CN101569076A - 用于多相旋转电机的定子、包括该定子的多相旋转电机和制造该定子的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于多相旋转电机的定子，其中，每相包括至少一个绕组，每个绕组包括具有多个线匝(73)的线圈(70)，定子(5)具有主体(50)，该主体具有轴向长度(L)且在内部具有多个槽口(60)，该槽口由齿(61)界定，每个齿(61)被线圈(70)环绕，其特征在于，定子(5)的主体(50)两个互补的环形部分(501、502)，每个环形部分都具有部分轴向长度(L1、L2)，主体(50)的齿(61)被交替地连接到所述定子(5)主体(50)的所述部分(501、502)中的一个或另一个。多相旋转电机的特征在于其包括根据本发明的定子。一种方法包括下面的步骤：用线圈(70)环绕定子(5)的主体(50)的第一部分(501)的齿(61)和第二部分(502)的齿(61)；和组装定子(5)的主体(50)的所述两个部分(501，502)。

Description

用于多相旋转电机的定子、包括该定子的多相旋转电机和制造该定子的方法

技术领域

本发明涉及用于多相旋转电机的定子、包括该定子的多相旋转电机和制造该定子的方法。

本发明应用于汽车工业且具体应用于机动车的交流发电机-起动器和交流发电机领域。

背景技术

根据旋转电机的设计，旋转电机被用作电流发电机、电马达或可逆机，所述可逆机可作为发电机和作为马达操作。

电流发电机，例如多相交流发电机，把例如由内燃机驱动的励磁转子的旋转运动转换为定子的线圈中的感生电流。相反，施加到电机定子的线圈的电流经由转子轴驱动一被约束为与转子轴一起旋转的构件旋转。因此，在该操作模式中，电机把电能转换为机械能。把旋转运动转换为电流的旋转电机的典型例子是在机动车中使用的交流发电机，其用于为安装在机动车上的各种单元的操作提供所需的电。对于这个相同的应用领域，把电能转换为机械能的旋转电机的典型例子是起动马达。

替换地，旋转电机可以是可逆机，其被设计用于在汽车领域中用作交流发电机-起动器，即，当操作于电流发电机模式中时执行交流发电机功能且当操作于电马达模式中时执行起动马达功能的机器。

在交流发电机或在操作于电流发电机模式的交流发电机-起动器中，定子是电枢元件而转子是场元件。相反，在操作于电马达模式的交流发电机-起动器中，定子是场元件而转子是电枢元件。

诸如交流发电机和交流发电机-起动器这样的旋转电机包括具有至少两部分的壳体，这两部分称为前承座和后承座，该壳体支撑定子，该定子环绕固定到转子轴的转子，转子轴在其一个轴向端部处承载传动构件，例如皮带轮或齿轮，该传动构件是用于在内燃机和交流发电机或交流发电机-起动器之间传递运动的装置的一部分。

转子包括连接到调压器的至少一个场线圈。定子包括主体，该主体承载具有多个相的线圈，每相包括至少一个绕组，这些绕组的输出部分被电连接到整流装置，用于当定子为电枢时对定子的多个相中产生的交流电流进行整流，直流电用于为电池充电和/或为机动车的车载网络的功耗单元供电。整流装置包括例如二极管电桥。

转子的场线圈可被固定且连接到调压器或安装在转子中。在这种情况下，转子轴在其另一轴向端部处承载集电环，该集电环通过电线连接到场线圈的端部。作为连接到调压器的刷握的一部分的电刷在集电环上摩擦。

定子的主体通常为叠片的以减少涡流。叠片结构包括多个槽口，所述槽口对齐以形成轴向沟槽。

这些沟槽是封闭或半封闭的类型，且在这种情况下，每个槽口敞开到定子的主体的内周边上。交替的槽口由齿界定，两个连续的槽口被齿隔开。

定子线圈的绕组安装在槽口内，槽口的数目根据应用和相数而变化。因此，对于具有爪极类型转子的三相旋转电机，并且其中该转子例如具有两个极轮且每个极轮具有六个齿，则每个定子具有36个槽口。

在一个实施例中，例如，绕组是以波状(undulating)或交插(interleaved)的方式在槽口内绕多个齿形成的连续线绕组。利用连续线绕组，槽口被绕组填充的比率不如期望的高。

