CN102412638A - 一种交流发电机的定子及其绕线方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种交流发电机的定子及其绕线方法，其包括一铁芯和绕设在该铁芯上的定子绕组；上述铁芯上等间距开设有108个矩形槽，该每个矩形槽内沿其矩形槽壁铺设有一与该矩形槽相适配的槽绝缘纸，设该每个矩形槽按其内定子线圈的排布分有四层，其按铁芯径向方向由内至外依次为内上层、内下层、外下层及外上层；上述定子绕组为三相绕组，磁极对数P＝6，每极每相槽数q＝3，则每相的线圈可分为三线圈组，每相的定子线圈包括33根上层线圈、33根下层线圈、3根中间跨线线圈、2根连接跨线线圈及2根绕组引出线；本发明克服了现有技术中发电机体积与发电量的矛盾问题，具有结构紧凑且高输出功率的特性，适用于汽车等其他需要大功率的发电机中。

Description

一种交流发电机的定子及其绕线方法

技术领域

本发明涉及一种交流发电机的定子，特别是指一种汽车用的具有结构紧凑且高输出功率的交流发电机的定子及其绕线方法。

背景技术

随着汽车技术的快速发展，汽车上的用电设备日益增多，从而汽车的用电量越来越高，进而对汽车发电机的发电功率要求也越来越高，功率的增加必然会导致发电机体积的加大；然而，当前汽车的发动机室越来越狭小及拥挤，在有限的空间内，现有发电机的发电量已无法满足这一需求，故发电机体积与发电量间的矛盾问题成为发电机高功率研发的一技术难题，目前在限制发电机体积的前提下，要提高输出功率一最行之有效的手段是调整定子的绕组。

现有技术中披露了一种用于车辆交流发电机的定子，其能够实现紧凑的设计、大的功率和低的噪声，其定子铁心等间距开设有96矩形槽，定子绕组由多个漆包扁铜线的导体段构成，在不同矩形槽的不同层内导体段彼此相连，以便构成具有高的空间因数和低的电阻的绕组；但此绕法一旦用于24V系统的交流发电机，会出现发电机发电量太低(定子采用星形接法)或者发电机零电流转速太高，低速时发电量太低(定子采用三角形接法)。

有鉴于此，本发明人对交流发电机的定子及其绕线方法进行了深入研究，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种交流发电机的定子，其克服了现有技术中发电机体积与发电量间的矛盾问题，具有结构紧凑且高输出功率的特性，适用于汽车等其他需要大功率的发电机中。

本发明的另一目的在于提供一种交流发电机的定子的绕线方法，其采用三相四层绕组绕线方法绕设，制得的定子总成具有结构紧凑且高输出功率的特性，适用于汽车等其他需要大功率的发电机中。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种交流发电机的定子，其包括一铁芯和绕设在该铁芯上的定子绕组；上述铁芯上等间距开设有108个矩形槽，该每个矩形槽内沿其矩形槽壁铺设有一与该矩形槽相适配的槽绝缘纸，设该每个矩形槽按其内定子线圈的排布分有四层，其按铁芯径向方向由内至外依次为内上层、内下层、外下层及外上层；上述定子绕组为三相绕组，磁极对数P＝6，每极每相槽数q＝3，则每相的定子线圈可分为三线圈组，且该每相的定子线圈包括33根上层线圈、33根下层线圈、3根中间跨线线圈、2根连接跨线线圈及2根绕组引出线；上述上、下层线圈的节距均为9，下层线圈为跨设在上述内下层与外下层间的叠绕式线圈，上层线圈为跨设在上述内上层与外上层间的波绕式线圈；上述3根中间跨线线圈所跨占的槽数为9，分别对应上述三线圈组上下层线的中间承转跨线，上述2根连接跨线线圈所跨占的槽数为8，分别对应上述三线圈组之间的顺次连接跨线，上述2根绕组引出线为对应相的定子线圈按规律顺次串接后的首尾引出线。

上述定子线圈为横截面呈扁平状的扁铜线，上述矩形槽的长度沿上述铁芯的径向方向延伸。

一种交流发电机的定子的绕线方法，其定子绕组采用三相四层绕组，总槽数有108矩形槽，设该每个矩形槽按其内定子线圈的排布分有四层，其按铁芯径向方向由内至外依次为内上层、内下层、外下层及外上层；磁极对数P＝6，每极每相槽数q＝3，则每相的定子线圈可分为三线圈组，该三线圈组包括12组、每组3对矩形槽的矩形槽组；其中：

