用于旋轉電機的定子的制作方法
【專利摘要】公開了一種用于旋轉電機的定子。一種定子包括具有沿其圓周方向以預定間距排列的槽的定子芯以及包含相繞組的定子線圈。該相繞組的每一個配置有電導體以及覆蓋該電導體的絕緣敷層。該相繞組的每一個包括槽內部分和與該槽內部分連接的扭轉部分。該相繞組的扭轉部分包括具有不同周向長度的多個類型的扭轉部分。對于該相繞組的每一個，在該定子線圈的整個圓周范圍上成對地排列該相繞組的扭轉部分的頂部。每一對中的頂部彼此軸向地重疊。所有相繞組的扭轉部分的每一對周向相鄰的頂部在周向上彼此偏離一距離，該距離大于預定的間距。
【專利說明】
用于旋轉電機的定子
技術領域
[0001 ]本發明涉及用于旋轉電機的定子，該旋轉電機例如在機動車輛中用作電動機和發電機。
【背景技術】
[0002 ]已知一些在機動車輛中用作電動機和發電機的旋轉電機。這些旋轉電機通常包括轉子和定子。該定子包括環形定子芯和定子線圈。定子芯與轉子在徑向上相對地設置且具有沿其圓周方向排列的多個槽。定子線圈包括多個相繞組，該多個相繞組可安裝在定子芯上以便容納在定子芯的槽中且在電相位上彼此不同。
[0003]日本專利申請公開N0.JP2011109894A(本文中稱為專利文獻I)公開了三相定子芯140，如圖11所示。定子線圈140包括安裝在定子芯130上的多個相繞組。相繞組中的每一個由多個基本波形的電線形成；電線中的每一個配置為具有基本矩形的橫截面形狀的電導體以及覆蓋該電導體的外部表面的絕緣敷層。此外，相繞組中的每一個包括多個槽內部分151C和多個扭轉部分152。槽內部分151C中的每一個容納在形成在定子芯130中的槽131的一個中。扭轉部分15 2中的每一個位于定子芯130的槽131的外部以連接一對槽內部分151C，這一對槽內部分151C分別容納在兩個不同的槽131中。此外，扭轉部分152中的每一個包括頂部153，該頂部153在扭轉部分152的延伸方向上位于扭轉部分152的中心處，且沿定子芯130的圓周方向延伸。此外，在頂部153的中心處，形成有曲柄形部分154，該曲柄形部分154被彎曲以在徑向上偏離扭轉部分152。此外，位于定子芯130的第一軸側上的定子線圈140的相繞組的那些扭轉部分152共同構成定子線圈140的第一線圈端部;位于定子芯130的第二軸側上的定子線圈140的相繞組的那些扭轉部分152共同構成定子線圈140的第二線圈端部。
[0004]更具體地，如圖11所示，定子線圈140波繞(wave-wound)在定子芯130上使得扭轉部分152中的每一個連接第一槽內部分15IC和第二槽內部分151C，該第一槽內部分15IC被設置在從第一槽131中的徑向內側開始數的第N層，該第二槽內部分151C被設置在從第二槽131中的徑向內側開始數的第(N-1)層，該第二槽131與該第一槽131相距六個槽間距，其中N為大于或等于2的自然數。
[0005]然而，根據專利文獻I，使用成形模具將形成定子線圈140的相繞組的電線中的每一個按壓成形(或彎曲)為基本上波形。即，通過按壓成形形成了扭轉部分152的頂部153和曲柄形部154，它們構成定子線圈140的線圈端部。因此，在按壓成形過程期間施加大應力的曲柄形部154處，可能損傷電線的絕緣敷層，造成電導體從絕緣敷層中暴露出。因此，定子線圈140的相繞組中暴露電導體的那些部分會發生沿面(creeping)放電(或表面放電)，由此導致絕緣失敗。
[0006]更具體地，如圖11所示，扭轉部分152的曲柄形部154(其中，易于因按壓成形過程期間對絕緣敷層的損傷而發生電導體的暴露)與另一個在周向上偏離僅一個槽間距。因此，沿面放電會發生在定子線圈140中。
[0007]日本專利申請公開N0.JPHl 1164506A(本文中稱為專利文獻2)公開了三相定子線圈240，如圖12-14所示。定子線圈240包括安裝在定子芯130上的多個相繞組。相繞組中的每一個由多個基本U形的電導體段形成；電導體段中的每一個配置為具有基本矩形的橫截面形狀的電導體以及覆蓋該電導體的外部表面的絕緣敷層。此外，相繞組中的每一個包括多個槽內部分151C和多個扭轉部分152。槽內部分151C中的每一個容納在形成在定子芯130中的槽131的一個中。扭轉部分152中的每一個位于定子芯130的槽131的外部以連接一對槽內部分151C，這一對槽內部分15IC分別容納在兩個不同的槽131中。此外，扭轉部分152中的每一個包括頂部153，該頂部153在扭轉部分152的延伸方向上位于扭轉部分152的中心處，且沿定子芯130的圓周方向延伸。此外，在頂部153的中心處，形成有曲柄形部分154，該曲柄形部分154被彎曲以在徑向上偏離扭轉部分152。此外，定子線圈240的相繞組的所有扭轉部分152位于定子芯130的同一軸側(即圖12的上側)上并且構成定子線圈240的線圈端部。
[0008]更具體地，如圖13-14所示，在被安裝到定子芯130之前，電導體段的每一個基本上為U形以具有彼此平行延伸的一對豎直部分以及在同一側上連接豎直部分的兩端的扭轉部分。為了形成定子線圈240，將豎直部分從定子芯130的第一軸側(即圖12中上側)分別軸向地插入定子芯130的兩個槽131中，這兩個槽131彼此相距六個槽間距。然后，在定子芯130的第二軸側(即圖12中下側)上的槽131的外部突出的豎直部分的自由端部分別朝向相反的周向側扭絞。此后，電導體段的扭絞的自由端部的每一對對應的遠端例如通過焊接來接合。因此，在得到的定子線圈240中，電導體段的豎直部分的容納在定子芯130的槽131中的那些部分分別構成定子線圈240的相繞組的槽內部分151C;電導體段的扭轉部分分別構成定子線圈240的相繞組的扭轉部分152。
