CN101999201A - 定子和定子制造设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于制造定子(10)的定子制造设备(100)。在该定子(10)的分离芯(12)上，卷绕有主导线(28)和两个辅助导线(30和32)，这两个辅助导线比该主导线(28)细并且与该主导线相对应。所述主导线(28)以多层排列并卷绕，使得上一层主导线(28)布置在同层的邻接主导线(28)之间的谷部内。对于第一层的主导线(28a至28h)，辅助导线(30和32)被布置在第一空间(50)和第二空间(52)内。对于第二层和后续层的主导线(28i等等)，辅助导线(30)被布置在第三空间(54)内，而辅助导线(32)被布置在第四空间(56)内。

Description

定子和定子制造设备
技术领域
本发明涉及一种在旋转式电机(例如电动机、发电机等)中使用的定子和用于制造该种定子的设备，更具体而言涉及这样一种定子以及用于制造该定子的设备，该定子具有被卷绕为排列布置的线匝以产生具有高占空系数的线圈的导线。
背景技术
到现在为止，已知通过以下方法制造的定子：制备分离芯，这些分离芯均包括弓形磁轭和从该磁轭径向延伸的磁极；围绕分离芯的磁极将导线卷绕到插设于其间的绝缘线轴，以在该磁极上形成线圈；以及将其上带有线圈的分离芯装配成环形组件。
为了提高结合有该种定子的旋转式电机的性能，已经进行了许多研究和开发工作来增加围绕分离芯卷绕的线圈线材的数量，以在磁极之间的槽内实现增大的占空系数。在其中一项工作中，如在日本专利特开平09-140079号公报中所公开的，提出了通过将细线材卷绕在线圈线材之间的空间内来增大占空系数。
根据日本专利特开平09-140079号公报，如附图中的图17所示，线圈包括围绕线轴900多层卷绕并且具有连接至三个端子(未示出)的端部的粗线材902、细线材904、粗线材906和细线材908。粗线材902和细线材904成对卷绕，粗线材906和细线材908成对卷绕。细线材904、908具有在粗线材902、906的四个线匝之间限定的基本方形空间内布置的线匝。粗线材902、906和细线材904、908的直径比是1∶0.4。
根据在日本专利特开平09-140079号公报中描述的线圈，作为主线材的粗线材902、906的各个层内的线匝保持彼此对齐。因此，在粗线材902、906的一个层内的线匝保持与在粗线材902、906的下一层内的对应线匝点接触。因而，粗线材902、906的堆叠的线匝相对不稳定地定位。在粗线材902、906的第二层和后续层内的线匝尤其不稳定，因为它们以更高的张力卷绕而更有可能滑入粗线材902、906的下一层内的线匝之间的空间。
在将细线材904、908布置在粗线材902、906之间的间隙内的情况下，线圈具有相当高的占空系数。然而，本领域需要具有更高占空系数的定子。
发明内容
本发明的目的是提供一种带有具有高占空系数的线圈的定子，以及用于制造该种定子的设备。
根据本发明，提供了一种定子，该定子包括由围绕线轴卷绕的导线形成的线圈，其中所述导线包括主导线以及与该主导线相关联并且比该主导线更细的第一辅助导线和第二辅助导线，其中所述主导线被卷绕成以包括第一层、第二层和后续层的多个层排列布置的线匝，在其中一个层内的所述主导线的邻接线匝之间限定一谷部，在该谷部中容纳有该其中一个层的上一层内的所述主导线的线匝，其中与所述第一层内的所述主导线的其中一个线匝相关联的所述第一辅助导线和所述第二辅助导线被卷绕成布置在第一空间和第二空间内的线匝，该第一空间和第二空间被所述第一层内的所述主导线的邻接线匝和所述线轴围绕，并且其中与所述第二层和后续层中的每一层内的所述主导线的其中一个线匝相关联的所述第一辅助导线和所述第二辅助导线被卷绕成分别布置在第三空间和第四空间内的线匝，该第三空间被其中一个层的下一层内的所述主导线的邻接线匝围绕，该第四空间被所述其中一个层内的所述主导线的邻接线匝与所述下一层内的所述主导线的邻接线匝围绕。
根据本发明，第一和第二辅助导线的线匝可被有效地填充在排列卷绕的主导线的线匝之间的空间内。线圈线匝之间空间的截面面积减小，从而线圈的占空系数增大。因此，其内结合有所述定子的旋转式电机具有提高的性能和输出水平。
