CN110168865A - 用于旋转电机的绕线定子 - Google Patents

Abstract

本发明提出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)，包括径向敞开到所述主体的内壁(40)中的凹口(37)，形成所述定子的相的至少一个绕组(43)，由匝(54)形成的所述绕组包括在所述凹口(37)中径向叠置的第一半相(49)和第二半相(50)，每个匝包括由一系列轴向线束(44)和连接线束(45,46)，所述轴向线束被接收在一系列相关联的凹口中，所述连接线束通过交替地相对于主体(27)突出地延伸而连接连续的轴向线束(44)。半相中的一个的每匝的线长度大于另一半相的每匝的线长度。另外，半相中的一个的匝数高于另一半相的匝数。

Description

用于旋转电机的绕线定子

技术领域

本发明特别涉及一种用于机动车辆的旋转电机的绕线定子，其配备有形成相的绕组。

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，并产生使转子旋转的磁场。

本发明更具体地涉及一种旋转电机的定子，该定子包括环形柱体，该环形柱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。

更具体地，绕组包括第一半相和第二半相，第一半相形成匝的外层，第二半相形成在凹口中径向叠加到外层的的匝的内层，其中内层比外层径向更靠近主体的内壁。每个半相包括沿与机器的轴线同轴的轴线的呈常规星形式的相同匝的叠加。

半相之间的匝数分布被执行以便优化髻状部中的线的布置，以便减小它们的尺寸，更具体地说，减小它们的厚度。因此，分布是平衡的，即第一半相包括与第二半相一样多的匝。

包括这种类型绕组的定子例如从文献FR 2819118中已知。

本发明的目的是使得可以优化这种类型的绕组以改善旋转电机的性能。

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，并且在所述主体的内壁中径向敞开；

-形成定子的相的至少一个绕组，绕组包括第一半相和第二半相，所述第一半相形成匝的外层，所述第二半相形成在凹口中径向叠加到外层的匝的内层，每个匝包括由一系列轴向线束和连接线束形成的线，所述轴向线束被接收在一系列相关联的凹口中，所述连接线束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以形成髻状部而连接连续的轴向线束。

根据本发明，半相中的一个的每匝的线长度长于另一半相的每匝的线长度。

另外，根据本发明，半相中的一个的匝数大于另一半相的匝数。

出乎意料的是，已经发现，在半相之间产生匝数不平衡的事实不会影响旋转电机的电磁性能。与半相中的一个的每匝的线长度的减小相关联的、两个半相的相应匝数之间的这种差异使得可以减少用于产生绕组的线的总长度。因此，绕组的线的电阻减小，其重量和制造成本也减小。因此，这改善了旋转电机的整体性能。

根据一个实施例，半相中的一个的匝数与另一半相的匝数之间的差异严格大于1。换句话说，差异等于或大于2。

根据一个实施例，具有较少匝的半相是具有较短线长度的半相。

根据一个实施例，具有较少匝的半相比具有更多匝的半相径向更靠近定子主体的内壁设置。

例如，较大半相的每匝的线长度比另一半相的每匝的线长度大2％至10％。

根据一个实施例，第二半相的每匝的线长度长于第一半相的每匝的线长度，使得所述第二半相的内髻状部的突出的轴向高度大于所述第一半相的外髻状部的突出的轴向高度。

根据一个实施例，半相中的一个的髻状部的突出的轴向高度基本上等于：另一半相的髻状部的轴向高度加上这样的高度，该高度整体上等于半相的轴向线束在每个相关联的凹口中占据的径向厚度。

根据一个实施例，单个绕组的每个半相的线圈相反地起伏。因此，半相相对于彼此以相反的方向缠绕。

根据一个实施例，第一半相的星形轮廓相对于第二半相的星形轮廓围绕中心轴线成角度地偏移，使得两个半相的轴向线束叠加，并且使得半相中的一个的连接线束分别在另一半相的两个连接线束之间径向延伸。

