专利名称：电机定子的制作方法
技术领域：
本发明涉及旋转电机，尤其涉及具有单层定子绕组的电机，并 且提供了一种用于这种电机的新型定子，该单层定子绕组是通过将预 制线圈放置在形成于定子中的敞开式绕组槽中而形成的。
背景技术：
在大型旋转电机中形成单层定子绕组的常见方法是将多个预制 线圈放置在定子表面形成的敞开式绕组槽中。线圈与定子被隔开而形 成并且随后在绕组处理期间被分别放入绕组槽的位置中。每个预制线 圈由一个或多个绝缘的导体构成为完整回路，并且具有若干匝。这些 线圈通常由矩形导体形成，但是只要完整线圈实质为矩形截面，也可
以由圆形导体形成。图1示出了典型的单个预制线圈。预制线圈2 具有两个轴向延伸的绕组走线(winding mns) 4，每个都容纳在形成 于电机定子中的敞开式绕组槽内。预制线圈2在每个端部具有端部绕 组6，当线圈定位于绕组槽内时，该端部绕组6从定子的轴向端部伸 出。预制线圈的轴向延伸绕组走线4和端部绕组6实质都为矩形截面，
使得线圈可以容纳在绕组槽中并且能正确运行。
在具有单层绕组的电机中，定子中的每个绕组槽都只包括一个
绕组走线4，并且每个预制线圈的两个绕组走线被间隔开，从而可容 纳在由多个中间绕组槽分隔开的绕组槽中。例如，用于具有每极每相 单槽的三相单层绕组的预制线圈的间距等于三个绕组槽的间距。这意 味着每个线圈的两个轴向延伸的绕组走线容纳在之间具有两个中间
绕组槽的绕组槽中。
如上所述，传统旋转电机使用具有多个预制线圈的定子绕组。 定子包括径向延伸到叠层定子铁心并且围绕定子圆周被均匀间隔开 的多个相同的绕组槽。绕组槽通常是"敞开式的"，沿其长度和深度边与边实质平行，从而能够将预制线圈沿径向方向插入到绕组槽中。 绕组槽通常平行于定子的纵轴，但是在有些电机中，绕组槽可以与定
子纵轴形成一定角度，从而能够减小磁通势(mmf)谐波。
沿着定子半径延伸到定子的绕组槽通常是优选的，这是因为它 们容易形成和提供适当的定子齿特性。为了以下说明的目的，这些槽 被称为"径向槽"。绝大多数旋转电机的定子通常是由多个轴向层叠 的叠层组成，其中通过冲孔在每个单独叠层中形成绕组槽。在很多情 况下，使用标定冲孔机每次完成一个槽，并且如果这些槽为径向槽那 么这种加工过程非常容易。如果使用了双层定子绕组，那么具有径向 绕组槽以使得全部预制线圈具有实质相同的形状是必要的。径向槽还 使得在绕组槽之间形成的定子齿沿齿的径向长度上所有点处的圆周 宽度最大化。结果，同时使得在电机运行期间在定子齿中生成的不想
要的磁通密度以及要达到该磁通密度所需要的mmf都为最小。而且， 具有径向槽从而增大齿的圆周宽度还增加了形成在每对相邻绕组槽 之间的定子齿的结构强度和硬度，并且保证定子齿能承受在绕组加工 期间和电机运行期间所受到的应力。
然而，为了把预制线圈插入到径向槽中，有必要按照与径向槽 相同的定位来形成每个线圈的两个绕组走线。换言之，每个预制线圈 的轴向延伸的绕组走线必须形成为，使得当它们容纳在绕组槽中时， 它们沿定子的轴向方向相互平行并且每个都沿着定子的不同的半径。 这意味着每个预制线圈的绕组走线相互形成一定角度。更具体地说， 在传统的旋转电机中，每个线圈的两个轴向延伸的绕组走线必须相互 形成一定角度，该角度等于容纳了绕组走线的绕组槽的中心平面之间 的圆周角距。这里敞开式绕组槽的中心平面被定义为与绕组槽的边等 距离并且平行的平面。径向槽的中心平面限定了围绕定子圆周的槽的 角度中心。
通常形成旋转电机使得定子在径向方向位于转子外部，从而在 定子的径向内表面上形成了绕组槽。然而，也有可能形成转子在径向 方向形成在定子外部的旋转电机，使得在定子的径向外表面上形成绕 组槽。必须根据需要使得每个预制线圈的轴向延伸的绕组走线彼此相