与所述第一层内的所述主导线的其中一个线匝相关联的所述第一辅助导线和所述第二辅助导线的线匝可以被布置在如下相应位置，所述相应位置是布置在一条线的相对两侧并且与该线角间隔相同角度的位置，所述一条线与卷绕有线圈的所述线轴的表面相垂直地延伸穿过所述主导线的所述其中一个线匝的中心；并且与所述第二层和后续层内的所述主导线的其中一个线匝相关联的所述第一辅助导线和所述第二辅助导线的线匝可以包括布置在所述一条线上的一个线匝和布置在与所述一条线角间隔60°的位置上的另一线匝。因此，第一和第二辅助导线被有效地均衡卷绕以增大占空系数。
根据本发明，还提供了一种用于制造定子的设备，该设备包括：用于供应导线的导线供给部；用于将导线从所述导线供给部引导至线轴的喷嘴机构；以及线轴旋转装置，该线轴旋转装置用于在所述导线被所述喷嘴机构引导至所述线轴的同时使该线轴旋转；其中所述导线包括主导线以及与该主导线相关联并且比该主导线更细的第一辅助导线和第二辅助导线，并且其中所述喷嘴机构包括：用于引导所述主导线的主喷嘴；两个辅助喷嘴，这两个辅助喷嘴在周向上能绕被所述主喷嘴引导的所述主导线移动，以分别引导所述第一辅助导线和所述第二辅助导线；以及用于使所述辅助喷嘴彼此独立地移动的喷嘴移动装置；其中在绕所述线轴将所述导线卷绕成第一层内的线匝之后，当所述喷嘴机构开始围绕所述线轴将所述导线卷绕成第二层内的线匝时，所述辅助喷嘴改变相应的角位置。
根据本发明，当卷绕过程从第一层移至第二层时，辅助喷嘴改变其角位置，使得第一和第二辅助导线的线匝可以有效地被填充在排列卷绕的主导线的线匝之间的空间内。线圈线匝之间的空间的截面面积减小，从而线圈的占空系数增大。因此，其内结合有所述定子的旋转式电机具有提高的性能和输出水平。
在通过用上述喷嘴机构代替现有定子制造设备的喷嘴机构替换而对现有定子制造设备进行修改的条件下，能够制造具有高占空系数的定子。
所述喷嘴移动装置可以包括装配在所述主喷嘴上并能围绕该主喷嘴单独旋转的两个旋转体，用于简单而适当地引导第一辅助导线和第二辅助导线。
所述第一辅助导线和所述第二辅助导线可均具有六边形截面。所述辅助喷嘴可以具有六边形截面，用于分别引导第一辅助导线和第二辅助导线的，并可分别以可旋转的方式安装至所述旋转体。所述设备还可以包括角度调节机构，该角度调节机构用于使所述辅助喷嘴旋转，以在所述导线被围绕线轴卷绕在所述第一层内的同时，将所述第一辅助导线和所述第二辅助导线保持在第一预定取向上，并在所述导线被围绕所述线轴卷绕在所述第二层和后续层内的同时，将所述第一辅助导线和所述第二辅助导线保持在第二预定取向上。
所述角度调节机构有效地减小了对第一和第二辅助导线的损伤，例如对该第一和第二辅助导线的表面上的绝缘涂层的损伤，从而提高定子的质量。该角度调节机构还有效地稳定设定第一和第二辅助导线。
利用根据本发明的定子，辅助导线的线匝可以被有效地填充在排列卷绕的主导线的线匝之间的空间内。该线圈线匝之间的空间的截面面积减小，从而线圈的占空系数增大。因此，其内结合有所述定子的旋转式电机具有提高的性能和输出水平。
结合其中通过示意性实施例示出了本发明的优选实施方式的附图，本发明的上述目的和其它目的、特征和优点从以下说明中将变得更明显。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施方式的定子的平面图；
图2是分离芯的立体图；
图3是分离芯的分解立体图；
图4是根据第一实施方式的线圈的截面图；
图5是根据第一实施方式的线圈的局部放大截面图；
图6是根据第一实施方式的用于制造定子的设备的示意性前视图；
图7是根据第一实施方式的用于卷绕第一层的复合喷嘴组件的立体图；
图8是沿第一方向所见的根据第一实施方式的复合喷嘴组件的分解立体图；
图9是沿第二方向所见的根据第一实施方式的复合喷嘴组件的分解立体图；
图10是根据第一实施方式的用于卷绕第二层和后续层的复合喷嘴组件的立体图；
图11是根据本发明的第二实施方式的线圈的截面图；
图12是根据第二实施方式的线圈的局部放大截面图；
图13是根据第二实施方式的用于卷绕第一层的复合喷嘴组件的立体图；
图14是沿第一方向所见的根据第二实施方式的复合喷嘴组件的分解立体图；