根据一个实施例，定子包括至少一个相系统，所述至少一个相系统包括多个绕组。

根据一个实施例，在同一相系统内，每个绕组具有的一个半相的匝数大于另一半相的匝数。

特别地，在同一相系统内，每个绕组具有相同的半相之间的匝分布。换句话说，同一相系统的每个绕组是相同的。这使得可以不在单个相系统内的绕组之间产生电阻的不平衡，从而避免电机性能的降低。

根据一个实施例，定子包括两个相系统，每个相系统包括至少一个绕组，并且例如包括三个绕组。

根据另一实施例，定子包括单个相系统，该单个相系统包括至少一个绕组，例如三个绕组。

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根据本发明实施例的绕线定子的俯视图；

图3示意性地和部分地示出根据本发明示例的两个半相在它们装配到凹口中之前的俯视图；

图4示意性地和部分地示出一俯视图，其示出图3中的绕组，其中两个半相轴向叠置；和

图5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；

图6示意性地和部分地示出了根据本发明的部分缠绕的定子(包括绕组)的一部分的透视图；和

图7示意性地和部分地示出了根据图6中的平面Y-Y的截面视图。

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至7所示，绕组43包括一根或多根线的起伏的匝54。每个匝54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44被接收在相关联的一系列凹口37中，连接线束45、46通过交替地相对于前轴向端壁突出并相对于后轴向端壁突出地延伸而连接连续的轴向线束。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。

在图6和7的示例中，电绕组28是双三相绕组，即包括六个相或六个绕组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。替代地，电绕组28可以包括另外数量的相，例如，如图2所示，电绕组28可以是包括三个相的三相绕组。

为了简化对图3至图7的理解，定子被示出为带有单个绕组，但是这种类型的定子包括例如六个绕组或三个绕组，其类似于在所述图中表示的绕组。

每个绕组43包括第一半相49和第二半相50，第一半相49形成匝54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54的内层52。两个半相49、50通过连接部分53彼此电连接。

该内层52比外层51径向更靠近主体27的内壁40。因此，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。

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的上连接线束45和第二半相50的上连接线束45围绕轴线X成角度地偏移，并且对于下连接线束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。

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。

在下文中简要描述了用于将绕组43插入定子的主体27中的已知方法。

在第一组装步骤中，该相绕组43形成为平坦的，即每个匝54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在轴向上从后向前地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。

为了便于插入其他绕组，已经装配的绕组的外层51和内层52的髻状部径向向外推回，以便打开不形成与该绕组相关联的一系列凹口的一部分的空闲凹口的轴向孔口。该操作使得可以打开凹口的轴向孔口，以便不妨碍其他绕组的插入，特别是不干扰其他的髻状部。

对于每个半相49、50，轴向线束44具有相同的长度。然而，第二半相50的连接线束45、46比第一半相49的连接线束45、46长。

更具体地，第二半相50的上连接线束45布置在以轴线A为中心的具有直径D4的圆上，直径D4大于第一半相49的上连接线束45延伸所沿的圆的直径D2。

另外，第二半相50的下连接线束46布置在以轴线A为中心的具有直径D3的圆上，直径D3大于第一半相49的下连接线束46延伸所沿的圆的直径D1。

因此，如图4所示，第二半相50的连接线束45、46相对于所述半相49的连接线束在径向上进一步朝向内部和朝向外部延伸。

更具体地，在这种情况下，第二半相50的连接线束45、46的长度等于：第一半相49的连接线束45、46的长度加上当绕组43装配在定子主体27中时轴向线束44将在相关联的凹口37中占据的径向厚度ER。

例如，第二半相50的每匝54的线长度比第一半相49的每匝54的线长度大2％至10％。

因此，如图7所示，当绕组43装配在主体27上时，内层52的髻状部的轴向高度HI大于外层51的髻状部的轴向高度HE。将髻状部的轴向高度定义为主体27的轴向端壁38、39中的一个(髻状部自该轴向端壁轴向延伸)与距由所述髻状部形成的内拱部最远的点之间的轴向距离。

