[發明專利]電機的定子及其制造方法

在審

• 申請號: 201310351178.6
• 申請日: 2013-08-13
• 公開（公告）號: CN104377844A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發明（設計）人: 方承志;歐瀟瑜;劉紀剛
• 申請（專利權）人: 博世電動工具（中國）有限公司
• 主分類號: H02K1/14
• 分類號: H02K1/14;H02K1/16;H02K15/02;H02K23/64
• 代理公司: 北京永新同創知識產權代理有限公司 11376
• 代理人: 鐘勝光

技術領域

本發明涉及一種電機，特別涉及一種具有更長使用壽命和更高工作效率的電機的定子及其制造方法。

背景技術

圖1示出有現有技術中的電機特別是交直流兩用電機的定轉子的截面結構，現有技術的電機的結構應由定子10和轉子20兩部分組成。其中電機運行時轉動的部分稱為轉子（電樞）20（圖中箭頭示出其轉動方向為順時針方向），轉子（電樞）20和定子10相互作用以產生電磁轉矩和感應電動勢，其由轉軸21、電樞鐵心22、電樞繞組23、換向器（未示出）和風扇（未示出）等組成。其中所述電樞鐵心22固定在所述轉軸21上，且所述電樞鐵心22的外圓開有電樞槽24，槽內嵌放所述電樞繞組23（圖中僅示出一個電樞繞組）。而電機運行時靜止不動的部分稱為定子10，定子10的主要作用是產生磁場和構成磁路，所述定子10通常由兩對或更多對主磁極11、機座（未示出）、換向極（未示出）、電刷裝置（未示出）、端蓋（或其它支撐件,圖中未示出）和軸承（未示出）組成。其中主磁極11的作用是產生有一定的空間分布形狀的氣隙磁通密度。主磁極11由主磁極鐵心12和放置在鐵心上的用來產生主磁通的勵磁繞組13構成。主磁極鐵心12分成極身14和極靴15兩部分，極靴15的作用是使氣隙磁通密度的空間分布均勻并減小氣隙磁阻，同時極靴15對勵磁繞組13也起支撐作用。其中，各對主磁極11包括第一主磁極11a和第二主磁極11b，在各第一主磁極11a的電樞轉入側極靴（前極靴）15a與極身14之間的定子槽16內和各第二主磁極11b的電樞轉出側極靴（后極靴）15b與極身14之間的定子槽17內嵌放集中繞組作為勵磁繞組13。如圖2所示，電樞轉入側極靴15a和電樞轉出側極靴15b具有相同的形狀和尺寸（即具有對應相同的長度L、厚度H和寬度W），且均采用剛性金屬材料制成，難以彎曲，致使裝入各極靴與極身之間的定子槽中的勵磁繞組13的跨距（面對附圖所看到的安裝的勵磁繞組內周之間的距離）S較大，使得制作勵磁繞組13所花費的繞線材料較多，并使得電機的工作效率收到影響。

在現有技術的電機中，電刷裝置是用來引入或引出電壓和電流的，在交直流電動機中，換向器配以電刷裝置，能將外加直流電源轉換為電樞線圈中的交變電流，使電磁轉矩的方向恒定不變；在交直流發電機中，換向器配以電刷裝置，能將電樞線圈中感應產生的交變電動勢轉換為正、負電刷上引出的電動勢。電刷裝置與換向器的固有結構，使得換向器在換向過程中，電流發生劇烈變化，在換向元件中產生反電動勢，從而導致在換向過程中換向元件中儲存的電磁能量以火花的形式釋放出來，使得換向器附近的空氣介質電離，在空氣中形成帶電粒子，從而形成電磁干擾。

在電機工作過程中，換向元件在磁場的中性面附近進行換向，此時，換向元件，換向器和電刷構成一個閉合回路，運動的換向元件在磁場中產生感生電壓，因為換向元件及換向器的電阻一般極小，大部分電壓將作用于電刷和換向器的交界面上，產生過量發熱及電磁干擾。所以為了延長電刷裝置壽命，一般需要將電刷裝置的尺寸放大，同時為了減少電磁干擾，通常需要給電機裝配由電容和電感構成的電磁干擾（EMI）抑制電路來減少電磁干擾，從而使得產生的電磁干擾值符合關于電磁干擾限值的強制標準。

圖3示出了現有技術的電機中，經實驗測出的換向角度與磁通密度之間的關系曲線圖，可以看到在換向角度22.5度時，電樞轉出側極靴15b端部的直流磁通（或交流峰值磁通）密度高達0.15特斯拉左右，導致在換向時產生明顯的電火花，從而加大與換向器接觸的電刷裝置的磨損，給電機的使用壽命帶來不利影響。

圖4示出了現有技術的電機定子中的磁通密度分布狀況，如圖所示，可以看到在電樞轉出側極靴附近區域的直流磁通（或交流峰值磁通）密度在（0.3）-（0.6）特斯拉之間，磁通密度的數值較大。

如果能夠顯著降低在電樞轉出側極靴端部的磁通密度，能將換向區間里的磁場強度減小，這會一定程度減少換向元件中的感生電壓，從而減少換向能量損耗（火花），從而降低電磁干擾，提高電機的使用壽命，且對于有刷電機而言，可減少電刷裝置的磨損。

有鑒于此，有必要提出一種改進的電機定子及其制造方法，以解決現有技術中的電機定子中所存在的種種問題。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明的一個目的在于提供一種電機定子及其制造方法，通過改變電樞轉出側極靴（或和電樞轉入側極靴）的整體或局部的寬度和/或整體或局部的厚度，可減少換向時耗費的能量，降低電磁干擾，簡化電機的結構，降低電機的成本，提高電機的使用壽命，且對于有刷電機而言，可減少電刷裝置的磨損。