無碳刷直流電機及其磁軛環板疊、齒環板疊和頂部及其製造方法

2024-02-24 09:16:15 1

專利名稱：無碳刷直流電機及其磁軛環板疊、齒環板疊和頂部及其製造方法
無碳刷直流電機及其磁軛環板疊、齒環板疊和 頂部及其製造方法
背景技術：
本發明涉及根據獨立權利要求前序部分的一種無碳刷直流電機，
還涉及一種直流電機的一種磁輒環板疊(Rtickschhissringpaket)、 一 種齒環板疊(Zahnkranzpaket)和一種頂部(Kopfteil)以及用於製造 無碳刷的直流電機的方法。
已知無碳刷的直流電機(BLDC直流電機)、電換向電動機(EC 電動機)以及變速磁阻電動機(SR電動機).這些電動機具有凸出的 電的和機械的特性，可是與具有機械換向的直流電機(DC直流電機) 相比具有相對高的製造費用，由於這個原因，EC直流電機迄今沒有值 得一提地應用在比如電動工具的廉價應用中或汽車發動機的應用中. 因為EC直流電機為了換向，原則上需要一包括附屬控制電路在內的半 導體電橋電路，其與DC直流電機相比有一種策略性的缺點，DC直流 電機不需要這項開支。
根據現有技術常常使用電子技術間歇地控制直流電機(旋轉方 向、轉速、轉動力矩)，如此用於控制EC直流電機所需的附加費用一 直不太起決定作用。
然而已知的EC電動機的製造方法是昂貴並且複雜的。EC電動機
包含一種由衝壓薄板構成的定子。該定子用於容納一個或多個定子繞 組，以該定子繞組基本上確定電動機的輸出功率數據。對於繞組例如 形成了定子中的槽。布置在電動機軸上的轉子具有多個永久磁鐵，它 們通過空氣間隙相對於定子獨立布置。定子繞組可以相互如此進行激 勵，即產生使轉子處於旋轉的旋轉磁場。 已知根據現有技術的如下巻繞方法
在一種第一方法中製造一輸入繞組，對此在一磁芯上纏繞定子繞 組，並且接下來緊接著穿過在定子槽中的齒之間的縫隙。對此缺點是， 該方法相對昂貴並且作業周期較長，此外需要較寬的齒縫，這再度對 如此製造的電機的磁特性產生負面影響。
在一種替代的製造方法中，製造一種單齒或雙齒繞組，對此，定
子分隔成兩個部分齒環和磁軛環。因此齒環的齒不能相互分離，所 以該齒環必須在轉子方面彼此連接，也就是說面向轉子側面不能通過 縫隙來分離齒.也可以僅僅在滿足機械強度的足夠數目的衝壓薄板的 情況下，在轉子側面上也可能存在齒的連接。在工作過程中，能夠簡 單並快速地纏繞如此的板疊鐵心、比如常規DC直流電機的定子，例如 已知在一繞線架上的單齒纏繞作為纏繞方法，其在疊置繞組之後從外 部向齒環的齒移動。在傳統的雙齒纏繞中全部匝數疊置在一個齒上， 相鄰齒是空的。可是恰好在較短定子長度的情況下、例如20mm以下， 可以明顯測量到繞組頭的無效導線部分，如此優選羊齒纏繞。對此分 別將一半匝數疊置在具有相反纏繞方向的兩個相鄰齒上.
