CN110121829A - 旋转电机的绕线定子 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于旋转电机的定子，所述旋转电机特别用于机动车辆，所述定子(15)包括：‑主体(27)，包括凹口(37)，所述凹口轴向敞开到所述主体(27)的前轴向端壁(38)和后轴向端壁(39)中，并且在所述主体(27)的内壁(40)中径向敞开；‑至少两个绕组(43)，每个绕组形成所述定子(15)的相，每个绕组包括起伏的线匝，线匝包括一系列轴向线束(44)且包括连接线束(45,46)，所述轴向线束被接收在一系列相关联的凹口(37)中，所述连接线束连接相继的轴向线束(44)并交替地超出前轴向端壁(38)和超出后轴向端壁(39)延伸。一个绕组的线长度长于其它绕组。

Description

旋转电机的绕线定子

技术领域

本发明特别涉及一种绕线定子，其配备有形成用于机动车辆的旋转电机的相的绕组。

背景技术

本发明在旋转电机领域中具有特别有利的应用，诸如交流发电机、交流发电机-起动器或可逆机器。应注意，可逆机器是可以可逆地工作的旋转电机，一方面在作为交流发电机操作时作为发电机，另一方面作为电马达，例如用于起动机动车辆的热力发动机。

旋转电机包括可围绕轴线旋转移动的转子，以及围绕转子的固定定子。在交流发电机模式中，当转子旋转时，它在定子上感应出磁场，定子将该磁场转换成电流，以便为车辆电子设备供电并为电池再充电。在马达模式中，定子被供电，并感应处使转子旋转的磁场。

本发明更具体地涉及一种旋转电机的定子，该定子包括环形柱形主体，该环形柱形主体设有敞开的轴向凹口，电导体布置在轴向凹口中以形成绕组。在这种情况下，绕组由多个相形成，并且由界定一系列匝或环的导体构成，这些匝或环串联电连接，并形成圆周绕组。绕组包括穿过凹口的轴向分支，以及设置在柱形主体外部上的连接分支，连接分支形成不同轴向分支之间的连接。连接分支则形成在柱形主体的两侧轴向突出地延伸的前髻状部和后髻状部。

包括这种类型绕组的定子例如从文献FR 2819118中已知。

在制造这种类型的定子期间，相一个接一个地插入凹口中。随着相在主体内放置在位，用于插入相的空间逐渐减小。因此，随着后续相的插入，相的插入难度增加。

这导致相之间的不同的轴向定位，插入的第一相比插入的最终相轴向更高地定位。因此，在柱形主体的两侧上延伸的髻状部的轴向高度在单个髻状部内不是均匀的，因为不同的相根据相的位置形成或低或高的波。

相的这种轴向偏移现象导致定子的前髻状部和后髻状部的整体高度增加。具有较大高度的髻状部对旋转电机具有负面影响。实际上，这首先导致所述机器的尺寸增加，其次导致所述机器的性能下降，因为已知在髻状部中流通的电流产生损失。另外，这还通过增加产生绕组所需的导体量而增加了机器的生产成本。

本发明的目的是使得可以避免现有技术的缺点。

发明内容

为此，本发明的主题因此是一种用于旋转电机的定子，所述旋转电机特别是用于机动车辆。根据本发明，定子包括：

-主体，包括凹口，凹口轴向敞开到主体的前轴向端壁和后轴向端壁，并且在定子的内壁中径向敞开；

-至少两个绕组，每个绕组形成定子的相，每个绕组包括起伏的线匝，线圈包括一系列轴向线束且包括连接线束，轴向线束被接收在相关联的一系列凹口中，连接线束通过交替地相对于前轴向端壁突出地延伸和相对于后轴向端壁突出地延伸而连接相继的轴向线束。

根据本发明，一个绕组的线长度短于另一个绕组的线长度。

出乎意料的是，已经发现减小绕组中的一个的长度并因此产生一个相相对于另一个相的长度不平衡的事实不会影响旋转电机的电磁性能。长度的这种减小使得可以减小髻状部的轴向高度，特别是机器的后髻状部的轴向高度。因此，机器的轴向尺寸减小，其重量和生产成本也减小。

