CN114731065A - 利用永磁体助力磁阻的同步电机及其制造方法 - Google Patents

Abstract

描述了一种利用永磁体助力磁阻的同步电机（10），包括转子（1），该转子包括：固定在旋转轴上并包括相同的片材（3）的片状组件，每个片材包括第一轴向凹槽（6）、永磁体，和第二轴向凹槽（8），以形成流动屏障；具有包括纵向齿（26）的第一内定子部（25）的定子（15）；第二外环形定子部（35），具有与齿（26）互补的齿座（36）以形成闭合槽（14）和定子（15）；具有条带（11、21、31）的连续绕组，被构造为缠绕在第一内定子部（25）上。还进一步描述了制造这种同步电机的方法。

Description

利用永磁体助力磁阻的同步电机及其制造方法

本发明涉及一种利用永磁体助力磁阻的同步电机以及用于制造这种电机的方法。

特别地，本发明涉及一种利用永磁体助力磁阻的同步电机，该永磁体不含稀土，其具有条带有闭合槽的定子，该闭合槽包括通过使用金属板条制成的连续绕组。

已知的电机包括一个固定部，定子；和一个活动部，转子，它们同轴地布置在另一个内部。典型地，转子包括固定在旋转轴上的一组片材，并且被***定子内部，该定子包括电绕组，用于产生使转子旋转的磁场。

定子通常具有环形形状并且包括多个径向槽，在这些径向槽内制造电绕组。

转子片包括用于永磁体的外壳，以及被构造为产生将磁体的磁流引向定子的流动屏障的凹槽。

在利用永磁体助力磁阻的同步电机中，特别是在磁阻电机中，例如在机动车辆领域的应用中，转子与使用稀土制成的永磁体一起使用，这可制造具有有限负担的高性能电机，但随着混合动力汽车和电动汽车的普及，在电子设备和机动车辆领域的使用越来越多，也存在提取成本高、工艺污染和可用性等各种问题。

与性能相关的电机的另一个方面是定子的电绕组。

特别地，为了使定子的电绕组具有闭合槽，使用铜条带是公知的，铜条带在其中心部分弯曲以形成称为“发夹”的发夹状条带，以***到定子的槽中。

当定子和槽的几何形状发生变化以及绕组方案发生变化时，条带的形状和弯曲角度也会发生变化。

这些条带从同一侧***定子的槽中，每个条带的两个端子根据一定的方案***不同的槽中，以获得组成想要的绕组所需的确切线圈数量；从槽中伸出的条带的端部通过扭转工艺弯曲，以防止它们脱出，然后在从焊接区域去除绝缘材料后相互焊接，以在不同的铜条带之间建立正确的连接，从而形成定子绕组。

这个已知的过程以通过树脂绝缘焊接区域结束。最后，通过将定子和条带的末端浸入树脂中，使它们成为一体。

用这种通过使用发夹制造绕组的已知工艺制造的定子存在一系列问题，这是由绕组中存在的几个焊点引起的，这导致电流通过的电阻增加，并且由于工艺复杂性，需要对焊接进行多种质量控制，由于难以将其***定子槽，特别是闭合槽，具有与如需要用树脂绝缘绕组、工艺复杂性和对可用于条带的长度限制等相关的问题。

本发明的目的是通过利用永磁体助力磁阻的同步电机和制造这种电机的方法来解决这些问题，其允许制造允许使用不含稀土的永磁体的转子，从而由于定子绕组中存在的焊点数量急剧减少，而提高电机的效率，通过树脂的绝缘性降低，绕组中电流通过的阻力降低，扭转过程的去除，工艺中质量控制的降低，使得有可能在定子上获得具有更大有效长度的绕组，成本更低，绕组更好地填充槽，并且通常制造的电机的效率更高。