上述12组矩形槽组的11组内跨设有节距均为9的33根上层线圈和33根下层线圈，将其跨设的二矩形槽设为第一矩形槽和第二矩形槽，上述每下层线圈跨设在上述第一矩形槽的内下层与上述第二矩形槽的外下层间，上述每上层线圈跨设在上述第一矩形槽的内上层与上述第二矩形槽的外上层间；

上述12组矩形槽组的最后一组矩形槽内跨设有3根中间跨线线圈和2根连接跨线线圈，该3根中间跨线线圈分别对应上述三线圈组上下层线的中间承转跨线，所跨占的槽数为9，其分别跨设在对应组的3对矩形槽的内下层与外上层之间或者内上层与外下层之间；

上述2根连接跨线线圈分别对应上述三线圈组之间的顺次连接跨线，所跨占的槽数为8，其分别跨设在上述最后一组矩形槽的内下层与外上层、内下层与外下层之间，或者内上层与外下层、内下层与外上层之间；

上述每相的各对矩形槽，其一矩形槽对应的内下层的定子线圈自由端与另一矩形槽对应的内上层的定子线圈自由端相连，一矩形槽对应的外上层的定子线圈自由端与另一矩形槽对应的外下层的定子线圈自由端相连；每相线圈按照上述规律顺次串接后，其对应位于上述最后一组矩形槽内的首尾端各引一绕组引出线，由此完成上述三相四层绕组绕线。

上述定子线圈为横截面呈扁平状的扁铜线，上述矩形槽的长度沿上述铁芯的径向方向延伸。

采用上述方案后，本发明一种交流发电机的定子，其绕线方法采用三相四层绕组方式绕设，铁芯上等间距开设有108矩形槽，每个矩形槽分有四层，漆包的定子线圈按一定规律顺序串接，上层线圈与下层线圈间、相邻上层线圈间及相邻下层线圈间绝缘且紧凑地适当贴合，槽数多，线圈的槽满率高，与现有技术同尺寸定子的发电机相比，其发电量可提高两倍(相对于24V系统的汽车发电机来说)，故本发明克服了现有技术中发电机体积与发电量间的矛盾问题，具有结构紧凑且高输出功率的特性，适用于汽车等其他需要大功率的发电机中。

本发明特别地，所述定子线圈采用横截面呈扁平状的扁铜线，108矩形槽的长度均沿铁芯的径向方向延伸，该种结构设计更有利于108个矩形槽开设的可行性及定子线圈绕设的简易性及可靠性。

附图说明

图1是本发明定子铁芯的结构示意图；

图2是本发明定子总成局部剖视图；

图3是本发明上、下层线圈在铁芯上跨设的一示意图；

图4是本发明上、下层线圈在铁芯上跨设的另一示意图；

图5是本发明定子的局部结构示意图；

图6是本发明三相四层绕组中的一相一线圈组对应上、下层线圈的部分绕线示意图；

图7是本发明三相四层绕组中的部分定子绕组的绕线示意图；

图8是图7中局部A的放大图；

图9是本发明三相四层绕组中各相对应的矩形槽号的结构示意图；

图10为U相其定子绕组对应在相应矩形槽的顺序串接示意图。

标号说明

铁芯            1         矩形槽           11

内上层          111       内下层           112

外下层          113       外上层           114

绝缘腔          12        定子线圈         2

下层线圈        21        上层线圈         22

中间跨线线圈    23        连接跨线线圈     24

绕组引出线      25        第一矩形槽       L1

第二矩形槽      L2        定子线圈自由端   M1、M2、M3、M4

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

如图1-5为本发明涉及的一种交流发电机的定子，图6-10为本发明所述定子的定子绕组绕线方法，定子包括一铁芯1和绕设在该铁芯1上的定子绕组。

所述铁芯1，其上等间距开设有108个矩形槽11，该每个矩形槽11内沿其矩形槽壁铺设有一与该矩形槽11相适配的槽绝缘纸12；设该每个矩形槽11按其内的定子线圈2的排布分有四层，如图2所示，其按铁芯1径向方向由内至外依次为内上层111、内下层112、外下层113及外上层114。

对应上述定子的铁芯1的设计，所述定子绕组的绕线方法，采用三相四层绕组方式绕设，磁极对数P＝6，每极每相槽数q＝3；则三相绕组中，每相的定子线圈2可分为三线圈组，该三线圈组包括12组矩形槽组，该每组矩形槽组包括对应所述三线圈组的3对矩形槽；由此，每相对应有36个矩形槽，其对应的定子线圈2包括33根下层线圈21、33根上层线圈22、3根中间跨线线圈23、2根连接跨线线圈24及2根绕组引出线25，其中：

