用于旋转电机的定子的制作方法

专利名称：用于旋转电机的定子的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于旋转电机的定子，该旋转电机用在例如机动车辆中作为电动机以 及发电机。
背景技术：
常规地，已知包括空心圆柱状定子芯和定子线圈的用于旋转电机的定子。定子芯具有形成在定子芯径向内表面上、并沿定子芯的周向方向间隔的多个槽。 定子线圈由安装在定子芯上的多条电线组成。每条电线都包括多个槽内部分，每个槽内部 分都接收在定子芯的其中一个相应的槽内；以及多个转弯部分，每个转弯部分都连接一对 相邻的槽内部分、并位于定子芯的槽之外。此外，例如在日本专利申请公开No. 2001-145286中公开了制造定子的方法。根据 该方法，为了改进定子芯槽中的电线的空间系数，形成定子线圈的U相、V相和W相绕组的 每条电线被配置成具有矩形横截面和具有当在平面上展开时电线以曲柄形式弯曲的整体 形状。另外，定子线圈通过以下方式形成(1)堆叠电线以形成平面电线组件；和⑵以预 定匝数将平面电线组件卷绕成空心圆柱状。对于这样形成的定子线圈，有必要将要接收在定子芯的相同槽内的电线的相应槽 内部分沿定子线圈的径向方向排列。另外，为了提高在定子芯槽中的电线的相应槽内部分 的空间系数，密集地排列相应槽内部分是有必要的。从而，由于在将平面电线组件卷成空心 圆柱状的步骤期间所引起相应的槽内部分之间的摩擦，设置在相应槽内部分的表面上的绝 缘层会被破坏。此外，用以上方法，每条电线需要具有长的长度。因此，需要大型的成形机器来成 形电线。另外，因为每条电线是长的，在定子制造期间处理电线是困难的。从而，可能很难 确保定子的高生产率和低成本。

发明内容
根据本发明，提供用于旋转电机的定子。定子包括空心圆柱状定子芯和定子线圈。 定子芯具有纵向轴线和形成在定子芯的径向内表面并沿定子芯的周向方向间隔的多个 槽。定子线圈由安装在定子芯上并沿定子芯的周向方向相互偏移的多条电线组成。每条电 线具有第一、第二...第η槽内部分和第一、第二...第(η-1)转弯部分，其中η是不小于 4的整数。第一至第η槽内部分顺次接收在定子芯的ρ个槽内，其中P是不大于η的整数。 第一至第(η-1)转弯部分交替地位于槽外定子芯的相反的轴侧上，以连接相应的相邻对的 第一至第η槽内部分。从定子芯的轴线到第一至第η槽内部分的径向距离逐次减小。此外， 每条电线还包括多个凸起。每个凸起形成在电线的相应的其中一个槽内部分的表面上，或 形成在电线的落在从相应槽内部分轴向延伸的假想线上的那一部分的表面上，以沿定子芯 的径向方向从相应槽内部分突出。依照本发明的另一个实现，每条电线被形成为使得电线的每个转弯部分包括一对肩部。每个肩部邻 接电线的相应其中一个槽内部分，并且以与相应槽内部分基本上成直角 弯曲，以形成肩部和相应槽内部分之间的弯曲部。每个凸起形成在相应其中一个形成在转 弯部分的肩部和电线的槽内部分之间的弯曲部的表面上。每条电线被形成为使得电线的每个转弯部分呈梯级状，包括基本垂直于槽内部分 延伸的多个肩部。每条电线还包括多个第二凸起。每个第二凸起形成在相应其中一个形成 在电线的转弯部分的肩部之间的弯曲部的表面上，以沿定子芯的径向方向突出。在定子芯槽中，电线的第一槽内部分位于径向最外面，而第η槽内部分位于径向 最里面。每条电线还具有第一端部和第二端部。第一端部离电线的第一槽内部分比离电线 的其他任一槽内部分要近；第二端部离电线的第η槽内部分比离电线的其他任一槽内部分 要近。定子线圈是由多个相绕组组成的多相定子线圈。定子线圈的每一个相绕组由至少两 条电线形成。两条电线的其中一条的第一端部连接另一条电线的第二端部。定子线圈被如此形成首先通过塑性变形每条电线来成形每条电线，然后通过在 电线之间建立相对轴向移动来组装电线。指定以下尺寸关系1. 0 < W/L彡1. 1，其中W是电线的那些形成凸起的部分的径 向厚度，L是电线的槽内部分的那些没有形成凸起的部分的径向厚度。形成定子线圈的电线的数量等于形成在定子芯中的槽的数量。电线以定子芯的一 个槽距沿定子芯的周向方向相互偏移。在定子芯的每个槽中，电线的槽内部分径向堆叠η层。电线的所有第i槽内部分分别接收在定子芯的周向相邻的不同的槽中，并且所有 的从定子芯的轴线到电线的第i槽内部分的径向距离是相等的，其中i = 1，2. . . η。对于形成定子线圈的每条电线，顺次接收第一至第η槽内部分的定子芯的ρ个槽 以定子芯的预定数目个槽间距而周向间隔开。形成定子芯的每条电线，由具有基本矩形横截面的电导体和覆盖在电导体外表面 的绝缘层组成。当沿着定子芯的轴线观看时，每条电线环绕定子芯的轴线螺旋延伸。


