用于旋转电机的定子的制作方法
【专利摘要】公开了一种用于旋转电机的定子。一种定子包括具有沿其圆周方向以预定间距排列的槽的定子芯以及包含相绕组的定子线圈。该相绕组的每一个配置有电导体以及覆盖该电导体的绝缘敷层。该相绕组的每一个包括槽内部分和与该槽内部分连接的扭转部分。该相绕组的扭转部分包括具有不同周向长度的多个类型的扭转部分。对于该相绕组的每一个，在该定子线圈的整个圆周范围上成对地排列该相绕组的扭转部分的顶部。每一对中的顶部彼此轴向地重叠。所有相绕组的扭转部分的每一对周向相邻的顶部在周向上彼此偏离一距离，该距离大于预定的间距。
【专利说明】
用于旋转电机的定子
技术领域
[0001 ]本发明涉及用于旋转电机的定子，该旋转电机例如在机动车辆中用作电动机和发电机。
【背景技术】
[0002 ]已知一些在机动车辆中用作电动机和发电机的旋转电机。这些旋转电机通常包括转子和定子。该定子包括环形定子芯和定子线圈。定子芯与转子在径向上相对地设置且具有沿其圆周方向排列的多个槽。定子线圈包括多个相绕组，该多个相绕组可安装在定子芯上以便容纳在定子芯的槽中且在电相位上彼此不同。
[0003]日本专利申请公开N0.JP2011109894A(本文中称为专利文献I)公开了三相定子芯140，如图11所示。定子线圈140包括安装在定子芯130上的多个相绕组。相绕组中的每一个由多个基本波形的电线形成；电线中的每一个配置为具有基本矩形的横截面形状的电导体以及覆盖该电导体的外部表面的绝缘敷层。此外，相绕组中的每一个包括多个槽内部分151C和多个扭转部分152。槽内部分151C中的每一个容纳在形成在定子芯130中的槽131的一个中。扭转部分15 2中的每一个位于定子芯130的槽131的外部以连接一对槽内部分151C，这一对槽内部分151C分别容纳在两个不同的槽131中。此外，扭转部分152中的每一个包括顶部153，该顶部153在扭转部分152的延伸方向上位于扭转部分152的中心处，且沿定子芯130的圆周方向延伸。此外，在顶部153的中心处，形成有曲柄形部分154，该曲柄形部分154被弯曲以在径向上偏离扭转部分152。此外，位于定子芯130的第一轴侧上的定子线圈140的相绕组的那些扭转部分152共同构成定子线圈140的第一线圈端部;位于定子芯130的第二轴侧上的定子线圈140的相绕组的那些扭转部分152共同构成定子线圈140的第二线圈端部。
[0004]更具体地，如图11所示，定子线圈140波绕(wave-wound)在定子芯130上使得扭转部分152中的每一个连接第一槽内部分15IC和第二槽内部分151C，该第一槽内部分15IC被设置在从第一槽131中的径向内侧开始数的第N层，该第二槽内部分151C被设置在从第二槽131中的径向内侧开始数的第(N-1)层，该第二槽131与该第一槽131相距六个槽间距，其中N为大于或等于2的自然数。
[0005]然而，根据专利文献I，使用成形模具将形成定子线圈140的相绕组的电线中的每一个按压成形(或弯曲)为基本上波形。即，通过按压成形形成了扭转部分152的顶部153和曲柄形部154，它们构成定子线圈140的线圈端部。因此，在按压成形过程期间施加大应力的曲柄形部154处，可能损伤电线的绝缘敷层，造成电导体从绝缘敷层中暴露出。因此，定子线圈140的相绕组中暴露电导体的那些部分会发生沿面(creeping)放电(或表面放电)，由此导致绝缘失败。
[0006]更具体地，如图11所示，扭转部分152的曲柄形部154(其中，易于因按压成形过程期间对绝缘敷层的损伤而发生电导体的暴露)与另一个在周向上偏离仅一个槽间距。因此，沿面放电会发生在定子线圈140中。
[0007]日本专利申请公开N0.JPHl 1164506A(本文中称为专利文献2)公开了三相定子线圈240，如图12-14所示。定子线圈240包括安装在定子芯130上的多个相绕组。相绕组中的每一个由多个基本U形的电导体段形成；电导体段中的每一个配置为具有基本矩形的横截面形状的电导体以及覆盖该电导体的外部表面的绝缘敷层。此外，相绕组中的每一个包括多个槽内部分151C和多个扭转部分152。槽内部分151C中的每一个容纳在形成在定子芯130中的槽131的一个中。扭转部分152中的每一个位于定子芯130的槽131的外部以连接一对槽内部分151C，这一对槽内部分15IC分别容纳在两个不同的槽131中。此外，扭转部分152中的每一个包括顶部153，该顶部153在扭转部分152的延伸方向上位于扭转部分152的中心处，且沿定子芯130的圆周方向延伸。此外，在顶部153的中心处，形成有曲柄形部分154，该曲柄形部分154被弯曲以在径向上偏离扭转部分152。此外，定子线圈240的相绕组的所有扭转部分152位于定子芯130的同一轴侧(即图12的上侧)上并且构成定子线圈240的线圈端部。
[0008]更具体地，如图13-14所示，在被安装到定子芯130之前，电导体段的每一个基本上为U形以具有彼此平行延伸的一对竖直部分以及在同一侧上连接竖直部分的两端的扭转部分。为了形成定子线圈240，将竖直部分从定子芯130的第一轴侧(即图12中上侧)分别轴向地插入定子芯130的两个槽131中，这两个槽131彼此相距六个槽间距。然后，在定子芯130的第二轴侧(即图12中下侧)上的槽131的外部突出的竖直部分的自由端部分别朝向相反的周向侧扭绞。此后，电导体段的扭绞的自由端部的每一对对应的远端例如通过焊接来接合。因此，在得到的定子线圈240中，电导体段的竖直部分的容纳在定子芯130的槽131中的那些部分分别构成定子线圈240的相绕组的槽内部分151C;电导体段的扭转部分分别构成定子线圈240的相绕组的扭转部分152。
