技术领域
[0001] 本公开涉及电机，诸如电动
马达。更具体地，本公开涉及一种电机的
定子，该电机具有存在于分隔绕组的齿之间区域中的改变磁特性的区域。
背景技术
[0002] 电动马达通过
转子和定子产生的电动马达的电
磁场之间的相互作用操作来产生
力。电动马达也可以被反过来用作发电机，以将机械能转换成电力。
[0003] 这种电机通常可包括：转子，其与轴一起转动以输送或传递机械动力；定子，其保持静止并包括绕组；转子和定子之间的气隙，并且绕组或线圈通常缠绕在芯上，以便用
电流通电时形成磁极。
发明内容
[0004] 根据一个
实施例，一种用于电动马达的定子包括具有第一内表面的定子磁轭、和环形齿构件。环形齿构件包括第二内表面、从其径向向
外延伸并联接到第一内表面的多个齿、以及齿之间的材料区域，该材料区域相对于齿具有降低的磁导率。区域中磁导率的降低在齿之间提供磁通屏障。
[0005] 在另一个实施例中，电动马达包括转子和定子。定子具有围绕中
心轴设置且分隔设置在齿之间的绕组的多个齿。定子具有与转子径向间隔开的内表面。内表面具有多个磁导率降低的区域。这些区域中的每一个与齿之间的绕组径向对齐，以抑制齿之间的磁导率。
[0006] 在又一个实施例中，提供了一种制造用于电动马达的定子的方法。该方法包括形成多个定子磁轭部段，每个定子磁轭部段具有弯曲的内部区域和互
锁特征。该方法还包括：降低环形齿构件中的位于齿之间的内部区域的一部分的磁导率。该方法还包括通过互锁各个定子磁轭部段将定子磁轭部段组装在一起以形成环形定子磁轭，并且围绕环形定子齿构件周向地组装定子磁轭以形成完整的定子
铁芯。
附图说明
[0007] 图1是根据本公开的一个实施例的定子的透视图，其中定子包括围绕环形齿构件以形成定子的定子磁轭。
[0008] 图2是图1的定子磁轭的透视图。
[0009] 图3是图1的环形齿构件的透视图。
[0010] 图4是图1的定子的扇区的正视图。
[0011] 图5A是磁轭和环形齿构件之间的连接的一个实施例的局部正视图(为简单起见仅示出了两个齿)。
[0012] 图5B是磁轭和环形齿构件之间的连接的另一个实施例的局部正视图(为简单起见仅示出了两个齿)。
[0013] 图5C是磁轭和环形齿构件之间的连接的又一个实施例的局部正视图(为简单起见仅示出了两个齿)。
[0014] 图6是根据一个实施例的定子的扇区的正视图，其中磁轭包括围绕环形齿构件沿周向彼此连接的多个段。
具体实施方式
[0015] 本文描述本公开的实施例。然而，应理解的是，公开的实施例仅仅是示例并且其他实施例可采用各种和可替代的形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或缩小以便显示特定部件的细节。因此，本文公开的特定结构和功能细节不应被解释为限制性的，而是仅作为教导本领域技术人员以各种方式来采用本公开的代表性
基础。如本领域普通技术人员将理解，参考附图中的任一个来示出并描述的各种特征可以与在一个或多个其他附图中示出的特征相结合，以产生未明确示出或描述的实施例。所示出特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的所述特征的各种组合和修改可以是特定应用或实施方式所希望的。
[0016] 如上所述，电机通常包括转子、定子、气隙和绕组以及其他部件。用于径向电机的常见定子铁芯设计包括圆形叠片，该圆形叠片包括磁轭和多个齿。存在于齿之间的空间通常被称为槽并用于容纳绕组线圈。在随机缠绕的绕组中，线圈被预先缠绕并通过齿之间的开口插入槽中。由于叠片的圆周几何形状以及希望在气隙直径处减小相邻的齿之间的空隙，所以可用于将绕组插入槽内的开口非常小。这导致难以在槽中实现高填充系数(例如，