本发明的上述和其它目的和优点，如将由以下描述得出的，通过如独立权利要求中要求保护的利用永磁体助力磁阻的同步电机以及用于制造这种电机的方法来获得。

本发明的优选实施例和重要变化是从属权利要求的主题。

所有随附的权利要求均旨在为本说明书的组成部分。

很明显，如所附权利要求所示，可以对所描述的内容进行许多变化和修改（例如与形状、尺寸、结构和具有等效功能的部件有关），而不脱离本发明的范围。

本发明将通过参考附图作为非限制性示例提供的一些优选实施例来更好地描述，其中：

图1示出了本发明电机的定子内部的透视图；

图2示出了本发明电机的定子外部的透视图；

图3示出了用于本发明电机的定子的连续绕组的视图；

图4示出了用于本发明电机的定子的多个连续绕组的视图；

图5示出了本发明的定子内部的示意图；

图6示出了本发明的定子内部的透视图。

图7示出了本发明的具有连续绕组的电机定子的透视图；以及

图8示出了本发明的利用永磁体助力磁阻的同步电机的透视图。

参考附图，下文将描述本发明的具有永磁体辅助的磁阻的同步电机10，例如同步电动机，其包括转子1，转子1包括：片状组件，其紧固在旋转轴上并且包括多个相同的片材3、包括由旋转轴穿过的中心孔2和从片材3的一侧穿过另一侧的多个轴向凹槽6、8。具体地，每个片材3包括：多个第一轴向凹槽6，例如具有梯形、矩形或正方形形状，其基本上沿着径向方向和/或倾斜的径向方向布置，一个在另一个之下并且相互间隔；以及永磁体，优选不含稀土的永磁体，形状为***第一轴向凹槽6中的条；多个第二轴向凹槽8具有基本上径向和/或倾斜的径向方向，它们从第一轴向凹槽6开始并抵达靠近片材3的边缘，以形成流动屏障。

本发明的利用永磁体助力磁阻的同步电机10还包括具有连续绕组的闭合槽的定子15，其包括第一内定子部25，该第一内定子部25包括多个纵向齿26，由空间27隔开，该空间27被构造为使定子的闭合槽14的下部；以及第二外环形定子部35，包括与第一定子部25中的齿26互补并构造成与第一定子部25啮合的多个齿座36，以形成闭合槽14和定子15。特别地，在第二定子部35中获得的所述齿座36被构造为与第一定子部25的齿26啮合，以便通过第一内定子部25及第二外部35的相互滑动（例如沿定子15的轴线方向）形成闭合的定子槽14，形成一个例如燕尾型或其它已知联接型的联接。

本发明的具有闭合槽的定子15包括连续绕组，该连续绕组包括至少一个条带11、21、31，所述条带又包括多个第一扇形体12，所述多个第一扇形体12通过与其交错的多个第二扇形体13相互连接。所述至少一个条带11、21、31被构造为通过将条带11、21、31的第一扇形体12放置在齿26之间的空间27中，而缠绕在第一内定子部25上。在优选的方式中，第一扇形体12相互平行，每个第一扇形体12至少一端连接到第二扇形体13，绕组包括三个相互交错的条带11、21、31。

本发明的利用永磁体助力磁阻的同步电机10的制作工艺包括以下步骤：

以已知方式制造转子1的步骤，该步骤通过制造紧固在旋转轴上并包括多个相同的片材3的层状组件，包括由旋转轴穿过的中心孔2和多个从片材3的一侧穿过另一侧的轴向凹槽6、8，每个片材3包括：多个第一轴向凹槽6，一个在另一个下方并且相互间隔地径向布置，以及永磁体，优选地是不含稀土的永磁体，形状为***第一轴向凹槽6中的条状；还包括多个第二轴向凹槽8具有倾斜的径向方向，它们从第一轴向凹槽6开始并抵达靠近片材3的边缘，以形成流动屏障；