替换地，为了增加机器的功率和增加槽口填充率，绕组是条形绕组，其包括通过焊接而彼此连接的条状件。

在又一变化例中，每个齿都仅被一个线圈环绕。

多相旋转电机优于单相旋转电机的优点在于，通过增加相数，电枢电流的脉动可被减少且可获得更稳定的电压。同时，为了增加机器的功率，必须增加绕组数。然而对于给定的转子周长，增加相数则增加了齿数，且由此减少了槽口的宽度，增加绕组数或槽口填充率意味着绕组必须被相对于彼此更紧密地设置。这导致在较小空间内生产绕组的实际问题。

在文献US2005/0269895A1中提出的方案是在与定子分开的齿上缠绕线圈，然后把“装备好的”齿插回到定子中。在后文所述的具有28个齿的定子的例子中，该方案影响管理和操作大量的零件，即28个齿、相应的28个线圈和可能的28个槽口绝缘件。而且，该方案将至少在推理的情况下使得无法生产连续线绕组。

在定子的主体的尺寸不增加且由此电机的尺寸不增加的情况下，如果齿数较大且齿之间的空间不能增加，这导致必须便于生产电机定子的绕组的问题。

发明内容

由此，本发明的目的是要克服上述缺陷。

本发明的目的通过一种多相旋转电机的定子实现，每相包括至少一个绕组，每个绕组包括具有多个线匝的线圈，该定子具有主体，该主体具有轴向长度且在内部具有多个槽口，该槽口由齿界定，每个齿被线圈环绕。

根据本发明，定子的主体包括两个互补的环形部分，这两个环形部分每个都具有部分轴向长度，主体的齿交替地固定到定子主体的两个部分的一个或另一个。

由于本发明，可以增加槽口填充率，同时保持一些生产绕组的便利性。

通过生产两个半定子(half-stator)，它们的每个都包括仅一半数量的齿且由此具有两倍大的槽口或空间。两个连续齿之间的这些较大的空间可设置有通过标准绕线机缠绕就位的线圈。代替必须装载和卸载绕线点(windingstation)的次数等于齿数，例如28次，其装载和卸载仅两次。

即使在生产线圈的最终线匝时，仍然为导线和引导件保持足够的空间。最后，如果电路图有助于这样，位于同一个半定子上的同一电路的线圈可连续地生产，其避免了必须在随后连接这些线圈。

而且，将定子的主体分配或分割为两个互补的同心环形部分并不影响具有完全相同的轴向长度的两个主体部分的形成，但是存在形成具有不同轴向长度的两个主体部分的可能性，例如，如果旋转电机的设计方面使得其有利的情况。转子的主体的齿以一方式在两个主体部分上分布，该方式是它们交替地固定到主体的该两个部分的一个或另一个，主体的两个部分的每个都具有完整的齿。因此，绕组到齿的固定独立于转子主体的这两个部分的轴向长度。

如果转子主体的两个部分的轴向长度相同，这是有利的，但不是必须的。

对于多相旋转电机还可用于在电磁减速器的线圈中产生电流这方面来讲，有利的是，定子被设置为使得其与环绕的水套热接触。

更特别地，本发明的定子可设置为被至少一圈导管环绕，该导管形成用于水冷该定子的水套。

在替换实施例中，转子的主体的两个部分的每个都被设置为构成用于水冷定子的水套的相应一半。

本发明的目的还通过生产用于多相旋转电机的定子的方法而实现，其中，每相包括至少一个绕组且每个绕组包括具有多个线匝的线圈，定子然后被设置有主体，该主体具有轴向长度且在内部具有多个槽口，该槽口由齿界定，每个齿都被线圈环绕，主体具有两个互补的环形部分，每个环形部分都具有部分轴向长度且交替地固定到齿的一个和另一个。

多相旋转电机的特征在于，其包括本发明的定子。

根据本发明，该方法包括以下步骤：

用线圈环绕定子主体的第一部分的齿，然后环绕定子主体的第二部分的齿；和

组装定子的主体的这两个部分。

由于该方法还证明，本发明生产一种具有绕组的旋转电机定子，其处于两个部分，然后将这两部分组装，更特别地，对于绕组的生产，在每个齿周围提供足够的空间来承载绕组的同时使所生产的定子的槽口填充率非常高。

而且，本发明在槽口绝缘件的设置方面提供较大的灵活性，这些绝缘件是必须的。

由于本发明，可以在安装线圈之前把槽口绝缘件放置在槽口中，但是，作为一种替换，如果槽口为敞开的类型，可以首先将每个线圈装配在绝缘件周围，然后把该组件装配到相应的齿。