铜与总槽面积的比率)。
[0017] 本公开提供了用于改善槽填充系数的各种实施例，包括利用两个单独的叠片件构建定子叠片，即具有定子磁轭的第一部分和具有所有齿的另一部分。如下所述，定子磁轭可以径向围绕环形齿构件，并且两个部件是彼此组装的两个单独的件。这允许线圈被预先缠绕并从定子齿的外径径向插入。在将线圈插入齿之间的槽中之后，使用单独的叠片环来构建定子磁轭组件。
[0018] 参考图1至图3，图示说明了用于电机的定子。定子可以是其一部分的电机可以是电动马达、发电机、马达/发电机等，其中转
动能可以被转换成
电能和/或反之亦然。
[0019] 图1示出了用于电机的总体上为10的定子(也称为定子组件或环形定子组件)。定子10包括定子磁轭20(也称为叠片环或轭环)，在图2中单独示出。定子磁轭20围绕环形齿构件30来组装，如图3中单独示出。
[0020] 环形齿构件30包括内表面32和从其径向向外延伸的多个齿34(也称为定子齿)。同样地，定子磁轭20包括多个表面特征22(例如，压痕、凹穴、凹槽等)，其尺寸经设定并被配置为在组装时接收齿32的径向端。可以修改表面特征以适合齿的形状，如下面参考图5A至图5C所述。
[0021] 参考图3至图4，环形齿构件30包括内表面32和从其径向向外延伸的多个齿34(也称为定子齿)。齿34之间的空间限定了用于
定位绕组的间隙或空间。齿经由环形齿构件30的内圆周连接，并在环形齿构件的外圆周上提供大的槽开口。大的槽开口允许容易地插入和安装绕组线圈。这导致更简单的缠绕过程，从而实现具有更短的端
匝和更高的槽填充系数的更有效的缠绕。
[0022] 在36处示出了连接内表面附近的齿的材料(例如，金属)区域。连接齿的材料区域36构成槽磁通的高磁导率路径，这可导致槽漏磁通的显着增加，从而导致电机的输出功率的降低。为了使电机具有良好的性能，应当最小化从齿到齿而不穿过定子和转子之间的气隙的槽漏磁通。
[0023] 因此，根据本公开的各种实施例，区域36被处理、涂覆或以其他方式处理，以便局部地减小或抑制通过这些区域的磁导率。下面解释抑制通过这些区域36的磁导率的各种方法。可以提供通过这些区域36的磁分离或抑制，同时保持齿34之间的机械连接。在各种实施例中，区域36经由下面描述的一种或多种方法处理以局部地抑制磁导率。具有降低的磁导率的处理区域36通过在定子的内圆周处的齿之间引入磁通屏障来减小槽漏磁通。在该方法中，单件式环形齿构件30的物理结构保持为单件，而其磁力剖面被修改并且在区域36处变得不连续。
[0024] 在本公开中设想了用于降低齿之间的区域36中的磁导率的各种实施例。这些方法在齿之间提供磁通屏障。区域36的磁导率被减小到小于定子区域的其余部分，并且理想地等于或接近空气的磁导率(4πx10-7H·m-1)。
[0025] 在降低磁导率的一个实施例中，在区域36上形成压痕。可以做出单个压痕或压痕阵列以使区域36塑性
变形。对于压痕阵列，可以改变压痕的确切形状、
位置、数量和布置。
[0026] 在降低磁导率的另一个实施例中，例如，通过使用成型模具，区域36可以被整体变形。
[0027] 在降低磁导率的另一个实施例中，区域36可被
冲压并且可以施加横向
挤压力以使每个区域36横向变形。
[0028] 在降低磁导率的另一个实施例中，可以通过诸如
喷丸加工、激光喷丸、气蚀喷丸和湿喷丸的方法在区域36上进行喷丸处理(peening)。
[0029] 区域36的磁导率也可以通过掺杂和改变区域36的化学组成来改变。例如，在一个实施例中，通过诱导
相变来减小或抑制磁导率。当叠片(铁
硅合金)
温度升高到某一点以上时，它经历相变为γ-Fe并失去其
铁磁性能。该非铁磁性奥氏体相可以通过添加某些
