专利名称：电机元件的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及电机，特别是电动机，更精确一些，则针对电动机的定子和转子组件的结构。
电机有静止元件和运动元件。运动元件可以是转动元件或直线移动元件。静止元件与运动元件之间的相互作用分别基于由静止元件或运动元件产生的磁场和运动元件或静止元件的绕组中的电流的相互作用。要如此相互作用，以使电流的方向、磁场的方向和运动方向彼此基本成直角，例如沿着直角座标系统的X方向、Y方向和Z方向。
绕组包括多个绕软磁材料的齿缠绕的线圈，该软磁材料通常由钢叠片组成，以便减少涡流。
虽然绕组可以缠绕在静止元件或运动元件上，但是下面的描述将限于作为定子组件的一部分的绕组。
按常规，电机的定子组件有一由一摞钢叠片形成的定子芯。作为使用钢叠片的另一种方案，定子芯可以由铁粉形成，这可由美国专利No.4947065和国际专利申请Wo 95/12912作为示例，前一专利公开了一种模制成一件的定子，后一专利公开了一包括多个分开的并且基本相同的部分的定子。
就其本性而言，任何密实的非烧结材料都不会是完全致密的。这就意味着，目前所用的软铁粉都有比钢叠片所得到的导磁率低的导磁率。不过，磁粉复合材料能提供诸如各向相同的磁性、在高频下降低铁损耗、改进的热力学特性和灵活的设计与组装这样的优点。
本发明的一个目的为提供一种电机元件，特别是一种定子组件，它降低机器的成本而不降低性能。按照本发明的电机元件的特征为在权利要求1中规定的特色。电机元件的优选的实施例在从属权利要求中解释。
因而本发明涉及用磁粉材料制造并具有轭和多个齿的芯子的组合，该齿沿轭在第一方向互相隔开并沿第二方向从其延伸。此处，各齿之间的空间划出了互相隔开的绕组槽。此外，由芯子携带的绕组有位于齿的周围并在绕组槽中的线圈匝。
按照本发明，组合的组件的特征为，每个齿和轭的邻接部分沿垂直于由上述第一和第二方向规定的平面的方向有变化的尺寸，以便在芯子中在磁力线路径的的每一部分中将磁通量调节至所要求的或最佳的磁通量密度。
在一第一实施例中，芯子和绕组构成用于旋转电机的定子组件。因此，芯子有一环形的轭和多个在环形轭上沿周向互相隔开的齿，而各个齿之间的空间则划出了沿周向互相隔开的绕组槽。
在一优选的实施例中，齿从轭沿径向延伸，每个齿和轭的邻接部分都有变化的轴向尺寸。
另一方案为，齿可以从轭沿轴向延伸，在此情况下，每个齿和轭的邻接部分都将有变化的径向尺寸。
芯子的齿可以有做成圆形的轮廓，以便消除线圈匝的急剧弯曲，并减少在拐角处穿透绝缘的危险性。这样就允许采用比较薄的绝缘，从而产生重大的热力学好处。
在上述定子组件的优选的实施例中，每个齿形成带轭的邻接部分的单独的单元或段。
由于按照本发明的设计的结果，积极地使用了来自线圈匝部分的磁场。由此，减少了漏磁损耗并提供了更有效的机器。还有，得到了较好的热传送；尤其是，借助了邻接绕组槽外的线圈匝部分的轭的轴向延伸部分。
在另一实施例中，芯子和绕组构成一用于直线电机的定子组件，该芯子有纵向的轭和多个沿纵向的轭相互隔开的齿，而各齿之间的空间则划出了沿纵向互相隔开的绕组槽。这相当于，运动方向为沿着直角座标系统的X方向，磁场方向为沿着其Y方向，而每个齿和轭的邻接部分的变化尺寸的方向则为沿着其Z方向。提高的效率可用于加大槽的面积和/或减少轭的宽度。这意味着有可能减少电机的尺寸，同时保持其性能，或改进其性能，同时保持其尺寸。
