專利名稱：電動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動機，其具有帶有腔的定子，在腔中設(shè)置一轉(zhuǎn)子，還具有控制裝置，所述控制裝置具有至少一個帶有鐵芯的線圈，該線圈由電機電流加載。
所述控制裝置能夠改變對電機的電流和電壓的供應(yīng)，借以改變速度和轉(zhuǎn)矩。為此目的，控制裝置可以是被控制的整流器、被控制的逆變器、頻率變換器等。通常，控制裝置由電力電子電路構(gòu)成。
和控制裝置的具體的實施方式無關(guān)，其通常需要由線圈實現(xiàn)的感應(yīng)性。一個例子是中間電路線圈，其由中間電路電流，即在頻率變換器中的整流器和逆變器之間的電流加載。這意味著，流過電機的總電流也流過中間電路線圈。由電機電流加載的線圈的另一個例子是濾波器線圈，其被設(shè)置在控制裝置的輸入?yún)^(qū)域內(nèi)，用于減少電噪聲信號的發(fā)射。還可以設(shè)想出輸出和電機線圈，其被設(shè)置在控制裝置的輸出區(qū)域內(nèi)，用于保護電機免受電壓瞬變，所述電壓瞬變可能破壞電機的絕緣。電機電流也流過這些線圈，即使僅僅涉及一相的電流時。
然而，對于所有這些線圈的共同之點是，由于相當(dāng)大的電流負(fù)載，它們發(fā)出相當(dāng)數(shù)量的熱，并因而是相當(dāng)大的，這意味著，它們需要更大的空間。如在許多情況下那樣，控制裝置必須被集成在電機內(nèi)，即和電機共同形成一個單元，此時線圈的設(shè)置便成為問題。為了解決這個問題，DE3642724提出，頻率變換器的中間電路線圈以這樣的方式被設(shè)置在電機殼體中，使得其相對于定子和轉(zhuǎn)子被軸向地設(shè)置，并圍繞著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的延伸段。此時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸形成線圈的鐵芯。中間電路線圈由來自風(fēng)扇的氣流冷卻，所述風(fēng)扇也圍繞轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸設(shè)置。
這種解決辦法節(jié)省空間，但是在這種電機的結(jié)構(gòu)中，線圈仍然占據(jù)相當(dāng)大的空間。電機軸必須被至少延長一個線圈的寬度，這意味著電機尺寸的附加增大。電機軸的延伸可以引起穩(wěn)定性問題。此外，通過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的磁通是難于控制的。并存在可能發(fā)生不希望的和電機的磁場相互影響的危險。
本發(fā)明的任務(wù)在于，以節(jié)省空間的方式設(shè)置線圈，而不對電機的磁設(shè)計帶來大的干擾。
在前言部分所述的電機中，這個任務(wù)被這樣解決了線圈的鐵芯被設(shè)置在定子上，其中所述定子的鐵芯芯鐵被用作磁路。
定子的鐵芯芯鐵被用作磁路這個事實使得可以實現(xiàn)線圈的所需的感應(yīng)性，即使在只有有限的空間可利用時。然而，無論如何，定子的鐵芯芯鐵是可以利用的。線圈被設(shè)置在定子的外側(cè)上，即，和定子腔分開。這并不意味著，鐵芯被裝配在定子的外側(cè)上。線圈也可以被設(shè)置在定子內(nèi)，如果至少在裝配期間從外側(cè)可以接近的話。因為定子的鐵芯芯鐵“短路”線圈和定子繞組兩者的磁力線，所以不會發(fā)生相互干擾。即使發(fā)生磁場的相互影響，也是處于可允許的范圍內(nèi)。因為鐵芯芯鐵是公知的相當(dāng)好的熱導(dǎo)體，所以由線圈產(chǎn)生的熱量被相當(dāng)快地散發(fā)。線圈可以分布在定子上，使得定子表面可以用作散熱表面。還可以避免由于較高的功率消耗而過熱。