[0009]此外，根据专利文献2，形成定子线圈240的相绕组的电导体段包括如图13所示的多个大电导体段150A和如图14所不的多个小电导体段15013。大电导体段15(^和扭转部分152大于小电导体段150B的扭转部分152。在定子芯130的槽131的每一个中，以彼此径向对齐的方式容纳电导体段150A和150B的四个槽内部分151C。
[00?0]更具体地，如图13所不，大电导体段150A的每一个包括第一槽内部分151C，设置在第一槽131中的第一层(即最内层)处;第二槽内部分151C，设置在第二槽131中的第四层(SP最外层)处，该第二槽131与该第一槽131相距六个槽间距；以及一个扭转部分152，连接该第一与第二槽内部分151C。另一方面，如图14所示，小电导体段150B的每一个包括第一槽内部分151C，设置在第一槽131中的第二层处;第二槽内部分151C，设置在第二槽131中的第三层处，该第二槽131与该第一槽131相距六个槽间距；以及一个扭转部分152，连接该第一与第二槽内部分151C。此外，大电导体段150A和小电导体段150B的自由端部的每个接合对分别从两个槽131中突出，两个槽相距六个槽间距。
[0011]然而，根据专利文献2，使用成形模具将形成定子线圈240的相绕组的电导体段150A和150B中的每一个按压成形(或弯曲)为基本上U形。即，通过按压成形形成了扭转部分152的顶部153和曲柄形部154，构成定子线圈240的线圈端部。因此，在按压成形过程期间施加大应力的曲柄形部154处，可能损伤电导体段的绝缘敷层，造成电导体从绝缘敷层中暴露出。因此，定子线圈240的相绕组中暴露电导体的那些部分可发生沿面放电，由此导致绝缘失败。
[0012]更具体地，如图13的区域F中所示，大电导体段150A的扭转部分152的曲柄形部154(其中，易于因按压成形过程期间对绝缘敷层的损伤而发生电导体的暴露)与另一个在周向上偏离仅一个槽间距。类似地，如图14的区域G中所示，小电导体段150B的扭转部分152的曲柄形部154(其中，易于因按压成形过程期间对绝缘敷层的损伤而发生电导体的暴露)与另一个在周向上偏离仅一个槽间距。因此，沿面放电会发生在定子线圈240中。
【发明内容】
[0013]根据一个示例性实施例，提供了一种用于旋转电机的定子。该定子包括环形定子芯和定子线圈。定子芯具有沿定子芯的圆周方向以预定的间距排列的多个槽。定子线圈包括安装在定子芯上的多个相绕组以便于在电相位上彼此不同。相绕组中的每一个配置有具有基本上矩形横截面形状的电导体以及覆盖该电导体的外部表面的绝缘敷层。相绕组中的每一个包括多个槽内部分和多个扭转部分。槽内部分中的每一个容纳在定子芯的槽的一个中。扭转部分中的每一个位于定子芯的槽的外部以连接一对槽内部分，这一对槽内部分分别容纳在两个不同的槽中。定子线圈的相绕组的扭转部分包括具有不同周向长度的多个类型的扭转部分。相绕组的扭转部分的每一个包括顶部，该顶部在扭转部分中距离定子芯的轴端面的最远处并且沿着定子芯的圆周方向延伸。对于定子线圈的相绕组的每一个，在定子线圈的整个圆周范围上成对地排列相绕组的扭转部分的顶部。每一对中的顶部在定子芯的轴向上彼此重叠。所有相绕组的扭转部分的每一对周向相邻的顶部在周向上彼此偏离一距离，该距离大于排列定子芯的槽的预定间距。
[0014]利用上述配置，通过将每一对的顶部排列成彼此轴向重叠，变得可显著地(与常规定子相比较，两倍或更多)增大所有相绕组的扭转部分的每一对周向相邻的顶部之间的间隙。因此，即使当由于对绝缘敷层的损伤导致电导体在顶部处暴露，仍可能在顶部之间确保足够的漏电距离。另外，由于每一对轴向重叠的顶部包含于同一个相绕组中，顶部之间的电势差很小，因此使得难以在其之间发生沿面放电。
[0015]在进一步实施例中，定子线圈的相绕组的每一个可波绕在定子芯上，从而使得设置在从槽的每一个中的径向内侧开始数的第N层处的相绕组的槽内部分与设置在从槽的另一个中的径向内侧开始数的第(N+1)层处的相绕组的槽内部分电连接，其中N是不小于I的自然数。定子线圈的相绕组的扭转部分的每一个还可包括曲柄形部，该曲柄形部是在扭转部分的顶部中使用成形模具按压成形形成的以与该扭转部分轴向地偏离。在此情况下，优选用来形成多个类型中的每一个类型的扭转部分的曲柄形部的成形模具不同于用来形成多个类型中的另一个类型的扭转部分的曲柄形部的成形模具。
[0016]定子线圈的相绕组的扭转部分的每一个还可包括一对倾斜部和一对弯曲部。倾斜部可分别形成在扭转部分的顶部的相反侧以相对于定子芯的轴端面以预定的倾斜角倾斜地延伸。弯曲部的每一个通过在倾斜部中的一个与由扭转部分所连接的槽内部分中的一个之间使用成形模具而被按压成形为“〈”字符的形状来形成。在此情况下，优选地，用来形成多个类型中的每一个类型的扭转部分的弯曲部的成形模具不同于用来形成多个类型中的另一个类型的扭转部分的弯曲部的成形模具。