在纏繞之後，緊接著將同樣已被沖壓堆疊(stanzpaketierte )的磁 輒環板疊形狀配合連接地壓裝在已纏繞的齒環板疊上.在這種情況下 的缺點是，通過壓裝過程在齒環板疊中產生較大的機械應力，必須通 過在轉子側面上的齒連接來阻斷該機械應力.因此在完成定子的製造 之後也可以不取消該齒連接，這再度對定子的磁特性產生不利影響。
此外通過在接觸點上的壓裝過程，在板疊的各個衝壓薄板之間產 生電連接，這導致較高的渦流損耗。
本發明的優點
在根據本發明的無碳刷直流電機中，在徑向上交錯嚙合地形成一 齒環和一磁扼環。優選設置一連接件用於建立接觸面的形狀配合的及 傳力的連接，在一齒環的齒冠(Zahnkopf)和一磁軛環之間形成該接 觸面，由此優選地甚至不會出現不希望的機械應力。此外避免產生渦 流，
根據本發明的直流電機包含一具有纏繞系統(Wicklungs-anordmmg)的定子和一轉子，其中定子包含一具有徑向上向外延伸的 齒冠的齒環和一磁輒環(Riickschlussring)。
在一種優選方案中，用於在齒環的齒冠和磁軛環之間建立一種形 狀配合的及傳力的連接的連接件是可變形的。
在另一種優選方案中，在建立形狀配合的及傳力的連接之前，齒 環和磁軛環可以無動力地交錯地接合。
根據本發明的齒環板疊包含至少一個齒環，其具有指向外部的齒
和在徑向上延伸的並且形成側凹的齒冠。齒冠適當地具有一外側凹穴。
根據本發明的磁軛環板疊包含至少一個磁軛環，它由一具有在徑 向上指向內部的、向內部楔形擴充的接觸元件的環形體構成，其中接 觸元件形成側凹。
優選磁耗環和齒冠的彼此對應的接觸面構成為在所述兩個板疊之 間的連接件，在這種情況下，可以形成與通過磁軛環的連接板條所形 成的接觸面相對應的、齒環齒冠的接觸面.可以預先規定，在磁軛環 的連接板條之間布置形成為配合件的、具有楔形橫截面的接觸元件. 通過齒冠和磁軛環的特別造型，可以建立一種形狀配合的及傳力的連 接。
在用於製造一種無碳刷的直流電機的按照本發明的方法中，形狀 配合及傳力連接地對彼此對應的接觸面進行填縫，其中磁軛環的薄壁 連接板條如此變形，使得在磁軛環的處在連接板條之間的楔形接觸元 件被拉向齒冠的對應的接觸面。在填縫之前，在纏繞齒環板疊之後， 磁軛環板疊不費力地在齒環板疊上移動或者接合.因此不需要消耗 力，因為在齒環板疊和磁軛環板疊之間存在大約幾個十分之一毫米的 較小縫隙，由於所述兩個板疊在接合時沒有摩擦地擠壓，所以優選地 不會由於材料變形和在接合位置上的毛刺而產生導電的連接。
在接合之後，根據本發明可以通過在齒冠的外側面上的填縫來實 現齒環板疊和磁軛環的形狀配合的及傳力的連接。對此，在磁軛環的 楔形形成的接觸元件之間的薄壁連接板條可以至少部分地壓入到齒冠 的外側的凹穴中，由此楔形接觸元件形狀配合及傳力地、實際上自動 地被拉到齒冠的對應的表面處.在填縫時，所述齒優選地通過一保護 件、例如一芯軸被支撐在轉子側面上、也就是說支承在齒環板疊的內 直徑上。
在接合之前，齒環板疊和磁軛環板疊備有一種電絕緣層、例如一 種漆層，由此在填縫時在齒環板疊的齒冠和磁軛環板疊之間優選地建 立一種機械固定的並且不導電的連接，由此顯著降低渦流損耗。
特別優選的是，連接件可以形成為例如鋼絲或銷釘形式的張緊 件，該張緊件至少部分地布置在齒冠的外側的凹穴之中。在根據本發 明的製造方法中，所述張緊件被壓入到磁軛環的連接板條和齒冠的外 側凹穴之間.在壓入時，薄壁的連接板條向外擠壓並且彈性變形，由
此齒冠和磁軛環的對應表面相對牽拉。由於連接板條通過已壓入的銷 釘支撐在齒冠的外側面上，因此優選地在齒的轉子側的連接處不產生 機械應力。因此在接合之後它們優選地例如利用一種空心針或通過電
化學方法(例如一種ECM方法)毫無問題地實現機械分離，這有助於 改善磁通量引導(Flussftthrung)。