[0009]此外，根據專利文獻2，形成定子線圈240的相繞組的電導體段包括如圖13所示的多個大電導體段150A和如圖14所不的多個小電導體段15013。大電導體段15(^和扭轉部分152大于小電導體段150B的扭轉部分152。在定子芯130的槽131的每一個中，以彼此徑向對齊的方式容納電導體段150A和150B的四個槽內部分151C。
[00?0]更具體地，如圖13所不，大電導體段150A的每一個包括第一槽內部分151C，設置在第一槽131中的第一層(即最內層)處;第二槽內部分151C，設置在第二槽131中的第四層(SP最外層)處，該第二槽131與該第一槽131相距六個槽間距；以及一個扭轉部分152，連接該第一與第二槽內部分151C。另一方面，如圖14所示，小電導體段150B的每一個包括第一槽內部分151C，設置在第一槽131中的第二層處;第二槽內部分151C，設置在第二槽131中的第三層處，該第二槽131與該第一槽131相距六個槽間距；以及一個扭轉部分152，連接該第一與第二槽內部分151C。此外，大電導體段150A和小電導體段150B的自由端部的每個接合對分別從兩個槽131中突出，兩個槽相距六個槽間距。
[0011]然而，根據專利文獻2，使用成形模具將形成定子線圈240的相繞組的電導體段150A和150B中的每一個按壓成形(或彎曲)為基本上U形。即，通過按壓成形形成了扭轉部分152的頂部153和曲柄形部154，構成定子線圈240的線圈端部。因此，在按壓成形過程期間施加大應力的曲柄形部154處，可能損傷電導體段的絕緣敷層，造成電導體從絕緣敷層中暴露出。因此，定子線圈240的相繞組中暴露電導體的那些部分可發生沿面放電，由此導致絕緣失敗。
[0012]更具體地，如圖13的區域F中所示，大電導體段150A的扭轉部分152的曲柄形部154(其中，易于因按壓成形過程期間對絕緣敷層的損傷而發生電導體的暴露)與另一個在周向上偏離僅一個槽間距。類似地，如圖14的區域G中所示，小電導體段150B的扭轉部分152的曲柄形部154(其中，易于因按壓成形過程期間對絕緣敷層的損傷而發生電導體的暴露)與另一個在周向上偏離僅一個槽間距。因此，沿面放電會發生在定子線圈240中。

【發明內容】

[0013]根據一個示例性實施例，提供了一種用于旋轉電機的定子。該定子包括環形定子芯和定子線圈。定子芯具有沿定子芯的圓周方向以預定的間距排列的多個槽。定子線圈包括安裝在定子芯上的多個相繞組以便于在電相位上彼此不同。相繞組中的每一個配置有具有基本上矩形橫截面形狀的電導體以及覆蓋該電導體的外部表面的絕緣敷層。相繞組中的每一個包括多個槽內部分和多個扭轉部分。槽內部分中的每一個容納在定子芯的槽的一個中。扭轉部分中的每一個位于定子芯的槽的外部以連接一對槽內部分，這一對槽內部分分別容納在兩個不同的槽中。定子線圈的相繞組的扭轉部分包括具有不同周向長度的多個類型的扭轉部分。相繞組的扭轉部分的每一個包括頂部，該頂部在扭轉部分中距離定子芯的軸端面的最遠處并且沿著定子芯的圓周方向延伸。對于定子線圈的相繞組的每一個，在定子線圈的整個圓周范圍上成對地排列相繞組的扭轉部分的頂部。每一對中的頂部在定子芯的軸向上彼此重疊。所有相繞組的扭轉部分的每一對周向相鄰的頂部在周向上彼此偏離一距離，該距離大于排列定子芯的槽的預定間距。
[0014]利用上述配置，通過將每一對的頂部排列成彼此軸向重疊，變得可顯著地(與常規定子相比較，兩倍或更多)增大所有相繞組的扭轉部分的每一對周向相鄰的頂部之間的間隙。因此，即使當由于對絕緣敷層的損傷導致電導體在頂部處暴露，仍可能在頂部之間確保足夠的漏電距離。另外，由于每一對軸向重疊的頂部包含于同一個相繞組中，頂部之間的電勢差很小，因此使得難以在其之間發生沿面放電。
[0015]在進一步實施例中，定子線圈的相繞組的每一個可波繞在定子芯上，從而使得設置在從槽的每一個中的徑向內側開始數的第N層處的相繞組的槽內部分與設置在從槽的另一個中的徑向內側開始數的第(N+1)層處的相繞組的槽內部分電連接，其中N是不小于I的自然數。定子線圈的相繞組的扭轉部分的每一個還可包括曲柄形部，該曲柄形部是在扭轉部分的頂部中使用成形模具按壓成形形成的以與該扭轉部分軸向地偏離。在此情況下，優選用來形成多個類型中的每一個類型的扭轉部分的曲柄形部的成形模具不同于用來形成多個類型中的另一個類型的扭轉部分的曲柄形部的成形模具。
[0016]定子線圈的相繞組的扭轉部分的每一個還可包括一對傾斜部和一對彎曲部。傾斜部可分別形成在扭轉部分的頂部的相反側以相對于定子芯的軸端面以預定的傾斜角傾斜地延伸。彎曲部的每一個通過在傾斜部中的一個與由扭轉部分所連接的槽內部分中的一個之間使用成形模具而被按壓成形為“〈”字符的形狀來形成。在此情況下，優選地，用來形成多個類型中的每一個類型的扭轉部分的彎曲部的成形模具不同于用來形成多個類型中的另一個類型的扭轉部分的彎曲部的成形模具。
