有第一定子绕组和第二定子绕组的定子绕组容纳空间的实施例的示例的部分横截面。优选地，第一定子绕组4a和第二定子绕组4b在相对于电机的纵向轴线的横截面中都是楔形的。第一定子绕组4a和/或第二定子绕组4b的矩形或三角形或任何其它横截面形状可以是可能的。第二定子绕组4b优选地是完全、基本上或接近平行四边形的，并且第一定子绕组包括相对于电机的纵向轴线的完全、基本上或者接近楔形或者梯形的横截面。具有如上所述的这种不对称构造的第一定子绕组4a和第二定子绕组4b的优点在于，通过使用可以容易地组装的预成型的定子绕组4a、4b，组装过程更容易。
图5a和图5b分别示出根据本发明第一实施例的用于制造第一预成型定子绕组4a的模具7的俯视图和横截面图。用于制造这种类型的预成型绕组的其他类型的工具或模具也是可能的。根据图5a的此模具7包括基板8和突出元件9，该突出元件9具有与被实施为容纳相应的第一定子绕组4a的定子磁极基本或完全相同的形状。优选地，突出元件略大于相应的定子磁极6。对于第一定子绕组4a和第二定子绕组4b，此模具7可以是不同的。图5c和图5d分别示出根据本发明第一实施例的用于制造第二预成型定子绕组4b的模具7的俯视图和横截面图。在优选实施例中，可以应用相同的模具来制造第一和第二定子绕组4a、4b。
图6a-6e示出根据本发明的第一定子绕组4a的第一实施例的示例的制造过程。此过程可以是自动、半自动或手动的。定子绕组的线圈股10绕突出元件9逐层缠绕。线圈股10优选为成层的，使得以线圈股10的最高密度获得线圈股10的最佳堆叠。滑动元件11被用于引导定子绕组4a的外周，由此定子绕组形成在定子磁极6和滑动元件12之间。滑动工具11优选地由模具7引导，更优选地由基板8的外表面8a引导。此滑动元件由模具7的基板8的外周8a引导。模具7、基板8和滑动元件11优选被配置成制造出第一定子绕组4a的基本或完全楔形的截面。另一种技术手段也可以被用于引导滑动元件11。图6e示出完整的第一定子绕组被完成。为了优化线股之间的形状和结合，可以使用施压工具13在预成型绕组上、在预定时间期间内施加压力，直到达到最终形状。
图6f-6h示出根据本发明的第二定子绕组4b的实施例的示例的制造过程。在此实施例中，基板8'、滑动元件11'和施压工具13'的形状不同于如图6a-6e中所示的用于形成第一定子绕组4a的基板8、滑动元件11和施压工具13。有可能的是，使用单个模具来制造第一定子绕组4a和第二定子绕组4b，其中第一定子绕组和第二定子绕组的截面的形状可以基本/完全相同或基本/完全不同。此示例在附图中未示出。如图6f至图6h中所示的模具7'、基板8'、滑动元件11'和施压工具13'优选地被配置成制造第二定子绕组4b的基本平行四边形的截面。
注意，附图仅仅是作为非限制性示例给出的对本发明的实施例的示意性表示。在附图中，相同或相应的部分用相同的附图标记表示。
为了清楚和简明的描述，各特征在本文中被描述为同一或不同实施例的一部分，然而，应当理解本发明的范围可包括具有所描述的特征中的全部或一些特征的组合的各实施例。
可以理解，除了被描述为不同的地方之外，所示出的实施例具有相同或相似的组件。
在权利要求中，放置在括号之间的任何附图标记不应被解释为限制权利要求。词语“包括”不排除权利要求中列出的特征或步骤之外的其他特征或步骤的存在。此外，“一”和“一个”不应被解释为限于“仅一个”，而是被用来指“至少一个”，并且不排除多个。在相互不同的权利要求中陈述某些手段的纯粹事实并不指示不能有利地使用这些手段的组合。
对于本领域技术人员而言，许多变体将是显而易见的。
所有变体都被理解为包括在以下权利要求书中限定的本发明的范围内。