也可以預先規定，利用磁軛環板疊的對應的連接板條對一部分齒 冠進行填縫，並且藉助於張緊件來楔嵌一部分齒冠，
在定子的自由端部上最好分別布置一頂部。在直流電機的一種根 據本發明的頂部中，分別設置一用於容納一轉子軸承的容納孔。通過 在繞組頭內部能夠布置轉子軸承的頂部的特別結構，與已知的EC電機 相比，實現了顯著的費用上的和結構空間上的優點，在已知的EC電機 中為了容納和安置轉子而需要一獨立的、例如由壓鑄鋁製成的外殼， 以便在內部接合已被錄繞的定子，或者以便設置一容納機構用於安置 轉子。通過轉子軸承在頂部中的根據本發明的容納，優選地能夠實現 直流電機的一種緊湊的結構形式，因為轉子軸承可以直接布置在軸上 的轉子薄板板疊上。這帶來這樣的優點；在最短的路徑上接受作用到 軸承上的力，並且可以儘可能好地阻斷不平衡。因為頂部及其銷軸可 直接由定子板疊容納，所以轉子軸對於定子板疊的對稱軸線最佳地進 行校準。轉子軸與其在定子對稱軸中的最佳位置的偏差與轉子軸在外 殼軸瓦中的安置相比有利地明顯較低，在該外殼軸瓦中容納定子。必 須通過在定子和轉子之間的較大的空氣間隙來補償外殼和定子的附加 的公差，這對於磁特性有負面影響。例如通過加大在定子和轉子之間 的空氣間隙來降低電機的最大可達到的轉動力矩。
優選在頂部中設置用於容納並引導纏繞系統的小腔。因此所述頂 部優選地同時用於引導並容納繞組導線。
所述頂部最好由不導電的和不導磁的材料製成，例如由高品質的 熱塑性塑料、比如硫化聚苯瞇製成，已知商標為Fortron。通過這種材 料優選地避免渦流損耗。特別優選的是，所述頂部具有修圓的邊緣， 以便避免傷害繞組導線的絕緣漆。
所述頂部適當地使定子薄板板疊與繞組相分離。優選的是，所述 頂部至少部分地伸入到布置在齒環的齒之間的槽中，並且用於把繞組 導線引入槽中、從一個槽引入到下一個槽中.為了將頂部固定在定子
薄板板疊中並對其進行校準，該頂部可以備有銷軸，該銷軸被壓入到 齒環板疊的外部的齒冠中的衝制孔裡.為了更好地與齒環板疊連接， 該銷軸備有刻槽。在錄繞之後，頂部適當地附加地由繞組機械地保持 在定子上。為了進一步改善電絕緣和機械穩定性，可以例如通過浸潤 或滴溼繞組頭而對已纏繞的定子板疊進行塗漆。
代替頂部的銷軸，可以在齒冠的衝制孔中部分地裝入機械連接元 件、比如鉚釘、螺釘和類似元件，以便持久固定齒環板疊.可以在磁 軛環板疊的楔形接觸元件上在外部設置用於連接元件的另外的衝孔. 為了機械固定，磁軛環板疊也可以象通常一樣在外部區域中與接觸元 件進行焊接。
不依賴於在權利要求中的概述，在沒有限制普遍性的情況下從下 面根據在附圖中所示出的本發明實施例中得出本發明的其它實施方 式、構思和優點。


圖1 直流電機的齒環板疊的齒環俯視圖，
圖2a直流電機的頂部，
圖2b按照圖2a的頂部的沿著線A-A，的截面圖， 圖3 直流電機的磁軛環的俯視圖， 圖4 與磁軛環結合之後已纏繞的齒環板疊的俯視圖， 圖5在用填縫工件與磁軛環一起填縫的、已被纏繞的齒環板疊的 示意圖，
圖6 已纏繞的齒環板疊的示意圖，楔入磁軛環， 圖7 直流電機的按照本發明實施方式的截面圖.
具體實施例方式
圖1示出了一種直流電機的齒環IO的俯視圖，該齒環包括已被沖 壓的薄板並且是一種齒環板疊35的一部分，齒環板疊與一磁軛環板疊 42—起形成一定子，其中定子支撐一纏繞系統。例如在圖4中示出了 磁軛環板疊42、纏繞系統和定子.
齒環10包含指向外部的齒11。在齒環10的各個齒11之間安排用 於容納沒有示出的繞組的槽15。齒ll通過橋接片39連接在內側，以 便為了進一步加工而保證機械連接.在以纏繞系統纏繞之後、在與磁 軛環接合之後和/或在壓制或者楔入磁軛環之後，可以割斷橋接片39.