图15是沿第二方向所见的根据第二实施方式的复合喷嘴组件的分解立体图；
图16是根据第二实施方式的用于卷绕第二层和后续层的复合喷嘴组件的立体图；
图17是根据现有技术的线圈的截面图。
具体实施方式
下文将参考图1至图16来描述根据本发明的优选实施方式的定子和定子制造设备。根据本发明第一实施方式的定子10和根据本发明第二实施方式的定子200用于诸如电动机、发电机等的旋转式电机中。首先，将在下文描述根据第一实施方式的定子10。
如图1所示，定子10是三相定子，该三相定子具有处于三个相位的输入端子U、V、W以及以环形排列布置的多个分离芯12。定子10与转子(未示出)相结合而形成三相旋转式电机。定子10可以以Y型连接或三角形连接。定子10可以不是三相定子。
如图2和图3所示，在装配至定子10内之前，每一个分离芯12包括：层压钢板组件14，其由通过冲压机(blanking press)制造并通过压接而成一体的多个基本T形的钢板组成；一对绝缘件16、18，该对绝缘件安装在该层压钢板组件14上以使该层压钢板组件14绝缘；线圈20，其围绕该层压钢板组件14上的绝缘件16、18卷绕；以及一对被电连接至线圈20的金属端子22、24。该绝缘件16、18共同组成供安装线圈20的线轴26。
层压钢板组件14如在平面图中所见具有基本T形的形状，并且包括用作定子10的磁轭的、与字母“T”的水平笔画相对应的部分14a，以及用作定子10的磁极的、与字母“T”的竖直笔画相对应的部分14b。
如图4所示，线圈20包括单个主导线28和两个辅助导线(第一和第二辅助导线)30、32。辅助导线30、32具有圆形截面。主导线和辅助导线28、30、32均具有将其围绕的绝缘涂层。主导线28具有以多层排列的线匝。每一层内的主导线28的线匝中的两个邻接线匝的横向端部保持彼此接触。布置在邻接层内的主导线28的邻接线匝彼此间隔一定距离，该距离是主导线28的半径R的一半(R/2)，并且在彼此角间隔60°的相应位置保持彼此接触。换言之，一层内的主导线28的邻接线匝之间限定谷部，该谷部内容纳上一层主导线28的线匝。除了在线轴26的底部布置的第一层之外，在第二和后续层中的每一层内的主导线28的每一线匝在两个点处与下一层内的主导线28的两个线匝保持接触。因而，主导线28的线匝被稳定地定位在线轴26内。因此，当主导线28围绕线轴26卷绕时施加至该主导线28上的张力可以被适当增大。
主导线28和辅助导线30、32可以以任意形式相互电连接。例如，它们可以相互并联地电连接。可以将一种调节线圈20的阻抗的装置连接至主导线28和辅助导线30、32。
辅助导线30、32在直径上彼此相同，并且具有使得辅助导线30、32的每一线匝可以被放入空间40(见图4)内的最大直径，该空间40由在一个层和上一层内的主导线28的一组三个线匝限定。辅助导线30、32的两个线匝形成的组，围绕主导线28的每一线匝交替布置在空间40内。
可以设想的是，在每一个奇数层内卷绕主导线28的八个线匝，而在每一个偶数层内卷绕主导线28的七个线匝。主导线的线匝用附图标记28附带用连续的阿拉伯字母表示的后缀来标出，例如28a、28b、28c……。例如，主导线28的线匝28a至28h被卷绕在第一层内，主导线28的线匝28i至28o被卷绕在第二层内。
如图5所示，在第一层内，辅助导线30、32的两个线匝与主导线28的每一线匝相关联。所述两个线匝包括辅助导线30、32的相应线匝，所述相应线匝布置在位于线44的相对两侧并且与线44角间隔相同角度θ的相应位置，该线44是与其上卷绕有线圈20的线轴26的底面相垂直地经过主导线28的线匝中心O延伸的线。在第二层和后续层内，辅助导线30、32的三个线匝与主导线28的每一线匝相关联。所述三个线匝包括辅助导线30的布置在线44上的一个线匝和辅助导线32的布置在位于线44的相对两侧并且与线44以相同角度θ角间隔的相应位置的两个线匝。也就是说，在第二层和后续层内，辅助导线30、32的这三个线匝在位于120°角间隔的三个点处保持抵靠主导线28的相关联线匝。