在平面上弯曲至少一个条带的步骤，例如条带的截面边长在1毫米到7毫米之间，条带长度在400毫米到1000毫米之间，以便将至少一个条带11、21、31制成单件。通常用于每个电相的条带11、21、31，例如在三电相流的情况下的三个条带11、21、31，每个条带11、21、31包括多个第一扇形体12，优选地在形状和尺寸上相等并且相互平行，优选地基本上是直线的，并构造成***定子15的闭合槽14内，并通过多个第二弯曲扇形体13相互连接，优选形状和尺寸相互相等，并构造成保持在定子15的闭合槽14外。具体地，第一扇形体12和第二扇形体13相互交错，每个第一扇形体12的至少一端连接到第二扇形体13，优选地，每个第一扇形体12的两端连接到两个不同的第二扇形体13。在优选的方式中，每个条带11、21、31的截面具有定子15的闭合槽14的截面的形状，使得一旦***所述闭合槽14中，条带11、21、31完全填满它们；

设置定子15的步骤，所述定子15包括第一内定子部25，该第一内定子部25包括多个由空间27隔开的纵向齿26，该空间27构造成形成定子的闭合槽14的下部；以及包括定子的第二外环形部35，第二外环形部35包括与第一定子部25的齿26互补的多个齿座36，并且被构造为与第一定子部25啮合以形成闭合槽14和定子15。特别地，在第二定子部35中获得的所述齿座36被构造为与第一定子部25的齿26啮合，以便通过第一内定子部25和第二外部35的相互滑动（例如沿着定子15的轴线方向）形成闭合的定子槽14，以形成例如燕尾型或其他已知的联接类型的联接；

以所述三个相互交错的条带11、21、31的优选方式，通过将至少一个条带11、21、31的第一扇形体12放置在齿26之间的空间27上，在所述至少一个条带11、21、31的第一内定子部25上形成绕组的步骤。特别地，如图5所示，通过第一内定子部25相对于条带11、21、31的相对旋转，条带11、21、31缠绕在第一定子部25上，以使其啮合在第一内定子部25的齿26之间，类似于链条如何啮合到齿轮的齿上。特别地，转数等于槽线圈的数量；

连接（优选通过焊接）每个条带11、21、31的两个自由端11a和11b、21a和21b、31a和31b的步骤；

以已知方式使焊点绝缘的步骤，例如通过滴落沉积的环氧树脂；

将第二外定子部35定位在第一内定子部25上的步骤，使得在第二外定子部35中获得的齿座36通过与第一外定子部25的齿26啮合，形成定子15的闭合槽14；

检查不同电相之间是否存在连接错误、焊接问题或短路问题的步骤；

树脂涂覆步骤，通过将从闭合槽14突出的条带11、21、31的端部和定子15的头部浸入配置为制造定子15和条带11、21、31互为一体的树脂中，避免以后因振动而损坏；

将转子1放置在定子15内的步骤。

有利地，根据本发明的利用永磁体助力磁阻的同步电机10和制造这种电机的方法能够使用包括不含稀土的永磁体的转子；由于绕组中存在的焊点数量大幅减少，使得电机获得更高的效率；通过树脂降低绝缘性，减少绕组中电流通过的阻力，取消扭曲过程，减少过程内部的质量控制，使其可以在定子上获得具有更大有效长度的绕组，成本更低，绕组更好地填充槽，并且通常制造的电机的效率更高。

Claims (10)

1.一种利用永磁体助力磁阻的同步电机（10），包括：

一个转子（1），所述转子（1）包括：

片状组件，其紧固在旋转轴上并且包括多个相同的片材（3），所述片材（3）包括多个轴向通槽（6、8），每个片材（3）包括多个第一个轴向凹槽 （6） 和***所述第一轴向凹槽（6）中的永磁体，优选不含稀土的永磁体；

多个第二轴向凹槽（8），其从第一轴向凹槽（6）开始并抵达靠近片材（3）的边缘，以形成流动屏障；

具有连续绕组的闭合槽的定子（15），所述连续绕组包括

第一内定子部（25），该第一内定子部（25）包括多个由空间（27）隔开的纵向齿（26），所述空间（27）构造成形成所述定子（15）的所述闭合槽（14）的下部；

第二外环形定子部（35），包括与所述第一定子部（25）中的所述齿（26）互补并构造成与所述第一定子部（25）啮合的多个齿座（36），以便形成所述闭合槽（14）和所述定子（15）；