将从下文给出的详细描述中、以及从本发明的一个优选实施例的附图中更加彻底 地理解本发明，然而，这些不应当用来将本发明限定于特定实施例，而只是用于解释和理解 的目的。在附图中图1是根据本发明实施例的用于旋转电机的定子的透视图；图2是定子的顶视图；图3是定子的侧视图；图4是定子的定子芯的顶视图；图5是一个定子芯段的顶视图，定子芯段一起构成定子芯；图6是定子的定子线圈的透视图；图7是定子线圈的侧视图；图8是定子线圈的顶视图9是定子线圈的底视
图IOA是横截面图，示出了形成定子线圈的电线的构造；图IOB是横截面图，示出了图IOA中所示电线构造的改型；图IlA是其中一条电线的顶视图；图IlB是该其中一条电线的正视图；图12A是示出其中一条电线的转弯部分的透视图；图12B是示出相邻的电线的多个转弯部分的透视图；图13是定子线圈的电路图；图14是示出定子芯中每条电线的径向最外槽内部分的位置的示意图；图15是示出当沿定子芯的纵向轴线0观察时，标记为(U1-4')的电线的延伸方 式的示意图；图16是表格图示，既示出了在定子芯每个槽中位于径向最外层的电线的标号，又 示出了在定子芯每个槽中位于径向最内层的电线的标号；图17是示意图，示出了当从定子芯的径向内侧观看时，一起形成定子线圈V相绕 组的那些电线之间的连接；图18是示出根据实施例制造定子的方法的流程图；图19是示出该方法的电线形成步骤的透视图；图20A和20B是示意图，分别示出了在电线形成步骤中，弯曲之前和弯曲之后的用 于形成其中一条电线的电线材料；图21是在该方法的电线卷绕步骤中，已卷成螺旋状的其中一条电线的轴端视图；图22A是示意图，示出了在该方法的定子线圈形成步骤中，将其中一条卷绕电线 向另外其中一条相同卷绕电线轴向移动的操作。图22B是示意图，示出了在定子线圈形成步骤中，将其中一条卷绕电线向由多个 卷绕电线组成的电线组件轴向移动的操作；图23A是透视图，示出了在定子线圈形成步骤中，一对卷绕电线之间的相对轴向 运动；图23B是沿图23A中所示方向P的视图，其中实际位于电线转弯部分后面的电线 槽内部分为了便于理解起见被以阴影示出；图23C是其中一条卷绕电线的部分轴端视图，其中为了清楚起见，凸起57和58被 放大了 ；图24是示出轴向插入的相对载荷和W/L之间关系的图，该关系通过试验研究确 定；图25A是根据本发明的第一改型的用于形成定子线圈的电线的正视图；图25B是根据本发明的第二改型的用于形成定子线圈的电线的正视图；图26A是根据本发明的第三改型的用于形成定子线圈的电线的正视图；图26B是根据本发明的第四改型的用于形成定子线圈的电线的正视图；图27是示出根据本发明的第五改型的用于形成定子线圈的电线的转弯部分的透 视图；图28A是根据本发明的第六改型的用于形成定子线圈的电线的顶视图28B是根 据第六改型的电线的正视图；图29A是示出用于电线形成步骤中的第一固定夹具的改型的透视图；图29B是沿图28A中方向K的视图；和图30A是示出根据本发明改型的在电线材料中形成凸起的过程的透视图；以及图30B是示出通过该过程形成在电线材料中的凸起的透视图。