换句话说，例如，第一层内的主导线28的线匝28e与辅助导线30、32的相应线匝相关联，所述相应线匝分别布置在被第一层内的邻接线匝28d、28f和线轴26围绕的第一空间50和第二空间52内。例如，第二层内的主导线28的线匝28m与在第三空间54内布置的辅助导线30的线匝以及在第四空间56内布置的辅助导线32的线匝相关联，该第三空间54被线匝28m和第一层内的邻接线匝28e、28f围绕，该第四空间56被线匝28m、第二层内的邻接线匝28n和第一层内的邻接线匝28f围绕。
在第二层和后续层内，主导线28的每一线匝与辅助导线30、32的相关联线匝共同组成六边形密排结构。主导线28的保持彼此接触的每组三个线匝之间限定一空间，位于该空间内并且在三个点与这三个线匝保持接触的圆的直径作为置于该空间内的辅助导线30或32的线匝的最大直径。具体地，辅助导线30、32的半径r与主导线28的半径R按照方程式(R+r)cos(30°)＝R相关联，并且通过将该方程式对r求解而得出r≈0.154R。
在第一层中，通过将方程式(R+r)cosθ＝R-r对r求解，而得出辅助导线30、32的线匝与经过主导线28的相关联线匝的中心的线44角间隔开的角度θ，可得出θ＝42.8°。
在主导线28的线匝数量为N的条件下，辅助导线30、32的线匝总数是2N。在r≈0.154R的条件下，主导线28的线匝所占据的截面面积S以S＝πR2×N表示，辅助导线30、32的线匝所占据的截面面积s以s＝πr2×2N≈π(0.154R)2×2N表示。占空系数增加的比例为δ＝s/S≈(π(0.154R)2×2N)/(πR2×N)＝0.0474。因此，占空系数增加大约4.7％。
因此，辅助导线30、32的线匝可以有效地填充排列卷绕的主导线28的线匝之间的空间。线圈线匝之间的空间的截面面积减小，从而增大了线圈20的占空系数。因此，其内结合有定子10的旋转式电机具有提高的性能和输出水平提高。
在第一层、第二层和后续层内，辅助导线30、32的线匝围绕主导线28的相关联线匝位于不同的角位置上。辅助导线30、32的线匝可以有效地填充排列卷绕的主导线28的线匝之间的间隙。线圈线匝之间的间隙的截面面积减小，从而增大了线圈20的占空系数。因此，其内结合有定子10的旋转式电机具有提高的性能和输出水平。
在第一层内，辅助导线30、32的与主导线28的每一线匝相关联的线匝被布置在经过主导线28的线匝中心的线44的相对两侧并与该线44角间隔相同角度。在第二层和后续层内，辅助导线30的一个线匝布置在经过主导线28的每一线匝的中心的线44上，并且辅助导线32的两个线匝布置在这样的相应位置，所述相应位置为位于该线44的相对两侧并与线44角间隔相同角度60°的位置。因此，辅助导线30、32被有效地均衡卷绕以增大占空系数。
以下描述用于围绕每一分离芯12的线轴26卷绕主导线28和辅助导线30、32的定子制造设备100(见图6)。
如图6所示，定子制造设备100包括导线供给部102、反张力器(backtensioner)104和线圈卷绕器106。
导线供给部102包括用于供应主导线28的主线盘108、分别用于供应辅助导线30、32的一对辅助线盘110、112、线材进给辊114、制动辊116以及多个空转辊118。当从反张力器104供应一定长度的主导线28和辅助导线30、32时，线材进给辊114在弹簧力的作用下拉出相应长度的主导线28和辅助导线30、32。此时，线材进给辊114上升。通过未示出的控制器来检测线材进给辊114已上升的距离，该控制器控制伺服马达(未示出)使主线盘108和辅助线盘110、112转过对应的角度。
制动辊116包括摩擦辊，该摩擦辊用于在主导线28和辅助导线30、32从线材进给辊114供应时使主导线28和辅助导线30、32具有一定程度的静态张力。
反张力器104包括：辊子120，主导线28和辅助导线30、32围绕该辊子被牵拉；以及作用在该辊子120上的一对弹簧122。弹簧加载的辊子120用于吸收由于主导线28和辅助导线30、32的形状而在该主导线28和该辅助导线30、32上引起的张力变化。
线圈卷绕器106包括用于使分离芯12的线轴26旋转的线轴旋转装置124、以及用于将主导线28和辅助导线30、32供应至线轴26的复合喷嘴组件(喷嘴机构)126。
