CN1477763A - 旋转电机定子绕组的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种制造定子绕组的方法，包括一个具有一对直线部分的U形导线段(331，332，333)的扭弯步骤，即在用压紧工具(116)在轴向限制U形导线段的弯曲部分(331a)的同时让直线部分在圆周方向运动。在原已扭弯的U形导线段(331，332，333)嵌进定子铁心槽中以后，将直线部分在圆周方向弯折。压紧工具(116)由一个具有凹槽(130)、直线部分嵌在该凹槽中的固定顶板(132)和一个活动顶板(120)构成，后者在直线部分嵌入凹槽之后可以移动，以将凹槽封盖起来。

Description

旋转电机定子绕组的制造方法

技术领域

本发明涉及将要安装在客车或货车内的车辆交流发电机等旋转电机的定子绕组的制造方法。

背景技术

近年来随着安全装置的电力负荷的增加，对增大车辆交流发电机输出功率的要求正不断增加。为满足这种要求，JP-A-2000-350423提出了“一种制造旋转电机定子绕组的方法”，试图通过在定子铁心的每个槽内安装高密度普通形成的U形导线段来增加输出功率。在这种定子绕组制造方法中，有一个步骤是用扭弯设备扭弯嵌入槽内的U形导线段，以提高制造速度。

在用这种制造方法制造的定子绕组中，除了两种普通的U形导线段之外，还包含一些专门用作引线的U形导线段。通过这些引线专用U形导线段使定子绕组和星形连接绕组的中点与一个整流子相连，因而它们制成得比普通U形导线段长。

U形导线段中每一对直线部分是按径向排布并在圆圆方向弯曲的，因此在把导线段的直线部分嵌入槽内之前的扭弯步骤中，其中一部分的方向与另一部分相反。这样进行扭弯步骤，即一面用压紧工具压住U形导线段的被嵌在一些按同样的内环形工具和外环形工具的圆周节距形成的通孔内的弯曲部分，一面按相反的圆周方向转动内环形工具和外环形工具。在扭弯步骤中，内、外环形工具分别按相反的圆周方向旋转，而各U形导线段的被嵌在内、外环形工具的通孔内的弯曲部分则被压紧工具压住。因此，在预先做好的U形导线段被嵌入定子铁心各相应槽内之后，还要经过几个步骤才能把定子绕组制成。

在上述出版物JP-A-2000-350423披露的方法中，除了构成定子绕组相位线圈的两种普通U形导线段外，还采用一些专门用作引线的U形导线段来形成各相位线圈的引线。由于引线专用U形导线比其它的导线段长，故用来压紧弯曲部分的压紧工具有一些凹槽，当各U形导线段的直线部分被扭弯时，引线专用U形导线段被嵌入凹槽内。

在上述出版物JA-2000-350423披露的交流发电机中，从引线专用U形导线段中的一个段伸出的两条引线安置在定子铁心的大约同一个圆周位置。因此，普通U形导线段的压紧工具的通孔为长方形，其长边与径向平行。

如果定子绕组的规格有变化，则由一个引线专用U形导线段构成的两条引线就不总是从同一圆周位置伸出，而可能从不同的圆周位置伸出。因此，用于引线专用U形导线段的压紧工具的凹槽在圆周方向扩大，结果使得处于凹槽内的其它U形导线段的弯曲部分不可能被限制在轴线方向。