合金元素(诸如锰或镍或铬或钼或任何两种或三种或所有四种元素的组合)而在室温下稳定。通过首先在所选区域中的叠片表面上涂覆一层上述一个或多个元素，可以实现局部降低磁导率。然后在高温下在保护性环境(例如惰性气体诸如氮气和氩气或
真空)中对叠片进行
热处理，以将元素扩散到叠片中。在将叠片冷却至室温后，这些元素被用于稳定非铁磁性奥氏体结构。
[0030] 在降低磁导率的另一个实施例中，通过形成非铁磁性或低磁导率合金来抑制磁导率。这可以通过首先在所选区域的叠片表面上涂覆至少一种元素(诸如锰、
铝、硅、
碳、硫、锗、镍和铬)的薄层来实现。然后在高温下在保护性环境中对叠片进行热处理，以将一种或多种元素扩散到叠片中。在扩散后在
选定区域处形成新的非铁磁性或低磁导率合金。
[0031] 抑制或降低磁导率的另一种方法是通过
离子注入。使用掩模可以将离子(诸如
氧、碳和氮)注入到区域中，从而产生非铁磁性氧化物、碳化物和氮化物。可能需要在离子注入之后
退火以恢复注入引起的晶体损伤并将掺杂元素更深地扩散到叠片中。
[0032] 一旦这些区域36被磁性修改，则可以通过使用凹坑或
粘合剂将齿叠片粘合在一起或固定在一起，以形成实心的单件式齿芯。类似地，定子磁轭铁芯或轭环可以通过粘附或凹陷多个环形定子磁轭叠片来制成。在从齿之间的外圆周槽开口插入绕组线圈之后，安装定子磁轭20以引导磁通。由于环形齿构件30和定子磁轭20之间的机械固定
接触是期望的，因此可以使用锁定和对齐机构。这种连接的各种实施例在图5A至图5C中示出。
[0033] 例如，图5A示出了具有圆形外端38的齿34，类似于图3中所示的实施例。这锁定定子齿34和定子磁轭20，伴以围绕圆形端38的圆形的力分布曲线。
[0034] 图5B示出了另一个实施例，其中齿34’设置有带尖的端38’，每个带尖的端38’终止于总体上与每个相应的端38’同中心的
顶点。相应的表面特征22’具有与端38’的顶点匹配的顶点。这提供了具有锥形端的单个中心式尖端，以用于接收齿和磁轭20’之间的力。
[0035] 图5C示出了另一个实施例，其中齿34”设置有带尖的端38”，带尖的端38’终止于相对于每个齿34”的每个相应中心偏心的顶点。齿可以交替，使得一个齿34”的顶点背离该齿与相邻齿之间的间隙。换句话说，环形齿构件可以具有交替的齿，使得一个齿的顶点偏向中心的右侧，并且下一个齿的顶点偏移到中心的左侧，等等。这提供了具有交替的接触顶点的分布曲线，以改变围绕环形齿构件的圆周的力分布。
[0036] 参考图6，在一个实施例中，定子磁轭20被分段并组装在一起，而不是单个整体形成的结构。在该实施例中，分段的轭结构20可包括各自具有外止口42和内止口44的段。这允许定子磁轭20被一件一件地围绕齿组装，同时确保定子磁轭和齿之间的机械连接。虽然外止口和内止口被示出为具有部分圆形轮廓，但是可以设想其他设计，诸如半圆形、等边三
角形、直角三角形等。可以围绕同一定子磁轭使用多种不同形状和不同组合。在定子磁轭的外侧可能需要附加的环或壳体本身，以将所有磁轭段结合或保持在一起。
[0037] 应当理解的是，关于一个或多个附图公开的概念可以与一个或多个其他附图中公开的概念组合。例如，定子可设置有如图6所示的各个磁轭段的连接以及如图5A、图5B和/或图5C所示的齿和磁轭之间的连接。
[0038] 此外，虽然本文公开的实施例具有围绕环形齿构件组装的定子环，但是可以想到环形构件可以从环形齿构件径向向内定位。以这种方式，齿将径向向内延伸，在齿的内端而不是外端处具有气隙。绕组将从齿构件的内部区域组装并径向向外按压，并且环形齿构件将围绕定子环的外周边装配。
[0039] 虽然以上描述了示例性实施例，但是其不旨在这些实施例描述了由
权利要求所包含的所有可能形式。