齒11在徑向上延伸並且包含著形成了側凹25的齒冠12，其中齒冠向 外楔形展寬。每個齒冠12在其自由端處分別以兩個對稱的瓣形隆起38 分成兩部分，其中在中間安排一外側的凹穴13。在每個隆起38中設置 一衝孔14，其中衝孔14用於固定一沒有示出的頂部23，並且用於連 接全部的齒環板疊35。通過衝壓板疊，使各個齒環IO可以連接成一堆 疊，其中沒有示出可能存在的衝壓板疊壓花.齒環10可以選擇藉助於 沒有示出的固定元件一比如空心鉚釘、切口銷釘或螺釘彼此連接，或 在用烘焙漆塗敷之後烘乾成堆疊。通過鉚釘的連接有這樣的優點，即 在各個薄板之間不會由於衝壓毛刺而產生短路，由此渦流損耗較低或
者可能避免渦流損耗.這適合於藉助於烘焙漆來製造薄板堆疊。
為了清楚起見，在附圖中僅僅幾個相同的元件設有附圖標記.此 外在圖中以相同的附圖標記表示相同元件。
圖2a示出頂部23的俯視圖，圖2b示出了頂部23沿著線A-A，的 截面圖，每一頂部23軸向固定在一齒環板疊35的自由端處.頂部23 的結構基本上與圖1中的齒環IO的結構一致，該齒環具有齒11、帶有 衝孔14的齒冠12以及槽l5.頂部23用作纏繞導向機構，其中在槽l5 的邊緣中分別設置容納機構28，用於在槽15內部引導纏繞系統29。 同時頂部23用於纏繞保護，並且在齒11上具有一用於續繞系統29的 端側的線材引導機構41。由此定子薄板板疊與錄繞系統29實現電分離 並進行絕緣，頂部23具有一容納孔26，用於容納沒有示出的定子軸承。 頂部23通過銷軸31與沒有示出的齒環板疊相連接，其中銷軸31伸入 到齒環板疊的衝孔14中，或者形狀配合連接地壓入到該衝孔中。頂部 23附加地例如用鉚釘43固定在齒環板疊上。在這種情況下取消一部分 銷軸，並且用優選形成為空心鉚釘的鉚釘43來代替.
在圖3中示出了一種衝制的磁軛環16的俯視圖。磁軛環16由一具 有徑向指向內部的接觸元件22的環形體構成，其中接觸元件22形成 側凹24 接觸元件22形成為具有楔形截面的配合件.接觸元件22通 過薄壁的連接板條19進行連接，其與齒環的沒有示出的齒冠相對應。 在成品直流電機中磁通量主要穿過楔形的接觸元件22.連接板條在所 限定的位置處具有加固部分20，它們具有抵抗變形力的較高的機械阻 力.它們用於在事後的、以齒環板疊35對磁軛環板疊42填縫時使楔 形的接觸元件22確定地以其接觸面30對準齒環板疊35的對應接觸面
30，，
圖4示出了在與一磁軛環16的接合狀態下已纏繞的齒環板疊35 的俯視圖，其中齒環IO和磁軛環16在徑向上交錯嚙合地設計。
為了在齒環10的齒冠12和磁軛環16之間建立形狀配合的及傳力 的連接，預先規定一連接件，該連接件形成為磁軛環16的楔形接觸元 件22的彼此對應的接觸面30和楔形齒冠12的接觸面30，。磁軛環16 的形成為配合件的楔形接觸元件22具有接觸面30，該接觸面剛好與齒 冠12的接觸面30，相對應。此外齒冠12與凹槽21精配合，通過磁軛 環16的連接板條19形成該凹槽。
如下進行齒環板疊35與一包含著磁軛環16的磁軛環板疊42的拼 接在以纏繞系統29錄繞備有兩個頂部(繞組頭)23、 23，的齒環板疊 35之後，磁耗環板疊42在齒環板疊35上方移動.這不費力氣，因為 在兩個板疊35、 42之間僅有幾個十分之一毫米的較小接縫32。
