CN106575906B - 用于制造旋转电机的绕线定子的方法 - Google Patents

Abstract

本发明主要涉及一种用于制造绕线定子(1)的方法，包括：准备相绕组的步骤；插入步骤，其包括在所述定子(1)中的对应系列凹槽(5)中插入所述相绕组；以及中间步骤，通过施加从所述定子(1)的轴线(X)朝向所述定子(1)的外部的第一径向力(F1)而形成绕组的引出电线(26)，所述绕组的引出电线(26)每一个在被插入的相绕组的每个系列的两个凹槽(5)之间延伸，其特征在于，所述方法包括面对至少一个凹槽(5)定位支承表面的步骤，以施加来源于施加第一力(F1)、从外部朝向所述定子(1)的轴线(X)的第二径向力(F2)。

Description

用于制造旋转电机的绕线定子的方法

技术领域

本发明涉及用于制造旋转电机的绕线定子的方法，以及相应的绕线定子。本发明对于旋转电机定子的绕线具有尤其有利的应用，所述旋转电机诸如，例如机动车辆的交流发电机、交流发电机起动器或起动器。

背景技术

在已知的方式中，旋转电机包括定子和与轴成一体的转子。转子可与驱动和/或从动轴成一体，并且可属于如文献EP0803962中所描述的交流发电机形式的旋转电机、或者如文献EP0831580中所描述的电机。电机包括支撑定子的壳体。该壳体被构造为使转子轴旋转，比如通过轴承使转子轴旋转。

转子包括由堆叠的金属板形成的主体，所述堆叠的金属板通过适当的固定系统保持为组的形式，所述固定系统比如从一侧到另一侧轴向地穿过转子的铆钉。转子包括极，比如由永磁体形成，所述永磁体容纳在设置在转子磁块(mass)中的腔体中，如比如在文献EP0803962所述的。替代地，在所谓的“突出”极架构中，极由绕转子的臂缠绕的线圈形成。

定子包括由堆叠的薄板构成的铁磁主体，以及接收在定子中的凹槽中的绕组，所述凹槽朝向内部打开。绕组由多个相绕组形成，每个相绕组对应于电机的相。每个绕组由一系列线匝形成，每个线匝由一条或多条通常由铜制成的连续的线形成。这些线遵循波状的形式，且具有交替地定位在定子每一侧上的环状结构，互相连接到位于凹槽内的区段结构。从定子一侧延伸的一系列环状结构构成绕组的髻(chignon)。

定子的绕组通常逐相制造。例如，对于六相电机，六个相绕组以相同的方式一个接一个制造。闭合楔在每个相绕组制造期间插入在凹槽中。

该类型绕组的劣势在于第一相绕组的髻阻碍接下来的相的绕组的插入，以此类推，最后的相被所有在先的相绕组的髻妨碍。

为解决该问题，执行一中间形成操作，其包括通过在髻中施加从定子内部朝向外部的径向力而清理要被插入的接下来的相的凹槽上方和下方的空间。该力通过夹爪施加，所述夹爪同时且相同地作用于绕组的髻的所有上部和下部部分。

然而，在髻的线上通过夹爪传输的力引起在凹槽中的力，其倾向于排出凹槽闭合楔，或线(在当方法不涉及使用闭合楔时的情况下)。因此，夹爪的径向膨胀被这一现象限制，这因而使得不可能在定子凹槽中清理出足够的空间用于插入接下来的相绕组的目的。

结果是，凹槽未以最佳的方式充满，从而凹槽的填充系数(即裸导线的横截面与凹糟完整横截面的比率)以及因而电机的性能降低。实际上，已知方法使得可以对于三相应用以52％的最大填充水平和对于六相应用以50％的最大填充水平制造绕线定子。

发明内容

本发明的目标是通过提出一种用于制造绕线定子的方法来有效地消除这些劣势，所述方法包括：

-准备相绕组的步骤；

-插入步骤，包括在所述定子中的对应系列凹槽中插入所述相绕组；以及

-中间步骤，通过施加从所述定子的轴线朝向所述定子的外部的第一径向力而形成绕组髻，所述绕组髻每一个在被插入的相绕组的每个系列的两个相继凹槽之间延伸，

其特征在于，所述方法还包括对着至少一个凹槽定位支撑表面的步骤，以对抗来源于施加第一力的、从外部朝向所述定子的轴线的第二径向力。

因此，由于电线在凹槽内部的保持，可以增加在中间形成步骤期间施加的第一力，这使得可以更好地清理要被插入的接下来的相的凹槽。本发明因而使得可以大幅增加填充率，对于六相应用其可达到大于55％。