6向或彼此相离地形成一定角度，从而适当地容纳在相应的绕组槽对的 绕组槽中。图2示出了用于大型传统旋转电机的定子8的一部分。整个定子8包括围绕定子径向内表面的圆周被均匀间隔开的240个敞开式径 向槽10。每极每相单槽结构的单层预制线圈2容纳在绕组槽10a和 10d中，绕组槽10a和10d—起限定了绕组槽对。每对相邻的绕组槽 IO的中心平面的角距为1.5° (即3607240)。每个槽10都实质平行 于定子8的纵轴延伸并且沿着定子半径延伸到定子的径向上的内表 面。当槽10为敞开式槽时，它们的边实质是平行的，由此使得每个 预制线圈的绕组走线沿定子半径插入到每个槽中。预制线圈2具有三 个槽的间距，并且因此容纳绕组走线4的绕组槽10a和10d由两个中 间绕组槽10b和10c分隔开。绕组槽10a和10d的中心平面的角距为 4.5°。因此，当每个绕组槽10沿着定子半径延伸时，预制线圈2的 轴向延伸的绕组走线4也相互形成4.5。的角度。定子齿14形成在每对相邻的绕组槽IO之间。由于绕组槽10的 定位，定子齿14都沿着定子半径定位并且实质是相同的。而且，在 绕组槽IO为均匀宽度时，定子齿14在其根部的宽度比在定子8的径 向内表面上的宽度略宽。以此方式形成的定子齿14是适当牢固的， 并且具有最小的在电机运行期间在定子齿14之间生成的不想要的磁 通密度。通常通过将预制线圈分别插入绕组槽来缠绕容纳单层定子绕组 的定子。然而，要将每个预制线圈的轴向延伸的绕组走线形成为彼此 成一定角度以使得每个绕组走线沿着定子半径延伸的需要会使得将 线圈插入到径向槽变得困难。这意味着绕组加工通常是耗时的，并且 可能需要较高的技能以防止预制线圈受到损坏。这些问题在具有大量 电极的大型电机中尤其严重，这是因为这些电机的预制线圈也很大并 且它们的端部绕组本身是坚硬的。因此，需要一种具有绕组槽的改进 型定子，使得在缠绕期间预制线圈的插入变得更容易。尤其需要适用 于具有大量电极的大型多相旋转电机的定子。然而，重要的是，任何 这种定子在电机运行期间产生了可接受限度内的不想要的磁通密度并且在其绕组槽之间形成了足够牢固的定子齿。 发明内容本发明提供了一种用于旋转电机的定子，该电机具有包括n个 预制线圈的单层交流定子绕组，该定子具有第一柱面，其中形成了 2n个沿圆周方向被间隔开的敞开式绕组槽，每个绕组槽沿着第一柱 面的轴向长度延伸并且具有中心平面，其中2n个绕组槽限定了 n个 绕组槽对，每对具有两个绕组槽用于容纳线圈中的一个，并且绕组槽 的中心平面在定子的第一柱面处在圆周方向以一定角距被间隔开，该 角距等于容纳在绕组槽对中的线圈的角距，其特征在于，形成每个绕组槽对的两个绕组槽的中心平面实质相互平行并且这些中心平面中 的至少一个没有沿着定子半径延伸。如这里所使用的，每个敞开式绕组槽的"中心平面"被定义为 与每个绕组槽的侧边实质等距离并且实质平行的平面。具有沿定子半 径定位的中心平面的绕组槽被描述为"径向槽"。在以下的说明中， 定子的绕组槽相对于定子的第一轴末端围绕定子以顺时针方向编号。 因此总是相对于定子的第一轴末端以顺时针方向从绕组槽对的第一 绕组槽进行到绕组槽对的第二绕组槽。最后，术语"轴线"被定义为 与定子的中心旋转轴平行的任何直线。可以采用传统方式来缠绕根据本发明的定子，即通过单独将适 合的预制线圈插入到每个绕组槽对使得线圈的每个轴向延伸的绕组 走线实质容纳在绕组槽对的一个绕组槽内。当已经完全缠绕好定子 时，每个绕组槽将包含一个绕组走线。