用于電機的定子的制作方法
【專利摘要】一種定子包括多個定子元件，每個定子元件包括C形芯部，C形芯部具有兩個磁極。每個定子元件的每個磁極通過橋接件而被固定到相鄰定子元件的磁極，該橋接件由非磁性材料形成且被模制到磁極上。
【專利說明】用于電機的定子
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于電機的定子，且涉及一種結合有該定子的電機。
【背景技術】
[0002]用于四極電機的定子可以包括兩個C形芯部，其布置在轉子的相對側上。使用C形芯部，相對高的填充因子可以針對定子而被實現。此外，將線圈纏繞到芯部上與單件芯部相比通常變得更容易。
[0003]在轉子和定子之間的空氣隙理想地盡可能小以減小磁極。另一方面，空氣隙必須足夠大，使得在公差極限處，轉子能夠自由旋轉而不接觸定子。兩個定子芯部對準的公差大體意味著與單件式芯部相比需要更大的空氣隙。
【發明內容】
[0004]在第一方面，本發明提供了一種定子，包括多個定子元件，每個定子元件包括C形芯部，C形芯部具有兩個磁極，每個定子元件的每個磁極通過橋接件而被固定到相鄰定子元件的磁極，該橋接件由非磁性材料形成且被模制到磁極上。
[0005]通過使用C形芯部，相對高的填充因子可以針對定子而被實現。此外，在芯部上纏繞線圈變得更加容易。定子元件可以在模制之前被對準。橋接件然后被用于保持定子元件的對準。因此，雖然使用C形芯部，可以針對定子實現相對較小的空氣隙。此外，對于定子可實現良好限定的凸極性和平衡的槽口。
[0006]如果橋接件被提供為被固定到磁極的預制造部件，橋接件和磁極的幾何和尺寸公差可損害定子元件的對準。通過將橋接件模制到定子元件的磁極，這樣的公差可以被吸收且由此定子元件可以被更精確地對準。
[0007]由于定子元件通過橋接件被固定到一起，針對定子實現了單件式部件。這于是大大簡化了結合有該定子的電機的組裝。例如，電機可以包括固定到框架的定子和轉子。通過具有單件式的定子，定子可以首先被固定到框架。轉子可然后被固定到框架且在后續步驟中相對于定子3對準。因此，定子和轉子可以在兩個不同步驟中被固定到框架，其可以簡化組裝過程。此外，組裝方法僅需要一個對準操作，以便于將轉子相對于每個定子元件對準。相反，如果定子元件被提供為不同元件，將需要同時地固定每個定子元件和轉子固定和對準，這將使得安裝過程復雜化。
[0008]每一個磁極可包括錨定部，其為形成在磁極表面上的凹槽或凸起的形式。橋接件可然后被模制到磁極的錨定部。結果，良好的固定可形成在橋接件和其所固定的磁極之間。
[0009]每個磁極可包括弧形磁極面，至少部分的磁極面未被橋接件所阻擋(即不被覆蓋)。結果，相對較小的空氣隙可以被實現，由此降低磁阻。
[0010]每個定子元件的芯部可包括背部和兩個臂部，其從背部的相對端部延伸。每個定子元件可于是包括定位在每個臂部上的線軸，且線圈繞線軸纏繞。線圈可以繞芯部的每個臂部纏繞。這于是具有益處在于降低了在臂部之間的磁通泄漏，由此降低了定子的磁阻。每個線圈理想地不被橋接件所阻擋(即不被覆蓋)，因為這可能會損害線圈的冷卻。
[0011]至少一個橋接件可包括用于傳感器的凹槽。橋接件中凹槽的提供允許傳感器能被精確地定位在定子的槽口中。在傳感器是用于感應永磁體轉子的位置的霍爾效應傳感器的情況下，傳感器可以被精確地相對于定子磁極定位。因此，轉子相對于定子的位置可以以相對良好的精度獲得。在傳感器為溫度傳感器的情況下，在轉子處相對良好的空氣溫度的測量可以被進行而沒有傳感器接觸轉子的風險。
[0012]在第二方面，本發明提供了一種定子，包括兩個定子元件和兩個橋接件，每個定子元件包括C形芯部，其具有背部和從背部的相對端部延伸的兩個臂部，每個臂部的自由端部限定磁極，且每個橋接件由非磁性材料形成且被模制到每個定子元件的磁極上。