发明内容

本发明是在考虑到上述问题后提出的。本发明的目的是提供一种旋转电机定子绕组的制造方法，使得不论引线的位置如何，导线段的轴向位置都能限制不变。

为解决上面谈到的问题，旋转电机定子绕组的制造方法包括以下各步骤：扭弯步骤，即通过圆周方向的运动扭弯数个具有一个弯曲部分和一对处于径向的第一直线部分的第一U形导线段以及数个具有一个弯曲部分和一对在圆周方向处于彼此错开位置的第二直线部分的第二U形导线，而同时通过压紧工具使第一导线段的弯曲部分限制在轴线方向上；嵌入步骤，即将原已扭弯的第一和第二导线段嵌入在定子铁心中形成的槽中的一个槽内；弯折步骤，即弯折在圆周方向与其弯曲部分相对的第一和第二导线段的直线部分端部；以及连接步骤，即将彼此相邻的原已弯曲的第一和第二导线连接起来。特别要指出的是，第二直线部分在轴线方向要比第一直线部分长，且压紧工具包含一个具有一个凹槽直线部分嵌入该凹槽内并从该凹槽中突出来的固定顶板和一个可以移动以在嵌入第二直线部分后把凹槽封盖起来的活动顶板。若要使用作引线的第二导线的第二直线部分在圆周方向错开，则要在扭弯步骤中采用在与第二导线段对应部分处有凹槽的扭弯工具。由于凹槽被活动顶板所封盖，所以与凹槽对应的第一导线段也一定能被牢固限制在轴线方向。

理想的是，把固定顶板和活动顶板安置在弯曲部分各侧的同一轴向位置。第一导线段可以在压紧工具的整个圆周上被限制在轴线方向。

理想的是，活动顶板被容纳在相邻于固定顶板的圆周位置上并在扭弯步骤中在第一和第二直线部分在圆周方向移动之前和在第二直线部分嵌入凹槽之后移至凹槽附近。

另外理想的是，在连接步骤之后，通过切断第二导线段的至少一部分形成定子绕组的每相绕组的一条引线。这样一来，即使引线的圆周位置不相同，仍然可以采用U形第二导线段，从而使引线容易形成。

附图说明

本发明的其它目标，特点和特征以及相关部件的功能，将从对下面的详细描述及权利要求书和附图的研究中清楚得知。附图所示为：

图1是本发明一种优选实施例的一台车辆交流发电机整体结构的剖面图；

图2是定子部分剖面图；

图3是将要安装在定子铁心内的第一或基本导线段的透视示意图；

图4是在段形成步骤中的基本导线段平面图；

图5是第二或引线专用导线段的平面图；

图6是大段和小段的透视图，其中靠近弯曲部分的那些地方被扭弯；

图7是第二导线段的透视图，其中直线部分在扭弯步骤中在中间处被扭弯；

图8是在定子绕组一端上一组线圈端部的透视图；

图9是一种扭弯设备的剖面图，该设备包含一个弯曲部分扭弯工具；

图10是一个弯曲部分扭弯工具的透视图，其中已装上了第一和第二导线段；

图11是一个导线段压紧工具的透视图；

图12是一个导线段压紧工具的侧面剖视图；

图13是凹槽附近部分的局部平面图；

图14是活动顶板停止移动后导线段压紧工具的剖面侧视图；

图15是局部平面图；

图16是带有引线的定子的局部剖面侧视图；

图17是用在本发明第二实施例的方法中的一个固定顶板的平面示意图；

图18A和18B是用在第二实施例的方法中的活动顶板的工作方式示意图；

图19是活动顶板另一种工作方式示意图。

具体实施方式

按照本发明第一种实施方案制造旋转电机定子绕组的方法将参照图1-17予以描述。

如图1所示，按本发明一种优选实施例的车辆交流电机1包括定子2，转子3，外壳4，整流子5等。

转子3起磁场元件作用，并与轴6一起旋转，且包括一个Lundell型磁极铁心7，一个场线圈8，几个滑环9，10，一个混合流型风扇11和一个离心风扇12，这些风扇分别用来鼓风。轴6与皮带轮20相联，该皮带轮由车辆驱动引擎(未示出)驱动。

Lundell型磁极铁心7由一对磁极铁心元件构成。Lundell型磁板铁心7包括一个凸台部分71，一些圆盘部分72和12个磁爪极73。

混合流型风扇11有一个用焊接等方法固定在磁极铁心7的端面上的底板11a、一些对底板11a倾斜得很厉害的倾斜此片和一些垂直叶片，此风扇与转子3一块旋转。离心风扇12安装在远离皮带轮20的一侧，且只具有与底板12a垂直的垂直叶片。