每个预制线圈的绕组走线将包 含在绕组槽对中并且绕组走线将沿着实质平行的方向延伸到定子中。容易理解的是，用于定子的预制线圈还必须具有在定子的轴线 方向和垂直方向都实质相互平行的轴线延伸的绕组走线。换言之，绕 组走线不需要彼此形成夹角以容纳在传统定子的径向槽中，而是可以 制成实质平行的绕组走线。可以通过简单而容易地将每个预制线圈的 平行绕组走线插入到每个绕组槽对的平行的绕组槽中来实现对根据 本发明的定子的缠绕。因此，本发明提供了在缠绕时间方面的明显减小，并且在绕组加工期间有可能使得对预制线圈的损坏减小很多。根 据本发明的定子对于具有大量电极的大型电机尤其有利，这是因为用 于这些电机的预制线圈本身是坚硬的。可以认为是通过使得第一绕组槽和第二绕组槽背离它们在传统 定子中采用的定位进行旋转来形成每个绕组槽对的平行的绕组槽。例 如，传统定子的绕组槽对可以具有在其内柱面中形成的第一径向槽和 第二径向槽，并且那些槽的中心平面可以围绕定子的内柱面的圆周成 角度地分隔开4.5。。为了形成平行的绕组槽对，可以调整第一径向槽 和第二径向槽的定位。通过使第一槽顺时针和第二槽逆时针围绕它们 的中心平面与定子的内柱面之间的相交线从传统的径向定位旋转2.25。可以使得第一径向槽和第二径向槽平行。这将得到平行的绕组 槽对并且使得槽的中心平面在定子的内柱面上保持4.5。圆周角距。通 过改变径向槽的定位将以上概念延续到传统定子的全部绕组槽对可 以形成根据本发明的完整的定子。在以上示例中，第一径向槽和第二径向槽两者都旋转了相同的 量，但是可以理解的是，还可以通过使得第一径向槽和第二径向槽旋 转不同的量来形成平行的绕组槽对。例如，不将第一径向槽和第二径 向槽旋转2.25°,可以将第一径向槽与定子半径保持对齐，而第二径 向槽可以逆时针旋转4.5。。可选地，第一径向槽可以顺时针旋转3°， 而第二径向槽可以逆时针旋转1.5°。以该特殊情况作为示例，只要两 个槽旋转的角度之和等于4.5°，第一径向槽和第二径向槽每一个都可 以旋转(经过下面讨论的设计考虑的)任意量。同样有可能的是，可以围绕除了径向槽中心平面和定子第一柱 面之间的相交线以外的轴线来旋转径向槽中的任一个或者两个。例 如，径向槽中的一个或两个可以围绕定子的第一柱面处的前沿旋转， 或者它们可以围绕位于定子内的中心平面上的轴线旋转。径向槽甚至 可以围绕轴向平行于槽但是与槽相距一定距离的直线旋转。然而，围 绕偏离旋转槽的直线进行旋转会影响旋转槽的深度，并且在这些情况 下，要求每个旋转的槽都不太深，或者保持足够深以刚好包含适合的 预制绕组线圈。9通常，为了调整具有径向槽的传统定子的设计来形成平行的绕组槽对，第一径向槽顺时针旋转的角度与第二径向槽逆时针旋转的角度之和等于每个径向槽所围绕旋转的点之间的角距。
用于产生平行的绕组槽对的相同要求也可以应用于形成在定子外部圆周面上的绕组槽(即，针对其中转子在径向上位于定子外部的旋转电机)。
当设计根据本发明的定子时，每个绕组槽对的第一槽和第二槽从它们的传统径向定位相对旋转的优选角度和它们各自所围绕旋转的优选轴线将取决于很多设计因素。这些因素包括形成在每对相邻绕组槽之间的定子齿的机械强度、定子齿内的磁通密度、定子的构成方法以及形成在定子中的绕组槽的数量。这些因素将容易地由本领域技术人员所理解，并且在下文更加具体地加以讨论。