[0017]定子線圈的相繞組的扭轉部分可包括多個第一類型扭轉部分和多個第二類型扭轉部分，第二類型扭轉部分比第一類型扭轉部分具有更小的周向長度。在此情況下，優選地，第二類型扭轉部分的每一個完全位于第一類型扭轉部分中的一個的軸向內側，從而使得第一類型的扭轉部分的頂部的軸向內側表面覆蓋第二類型扭轉部分的頂部的軸向外側表面。
[0018]進一步優選地，第一類型扭轉部分的每一個具有(M+1)個槽間距的周向長度，同時第二類型扭轉部分的每一個具有(M-1)個槽間距的周向長度，其中M是不小于2的自然數，且第二類型扭轉部分的頂部的每一個位于第一類型的扭轉部分的頂部中的一個的軸向內側并與之軸向重疊。
【附圖說明】
[0019]根據下文給出的詳細描述和一個示例性實施例的附圖，將更充分地理解本發明，然而，這些詳細描述和附圖不應將本發明限制到具體的實施例，而僅僅是出于說明和理解的目的。
[0020]在附圖中:
[0021 ]圖1是根據示例性實施例的包含定子的旋轉電機的部分截面圖；
[0022]圖2是定子的一部分的立體圖；
[0023]圖3是定子的一部分的部分截面圖；
[0024]圖4是用來形成定子的定子線圈的一對大電導體段和小電導體段的立體圖；
[0025]圖5是小電導體段的一部分的立體圖；
[0026]圖6是示出用來形成定子線圈的電導體段的配置的截面圖；
[0027]圖7是示出定子的定子芯的槽中的電導體段的布置的周向展開圖；
[0028]圖8是定子線圈的示意性電路圖；
[0029]圖9是示出定子中的一對大電導體段和小電導體段的布置的示意圖；
[0030]圖10是沿圖9中的線X-X取得的截面圖；
[0031 ]圖11是第一常規定子的一部分的立體圖；
[0032]圖12是第二常規定子的一部分的立體圖；
[0033]圖13是用來形成第二常規定子的定子線圈的大電導體段的立體圖；
[0034]圖14是用來形成第二常規定子的定子線圈的小電導體段的立體圖。
【具體實施方式】
[0035]圖1示出根據示例性實施例的包括定子20的旋轉電機I的總體配置。
[0036]旋轉電機I被設計為在機動車輛(諸如客車或卡車)中用作電動機。
[0037]如圖1所示，旋轉電機I進一步包括殼體10和除了定子20以外的轉子14。外殼10包括在其開口端接合在一起的一對杯狀殼體件1a和10b。殼體10具有在其中安裝的一對軸承11和12，殼體10經由這對軸承11和12可旋轉地支承轉軸13。轉子14容納在殼體10中且固定在轉軸13上。定子20固定在殼體10中以便包圍轉子14的徑向外周。
[0038]轉子14包括多個永磁體，在面向定子20的徑向內周的轉子14的徑向外周上形成多個磁極。磁極的極性沿著轉子14的圓周方向在北與南之間交替。可根據旋轉電機I的設計說明書適當地設定磁極的數量。在本實施例中，例如將磁極的數量設定為等于八(即，四個北極和四個南極)。
[0039]現在參見圖2和3，定子20包括環形(或中空圓柱形)定子芯30，該環形定子芯30設置在轉子14的徑向外側以包圍轉子14，并且包括安裝在定子芯30上的三相定子線圈40。另夕卜，定子20可進一步具有在定子芯30與定子線圈40之間插入的絕緣紙。
[0040]在本實施例中，通過沿著定子芯30的軸向層壓多個環形磁鋼板且通過例如鉚接(stake)將它們固定在一起，來形成定子芯30。另外，在相鄰的每一對磁鋼板之間，插入絕緣膜。應該認識到，也可使用其他常規的金屬板來代替磁鋼板。
[0041 ] 此外，如圖2和3所示，定子芯30包括環形后芯33、多個定子齒34和多個槽31。定子齒34各自從后芯33向內徑向地延伸且以一預定間距在周向上隔開。槽31中的每一個形成在周向上相鄰的一對定子齒34之間。因此，以與定子齒34相同的預定間距在周向上排列槽31。此外，槽31的每一個沿著定子芯30的軸向延伸以便軸向地插入定子芯30，且在定子芯30的徑向內部表面上開口。另外，對于每一個槽31，槽31的深度方向與定子芯30的徑向相符合。
[0042I 在本實施例中，對于具有八個磁極的轉子14的每一個磁極且對于三相定子線圈40的每一相提供兩個槽31。換而言之，槽倍數設定為2。因此，提供在定子芯30中的槽31的總數等于48(即，2X8X3)。另外，如圖2所示，四十八個槽31包括沿著定子芯30的圓周方向順序地且重復地排列的多對U相槽Ul和U2、V相槽Vl和V2以及W相槽Wl和W2。
[0043]定子線圈40包括U相繞組41U、V相繞組41V和W相繞組41W(參見圖8)，這些繞組安裝在定子芯30上以便被容納在定子芯30的槽31中且在電相位上彼此不同。
[0044]定子線圈40的相繞組中的每一個包括多個槽內部分51C和多個扭轉部分52A和52B。槽內部分51C中的每一個容納在定子芯30的槽31的一個中。扭轉部分52A和52B中的每一個位于定子芯30的槽31的外部以連接一對槽內部分51C，這一對槽內部分51C分別容納在兩個不同的槽31中。
[0045]在本實施例中，定子線圈40由以下形成:(I)將多個基本上U形的電導體段50從定子芯30的第一軸側插入到定子芯30的槽31中；(2)扭絞電導體段50的每一個的自由端部，這些自由端部在定子芯30的第二軸側上在定子芯30的槽31外部分別朝向相反的周向側突出；以及(3)例如通過焊接來接合所有電導體段50的扭絞的自由端部的每一對對應的遠端。因此，以預定的模式電連接所有的電導體段50，形成定子線圈40。