[0017]定子线圈的相绕组的扭转部分可包括多个第一类型扭转部分和多个第二类型扭转部分，第二类型扭转部分比第一类型扭转部分具有更小的周向长度。在此情况下，优选地，第二类型扭转部分的每一个完全位于第一类型扭转部分中的一个的轴向内侧，从而使得第一类型的扭转部分的顶部的轴向内侧表面覆盖第二类型扭转部分的顶部的轴向外侧表面。
[0018]进一步优选地，第一类型扭转部分的每一个具有(M+1)个槽间距的周向长度，同时第二类型扭转部分的每一个具有(M-1)个槽间距的周向长度，其中M是不小于2的自然数，且第二类型扭转部分的顶部的每一个位于第一类型的扭转部分的顶部中的一个的轴向内侧并与之轴向重叠。
【附图说明】
[0019]根据下文给出的详细描述和一个示例性实施例的附图，将更充分地理解本发明，然而，这些详细描述和附图不应将本发明限制到具体的实施例，而仅仅是出于说明和理解的目的。
[0020]在附图中:
[0021 ]图1是根据示例性实施例的包含定子的旋转电机的部分截面图；
[0022]图2是定子的一部分的立体图；
[0023]图3是定子的一部分的部分截面图；
[0024]图4是用来形成定子的定子线圈的一对大电导体段和小电导体段的立体图；
[0025]图5是小电导体段的一部分的立体图；
[0026]图6是示出用来形成定子线圈的电导体段的配置的截面图；
[0027]图7是示出定子的定子芯的槽中的电导体段的布置的周向展开图；
[0028]图8是定子线圈的示意性电路图；
[0029]图9是示出定子中的一对大电导体段和小电导体段的布置的示意图；
[0030]图10是沿图9中的线X-X取得的截面图；
[0031 ]图11是第一常规定子的一部分的立体图；
[0032]图12是第二常规定子的一部分的立体图；
[0033]图13是用来形成第二常规定子的定子线圈的大电导体段的立体图；
[0034]图14是用来形成第二常规定子的定子线圈的小电导体段的立体图。
【具体实施方式】
[0035]图1示出根据示例性实施例的包括定子20的旋转电机I的总体配置。
[0036]旋转电机I被设计为在机动车辆(诸如客车或卡车)中用作电动机。
[0037]如图1所示，旋转电机I进一步包括壳体10和除了定子20以外的转子14。外壳10包括在其开口端接合在一起的一对杯状壳体件1a和10b。壳体10具有在其中安装的一对轴承11和12，壳体10经由这对轴承11和12可旋转地支承转轴13。转子14容纳在壳体10中且固定在转轴13上。定子20固定在壳体10中以便包围转子14的径向外周。
[0038]转子14包括多个永磁体，在面向定子20的径向内周的转子14的径向外周上形成多个磁极。磁极的极性沿着转子14的圆周方向在北与南之间交替。可根据旋转电机I的设计说明书适当地设定磁极的数量。在本实施例中，例如将磁极的数量设定为等于八(即，四个北极和四个南极)。
[0039]现在参见图2和3，定子20包括环形(或中空圆柱形)定子芯30，该环形定子芯30设置在转子14的径向外侧以包围转子14，并且包括安装在定子芯30上的三相定子线圈40。另夕卜，定子20可进一步具有在定子芯30与定子线圈40之间插入的绝缘纸。
[0040]在本实施例中，通过沿着定子芯30的轴向层压多个环形磁钢板且通过例如铆接(stake)将它们固定在一起，来形成定子芯30。另外，在相邻的每一对磁钢板之间，插入绝缘膜。应该认识到，也可使用其他常规的金属板来代替磁钢板。
[0041 ] 此外，如图2和3所示，定子芯30包括环形后芯33、多个定子齿34和多个槽31。定子齿34各自从后芯33向内径向地延伸且以一预定间距在周向上隔开。槽31中的每一个形成在周向上相邻的一对定子齿34之间。因此，以与定子齿34相同的预定间距在周向上排列槽31。此外，槽31的每一个沿着定子芯30的轴向延伸以便轴向地插入定子芯30，且在定子芯30的径向内部表面上开口。另外，对于每一个槽31，槽31的深度方向与定子芯30的径向相符合。
[0042I 在本实施例中，对于具有八个磁极的转子14的每一个磁极且对于三相定子线圈40的每一相提供两个槽31。换而言之，槽倍数设定为2。因此，提供在定子芯30中的槽31的总数等于48(即，2X8X3)。另外，如图2所示，四十八个槽31包括沿着定子芯30的圆周方向顺序地且重复地排列的多对U相槽Ul和U2、V相槽Vl和V2以及W相槽Wl和W2。
[0043]定子线圈40包括U相绕组41U、V相绕组41V和W相绕组41W(参见图8)，这些绕组安装在定子芯30上以便被容纳在定子芯30的槽31中且在电相位上彼此不同。
[0044]定子线圈40的相绕组中的每一个包括多个槽内部分51C和多个扭转部分52A和52B。槽内部分51C中的每一个容纳在定子芯30的槽31的一个中。扭转部分52A和52B中的每一个位于定子芯30的槽31的外部以连接一对槽内部分51C，这一对槽内部分51C分别容纳在两个不同的槽31中。
[0045]在本实施例中，定子线圈40由以下形成:(I)将多个基本上U形的电导体段50从定子芯30的第一轴侧插入到定子芯30的槽31中；(2)扭绞电导体段50的每一个的自由端部，这些自由端部在定子芯30的第二轴侧上在定子芯30的槽31外部分别朝向相反的周向侧突出；以及(3)例如通过焊接来接合所有电导体段50的扭绞的自由端部的每一对对应的远端。因此，以预定的模式电连接所有的电导体段50，形成定子线圈40。
