具有減少的線圈配置的電機定子的製作方法

2023-05-15 18:32:11

具有減少的線圈配置的電機定子的製作方法
【專利摘要】一種具有減少的線圈配置的電機定子。提供了一種用於在機器中使用的電機。該電機包括分段定子，所述分段定子包括磁隔離的晶片段。
【專利說明】具有減少的線圈配置的電機定子
【技術領域】
[0001]本發明一般涉及用於在機器中使用的電動機。本發明更特別涉及具有包括磁隔離晶片段的分段定子的電動機。
【背景技術】
[0002]本領域的普通技術人員將會理解，電動機經常用在諸如洗碗機和洗衣機的家用電器中。例如在洗衣機中，電動機可用於導致洗衣籃的旋轉以攪動包含在其中的衣服。雖然可使用各種電機部件布置，但電動機的一個已知實施例包括至少部分地沿徑向位於轉子內側的定子。雖然可使用其它名稱，但具有這種配置的電動機通常稱為外轉子電機或外部轉子式電機。在另一個已知實施例中，提供了經常但不完全稱為內轉子電機的電機，在其中定子至少部分地沿徑向位於轉子外側。仍在另一個已知實施例中，提供了如下電機，在該電機中定子至少部分地沿徑向位於轉子部件之間使得在轉子和定子之間形成內部和外部圓周氣隙。除了其它方面，這種電機可稱為雙氣隙電機或雙轉子電機。在具有上述任何類型的電動機的洗衣機的情況下，通常將轉子耦接到洗衣籃上，而將定子固定到安裝有輪轂的桶上，將該桶耦接到固定的洗衣機外桶上。為避免對用戶的潛在電擊，將定子以與桶電隔離的這種方式來安裝。
[0003]電動機的定子通常包括芯和多個線圈。傳統上芯採用通常環形的形式並且由諸如鐵或鋼的鐵磁金屬組成。定子的線圈通常由多次圍繞芯的導電線的繞組形成。通常在芯和線圈之間提供電絕緣。

【發明內容】

[0004]根據本發明的一個方面，提供了用於在電機中使用的分段定子。該定子包括芯和繞線(wiring)。該芯包括多個弧形布置的磁隔離片段。將該繞線圍繞每個片段卷繞。每個片段包括一對被隔開的通常為徑向的臂以及在臂之間延伸並且互連臂的軛鐵。
[0005]根據本發明的另一方面，提供了用於在機器中使用的電機。該電機包括轉子和分段定子。該轉子可圍繞軸旋轉。該定子包括芯和繞線。該芯包括多個弧形布置的磁隔離片段。將該繞線圍繞每個片段卷繞。每個片段包括一對被隔開的通常為徑向的臂以及在臂之間延伸並且互連臂的軛鐵。
[0006]除了其它方面，提供圍繞軛鐵的環形繞組使得每個線圈的磁通增加，所述軛鐵在每個磁隔離的定子片段的通常徑向的臂之間延伸並且連接該臂。
[0007]提供這個概要以簡化的形式以引入概念選擇。下面在優選實施例的詳細說明中進一步描述這些概念。本概要並不旨在識別所要求主題的關鍵特徵或根本特徵，也不旨在用於限制所要求主題的保護範圍。
[0008]從優選實施例的以下詳細說明和附圖中，本發明的各種其它方面和優點將顯而易見。【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]下面參考附圖詳細描述本發明的優選實施例，其中:
[0010]圖1是根據本發明的第一實施例原理構成的機器和電機部分的局部剖面頂視圖；
[0011]圖2是圖1的機器和電機部分的局部剖面側視圖；
[0012]圖3是圖1和圖2的機器和電機部分的分解的局部剖面頂部透視圖，特別說明安裝和組裝結構；
[0013]圖4是圖1-3的轉子部分的放大的頂部透視圖；
[0014]圖5是在圖4中示出的轉子部分的底部透視圖；
[0015]圖6是在圖4和圖5中示出的轉子部分的局部剖視圖；
[0016]圖7是包括圖1-3的定子和基板組件的放大的底部透視圖；
[0017]圖8是圖7的定子和基板組件的頂部透視圖；
[0018]圖9是圖7和圖8的定子和基板組件的分解的底部透視圖，特別說明形成定子的定位銷和弧形部分；
[0019]圖10是圖7-9的定子和基板組件的不完全剖面頂視圖，特別說明在定子片段、線圈、定位銷和轉子的永久磁體之間的關係；
[0020]圖11是在圖9中示出的一個弧形部分的分解的側面透視圖，特別說明在片段、框架和線圈之間的關係；
[0021]圖12是圖1-3和圖7-11的定子片段的放大的內部徑向頂部透視圖；
[0022]圖13是圖12的定子片段的外部徑向頂部透視圖；
[0023]圖14是圖12和圖13的定子片段的頂視圖；
[0024]圖15是根據適用於在屬於本發明保護範圍內的各種電機實施例中的任何一個使用的替代定子實施例而構成的多個定子片段和互連橋的頂視圖；
[0025]圖16是根據本發明第二實施例構成的轉子部分的頂部透視圖；