如图7、图8和图9所示，复合喷嘴组件126包括：用于引导主导线28的主喷嘴130；分别用于引导辅助导线30、32的一对辅助喷嘴132、134；与该主喷嘴130同心地固定的主环136；装配在主喷嘴130上的辅助环(喷嘴移动装置，旋转体)138，其中辅助喷嘴132被固定在辅助环138的周缘上；装配在主喷嘴130上的辅助环(喷嘴移动装置，旋转体)140，其中辅助喷嘴134被固定在辅助环140的周缘上；用于通过带142使辅助环138旋转的辅助喷嘴控制马达144；以及用于通过带146使辅助环140旋转的辅助喷嘴控制马达148。
装配在主喷嘴130上的辅助环138、140可围绕主喷嘴130单独旋转，以移动辅助喷嘴132、134，从而相对于被固定的主喷嘴130引导的主导线28在位置上引导辅助导线30、32。
辅助喷嘴132、134轴向平行于与之接近的主喷嘴130。辅助喷嘴132、134可围绕被主喷嘴130引导的主导线28在周向上移动，借此引导辅助导线30、32。主喷嘴130和辅助喷嘴132、134具有相同的轴向长度。主环136和辅助喷嘴控制马达144、148被固定安装至基板141。辅助喷嘴控制马达144、148包括小型马达，例如伺服马达、步进马达或者角位移可控的类似马达。带142、146可以用链、齿轮等替代。
主环136、辅助环138以及辅助环140在轴向上叠置在一起，并且具有依次变小的直径，其中主环136的直径最大，辅助环140的直径最小。
主环136内限定有供辅助喷嘴132穿过的弓形槽150以及供辅助喷嘴134延伸穿过的弓形槽152。辅助环138内限定有供辅助喷嘴134延伸穿过的弓形槽154。辅助环140内限定有供辅助喷嘴132延伸穿过的弓形槽156。
辅助喷嘴132、134可绕主喷嘴130在周向上移动由弓形槽150、152、154、156限定的角度范围。
弓形槽150提供可供辅助喷嘴132做角运动的从0°到至少90°的角度范围。弓形槽152提供可供辅助喷嘴134做角运动的从42.8°至90°的角度范围。
弓形槽154提供可供辅助喷嘴134做角运动的从42.8°到至少90°的角度范围，还提供可供辅助喷嘴132做角运动的从0°到至少90°的角度范围。弓形槽156提供可供辅助喷嘴132做角运动的从0°到至少90°的角度范围，还提供可供辅助喷嘴134做角运动的从42.8°至90°的角度范围。
复合喷嘴组件126操作成根据自主喷嘴130供应的主导线28的线匝卷绕成的最新一层移动辅助喷嘴132、134，以将辅助导线30、32的线匝置于主导线28的线匝之间的间隙内，从而实现更高的占空系数。
具体地，如图7所示，为了围绕线轴26卷绕第一层，将复合喷嘴组件126的辅助喷嘴132、134布置在相应位置上，所述相应位置为与自主喷嘴130的中心向下的向下中心线角间隔相应的角度θa1、θb1的位置。基本上，角度θa1、θb1为θ＝42.8°，以将辅助喷嘴132、134保持在对称位置。然而，角度θa1、θb1可以根据设计条件或试验调整单独地变化。
如图10所示，为了围绕线轴26卷绕第二层和后续层，使辅助喷嘴132角运动42.8°到达在主喷嘴130的中心的正下方的所述向下中心线上的位置，使辅助喷嘴134角运动至与自主喷嘴130的中心向下的向下中心线角间隔60°的位置。换句话说，辅助喷嘴134角运动60°-42.8°＝17.2°。
因此，当卷绕过程从第一层移至第二层时，辅助喷嘴132、134如上所述改变其角位置。因此，当围绕线轴26卷绕第二层中的主导线28的第一线匝28i(参见图4)时，将辅助导线30置于线匝28a、28b之间的间隙内，并将辅助导线32置于线匝28b、28i之间的间隙内。此时，辅助喷嘴132、134保持彼此同步。
基本上，辅助喷嘴132、134位于其相应的角位置0°、60°。但是，它们的角位置可以根据设计条件和试验调整单独地变化。
对于卷绕第二层和后续层，由于辅助导线30、32相对于主导线28在几何上保持相同位置，因此辅助喷嘴132、134基本保持在相同位置。
当卷绕在第三层内的主导线28的最后线匝28w时，在几何上辅助导线32与线轴壁26a形成干涉。然而，实际上，辅助导线32自行落入被线轴壁26a和主导线28的线匝28h、28o、28w围绕的空间60内。
与第三层的相对两端的主导线28的线匝28p、28w相关联的辅助导线30自行置于空间60、62内的由虚线所示的稳定位置。