所述33根下层线圈21、33根上层线圈22的节距均为9，其跨设在上述12组矩形槽组的11组内，如图4所示，所述各下层线圈21均为叠绕式线圈，各上层线圈22均为波绕式线圈；如图3所示，将各上层线圈21/下层线圈22跨设的二矩形槽设为第一矩形槽L1和第二矩形槽L2，每下层线圈21跨设在第一矩形槽L1的内下层112与第二矩形槽L2的外下层113间，每上层线圈22跨设在第一矩形槽L1的内上层111与第二矩形槽L2的外上层114间；

如图6举例给出三相绕组中的一相一线圈组对应上、下层线圈的部分绕线示意图(第1矩形槽至第28矩形槽)，举例以第1矩形槽为第一矩形槽L1，第10矩形槽为第二矩形槽L2，第一矩形槽L1对应的外下层的定子线圈自由端M2与上述第二矩形槽L2对应的外上层的定子线圈自由端M1相连，第一矩形槽L1对应的内上层的定子线圈自由端M4与第二矩形槽L2对应的内下层的定子线圈自由端M3相连，该种相连方式与上述叠绕式的下层线圈21和波绕式的上层线圈22相对应；

所述3根中间跨线线圈23和2根连接跨线线圈24均跨设在12组矩形槽组的最后一组矩形槽内，3根中间跨线线圈23分别对应上述三线圈组各自上下层线间的中间承转跨线，其所跨占的槽数为9，2根连接跨线线圈24分别对应上述三线圈组其两两之间的顺次连接跨线，所跨占的槽数为8；该3根中间跨线线圈23和2根连接跨线线圈24一较佳的连接方式如图8所示，3根中间跨线线圈23分别跨设在对应组的3对矩形槽(对应各对槽的标记为槽11-槽20、槽12-槽21、槽13-槽22)的外下层与内上层之间或者外上层与内下层之间，具体一实施例，3根中间跨线线圈23分别跨设在槽11的外下层与槽20的内上层间、槽12的外下层与槽21的内上层间、槽13的外上层与槽22的内下层间；2根连接跨线线圈24适当跨设在上述对应组的3对矩形槽其两两之间的外上层与内下层、外下层与内下层之间，或者外下层与内上层、外下层与内下层之间，具体一实施例，2根连接跨线线圈24分别跨设在槽12的外上层与槽20的内下层间、槽13的外下层与槽22的内下层间；

所述3根中间跨线线圈23和2根连接跨线线圈24采用上述跨设方式，其对应位于各矩形槽内的有效边的自由端的连接方式类似上述下层线圈22、上层线圈21的连接方式，具体参见图7，这里不再详细阐述；每相线圈按照上述规律顺次串接后，其对应位于上述最后一组矩形槽内的首尾端还各引一绕组引出线25，参见图8，对应上述线圈的一种具体串接规律，该二绕组引出线25最终由11槽的外上层、22槽的内上层引出，由此完成上述三相四层绕组中一相的绕线，其他两相绕设方式同理；这里需要指出的是，所述3根中间跨线线圈23和2根连接跨线线圈24，及与其对应的绕组引出线25的跨线及引出方式不仅限于上述实施例，例如对所述较佳实施例的各跨线及引线作简单的组合变换，均可实现三相四层绕置，故只要能够实现3根中间跨线线圈23起所述的中间承转跨线、2根连接跨线线圈24起所述的连接跨线均可，均在本发明所保护的范围内。

为了使所述三相四层绕组的绕线更为清晰，如图9给出三相(U、V、W)其各相对应定子线圈所对应的矩形槽号；图10给出U相其定子绕组对应在相应矩形槽内有规律地顺序串接的示意图，从图10可以显示出在每相中，按照上述绕线方法，其12极对应的36个矩形槽分成3个线圈槽组，参见图9、图10，以U相为例，其三个线圈槽组中，第一个线圈槽组对应为1、10、19、28、37、46、55、64、73、82、91、100，第二线圈槽组对应为2、11、20、29、38、47、56、65、74、83、92、101，第三线圈槽组对应为3、12、21、30、39、48、57、66、75、84、93、102，3根中间跨线线圈23对应为图中的a、c、e三条连接线，对应跨设的槽为槽1-槽10、槽2-槽11、槽3-槽12，2根连接跨线线圈24对应为图中的b、d两条连接线，对应跨设的槽为槽2-槽10，槽3-槽11，二绕组引出线25对应图中的U1、U2，所述均与上面对3根中间跨线线圈23和2根连接跨线线圈24的跨线阐述相应。