[0013]在第三方面，本發明提供了一種電機，包括轉子和如前述權利要求中任一項所述的定子，其中定子元件繞轉子布置。
[0014]在轉子和定子之間的空氣隙可以是非對稱的。通過模制橋接件到定子元件的磁極上，定子元件可以在被容納到電機中之前被對準，使得空氣隙中的不對稱(即定子磁極的凸極性)導致轉子停靠在可以啟動的位置處。相反，如果定子元件被提供為不同部件，可能會發現難以或實際上不能在電機中將定子元件以足夠的精度對準以可靠地實現轉子啟動所需要的非對稱。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]為了本發明可被更容易地理解，本發明的實施例現在將要參考附圖通過實例而被描述，其中:
[0016]圖1是根據本發明的電機的截面視圖；
[0017]圖2是圖1中的電機的定子的透視圖。
【具體實施方式】
[0018]圖1的電機I包括轉子2、定子3、霍爾效應傳感器4和溫度傳感器5。
[0019]轉子2包括轉軸6，其中四極永磁體7固定到該轉軸6。
[0020]定子3，額外地在圖2中示出，包括兩個定子元件8、9，其通過兩個橋接件10、11固定到一起。
[0021]每一個定子元件8、9包括芯部12、一對線軸13、14和一對線圈15、16。
[0022]芯部12包括多個磁性材料(例如電工鋼)的疊片。芯部12為C形形狀，且包括背部17和兩個臂部18、19，其從背部17的相對端部延伸。每一個臂部18、19朝向轉子2延伸，且具有限定磁極20、21的自由端部。
[0023]每一個線軸13、14圍繞芯部12的相應的臂部18、19，且每個線圈15、16被纏繞到相應的線軸13、14上。單根線可被用于每個定子元件8、9的線圈15、16兩者。替代地，獨立的線可以被用于每個線圈15、16，其然后被聯接到一起。兩個定子元件8、9的線圈15、16被聯接到一起以形成單個相繞組。
[0024]兩個定子元件8、9被布置在轉子2的相對側上，且通過兩個橋接件10、11固定到一起。更具體地，第一橋接件10將第一定子元件8的第一磁極20固定到第二定子元件9的第一磁極，且第二橋接件11將第一定子元件8的第二刺激21固定到第二定子元件9的第二磁極。每一個橋接件10、11由此跨在兩個定子元件8、9之間的槽口。
[0025]每一個橋接件10、11由非磁性材料形成，譬如塑料，且被模制到其所固定的兩個磁極20、21的每一個上。每一個磁極20、20包括形成在磁極20、21表面上的錨定部22。每一個橋接件10、11于是被模制到其所固定的兩個磁極的錨定部22。在圖中所示的實施例中，錨定部22采取凹槽的形式，其中橋接件10、11被模制到該凹槽中。同樣地，錨定部22可以采取凸起的形式，橋接件10、11模制到其上。錨定部22確保良好的固定形成在橋接件10、11和其所固定的磁極20、21之間。
[0026]每一個橋接件10、11包括凹槽23，用于接收兩個傳感器4、5中的一個。霍爾效應傳感器4于是定位在第一橋接件10的凹槽23中，且溫度傳感器5定位在第二橋接件11的凹部23中。霍爾效應傳感器4由此定位在兩個定子元件8、9之間的第一槽口中，且溫度傳感器5定位在兩個定子元件8、9之間的第二槽口中。
[0027]定子3通過首先組裝每一個定子元件8、9 (即將線軸13、14模制或以其他方式固定到芯部12上，然后將線圈15、16纏繞到線軸13、14上)來制造。兩個定子元件8、9然后被放置到模具(未示出)中。該模具具有一系列定位結構部，其用于將兩個定子元件8、9對準。特別地，模具包括中心銷，其中定子元件8、9的磁極面抵靠中心銷。此外，定位結構部接合每一個芯部12的背部17，使得定子元件8、9在中心銷的相對側上對準。實際上，從圖中可以看出，每一個芯部12的背部17被成形為特別地用于接合模具的定位結構部(例如包括矩形凹槽)。