在下文将参考图11至图16描述根据本发明的第二实施方式的定子200和该定子200的制造设备的复合喷嘴组件300。定子200和复合喷嘴组件300中的与根据第一实施方式的定子10和复合喷嘴组件126中的相同的部件用相同的附图标记表示，并且在下文中不再详细描述。
如图11和图12所示，定子200的各分离芯202对应于根据第一实施方式的分离芯12，其与分离芯12的不同之处在于；具有圆形截面的辅助导线30、32被具有规则六边形截面的辅助导线204、206替代。由于规则六边形比三角形和方形更接近于圆形，因而通过修改现有定子制造设备可以容易地应用辅助导线204、206。已经成形为规则六边形截面的辅助导线204、206可架设在辅助线盘110、112上(参见图6)，或者另选地，可以在由定子制造设备执行的卷绕过程中的某一位置将圆形辅助导线成形为规则六边形截面。
在第一层内，辅助导线204、206的两个线匝与主导线28的每一线匝相关联。这两个线匝包括辅助导线204、206的相应线匝，所述相应线匝布置在位于线44的相对两侧并且与该线44在角间隔相同角度的相应位置，该线44是与其上卷绕有线圈20的线轴26的底面相垂直地经过主导线28的线匝中心O延伸的线。辅助导线204、206的每一线匝的六边形形状的一边与线轴26的底面保持接触。
在第二层和后续层内，辅助导线204、206的三个线匝与主导线28的每一线匝相关联。这三个线匝包括辅助导线204的布置在线44上的一个线匝和辅助导线206的位于这样的相应位置的两个线匝，所述相应位置为位于线44的相对两侧并与线44角间隔相同角度60°的位置。也就是说，在第二层和后续层内，辅助导线204、206的三个线匝保持抵靠在以120°的角间隔定位的三条边处的主导线28的相关联线匝。在严格的几何意义上，辅助导线204、206的线匝在三个点保持与主导线28接触。然而，通常辅助导线204、206的线匝的相应三条边被稳定地保持与在三条边处的主导线28接触。在第二层和后续层内的主导线28的每一线匝与辅助导线204、206的相关联线匝共同组成六边形密排结构。主导线28的保持接触的每组三个线匝之间限定一个空间，位于该空间内并且在三个点与这三个线匝保持接触的圆的直径作为置于该空间内的辅助导线204、206的线匝的最大直径。具体地，如在根据第一实施方式的定子10的情况下一样，辅助导线204、206的半径r(从中心至每一边的距离)以r≈0.154R与主导线28的半径R相关联。
在第一层内，通过将方程式R·cosθ＝R-r-r·cos(30°)对r求解，而得出辅助导线204、206的线匝与经过主导线28的相关联线匝的中心的线44角间隔开的角度θ，可得出θ＝44.5°。
在主导线28的线匝数量是N的条件下，辅助导线204、206的线匝总数是2N。在r≈0.154R的条件下，主导线28的线匝所占据的截面面积S以S＝πR2×N表示，辅助导线204、206的线匝所占据的截面面积s以
Figure BPA00001234394500121
表示。占空系数增加的比例为
Figure BPA00001234394500122
因此，占空系数增大大约5.2％。
如图12所示，辅助导线204、206在每一层内沿相同取向卷绕，使得六边形的一条边与线轴26的底面平行。
定子200和分离芯202在外观上与根据第一实施方式的定子10和分离芯12相同。因此，在图示中省略了定子200和分离芯202的外观。
下文将描述用于制造分离芯202的定子制造设备。用于制造分离芯202的定子制造设备与根据第一实施方式的定子制造设备100的不同之处在于，定子制造设备100的复合喷嘴组件126被图13、图14和图15中所示的复合喷嘴组件300替代。
如图13至图15所示，复合喷嘴组件300包括主喷嘴130、用于分别引导辅助导线204、206的一对辅助喷嘴302、304、主环136、辅助环138、辅助环140、辅助喷嘴控制马达144、以及辅助喷嘴控制马达148。辅助喷嘴302、304被可旋转地安装至相应的辅助环138、140。辅助喷嘴302、304在轮廓上类似于辅助喷嘴132、134，但是与辅助喷嘴132、134的不同之处在于辅助喷嘴302、304具有六边形截面的相应喷嘴开口。如此成形的喷嘴开口有效地将六边形的辅助导线204、206定向，以稳定地将它们从辅助喷嘴302、304放出。