[0046]此外，在本实施例中，如图4所示，形成定子芯40的电导体段50包括多个大电导体段50A和多个小电导体段50B，多个小电导体段50B具有比多个大电导体段50A更小的尺寸。通过使用成形模具将电导体线(具有基本上矩形的横截面)按压成形为基本上U形来形成大电导体段和小电导体段50A和50B。应该注意到，用来形成大电导体段50A的成形模具与用来形成小电导体段50B的成形模具不同。
[0047]大电导体段50A的每一个具有一对彼此平行延伸的竖直部分51A和在同一侧连接竖直部分51A的各端的扭转部分52A。另一方面，小电导体段50B的每一个具有一对彼此平行延伸的竖直部分51B和在同一侧连接竖直部分51B的各端的扭转部分52B。小电导体段50B的扭转部分52B比大电导体段50A的扭转部分52A具有更小的长度。
[0048]更具体地，在本实施例中，将大电导体段50A的扭转部分52A形成为具有七个槽间距的周向长度。另一方面，将小电导体段50B的扭转部分52B形成为具有五个槽间距的周向长度。因此，大电导体段50A的扭转部分52A可被称为长间距扭转部分52A;小电导体段50B的扭转部分52B可被称为短间距扭转部分52B。
[0049]此外，大电导体段50A的扭转部分52A的每一个包括顶部53A，该顶部53A在扭转部分52A的延伸方向上(或者在定子芯30的圆周方向上)位于扭转部分52A的中心处并且在扭转部分52A中距离定子芯30的第一轴端面30a的最远处;该第一轴端面30a在定子芯30的第一轴侧上。顶部53A沿着定子芯30的圆周方向并且平行于定子芯30的第一轴端面30a延伸。此外，在顶部53A的中心处，通过按压成形形成了曲柄形部54A，该曲柄形部54A被弯曲以在径向上偏离扭转部分52A。由曲柄形部54A作出的径向偏离量被设定为基本上等于大电导体段和小电导体段50A和50B的径向厚度。类似地，小电导体段50B的扭转部分52B的每一个包括顶部53B，该顶部53B在扭转部分52B的延伸方向上(或者在定子芯30的圆周方向上)位于扭转部分52B的中心处，并且在扭转部分52B中距离定子芯30的第一轴端面30a的最远处。顶部53B沿着定子芯30的圆周方向并且平行于定子芯30的第一轴端面30a延伸。此外，在顶部53B的中心处，通过按压成形形成了曲柄形部54B，该曲柄形部54A被弯曲以在径向上偏离扭转部分52B。由曲柄形部54B作出的径向偏离量也被设定为基本上等于大电导体段和小电导体段50A和50B的径向厚度。
[0050]此外，大电导体段50A的扭转部分52A的每一个还包括一对倾斜部55A，分别形成在顶部53A的相反侧上以便相对于定子芯30的第一轴端面30a以第一预定倾斜角Θ1倾斜地延伸(参见图9)。大电导体段50A的扭转部分52A的每一个进一步包括一对弯曲部56A。弯曲部56A的每一个通过在倾斜部55A中的一个与由扭转部分52A所连接的竖直部分51A中的一个之间使用成形模具而被按压成形为“〈”字符的形状来形成。弯曲部56A从定子芯30的第一轴端面30a中突出。类似地，小电导体段50B的扭转部分52B的每一个还包括一对倾斜部55B，分别形成在顶部53B的相反侧上以便相对于定子芯30的第一轴端面30a以第二预定倾斜角Θ2倾斜地延伸(参见图9)。小电导体段50B的扭转部分52B的每一个进一步包括一对弯曲部56B。弯曲部56B的每一个通过在倾斜部55B中的一个与由扭转部分52B所连接的竖直部分51B中的一个之间使用成形模具而被按压成形为“〈”字符的形状来形成。弯曲部56B从定子芯30的第一轴端面30a中突出(参见图5)。另外，在本实施例中，第一预定倾斜角ΘI和第二预定倾斜角Θ2被设定为彼此相等(参见图9)。
[°051 ] 在本实施例中，如图6所不，大电导体段50A和小电导体段50B中的每一个配置有电导体58和覆盖电导体58的外表面的绝缘敷层59。电导体58具有基本上矩形的横截面形状。绝缘敷层59由两层构成以包括内层59a和外层59b。
[0052]接着，将参考图7描述定子芯30的槽31中的大电导体段50A和小电导体段50B的布置。
[0053]另外，为了简明，在图7中，仅示出两对U相位槽Ul和U2，其中容纳定子线圈40的U相绕组41U。在本实施例中，由于槽倍数被设定为2，U相槽Ul以六个槽间距在周向上隔开，U相槽U2也以六个槽间距在周向上隔开。
[0054]对于大电导体段50A中的一个，此大电导体段50A的两个竖直部中51A的一个被设置在从U相槽Ul中的一个的径向内侧开始数的第一层处；另一个竖直部51A被设置在从U相槽U2中的一个的径向内侧开始数的第二层处，该U相槽U2中的一个与该U相槽Ul中的一个沿着顺时针方向(即，图7的X方向)相距七个槽间距。另一方面，对于小电导体段50B中的一个，此小电导体段50B的两个竖直部51B中的一个被设置在从U相槽U2中的一个的径向内侧开始数的第一层处;另一个竖直部51B被设置在从U相槽Ul中的该一个的径向内侧开始数的第二层处，该U相槽Ul中的一个与该U相槽U2中的一个沿着顺时针方向相距五个槽间距。
[0055]在所有的U相槽Ul和U2对子中的第一层和第二层处重复大电导体段50A和小电导体段50B的以上布置。此外，虽然在示图中未示出，还以与各对U相槽Ul和U2中的第一层和第二层相同的方式将大电导体段50A和小电导体段50B设置在各对V相槽Vl和V2中的第一层和第二层以及各对W相槽Wl和W2的第一层和第二层。