定位結構部確保兩個定子元件8、9在模具中精確地對準。特別地，定子元件8、9被間隔開良好限定的量，其進而導致在轉子2和定子3之間的良好限定的間隙。此外，對于定子電極20、21良好限定的凸極性被實現，且在兩個定子元件8、9之間的槽口被平衡(即槽口所對的角度是相同的)。在將定子元件8、9插入到模具中之后，塑料被注入到模具中，以便于形成兩個橋接件10、11。一旦冷卻，橋接件10、11用于將兩個定子元件8、9保持到一起。結果，具有良好限定的間隙、良好限定的凸極性以及平衡的槽口的單件式定子3被獲得。
[0028]單件式定子3的提供大大簡化了電機I的組裝。例如，轉子2和定子3通常被固定在電機I的框架(未示出)中，例如通過粘合劑。通過具有單件式定子3，其中定子元件8、9已經相對于彼此對準，定子3可以首先被固定到框架。轉子2可然后被固定到框架且在后續步驟中相對于定子3對準。然后，兩個部件2、3可以在兩個不同步驟中固定到框架，其可能簡化組裝步驟，特別是在使用自動化方法的時候。此外，組裝方法僅需要一個對準操作，以便于將轉子2相對于兩個定子元件8、9對準。相反，如果橋接件10、11被忽略，且定子元件8、9被提供為不同元件，將需要將每一個定子元件8、9相對于轉子2和另一個定子元件8、9兩者對準。這將需要所有三個部件2、8、9被固定到框架，且同時對準，其使得組裝方法更復雜。此外，可能不能將所有三個部件2、8、9同時地對準和固定。例如，可能沒有足夠的空間用于所需的夾具來定位和對準部件2、8、9。
[0029]將橋接件10、11模制到定子元件8、9的芯部12上具有吸收幾個公差的優點，這幾個公差否則可能包括兩個定子元件8、9的對準的公差。例如，讓我們考慮替代設計，其中橋接件10、11被提供為用于插入每一個磁極20、21的錨定部22中的預制造部件。在橋接件
10、11和錨定部22的幾何形狀和尺寸中的誤差可意味著橋接件10、11相對于錨定部22過大且由此難以插入到錨定部22中，或者橋接件10、11相對于錨定部22過小且由此松垮地保持在錨定部22中。在兩種情況下，兩個定子元件8、9的對齊都不那么精確通過模制橋接件10、11到定子元件8、9的芯部12上，在橋接件10、11和錨定部22之間的任何公差都被吸收。于是，兩個定子元件8、9可以被更精確地對準。
[0030]在轉子2和至少一個定子磁極20、21之間的空氣隙是非對稱的。結果，轉子2停靠在可從靜止啟動的位置處。該空氣隙的不對稱是相對較小的，且由此需要兩個定子元件
8、9精確的對準。在沒有精確的對準的情況下，轉子2可能停靠在不能啟動的位置處。通過使用橋接件10、11來固定兩個定子元件8、9，定子元件8、9可以在電機I的組裝之前對準，以便于確保空氣隙中的不對稱(即定子磁極20、21的凸極性)被充分良好地限定以實現轉子啟動。相反，如果定子元件8、9被提供為不同部件，可能會發現難以或實際上不能在電機I中將定子元件8、9以足夠的精度對準以可靠地實現轉子啟動所需要的非對稱。
[0031]每一個磁極20、21具有與轉子2相鄰的弧形磁極面。橋接件10、11被模制到磁極20、21上，使得磁極面大部分沒有被橋接件10、11阻擋(即未覆蓋)。結果，相對較小的空氣隙可以被實現在轉子2和定子3之間，由此降低磁阻。如在前述段落中解釋的，在轉子2和定子3的至少一個磁極20、21之間的空氣隙是不對稱的。相反，模具的中心銷具有對稱的橫截面。因此，當定子元件8、9被插入到模具中時，小間隙存在于中心銷和磁極20、21的邊緣之間，其具有非對稱的空氣隙。在注射塑料進入模具中時，塑料滲透過間隙且覆蓋磁極20、21的邊緣。無論如何，在轉子2和定子磁極20、21之間的空氣隙不受影響。相反，如果塑料完全地覆蓋每一個磁極面，較大的間隙將被建立在轉子2和每一個定子磁極20、21之間，由此增加電機I的磁阻。