图1为按照本发明的第一实施例的伺服电动机的定子的轴向视图。
图2为沿图1的Ⅱ-Ⅱ线的轴向剖视图，它示出了按照本发明的第一实施例的定子的轭和一个齿的轴向轮廓。
图3为按照本发明的第二实施例的通用电动机的定子的轴向视图。
图4为沿图2的Ⅳ-Ⅳ线的轴向剖视图，它示出了按照本发明的第二实施例的定子的极的轴向轮廓。
参看图1和2，所示出的伺服电动机的定子1有一由一轭2和九个极或齿3组成的芯子。每个齿3和轭2的邻接部分4形成一单独的单元或段5。每个邻接部分4从其齿3的两侧沿周向伸出，以使在每个齿3的每一侧形成一槽6。此外，每个齿的内末端7沿周向拓宽，而齿3的其余部分则具有基本恒定的宽度。
用单独的单元5组装成定子1，使定子的每个单元5易于缠绕绕组。
九个单独的单元5都用软磁粉末复合材料做成，后者被填入模子中并被压成所要求的形状，然后在较低的温度下被热处理，以便不破坏粉末颗粒之间所必需的绝缘层。这意味着，各个单元5的大量生产是可能的，而且不会造成材料浪费，并且能做出具有小公差的精加工压制单元，它只需要很少的或不需要机加工。
如同在图2中对一个单元5所示的那样，每个齿的轴向长度短于邻接部分4的轴向长度。轭2的在齿3的两个轴向侧沿轴向超过齿的这个延伸部分增加了绕组的有效长度并减少漏磁损耗，以致可以提供更有效的机器。此外，从绕组至定子的热传导通过绕组槽外的邻接线圈匝部分的轭的轴向延伸部分得到改善。
上述设计可用于减少整个绕组长度，从而可减少电机的尺寸，同时保持其性能。
采用粉末材料的另一优点为，齿的横截面轮廓可做成圆形的或椭圆形的，以便消除线圈匝的急剧弯曲，并减少在拐角处穿透绝缘的危险性。这样就允许采用比较薄的绝缘，从而产生重大的热力学好处。绕组的布局可在每个齿上包括一不重叠的绕组，这样就简化了缠绕绕组的操作，并使之能得到非常高的填充因数。
应当指出，伺服电动机的转子(在图1和2中未示出)最好是传统的叠片的设计，其表面磁铁最好具有磁铁斜交，以减少接头。
现在参看图3至4，它示出一按照本发明的第二实施例的通用电动机的定子11，它具有由轭12和两个极或齿13组成的芯子。转子是常规的，未示出，芯子用铁粉做成并模制成一件。
如图3所示的芯子的形状是常规的，其极13的每一个的轴向剖面形状(示于图4中)与图2中例示的伺服电动机定子的齿的轴向剖面形状类似之处在于，轭12的轴向长度大于极13的邻接部分的轴向长度。不过，通用电动机定子11的极13的内末端14沿轴向延伸并且与轭12基本有相同的长度。由此，低的气隙磁通密度就集中在一较短的电枢绕组上，减少了定子的铁体积。
虽然在上面只描述了本发明的两个实施例，但是，对于熟悉本技术的人来说，显然可以有若干改进而不脱离本发明的精神。
因此，本发明可以用于其它类型的电动机，例如感应电动机、磁阻电动机、步进电动机和混合步进电动机，也可以用于相应类型的发电机，也就是说，一般地用于旋转电机。还有，本发明也可用在具有外转子而不是例示的内转子的机器中。
此外，定子的材料可以包括与其它材料例如叠片组合的粉末材料，或定子可以通过铸造制成。
应当指出，齿甚至可以沿轴向比齿的末端和/或轭长，以便例如降低齿中的磁通密度，从而减少其中的磁饱和的危险性。