[0026]圖17是在圖16中示出的轉子部分的局部剖視圖；
[0027]圖18是包括根據本發明第二實施例構成的定子和基板組件的放大的底部透視圖；
[0028]圖19是圖18的定子和基板組件的不完全剖面頂視圖，特別說明在定子片段、線圈、定位銷和轉子的永久磁體之間的關係；
[0029]圖20是圖18和圖19的定子的一個弧形部分的分解的側面透視圖，特別說明在片段、框架和線圈之間的關係；
[0030]圖21是圖18-20的定子片段的放大的內部徑向頂部透視圖；
[0031]圖22是圖21的定子片段的頂視圖；
[0032]圖23是根據本發明第三實施例構成的定子的底部透視圖；
[0033]圖24是共同形成圖23的定子的一個弧形部分的放大的側面透視圖；
[0034]圖25是圖24的一部分弧形部分的圓周正視圖，特別說明定位銷和突起的相互接合；以及
[0035]圖26是圖24的一個弧形部分的分解的側面透視圖，特別說明在片段、框架、定位銷和突起，以及線圈之間的關係。
[0036]附圖不將本發明限制為在此公開和描述的特定實施例。附圖不必按比例，而是重點放在清楚地說明優選實施例的原理上。
【具體實施方式】
[0037]本發明允許有許多不同形式的實施例。雖然附圖示出並且說明書描述了本發明的某些優選實施例，但應該理解到，這種公開僅是舉例的方式。並不旨在將本發明的原理限制為特定的公開實施例。此外，雖然在此沒有提供可能通過選自下面描述的實施例的特徵組合而作出的眾多實施例的詳盡說明，但這種混合或組合的實施例完全落入本發明的保護範圍內。
[0038]首先參考圖1-3，其示出了用於在具有安裝區域12的機器中使用的根據本發明第一優選實施例而構成的電機10。該機器可適合為各種類型中的一種,包括但不限於洗衣機、風扇、發電機以及諸如自行車的運動器械。
[0039]如在圖1-3中所最優示出的，電機10優選地是大體上包括轉子14和定子16的雙轉子電機。如將要描述的，在本實施例中定子16位於轉子14的部分之間以限定一對沿徑向被間隔開的沿圓周延伸的氣隙。
[0040]繼續參考圖1-3，該轉子14包括在機器連接端20處可連接到機器的可旋轉軸18。優選地，該轉子14的旋轉軸與可旋轉軸18的軸同軸，其中共用軸進一步與定子16的幾何中心重合。然而可允許對偏移的軸和/中心進行限定。
[0041]如在圖4、6和10中所最優示出的，轉子14同樣包括外部的多個弧形隔開的永久磁體22和內部的多個弧形隔開的永久磁體24。外部的墊圈26從外部磁體22沿徑向向外定位，而內部的墊圈28從內部磁體24沿徑向向內定位。優選地，每個墊圈26、28包括將圍繞合適的圓周纏繞五次的金屬片，使得每個墊圈26、28包括五層(為了清楚起見，未示出墊圈26、28的各個層)。優選地，該金屬包括鐵。然而該墊圈包括不同數量的層或單一的層和/或包括落入本發明保護範圍內的各種材料中的一種或多種。根據本發明的一些方面可以完全移除墊圈。
[0042]墊圈26、28和磁體22、24優選地位於轉子屏蔽罩(rotor can)30內並且由轉子屏蔽罩30支撐。轉子屏蔽罩30連接到中央耦合器32，所述中央耦合器32連接到軸18。如在圖4-6中所最優示出的，轉子屏蔽罩30優選地包括限定中央開口 36的軸支承柱34，在該中央開口 36中將耦合器32插入並且藉助於幹預螺銷38將耦合器32固定以防止在其間的相對旋轉。然而，可允許彼此旋轉地固定容器30和耦合器32的各種部件。例如轉子屏蔽罩可以具有中央開口，該中央開口具有與在耦合器上的外花鍵嚙合的花鍵內圓周表面。
[0043]該中央耦合器32同樣固定到軸18使得軸18、耦合器32、轉子屏蔽罩30、墊圈26、28，以及永久磁體22、24都一起旋轉。在所示出的實施例中，雖然諸如幹預螺銷的其它合適部件可被納入以彼此旋轉地固定軸18和耦合器32，但軸18具有與在耦合器32上的多個內花鍵42嚙合的花鍵端40。
[0044]優選地，該轉子屏蔽罩30包括從支承柱34沿徑向突出的中央底壁44以及從底壁44沿軸向向上和向下突出的沿圓周延伸的內支撐壁46。包括內託盤壁50、底託盤壁52以及外託盤壁54的環形託盤48優選位於底壁44下面並且沿徑向位於內支撐壁46外側。內託盤壁50的上表面限定了從內支撐壁46沿徑向向外延伸的內圓周架56。同樣,夕卜圓周架58由外託盤壁54的上表面限定。外圓周架58從沿圓周延伸的外支撐壁60沿徑向向內延伸，該外支撐壁60從外架58沿軸向向外延伸。在第一優選實施例中，內架56支撐內墊圈28和內部的多個磁體24，而外架58支撐外墊圈26和外部的多個磁體22。