[0046]此外，在本實施例中，如圖4所示，形成定子芯40的電導體段50包括多個大電導體段50A和多個小電導體段50B，多個小電導體段50B具有比多個大電導體段50A更小的尺寸。通過使用成形模具將電導體線(具有基本上矩形的橫截面)按壓成形為基本上U形來形成大電導體段和小電導體段50A和50B。應該注意到，用來形成大電導體段50A的成形模具與用來形成小電導體段50B的成形模具不同。
[0047]大電導體段50A的每一個具有一對彼此平行延伸的豎直部分51A和在同一側連接豎直部分51A的各端的扭轉部分52A。另一方面，小電導體段50B的每一個具有一對彼此平行延伸的豎直部分51B和在同一側連接豎直部分51B的各端的扭轉部分52B。小電導體段50B的扭轉部分52B比大電導體段50A的扭轉部分52A具有更小的長度。
[0048]更具體地，在本實施例中，將大電導體段50A的扭轉部分52A形成為具有七個槽間距的周向長度。另一方面，將小電導體段50B的扭轉部分52B形成為具有五個槽間距的周向長度。因此，大電導體段50A的扭轉部分52A可被稱為長間距扭轉部分52A;小電導體段50B的扭轉部分52B可被稱為短間距扭轉部分52B。
[0049]此外，大電導體段50A的扭轉部分52A的每一個包括頂部53A，該頂部53A在扭轉部分52A的延伸方向上(或者在定子芯30的圓周方向上)位于扭轉部分52A的中心處并且在扭轉部分52A中距離定子芯30的第一軸端面30a的最遠處;該第一軸端面30a在定子芯30的第一軸側上。頂部53A沿著定子芯30的圓周方向并且平行于定子芯30的第一軸端面30a延伸。此外，在頂部53A的中心處，通過按壓成形形成了曲柄形部54A，該曲柄形部54A被彎曲以在徑向上偏離扭轉部分52A。由曲柄形部54A作出的徑向偏離量被設定為基本上等于大電導體段和小電導體段50A和50B的徑向厚度。類似地，小電導體段50B的扭轉部分52B的每一個包括頂部53B，該頂部53B在扭轉部分52B的延伸方向上(或者在定子芯30的圓周方向上)位于扭轉部分52B的中心處，并且在扭轉部分52B中距離定子芯30的第一軸端面30a的最遠處。頂部53B沿著定子芯30的圓周方向并且平行于定子芯30的第一軸端面30a延伸。此外，在頂部53B的中心處，通過按壓成形形成了曲柄形部54B，該曲柄形部54A被彎曲以在徑向上偏離扭轉部分52B。由曲柄形部54B作出的徑向偏離量也被設定為基本上等于大電導體段和小電導體段50A和50B的徑向厚度。
[0050]此外，大電導體段50A的扭轉部分52A的每一個還包括一對傾斜部55A，分別形成在頂部53A的相反側上以便相對于定子芯30的第一軸端面30a以第一預定傾斜角Θ1傾斜地延伸(參見圖9)。大電導體段50A的扭轉部分52A的每一個進一步包括一對彎曲部56A。彎曲部56A的每一個通過在傾斜部55A中的一個與由扭轉部分52A所連接的豎直部分51A中的一個之間使用成形模具而被按壓成形為“〈”字符的形狀來形成。彎曲部56A從定子芯30的第一軸端面30a中突出。類似地，小電導體段50B的扭轉部分52B的每一個還包括一對傾斜部55B，分別形成在頂部53B的相反側上以便相對于定子芯30的第一軸端面30a以第二預定傾斜角Θ2傾斜地延伸(參見圖9)。小電導體段50B的扭轉部分52B的每一個進一步包括一對彎曲部56B。彎曲部56B的每一個通過在傾斜部55B中的一個與由扭轉部分52B所連接的豎直部分51B中的一個之間使用成形模具而被按壓成形為“〈”字符的形狀來形成。彎曲部56B從定子芯30的第一軸端面30a中突出(參見圖5)。另外，在本實施例中，第一預定傾斜角ΘI和第二預定傾斜角Θ2被設定為彼此相等(參見圖9)。
[°051 ] 在本實施例中，如圖6所不，大電導體段50A和小電導體段50B中的每一個配置有電導體58和覆蓋電導體58的外表面的絕緣敷層59。電導體58具有基本上矩形的橫截面形狀。絕緣敷層59由兩層構成以包括內層59a和外層59b。
[0052]接著，將參考圖7描述定子芯30的槽31中的大電導體段50A和小電導體段50B的布置。
[0053]另外，為了簡明，在圖7中，僅示出兩對U相位槽Ul和U2，其中容納定子線圈40的U相繞組41U。在本實施例中，由于槽倍數被設定為2，U相槽Ul以六個槽間距在周向上隔開，U相槽U2也以六個槽間距在周向上隔開。
[0054]對于大電導體段50A中的一個，此大電導體段50A的兩個豎直部中51A的一個被設置在從U相槽Ul中的一個的徑向內側開始數的第一層處；另一個豎直部51A被設置在從U相槽U2中的一個的徑向內側開始數的第二層處，該U相槽U2中的一個與該U相槽Ul中的一個沿著順時針方向(即，圖7的X方向)相距七個槽間距。另一方面，對于小電導體段50B中的一個，此小電導體段50B的兩個豎直部51B中的一個被設置在從U相槽U2中的一個的徑向內側開始數的第一層處;另一個豎直部51B被設置在從U相槽Ul中的該一個的徑向內側開始數的第二層處，該U相槽Ul中的一個與該U相槽U2中的一個沿著順時針方向相距五個槽間距。