外壳4包括一个前壳4a和一个后壳4b，在其轴向端部有一些吸气窗41，在其肩部有一些靠近且对置于第一和第二线圈端部组31a，31b的排气窗42。

把来自定子2的交流输出功率转变为直流功率的整流子5安装在交流电机远离皮带轮20的一端。

下面将详细描述定子2。图2是定子2的一部分的剖视图。图3是将要安装在定子铁心32内的导线段的透视示意图。

定子2起电枢的作用，并包括一个定子铁心32，一个由处在在定子铁心32内形成的数个槽内的导线段单元33或导线段331，332，333组成的定子绕组和一些绝缘体34，后者用来把定子绕组31与定子铁心32隔离。

如图2所示，在定子铁心32的内表面上开口有一些槽35，用来安放多相定子绕组31。共有36个槽35按等间距排列，以与数个磁极相对应地安置三相定子绕组31。

安装在定子铁心32的槽35内的定子绕组31可以一件一件地识别。每个槽35内安放了偶数数目(例如4)的导线。在每个槽35内，四根导线排列在从定子铁心的径向内侧至其外侧径向对齐的各层内，即最内层，内中层，外中层和最外层。各导线都涂上聚酰胺酰亚胺薄膜。

这些导线按预定的方式相连形成定子绕组31。每个槽35中导线的一端通过第一线圈端部组31a的连续弯曲部分连至另一槽中的另一根导线，而该导线的另一端则通过焊接第二线圈端部组31b而连至另一根导线。引线从第一线圈端部组31a的后部伸出按轴线方向连至整流子5，且按圆周方向连接形成星形连接定子绕组31的中点。为此要采用特定形状的导线。

每个槽35内的一根导线(引线专用导线段的导线除外)与另一个与前面的槽相隔一个预定的极距的槽35内的另一根导线配成一对。特别是，在一个槽35内的某一层内的导线与另一个与前面的槽相隔一个预定的极距的槽35内不同层中的导线配成一对，以便使这些导线有规则地排列，从而在线圈端部组的各导线之间形成数个间隙。

例如，一个槽内的最内层中的导线331a与另一个与前一个槽沿时钟方向相隔一个极距的槽的最外层中的导线331b配成对。同样，一个槽35内的内中层中的导线332a与另一个与前一个槽沿时钟方向相隔一个极距的槽的外中层内的导线332b配成一对。配对的导线由构成定子铁心32轴向端部的弯曲部分331c或332c的连续部分相连接。因此，在定子铁心32的轴向端部，连接最外层和最内层的为导线的连续弯曲部分包围着连接外中层和内中层内的导线的连续弯曲部分。所以，连接该配对导线的连续弯曲部分被连接另一配对导线的连续弯曲部分所包围，这后一配对导线与前一配对导线处在定子铁心32的轴向端部的同一槽内。连接处于外中层内的导线和处于内中层内的导线的连续弯曲部分形成一个中线圈端部，而连接处于最外层内的导线和处于最内层内的导线的连续弯曲部分形成一个外线圈端部。

另一方面，处在一个槽35中的内中层内的导线332a与处在另一个与前一个槽35按顺时钟相隔一个极距的槽35中的最内层内的导线331a’配成一对。类似地，处在一个槽35中的最外层内的导线331b’与处在另一个与前一个槽35沿顺时钟方向相隔一个极距的槽35中的外中层内的导线332a配成一对。通过将这些导线在定子铁心的对着连续弯曲部分的另一轴向端部处焊在一起，而把它们连接成为接合部。

因而，处于最外层内的导线和处于外中层内的导线的接合部，与处于最内层内的导线和处于外中层内的导线的接合部，在定子绕心32另一轴向端部处在径向是对齐的。最外层内的导线和外中层内的导线的接合部，以及最内层内的导线和内中层内的导线的接合部，构成一个双环层线圈端部。所以，各导线接合部无重叠地排列在定子铁心32的另一轴向端部。

另外，各导线都是由U形导线段组成，各导线段具有大致一致的矩形截面积(扁平矩形面积)。如图3所示，处在最内层的导线和处在最外层的导线形成一个大的连续U形导线段331。同样，处在内中层的导线和处在外中层的导线形成一个小的连续U形导线段332。由这些大、小段形成一个基本导线33。把许多基本导线33按一定规则排列在槽35内，就形成一个围绕定子铁心32的双匝定子绕组。