[0045]託盤48優選包括在電機10操作期間以及操作之後用於冷卻定子16的多個通風孔62。同樣，雖然未示出這種配置，但包括當轉子運動時多個可操作以擾動鄰近空氣以便進一步協助冷卻的葉片的轉子屏蔽罩處於本發明的保護範圍內。最終，在不背離本發明的保護範圍情況下，可以使用各種替代轉子屏蔽罩配置中的任何一種。
[0046]雖然該轉子屏蔽罩30可替代地由本發明保護範圍內的各種材料中的一種或多種製成，但該轉子屏蔽罩30優選由塑料製成。此外，雖然在不背離本發明精神的情況下滾珠軸承或完全不同的旋轉隔離機構可用於同樣的效果，但轉子14優選在機器的安裝區域12上由一對襯套64、66旋轉地支撐。
[0047]定子16優選包括包含多個磁隔離片段70的通常為環形的芯68，以使在片段之間的磁通洩漏最小化。如在此所使用的，術語「磁隔離的」和「磁隔離」應該被解釋為如下的意思:(I)將片段隔開(不具有在其間延伸的導磁元件)或(2)當電機運轉時，流過互連導磁元件的磁通不大於流過一對片段中的任意一個的最大磁通的約10%，該互連導磁元件在一對相鄰的片段之間延伸並且將該相鄰的片段連接。在磁隔離的限定情況下，無論何時在相鄰片段之間形成間隙，即使該間隙部分被各種結構(其可能導磁或可能不導磁)中的任何一種或多種佔據，相鄰的定子片段都被隔開。在這種特定的布置中唯一重要的是該結構與片段不直接接觸。只要這樣的互連結構基本上不導磁(例如塑料、絕緣鐵磁材料等)，則即使當結構在相鄰的定子片段之間延伸並且連接該相鄰的定子片段時，相鄰的定子片段同樣應認為被隔開(以使其磁隔離)。
[0048]在圖7-14中所示出的實施例中，通過弧形隔開的片段70影響磁隔離。如在圖12-14中所最優示出的，片段70優選各包括一對隔開的臂72、74以及基本上沿圓周延伸的軛鐵76，該軛鐵76在臂72、74之間延伸並且互連臂72、74。優選地，每個臂72包括在基本上相反的方向上分別從軛鐵76延伸的外臂和內臂部分78、80。同樣地，每個臂74優選包括在基本上相反的方向上分別從軛鐵76延伸的外臂和內臂部分82、84。每個片段70因此優選具有類似H的形狀。
[0049]雖然該軛鐵76和該臂72、74優選為直的，但包括逐漸的方向變化(例如曲線)、離散的方向變化(例如鋸齒形或階梯形)或上述組合的軛鐵和/或臂同樣處於本發明保護範圍內。
[0050]繼續參考圖12-14，每個臂部分78、80、82、84優選包括在其端部朝向相鄰的臂部分78、80、82、84延伸的相應冠部86、88、90、92。然而，在替代方向上延伸的每個冠部86、88、90、92處於本發明的保護範圍內。例如每個冠部86、88、90、92可遠離相鄰的臂部分78、80、82、84垂直延伸。
[0051]每個冠部86、88、90、92優選呈現相應的邊緣94、96、98、100。邊緣94、98限定在其間的第一間隙102，而邊緣96、100限定在其間的第二間隙104。對於每個片段70，臂部分78、82 (包括冠部86、90)和軛鐵76共同限定外繞線通路106 ;而臂部分80、84 (包括冠部88、92)和軛鐵76共同限定內繞線通路108。
[0052]該冠部86、90優選分別包括曲面的最外片段表面110、112，該表面110、112共同呈現定子16的不連續沿徑向的最外圓周面114。冠部88、92優選包括最內片段表面116、118，該表面116、118共同呈現定子16的不連續沿徑向的最內圓周表面120。
[0053]此外，每個片段70優選呈現上表面122，下表面124以及兩個外側面126。如將在下面更詳細討論的，每個外側面126優選包括一對槽128、130。
[0054]片段70優選包括諸如鋼的鐵磁材料並且優選為層疊結構。疊片優選彼此電絕緣以便當電機10運轉時減少在其間流動的電渦流的形成。然而，包括替代材料並且是替代結構的片段70處於本發明的範圍內。例如，每個片段70可包括整體形成的由鐵組成的，或以對本領域技術人員已知的這些或其它變化的組合為特徵的非絕緣疊片。
[0055]互連的至少一些定子片段70同樣處於本發明的保護範圍內。如在圖15中所示出的，例如相鄰的定子片段70可以經由互連元件或橋131互相連接。在這個實施例中，橋131導磁(意為該片段在技術上不被隔開)。然而，對橋131和片段70設定尺寸並且配置使得當電機運轉時在通過互連橋131的相鄰片段70之間穿過的總磁通不大於流過一對相鄰片段70中任意一個的最大磁通的約10%。也就是說，雖然相鄰的片段70互連，但根據上面的定義將它們磁隔離。