[0055]在所有的U相槽Ul和U2對子中的第一層和第二層處重復大電導體段50A和小電導體段50B的以上布置。此外，雖然在示圖中未示出，還以與各對U相槽Ul和U2中的第一層和第二層相同的方式將大電導體段50A和小電導體段50B設置在各對V相槽Vl和V2中的第一層和第二層以及各對W相槽Wl和W2的第一層和第二層。
[0056]此外，對于大電導體段50A中的一個，此大電導體段50A的兩個豎直部51A中的一個被設置在從U相槽Ul中的一個的徑向內側開始數的第三層處;另一個豎直部51A被設置在從U相槽U2中的一個的徑向內側開始數的第四層處，該U相槽U2中的一個與該U相槽UI中的一個沿著順時針方向(即，圖7的X方向)間隔七個槽間距。另一方面，對于小電導體段50B中的一個，此小電導體段50B的兩個豎直部51B中的一個被設置在從U相槽U2中的一個的徑向內側開始數的第三層處;另一個豎直部51B被設置在從U相槽Ul中的一個的徑向內側開始數的第四層處，該U相槽UI中的一個與該U相槽U2中的一個沿著順時針方向相距五個槽間距。
[0057]在所有的各對U相槽Ul和U2中的第三層和第四層重復大電導體段50A和小電導體段50B的以上布置。此外，雖然在示圖中未示出，還以與各對U相槽Ul和U2中的第三層和第四層相同的方式，將大電導體段50A和小電導體段50B設置在各對V相槽Vl和V2中的第三層和第四層以及各對W相槽Wl和W2的第三層和第四層。
[0058]此外，對于大電導體段50A中的一個，此大電導體段50A的兩個豎直部51A中的一個被設置在從U相槽Ul中的一個的徑向內側開始數的第五層處;另一個豎直部51A被設置在從U相槽U2中的一個的徑向內側開始數的第六層處，該U相槽U2中的一個與該U相槽Ul中的一個沿著順時針方向(即，圖7的X方向)間隔七個槽間距。另一方面，對于小電導體段50B中的一個，此小電導體段50B的兩個豎直部51B中的一個被設置在從U相槽U2中的一個的徑向內側開始數的第五層處;另一個豎直部51B被設置在從U相槽Ul中的一個的徑向內側開始數的第六層處，該U相槽Ul中的一個與該U相槽U2中的一個沿著順時針方向相距五個槽間距。
[0059]在所有的各對U相槽Ul和U2中的第五層和第六層重復大電導體段50A和小電導體段50B的以上布置。此外，雖然在示圖中未示出，還以與各對U相槽Ul和U2中的第五層和第六層相同的方式，將大電導體段50A和小電導體段50B設置在各對V相槽Vl和V2中的第五層和第六層以及各對W相槽Wl和W2的第五層和第六層。
[0060]因此，在U相槽Ul和U2、V相槽Vl和V2和W相槽Wl和W2的每一個中，以彼此徑向對齊的方式設置了大電導體段50A與小電導體段50B的總共六個豎直部51A和51B。更具體地，在本實施例中，在U相槽Ul和U2、V相槽Vl和V2和W相槽Wl和W2的每一個中，沿著定子芯30的徑向交替地設置了大電導體段50A的三個豎直部51A和小電導體段50B的三個豎直部51B。
[0061 ] 此外，對于大電導體段50A和小電導體段50B中的每一個，在定子芯30的第二軸側(即圖2的下側)上在定子芯30的槽31的外部突出的電導體段的豎直部的自由端部分別朝向相反的周向側扭絞以便相對于定子芯30的第二軸端面30a以預定的角度傾斜地延伸；第二軸端面30a在定子芯30的第二軸側上。因此，豎直部的自由端部分別轉變為電線段的一對傾斜部分(未示出)；傾斜部分具有對應于基本上半個磁極間距的周向長度。之后，在定子芯30第二軸側上，所有大電導體段50A和小電導體段50B的傾斜部分的每一對對應的遠端例如通過焊接來接合。因此，以預定的模式電連接所有的大電導體段50A和小電導體段50B，形成定子線圈40。
[0062]具體地，容納在定子芯30的槽31中的大電導體段50A和小電導體段50B的豎直部51A和51B的那些部分分別構成定子線圈40的相繞組41U、41V和41W的槽內部分51C;大電導體段50A和小電導體段50B的扭轉部分52A和52B分別構成定子線圈40的相繞組41U、41V和41W的扭轉部分52A和52B。此外，定子線圈40的相繞組41U、41V和41W中的每一個由預定數量的大電導體段50A和小電導體段50B形成，這些大電導體段50A和小電導體段50B彼此電連接。更具體地，定子線圈40的相繞組41U、41V和41W中的每一個波繞在定子芯30上，使得:設置在從槽31中的每一個的徑向內側開始數的第N層處的相繞組的槽內部分51C電連接到設置在從槽31的另一個的徑向內側開始數的第(N+1)層處的相繞組的槽內部分51C，其中N是不小于I的自然數。
[0063]另外，在本實施例中，定子線圈40的相繞組41U、41V和41W中的每一個沿著定子芯30的圓周方向延伸六圈匝數。因此，相繞組41U、41V和41W中的每一個還包括形狀與上述大電導體段50A和小電導體段50B不同的電導體段(未示出)。這些形狀不同的電導體段例如包括用于形成相繞組的輸出端和中性端的電導體段以及用于連接相繞組的不同線圈匝的電導體段。
[0064]如圖8所示，在本實施例中，定子線圈40的相繞組41U、41V和41W彼此星形連接。此外，U相繞組41U包括彼此并聯連接的U相子繞組Ul、U2、U3和U4J相繞組41V包括彼此并聯連接的V相子繞組Vl、V2、V3和V4J相繞組41W包括彼此并聯連接的W相子繞組Wl、W2、W3和W4。