根据一个实施例，定子包括两个相系统，每个相系统包括至少一个绕组。在该实施例中，第二相系统的至少一个绕组的线长度短于第一相系统的绕组的线长度。

根据一个实施例，每个相系统包括多个绕组，并且第二相系统的所有绕组每个的线长度短于第一相系统的绕组的线长度。

根据一个实施例，在单个相系统内，绕组具有相同的线长度。这使得可以不在单个相系统内产生电阻的不平衡，从而避免电机性能的降低。

根据一个实施例，具有较短线长度的绕组比具有较长线长度的绕组径向更靠近定子主体的内壁设置。

例如，第二相系统比第一相系统径向更靠近定子主体的内壁设置。

根据一个实施例，具有较短线长度的绕组的长度最多等于具有较长线长度的绕组的长度的98％。这使得可以充分地减小线的长度，以便实际降低髻状部的高度。

根据一个实施例，具有较短线长度的绕组的长度至少等于具有较长线长度的绕组的长度的95％。这使得可以不过多地减少线长度。实际上，需要最小的线长度，以便能够将绕组正确地缠绕在定子的主体中。

根据一个实施例，具有较短线长度的绕组与具有较长线长度的绕组之间的电阻差异约为3％，其中具有较短线长度的绕组具有较低的电阻。

根据一个实施例，绕组包括第一半相和第二半相，第一半相形成匝的外层，第二半相为形成在凹口中径向叠加到外层的匝的内层的内半相。在该实施例中，每个半相的轴向线束设置在凹口中，使得第二半相的轴向线束比第一半相的轴向线束径向更靠近内壁。同样在该实施例中，第一半相的连接线束形成外髻状部，第二半相的连接线束形成内髻状部，内髻状部和外髻状部相对于主体的前轴向端壁和后轴向端壁轴向突出地延伸。

根据一个实施例，单个绕组的每个半相的线圈相反地起伏。

根据一个实施例，对于单个绕组，第一半相的每匝的线长度和第二半相的每匝的线长度是相同的。

根据另一实施例，第二半相的每匝的线长度长于第一半相的每匝的线长度，使得内髻状部的突出的轴向高度大于外髻状部的突出的轴向高度。

例如，第二半相的每匝的线长度比第一半相的每匝的线长度大2％至10％。

本发明的主题还是一种旋转电机。旋转电机可以有利地形成交流发电机、交流发电机-起动器或可逆机器。

附图说明

通过阅读本发明的非限制性实施例的以下详细描述，并通过查阅附图，可以更好地理解本发明，在附图中：

图1示意性地和部分地示出了根据本发明实施例的旋转电机的截面视图；

图2示意性地和部分地示出了图1中的绕线定子的俯视图；

图3示意性地和部分地示出了图1中的绕线定子的一部分的侧视图；

图4示意性地和部分地示出了图1中的绕线定子的一部分的透视图；

图5示意性地和部分地示出了一俯视图，其示出组装之前的图4中的绕组的两个半相(具有减少的匝数以便简化图)；

图6示意性地和部分地示出一俯视图，其示出图5中的绕组，其中两个半相轴向叠置；和

图7示意性地和部分地示出了图4中的绕组的两个半相的透视图。

具体实施方式

相同、相似或类似的元件从一个图到另一个图保留相同的参考。

以下描述的实施例绝非限制性的；尤其可以设想本发明的这样的变型：这些变型仅包括以下以孤立于其它所描述特征的方式而描述的特征的选集，如果该特征的选集足以相对于现有技术提供技术优点或区别本发明。特别地，所描述的所有变型和所有实施方式都可以相互组合，如果技术方面不存在对该组合的阻碍。在这种情况下，这将在本说明书中提及。

图1示出紧凑型多相旋转电机10的一个示例，特别是用于机动车辆。该旋转电机10在交流发电机模式下将机械能转换成电能，并且可以在马达模式下操作，以便将电能转换成机械能。该旋转电机10例如是交流发电机、交流发电机-起动器或可逆机器。

旋转电机10包括壳体11。在该壳体11的内部，它还包括轴13、与轴13一体旋转的转子12、以及围绕转子12的定子15。转子12的旋转运动围绕轴线X发生。

在下文的描述中，术语轴向、径向、外部和内部参考在轴13的中心穿过轴13的轴线X。轴向方向对应于轴线X，而径向取向对应于与轴线X相交并且特别是垂直于轴线X的平面。对于径向方向，术语外部或内部相对于相同的轴线X被理解，术语“内部”对应于朝向轴线取向的元件，或者比第二元件更靠近轴线的元件，并且术语“外部”指示远离轴线。

在该示例中，壳体11包括组装在一起的前轴承16和后轴承17。这些轴承16、17具有中空形状，并且每个轴承在中心支撑相应的滚珠轴承18、19，用于使轴13旋转地安装。