在優(yōu)選實施例中，鐵芯是定子的一部分。因而，鐵芯和定子被作成一構(gòu)件，亦即被制成定子的一突出部。用這種方式，可以避免如果把鐵芯固定在定子鐵芯芯鐵上時所產(chǎn)生的氣隙，因而保持小的磁路磁阻。線圈也可以更容易地被集成在電機中。
定子最好具有至少一個磁通約束，用于分開在一側(cè)上的線圈的磁通和在另一側(cè)上的定子繞組的磁通。如果需要更強地避免線圈磁場和定子繞組磁場的相互影響，則磁通約束有助于形成一種可利用的措施，利用這種措施幾乎完全消除這種影響或者至少極大地減少這種影響。磁通約束增加線圈周圍的磁阻，因而屏蔽了線圈的磁場對定子繞組的磁場的影響，也屏蔽了定子繞組的磁場對線圈磁場的影響。
在優(yōu)選實施例中，磁通約束被制為定子中的槽，其被非磁的或?qū)Т挪缓玫牟牧咸畛洹＿@個槽可以例如是空氣隙?？紤]到穩(wěn)定性，設(shè)置彼此相鄰的幾個空氣隙可能是有利的。原理上，定子鐵芯芯鐵中的其余的肋可以使磁場穿過，不過，這些影響是可以忽略的。
冷卻介質(zhì)最好可以通過槽流動。在簡單情況下，其可以是冷卻空氣。在涉及一種流體冷卻的電機的情況下，冷卻介質(zhì)也可以是油或其它的流體。因而這種槽不僅屏蔽線圈的磁場和定子繞組的磁場，還使得可以立即除去在線圈中產(chǎn)生的熱量。
鐵芯最好只在定子的軸向長度的一部分上延伸。因而線圈尺寸可適用于所述要求，而不必改變設(shè)置鐵芯的部位。因而不需要使線圈在鐵芯的整個軸向長度上延伸，雖然這當(dāng)然也是可能的。
在正視圖中，定子最好具有基本上為矩形的截面，并把線圈設(shè)置在這種截面的角部區(qū)域中。為了電機的裝配或處理，在許多情況下定子具有矩形的甚至是方形的截面。顯然，在對角線的區(qū)域中，即在所述矩形或方形的角部區(qū)域中，定子具有較大的直徑，雖然通常這不是為磁或電氣性能所要求的。這有些富裕的鐵芯芯鐵和空間可分別被線圈及其鐵芯使用，這是一個利用率非常高的空間。
定子和鐵芯最好由層疊的鋼板制成。這對于利用交流AC或三相電流操作的電機尤其有利。用公知的方式，阻止渦流的形成。此外，尤其有利的是，鐵芯由和用于形成定子的層疊鋼板的相同的鋼板坯料工具制成。產(chǎn)生這種鋼板的形狀和輪廓是相當(dāng)簡單的。一般情況下，這種層疊鋼板由沖壓而成。提供具有相應(yīng)的切割線的沖壓工具可以使得相當(dāng)簡單地制成層疊鋼板的形狀，從而使得在通過層疊這些鋼板組裝電機時，便自動地形成鐵芯。
在這種連接結(jié)構(gòu)中，其優(yōu)點在于，定子沿軸向至少包括具有不同形狀的兩類不同的層疊鋼板，其中一類沒有鐵芯形成區(qū)域。而具有鐵芯形成區(qū)域的層疊鋼板形成鐵芯。不過，它們只在定子的預(yù)定的軸向長度上延伸，因為并不是所有鋼板都可以如此制做。其余的長度沒有這種鐵芯。此時，定子相應(yīng)于一般電機的定子。
線圈最好被裝配在可被壓到鐵芯上的線圈支架上。這可以簡化生產(chǎn)過程。線圈可以予裝配，例如，可以在線圈支架被壓到鐵芯上之前把線圈繞到線圈支架上。線圈支架例如可以由合成材料制成，使得磁性能不受影響或不受大的影響。因此，當(dāng)線圈支架的厚度被減小時，線圈和鐵芯之間存在的距離可以保持足夠小。
在優(yōu)選實施例中規(guī)定，鐵芯的定位基本上沿徑向方向。當(dāng)鐵芯被設(shè)置在矩形或方形截面形狀的角部區(qū)域中時，尤其建議采用這種定位。這使得定子的相當(dāng)大的鐵芯芯鐵區(qū)域可用于磁路。
尤其優(yōu)選的是，鐵芯被設(shè)置在由蓋封閉的定子的容積內(nèi)。這樣，磁路可以通過蓋而閉合。在蓋和定子之間存在的任何氣隙是如此之小，以致這些氣隙是可以接受的。
為了進一步減少甚至消除這種氣隙，可以把蓋焊到定子上。在這種情況下，具有鐵芯的線圈被集成在定子中。這個例子清楚地表明，具有線圈的定子不必比沒有線圈的定子具有較大的尺寸。
在另一個實施例中，鐵芯基本上和定子的一個外側(cè)平行。這也能形成所需的磁路。