平行的绕组槽对对形成在绕组槽之间的定子齿的影响尤其重要。如上所述，在传统定子中，每个定子齿是相同的并且形成在侧边实质平行的两个径向槽之间。当在定子的内部圆周表面形成径向槽时，定子齿实质是径向的，并且在其根部的宽度比在定子的表面的宽度宽。每个定子齿的宽度由绕组槽的圆周宽度和角距限定，该宽度取决于围绕定子形成的绕组槽的数量。然而，根据本发明的定子中的定子齿由于非径向绕组槽的存在会偏离该传统形状和定位。根据本发明的定子中的每个定子齿的形状将不仅取决于相邻绕组槽的尺寸和间距而且取决于这些绕组槽的定位。而且，由于围绕任意单独定子的不同绕组槽的定位可以在不同的方向以及围绕不同的轴线来从相同的传统径向槽的定位处旋转不同的量，所以围绕根据本发明的定子形成的定子齿可以并非全部相同。
定子齿的大小、形状和定位对于电机运行来说是重要的。例如，全部定子齿具有足够的机械强度来承受在定子的绕线期间可能受到的任何机械压力以及在电机运行期间受到的扭矩产生力是必要的。定子齿的振动特性是另一重要因素。重要的是，没有一个定子齿与电机运行期间产生的电磁力产生谐振。这是因为这种谐振会产生不可接受的噪声电平，降低电机效率，在极端情况下甚至造成完全失效。为了
10避免与电机产生谐振，定子齿可以设计成比电机的谐振频率相对"弱"或"强"。任何单独的定子齿的振动特性按照本领域技术人员公知的方式由其大小和形状所限定。
定子齿在电机运行期间生成的不可接受的磁通密度还受到齿的大小、形状和定位的影响。因此，重要的是，本发明的定子被设计成在定子齿中生成的最大磁通密度处在可接受限度内。例如，利用适当的建模技术可以预测定子齿的大小和形状对磁通密度的生成的影响。
定子的第一柱面上的槽的角距是另一个重要设计因素。在传统定子中，绕组槽围绕定子柱面被均匀间隔开并且因此绕组槽的角距也是均匀的。有可能在本发明的定子中保持该间距。然而，也有可能形成围绕定子的第一柱面没有均匀地间隔开的绕组槽的本发明的定子。例如，如果每个绕组槽形成在这样的位置，即从相同的传统径向槽的定位围绕处于绕组槽的中心平面一半的轴线进行旋转得到的位置，那么绕组槽将围绕定子的第一柱面被非均匀地间隔开。这可能会对电机
运行期间定子与转子之间的空气隙中的mmf空间谐波产生影响。因此在设计定子时，应该考虑任何给定间隔图案的影响。例如可以利用任何适当的建模技术预测这些影响。
另一重要的设计考虑是定子铁心自身的构成方法。定子铁心通常是由在定子的轴线方向上一层接一层形成层状的轧制钢的叠层构成。连续的叠层通常相对于彼此进行旋转以有助于铁心构成。这是因为由于轧制钢在边沿比在中间要薄，叠层通常不是均匀的厚度。典型地，小型和中型尺寸的定子铁心是由每一个相对于相邻叠层旋转90°的连续环状叠层形成。大型定子，特别是那些铁心直径大于1250mm的定子通常是由分段的叠层形成的。每个连续叠层的分段通常被布置成与轴线相邻的层叠的分段重叠50%或33|% (取决于定子铁心的具体设计)。根据本发明的定子中的绕组槽的定位优选地符合用来形成铁心的叠层的相对角度移位。通常，这会要求绕组槽围绕电机旋转轴成一定程度的旋转对称。
只有充分满足了上述设计考虑，根据本发明的定子才是可行的。因此，本发明并不能适合于全部电机。例如，本发明不能适合于以下
1电机，其中需要任意两个相邻的绕组槽定位成使得它们相互紧密接触，从而在那些绕组槽之间不可能形成牢固的定子齿。这种情况最有可能发生在具有少量电极的小型定子中或者在需要特别宽的绕组槽的电机中。
然而，本发明尤其适合于具有大量电极的大型电机。这是因为在电机定子中形成的绕组槽的数量通常与电极数量成比例，而在定子的第一柱面上的相邻绕组槽之间的平均角距与槽的数量成反比，并且因此与电极数量成反比。这意味着电机具有的电极越多，电机具有的绕组槽越多，并且那些槽之间的角距会越小。这一点尤其重要，这是因为为了使每个绕组槽对的两个槽平行，每个绕组槽需要从相同的传统径向槽的定位处依次旋转的量直接取决于两个槽的角距。两个绕组槽的角距越小，它们需要旋转得越少，并且越容易满足必要的设计标准。例如，如果每个定子齿的任一侧的绕组槽仅与相同的传统径向槽的定位形成相对小的角度，那么同绕组槽与传统定位形成较大角度的情况相比，定子齿更有可能变得牢固并且具有可接受的振动特性。