[0065]此外，如圖1所示，定子線圈40具有定子芯30的第一軸側上的環形第一線圈端部45和定子芯30的第二軸側上的環形第二線圈端部46。第一線圈端部45由從定子芯30的第一軸端面30a中突出的大電導體段50A和小電導體段50B的扭轉部分52A和52B構成。第二線圈端部46由從定子芯30的第二軸端面30a中突出的大電導體段50A和小電導體段50B的傾斜部分(或扭絞的自由端部)構成。
[0066]在本實施例中，如圖2所示，在定子線圈40的第一線圈端部45中，在定子線圈40的整個圓周范圍上存在周向相鄰的多對長間距扭轉部分52A和短間距扭轉部分52B。對于周向相鄰的多對長間距扭轉部分52A和短間距扭轉部分52B中的每一個，周向相鄰的多對長間距扭轉部分52A和短間距扭轉部分52B的頂部53A和53B沿著定子芯30的軸向彼此重疊。此外，如圖9-10所示，對于周向相鄰的多對長間距扭轉部分52A和短間距扭轉部分52B的每一對，短間距扭轉部分52B完全位于長間距扭轉部分52A的軸向內側;長間距扭轉部分52A的頂部53A的軸向內側表面57A覆蓋短間距扭轉部分52B的頂部53B的軸向外側表面57B。
[0067]此外，軸向重疊的每一對頂部53A和53B具有相同的相位，換而言之，包含在定子線圈40的同一個U相、V相和W相繞組41U、41V和41W中。更具體地，如圖2所示，U相繞組41U的長間距扭轉部分52A(U)的頂部53A(U)的每一個與U相繞組41U的短間距扭轉部分52B(U)的頂部53B(U)的一個軸向地重疊。V相繞組41V的長間距扭轉部分52A(V)的頂部53A(V)的每一個與V相繞組41V的短間距扭轉部分52B(V)的頂部53B(V)的一個軸向地重疊。W相繞組41W的長間距扭轉部分52A(W)的頂部53A(W)的每一個與W相繞組41W的短間距扭轉部分52B(W)的頂部53B(W)的一個軸向地重疊。
[0068]此外，如圖9-10和圖2的區域A所示，對于軸向重疊的每一對頂部53A和53B，頂部53A的軸向內側表面57A和頂部53B的軸向外側表面57B彼此平行地排列且軸向地面對彼此。
[0069]此外，如圖2所示，所有相繞組41U、41V和41W的周向相鄰的每一對長間距扭轉部分52A和短間距扭轉部分52A的頂部53A和53B在周向上彼此偏離一距離，該距離大于排列定子芯30的槽31的預定間距(S卩，大于一個槽間距)。更具體地，在本實施例中，在長間距扭轉部分52A的頂部53A中形成的曲柄形部54A的每一個與另一個曲柄形部54A周向相鄰且偏離兩個槽間距;在短間距扭轉部分52B的頂部53B中形成的曲柄形部54B的每一個與另一個曲柄形部54B周向相鄰且偏離兩個槽間距。此外，如圖2的區域B所示，短間距扭轉部分52B的頂部53B的每一個被設置為長間距扭轉部分52A的豎直延伸的傾斜部55A中的一個的周向近鄰。
[0070]另外，長間距扭轉部分52A的周向長度被設定為(M+1)個槽間距，而短間距扭轉部分52B的周向長度被設定為(M-1)個槽間距，其中M是大于或等于2的自然數。更具體地，在本實施例中，利用M = 6，長間距扭轉部分52A的周向長度被設定為七個槽間距，并且短間距扭轉部分52B的周向長度被設定為五個槽間距。
[0071]根據本實施例的上述定子20具有以下優勢。
[0072]在本實施例中，定子20包括環形定子芯30和三相定子線圈40。定子芯30具有沿定子芯30的圓周方向排列的多個槽31。定子芯40包括安裝在定子芯30上的U相、V相和W相繞組41U、41V和41W，在電相位上彼此不同。相繞組41U、41V和41W的每一個由彼此電連接的大電導體段50A和小電導體段50B形成。大電導體段50A和小電導體段50B的每一個配置有具有基本矩形的橫截面形狀的電導體58以及覆蓋該電導體58的外部表面的絕緣敷層59。相繞組41U、41V和41W的每一個包括槽內部分51C和扭轉部分52A和52B。槽內部分51C中的每一個容納在定子芯30的槽31的一個中。扭轉部分52A和52B中的每一個位于定子芯30的槽31的外部以連接一對槽內部分51C，這一對槽內部分51C分別容納在兩個不同的槽31中。定子線圈40的相繞組41U、41V和41W的扭轉部分52A和52B包括具有不同周向長度(S卩，長間距扭轉部分52A和短間距扭轉部分52B)的兩個類型的扭轉部分。扭轉部分52A的每一個包括頂部53A，該頂部53A在扭轉部分52A中距離定子芯30的第一軸端面30a的最遠處并且沿著定子芯30的圓周方向延伸。扭轉部分52B的每一個包括頂部53B，該頂部53A在扭轉部分52B中距離定子芯30的第一軸端面30a的最遠處并且沿著定子芯30的圓周方向延伸。對于定子線圈40的相繞組41U、41V和41W的每一個，在定子線圈40的整個圓周范圍上成對地設置相繞組的扭轉部分52A和52B的頂部53A和53B。每一對中的頂部53A和53B在定子芯30的軸向上彼此重疊。所有相繞組41U、41V和41W的扭轉部分52A和52B的每一對周向相鄰的頂部53A和53B彼此在周向上偏離大于一個槽間距的距離，更具體地，在本實施例中偏離兩個槽間距。