带轮20固定在轴13的前端，在前轴承16处，例如借助于支撑在该带轮的腔的基部上的螺母。该带轮20使得可以将旋转运动传递到轴13。

在这种情况下，轴13的后端支撑属于集电器22的集电环21。属于电刷支架24的刷子23设置成在集电环21上摩擦。电刷支架24连接到电压调节器(未示出)。

前轴承16和后轴承17还可以包括用于空气通过的基本上侧向的开口，以便允许通过转子12的前背面上的前风扇25(即在前轴承16处)的旋转且通过转子的后背面上的后风扇26(即在后轴承17处)的旋转而产生的空气流通来冷却旋转电机。

在该示例中，转子12是具有爪的转子。它包括两个磁轮31。每个磁轮31由凸缘32和形成磁极的多个爪33形成。凸缘32具有横向取向，并且例如具有基本上环形的形状。该转子12还包括柱形芯34，该芯34轴向地插置在磁轮31之间。在这种情况下，该芯34由两个半芯形成，每个半芯属于一个磁轮。在芯34和爪33之间，转子12包括线圈35，在这种情况下，线圈35包括绕组毂和在该毂上的电绕组。例如，属于集电器22的集电环21通过有线连接与所述线圈35连接。转子12还可以包括插置在两个相邻的爪33之间的磁性元件。

如图2中的示例所示，定子15包括环形柱形主体27，其呈一组金属板的形式，设置有凹口37。每个凹口37轴向地敞开到主体27的前轴向端壁38和后轴向端壁39中，并且在所述主体的内壁40中径向敞开。

电绕组28安装在主体27上。该绕组28穿过主体27中的凹口37，并在定子主体的两侧形成前髻状部29和后髻状部30。定子15可以配备有：凹口绝缘件，用于将电绕组28装配在凹口的内部；和/或闭合楔件41，其允许绕组保持在凹口37的内部。绕组28例如以星形或三角形的形式连接。

绕组28由多个相形成，每个相形成绕组43。每个绕组包括穿过凹口37的至少一个导体，其与所有相一起形成髻状部。绕组28经由相输出42电连接到电子组件36。

电子组件36包括至少一个电子功率模块，其使得可以控制绕组28的相。该功率模块形成电压整流桥，以便将交流发电机10产生的交流电压转换为直流电压，特别是为了给车辆的电池和车载网络供电。

当电绕组28从电刷供电时，转子4被励磁并成为感应器转子，同时在爪19处形成南-北磁极。当轴3旋转时，该感应器转子在电枢定子中产生感应交流电流。整流桥9然后将该感应的交流电流转换成直流电流，特别是为了向机动车辆的车载网络的负载和消耗器供电，以及为其电池再充电。

如图3和4所示，绕组43包括一根或多根线的起伏匝，其包括一系列轴向线束44且包括连接线束45、46，轴向线束44被接收在一系列相关联的凹口37中，连接线束45、46通过交替地相对于前轴向端壁突出地和相对于后轴向端壁突出地延伸而连接相继的轴向线束。因此，上部连接线束45形成前髻状部29，下部连接线束46形成电绕组28的后髻状部30。

如图3所示，绕组43中的至少一个的线长度短于其他绕组的线长度。线长度是指线的形成相输出42的部分之间的全部线的长度。不同绕组的轴向线束44的长度是相同的，但是连接线束45、46的长度是不同的。

在图3的示例中，电绕组28是双三相绕组，即包括6个相或6个绕组43。因此，该绕组28包括第一相系统47和第二相系统48，每个包括三个绕组43。一系列凹口37与六个绕组43中的一个相关联。单个系列凹口中的两个连续凹口由相邻凹口分隔开，所述相邻凹口每个对应于与五个其他绕组43中的一个相关联的另一系列凹口。因此，对于如在此采用的示例中的六相定子，在每个系列中的两个凹口之间留有空闲的五个相邻的凹口。换句话说，绕组43的线插入六个相邻凹口中的一个凹口中。

第二相系统48的至少一个绕组43的线长度短于第一相系统47的绕组43的线长度。特别地，第二相系统48的三个绕组43每个的线长度短于第一相系统47的三个绕组43的线长度。优选地，在单个相系统内，绕组43具有相同的线长度。

同样在图3的示例中，第一相系统47是首先插入定子的主体27中的相系统。因此，具有较短线长度的第二相系统48的绕组比具有较长线长度的绕组(即第一相系统47的绕组)径向更靠近定子主体27的内壁40设置。

在这里描述的示例中，第一相系统47的三个相以特定顺序插入，例如第一相，然后是第二相，然后是第三相，然后第二相系统48的三个相以特定顺序插入，特别是以与第一系统相同的顺序插入，即首先是第一相，然后是第二相，然后是第三相。改变不同的相的插入顺序不会脱离本发明的范围。