在這種結(jié)構(gòu)中，最好設(shè)置鐵芯使其從外側(cè)向內(nèi)偏置。這樣在外側(cè)上可以得到用于容納線圈繞組的足夠的空間，而不必增加定子的外部尺寸。
如果鐵芯具有EI鐵芯的形狀也是有利的。這有助于設(shè)計，因為這種鐵芯的計算是公知的。
最好幾個線圈中的每一個具有其自己的鐵芯。此時這些線圈圍繞定子分布，或者，如果每個線圈不需要定子的整個軸線長度，它們可以沿軸向設(shè)置。使用一個或幾個線圈根據(jù)電機設(shè)計而定。
在一個特別優(yōu)選的實施例中，可以提供至少兩個線圈作為中間電路線圈、濾波線圈、噪聲抑制線圈或電機線圈組中的功能線圈的部分線圈，借以使電機線圈設(shè)置在電機連接和控制裝置之間。在許多情況下，把在原理電路圖中被稱為集中元件的功能線圈劃分成幾個在物理上分開的部分線圈，對于機械、磁、電氣或熱力性能可能是有利的。這可以通過使用幾個線圈來實現(xiàn)。
線圈最好是中間電路線圈、濾波線圈、噪聲抑制線圈或電機線圈組中的至少兩個不同的功能線圈，借以使電機線圈設(shè)置在電機連接和控制裝置之間。此時，幾個所需的線圈可以被設(shè)置在定子中，而不必增加控制裝置和電機的尺寸。
下面結(jié)合附圖根據(jù)優(yōu)選實施例說明本發(fā)明，其中
圖1是電路結(jié)構(gòu)的原理圖；圖2是電機定子的透視圖；圖3是層疊的鋼板坯料；圖4是不同電機的磁力線圖；圖5是各種不同分層疊板坯料。
圖1中的電路結(jié)構(gòu)1具有一電機2和一控制裝置3。控制裝置3是頻率變換器，即，其包括通過濾波線圈5由三相主電源供電的整流器4。通過中間電路6整流器4和逆變器7相連，逆變器通過電機線圈或輸出線圈8驅(qū)動電機2。輸出線圈的用途是，例如，保護電機2不發(fā)生任何的電壓瞬變，這些電壓瞬變可能破壞電機2的絕緣。中間電路6還包括一個中間電路線圈9。
濾波線圈5和輸出線圈8是部分電機電流的負(fù)載。在兩者的情況下，所述部分電流是一相電流。中間電路線圈9是整個電機電流的負(fù)載。因此，所有這些線圈5、8、9的大小和其吸收的電流以及由此而產(chǎn)生的熱量有關(guān)。一方面，這要求較大的空間，在另一方面，還涉及一些熱力學(xué)問題。
以中間電路線圈9為例，現(xiàn)在說明這種線圈如何被設(shè)置在電機2中而不需要較多的附加空間或根本不需要任何附加空間。
圖2表示電機2的定子10，其由層疊鋼板，即，許多彼此相互疊置的鋼板制成。疊置的方向相應(yīng)于定子10的軸向。這種鋼板例如圖3所示。
定子10具有圍繞腔體13設(shè)置的許多定子槽12，在腔體13中可轉(zhuǎn)動地設(shè)置轉(zhuǎn)子(沒有示出細(xì)節(jié))。所述轉(zhuǎn)子可以是鼠籠型轉(zhuǎn)子。定子槽12還握持定子繞組(未示出)，定子繞組產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁場。
定子10的截面呈方形(或一般的矩形)，在這種情況下，其角部被削平了。相應(yīng)地，沿對角線方向并在該邊緣區(qū)域內(nèi)的定子鐵芯芯鐵的徑向延伸部分大于定子側(cè)面的區(qū)域的徑向延伸部分。
在設(shè)置中間電路線圈9時便可以利用這個事實。
如圖2和3所示，用于形成定子的鋼板具有特定的形狀。在上右角(圖3)區(qū)域內(nèi)，提供有容積14，在其內(nèi)部作為凸起設(shè)置有鐵芯15。容積14可以由蓋16封閉，蓋16的一側(cè)17可被焊到鋼板11上。當(dāng)然，在把鋼板11裝配成定子10之后，才進行這種焊接。相應(yīng)地，形成容積14和鐵芯15只需要坯料工具的相應(yīng)的設(shè)計，即，坯料或切割線的相應(yīng)的設(shè)計。實際上，鐵芯15在定子10的制造期間被自動地形成。
圖2表示中間電路線圈9被繞在線圈支架18上，線圈支架可以由塑料制成，并被壓到鐵芯15上。中間電路線圈9也可以預(yù)先制造。線圈支架18可以被制成具有凸起部分，使得繞制的中間電路線圈9不能向下滑動。