定子绕组的引线是由引线专用导线段(第二导线段)333形成的，它与基本导线段(第一导线段)331，332不一样。在本发明的实施方案中，引线专用导线段在轴向方向上比大导线段331和小导线段332都长。引线是在定子绕组31做成后，将引线专用导线段333的一部分切断而形成的。

下面将描述定子绕组31的制造过程。

(形成导线段的步骤)大导线段331和小导线段332是由连续导线的一部分制成的，它们弯绕在各自的心轴上，然后从上面取下。用作引线的引线专用导线段333按类似的方法制成。

图4示出了在形成步骤中形成的两种基本段33。如图4所示，小导线段332是通过将导线的一部分弯绕在一个规定外径的心轴上而形成的。大导线段331是通过将导线段的一部分弯绕在一个外径比上一个用于小导线段332的心轴的外径大的心轴上而形成的，因此大导线段包围着小导线段332。

图5示出了引线专用导线段。如图5所示，引线专用导线段333做成一个近似的U形，其轴向长度比大导线段的轴向长度L大。

(扭弯步骤)小导线段332的弯曲部分332C和大导线段331的弯曲部分331c被安放在一起，使得后者围绕着前者，且大段和小段二者的直线部分被嵌进弯曲侧扭弯工具中。在将引线专用导线段333的直线部分嵌进扭弯工具后，让扭弯工具旋转，这时大和小导线段二者的弯曲部分的每个顶部被压紧工具所限制，使得各导线段的直线部分在不同的圆周方向运动和扭弯。

图6的透视图表示在扭弯步骤中被扭弯的大导线段331和小导线段332的弯曲部分附近的每一部段。如图6所示，所形成的大导线段331和小导线段332中，前者在扭弯步骤中在两直线部分331a和331b之间的圆周节距P1为一个极距，后者在两直线部分332a和332b间的圆周节距P为一个极距。

图7是引线专用导线段333的透视图，此导线段有一在扭弯步骤中被扭弯的直线部分。如图7所示，在各直线部分333a和333b的端部之间的圆周节距P2制成得比扭弯步骤中一个极距大。引线专用导线段333具有比大、小导线段331，332的直线段部分长的直线部分333d，333e，它们大体上形成为U形。

(嵌入步骤)大导线段331，小导线段332和引线专用段333、从定子铁心32的一个轴向端的部分处嵌入槽中。如图2所示，上述导体的大导线段331和小导线段332的直线部分331a，332a，332b’和331b’被嵌入一个槽35中，并按从最内层至最外层的顺序排列。直线部分332b’，331b’是与嵌入相隔一个极距的另一个槽35内的大、小导线段的直线部分配对的直线部分。

(弯折步骤)在嵌入槽内以后，处于最内层和最外层处的直线部分331a，331b的轴向端部的连接部分331a，331b在大导线段在第二线圈端部31b处展开的方向被弯折半个极距(比如说1.5个槽距)，而连接部分332d，332e，即处于内中层和外中层处的直线部分332a，332b的端部则在小导线段闭合的方向被弯折半个极距(比如说1.5个槽距)。其结果是，彼此在径向相邻的两根导线分别倾向在第二线圈端部组31b的两相反圆周方向上。上述步骤一直重复至嵌入槽35内的所有导线段33都形成上述结构为止。引线专用导线段333的直线部分也按上述同样的方法弯折。

(焊接步骤)在弯折步骤之后，将第二线圈端部组31，最外层的连接部331e、外中层的连接部332e、内中层的连接部332d和最内层的连接部331d用例如超声波焊机或弧焊机等焊接机焊起来，或用锡焊电连接起来，以提供图8所示的定子2。