[0056]在示出的實施例中，每個橋131與相鄰的片段70整合。這種配置特別很適合於與層疊定子一起使用，例如在該層疊定子中該橋整體形成並且對應於一個或多個定子片段疊片。在這種情況下，提供一個橋或多個橋使得簡化的製造方法和提高的易操作性成為可能。更特別地，在優選實施例中，多個互連的片段疊片和相應的橋的一層或多層可同時從給定的層疊片衝壓出，其中在由橋的一層或多層衝壓之後，可使互連的片段疊片保持在適當的位置。當層疊定子組裝時，同樣由一個橋或多個橋片段將本身保持在適當位置。
[0057]在優選實施例中，每個橋131在相應的片段70之間從上表面122延伸到下表面124。然而，僅沿著相應片段的部分軸向高度延伸或沿軸向不連續的一個或多個橋處於本發明的保護範圍內。例如橋層可 能在每個其它的疊片中形成使得作為整體的橋包括軸向間隙；或橋可能僅從沿軸向的上半部分定子疊片中形成。
[0058]在單--對相鄰片段之間提供的沿徑向或沿橫向的多部分橋同樣處於本發明的
範圍內。例如第一橋部分可在沿徑向的外部區域之間延伸並且第二橋部分可在相應一對片段的沿徑向的內部區域之間延伸，而不是單一部分的橋在一對片段的相應中間區域之間延伸，如在圖15中所示出的。
[0059]更進一步，從相應片段離散提供的互連元件或橋處於本發明的保護範圍內。也就是說，導磁互連元件可以替代地與片段分離形成。這種離散的互連元件可包括與相應片段相同的材料或是不同的材料。此外，該離散的互連元件可以由各種部件中的任何一種或多種(包括但不限於壓配、燕尾榫、T形接頭、粘合劑以及焊接)在片段之間定位。
[0060]如在圖7中和其它附圖所示出的，在組裝的定子16中，布置片段70使得芯68採用通常為環形的形式。雖然具有如所示出的通常為圓形的內表面和外表面的環形芯處於如在此所使用的描述項「通常為環形的」的情況下，但「通常為環形的」不應限於上述的芯形狀，而相反被解釋為包括具有中央開口的任何合適的形狀。根據本發明的某些方面，例如內表面和/或外表面可以是多邊形的形狀，其中因此根據需要對轉子調整。
[0061]最優選地，每對相鄰的片段70以在其間形成的開放的無障礙空間132間隔開。然而在其它情況下可能存在障礙，同時仍保持相鄰片段70的間隔關係。例如在一個替代實施例中，可通過使用諸如塑料插入物、非可伸縮膠帶或硬纖維的一個或多個保持構件(未示出)，對定子16提供額外的剛性。如果需要的話，該保持部件可以位於或鄰近定子16的最外圓周面114和/或最內圓周表面120。在Horst等人的美國專利公開N0.2011/0140567中詳細討論了這種類型的潛在方法，該專利公開整體合併於此以供參考。應該理解這種結構和技術一般可用於在此所公開的每個優選實施例，並且可用於落入本發明保護範圍內但沒有特別提到的其它實施例。
[0062]在第一實施例中並且如在圖7和圖11中所最優示出的，上框架134和下框架136分別位於定子片段70的上表面122和下表面124鄰近處，以使得至少部分覆蓋上表面和下表面122、124。每個框架134、136優選包括位於軛鐵76鄰近處的相應的沿圓周延伸的橫杆138、140。每個框架134、136同樣優選包括相應的多個弧形布置的沿徑向突出的翼片(tab)142、144，該翼片142、144跨越在相鄰的片段70之間的空間132並部分地覆蓋相鄰於相應空間132的臂72、74。優選地，每個翼片142、144包括從相應的橫杆138、140沿徑向向外延伸的外片段146、148，以及從相應的橫杆138、140沿徑向向內延伸的內片段150、152。每個翼片142、144同樣優選包括通過相應的外片段146、148形成的相應外孔154、156，以及通過相應的內片段150、152形成的相應內孔158、160。
[0063]優選地，雖然在不背離本發明保護範圍的情況下可以使用各種材料或其混合物中的任何一種，但框架134、136包括諸如三聚氰胺、聚碳酸酯或另外的合成樹脂的電磁絕緣材料。此外，雖然優選兩個框架，但使用的單一框架或不使用框架處於本發明的保護範圍內；並且翼片可不同於上面描述配置或被完全排除。
[0064]如在圖9和圖11中所最優示出的，每個框架134、136優選地包括相應的多個框架部分162、164。每個框架部分162、164與相應的多個片段70相關聯，其中每個框架部分162、164及其關聯的定子片段70共同形成弧形部分166的一部分。