附图说明

图1示出了内通风交流发电机，其包括本发明的定子；

图2是本发明的定子的透视图；

图3是本发明的定子的两个部分的一个的透视图；

图4是本发明的定子的主体的两个部分的透视图，这两个部分被轴向地对齐以备组装；和

图5是线圈的透视图，该线圈安装在其相关联齿上的，槽口为敞开的类型。

具体实施方式

图1示出了装备有两个风扇的内通风机动车交流发电机。

该交流发电机包括(见上文)皮带轮形式的传动构件1，其为在图1中未示出的用于在车辆的内燃机和该交流发电机之间传递运动的装置的一部分。旋转轴2部分地穿过该构件1，该传动构件被约束为与该旋转轴一起旋转，且该旋转轴的轴向对称轴线X-X构成该电机的旋转轴线。

该旋转轴2承载转子4，例如爪极转子，该转子设置有至少一个场线圈，该场线圈还已知为励磁线圈。转子4被绕线定子5环绕，该定子每相包括一个或多个绕组以构成电枢线圈。转子4被前承座8和后承座6承载，这两个承座在它们的轴向端部处包括支撑旋转轴2的滚珠轴承。

轴线X-X还构成转子4和定子5的轴线。

承座6、8是中空的且通过拉杆(无附图标记)连接在一起以形成在内部承载本发明的定子5的壳体。

后承座6承载刷握(无附图标记)，刷握的电刷适于在集电环(无附图标记)上摩擦，该集电环通过线连接件连接到场线圈或励磁线圈(不可见)，爪极转子4在其两个极轮27、29之间包括该场线圈或励磁线圈，每个极轮具有交插的轴向取向齿45。当转子的励磁线圈被供电时，磁极以极轮的每个齿45形成一极的比例形成。

钻孔区域26设置在转子的至少一个齿45的基部127中，用于使该转子动平衡。该平衡通过去除材料实现，其产生盲孔25。

在图1的例子中，交流发电机包括两个风扇，一个风扇9位于转子的前部，而风扇7位于后部，两个风扇都固定到转子。交流发电机的不同实施例可包括一个风扇，通常为后风扇7，其比位于与传动皮带轮1所处端部相同的端部处的前风扇9更强劲。

从该图1中可看到，定子包括主体50，该主体固定到承座6、8，且带有孔用于通过风扇7、9进行内部的空气循环。该主体50承载线圈，在后文有述，该线圈的端部51、52，在此称为髻形组件，延伸定子5的主体50的整个长度。

这些髻形组件51、52必须被风扇冷却。因此需要的是，使得定子的线圈具有适当的构造，来允许在髻形组件的区域内的空气的良好通过。

替换地，交流发电机通过冷却液的循环而被冷却，例如通过车辆的内燃机的冷却水。在这种情况下，壳体包括用于冷却水的循环的腔室。例如，该腔室是在前部处被构成前承座的罩盖封闭的中空后承座的一部分。替换地，该腔室可以是两个承座的一部分。可替换地采用文献FR 2793083中描述的类型的密封方案。因此，定子的主体可限定腔室的圆柱形面。

替换地，可采用文献WO 2005/062444中描述的类型的方案，交流发电机则构成电磁减速器的电流发电机。定子的主体是

替换地，交流发电机通过内燃机的冷却水的循环和通过空气的循环二者而被冷却。

例如，壳体可以具有三部分，定子的主体50被前承座和后承座之间的中间壳体部分承载。该中间部分则设置有水循环腔室，该腔室在一个实施例中还可以是其中一个承座的一部分。

在所有的情况中，期望的是，增加交流发电机的功率和性能，其替换地为可逆的且由交流发电机-起动器构成，例如在参考的文献WO 01/69762或文献FR A 2 745 444中描述。

这里的定子的主体50为叠片的(laminated)以减少涡流。该主体50和定子5具有环形形状。

叠片结构包括多个槽口60(图2、5)。这些槽口60对齐以形成轴向沟槽。

图2中的槽口60是半封闭类型的，但是同等地可以是朝向主体50的内周边敞开的类型，如图5所示。该内周边界定圆柱形孔，在定子5的主体50的内周边和环形铁磁材料转子4的外周边之间具有小气隙。