電機是7.5HP的三相異步電動機。流入B6整流器4后面的中間電路6的電流具有13.7A的RMS有效值，并以300Hz的頻率脈動。相應(yīng)地，中間電路線圈9的的尺寸使其具有1mH的電感。由圖3可見，鐵芯具有EI鐵芯的形狀。因而線圈的尺寸可以按照普通的EI鐵芯設(shè)計。相應(yīng)地，中間電路線圈9具有10個繞組。線圈的長度為109.5mm，繞組的平均長度是265mm。
繞到線圈支架18上的線圈連同線圈支架18一起被裝配到鐵芯15上。然后，蓋16被裝配到容積14上并通過焊接固定。雖然中間電路線圈9被設(shè)置在定子10內(nèi)，但是定子的尺寸沒有增加。而且，定子還用于分散和耗散由中間電路線圈9產(chǎn)生的熱量。中間電路線圈9的軸向長度小于定子10的軸向長度。因而線圈的長度只覆蓋定子總長度的一部分。當(dāng)然，這可以改變，以便適用于不同的要求。在極端的情況下，線圈可以達到定子10的長度。
由圖2和3可見，鋼板11在容積14的區(qū)域內(nèi)具有各個槽19到22。當(dāng)鋼板被裝配后，這些槽19到22就形成通道。
這些通道19-22具有兩個功能。一個功能是，它們是磁通約束，用于分開中間電路線圈9的磁通和由定子繞組產(chǎn)生的磁通。這個分開是通過增加這兩個磁場所在區(qū)域之間的磁阻來簡單地實現(xiàn)的。在通道之間存在的肋允許磁力線通過。不過，一般這是可以忽略的。另一個功能是，由孔19-22形成的通道也可用作冷卻介質(zhì)，例如空氣，油或其它流體或氣體的流通通路，用于快速耗散由中間電路線圈9產(chǎn)生的熱量。
為了更加清楚地說明由孔19-22形成的磁通約束的作用，圖4中示出了中間電路線圈9和定子繞組23的磁場的磁力線圖。可以看出，這兩個磁場基本上是隔離的，其中沿著槽19-22發(fā)生隔離。在本實施例中，示出了具有不同槽數(shù)的定子。
圖5表示在定子10的角部中的線圈9的幾種可能的結(jié)構(gòu)。在圖a-c中的線圈是水平設(shè)置的，即其鐵芯基本上平行于定子的側(cè)面。在圖5a中，鐵芯和定子作成一構(gòu)件，即線圈9必須在各個鋼板裝配之后進行處理。
在圖5b中，鐵芯15是一個例如通過焊接被裝配在定子10上的獨立的單元。也可以用其它方法固定鐵芯。和圖5b相比，圖5c中的鐵芯15向內(nèi)部有點偏移。這樣線圈9的外部輪廓不會從定子10的外部輪廓凸出。
圖5d基本上相應(yīng)于圖2和3說明的實施例。其中蓋16被焊接到定子10的側(cè)面17上。
圖5e表示另一個實施例，其中在鐵芯15的頭部25和定子10的其余部分之間存在氣隙24。通過氣隙24，可以把線圈繞到鐵芯上。
圖5f表示一種解決方案，其中線圈9被固定在僅僅是定子10之一個凸起的鐵芯15上。其中磁路具有相當(dāng)大的空氣路徑。
圖5中所示的所有解決方案都具有例如由槽19-22形成的磁通約束(未示出)。在極端情況下，如圖5f所示，可以把線圈9繞在一個鐵芯上，然后再把鐵芯固定在定子10的外側(cè)。
并不限于把線圈只設(shè)置在定子10的一個角部上。當(dāng)然，定子10的所有4個角部都可用于固定線圈。如果出于對機械、磁、電氣或熱力性能的考慮，把一個線圈，例如中間電路線圈分成幾個部分線圈可能是方便的。也可以把中間電路線圈9設(shè)置在一個角部上，把濾波線圈5或輸出線圈8設(shè)置在另一個角部上。這里給出幾種設(shè)計的可能性。
圖2表示中間電路線圈9被設(shè)置在定子10的軸向的一端。然而，并不要求如此。中間電路線圈9和任何其它線圈，也可以被設(shè)置在定子10的軸向的中心部位。這一位置對于散熱的考慮也可能是方便的，一方面改善線圈的冷卻，另一方面減少由于在定子10的整個長度上不均勻分布的熱負(fù)荷而產(chǎn)生的電位差。
權(quán)利要求