[0065]如在圖9中所最優示出的，每個框架部分162、164優選包括相應的內接合突起168、172和外接合突起172、174，其中該接合突起168、172和170、174位於沿圓周相反的每個框架部分162、164的端部。如在圖11中所示出的，通過每個內接合突起168、170形成相應的內孔176、178 ;而通過每個外接合突起172、174形成相應的外孔180、182。當組裝弧形部分166時，每個上框架部分162的內突起168與相鄰的上框架部分162的外突起172鄰接。同樣，如在圖7中最清楚示出的，當組裝弧形部分166時，每個下框架部分164的內突起170與相鄰的下框架部分164的外突起174鄰接。
[0066]每個弧形部分166通過附加繞線184來完成以形成在每個軛鐵76周圍的環形線圈186，其中繞線184依次和線圈186分別穿過外繞線通路和內繞線通路106、108。繞線184優選基本上包括多個導電線。雖然使用諸如鋁線的其他類型的導線處於本發明的保護範圍內，但優選銅線。導線可以具有或可以不具有塗層。在示出的實施例中，該線圈186僅示意性示出。然而在實際中，線圈186將包括繞線184的多個繞組。按照慣例，在根據電機10相位的特定模式中將繞線184卷繞在片段70周圍。
[0067]在利用導磁互連元件(諸如橋131)的實施例中，優選互連元件存在於給定的弧形部分166內的每對片段70之間；但在第一弧形部分166的片段70和第二弧形部分166的片段70之間不提供互連元件。然而可允許在不背離本發明保護範圍的情況下，使互連元件存在於部分166之間，存在於給定的部分166內的僅一些片段70的對之間，或存在於給定的部分內(例如非相鄰對的片段70)的其它組片段70之間。[0068]優選地，電動機10是包括A相、B相和C相繞組的三相電動機。如在圖7中所示出的，相位調整從每個線圈186向下一個線圈變化，其中第一線圈186a具有A相繞組，相鄰於第一線圈186a的第二線圈186b具有B相繞組，以及相鄰於第二線圈186b的第三線圈186c具有C相繞組。該模式然後重複用於下一組三個線圈。
[0069]當將繞線184依次和線圈186通電時，通過每個片段70和相鄰的永久磁體22、24限定磁通通路。對於給定的片段70，磁通通路沿著第一外臂部分78，通過一個外部永久磁體22，沿著第二外臂部分82，以及通過軛鐵76來延伸。另一個磁通通路沿著第一內臂部分80，通過一個內部永久磁體24，沿著第二內臂部分84，以及通過軛鐵76來延伸。假設其它參數保持不變，磁通量因此在每個片段70的軛鐵部分76中最大，並且大於使用單一的多個永久磁體可實現的磁通量。
[0070]在理想情況下，對於被隔開的片段70，將磁通完全約束於上述的一個通路中，其中在每個片段70的軛鐵部分76中發生最大磁通，並且幾乎沒有耦合在相鄰的片段70之間的磁通。相信可以希望獲得「完美的磁隔離」，其中在片段之間完全沒有磁通耦合。然而在正常的操作條件下，不會得到這樣的理想情況。相反，即使提供足夠的空間使得耦合非常低或忽略不計，一定程度的磁通還是在片段之間流過。磁通耦合的程度在很大程度上將取決於空間132的尺寸以及填充空間132的空氣或其它氣體或流體的磁導率(如以亨利每米，牛頓每平方安培，或這些類似單位測量)。在空間132中的任何障礙物的幾何尺寸和磁導率同樣將發揮作用。在提供用於導磁互連元件或橋131的片段70的情況下，例如磁通耦合量將在很大程度上取決於空間132的尺寸、空間內空氣的磁導率、橋的橫截面面積以及橋的磁導率。甚至對於利用一般認為不導磁的插入物的實施例，磁通耦合量同樣如此取決，其中該插入物的磁導率是關鍵因素。
[0071]優選地，配置電機10使得實現十個極對十二個槽或十四個極對十二個槽(或這些極槽組合中的一個的整數倍)的極槽組合。例如在示出的第一實施例中，提供了十八個H形的定子片段70以使得存在三十六個槽，而不是傳統上由十八個定子齒表示的十八個槽。還提供了十四個外部磁體22和十四個內部磁體24。磁體22、24以這樣的方式取向以共同呈現四十二個磁極。因此相對於三十六個定子槽提供了總計四十二個磁極，因此實現所需的十四個極對十二個槽的比率。在替代實施例中(未示出)，可能提供三十個磁極和三十六個定子槽，與同樣適當的十個極對十二個槽的比率一致。最終，在不背離本發明保護範圍的情況下，可以使用滿足優選的極與槽的比率的無限數量的極槽組合中的任何一種。
[0072]雖然線圈186提供了將框架134、136固定到片段70上的一種方式，但框架134、136和片段70可使用諸如膠水的粘合劑或使用額外固定的其它手段來額外固定。