[0073]利用上述配置，通過將每一對中的頂部53A和53B排列成彼此軸向重疊，變得可顯著地(與常規定子相比較，兩倍或更多)增大所有相繞組41U、41V和41W的扭轉部分52A和52B的每一對周向相鄰的頂部53A和53B之間的間隙。因此，即使當由于對絕緣敷層59的損傷導致電導體58在頂部53A和53B處暴露，仍可能在頂部53A和53B之間確保足夠的漏電距離。另夕卜，由于每一對軸向重疊的頂部53A和53B包含于相繞組41U、41V和41W中的相同一個中，頂部53A和53B之間的電勢差很小，因此使得難以在其之間發生沿面放電。
[0074]此外，在本實施例中，定子線圈40的相繞組41U、41V和41W的每一個波繞在定子芯30上，從而使得設置在從槽31的每一個中的徑向內側開始數的第N層處的相繞組的槽內部分51C與設置在從槽31的另一個中的徑向內側開始數的第(N+1)層處的相繞組的槽內部分51C電連接，其中N是不小于I的自然數。定子線圈40的相繞組41U、41V和41W的長間距扭轉部分52A的每一個包括曲柄形部54A，通過使用成形模具按壓成形，在扭轉部分52A的頂部53A中形成曲柄形部54A以徑向地偏離扭轉部分52A。定子線圈40的相繞組41U、41V和41W的短間距扭轉部分52B的每一個包括曲柄形部54B，通過使用成形模具按壓成形在扭轉部分52B的頂部53B中形成曲柄形部54B以徑向地偏離扭轉部分52B。用來形成長間距扭轉部分52A的曲柄形部54A的成形模具不同于用來形成短間距扭轉部分52B的曲柄形部54B的成形模具。
[0075]利用以上配置，可更加有效地防止由于按壓成形過程期間對絕緣敷層59的損傷而發生絕緣失敗。更具體地，在形成扭轉部分52A和52B的曲柄形部54A和54B的按壓成形過程期間，由于成形模具中的缺陷(例如，裂縫或邊緣缺陷)，可能損壞大電導體段50A和小電導體段50B的絕緣敷層59。然而，在本實施例中，由于用來形成長間距扭轉部分52A的曲柄形部54A的成形模具不同于用來形成短間距扭轉部分52B的曲柄形部54B的成形模具，降低了對大電導體段50A和小電導體段50B的絕緣敷層59的損傷發生的概率，由此更加有效地防止由于對絕緣敷層59的損傷而發生絕緣失敗。
[0076]在本實施例中，定子線圈40的相繞組41U、41V和41W的長間距扭轉部分52A的每一個還包括一對傾斜部55A和一對彎曲部56A。傾斜部55A分別形成在扭轉部分52A的頂部53A的相反側以相對于定子芯30的第一軸端面30a以第一預定傾斜角Θ1傾斜地延伸。彎曲部56A的每一個通過在傾斜部55A中的一個與由扭轉部分5 2A所連接的槽內部分51C中的一個之間使用成形模具而被基本上按壓成形為“〈”字符的形狀來形成。定子線圈40的相繞組41U、41V和41W的短間距扭轉部分52B的每一個還包括一對傾斜部55B和一對彎曲部56B。傾斜部55B分別形成在扭轉部分52B的頂部53B的相反側上以相對于定子芯30的第一軸端面30a以第二預定傾斜角Θ2傾斜地延伸。彎曲部56B的每一個通過在傾斜部55B中的一個與由扭轉部分52B所連接的槽內部分51C中的一個之間使用成形模具而被基本上按壓成形為“〈”的形狀來形成。用來形成長間距扭轉部分52A的彎曲部56A的成形模具不同于用來形成短間距扭轉部分52B的彎曲部56B的成形模具。
[0077]利用以上配置，可更加有效地防止由于按壓成形過程期間對絕緣敷層59的損傷而發生絕緣失敗。更具體地，在形成扭轉部分52A和52B的彎曲部56A和56B的按壓成形過程期間，由于成形模具中的缺陷，可能損壞大電導體段50A和小電導體段50B的絕緣敷層59。然而，在本實施例中，由于用來形成長間距扭轉部分52A的彎曲部56A的成形模具不同于用來形成短間距扭轉部分52B的彎曲部56B的成形模具，降低了對大電導體段50A和小電導體段50B的絕緣敷層59的損傷發生的概率，由此更加有效地防止由于對絕緣敷層59的損傷而發生絕緣失敗。
[0078]在本實施例中，短間距扭轉部分52B的每一個完全位于長間距扭轉部分52A中的一個的軸向內側，從而使得長間距扭轉部分52A的頂部53A的軸向內側表面57A覆蓋短間距扭轉部分52B的頂部53B的軸向外側表面57B。
[0079]利用以上配置，可更加可靠地將定子20與旋轉電機I的其他組件(例如，殼體10)電隔離。更具體地，在按壓成形過程期間，扭轉部分的周向長度越小，越大的應力被施加到扭轉部分，因此越有可能在扭轉部分中發生對絕緣敷層59的損傷。因此，用長間距扭轉部分52A(其中對絕緣敷層59的損傷發生的概率較低)覆蓋短間距扭轉部分52B(其中對絕緣敷層59的損傷發生的概率較高)，可能改進整個定子20的絕緣屬性，由此更加靠地將定子20與旋轉電機I的其他組件電隔離。
[0080]在本實施例中，長間距扭轉部分52A的每一個具有七個槽間距(S卩，(M+1)個槽間距，M為6)的周向長度，而短間距扭轉部分52B的每一個具有五個槽間距(即，(M-1)個槽間距，M為6)的周向長度。此外，小間距扭轉部分52B的頂部的每一個位于長間距扭轉部分52A的頂部53A中的一個的軸向內側且彼此軸向重疊。
[0081]利用上述配置，與所有扭轉部分具有M個槽間距的同一周向長度的常規定子線圈相比較，有可能改善定子線圈40的絕緣屬性而不改變其他特性。
[0082]盡管已經示出且描述了以上具體實施例，本領域的技術人員將認識到，可作出多種修改、變化和改進而不脫離本發明的精神。