优选地是，本发明的定子形成使得围绕定子的每个绕组槽都被定位来与相同的传统径向槽的定位成相同的角度，并且每个绕组槽都从该传统定位围绕一轴线进行旋转，该轴线沿着绕组槽的中心平面并且与定子的纵轴相距相同的径向距离。即， 一般优选地是，每个绕组槽相对于沿着与定子共轴的柱面的轴线发生旋转。例如，柱面可以是定子的第一柱面或者可以是第二柱面，第二柱面不是定子的内柱面或外柱面，而实际上是在定子自身的主体内限定的。传统的径向槽形成了与旋转轴线所沿的柱面相交的实际角度。如果每个绕组槽都被定位来与相同的传统径向槽的定位成相同的角度，那么在每个槽与相关柱面之间形成的实际相交角度是相同的。
例如，在具有240个绕组槽和三相单层定子绕组的定子中，一
般优选地是，每个绕组槽都与相同的传统径向槽的定位形成2.25°的角度，并且每个绕组槽相对于绕组槽的中心平面与定子第一柱面之间
的交线从该定位处发生了旋转。这种绕组槽的结构是优选地，这是因为使得绕组槽相对于定子的旋转对称最大化。增加的旋转对称是有利的，这是因为能减小在定子齿中生成的不想要的磁通密度的数量并且能够更好地预测定子的性能。而且，如上所述，为了使得定子的构造由轴向层叠的叠层所形成，有时高度旋转对称是必要的，特别是在定子较大的情况下。最后，在具有以上述方式定位的槽的定子中形成的定子齿的至少一部分可以沿着定子的半径对齐，并且取决于特定的槽宽度、定子绕组以及每个绕组槽的旋转轴线，可以产生具有可接受的振动特性的适当的牢固的齿。
每个槽所围绕而旋转的优选轴线将取决于每个电机的精确设计而变化。在有些电机中，每个绕组槽围绕每个槽的中心平面与定子的第一柱面之间的相交线从相同的传统径向槽的定位处进行了旋转，这是因为这使得这些槽在定子的第一柱面上被均匀地间隔开，并且电机
的mmf空间谐波实质上不会受到这些槽的旋转的影响。换言之，mmf空间谐波将类似于用于具有径向槽的传统定子的那些mmf空间谐波。
在其他电机中，优选地是，每个绕组槽都围绕沿着每个槽的中心平面的轴线从相同的传统径向槽的定位处进行了旋转。例如，每个绕组槽都可以围绕沿着中心平面并且大约处在每个槽的深度的一半处的轴线进行旋转，尽管这会在定子的第一柱面上产生不均匀的绕组槽间隔。以此方式定位的绕组槽可以是优选地，这是因为它们能够使得全部的定子齿的体积实质相同。这通常会使得定子齿具有适当的强度和振动特性，并且还可以有助于对齿中不想要的磁通生成进行控制。还值得注意的是，在定子的第一柱面上的绕组槽的非均匀间隔未必对电机运行有害。在有些情况下，所产生的变化的mmf空间谐波实际上可能比在传统定子中产生的那些mmf空间谐波更有利。
尽管根据本发明的定子可以用于具有单层定子的任何电机，但是它们尤其适合于具有每极每相绕组槽数很少的电机，特别适合于每极每相单槽的电机。这是因为有可能形成根据本发明的适合于容纳具
有每一个都相对于定子半径对称的定子齿的多相(典型地，但是并非排他性的是三相)单层定子绕组的定子。更具体地说，如果全部绕组槽被定位来相对于相同的传统径向槽的定位成相同的角度并且围绕轴线从该定位旋转了与定子轴相距的相同距离，则可以形成根据本发明的定子。本发明的这些实施例是特别优选的，这是因为围绕定子半径对称的定子齿取决于电机的特定设计可以是相对牢固并且易于具有可接受的振动特性。