绕组43的插入方向由图3中的箭头表示。绕组43从主体27的后轴向端壁39开始朝向所述主体的前轴向端壁38一个接一个地插入。首先插入的绕组可以最大程度地插入。随着插入绕组，越来越少的空间可用于插入随后的绕组，特别是因为前髻状部29的尺寸。因此，在前髻状部29处在绕组的不同最大高度之间产生轴向偏移，并且在后髻状部30处在绕组的不同最大高度之间产生轴向偏移。最大高度是指对应的主体27的轴向端壁38、39与绕组43的对应的连接线束45、46中的一个之间的最大轴向距离。

特别地，由于这里使用的插入方法，插入的第一绕组是在前髻状部38处具有最大的最大高度的绕组，并且插入的最终绕组是在所述前髻状部处具有最小的最大高度的绕组。优选地，在这两个绕组之间，其他绕组相应地具有在插入的第一绕组和插入的最终绕组的最大高度之间逐渐减小最大高度。

在后髻状部30处，对于第一相系统47，插入的第一绕组是具有最小的最大高度的绕组，并且插入的最终绕组是具有最大的最大高度的绕组，其中第一绕组和最终绕组之间插入的绕组具有中间最大高度。类似地，对于第二相系统48，插入的第一绕组是具有最小的最大高度的绕组，并且插入的最终绕组是具有最大的最大高度的绕组，其中在第一绕组和最后绕组之间插入的绕组具有中间最大高度。

第二相系统48的绕组43的线长度的减小引起第一相系统47的轴向偏移与第二相系统48的轴向偏移之间的不连续。在图3中，虚线表示根据现有技术没有减小长度的绕组之间的差异，以及具有减小长度的绕组之间的差异。因此，第二相系统48的插入的第一绕组的最大高度小于第一相系统47的插入最终绕组的最大高度。例如，第二相系统48的插入的第二绕组的最大高度也可以小于第一相系统47的插入的最终绕组的最大高度。根据另一示例，第二相系统48的插入的第一绕组的最大高度小于第一相系统47的插入的第二绕组的最大高度。

最后，获得后髻状部30的轴向高度，其小于前髻状部29的轴向高度。

优选地，具有较短线长度的绕组43的长度最多等于具有较长线长度的绕组的长度的98％。

还优选地，具有较短线长度的绕组的长度至少等于具有较长线长度的绕组的长度的95％。

因此，长度的减小在总线长度的2％至5％的范围内。例如，第一相系统47的绕组的线具有1060mm的长度，并且第二相系统48的绕组的线具有1030mm的长度。髻状部的高度的总减少量可以高达8mm，即，对于每个髻状部的最大减少量为4毫米。

该长度差异导致具有较短线长度的绕组与具有较长线长度的绕组之间的电阻差异，该电阻差异约为3％，其中具有较短线长度的绕组具有较低的电阻。在两个相系统之间的这种类型的电阻不平衡对旋转电机的性能没有任何影响。

优选地，用于不同绕组的线直径从一个相系统到另一个相系统保持相同。

图4至7解释了形成绕组43的示例。在该示例中，绕组43包括第一半相49和第二半相50，第一半相49形成匝的外层51，第二半相50形成在凹口37中径向叠加到外层51的匝的内层52，其中内层52比外层51径向更靠近主体27的内壁40。每个半相的轴向线束44设置在凹口37中，使得第二半相50的轴向线束比第一半相49的轴向线束径向更靠近内壁40。第一半相49的连接线束45、46形成属于外层51的外髻状部，第二半相50的连接线束45、46形成属于外层52的内髻状部。每个前髻状部29和后髻状部30由内髻状部和外髻状部组成。

每个半相49、50包括呈具有轴线A的常规星形式的相同匝的叠加，轴线A与机器的轴线X同轴。例如，在图5中，每个半相49、50包括三匝。单个半相的匝叠加。

单个绕组43的每个半相49、50的匝相反地起伏。因此，第一半相49的上部连接线束45和第二半相50的上部连接线束45围绕轴线X成角度地偏移，并且对于下部连接线束46是类似的情况。另外，第一半相49的匝例如沿顺时针方向缠绕，第二半相50的匝沿逆时针方向缠绕。

两个半相通过连接部分53彼此连接。

根据一个实施例，对于单个绕组43，第一半相49的每匝的线长度和第二半相50的每匝的线长度是相同的。

根据一个变型实施例，第二半相50的每匝的线长度长于第一半相49的每匝的线长度，使得内髻状部的突出的轴向高度大于外髻状部的突出的轴向高度。例如，第二半相50的每匝的线长度比第一半相49的每匝的线长度大2％至10％。