[0073]如以上簡要所述的，框架134、136優選包括電磁絕緣材料。對於與線圈186的定子芯體68的絕緣以及對於來自芯68的磁通洩漏的最小化來說，這種材料選擇是可取的。然而，雖然上述的框架134、136的使用優選用於提供絕緣，但由包括但不限於粉末塗層、離散的非導電磁的翼片或殼體以及塑料包覆成型的其它手段提供的絕緣處於本發明的保護範圍內。
[0074]優選通過基板188促進形成環形線圈的片段70的適當定位，該基板188包括:底座190 ;多個沿軸向突出的弧形隔開的內定位銷192 ;以及多個沿軸向突出的弧形隔開的外定位銷194。優選地，底座190分別包括對應於內定位銷和外定位銷192、194的多個內開口和外開口 196、198，其中將每個銷192、194的一端插入相應的一個開口 196、198。雖然所示的實施例示出了壓配合，但擰進底座，粘附到底座上，或以任何其它方式連接到底座的與底座整合的銷處於本發明的保護範圍內。
[0075]當將片段70和框架134、136布置作為組裝的定子16的一部分時，通過定位銷192、194將它們限制在它們的橫向運動中。更特別地，如在圖10中所最優示出的，每個外銷194優選通過相應對的上部和下部的外孔154、156或180、182延伸，並且由此在每兩個相鄰片段70的槽128內被部分接收。同樣,每個相應的內銷192通過相應對的上部和下部內孔158、160或176、178延伸，並且由此在每個相同的兩個相鄰片段70的槽130內被部分地接收。
[0076]如在圖9中所最優示出的，每個銷192、194優選分別包括沿圓周擴展的基架200、202，該基架200、202具有大於相應的孔154-160和176-182直徑的直徑。此外，每個外銷194包括端部204，螺母206可用螺紋接合(螺紋未示出)到端部204上。基架200、202確保除了防止弧形部分166沿軸向向上移位之外，還提供在弧形部分166和底座190之間的間隙(例如參見圖8)。螺母206防止弧形部分166沿軸向向下的移位。
[0077]在優選實施例中，底座190包括經由底座形成的多個安裝孔208。如在圖3中所最優示出的，第一多個緊固件210通過安裝孔208延伸並進入多個中間連接器214的相應的下部212。除了在安裝區域12中形成的多個安裝孔222的相應孔中可滑動相互安裝的上部220之外，每個中間連接器214還同樣優選包括對在安裝之後與機器的安裝區域12齊平定位的鄰接區域218進行限定的中間部分216。當第二多個緊固件224向下通過安裝區域12的安裝孔222，並且進入中間連接器214的上部220中的開口 226插入時完成安裝。
[0078]在定子16組裝的優選方法中，首先相對於關聯的片段70定位框架部分162、164，並且如果使用粘合劑或其它輔助固定部件，則將框架部分162、164固定到其上。然後根據前面描述的相位調整模式將繞線184卷繞在片段70和框架部分162、164周圍以使弧形部分166完整。然後將弧形部分166放置在基板188上，使得內定位銷和外定位銷192、194通過框架138、140的孔154-160和176-182並且在片段70之間延伸，如前面所述。來自相鄰弧形部分166的繞線184然後連接到完成的定子16的組件上。
[0079]在圖16-22中示出了第二優選的電機實施例。首先應注意的是，除了下面要詳細討論的某些例外，第二實施例的許多電機元件與關於第一實施例的電機10在上面詳述的那些元件相同或非常類似。因此，為了簡化和清楚起見，在此一般將避免多餘的說明和編號。除非另有規定，否則關於第一實施例的元件的詳細說明因此將理解為一般也至少適用於第二實施例。
[0080]現轉到圖16和圖17，提供了轉子屏蔽罩310。該轉子屏蔽罩310優選支撐外部多個弧形隔開的永久磁體312和外墊圈314。將轉子屏蔽罩310配置為與諸如在圖18中示出的定子316 —起使用。與第一實施例的H形片段70相反，第二實施例的磁隔離片段318具有在圖20-22中所最優示出的類似U的形狀。上框架和下框架320、322分別適於與U形片段318 —起使用並且支撐片段318，同時同樣使片段318與線圈324絕緣。此外，如同樣適用於第一實施例的H形片段70，相鄰的片段318可被隔開，如所示出的其中開放的無障礙空間處於其間。片段70可以替代地具有在其間的障礙，該障礙保持相鄰片段的間隔關係，或用作導磁互連元件(諸如橋)。[0081]雖然所示的第二實施例示出了外轉子配置，但相反取向的片段318以及從片段318沿徑向向內提供的多個磁體312以使實現內轉子電機配置處於本發明的保護範圍內。此外，在不背離本發明保護範圍的情況下，片段318可以以從示出獲得的方式定形，包括提供參考第一實施例的H形片段70如前面描述的曲面或鋸齒狀軛鐵和/或臂。具有在至少一對臂之間延伸的軛鐵的其它片段設計同樣處於本發明的保護範圍內。