在圖5中說明了在接合之後怎樣對兩個板疊35、 42進行填縫，圖 5中的各個元件的結構與在圖4中的一致.在填縫時磁軛環16的連接 板條19的薄壁區域壓入到齒冠12的外側的凹穴13中，由此使楔形接 觸元件22形狀配合連接和傳力連接地移向齒冠12的對應接觸面30'。 在這種情況下，磁軛環16的處在連接板條19之間的楔形接觸元件22 從在連接板條19上僅僅有些彎曲的加固部分20沿著徑向向外移動到 齒冠12的對應的接觸面30 在填縫時最好使用一種工具44的楔狀物， 它們同時在徑向上沿著方向33以齒環IO對磁軛環16進行填縫'在填 縫期間-如果需要-通過沒有示出的支撐件、例如心軸來保護在轉子側所
布置的齒a
在圖6中示出了本發明的一種替代實施方式，其中通過一種形成 為銷釘34的連接件在齒環板疊35和磁軛環板疊42之間建立一種楔嵌 形式的、形狀配合的及傳力的連接.銷釘34分別布置在齒冠12的外 側的凹穴13中。
與磁軛環板疊42接合併且在兩個末端處與頂部23相連接的齒環 板疊35的結構基本上與在圖4中相應元件的結構一致.在楔入時，布 置在磁軛環16的連接板條19之間的銷釘34壓入到齒冠12的外側的凹 穴13中。由此，磁輒環16的楔形接觸元件22牽引在齒冠12的對應接 觸面30上，並且向外擠壓磁軛環16的連接板條19的可變形的薄壁區12的外側面上通過壓入的銷釘34支撐著 連接板條19，所以在壓入過程中在齒11的轉子側橋接片39上不產生 機械應力。因此橋接片39在接合之後毫無問題地實現機械或電的分 離，這有助於改善磁通引導。
在圖7中示出了一種根據本發明的直流電機的截面圖，該直流電 機具有一轉子板疊36和一包含著該轉子板疊36的齒環板疊3S。齒環 板疊35由衝制的齒環10形成，並且在其軸向的自由端部上通過頂部 23、 23，固定所述齒環板疊，為了在齒環板疊35中對於頂部23、 23，進 行固定並且調節，頂部23、 23，具有銷軸31，其被壓入到齒環板疊35 的齒冠12的衝孔14中。頂部23、 23，分別具有一用於容納轉子軸承r7 的容納孔26，其中布置一軸37。同時頂部23、 23，用於引導並容納纏 繞系統29。在安裝頂部23、 23，之後，齒環板疊35被纏繞.對此頂部 23、 23，使齒環板疊35與纏繞系統29分離.在纏繞之後，附加地由纏 繞系統29使頂部23、 23，保持在定子上.
在齒環板疊35纏繞之後，由磁軛環16形成的磁軛環板疊42在齒 環板疊35上方沿著結合方向40移動.這不費力氣，因為在兩個板疊 35、 42之間存在幾個十分之一毫米數量級的接縫32。在接合之後，齒 環板疊35和磁軛環板疊42形狀配合及傳力地被填縫或楔入，正如上 面詳細描述的。
在接合之前，齒環板疊35和磁軛環板疊42備有一種電絕緣層、 例如漆層，由此在填縫或楔入時在齒環板疊35的齒冠12和磁軛環板 疊42之間建立一機械牢固的並且不導電的連接。
權利要求
1.無碳刷的直流電機，具有一承載著一纏繞系統(29)的定子和一轉子，其中定子包括一具有徑向向外延伸的齒冠(12)的齒環(10)以及一磁軛環(16)，其特徵在於，在徑向上交錯嚙合地形成齒環(10)和磁軛環(16)。
2. 按照權利要求1所述的直流電機，其特徵在於，設置連接件 (19、 34)，用於建立在齒環(10)的齒冠(12)和磁軛環(16)之間形成的接觸面(30、 30，)的形狀配合的及傳力的連接。
3. 按照權利要求1或2所述的直流電機，其特徵在於，用於在 齒環(12)的齒冠(12)和磁輒環(16)之間建立形狀配合的及傳力 的連接的連接件(19)是可變形的。
4. 按照上述權利要求之一所述的直流電機，其特徵在於，齒環 (12)和磁輒環(16)在建立形狀配合的及傳力的連接之前可以無力地交錯接合。