这种类型的绕组以“分布式起伏”的名称而为人所知。例如在文献FR2846481中描述了这种类型的绕组及其插入方法。

在第一组装步骤中，该相绕组43形成为平坦的，即每个匝在基本垂直于轴线A的平面上延伸。在第二组装步骤中，绕组43通过变形装配在定子的主体27上。更具体地，绕组43通过轴向线束44从后向前轴向渐进扭转并且通过所有轴向线束从垂直于轴线A的方向同时倾斜到平行于所述轴线A的方向而定位在凹口37中。例如通过滑动这里未示出的插入块来获得该变形。

然后重复这些组装步骤，以便插入其他绕组43，以形成电绕组28。

已经参考一种方法描述了本发明，其中绕组一个接一个地连续安装在定子主体中。然而，本发明也适用于这样的组装方法，其中至少两个绕组或甚至所有绕组同时安装在定子主体中。

本发明尤其应用于交流发电机或可逆机器的定子领域，但是它也可以应用于任何类型的旋转机器。

将理解的是，前面的描述纯粹是以示例的方式提供的，并不限制本发明的范围，通过任何其它等同替换不同元件将不会构成从本发明的范围的偏离。例如，本发明可应用于包括多于六相的电绕组，例如七相。因此，不会通过增加或减少定子的相数来构成从本发明的范围的脱离。

Claims (13)

1.一种用于旋转电机的定子，所述旋转电机特别用于机动车辆，所述定子(15)包括：

主体(27)，包括凹口(37)，所述凹口轴向敞开到所述主体(27)的前轴向端壁(38)和后轴向端壁(39)中，并且在所述主体(27)的内壁(40)中径向敞开；

至少两个绕组(43)，每个绕组形成所述定子(15)的相，每个绕组包括起伏的线匝，线匝包括一系列轴向线束(44)且包括连接线束(45,46)，所述轴向线束被接收在相关联的一系列凹口(37)中，所述连接线束通过交替地相对于所述前轴向端壁(38)突出地延伸和相对于所述后轴向端壁(39)突出地延伸而连接相继的轴向线束(44)，

所述定子(15)的特征在于，一个绕组(43)的线长度短于其他绕组(43)的线长度。

2.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，所述定子(15)包括两个相系统(47，48)，每个相系统包括至少一个绕组(43)，并且第二相系统(48)的至少一个绕组(43)的线长度短于第一相系统(47)的绕组(43)的线长度。

3.根据权利要求2所述的定子，其特征在于，每个相系统(47，48)包括多个绕组(43)，并且所述第二相系统(48)的所有绕组(43)每个的线长度短于所述第一相系统(47)的绕组(43)的线长度。

4.根据权利要求3所述的定子，其特征在于，在单个相系统内，绕组(43)具有相同的线长度。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的定子，其特征在于，具有较短线长度的绕组(43)比具有较长线长度的绕组(43)径向更靠近定子主体(27)的内壁(40)设置。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的定子，其特征在于，具有较短线长度的绕组(43)的长度最多等于具有较长线长度的绕组(43)的长度的98％。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的定子，其特征在于，具有较短线长度的绕组(43)的长度至少等于具有较长线长度的绕组(43)的长度的95％。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的定子，其特征在于，绕组(43)包括第一半相(49)和第二半相(50)，所述第一半相形成匝的外层(51)，所述第二半相形成在所述凹口(37)中径向叠加到外层的匝的内层(52)，并且每个半相(49,50)的轴向线束(44)设置在凹口(37)中，使得所述第二半相的轴向线束比所述第一半相的轴向线束径向更靠近内壁(40)，所述第一半相的连接线束(45,46)形成外髻状部，所述第二半相的连接线束(45,46)形成内髻状部。

9.根据权利要求8所述的定子，其特征在于，单个绕组(43)的每个半相(49、50)的匝相反地起伏。

10.根据权利要求8或9所述的定子，其特征在于，对于单个绕组(43)，所述第一半相(49)的每匝的线长度和所述第二半相(50)的每匝的线长度是相同的。

11.根据权利要求8或9所述的定子，其特征在于，所述第二半相(50)的每匝的线长度长于所述第一半相(49)的每匝的线长度，使得所述内髻状部的突出的轴向高度大于所述外髻状部的突出的轴向高度。

12.一种旋转电机，包括根据权利要求1至11中任一项所述的定子。

13.根据权利要求12所述的旋转电机，形成交流发电机或交流发电机-起动器或可逆机器。