槽口60在两种情况中都在主体50的内周边处具有开口，该开口在图5中比在图2中更宽。

槽口60由此朝向内部敞开且由齿61交替地界定，即，两个连续的齿61、61界定槽口60且两个连续的槽口60、60被齿61隔开。主体50由此易于制造。

在所示的实施例中，极轮每个都具有八个齿45且定子的主体50具有28个齿，交流发电机具有七个相。

当然，这依赖于应用。在一个实施例中，定子的每相的齿61的数目等于爪极转子的每个极轮的齿的数目的一半。

替换地，定子的每相的齿数等于或两倍于极轮的齿数。

齿61具有平行边缘63、62(图3、5)。这些齿较宽，在槽口60的底部64和主体50的外周边之间具有被称为磁轭的条状材料。在图5中的平行边缘63、62用于安装预制成的线圈。替换地，可以直接缠绕到定子的齿上。

在图2-4中准确地示出了齿61，其在定子的主体50的内周边处包括称为足部的内边缘161，用来界定半封闭类型的槽口60。

更准确地说，交流发电机或交流发电机-起动马达是多相类型的且由此包括具有多个相的线圈，每相包括至少一个绕组。

为了更清楚，图5中仅示出相绕组的一部分。

每相绕组包括线圈70，该线圈通过缠绕多次的导线以形成多个线匝73而制造(见图5)。这些线匝73具有宽度74和高度75。

可以看到绕组的输入部分71和线圈70的输出部分72，该输出部分72被连接到另一线圈70，以使得线圈被连接成串(in cluster)。

例如，导线具有等截面且由漆包铜线构成。

每个线圈环绕单个齿60。该齿可被剖开，如图5中的虚线所示。

当然，导线可以具有圆形、矩形或扁平截面。

因此，每相绕组包括具有等宽度的线匝的线圈70。这些线圈70围绕具有平行边缘62、63的齿61安装。

图2至5没有示出槽口绝缘件，该绝缘件可设置在线圈和槽口60的边缘62、63或底部64之间，以使线圈与主体50隔开并防止破坏它们的绝缘。

这样的绝缘件例如在参考文献FR 2 890 798中有述。

当然，在图5中，利用敞开类型的槽口60，线圈可围绕槽口绝缘件安装，该绝缘件螺纹设置在相关齿上且具有用于保持线圈的下边缘。

该下边缘代替图2的半封闭类型齿的下边缘161。

因此，在所有的情况中，给定存在大数目的齿61，将线圈70方便地安装在绕线定子5上是重要的。

图2示出了本发明的定子主体50，包括两个互补的环形部分501、502，每个环形部分都具有部分轴向长度L1、L2。如上所述，主体50包括齿61，每个齿都用于承载线圈。每个齿61具有轴向长度L，该长度对应于主体50的轴向长度。主体50的两个环形部分501、502的两个部分轴向长度L1、L2的和由此等于主体50和齿61的轴向长度L。因此，位于同一部分501、502上的同一相的线圈可利用因缺少另一部分502、501而留下的自由空间连续地缠绕到齿61上或容易地安装在齿61上。

图3是本发明的定子5的主体50的部分501的示意性透视图。图3更具体地示出了定子主体的第一部分501具有部分长度L1，而每个齿61具有总轴向长度L，且齿61从主体50的部分501沿部分501的轴向长度的方向或沿相同方向凸出。齿61关于每个齿的尺寸和关于齿之间的间隔都处于它们最终的构造。

图4示出了定子5的主体50的两个部分501、502，它们彼此轴向地对齐且成角度地偏置，以使得两个部分501、502可被组装以形成定子5的主体50。两个部分501、502相对于彼此的成角度布置被确定为确保组装后的主体50上的齿61的均匀(homogeneous)分布。

图4更具体地示出了本发明的定子5的主体50的两个部分501、502被形成为使得，当两个部分彼此面对且轴向对齐时，这两个部分的每一个的相应齿61分别朝向另一部分延伸。

尽管在附图中未示出，主体50的两个部分501、502有利地包括对准辅助部，其还被称为防错部件(polariser)，用于确保这两个部分在组装时相对于彼此正确地取向。这些防错部件形成在定子5的主体50的两个部分501、502的两个面对的边缘上，且例如可采用在两个边缘的一个上制造的轴向槽口和在另一个边缘上的对应凸榫的形式。