说明书中使用的词语是说明性的词语而非限制性的，并且应该理解的是在不背离本公开的精神和范围的情况下可进行各种变化。如前所述，各种实施例的特征可以被组合以形成可能未明确描述或示出的本发明的其他实施例。尽管各种实施例可以被描述为在一个或多个期望特性方面提供优点或优于其他实施例或
现有技术实施方式，但是本领域普通技术人员认识到可以让步一个或多个特征或特性以实现期望的整体系统属性，其取决于具体的应用程序和实施方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、寿命周期成本、适销性、外观、
包装、尺寸、适用性、重量、可制造性、易组装性等。因此，对于一个或多个特性而言，任何实施例被描述为与其他实施例或现有技术实施方式相比不太理想，这些实施例不在本公开的范围之外，并且对于特定应用可能是期望的。
[0040] 根据本发明，提供一种用于电机的定子，其具有：具有第一内表面的定子磁轭；和环形齿构件，其包括第二内表面、从其径向向外延伸并联接到第一内表面的多个齿、以及齿之间的材料区域，所述材料区域相对于齿具有降低的磁导率，以在齿之间提供磁通屏障。
[0041] 根据一个实施例，齿之间的材料区域将齿彼此磁性地分离。
[0042] 根据一个实施例，齿之间的材料区域在齿之间提供机械连接。
[0043] 根据一个实施例，齿之间的材料区域包括塑性变形区域以提供磁通屏障。
[0044] 根据一个实施例，环形齿构件由第一材料制成，并且齿之间的材料区域包括第二材料的涂层。
[0045] 根据一个实施例，第二材料包括以下中的至少一种：锰、铝、硅、碳、硫、锗、镍和铬。
[0046] 根据一个实施例，环形齿构件包括多个内部楔状部，每个内部楔状部具有多个齿中的一些，并且内部楔状部被联接在一起以共同形成环形构件。
[0047] 根据一个实施例，定子磁轭包括多个外部磁轭部段，每个外部磁轭部段被联接到多个齿中的一些，并且外部磁轭部段被联接在一起以共同形成定子磁轭。
[0048] 根据一个实施例，定子磁轭包括被联接在一起以共同形成定子磁轭的多个外部磁轭部段，并且环形构件包括被联接在一起以共同形成环形构件的多个内部部段。
[0049] 根据一个实施例，内部部段是单个整体环形构件的一部分。
[0050] 根据本发明，提供一种电机，其具有：转子；和定子，其具有围绕中心轴设置且分隔设置在齿之间的绕组的多个齿，定子具有与转子径向间隔开的内表面，内表面具有多个磁导率降低的区域，并且每个区域与齿之间的绕组径向对齐以抑制齿之间的磁导率。
[0051] 根据一个实施例，磁导率降低的区域中的每一个在相邻的齿之间提供机械连接。
[0052] 根据一个实施例，磁导率降低的区域中的每一个包括塑性变形区域，以在相邻的齿之间提供磁通屏障。
[0053] 根据一个实施例，定子由第一材料制成，并且磁导率降低的区域设置有相应的第二材料的涂层。
[0054] 根据一个实施例，第二材料包括以下中的至少一种：锰、铝、硅、碳、硫、锗、镍和铬。
[0055] 根据本发明，提供一种制造用于电动马达的定子的方法：形成多个定子部段，每个定子部段具有弯曲的内部区域和从其径向向外延伸的至少两个齿；对于每个定子部段，降低位于齿之间的内部区域的一部分的磁导率；将定子部段组装在一起以形成环形定子齿构件；并且围绕环形定子齿构件周向地组装定子磁轭。
[0056] 根据一个实施例，磁性修改包括在齿之间的内部区域的所述部分上形成一个或多个压痕。
[0057] 根据一个实施例，磁性修改包括以下中的至少一个：用模具使齿之间的内部区域的所述部分变形、用冲头冲压齿之间的内部区域的所述部分、以及对在齿之间的内部区域的所述部分进行喷丸处理。
[0058] 根据一个实施例，磁性修改包括用涂层涂覆齿之间的内部区域的所述部分。
[0059] 根据一个实施例，磁性修改包括将离子注入到齿之间的内部区域的所述部分中。