[0056]此外，对于大电导体段50A中的一个，此大电导体段50A的两个竖直部51A中的一个被设置在从U相槽Ul中的一个的径向内侧开始数的第三层处;另一个竖直部51A被设置在从U相槽U2中的一个的径向内侧开始数的第四层处，该U相槽U2中的一个与该U相槽UI中的一个沿着顺时针方向(即，图7的X方向)间隔七个槽间距。另一方面，对于小电导体段50B中的一个，此小电导体段50B的两个竖直部51B中的一个被设置在从U相槽U2中的一个的径向内侧开始数的第三层处;另一个竖直部51B被设置在从U相槽Ul中的一个的径向内侧开始数的第四层处，该U相槽UI中的一个与该U相槽U2中的一个沿着顺时针方向相距五个槽间距。
[0057]在所有的各对U相槽Ul和U2中的第三层和第四层重复大电导体段50A和小电导体段50B的以上布置。此外，虽然在示图中未示出，还以与各对U相槽Ul和U2中的第三层和第四层相同的方式，将大电导体段50A和小电导体段50B设置在各对V相槽Vl和V2中的第三层和第四层以及各对W相槽Wl和W2的第三层和第四层。
[0058]此外，对于大电导体段50A中的一个，此大电导体段50A的两个竖直部51A中的一个被设置在从U相槽Ul中的一个的径向内侧开始数的第五层处;另一个竖直部51A被设置在从U相槽U2中的一个的径向内侧开始数的第六层处，该U相槽U2中的一个与该U相槽Ul中的一个沿着顺时针方向(即，图7的X方向)间隔七个槽间距。另一方面，对于小电导体段50B中的一个，此小电导体段50B的两个竖直部51B中的一个被设置在从U相槽U2中的一个的径向内侧开始数的第五层处;另一个竖直部51B被设置在从U相槽Ul中的一个的径向内侧开始数的第六层处，该U相槽Ul中的一个与该U相槽U2中的一个沿着顺时针方向相距五个槽间距。
[0059]在所有的各对U相槽Ul和U2中的第五层和第六层重复大电导体段50A和小电导体段50B的以上布置。此外，虽然在示图中未示出，还以与各对U相槽Ul和U2中的第五层和第六层相同的方式，将大电导体段50A和小电导体段50B设置在各对V相槽Vl和V2中的第五层和第六层以及各对W相槽Wl和W2的第五层和第六层。
[0060]因此，在U相槽Ul和U2、V相槽Vl和V2和W相槽Wl和W2的每一个中，以彼此径向对齐的方式设置了大电导体段50A与小电导体段50B的总共六个竖直部51A和51B。更具体地，在本实施例中，在U相槽Ul和U2、V相槽Vl和V2和W相槽Wl和W2的每一个中，沿着定子芯30的径向交替地设置了大电导体段50A的三个竖直部51A和小电导体段50B的三个竖直部51B。
[0061 ] 此外，对于大电导体段50A和小电导体段50B中的每一个，在定子芯30的第二轴侧(即图2的下侧)上在定子芯30的槽31的外部突出的电导体段的竖直部的自由端部分别朝向相反的周向侧扭绞以便相对于定子芯30的第二轴端面30a以预定的角度倾斜地延伸；第二轴端面30a在定子芯30的第二轴侧上。因此，竖直部的自由端部分别转变为电线段的一对倾斜部分(未示出)；倾斜部分具有对应于基本上半个磁极间距的周向长度。之后，在定子芯30第二轴侧上，所有大电导体段50A和小电导体段50B的倾斜部分的每一对对应的远端例如通过焊接来接合。因此，以预定的模式电连接所有的大电导体段50A和小电导体段50B，形成定子线圈40。
[0062]具体地，容纳在定子芯30的槽31中的大电导体段50A和小电导体段50B的竖直部51A和51B的那些部分分别构成定子线圈40的相绕组41U、41V和41W的槽内部分51C;大电导体段50A和小电导体段50B的扭转部分52A和52B分别构成定子线圈40的相绕组41U、41V和41W的扭转部分52A和52B。此外，定子线圈40的相绕组41U、41V和41W中的每一个由预定数量的大电导体段50A和小电导体段50B形成，这些大电导体段50A和小电导体段50B彼此电连接。更具体地，定子线圈40的相绕组41U、41V和41W中的每一个波绕在定子芯30上，使得:设置在从槽31中的每一个的径向内侧开始数的第N层处的相绕组的槽内部分51C电连接到设置在从槽31的另一个的径向内侧开始数的第(N+1)层处的相绕组的槽内部分51C，其中N是不小于I的自然数。
[0063]另外，在本实施例中，定子线圈40的相绕组41U、41V和41W中的每一个沿着定子芯30的圆周方向延伸六圈匝数。因此，相绕组41U、41V和41W中的每一个还包括形状与上述大电导体段50A和小电导体段50B不同的电导体段(未示出)。这些形状不同的电导体段例如包括用于形成相绕组的输出端和中性端的电导体段以及用于连接相绕组的不同线圈匝的电导体段。
[0064]如图8所示，在本实施例中，定子线圈40的相绕组41U、41V和41W彼此星形连接。此外，U相绕组41U包括彼此并联连接的U相子绕组Ul、U2、U3和U4J相绕组41V包括彼此并联连接的V相子绕组Vl、V2、V3和V4J相绕组41W包括彼此并联连接的W相子绕组Wl、W2、W3和W4。
[0065]此外，如图1所示，定子线圈40具有定子芯30的第一轴侧上的环形第一线圈端部45和定子芯30的第二轴侧上的环形第二线圈端部46。第一线圈端部45由从定子芯30的第一轴端面30a中突出的大电导体段50A和小电导体段50B的扭转部分52A和52B构成。第二线圈端部46由从定子芯30的第二轴端面30a中突出的大电导体段50A和小电导体段50B的倾斜部分(或扭绞的自由端部)构成。