[0082]在圖23-26中示出了第三優選的電機實施例。應該注意的是，除了下面詳細討論的某些例外，許多第三實施例的電機元件與關於第一實施例的電機10和/或第二實施例的電機的上面詳述的那些元件相同或非常類似。因此，為了簡化和清楚起見，在此一般將避免多餘的說明和編號。除非另有規定，否則關於第一和第二實施例的上述元件的詳細說明因此應理解為一般至少同樣適用於第三實施例。
[0083]首先轉到圖23，明顯相對於對於第一和第二實施例示出的那些部件修改了使多個定子片段410適當定位以形成環形線圈並且將定子412安裝到機器上的部件。更特別地，提供了上框架414和下框架416，其中上框架414包括多個弧形布置的上定位銷418，而下框架416包括相應的多個下定位突起420。如所示出的，在優選的實施例中，將銷418、420沿著相應框架414、416的徑向外部來布置。然而，在框架上可使銷沿徑向位於中心，沿著徑向內部定位，或在不背離本發明保護範圍的情況下以一些其它方式來定位。每個框架同樣可包括一個或多個額外的多個銷。例如，上框架和下框架兩者都可包括相應的沿徑向的內部和沿徑向的外部的多個定位銷。
[0084]優選地，雖然狹窄區域422和凹部424同樣可有利地位於底部突起420和頂銷418上，但每個頂銷418包括經配置以在相應的底部突起420中的凹部424內固定的狹窄區域422。此外，銷可從底部框架突出，並且該突起可從頂部框架延伸。甚至進一步地，銷和突起可彼此相同。
[0085]如在圖25中所最優示出的，優選狹窄區域422的長度和凹部424的深度如此使得狹窄區域422不在凹部424中觸底反彈(bottom out)。這種實施例使得實現影響定子片段410的軸向尺度的疊片堆疊高度變化的調節的靈活性。然而，在銷418和突起420之間的任何各種連接部件的使用或可替代地完全無連接部件的使用處於本發明的保護範圍內。
[0086]除了提供銷418和突起420，框架414、416同樣提供相應的安裝結構426、428，該結構426、428被配置為接收並支撐用於將電機410安裝到機器上的多個緊固件430。
[0087]雖然銷418和突起420以及安裝結構426、428可與相應的框架414、416整體形成，但作為通過本領域中已知的任何方式可附接到相應的框架414、416上的離散對象的銷410、突起420和/或安裝結構426、428處於本發明的保護範圍內。此外，雖然所示的實施例利用H形的定子片段410，但如前面所述同樣可使用U形或其它片段。
[0088]雖然以上說明提出本發明的優選實施例的特徵，但與本發明原理一致，同樣可創建其它優選實施例。此外，如前面所述，儘管已經獨立地呈現為以上說明中單獨實施例的一部分，但在一些情況下可以通過一起使用可兼容特徵的組合來實現這些其它優選實施例。
[0089]上述本發明的優選形式僅被用作說明，並且不應當在解釋本發明的保護範圍中具有限制意義。在不背離本發明精神的情況下，如上文所述的示例性實施例的明顯修改可由本領域技術人員輕易作出。
[0090]由此本發明人指出他的意圖在於依據等同原則來確定並評價本發明的合理公正的保護範圍，該合理公正的保護範圍涉及不顯著地背離在如下權利要求書中所陳述的本發明的實質內容但在本發明字面範圍之外的任何設備。
【權利要求】
1.一種分段定子，用於在電機中使用，所述定子包括: 芯，其包括多個弧形布置的磁隔離片段；以及 繞線，其圍繞每個片段卷繞， 每個所述片段包括- 一對隔開的通常為徑向的臂，以及 軛鐵，在臂之間延伸並且互連該臂。
2.根據權利要求1所述的定子， 所述繞線圍繞每個軛鐵卷繞。
3.根據權利要求1所述的定子， 每個所述臂包括- 第一臂部分，其一般從軛鐵沿徑向向外延伸，以及 第二臂部分，其一般從軛鐵沿徑向向內延伸，每個所述片段具有基本上H形的形狀。
4.根據權利要求3所述的定子， 每個所述臂部分包括徑向端以及從徑向端朝向其它同樣延伸的臂部分延伸的冠部。
5.根據權利要求3所述的定子， 所述臂基本上平行。
6.根據權利要求1所述的定子， 所述片段被布置為形成多個弧形部分， 所述弧形部分共同形成環形線圈。
7.根據權利要求1所述的定子， 所述定子進一步包括基板，所述基板包括多個沿軸向突出的銷， 所述銷在所述片段之間延伸以相對於彼此定位片段。