现在来更详细地描述上面的扭弯步骤。图9是一个扭弯设备的横剖面图，此设备包括一个弯曲部分扭弯工具。图10为装有导线段的弯曲部分扭弯工具的透视图。

扭弯设备100包括弯曲部分扭弯工具，该工具包含一个内扭弯工具111和一个外扭弯工具112，分别使内、外扭弯工具111，112旋转的旋转机构113，114，一个控制器115，一个导线段压紧部件116，一个将导线段向上推的部件117，一个提升机构118等。

内扭弯工具111有一些圆周方面对齐的径向排列的保持槽对121，122，其中分别嵌入大、小导线段331，332的直线部分331a、332a。保持槽对121，122的数量与定子铁心2的槽35的数量相对应。也就是说，按圆周方向等间隔同轴地分别形成36个保持槽121和36个保持槽122。外扭弯工具122也有许多(例如36个)在圆周方向对齐的同轴排列的保持槽对131，132。因此，按从最内侧算起的顺序，内扭弯工具111和外扭弯工具112具有在圆周方向对齐的36组径向排列的四个保持槽121，122，131，132。

大导线段331和小导线段332连同一些引线专用导线段333被嵌进所有的保持槽121，122，131，132，同时环形段压紧工具116向下朝着内扭弯工具111和外扭弯工具112运动，将大直线段331的弯曲部分331c压紧。因此，在扭弯步骤中，大导线段331和小导线段332不会从保持槽121，122，131，132中沿轴线方向突出来。

图11是导线段压紧工具116的透视图。如图10所示，大导线段331和小导线段332连同长引线专用导线段333一起被装进弯曲部分扭弯工具内。因此，如果把引线专用导线段333嵌进内、外扭弯工具111，112的保持槽内，使其沿与弯曲部分相反的方向延伸的端部与大导线段331和小导线段332的端部齐平，则弯曲部分333c将从大导线段331的弯曲部分331c中突出来。于是，导线段压紧工具116具有一块顶板132，该顶板上面开有一个凹槽130让引线专用导线段333沿轴向通过，所以当工具116压紧大导线段331的弯曲部分331c时工具116不会与引线专用导线段333发生冲突。顶板132有一个安装空间144，用来安放一块圆周方向可活动的顶板120，以将凹槽130在其横截面中间部分封盖住。虽然图11中只画出了在导线段压紧工具116的一部分上形成的一个凹槽，但实际上在圆周方向上形成有三个凹槽，以让从星形连接的三相定子绕组31伸出的六根引线通过。

图12是在圆周方向的导线段压紧工具116的侧剖面图。图13为表示凹槽130附近部分的局部平面视图。如这些附图所示，固定顶板132中有一个安装空间144，用来安放活动顶板120。

如图9所示的上述导线段压紧工具116向下运动以压紧大、小导线段131，132的弯曲部分。在导线段压紧工具116通过引线专用导线段333的弯曲部分333c之前，活动顶板120始终处在固定顶板132的安装空间内。当导线的压紧工具116通过引线专用导线段333的弯曲部分333c并继续向下运动时，被固定顶板132接纳的活动顶板120在圆周方向滑动，将凹槽130封盖住。在此之后，在活动顶板120与大导线段331等相接触的表面(顶板120在弯曲部分一侧的位置)达到与固定顶板132同一位置水平线之前，活动顶板120一直在轴线方向运动。滑动机构142受控制器115的控制，因此活动顶板120可以在导线段压紧工具116停止向下运动之前就停止向下运动。

图14是在活动顶板120停止运动后导线段压紧工具116的横截面侧视图。图15是活动顶板120在运动后的详细局部平面图。为这些附图所示，活动顶板120在沿圆周方向运动后，将用来通过引线专用导线段333的凹槽130封盖住。因而处在与凹槽130相应的位置的大导线段331和小导线段332的弯曲部分能被活动顶板120压紧。这样一来，就能保证在扭弯步骤中大小导线段331，332的轴向位置被限制不变。

当导线段压紧工具116开始向下运动时，活动顶板120处在固定顶板132的安装空间144中，使凹槽130打开。因此，U形引线专用导线段333在从弯曲部分一侧被装入时不会受到阻碍。