[0066]在本实施例中，如图2所示，在定子线圈40的第一线圈端部45中，在定子线圈40的整个圆周范围上存在周向相邻的多对长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B。对于周向相邻的多对长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B中的每一个，周向相邻的多对长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B的顶部53A和53B沿着定子芯30的轴向彼此重叠。此外，如图9-10所示，对于周向相邻的多对长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B的每一对，短间距扭转部分52B完全位于长间距扭转部分52A的轴向内侧;长间距扭转部分52A的顶部53A的轴向内侧表面57A覆盖短间距扭转部分52B的顶部53B的轴向外侧表面57B。
[0067]此外，轴向重叠的每一对顶部53A和53B具有相同的相位，换而言之，包含在定子线圈40的同一个U相、V相和W相绕组41U、41V和41W中。更具体地，如图2所示，U相绕组41U的长间距扭转部分52A(U)的顶部53A(U)的每一个与U相绕组41U的短间距扭转部分52B(U)的顶部53B(U)的一个轴向地重叠。V相绕组41V的长间距扭转部分52A(V)的顶部53A(V)的每一个与V相绕组41V的短间距扭转部分52B(V)的顶部53B(V)的一个轴向地重叠。W相绕组41W的长间距扭转部分52A(W)的顶部53A(W)的每一个与W相绕组41W的短间距扭转部分52B(W)的顶部53B(W)的一个轴向地重叠。
[0068]此外，如图9-10和图2的区域A所示，对于轴向重叠的每一对顶部53A和53B，顶部53A的轴向内侧表面57A和顶部53B的轴向外侧表面57B彼此平行地排列且轴向地面对彼此。
[0069]此外，如图2所示，所有相绕组41U、41V和41W的周向相邻的每一对长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52A的顶部53A和53B在周向上彼此偏离一距离，该距离大于排列定子芯30的槽31的预定间距(S卩，大于一个槽间距)。更具体地，在本实施例中，在长间距扭转部分52A的顶部53A中形成的曲柄形部54A的每一个与另一个曲柄形部54A周向相邻且偏离两个槽间距;在短间距扭转部分52B的顶部53B中形成的曲柄形部54B的每一个与另一个曲柄形部54B周向相邻且偏离两个槽间距。此外，如图2的区域B所示，短间距扭转部分52B的顶部53B的每一个被设置为长间距扭转部分52A的竖直延伸的倾斜部55A中的一个的周向近邻。
[0070]另外，长间距扭转部分52A的周向长度被设定为(M+1)个槽间距，而短间距扭转部分52B的周向长度被设定为(M-1)个槽间距，其中M是大于或等于2的自然数。更具体地，在本实施例中，利用M = 6，长间距扭转部分52A的周向长度被设定为七个槽间距，并且短间距扭转部分52B的周向长度被设定为五个槽间距。
[0071]根据本实施例的上述定子20具有以下优势。
[0072]在本实施例中，定子20包括环形定子芯30和三相定子线圈40。定子芯30具有沿定子芯30的圆周方向排列的多个槽31。定子芯40包括安装在定子芯30上的U相、V相和W相绕组41U、41V和41W，在电相位上彼此不同。相绕组41U、41V和41W的每一个由彼此电连接的大电导体段50A和小电导体段50B形成。大电导体段50A和小电导体段50B的每一个配置有具有基本矩形的横截面形状的电导体58以及覆盖该电导体58的外部表面的绝缘敷层59。相绕组41U、41V和41W的每一个包括槽内部分51C和扭转部分52A和52B。槽内部分51C中的每一个容纳在定子芯30的槽31的一个中。扭转部分52A和52B中的每一个位于定子芯30的槽31的外部以连接一对槽内部分51C，这一对槽内部分51C分别容纳在两个不同的槽31中。定子线圈40的相绕组41U、41V和41W的扭转部分52A和52B包括具有不同周向长度(S卩，长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B)的两个类型的扭转部分。扭转部分52A的每一个包括顶部53A，该顶部53A在扭转部分52A中距离定子芯30的第一轴端面30a的最远处并且沿着定子芯30的圆周方向延伸。扭转部分52B的每一个包括顶部53B，该顶部53A在扭转部分52B中距离定子芯30的第一轴端面30a的最远处并且沿着定子芯30的圆周方向延伸。对于定子线圈40的相绕组41U、41V和41W的每一个，在定子线圈40的整个圆周范围上成对地设置相绕组的扭转部分52A和52B的顶部53A和53B。每一对中的顶部53A和53B在定子芯30的轴向上彼此重叠。所有相绕组41U、41V和41W的扭转部分52A和52B的每一对周向相邻的顶部53A和53B彼此在周向上偏离大于一个槽间距的距离，更具体地，在本实施例中偏离两个槽间距。