将会理解的是，用于任何特定旋转电机及其获得的特点的定子的优选结构将不仅仅取决于上述因素。其他因素可以包括例如绕组槽的需要的宽度和深度以及旋转电机的希望的功率和运行速度。
结合附图从本发明优选实施例的以下具体描述，本发明的特征
和优点将会更加显见，其中
图1示出了根据现有技术的单个单层预制线圈；图2是根据现有技术的定子和单个预制线圈的一部分的示意图；图3是具有每极每相单槽并且具有三相双列单层定子绕组的根
据本发明的定子的截面示意图；以及
图4是根据本发明的定子的优选实施例的截面示意图。
具体实施例方式
图3示出了具有每极每相单槽的三相双列单层定子绕组的定子。以示意的方式示出了定子28来示出定子绕组，并且容易理解的是定子28的示出的尺寸与实际尺寸不一致。图3被定向成使得定子28的半径延伸到纸内，定子28的纵轴平行于纸面的竖直方向，定子28的圆周线平行于纸面的水平方向。图3示出的定子28的截面包括12个绕组槽30，并且每个槽都包括预制线圈22的轴向延伸的绕组走线24。每个线圈22都具有三个绕组槽30的间距，因此每个线圈22的两个绕组走线24包含在由两个中间绕组槽分开的绕组槽30中。由于定子28包含三相定子绕组，所以它包含相位A线圈、相位B线圈和相位C线圈。相位A线圈由虚线表示，相位B线圈由实线表示，相位C线圈由短划线表示。然而，将会理解的是，不同相位的线圈22全部以相同方式形成并且实质是相同的，仅以这种方式示出了相位线圈从而能够清楚地识别不同的相位。也已经对绕组槽30进行编号来
表示它们所包含的线圈22。例如，编号为B2的绕组槽30每个都包 含第二相位B线圈的轴向延伸绕组走线24，其中线圈22从左向右计 数(即，沿顺时针方向)。将会注意到两个B2绕组槽30由中间Al 和C2绕组槽30彼此分开。在示出的双列中包含了定子28的每个轴 向端部的线圈22的重叠。例如，包含在B2绕组槽中的线圈22与包 含在定子28外部的Al和C2绕组槽30中的线圈重叠，使得重叠线 圈22在定子28的每个轴上形成双列。包含在B2绕组槽中的线圈22 在定子28的第一轴端形成了双列的最内侧部分(如图3所示的定子 之上)并且在定子28的第二轴端形成了双列的最外侧部分(如图3 所示的定子之下)。
传统的绕组槽(即，径向槽)使其中心平面沿定子的半径方向 来定位。如图3所示的具有每极每相单槽的三相双列单层定子绕组能 使得每对相邻的绕组槽30以相反的方向从相同的传统径向槽的定位 进行旋转。这意味着形成在绕组槽30之间的每个定子齿34可以相对 于定子28的半径实质对称。这种布置是优选的，这是因为它能够减 小不希望的磁通密度的产生，并且可以提供具有适合的振动特点的牢 固的定子齿34。
图4是根据本发明的优选实施例的定子28的轴向端部的截面示 意图。绕组槽30是具有实质平行的侧边的敞开式槽。定子齿34形成 在每对相邻的绕组槽30之间。图4仅示出了定子28的一部分，而整 个定子包括240个绕组槽。形成绕组槽30使得它们相对于定子28 的径向内表面具有均匀间隔，并且由此使得每对相邻的绕组槽30的 中心平面在定子的径向内表面上的角距为1.5° (3607240)。定子28 适用于由在一些绕组槽中示出的绕组线圈编号为Al、 Cl、 B2、 Al 等所指示的三相双列单层定子绕组，这些绕组槽与图3中的绕组槽 30相同的方式进行编号。
每个绕组槽30的中心平面与定子28的半径形成相同的角度。 为了使得包括每个绕组槽对的两个绕组槽30实质相互平行，每个绕 组槽30朝向绕组槽对的另一个绕组槽30与定子28的半径形成2.25°