一般地说，本发明旨在使用一种材料或材料的组合，使之有可能基本沿垂直于传统的电机的叠片平面的方向变化每个齿和轭的邻接部分的尺寸，以便在磁力线路径的每一部分中将磁通量调节至最佳的磁通密度。换句话说，每个齿的轭的邻接部分沿上述垂直方向有变化的尺寸，即与恒定的宽度不同的尺寸。
最后，应当强调，本发明不限于上述专门的实施例，而是同样可用于具有静止元件与运动元件的其它组合的电机。
权利要求
1．在一电机中，组合包括-用磁粉材料制造并具有轭(2，12)和多个齿(3，13)的芯子，该齿沿轭在第一方向互相隔开并从其在基本垂直于上述第一方向的第二方向延伸，各个齿之间的空间划出了互相隔开的绕组槽(6)，由芯子携带的绕组有位于齿的周围并在绕组槽中的线圈匝，其特征为，每个齿(3，13)和轭(2，12)的邻接部分(4)沿垂直于由上述第一和第二方向规定的平面的方向有变化的尺寸，以便在芯子和轭中在磁力线路径的每一部分中调节磁通量密度。
2．如权利要求1的组合，其特征为，芯子与绕组构成一用于旋转电机的定子组件，芯子有一环形的轭(2，12)和多个在环形轭上沿周向互相隔开的齿(3，13)，各个齿之间的空间则划出了沿周向互相隔开的绕组槽。
3．如权利要求2的组合，其特征为，齿(3，13)从轭(2，12)沿径向延伸，每个齿和轭的邻接部分都有变化的轴向尺寸。
4．如权利要求3的用于电机的定子组件，其特征为，环形轭(2，12)沿轴向延伸，在齿(3，13)的至少一个轴向侧超过齿。
5．如权利要求3或4的用于电机的定子组件，其特征为，齿(13)有沿轴向延伸并超过齿的主体部分的末端(14)。
6．如权利要求2的组合，其特征为，齿从轭沿轴向延伸，每个齿和轭的邻接部分有变化的轴向尺寸。
7．如权利要求6的用于电机的定子组件，其特征为，环形轭沿径向延伸并至少在齿的一个径向侧超过齿。
8．如权利要求6或7的用于电机的定子组件，其特征为，齿有沿径向延伸并超过齿的主体部分的末端。
9．如权利要求1的用于电机的定子组件，其特征为，芯子和绕组组成用于直线电机的定子组件，芯子有一纵向的轭和多个齿，齿沿纵向轭互相隔开，各个齿之间的空间划出了沿纵向互相隔开的绕组槽。
10．如权利要求1～9的任一项的用于电机的定子组件，其特征为，芯子的齿(3，13)有做成圆形的轮廓，以消除线圈匝的急剧弯曲并减少在拐角处穿透绝缘的危险性。
11．如权利要求1～10的任一项的用于电机的定子组件，其特征为，每个齿(3)连同轭(2)的邻接部分(4)形成一单独的段(5)。
全文摘要
一用于电机的定子组件包括一用磁性材料做的芯子。芯子有一环形的轭(2)和多个齿(3),齿在环形轭上沿周向互相隔开并从其沿径向延伸。各个齿之间的空间划出沿周向互相隔开的绕组槽(6)。定子绕组由定子芯携带并具有位于齿周围并在绕组槽中的线圈匝。每个齿和轭的径向邻接部分(4)有变化的轴向尺寸,以便在定子中在磁力线路径的每一部分中将磁通量调节至最佳的磁通量密度。环形轭(2)可沿轴向延伸并在齿(3)的至少一个轴向侧超过齿。
文档编号H02K1/18GK1295732SQ9980468
公开日2001年5月16日 申请日期1999年3月29日 优先权日1998年3月30日
发明者艾伦·G·杰克, 巴里·梅克罗 申请人:赫加奈斯公司