[0083]例如，在上述實施例中，在定子線圈40中采用了具有不同周向長度的兩種類型的扭轉部分(即，長間距扭轉部分52A和短間距扭轉部分52B)。此外，在定子芯30的軸向上彼此重疊的扭轉部分的頂部的數量等于2。
[0084]然而，也有可能在定子線圈40中采用具有不同周向長度的三個或更多類型的扭轉部分。在此情況下，在定子芯30的軸向上彼此重疊的扭轉部分的頂部的數量因此將等于3或更大。
[0085]在上述實施例中，定子線圈40的相繞組41U、41V和41W的每一個由基本上U形的大電導體段50A和小電導體段50B形成。定子線圈40的第一線圈端部45由從定子芯30的第一軸端面30a中突出的大電導體段50A和小電導體段50B的扭轉部分52A和52B構成。定子線圈40的第二線圈端部46由從定子芯30的第二軸端面30a中突出的大電導體段50A和小電導體段50B的傾斜部分(或扭絞的自由端部)構成。
[0086]然而，定子線圈40的相繞組41U、41V和41W的每一個可替代地由多個基本上波形的電線形成；電線的每一個包括多個槽內部分51C和多個扭轉部分52A和52B。在此情況下，定子線圈40的第一線圈端部45由那些從定子芯30的第一軸端面30a中突出的電線的扭轉部分52A和52B構成；定子線圈40的第二線圈端部46由那些從定子芯30的第二軸端面30a中突出的電線的扭轉部分52A和52B構成。
[0087]在上述實施例中，本發明涉及設計為在機動車輛中用作電動機的旋轉電機I的定子20。然而，本發明也可應用到其他旋轉電機的定子，諸如發電機的定子或電動機-發電機的定子，該電動機-發電機可選擇性地用作電動機和發電機兩者。
【主權項】
1.一種用于旋轉電機的定子，所述定子包括: 環形定子芯，具有沿所述定子芯的圓周方向以預定間距排列的多個槽；以及定子線圈，包括安裝在所述定子芯上以便于在電相位上彼此不同的多個相繞組，所述相繞組的每一個配置有具有基本上矩形的截面形狀的電導體和覆蓋所述電導體的外表面的絕緣敷層，所述相繞組的每一個包括多個槽內部分和多個扭轉部分，所述槽內部分的每一個容納在所述定子芯的多個槽中的一個中，所述扭轉部分中的每一個位于所述定子芯的多個槽的外部以連接一對槽內部分，所述一對槽內部分分別容納在兩個不同的槽中， 其中 所述定子線圈的相繞組的扭轉部分包括具有不同周向長度的多個類型的扭轉部分，所述相繞組的扭轉部分的每一個包括頂部，所述頂部在所述扭轉部分中距離所述定子芯的軸端面的最遠處并且沿著所述定子芯的圓周方向延伸， 對于所述定子線圈的相繞組的每一個，在所述定子線圈的整個圓周范圍上成對地排列所述相繞組的扭轉部分的頂部，每一對中的頂部在所述定子芯的軸向上彼此重疊，以及所有相繞組的扭轉部分的每一對周向相鄰的頂部在周向上彼此偏離一距離，所述距離大于排列所述定子芯的多個槽的預定間距。2.如權利要求1所述的定子，其特征在于，所述定子線圈的相繞組的每一個波繞在所述定子芯上，從而使得設置在從所述多個槽的每一個中的徑向內側開始數的第N層處的相繞組的槽內部分與設置在從所述多個槽的另一個中的徑向內側開始數的第(N+1)層處的相繞組的槽內部分電連接，其中N是不小于I的自然數，以及 所述定子線圈的相繞組的扭轉部分的每一個還包括曲柄形部，所述曲柄形部是在所述扭轉部分的頂部中使用成形模具按壓成形以軸向地偏離所述扭轉部分來形成的，以及用來形成所述多個類型中的每一個類型的扭轉部分的曲柄形部的成形模具不同于用來形成所述多個類型中的另一個類型的扭轉部分的曲柄形部的成形模具。3.如權利要求1所述的定子，其特征在于，所述定子線圈的相繞組的扭轉部分的每一個還包括一對傾斜部和一對彎曲部， 所述傾斜部分別形成在所述扭轉部分的頂部的相反側上以相對于所述定子芯的軸端面以預定的傾斜角傾斜地延伸， 所述彎曲部的每一個通過在所述傾斜部中的一個與由所述扭轉部分所連接的所述槽內部分中的一個之間使用成形模具而被基本上按壓成形為“〈”字符的形狀來形成，以及用來形成所述多個類型中的每一個類型的扭轉部分的彎曲部的成形模具不同于用來形成所述多個類型中的另一個類型的扭轉部分的彎曲部的成形模具。4.如權利要求1所述的定子，其特征在于，所述定子線圈的相繞組的扭轉部分包含多個第一類型扭轉部分和多個第二類型扭轉部分，所述第二類型扭轉部分比所述第一類型扭轉部分具有更小的周向長度，以及 所述第二類型扭轉部分的每一個完全位于所述第一類型扭轉部分中的一個的軸向內側，從而使得所述第一類型扭轉部分的頂部的軸向內側表面覆蓋所述第二類型扭轉部分的頂部的軸向外側表面。5.如權利要求1所述的定子，其特征在于，所述定子線圈的相繞組的扭轉部分包含多個第一類型扭轉部分和多個第二類型扭轉部分， 所述第一類型扭轉部分的每一個具有(M+1)個槽間距的周向長度，同時所述第二類型扭轉部分的每一個具有(M-1)個槽間距的周向長度，其中M是不小于2的自然數，以及 所述第二類型扭轉部分的頂部的每一個位于所述第一類型扭轉部分的頂部中的一個的軸向內側且與之軸向重疊。
【文檔編號】H02K3/12GK105914912SQ201610094221
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月19日
【發明人】田村曉斗
【申請人】株式會社電裝