根据一个实施例，插入步骤还包括在对应于所述被插入的相绕组的所述系列凹槽中插入闭合楔，且在这种情况下所述支撑表面在所述中间形成步骤期间抵靠至少一个所述闭合楔放置。

根据一个实施例，所述第一径向力被施加在一些所述绕组髻上，以清理至少与要被插入的接下来的相绕组对应的系列的凹槽。为此目的，按照与要被插入的接下来的相绕组的所述系列凹槽中的至少一个凹槽对齐的半径，施加从所述定子的轴线朝向所属定子的外部的径向力。

根据一个实施例，所述第一径向力被施加在一些所述绕组髻上，以首先清理与要被插入的最后的相绕组对应的系列的凹槽，然后清理与要被插入的接下来的相绕组对应的系列的凹槽。为此目的，首先按照与同要被插入的最后的相绕组对应的系列凹槽的至少一个凹槽对齐的半径，再按照与要被插入的接下来的相绕组的系列凹槽的至少一个凹槽对齐的半径，施加从所述定子的轴线朝向所属定子的外部的径向力。

根据一个实施例，所述绕组髻包括位于定子的两个轴向端部的其中一个一侧的第一下部部分，和位于所述定子的另一轴向端部一侧的第二上部部分，所述第一径向力通过夹爪在开始位置和到达位置之间被施加在所述两个部分的每一个上，其中夹爪相对于下部部分侧和上部部分侧的轴线的径向距离不同。

根据一个实施例，所述插入步骤包括通过枢转环将所述相绕组从水平位置枢转到竖直位置的步骤，所述枢转环位于所述定子的两个轴向端部中的一个那侧，所述到达位置更靠近所述枢转环一侧的所述轴线。

根据一个实施例，由于从所述定子的第一轴向端部朝向所述定子的第二轴向端部执行所述闭合楔的插入，所述到达位置距离定子所述第二端部一侧的所述轴线更远。这使得可以帮助闭合楔的插入。

根据一个实施例，在定位多个支撑表面期间，界定所述凹槽的所述定子的齿定位在带有互补形式的接收部内，所述接收部在两个接连的支撑表面之间延伸。

根据一个实施例，所述齿在所述接收部内的定位使得所述支撑表面基本完全阻碍在一直径上的、凹槽的间隔加上凹槽深度的三分之一的两倍，所述直径对应于大约定子的内直径。

根据一个实施例，在插入相绕组之前，所述方法包括将径向指在所述定子的齿的至少一个轴向端面上放入在位的步骤。

根据一个实施例，所述径向指被定位为接触抵靠在两个接连的支撑表面之间延伸的连接面。

根据一个实施例，所述准备步骤包括准备两个半相绕组，其包括相同的平线匝呈星形形式的叠加。

根据一个实施例，所述半绕组的线匝相对彼此成角度地偏移，以获得分布式波状绕组。

根据一个实施例，所述半相绕组通过所述线匝的逐渐扭转同时插入在一系列凹槽中，以执行所述相绕组从水平位置到竖直位置的枢转。

根据一个实施例，所述方法包括依次执行第一三相系统的第一相绕组、第二相绕组以及第三相绕组的插入，然后执行对第二三相系统的第一相绕组、第二相绕组以及第三相绕组的插入的步骤，使得所述插入在两个系列凹槽中的一个系列凹槽中依次执行。这因此限制了依次插入期间绕组线上的扭转。

根据一个实施例，所述方法包括形成所述绕组髻的步骤。

本发明还涉及通过如之前限定的方法获得的旋转电机的绕线定子。

附图说明

通过阅读以下说明和细阅随附的附图，本发明将更好地被理解。这些附图仅以通过本发明的非限制性图示提供。

图1是获得的以进一步实施根据本发明的方法的绕线定子的透视图；

图2是绕着根据本发明的方法所使用的插入工具的叶片定位的半个相绕组的俯视图；

图3是定子主体的和插入工具的内部的透视图；

图4是在绕组髻的中间形成步骤以进一步插入第一相绕组期间的定子的局部截面图；

图5示出在实施根据本发明的绕线方法期间使用的中间形成工具的透视图；

图6是对着凹槽定位的图5的中间形成工具的支撑表面的详细透视视图，没有闭合楔或绕组电线。

图7是根据本发明的定子的局部截面图，示出通过根据本发明的方法获得的双三相系统的相的次序。

相同、类似或相似的元件在附图之间保持相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出旋转电机的绕线定子1的透视图，所述旋转电机可比如是交流发电机或交流发电机起动器。该电机优选地设计为在机动车辆中实施。将被记住的是交流发电机起动器是可逆向工作的旋转电机，首先作为交流发电机功能的发电机，其次作为电马达，尤其是以便在所谓停止和起动运行模式(即根据交通状况用于停止和重新起动发动机的模式)下起动或者重新起动机动车辆的热机。