因此，当髻状部被径向向外推回时，凹口37被完全打开以便插入其他绕组，但是没有一个髻状部径向延伸到定子主体的外部，并且因此减少了机器的尺寸。

此外，如在图3至7中可以清楚地看到的，绕组43的半相49、50中的一个的匝54的数量大于比另一半相49、50的匝的数量。

特别地，具有较少匝54的半相49、50是具有较短线长度的半相49、50。因此，在这种情况下，第一半相49具有的匝54的数量比第二半相50大。

在图3的示例中，绕组43包括六匝54。这些匝54被分布成使得第一半相包括四匝54，并且第二半相包括两匝54。

在图7所示的另一示例中，绕组43包括八匝54。这些匝54被分布成使得第一半相包括五匝54，并且第二半相包括三匝54。

根据未示出的另一示例，绕组43可包括七匝54。然后可以分配这些匝54，使得第一半相包括五匝54，并且第二半相包括两匝54。

优选地，半相49、50中的一个的匝54的数量与另一半相49、50的匝54的数量之间的差异严格大于1。

优选地，单个相系统的所有绕组43具有这样的半相49、50，其匝54的数量大于另一半相49、50的匝的数量。特别地，该同一相系统的绕组43具有相同的、第一半相和第二半相之间的匝54的数量的分布，以便不会产生所述绕组43的相应电阻的不平衡。此外，电绕组28的所有绕组43都具有这样的半相49、50，其匝54的数量大于另一半相49、50的匝54的数量，特别是具有相同的半相之间的匝54的数量的分布。

优选地，两个半相49、50和连接部分53由单根线或由具有至少两个平行线的单束构成。

根据未示出的变型实施例，绕组43中的至少一个可具有比其他绕组的总线长度短的总线长度。线长度是指线的形成相输出42的部分之间的线的长度。在该实施例中，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。

优选地，用于不同绕组的线直径从一个相系统到另一相系统保持相同。

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。

Claims (10)

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；

形成所述定子(15)的相的至少一个绕组(43)，所述绕组包括第一半相(49)和第二半相(50)，所述第一半相形成匝(54)的外层(51)，所述第二半相形成在所述凹口(37)中径向叠加到所述外层的匝(54)的内层(52)，每个匝包括由一系列轴向线束(44)和连接线束(45,46)形成的线，所述轴向线束被接收在一系列相关联的凹口(37)中，所述连接线束通过交替地相对于所述前轴向端壁(38)突出地和相对于所述后轴向端壁(39)突出地延伸以形成髻状部而连接连续的轴向线束(44)，

所述定子(15)的特征在于，半相(49,50)中一个的每匝(54)的线长度长于另一半相(49,50)的每匝(54)的线长度，且在于半相(49,50)中一个具有的匝(54)的数量大于另一半相(49,50)的匝的数量。

2.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，半相(49,50)中的一个的匝(54)的数量与另一半相(49,50)的匝的数量之间的差异严格大于1。

3.根据权利要求2或1所述的定子，其特征在于，具有较少匝(54)的半相(49，50)是具有较短线长度的半相。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的定子，其特征在于，具有较少匝(54)的半相(49，50)比具有较多匝(54)的半相(49，50)径向更靠近定子主体(27)的所述内壁(40)设置。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的定子，其特征在于，较大半相(49，50)的每匝(54)的线长度比另一半相(49，50)的每匝(54)的线长度大2％至10％。

6.根据权利要求5所述的定子，其特征在于，半相(49，50)中的一个的髻状部的突出的轴向高度(HE)基本上等于：另一半相(49，50)的髻状部的轴向高度(HI)加上整体上等于由半相(49，50)的轴向线束(44)在每个相关联的凹口(37)中占据的径向厚度的高度。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的定子，其特征在于，单个绕组(43)的每个半相(49，50)的匝相反地起伏。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的定子，其特征在于，所述定子(15)包括至少一个相系统，所述至少一个相系统包括多个绕组(43)，且在于，在同一相系统内，每个绕组具有相同的半相(49，50)之间的匝(54)分布。

9.一种旋转电机，包括根据权利要求1至8中任一项所述的定子(15)。

10.根据权利要求9所述的旋转电机，形成交流发电机、交流发电机-起动器或可逆机器。