[0032]橋接件10、11中凹槽23的提供允許傳感器4、5能被精確地定位在定子3的槽口中。霍爾傳感器4的精確定位是關鍵的，以確保相激勵與轉子位置的精確同步。由于橋接件10、11被模制到每一個定子元件8、9的磁極20、21上，第一橋接件10中的凹槽23確保霍爾效應傳感器4被相對于定子磁極20、21精確地定位。過高的溫度可能會導致轉子2的磁體7的退磁或過早的機械失效。通過在槽口中使用溫度傳感器5，在磁體7處溫度的更精確的測量可以被實現。此外，通過將傳感器5定位在橋接件11的凹槽23中，溫度傳感器5可以定位為相對靠近轉子2，而沒有傳感器5接觸轉子2的風險。相反，傳統電機的溫度傳感器往往定位在距離磁體有一些距離的電路板上。結果，可能不能獲得在磁體處的溫度的可靠測量。
[0033]上述電機I包括具有兩個定子元件8、9的定子3。替代地，定子3可以包括繞轉子2布置的任意數量的定子元件8、9。類似地，轉子2可包括任意數量的磁極，且不是必須要包括永磁體7。例如，電機可以為磁阻電機，其具有繞鐵芯轉子布置的定子元件。不考慮定子元件的數量，每一個定子元件的每一個磁極通過模制到磁極的橋接件被固定到相鄰定子元件的磁極。
[0034]每一個定子元件8、9具有繞芯部12的每一個臂部18、19纏繞的線圈15、16。這于是具有益處在于線圈15、16降低了在臂部18、19之間的磁通泄漏，由此降低了定子3的磁阻。然而，如果需要，單個線圈可以被纏繞到芯部12的背部17上。不考慮一個或多個線圈15、16的定位，橋接件10、11理想地模制到芯部12上，其方式是使得線圈15、16不被橋接件10、11阻擋，因為這可能會損害線圈15、16的冷卻。
[0035]在上述實施例中，橋接件10、11被模制為兩個不同部件。這于是具有益處在于最小化形成橋接件10、11所需的材料量。然而，同樣地，兩個橋接件10、11可以被模制為單個部件。例如，兩個橋接件10、11可以被沿著芯部12的基部延伸的一個或多個條形件鏈接。這可以簡化模制工藝和/或向單件式定子3提供額外的剛性。
【權利要求】
1.一種定子，包括多個定子元件，每個定子元件包括C形芯部，C形芯部具有兩個磁極，每個定子元件的每個磁極通過橋接件而被固定到相鄰定子元件的磁極，該橋接件由非磁性材料形成且被模制到磁極上。
2.如權利要求1所述的定子，其中每個磁極包括錨定部，該錨定部為形成在磁極表面上的凹槽或凸起的形式，且橋接件被模制到磁極的錨定部。
3.如權利要求1或2所述的定子，其中每個磁極包括弧形磁極面，且磁極面的至少一部分不被所述橋接件所阻擋。
4.如前述權利要求中任一項所述的定子，其中每個定子元件的芯部包括背部和從背部的相對端部延伸的兩個臂部，每個定子元件包括定位在每個臂部上的線軸，且線圈繞每個線軸纏繞。
5.如前述權利要求中任一項所述的定子，其中橋接件包括用于接收傳感器的凹槽。
6.一種定子，包括兩個定子元件和兩個橋接件，每個定子元件包括C形芯部，C形芯部具有背部和從背部的相對端部延伸的兩個臂部，每個臂部的自由端部限定磁極，且每個橋接件由非磁性材料形成且被模制到每個定子元件的磁極上。
7.一種電機，包括轉子和如前述權利要求中任一項所述的定子，其中定子元件繞轉子布置。
8.如權利要求7所述的電機，其中轉子和定子之間的空氣隙是非對稱的。
9.一種定子，如本文參考附圖所述且如附圖所示。
10.一種電機，如本文參考附圖所述且如附圖所示。
【文檔編號】H02K1/14GK104205568SQ201380016139
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年3月7日 優先權日:2012年3月23日
【發明者】G.金, N.特登 申請人:戴森技術有限公司