5. 按照上述權利要求之一所述的直流電機，其特徵在於，磁軛 環(16)具有與齒環(10)的齒冠U2)相對應的連接板條(l9)。
6. 按照權利要求5所述的直流電機，其特徵在於，連接板條 (19)至少部分地壓入到齒冠(12)的外側的凹穴(13)中。
7. 按照權利要求5或6所述的直流電機，其特徵在於，設置銷 釘(34)，其至少部分地分別布置在齒冠U2)的外側的凹穴U3) 和連接板條(19)之間。
8. 按照上述權利要求之一所述的直流電機，其特徵在於，定子 在其自由端上分別包含一頂部(23)，該頂部與銷軸(31) —起插入 到齒環(10)中，並且在外側具有線材引導機構(41)。
9. 無碳刷的直流電機的磁軛環板疊，具有至少一個磁軛環 (16)，其特徵在於，磁軛環(16)由一具有徑向指向內部的、向內楔形擴充的接觸元件(22)的環形體構成，其中接觸元件(22)形成 側凹(24)。
10. 按照權利要求9所述的磁軛環板疊，其特徵在於，通過至少 部分薄壁的連接板條(19)連接所述接觸元件(22)。
11. 按照權利要求10所述的磁軛環板疊，其特徵在於，連接板條 (19)具有加固部分(20)，該加固部分在為了建立對於一齒環板疊 (35)的形狀配合的及傳力的連接而變形時可僅僅輕微變形，
12. 無碳刷的直流電機的齒環板疊，具有至少一個齒環(10)， 其特徵在於，齒環(10)具有指向外部的齒(11),並且具有在徑向 上延伸的且形成側凹(25)的楔形齒冠(12)。
13. 無碳刷的直流電機的頂部，其特徵在於，設置一用於容納一 轉子軸承(27)的容納孔(26).
14. 按照權利要求13所述的頂部，其特徵在於，設置一指向外部 的、用於一纏繞系統(29)的端側的線材引導機構(41)。
15. 按照權利要求13或14之一所述的頂部，其特徵在於，設置 軸向從容納孔(26)延伸的銷軸(31)，用於在直流電機的定子中的 固定。
16. 用於製造一種無碳刷的直流電機的方法，該直流電機具有一 承栽著一纏繞系統(29)的定子以及一轉子，其中定子由衝壓薄板構 成，並且包括具有徑向延伸的齒冠U2)的一齒環(10)和一磁軛環(16),其特徵在於，形狀配合連接及傳力連接地對彼此對應的接觸 面(30)進行填縫，其中用於張緊磁軛環(16 )的薄壁的連接板條U9 ) 如此變形，使得將磁軛環(16)的處在連接板條U9)之間的楔形接 觸元件(22)拉向齒冠(12)的對應的接觸面(30).
17. 按照權利要求16所述的方法，其特徵在於，形成為銷釘(34) 的連接件至少部分地壓在磁軛環(16)的連接板條(19)和齒冠(12)之間，
18. 按照權利要求16或17所述的方法，其特徵在於，磁軛環U6) 的連接板條(19)至少部分地壓入到齒冠(12)的外側的凹穴(13) 中。
19. 按照權利要求16至18之一所述的方法，其特徵在於， 一齒 環板疊(35)和一磁軛環板疊(42)設置一電絕緣層.
全文摘要
本發明涉及一種無碳刷的直流電機，該電機具有一承載著一纏繞系統(29)的定子和一轉子，其中定子包括一具有徑向向外延伸的齒冠(12)的齒環(10)以及一磁軛環(16)。根據本發明建議，在徑向上交錯嚙合地形成齒環(10)和磁軛環(16)。本發明還涉及一種磁軛環板疊、一種齒環板疊和一種頂部以及一種用於製造無碳刷的直流電機的方法。
文檔編號H02K15/02GK101116234SQ200680004417
公開日2008年1月30日 申請日期2006年1月23日 優先權日2005年2月10日
發明者H·塞勒 申請人:羅伯特·博世有限公司