[0073]利用上述配置，通过将每一对中的顶部53A和53B排列成彼此轴向重叠，变得可显著地(与常规定子相比较，两倍或更多)增大所有相绕组41U、41V和41W的扭转部分52A和52B的每一对周向相邻的顶部53A和53B之间的间隙。因此，即使当由于对绝缘敷层59的损伤导致电导体58在顶部53A和53B处暴露，仍可能在顶部53A和53B之间确保足够的漏电距离。另夕卜，由于每一对轴向重叠的顶部53A和53B包含于相绕组41U、41V和41W中的相同一个中，顶部53A和53B之间的电势差很小，因此使得难以在其之间发生沿面放电。
[0074]此外，在本实施例中，定子线圈40的相绕组41U、41V和41W的每一个波绕在定子芯30上，从而使得设置在从槽31的每一个中的径向内侧开始数的第N层处的相绕组的槽内部分51C与设置在从槽31的另一个中的径向内侧开始数的第(N+1)层处的相绕组的槽内部分51C电连接，其中N是不小于I的自然数。定子线圈40的相绕组41U、41V和41W的长间距扭转部分52A的每一个包括曲柄形部54A，通过使用成形模具按压成形，在扭转部分52A的顶部53A中形成曲柄形部54A以径向地偏离扭转部分52A。定子线圈40的相绕组41U、41V和41W的短间距扭转部分52B的每一个包括曲柄形部54B，通过使用成形模具按压成形在扭转部分52B的顶部53B中形成曲柄形部54B以径向地偏离扭转部分52B。用来形成长间距扭转部分52A的曲柄形部54A的成形模具不同于用来形成短间距扭转部分52B的曲柄形部54B的成形模具。
[0075]利用以上配置，可更加有效地防止由于按压成形过程期间对绝缘敷层59的损伤而发生绝缘失败。更具体地，在形成扭转部分52A和52B的曲柄形部54A和54B的按压成形过程期间，由于成形模具中的缺陷(例如，裂缝或边缘缺陷)，可能损坏大电导体段50A和小电导体段50B的绝缘敷层59。然而，在本实施例中，由于用来形成长间距扭转部分52A的曲柄形部54A的成形模具不同于用来形成短间距扭转部分52B的曲柄形部54B的成形模具，降低了对大电导体段50A和小电导体段50B的绝缘敷层59的损伤发生的概率，由此更加有效地防止由于对绝缘敷层59的损伤而发生绝缘失败。
[0076]在本实施例中，定子线圈40的相绕组41U、41V和41W的长间距扭转部分52A的每一个还包括一对倾斜部55A和一对弯曲部56A。倾斜部55A分别形成在扭转部分52A的顶部53A的相反侧以相对于定子芯30的第一轴端面30a以第一预定倾斜角Θ1倾斜地延伸。弯曲部56A的每一个通过在倾斜部55A中的一个与由扭转部分5 2A所连接的槽内部分51C中的一个之间使用成形模具而被基本上按压成形为“〈”字符的形状来形成。定子线圈40的相绕组41U、41V和41W的短间距扭转部分52B的每一个还包括一对倾斜部55B和一对弯曲部56B。倾斜部55B分别形成在扭转部分52B的顶部53B的相反侧上以相对于定子芯30的第一轴端面30a以第二预定倾斜角Θ2倾斜地延伸。弯曲部56B的每一个通过在倾斜部55B中的一个与由扭转部分52B所连接的槽内部分51C中的一个之间使用成形模具而被基本上按压成形为“〈”的形状来形成。用来形成长间距扭转部分52A的弯曲部56A的成形模具不同于用来形成短间距扭转部分52B的弯曲部56B的成形模具。
[0077]利用以上配置，可更加有效地防止由于按压成形过程期间对绝缘敷层59的损伤而发生绝缘失败。更具体地，在形成扭转部分52A和52B的弯曲部56A和56B的按压成形过程期间，由于成形模具中的缺陷，可能损坏大电导体段50A和小电导体段50B的绝缘敷层59。然而，在本实施例中，由于用来形成长间距扭转部分52A的弯曲部56A的成形模具不同于用来形成短间距扭转部分52B的弯曲部56B的成形模具，降低了对大电导体段50A和小电导体段50B的绝缘敷层59的损伤发生的概率，由此更加有效地防止由于对绝缘敷层59的损伤而发生绝缘失败。
[0078]在本实施例中，短间距扭转部分52B的每一个完全位于长间距扭转部分52A中的一个的轴向内侧，从而使得长间距扭转部分52A的顶部53A的轴向内侧表面57A覆盖短间距扭转部分52B的顶部53B的轴向外侧表面57B。
[0079]利用以上配置，可更加可靠地将定子20与旋转电机I的其他组件(例如，壳体10)电隔离。更具体地，在按压成形过程期间，扭转部分的周向长度越小，越大的应力被施加到扭转部分，因此越有可能在扭转部分中发生对绝缘敷层59的损伤。因此，用长间距扭转部分52A(其中对绝缘敷层59的损伤发生的概率较低)覆盖短间距扭转部分52B(其中对绝缘敷层59的损伤发生的概率较高)，可能改进整个定子20的绝缘属性，由此更加靠地将定子20与旋转电机I的其他组件电隔离。
[0080]在本实施例中，长间距扭转部分52A的每一个具有七个槽间距(S卩，(M+1)个槽间距，M为6)的周向长度，而短间距扭转部分52B的每一个具有五个槽间距(即，(M-1)个槽间距，M为6)的周向长度。此外，小间距扭转部分52B的顶部的每一个位于长间距扭转部分52A的顶部53A中的一个的轴向内侧且彼此轴向重叠。
[0081]利用上述配置，与所有扭转部分具有M个槽间距的同一周向长度的常规定子线圈相比较，有可能改善定子线圈40的绝缘属性而不改变其他特性。
[0082]尽管已经示出且描述了以上具体实施例，本领域的技术人员将认识到，可作出多种修改、变化和改进而不脱离本发明的精神。