15的角度。为了使得绕组槽30在定子28的径向内表面上保持均匀的间 隔，绕组槽全部形成为从定子的半径相对于绕组槽的中心平面和定子
的径向内表面的相交直线进行旋转所得到的定位上。例如，形成B2 绕组槽对(并且因此容纳第二相位B线圈的轴向延伸绕组走线)的 两个绕组槽30的中心平面在定子28的径向内表面上具有4.5。的圆周 角距。B2绕组槽对中的每个绕组槽30朝向其他绕组槽与定子28的 半径形成2.25。的角度。更具体地说，B2绕组槽对的最左侧绕组槽的 中心平面从定子28的半径沿顺时针方向旋转2.25°，而B2绕组槽对 的最右侧绕组槽的中心平面从定子的半径沿逆时针方向旋转2.25°。 因此，B2绕组槽对的两个绕组槽的中心平面实质相互平行。以此相 同的方式，一起慨定了任意特定绕组槽对的两个绕组槽被形成来使得 它们的中心平面实质相互平行。这刚好与具有径向绕组槽的传统定子 相反，其中任意特定绕组槽对的两个绕组槽的中心平面彼此形成一定 角度。
为了更清楚地示出绕组槽30相对于定子28的半径的夹角，两 个相邻的绕组槽30的中心平面由直线XX和ZZ表示。直线YY平行 于定子28的半径，并且表示形成在两个相邻绕组槽30之间的定子齿 34的中心平面。在传统定子中，直线XX和ZZ两者将平行于定子的 半径并且因此将与直线YY形成0.75。的角度。全部三条直线XX、 YY和ZZ也将在定子8的中心轴上重合。然而，在图4所示的根据 本发明的定子中，两个绕组槽30都彼此相向与定子28的半径形成 2.25。的角度。因此，在直线XX和直线YY之间形成的角度为1.5°， 而在直线YY和直线ZZ之间形成的角度为1.5°。现在直线XX、 YY 和ZZ在定子28径向外侧一点处重合。只有直线YY沿着定子的半 径延伸，并且由此通过定子28的中心轴。以此方式形成了平行的绕 组槽对。例如，其中心平面由直线XX表示的绕组槽30为Cl绕组 槽并且实质平行于图4所示其他Cl绕组槽，从而形成了 Cl绕组槽 对。
在每对相邻的绕组槽30之间形成的定子齿34实质关于定子28 的半径对称。每个定子齿34的宽度由每个齿34任一侧的绕组槽30的宽度以及定子的表面上的绕组槽的间距限定的。绕组槽30必须足 够宽以容纳线圈22的轴向延伸的绕组走线，但必须足够窄以牢固地
保持绕组走线并且保证中间定子齿34足够坚固以承受在电机运行期 间受到的应力。因为相邻的绕组槽30在相反方向上旋转，所以相对 于定子28交错地形成两个不同尺寸和形状的定子齿34。当与定子齿 34相邻的两个绕组槽30都相对于定子齿进行旋转时，那么定子齿的 宽度在其根部要比其径向内沿宽，并且定子齿的体积比具有径向绕组 槽的相同的传统定子的定子齿的体积要大。然而，当与定子齿34相 邻的两个绕组槽30都朝着定子齿旋转时，那么定子齿的宽度在其根 部要比其径向内沿窄，并且定子齿的体积比形成在相同的传统定子的 定子齿的体积小。重要的是，如上所述，两种类型的定子齿34都足够 牢固并且具有适当的振动特性。
图4所示的定子28具有120重旋转对称，为相同的传统定子的一 半。由于这仅仅是在旋转对称方面的相对小的减少，所以能够容易地 包括在分段的叠层设计中，从而使得根据本发明的定子能够按照传统 方式由分段的层叠构成。而且，旋转对称方面的最小限度的减小可以 有助于定子齿34中由于非径向绕组槽30而引起的不想要的磁通密度 的任何增加。
权利要求