主环136和辅助环138、140具有弓形槽150、152、154、156，这些弓形槽与根据第一实施方式的复合喷嘴组件126的弓形槽的形状基本相同，不过弓形槽152、154、156提供的角度范围自44.5°开始而不是自42.8°开始。
复合喷嘴组件300还具有用于将辅助喷嘴302、304保持在预定取向的一对角度调节机构310。角度调节机构310包括从基板141突出的相应的柱311、围绕该相应的柱311的远端布置的相应的带312、以及用于张紧相应的带312的张力器314。带312围绕柱311和辅助喷嘴302、304被牵拉，并在柱311和辅助喷嘴302、304之间延伸。
每一个张力器314均包括倾斜安装在柱311的远端上的臂316、用于将臂316扭转偏置的扭簧318、以及安装在臂316的远端的张力辊320。臂316通过扭簧318在常态下偏置成朝复合喷嘴组件300内侧移动，使得张力辊320在张力下挤压带312。角度调节机构310通过螺栓322和螺母324装配。
柱311和辅助喷嘴302、304具有相同的直径，用于将辅助喷嘴302、304保持在它们的基准角位置。柱311可以被不可旋转地固定至基板141，或者可以可旋转地安装在基板141上，以使得这些柱可以通过相应的马达围绕自身轴线旋转，以调节辅助喷嘴302、304的取向。
角度调节机构310可有效地减小对辅助导线30、32的损害，例如对辅助导线30、32的表面上的绝缘涂层的损害，从而提高定子200的质量。角度调节机构310也可有效地将辅助导线30、32稳定地设定成适当取向。
复合喷嘴组件300如下操作：如图13所示，为了围绕线轴26卷绕第一层，将辅助喷嘴302、304布置在与自主喷嘴130的中心向下的向下中心线角间隔相应角度θa2、θb2的相应位置上。基本上，角度θa2、θb2为θ＝44.5°，以将辅助喷嘴302、304保持在对称位置。然而，角度θa2、θb2可以根据设计条件或试验调整单独地变化。
如图16所示，为了围绕线轴26卷绕第二层和后续层，使辅助喷嘴302角运动44.5°到达在主喷嘴130正下方的所述向下中心线上的位置，并使辅助喷嘴304角运动至与自主喷嘴130的向下中心线角间隔60°的位置。换句话说，辅助喷嘴304角运动60°-44.5°＝15.5°。
因此，当卷绕过程从第一层移至第二层时，如在辅助喷嘴组件126的情况下一样，辅助喷嘴302、304如上所述改变其位置。此时，辅助喷嘴302、304通过角度调节机构310保持与之前相同的取向。
对于根据上述实施方式的定子10、200，辅助导线30、32以及辅助导线204、206的线匝可以有效地填充在排列卷绕的主导线28的线匝之间的空间内。线圈线匝之间的空间的截面面积减小，从而增大了线圈20的占空系数。因此，其内结合有定子10或200的旋转式电机具有提高的性能和输出水平。
对于根据上述实施方式的定子制造设备100，在第一层和在第二层和后续层内，辅助导线30、32以及辅助导线204、206的线匝被置于主导线28的相关联线匝周围的不同角位置。辅助导线30、32以及辅助导线204、206的线匝可以有效地填充在排列卷绕的主导线28的线匝之间的间隙内。线圈线匝之间的间隙的截面面积减小，从而增大了线圈20的占空系数。因此，其内结合有定子10或200的旋转式电机具有提高的性能和输出水平。
根据本发明，在通过用复合喷嘴组件126或300代替现有定子制造设备的喷组机构而对现有定子制造设备进行修改的条件下，能够制造具有高占空系数的定子。
虽然已经详细示出并描述了本发明的一些优选实施方式，但应理解可在不偏离所附权利要求的范围的情况下，对这些优选实施方式进行各种变化和修改。

Claims (9)

1.一种定子，该定子包括由围绕线轴卷绕的导线形成的线圈，
其中所述导线包括主导线(28)以及与该主导线(28)相关联并且比该主导线(28)更细的第一辅助导线(30)和第二辅助导线(32)，
其中所述主导线(28)被卷绕成以包括第一层、第二层和后续层的多个层排列布置的线匝，在其中一个层内的所述主导线(28)的邻接线匝之间限定一谷部，在该谷部中容纳有该其中一个层的上一层内的主导线(28)的线匝，