即使直线部分333a，333b在圆周方向彼此不在一块，也可以采用U形引线专用导线段。如图16所示，只需在弯曲部分333c附近切断至少一部分，就很容易得到两条引线333g，333f。

本发明不只局限于上面的实施例，而可以用于各种场合。例如，在上述实例中，为使活动顶板120在圆周方向运动，将安装空间做在导线段压紧工具116的固定顶板132内。但是，也可以把活动顶板沿径向安放在凹槽130的外侧或内侧，使得活动顶板在径向运动，以将凹槽130封盖住。

按本发明第二种实施方案的一种方法将参考图17-19加以描述。

图17是导线段压紧工具216的固定顶板232的示意平面图。该固定顶板232具有在圆周方向彼此隔开的三个凹槽2301，2302和2303。其中两个凹槽2301和2303在固定顶板232的径向内侧部分有沿圆周伸展的沟槽，引线专用导线段333的直线部分可以从中伸出。因此，这种导线段压紧工具216可以用于各种各样的定子绕组，即便它们具有带不同圆周节距的直线部发的引线专用导线段333。

图18A和18B是活动顶板2201在一个凹槽，例如2301内操作的示意图。在活动顶板2201将凹槽打开使引线专用导线段333的直线部分嵌进凹槽2301之后，活动顶板2201在圆周方向运动而在活动顶板2201的底面上压紧大导线段231的弯曲部分，这和上面所说的方式一样。如果引线专用导线段的一个直线部分处在圆周沟槽的端部，那么只需一个活动顶板2201和可压紧大导线段的弯曲部分。另一方面，如果如图19所示的那样，引线专用导线段333的直线部分是处在凹槽2301的圆周沟槽的中部，则需要另一个活动顶板2202，以压紧大导线段331的弯曲部分。

Claims (6)

1.一种装于旋转电机的定子铁心(32)内的定子绕组的制造方法，此绕组包含许多具有一个弯曲部分(331c，332c)和一对按径向排布的第一直线部分(图4，图10)的第一U形导线段(331，332)和许多具有一个弯曲部分(333c)和一对按圆周方向彼此错开位置排布的第二直线部分(图5，图10)的第二U形导线段(333)；所述方法包括一个在用压紧工具(116)在轴线方向限制第一导线的弯曲部分的同时使第一直线部分和第二直线部分在圆周方向运动的扭弯步骤(图10)，一个将原已扭弯的第一和第二导线段嵌入在定子铁心中形成的相应槽内的嵌入步骤，一个将第一和第二直线部分在对着其弯曲部分的端部按圆周方向弯折的弯折步骤，和一个将彼此相邻的原已弯折的第一和第二导线段连接起来的连接步骤；其特征在于：第二直线部分在轴线方向比第一直线部分长，压紧工具包含一块具有一个凹槽(130)、第二直线部分嵌入该凹槽中并从中突出的固定顶板(132)和一个可以移动以在嵌入第二直线部分后将凹槽封盖住的活动顶板(120)。

2.按权利要求1所述的定子绕组制造方法，其特征在于：固定顶板和活动顶板(132，120)被安置在弯曲部分各侧的同一轴向位置上。

3.按权利要求1或2所述的定子绕组制造方法，其特征在于：活动顶板(120)处于与固定顶板(132)相邻的圆周位置上，而且在第二直线部分在所述扭弯步骤中移动之前及在第二直线部分嵌入凹槽之后，可按圆周方向移动至凹槽内。

4.按权利要求1-3中任一项所述的定子绕组制造方法，其特征在于：定子绕组的每相绕组的引线(333f，333g)是通过在所述连接步骤之后切断第二导线段(333)的至少一部分而形成的。

5.按权利要求1所述的定子绕组制造方法，其特征在于：固定顶板具有一个凹槽(2301)，该凹槽具有一个按圆周方向伸展的沟槽，第二直线部分被嵌入该凹槽中并从中突出来。

6.按权利要求5所述的定子绕组制造方法，其特征在于：该凹槽具有一个从固定顶板外圆周沿径向伸展的沟槽，以形成一个L形凹槽，以让第二导线段的两个直线部分从中通过。

Images