1. 一种用于旋转电机的定子(28)，所述旋转电机具有包括n个预制线圈(22)的单层定子绕组，所述定子具有第一柱面，在第一柱面中形成了2n个沿圆周方向被间隔开的敞开式绕组槽(30)，每个绕组槽(30)沿着第一柱面的轴向长度延伸并且具有中心平面，其中2n个绕组槽(30)限定了n个绕组槽对，每对具有两个绕组槽(30)来容纳线圈(22)中的一个，并且绕组槽的中心平面在所述定子的第一柱面处沿圆周方向以一定角距被间隔开，该角距等于容纳在绕组槽对中的线圈(22)的角距，其特征在于，形成每个绕组槽对的两个绕组槽(30)的中心平面实质上相互平行并且这些中心平面中的至少一个没有沿着所述定子(28)的半径延伸。
2. 根据权利要求1所述的定子，其中第一柱面为定子(28)沿 径向方向的内表面。
3. 根据权利要求1所述的定子，其中第一柱面为定子(28)沿 径向方向的外表面。
4. 根据前述任一权利要求所述的定子，其中绕组槽(30)的中 心平面围绕定子(28)的第一柱面以均匀的角度被间隔开。
5. 根据权利要求4所述的定子，其中每个绕组槽(30)的中心 平面都与第一柱面相交成第一相交锐角，并且其中围绕第一柱面的所 有第一相交锐角都相等。
6. 根据权利要求1-3中任一所述的定子，还包括第二柱面，其 与定子(28)的第一柱面共轴并且限定在定子(28)的主体内，使得 每个绕组槽(3Q)的中心平面都沿着相交线与第二柱面相交，并且相 交线围绕第二柱面的圆周被均匀地间隔开。
7. 根据权利要求6所述的定子，其中每个绕组槽(30)的中心 平面都与第二柱面相交成第二相交锐角并且围绕第二柱面的所有第 二相交锐角都相等。
8. 根据前述任一权利要求所述的定子，具有n重旋转对称。
9. 根据前述任一权利要求所述的定子，其中第一柱面的直径大 于1250mm 。
10. 根据前述任一权利要求所述的定子，其中n-120。
11. 根据前述任一权利要求所述的定子，具有每极每相单槽。
12. —种旋转电机，其具有根据前述任一权利要求所述的定子以 及包括n个预制线圈(22)的单层定子绕组，其中每个预制线圈(22) 都包括一对绕组走线(24)，所述绕组走线在定子的轴线方向以及绕 组走线延伸到定子中的方向上实质上都相互平行。
13. 根据权利要求12所述的旋转电机，其中定子绕组是多相单 层定子绕组。
14. 根据权利要求12或13所述的旋转电机，其中定子绕组是双 列单层定子绕组。
15. 根据权利要求12所述的旋转电机，其中定子绕组是三相双 列单层定子绕组。
16. —种用于旋转电机的定子的单层定子绕组，其中定子绕组包 括具有一对绕组走线(24)的至少一个预制线圈(22)，所述绕组走线在定子的轴线方向以及使用时绕组走线延伸到定子中的方向上实 质上都相互平行。
全文摘要
本发明提供了一种用于使得具有单层定子绕组的电机旋转的改进型定子(28)，该单层定子绕组由多个等角距的预制线圈(22)组成。定子(28)具有第一柱面，其中形成了多个沿圆周方向被间隔开的绕组槽(30)并且布置了预制线圈(22)的轴向延伸的绕组走线(24)。每个线圈(22)的两个绕组走线(24)的每一个将布置在绕组槽(30)中，并且容纳线圈(22)的两个绕组槽(30)限定了绕组槽对。这种改进来自于每个绕组槽对的绕组槽(30)在实质上平行的方向延伸到定子(28)中的事实。这意味着每个预制线圈(22)的轴线延伸的绕组走线(24)也可以是实质平行并且不需要相互形成夹角。因为每个预制线圈(22)可以简单而容易地放置到平行的绕组槽对中，所以能够使得定子(28)被容易地缠绕。
文档编号H02K1/16GK101523695SQ200780037150
公开日2009年9月2日 申请日期2007年9月24日 优先权日2006年10月4日
发明者保罗·伊顿·克拉克 申请人:康弗蒂姆有限公司