其中与所述第一层内的所述主导线(28)的其中一个线匝相关联的所述第一辅助导线(30)和所述第二辅助导线(32)被卷绕成布置在第一空间(50)和第二空间(52)内的线匝，该第一空间和该第二空间被所述第一层内的所述主导线(28)的邻接线匝和所述线轴围绕，并且
其中与所述第二层和后续层中的每一层内的所述主导线(28)的其中一个线匝相关联的所述第一辅助导线(30)和所述第二辅助导线(32)被卷绕成分别布置在第三空间(54)和第四空间(56)内的线匝，该第三空间(54)被其中一个层的下一层内的所述主导线(28)的邻接线匝围绕，该第四空间(56)被该其中一个层内的所述主导线(28)的邻接线匝与所述下一层内的所述主导线(28)的邻接线匝围绕。
2.根据权利要求1所述的定子，其中与所述第一层内的所述主导线(28)的其中一个线匝相关联的所述第一辅助导线(30)和所述第二辅助导线(32)的线匝被布置在如下相应位置，所述相应位置是布置在一条线的相对两侧并与该线角间隔相同角度的位置，所述一条线与卷绕有线圈的所述线轴(26)的表面相垂直地延伸穿过所述主导线(28)的所述其中一个线匝的中心；并且
其中与所述第二层和后续层内的所述主导线(28)的其中一个线匝相关联的所述第一辅助导线(30)和所述第二辅助导线(32)的线匝包括布置在所述一条线上的一个线匝和布置在与所述一条线角间隔60°的位置上的另一线匝。
3.根据权利要求1所述的定子，其中所述第一辅助导线(30)和所述第二辅助导线(32)均具有圆形截面。
4.根据权利要求1所述的定子，其中所述第一辅助导线(204)和所述第二辅助导线(206)均具有六边形截面。
5.一种用于制造定子的设备，该设备包括：
用于供应导线的导线供给部(102)；
用于将导线从所述导线供给部(102)引导至线轴的喷嘴机构(126)；以及
线轴旋转装置(124)，该线轴旋转装置用于在所述导线被所述喷嘴机构(126)引导至所述线轴的同时使该线轴旋转，
其中所述导线包括主导线(28)以及与该主导线(28)相关联并且比该主导线(28)更细的第一辅助导线(30)和第二辅助导线(32)，并且
其中所述喷嘴机构(126)包括：
用于引导所述主导线(28)的主喷嘴(130)；
两个辅助喷嘴(132，134)，这两个辅助喷嘴在周向上能绕被所述主喷嘴(130)引导的所述主导线(28)移动，以分别引导所述第一辅助导线(30)和所述第二辅助导线(32)；以及
用于使所述辅助喷嘴(132，134)彼此独立地移动的喷嘴移动装置(138，140)；
其中在绕所述线轴将所述导线卷绕成第一层内的线匝之后，当所述喷嘴机构(126)开始围绕所述线轴将所述导线卷绕成第二层内的线匝时，所述辅助喷嘴(132，134)改变相应的角位置。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述喷嘴移动装置(138，140)包括装配在所述主喷嘴(130)上并能绕该主喷嘴(130)单独旋转的两个旋转体。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述第一辅助导线(204)和所述第二辅助导线(206)均具有六边形截面，
其中所述辅助喷嘴(302，304)具有六边形截面，用于分别引导所述第一辅助导线(204)和所述第二辅助导线(206)，并且分别以可旋转的方式安装至所述旋转体，并且
其中所述设备还包括角度调节机构(310)，该角度调节机构用于使所述辅助喷嘴(302，304)旋转，以在所述导线被围绕所述线轴卷绕在所述第一层内的同时，将所述第一辅助导线(204)和所述第二辅助导线(206)保持在第一预定取向上，并在所述导线被围绕所述线轴卷绕在所述第二层和后续层内的同时，将所述第一辅助导线(204)和所述第二辅助导线(206)保持在第二预定取向上。
8.根据权利要求5所述的设备，其中所述第一辅助导线(30)和所述第二辅助导线(32)均具有圆形截面。
9.根据权利要求5所述的设备，其中所述第一辅助导线(204)和所述第二辅助导线(206)均具有六边形截面。
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