[0083]例如，在上述实施例中，在定子线圈40中采用了具有不同周向长度的两种类型的扭转部分(即，长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B)。此外，在定子芯30的轴向上彼此重叠的扭转部分的顶部的数量等于2。
[0084]然而，也有可能在定子线圈40中采用具有不同周向长度的三个或更多类型的扭转部分。在此情况下，在定子芯30的轴向上彼此重叠的扭转部分的顶部的数量因此将等于3或更大。
[0085]在上述实施例中，定子线圈40的相绕组41U、41V和41W的每一个由基本上U形的大电导体段50A和小电导体段50B形成。定子线圈40的第一线圈端部45由从定子芯30的第一轴端面30a中突出的大电导体段50A和小电导体段50B的扭转部分52A和52B构成。定子线圈40的第二线圈端部46由从定子芯30的第二轴端面30a中突出的大电导体段50A和小电导体段50B的倾斜部分(或扭绞的自由端部)构成。
[0086]然而，定子线圈40的相绕组41U、41V和41W的每一个可替代地由多个基本上波形的电线形成；电线的每一个包括多个槽内部分51C和多个扭转部分52A和52B。在此情况下，定子线圈40的第一线圈端部45由那些从定子芯30的第一轴端面30a中突出的电线的扭转部分52A和52B构成；定子线圈40的第二线圈端部46由那些从定子芯30的第二轴端面30a中突出的电线的扭转部分52A和52B构成。
[0087]在上述实施例中，本发明涉及设计为在机动车辆中用作电动机的旋转电机I的定子20。然而，本发明也可应用到其他旋转电机的定子，诸如发电机的定子或电动机-发电机的定子，该电动机-发电机可选择性地用作电动机和发电机两者。
【主权项】
1.一种用于旋转电机的定子，所述定子包括: 环形定子芯，具有沿所述定子芯的圆周方向以预定间距排列的多个槽；以及定子线圈，包括安装在所述定子芯上以便于在电相位上彼此不同的多个相绕组，所述相绕组的每一个配置有具有基本上矩形的截面形状的电导体和覆盖所述电导体的外表面的绝缘敷层，所述相绕组的每一个包括多个槽内部分和多个扭转部分，所述槽内部分的每一个容纳在所述定子芯的多个槽中的一个中，所述扭转部分中的每一个位于所述定子芯的多个槽的外部以连接一对槽内部分，所述一对槽内部分分别容纳在两个不同的槽中， 其中 所述定子线圈的相绕组的扭转部分包括具有不同周向长度的多个类型的扭转部分，所述相绕组的扭转部分的每一个包括顶部，所述顶部在所述扭转部分中距离所述定子芯的轴端面的最远处并且沿着所述定子芯的圆周方向延伸， 对于所述定子线圈的相绕组的每一个，在所述定子线圈的整个圆周范围上成对地排列所述相绕组的扭转部分的顶部，每一对中的顶部在所述定子芯的轴向上彼此重叠，以及所有相绕组的扭转部分的每一对周向相邻的顶部在周向上彼此偏离一距离，所述距离大于排列所述定子芯的多个槽的预定间距。2.如权利要求1所述的定子，其特征在于，所述定子线圈的相绕组的每一个波绕在所述定子芯上，从而使得设置在从所述多个槽的每一个中的径向内侧开始数的第N层处的相绕组的槽内部分与设置在从所述多个槽的另一个中的径向内侧开始数的第(N+1)层处的相绕组的槽内部分电连接，其中N是不小于I的自然数，以及 所述定子线圈的相绕组的扭转部分的每一个还包括曲柄形部，所述曲柄形部是在所述扭转部分的顶部中使用成形模具按压成形以轴向地偏离所述扭转部分来形成的，以及用来形成所述多个类型中的每一个类型的扭转部分的曲柄形部的成形模具不同于用来形成所述多个类型中的另一个类型的扭转部分的曲柄形部的成形模具。3.如权利要求1所述的定子，其特征在于，所述定子线圈的相绕组的扭转部分的每一个还包括一对倾斜部和一对弯曲部， 所述倾斜部分别形成在所述扭转部分的顶部的相反侧上以相对于所述定子芯的轴端面以预定的倾斜角倾斜地延伸， 所述弯曲部的每一个通过在所述倾斜部中的一个与由所述扭转部分所连接的所述槽内部分中的一个之间使用成形模具而被基本上按压成形为“〈”字符的形状来形成，以及用来形成所述多个类型中的每一个类型的扭转部分的弯曲部的成形模具不同于用来形成所述多个类型中的另一个类型的扭转部分的弯曲部的成形模具。4.如权利要求1所述的定子，其特征在于，所述定子线圈的相绕组的扭转部分包含多个第一类型扭转部分和多个第二类型扭转部分，所述第二类型扭转部分比所述第一类型扭转部分具有更小的周向长度，以及 所述第二类型扭转部分的每一个完全位于所述第一类型扭转部分中的一个的轴向内侧，从而使得所述第一类型扭转部分的顶部的轴向内侧表面覆盖所述第二类型扭转部分的顶部的轴向外侧表面。5.如权利要求1所述的定子，其特征在于，所述定子线圈的相绕组的扭转部分包含多个第一类型扭转部分和多个第二类型扭转部分， 所述第一类型扭转部分的每一个具有(M+1)个槽间距的周向长度，同时所述第二类型扭转部分的每一个具有(M-1)个槽间距的周向长度，其中M是不小于2的自然数，以及 所述第二类型扭转部分的顶部的每一个位于所述第一类型扭转部分的顶部中的一个的轴向内侧且与之轴向重叠。
【文档编号】H02K3/12GK105914912SQ201610094221
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年2月19日
【发明人】田村晓斗
【申请人】株式会社电装