该定子1包括具有带轴线X的环状圆柱形式的主体2，包括轴向堆叠的平板，所述平板每个具有小的厚度。主体2由内圆柱面21和由外圆柱面22径向地界定。主体2由下端面23和由上端面24轴向地界定。

主体2在其周缘上包括齿4，所述齿4成对地界定凹槽5，两个连续的凹槽5因而被齿4分开。凹槽5轴向地打开到主体2的轴向端面23、24中。凹槽5径向地打开在主体2的内部面21中。全部基本相同的凹槽5成角度有规律地绕着轴线X分布。存在比如36、48、60、72、84或98个凹槽5。在该实施例中，定子1包括36个凹槽。

在执行绕组的插入之前，绝缘件8(图4中可见)优选地布置在凹槽5中，以便避免在该精细的操作中损坏导体，且使导体与主体2电绝缘。

为改善电机的磁性能，每个齿4优选地包括齿根11，齿根11在每个齿4的自由端的两侧周向延伸。在凹槽5的基部和外周边22之间延伸的定子1的实心部分12被称为头部。

每个对应于电机的其中一相的相绕组E1-Ek插入在凹槽5中。每个相绕组E1-Ek由径向堆叠的波状线匝13构成。这些线匝13由电导体形成，得到电导体每个包括一条或多条线15。电线15，一般由铜制成，以一层瓷漆覆盖用于它们的绝缘。这些线15优选地具有圆形的横截面。作为变体，线15可具有正方形、矩形或者扁平部件形式的横截面。

在给出的相绕组E1-Ek中，每个线匝13包括一系列区段结构18，所述区段结构18被接收在相关联的一系列凹槽5中。每个线匝13还包括环状结构19，所述环状结构19连接连续的区段结构18，并且在轴向端面23、24的两侧上交替突起延伸。绕组髻26对应于在相绕组E1-Ek每个系列的两个凹槽5之间延伸的环形结构19。髻26包括定位在上端面24一侧的上部和定位在下端面23一侧的下部。

给定凹槽系列的两个相继的凹槽5由邻近的多个凹槽5分开，所述邻近的多个凹槽5每一个对应于与其他相绕组相关联的另一个系列的凹槽5。也就是说，对于包括k个相绕组E1-Ek的定子1，相绕组E1-Ek的线15被接收在k个邻近凹槽中的一个凹槽5中。因而，对于三相电机的定子1，两个邻近凹槽在每个系列的两个凹槽5之间处于空闲状态。也就是说，相绕组E1-Ek的线15被插入在3个邻近凹槽中的一个凹槽里。通常，电机可包括三到七个相。

下文给出根据本发明的用于制造绕线定子1的方法的说明，基于依次插入相绕组E1-Ek。更具体地，该方法包括从线15中准备相绕组E1-Ek的步骤。该相绕组E1-Ek包括示出在图2和图3中的两个——上半相绕组271和下半相绕组272。

每个半绕组271、272包括相同的平线匝13呈星形形式的叠加，每一个具有多个环形结构19，其彼此连接到以基本径向取向的区段结构18，所述区段结构设计为插入在凹槽5中。

单个半绕组271、272的线匝13彼此叠加。上半绕组271放置在下半绕组272上方，两个半绕组271、272的对称轴线对齐并且基本与定子1的轴线X结合。

另外，上半绕组271的线匝13相对于下半绕组272的线匝13成角度地偏移，从而其中一个半绕组271的每个环形结构19(其设计为从定子的其中一侧延伸)被成角度地插置在另一个半绕组272的两个环形结构19(其设计为在定子的同一侧延伸)之间。这因而提供了分布式波状绕组。

该方法则包括在对应系列的凹槽5中插入相的两个半绕组271、272的步骤。为此目的，如图3中可见，插入工具30(半绕组271、272已经转移到所述插入工具30)定位在主体2的下端面23一侧，星形形式的线匝13以主体2的轴线X为中心并且在基本垂直于该轴线的平面上延伸。