由此，本发明按照上述绕线方法形成的交流发电机的定子，其共有108个矩形槽，每矩形槽均有4层，上层线圈22与下层线圈21间、相邻上层线圈22间及相邻下层线圈21间绝缘且紧凑地适当贴合，具有槽数多、线圈的槽满率高等特点，与现有技术同尺寸定子的发电机相比，其发电量可提高两倍，故本发明克服了现有技术中发电机体积与发电量间的矛盾问题，具有结构紧凑且高输出功率的特性，适用于汽车等其他需要大功率的发电机中。

进一步，本发明所述定子线圈2采用横截面呈扁平状的扁铜线，所述108个矩形槽的长度均沿铁芯1的径向方向延伸，定子线圈2组装中按其扁平方向沿矩形槽11的长度方向延伸设置；该种结构设计更有利于108个矩形槽11开设的可行性及216根定子线圈2绕设的简易性及可靠性。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (4)

1.一种交流发电机的定子，其包括一铁芯和绕设在该铁芯上的定子绕组；其特征在于：上述铁芯上等间距开设有108个矩形槽，该每个矩形槽内沿其矩形槽壁铺设有一与该矩形槽相适配的槽绝缘纸，设该每个矩形槽按其内定子线圈的排布分有四层，其按铁芯径向方向由内至外依次为内上层、内下层、外下层及外上层；上述定子绕组为三相绕组，磁极对数P＝6，每极每相槽数q＝3，则每相的定子线圈可分为三线圈组，且该每相的定子线圈包括33根上层线圈、33根下层线圈、3根中间跨线线圈、2根连接跨线线圈及2根绕组引出线；上述上、下层线圈的节距均为9，下层线圈为跨设在上述内下层与外下层间的叠绕式线圈，上层线圈为跨设在上述内上层与外上层间的波绕式线圈；上述3根中间跨线线圈所跨占的槽数为9，分别对应上述三线圈组上下层线的中间承转跨线，上述2根连接跨线线圈所跨占的槽数为8，分别对应上述三线圈组之间的顺次连接跨线，上述2根绕组引出线为对应相的定子线圈按规律顺次串接后的首尾引出线。

2.如权利要求1所述的一种交流发电机的定子，其特征在于：上述定子线圈为横截面呈扁平状的扁铜线，上述矩形槽的长度沿上述铁芯的径向方向延伸。

3.一种交流发电机的定子的绕线方法，其特征在于：定子绕组采用三相四层绕组，总槽数有108矩形槽，设该每个矩形槽按其内定子线圈的排布分有四层，其按铁芯径向方向由内至外依次为内上层、内下层、外下层及外上层；磁极对数P＝6，每极每相槽数q＝3，则每相的定子线圈可分为三线圈组，该三线圈组包括12组、每组3对矩形槽的矩形槽组；其中：

上述12组矩形槽组的11组内跨设有节距均为9的33根上层线圈和33根下层线圈，将其跨设的二矩形槽设为第一矩形槽和第二矩形槽，上述每下层线圈跨设在上述第一矩形槽的内下层与上述第二矩形槽的外下层间，上述每上层线圈跨设在上述第一矩形槽的内上层与上述第二矩形槽的外上层间；

上述12组矩形槽组的最后一组矩形槽内跨设有3根中间跨线线圈和2根连接跨线线圈，该3根中间跨线线圈分别对应上述三线圈组上下层线的中间承转跨线，所跨占的槽数为9，其分别跨设在对应组的3对矩形槽的内下层与外上层之间或者内上层与外下层之间；

上述2根连接跨线线圈分别对应上述三线圈组之间的顺次连接跨线，所跨占的槽数为8，其分别跨设在上述最后一组矩形槽的内下层与外上层、内下层与外下层之间，或者内上层与外下层、内下层与外上层之间；

上述每相的各对矩形槽，其一矩形槽对应的内下层的定子线圈自由端与另一矩形槽对应的内上层的定子线圈自由端相连，一矩形槽对应的外上层的定子线圈自由端与另一矩形槽对应的外下层的定子线圈自由端相连；每相线圈按照上述规律顺次串接后，其对应位于上述最后一组矩形槽内的首尾端各引一绕组引出线，由此完成上述三相四层绕组绕线。

4.如权利要求3所述的一种交流发电机的定子的绕线方法，其特征在于：上述定子线圈为横截面呈扁平状的扁铜线，上述矩形槽的长度沿上述铁芯的径向方向延伸。

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