1.一種電動機，其具有帶一腔的定子，在腔中設(shè)置一轉(zhuǎn)子，還具有一控制裝置，所述控制裝置具有至少一個帶有鐵芯的線圈，該線圈由電機電流加載，其特征在于，所述線圈(5，8，9)的鐵芯(15)被設(shè)置在定子(10)上，所述定子的鐵芯芯鐵被用作磁路。
2.如權(quán)利要求1所述的電機。其特征在于，鐵芯(15)是定子(10)的一部分。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電機，其特征在于，定子(10)具有至少一個磁通約束(19-22)，用于分離在一側(cè)上的線圈(19)的磁通和在另一側(cè)上的定子繞組(23)的磁通。
4.如權(quán)利要求3所述的電機，其特征在于，磁通約束(19-22)被作成在定子(10)中的槽，其中填充非磁材料或?qū)Т判圆畹牟牧稀?br>
5.如權(quán)利要求4所述的電機，其特征在于，冷卻介質(zhì)可以流過槽(19-22)。
6.如權(quán)利要求1-5之一所述的電機，其特征在于，鐵芯(15)只在定子(10)的軸向長度的一部分上延伸。
7.如權(quán)利要求1-6之一所述的電機，其特征在于，在正視圖中，定子(10)具有基本上為矩形的截面，并且線圈(9)被設(shè)置在該截面的角部區(qū)域內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1-7之一所述的電機，其特征在于，定子(10)和鐵芯(15)利用層疊的鋼板制成。
9.如權(quán)利要求8所述的電機，其特征在于，鐵芯(15)由用于形成定子的層疊鋼板(11)的同一個鋼板坯料工具制成。
10.如權(quán)利要求8或9所述的電機，其特征在于，沿軸向，定子至少包括兩種具有不同形狀的層疊鋼板，其中的一個沒有鐵芯形成區(qū)域。
11.如權(quán)利要求1-10之一所述的電機，其特征在于，線圈(9)被裝配在可被壓到鐵芯上的線圈支架(18)上。
12.如權(quán)利要求1-11之一所述的電機，其特征在于，鐵芯(15)基本上沿徑向定位。
13.如權(quán)利要求12所述的電機，其特征在于，鐵芯(15)被設(shè)置在定子(10)內(nèi)的容積(14)中，該容積(14)由蓋(16)封閉。
14.如權(quán)利要求13所述的電機，其特征在于，蓋(16)被焊到定子(10)上。
15.如權(quán)利要求1-11之一所述的電機，其特征在于，鐵芯(15)基本上和定子(10)的一個外側(cè)平行配置。
16.如權(quán)利要求15所述的電機，其特征在于，鐵芯(15)被設(shè)置在從外側(cè)向內(nèi)偏移的位置。
17.如權(quán)利要求1-16之一所述的電機，其特征在于，鐵芯(15)具有EI鐵芯的形狀。
18.如權(quán)利要求1-17之一所述的電機，其特征在于，幾個線圈(5，8，9)中的每一個具有自己的鐵芯。
19.如權(quán)利要求18所述的電機，其特征在于，至少兩個線圈是中間電路線圈、濾波線圈、噪聲抑制線圈或電機線圈組中功能線圈的部分線圈。
20.如權(quán)利要求18所述的電機，其特征在于，所述線圈是中間電路線圈、濾波線圈、噪聲抑制線圈或電機線圈組中的至少兩個不同的功能線圈。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電動機,其具有帶腔(13)的定子(10),在腔中設(shè)置有轉(zhuǎn)子,還具有控制裝置,所述控制裝置具有至少一個帶有鐵芯(15)的線圈(9),該線圈通過電機電流。線圈以節(jié)省空間而不太多地干擾電機的磁場的方式被設(shè)置。為了解決這個問題,所述線圈(5,8,9)的鐵芯(15)被設(shè)置在定子(10)上,所述定子的鐵芯芯鐵被用作磁路。
文檔編號H02P27/04GK1240539SQ97180636
公開日2000年1月5日 申請日期1997年12月11日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月14日
發(fā)明者O·馬蒂爾森 申請人:丹福斯有限公司