一个连续绕组，包括至少一个条带（11、21、31），包括多个第一扇形体（12），所述多个第一扇形体（12）通过与其交错的多个第二扇形体（13）相互连接，所述至少一个条带（11、21，31）被构造成通过将所述第一扇形体（12）放置在所述齿（26）之间的所述空间（27）中，而缠绕在所述第一内定子部（25）上。

2.根据权利要求1所述的利用永磁体助力磁阻的同步电机（10），其特征在于，所述永磁体不含稀土。

3.根据权利要求1或2所述的利用永磁体助力磁阻的同步电机（10），其特征在于，在所述第二定子部（35）中获得的所述齿座（36）被构造为与所述第一定子部（25）的齿（26）啮合，以便通过所述第一内定子部（25）和所述第二外部（35）的相互滑动形成所述封闭的定子槽（14）。

4.根据前述权利要求中任一项所述的利用永磁体助力磁阻的同步电机（10），其特征在于，所述第一扇形体（12）相互平行，每个第一扇形体（12）的至少一端连接到第二扇形体（13），并且所述绕组包括三个相互交错的条带（11、21、31）。

5.一种制造利用永磁体助力磁阻的同步电机（10）的方法，包括以下步骤：

通过制造包括多个相同片材（3）的片状组件来制造转子（1）的步骤，包括多个轴向通槽（6、8），每个片材（3）包括：多个第一轴向凹槽（6），以及***所述第一轴向凹槽（6）中的永磁体，以及多个第二轴向凹槽（8），所述第二轴向凹槽（8）从所述第一轴向凹槽（6）开始并抵达靠近片材（3）的边缘，形成流动障碍；

在平面上弯曲至少一个条带以将至少一个条带（11、21、31）制成单件的步骤，所述条带（11、21、31）包括多个第一扇形体（12），其被构造为***定子（15）的闭合槽（14）内，并通过多个第二弯曲扇形体（13）相互连接，所述第二弯曲扇形体（13）被构造为保持在所述定子（15）的所述闭合槽（14）外；

设置所述定子（15）的步骤，所述定子（15）包括

第一内定子部（25），所述第一内定子部（25）包括多个由空间（27）隔开的纵向齿（26），所述空间（27）被构造形成所述定子的所述闭合槽（14）的下部；以及

所述定子的第二外环形部（35），包括与所述第一定子部（25）的所述齿（26）互补并被构造为与所述第一定子部（25）啮合，以形成所述闭合槽（14）和所述定子（15）；

在所述至少一个条带（11、21、31）的第一内定子部（25）上进行绕组的步骤，将所述条带（11、21、31）的所述第一扇形体（12）放入所述齿（26）之间的所述空间（27）内；

连接每个条带（11、21、31）的所述两个自由端（11a、11b；21a、21b；31a、31b）的步骤。

6.根据权利要求5所述的制造利用永磁体助力磁阻的同步电机（10）的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

绝缘所述焊点的步骤；

检查是否存在连接错误、焊接问题或短路问题的步骤。

7.根据权利要求5或6所述的制造利用永磁体助力磁阻的同步电机（10）的方法，其特征在于，所述第一扇形体（12）与所述第二扇形体（13）相互平行并交错，每个第一扇形体（12）的至少一端连接到所述第二扇形体（13）。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的制造利用永磁体助力磁阻的同步电机（10）的方法，其特征在于，制造所述三个条带（11、21、31），并在第一内定子部 （25）上相互交错缠绕。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的制造利用永磁体助力磁阻的同步电机（10）的方法，其特征在于，包括用于每个电相的条带（11、21、31）。

10.根据权利要求5至9中任一项所述的制造利用永磁体助力磁阻的同步电机（10）的方法，其特征在于，在制造所述绕组的步骤中，通过第一内定子部（25）相对于所述条带（11、21、31）的相对旋转，所述条带（11、21、31）在所述齿（26）之间的所述空间（27）中缠绕在所述第一定子部（25）上。

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