8.根據權利要求1所述的定子， 每個所述片段呈現沿徑向延伸的表面， 所述定子包括沿著表面延伸的支撐框架， 所述框架在表面和繞線之間延伸， 所述框架包括多個沿軸向突出的銷， 所述銷在所述片段之間延伸以相對於彼此定位片段。
9.根據權利要求8所述的定子， 每個所述片段呈現第二沿徑向延伸的表面， 所述定子包括沿著第二表面延伸的第二支撐框架， 所述第二框架包括在所述片段之間延伸的多個沿軸向突出的突起，以相對於彼此定位片段， 每個所述銷與相應的一個突起相互接合。
10.根據權利要求1所述的定子， 所述片段被隔開。
11.根據權利要求10所述的定子， 其中在相鄰的片段之間形成開放的無障礙空間。
12.根據權利要求1所述的定子，所述定子包括在一對相鄰片段之間延伸並且連接該一對相鄰片段的互連元件， 其中該一對片段和互連元件被配置為使得當電機運轉時，流過互連元件的磁通不大於流過該一對片段中任意一個的最大磁通的約10%。
13.—種電機,用於在機器中使用，所述電機包括: 可圍繞軸旋轉的轉子；以及 分段定子， 所述定子包括- 芯，其包括多個弧形布置的磁隔離片段，以及 繞線，其圍繞每個片段卷繞， 每個所述片段包括- 一對間隔開的通常為徑向的臂，以及 軛鐵，其在臂之間延伸並且互連該臂。
14.根據權利要求13所述的電機， 所述繞線圍繞每個軛鐵卷繞。
15.根據權利要求13所述的電機， 所述電機具有14:12、10:12或其整數倍的極槽比。
16.根據權利要求13所述的電機， 所述轉子包括鄰近定子被徑向定位的多個弧形布置的永久磁體，以限定在磁體和定子之間的圓周間隙。
17.根據權利要求16所述的電機， 所述多個磁體沿徑向位於定子的外側。
18.根據權利要求16所述的電機， 所述多個磁體沿徑向位於定子的內側。
19.根據權利要求16所述的電機， 所述轉子包括兩組弧形布置的磁體， 其中第一組磁體沿徑向位於定子的外側，以限定在第一組磁體和定子之間的外部圓周間隙， 其中第二組磁體沿徑向位於定子的內側，以限定在第二組磁體和定子之間的內部圓周間隙。
20.根據權利要求19所述的電機， 所述電機包括42個極和36個槽， 所述定子包括18個片段， 所述轉子包括28個永久磁體。
21.根據權利要求13所述的電機， 每個所述臂包括- 第一臂部分，其通常從軛鐵沿徑向向外延伸，以及 第二臂部分，其通常從軛鐵沿徑向向內延伸，每個所述片段具有基本上H形的形狀。
22.根據權利要求21所述的電機， 每個所述臂部分包括徑向端以及從徑向端朝向其它同樣延伸的臂部分延伸的冠部。
23.根據權利要求21所述的電機， 所述臂基本上平行。
24.根據權利要求13所述的電機， 所述片段被布置為形成多個弧形部分， 所述弧形部分共同形成環形線圈。
25.根據權利要求13所述的電機， 所述定子進一步包括基板，所述基板包括多個沿軸向突出的銷， 所述銷在所述片段之間延伸以相對於彼此定位片段。
26.根據權利要求13所述的電機， 每個所述片段呈現沿徑向延伸的表面， 所述定子包括沿著表面延伸的支撐框架， 所述框架在表面和繞線之間延伸， 所述框架包括多個沿軸向突出的銷， 所述銷在所述片段之間延伸以相對於彼此定位片段。
27.根據權利要求26所述的電機， 每個所述片段呈現第二沿徑向延伸的表面， 所述定子包括沿著第二表面延伸的第二支撐框架， 所述第二框架包括在所述片段之間延伸的多個沿軸向突出的突起，以相對於彼此定位片段， 每個所述銷與相應的一個突起相互接合。
28.根據權利要求13所述的電機， 其中當電機運轉時，所述電機可操作以產生通過每個片段並且在每個片段之間流動的磁通， 其中當電機運轉時，在每對片段之間流動的磁通不大於流過相應一對片段中的任意一個的最大磁通的約10%。
29.根據權利要求13所述的電機， 所述片段被隔開。
30.根據權利要求29所述的電機， 其中在相鄰片段之間形成開放的無障礙空間。
31.根據權利要求13所述的電機， 所述定子包括在一對相鄰片段之間延伸並且連接該一對相鄰片段的互連元件， 其中該一對片段和互連元件被配置為使得當電機運轉時，流過互連元件的磁通不大於流過該一對片段中的任意一個的最大磁通的約IO %。
【文檔編號】H02K1/12GK103580309SQ201310331399
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年8月1日 優先權日:2012年8月1日
【發明者】G·E·霍斯特 申請人:尼得科電機有限公司