半绕组271、272继而通过线匝13的逐渐扭转而被同时插入到对应系列的凹槽5中，以提供相绕组E1-Ek从水平位置到垂直位置的枢转，其中所述线匝13沿着平行于轴线X的方向取向。

更具体地，插入工具30包括叶片31以及枢转环33，所述叶片31根据以轴线X为中心的圆定位，每个叶片31与位于叶片31后的副叶片(counter-blade)32相关联，所述枢转环33位于下轴向端部23一侧。

半绕组271、272的插入通过使枢转环33向上位移而执行，以通过扭转推动线匝13进入凹槽5，直至线匝13沿着凹槽5的整个长度将其充满。并行地，沿与环33相同方向位移的叶片31在主体2的内圆柱面21上滑动，从而用作用于区段结构18的导向件，而副叶片32确保叶片31在其运动期间的导向。

此外，图4中示出的闭合楔36被插入在对应于被插入的相绕组E1-Ek的系列的每个凹槽5中。楔36的插入通过从定子的下轴向端部23到上轴向端部24行进来执行。

定子1则围绕图5所示的中间形成工具39定位，使得位于工具的中央部分43的圆周上的支撑表面40被抵靠闭合楔36放置。这些支撑表面40按照凹槽的整个高度在定子1的两个轴向端面23、24之间延伸，以闭合凹槽5。

在这种情况下，如图6中清晰可见，定子1的齿4定位在具有互补形式的接收部44内，所述接收部44在两个接连的支撑表面之间延伸。优选地，该定位使得支撑表面40基本完全阻碍在定子的下端面23和上端面24之间包含的、在直径L1之上凹槽5的间隔加上按照径向方向测量的凹槽的深度L2的1/3的两倍，所述直径L1大体对应于主体2内直径。

支撑表面40经由它们的轴向端部通过连接面47连接到一起，所述连接面47在主体2的上端面24和下端面23的侧面延伸。

中间形成步骤则在绕组髻26上执行。为此目的，工具39包括第一系列下夹爪48以及第二系列上夹爪48，所述第一系列下夹爪48按照圆圈分布，且位于中央部分43下方，所述第二系列上夹爪48按照圆圈分布，且位于中央部分43的上方。

这些夹爪48设计为在髻26上施加从定子1的轴线X朝向定子1的外部的第一径向力F1。该第一径向力F1分别通过第一和第二系列夹爪48施加在髻26的下部和上部上，以至少清理对应于要被插入的接下来的相绕组的凹槽5系列。优选地，夹爪48被激活以首先清理与要被插入的最后的相绕组E1-Ek对应的系列的凹槽5，然后清理与要被插入的接下来的相绕组E1-Ek对应的系列的凹槽5。

将注意的是，在中间形成步骤期间，对着凹槽5定位的支撑表面40使得可以对抗来源于施加第一力F1且从外部朝向定子1的轴线X的第二径向力F2。这因而阻止电线15在凹槽5中施加力，该力倾向于排出之前被插入的相的闭合楔36。此外，由于楔36的保持，可以增加由夹爪48施加的力，这使得可以更好地清理凹槽5以插入接下来的相绕组。

夹爪48在开始位置P1和到达位置P2(查阅图4)之间位移。优选地，将夹爪48的到达位置相对于定子1的下部面23一侧和上部面24一侧的轴线X分开的径向距离是不同的。在该情况下，到达位置P2更靠近枢转环33一侧的轴线X。夹爪48的到达位置P2则相对于上部面24一侧的轴线X更远，即与闭合楔36插入所经由的侧相对的那侧。这使得可以帮助楔36的插入，用于要被插入的接下来的相绕组E1-Ek。

定子1则被分度(index)在要被插入的接下来的相绕组E1-Ek的插入位置。该操作被执行n-1次，n是要被插入的相的个数。因而，对于六相应用执行操作五次(1到2、2到3、3到4、4到5、和5到6)，或对于三相应用执行操作两次(1到2、和2到3)。

优选地，考虑带有双三相类型的六个相的定子1，其包括(如图7所示)依次与第一三相系统的第一相绕组E1对应的、与第二三相系统的第一相绕组E1'对应的、与第一三相系统的第二相绕组E2对应的、与第二三相系统的第二相绕组E2’对应的、与第一三相系统的第三相绕组E3对应的、以及与第二三相系统的第三相绕组E3'对应的系列凹槽5。在该情况下，依次对第一三相系统的第一相绕组E1、第二相绕组E2以及第三相绕组E3执行插入，继而对第二三相系统的第一相绕组E1'、第二相绕组E2'以及第三相绕组E3'执行插入。换句话说，在两个系列的凹槽5中的一个系列凹槽5中执行插入，以便限制绕组的线15的扭转。将被理解的是上述的中间形成步骤在每次插入之间执行。