在一个实施例中，定子5的主体50的两个部分501、502通过螺纹件组装在一起。

替换地，两个部分501、502在它们彼此接触的轴向端部处焊接在一起。

这些部分可铆接在一起。

替换地，组装可通过箍紧(banding)实现。铆钉、拉杆、螺纹件有利地嵌入部分501、502的磁轭中。

在附图中，部分501、502具有相同的轴向长度，但是替代地，它们的长度可以不同。

当然，旋转电机的定子可替代地为电磁减速器的线圈中的电流发电机的一部分，如文献WO 2006/010863中所述。

一般而言，该定子可与环绕其的水套(waterjacket)接触。

当然，齿的长度可替代地小于定子主体50的轴向长度L。例如，齿可从一个部分轴向地凸出一距离，该距离小于另一部分的轴向长度，以使得髻形组件可具有不同长度的线圈头。

由于齿的较短的长度，髻形组件51、52的长度可被调节。一个髻形组件可具有比另一髻形组件大的轴向长度。

更准确地说，如文献FR 2 785 464所述，替代地，一个髻形组件可沿轴向方向相对于主体50的相应轴向端面比另一髻形组件相对于主体50的另一轴向端面更凸出，以减少由于空气运动导致的运行噪音。

与文献FR 2 785 464中的教导相反，这不必轴向地移动定子5的线圈就可以实现。

由此可容易地实现4至8mm的偏移量，如上述的文献，或实现小于4mm的较小偏移量。这些都取决于应用。

替换地，髻形组件中的至少一个不凸出。则该髻形组件被主体50的磁轭覆盖并保护。

定子则被水套冷却，如上述方式，例如在文献FR 2 793 083中所述。替换地，风扇或每个风扇9是轴流风扇。

当然，从本说明可明白，定子的主体的其中一个环形部分的齿可具有不同于定子的主体的另一环形部分的齿的长度。

当然，齿可被连接到简化为磁轭的每个部分501、502，例如通过燕尾组件。在安装齿后，线圈可被缠绕到或安装在齿上。

Claims (10)

1.一种多相旋转电机的定子，每相包括至少一个绕组，每个绕组包括具有多个线匝(73)的线圈(70)，定子(5)具有主体(50)，该主体具有轴向长度(L)且在内部具有多个槽口(60)，该槽口由齿(61)界定，每个齿(61)被线圈(70)环绕，其特征在于，定子(5)的主体(50)包括两个互补的环形部分(501、502)，每个环形部分都具有部分轴向长度(L1、L2)，主体(50)的齿(61)被交替地固定到定子(5)的主体(50)的所述两个部分(501、502)中的一个部分(501)或另一个部分(502)。

2.如权利要求1所述的定子，其特征在于，定子(5)的主体(50)的所述两个部分(501、502)的轴向长度(L1、L2)相等。

3.如权利要求1所述的定子，其特征在于，定子(5)被设置为与环绕其的水套热接触。

4.如权利要求1所述的定子，其特征在于，定子(5)的主体(50)的齿(61)具有的轴向长度等于定子(5)的主体(50)的轴向长度。

5.如权利要求1所述的定子，其特征在于，定子(5)的主体(50)的齿(61)具有的轴向长度小于定子(5)的主体(50)的轴向长度。

6.如权利要求1所述的定子，其特征在于，槽口(60)具有平行边缘(62、63)；且线圈(70)由等宽度的线匝(73)形成。

7.如权利要求1所述的定子，其特征在于，齿(61)被电绝缘材料包封。

8.如权利要求1所述的定子，其特征在于，定子(5)的主体(50)的所述两个部分(501，502)通过螺纹件或拉杆组装。

9.一种多相旋转电机，特别是机动车交流发电机或交流发电机-起动器，其特征在于，其包括根据前述权利要求任一项所述的定子。

10.一种生产用于多相旋转电机的定子(5)的方法，其中，每相包括至少一个绕组，且每个绕组包括具有多个线匝(73)的线圈(70)，定子(5)具有主体(50)，该主体具有轴向长度(L)且在内部具有多个槽口(60)，所述槽口由齿(61)界定，每个齿(61)被线圈(70)环绕，主体(50)，其特征在于，从主体(50)开始，该主体包括两个互补的环形部分(501、502)，每个环形部分具有部分轴向长度(L1、L2)且交替地固定到齿(61)，该方法包括以下步骤：

用线圈(70)环绕定子(5)的主体(50)的第一部分(501)的齿(61)，然后环绕定子(5)的主体(50)的第二部分(502)的齿(61)；和

组装定子(5)的主体(50)的所述两个部分(501、502)。

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