在相绕组E1-Ek插入结束时，独立的机器按照要获得的髻的尺寸执行形成髻26的上部和下部的步骤。该类型的尺寸取决于设想的应用。

优选地，在插入相绕组E1-Ek之前，方法包括将径向指50在定子1的齿4的轴向端面之上放入在位的步骤。如图6可见，指50被定位以接触抵靠在两个支撑表面40之间延伸的连接面47。这因而限制了髻26能够沿着通常较短的指50滑动、并接触主体2的板的风险，所述板具有倾向于损坏线15的飞边(flash)。这因而阻止导线15在相绕组E1-E6的插入操作期间接触定子1的主体3。

作为变体，可以制造不包括闭合楔36的定子1，支撑表面40则对着凹槽5定位，以便阻止线15在中间形成操作中跑出来。

将被理解的是之前的说明只通过示例提供，而不限制发明的范围，通过替换由其他任何等效物来执行的细节不会构成对本发明范围的偏离。

Claims (16)

1.一种用于制造绕线定子的方法，包括：

准备相绕组的准备步骤；

插入步骤，包括在所述定子中的对应系列凹槽中插入所述相绕组；以及

形成步骤，包括通过施加从所述定子的轴线朝向所述定子的外部的第一径向力而形成绕组髻，所述绕组髻每一个在被插入的相绕组的每个系列的两个相继凹槽之间延伸，

其特征在于，所述方法还包括对着至少一个凹槽定位支撑表面，以对抗由于施加第一力引起的且从外部朝向所述定子的轴线的第二径向力，所述准备步骤还包括准备两个半相绕组，其包括相同的平线匝呈星形形式的叠加。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述插入步骤还包括在对应于所述被插入的相绕组的所述系列凹槽中插入闭合楔，且在这种情况下所述支撑表面在所述形成步骤期间抵靠至少一个所述闭合楔放置。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一径向力被施加在一些所述绕组髻上，以清理至少与要被插入的接下来的相绕组对应的系列的凹槽。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一径向力被施加在一些所述绕组髻上，以首先清理与要被插入的最后的相绕组对应的系列的凹槽，然后清理与要被插入的接下来的相绕组对应的系列的凹槽。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述绕组髻包括位于定子的两个轴向端部的其中一个一侧的下部部分，和位于所述定子的另一轴向端部一侧的上部部分，所述第一径向力通过夹爪在开始位置和到达位置之间被施加在所述下部部分和所述上部部分中的每一个上，其中所述夹爪在下部部分侧和上部部分侧相对于轴线的径向距离不同。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述插入步骤包括通过枢转环将所述相绕组从水平位置枢转到竖直位置，所述枢转环位于所述定子的两个轴向端部中的一个那侧，所述到达位置在所述枢转环一侧更靠近所述轴线。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，由于从所述定子的第一轴向端部朝向所述定子的第二轴向端部执行所述闭合楔的插入，所述到达位置在定子的所述第二轴向端部一侧距离所述轴线更远。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在定位多个支撑表面期间，界定所述凹槽的所述定子的齿定位在具有互补形式的接收部内，所述接收部在两个接连的支撑表面之间延伸。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述齿在所述接收部内的定位使得所述支撑表面在大致对应于定子内径的直径上基本完全遮挡凹槽的空间，在该内径上增加了三分之二的凹槽深度。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在插入相绕组之前，所述方法包括将径向指在所述定子的齿的至少一个轴向端面之上放入在位的步骤。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述径向指被定位为接触抵靠在两个接连的支撑表面之间延伸的连接面。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半相绕组的线匝相对彼此成角度地偏移，以获得分布式波状绕组。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半相绕组通过所述线匝的逐渐扭转同时插入在一系列凹槽中，以执行所述相绕组从水平位置到竖直位置的枢转。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其包括依次执行第一三相系统的第一相绕组、第二相绕组以及第三相绕组的插入，然后执行第二三相系统的第一相绕组、第二相绕组以及第三相绕组的插入的步骤，使得所述插入在两个系列凹槽中的一个系列凹槽中依次执行。

15.根据权利要求1到14中任一项所述的方法，其特征在于，其包括形成所述绕组髻的步骤。

16.一种旋转电机的绕线定子，通过根据权利要求1到14中任一项的方法获得。

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