具体实施例方式图1-3 —起示出了根据本发明实施例的定子20的整体构造。定子20被设计来用在例如被配置为在机动车辆中既起电动机作用又起发电机作 用的旋转电机。旋转电机还包括旋转地设置以便被定子20环绕的转子(未示出)。该转 子包括位于转子的径向外周以便面对定子的径向内周的、形成多个磁极的多个永久磁体。 磁极的磁性沿转子周向方向在北和南之间交替。此外，在本实施例中，形成在转子中的磁极 的数量等于八(即，四个北极和四个南极)。如图1-3中所示，定子20包括空心圆柱状定子芯30和三相定子线圈40，其中三 相定子线圈由多条(例如，在本实施例中为48条)安装在定子芯30上的电线50组成。此 夕卜，定子20还可以包括介于定子芯30和定子线圈40之间的绝缘纸。如图4中所示，定子芯30具有形成在定子芯30的径向内表面上并以预定间距沿 定子芯30的周向方向间隔的多个槽31。对于每个槽31，槽31的深度方向与定子芯30的 径向方向是一致的。在本实施例中，每个转子的磁极设置有两个槽31，以及每相三相定子线 圈40具有八个磁极。因此，设置在定子芯30上的槽31的总数量等于48 (即，2X8X3)。此外，在本实施例中，定子芯30由例如24个如图5中所示的定子芯段32组成。定 子芯段32接合在一起以使得沿定子芯30的周向方向相互邻接。每个定子芯段32在其中 限定有一个槽31。另外，每个周向邻接对的定子芯段32在它们中间共同限定另外一个槽 31。每个定子芯段32还具有两个齿部分33和背部芯体部分34，其中该两个齿部分33径向 延伸以形成在它们中间的其中一个槽31，该背部芯体部分34位于齿部分33的径向外部以 连接它们。此外，在定子芯段32的径向外表面上，安装有圆柱状外缘37(见图1-3)。在本实施例中，每个定子芯段32通过将多个磁钢片和介于其间的多个绝缘薄膜 一起层压而形成。应该注意的是，也可以用其他常规金属片替代磁性钢片。图6-9—起示出了定子线圈40的构造，其采用电线50形成空心圆柱形状。如图6-9中所示，定子线圈40总体上具有接收于定子芯30槽31中的直的部分 41，和分别形成在直的部分41的相对轴向端并位于槽31外的一对线圈端部42。此外，在 直的部分41的一个轴向端上，定子线圈40的U相、V相和W相输出端子以及U相、V相和W 相中性端子从线圈端部42的环形轴向端面突出，并且电线50的多个跨接部分70从轴向端 面的径向内侧至径向外侧跨越轴线端面以连接相应一对电线50。用于形成定子线圈40的每条电线50如图IOA所示配置有电导体67和覆盖在电 导体67外表面的绝缘层68。在本实施例中，电导体67由铜制成，并具有基本矩形的横截 面。绝缘层68为双层构造，包括内层68a和外层68b。绝缘层68的厚度(S卩，内层68a和 外层68b的厚度的总和)设置在100至200 μ m范围内。采用双层结构绝缘层68这样的大厚度，可以不在电线50之间置入绝缘纸而使电线50相互可靠地绝缘。然而，也可以在电线50之间置入绝缘纸以使得电线50之间的电绝
缘进一步增强。另外，外层68b由比如尼龙的绝缘材料制成。内层68a由具有比外层68b高的玻璃态转化温度的热塑性树脂制成，或者由不具有玻璃态转化温度的绝缘材料比如聚酰胺酰亚 胺树脂制成。从而，电线50的外层68b将通过由旋转电机运转产生的热量而早于内层68a 固化。结果，外层68b的表面硬度将会增加，从而增强电线50之间的电绝缘。此外，如图IOB中所示，对于每条电线50还可以进一步包括可熔层69以覆盖绝缘 层68外表面；可熔层69可以由例如环氧树脂制成。在这种情形下，电线50的可熔层69将 通过由旋转电机运转所产生的热量早于绝缘层68熔化，从而将电线50的、接收于定子芯30 相同的其中一个槽31内的那些部分粘合在一起。从而，电线50的那些部分将被结合为一 个刚体，从而增强其机械强度。此外，电线50的绝缘层68的外层68b也可以由PPS(聚苯 硫醚)制成。图11A-11B —起示出了 在电线50卷成如随后所描述的螺旋形之前每条电线50 的形状。如图11A-11B中所示，每条电线50是包括多个槽内部分51和多个转弯部分52的 基本平面和波状的。槽内部分51以预定间距沿电线50的纵向方向Y间隔，并垂直于纵向 方向Y延伸。每个槽内部分51要被接收在定子芯30的相应其中一个槽31中。每个转弯 部分52延伸以连接一对相应相邻的槽内部分51并要位于定子芯30的槽31外。具体地，该多个槽内部分51包括至少第一槽内部分51A、第二槽内部分51B和第 三槽内部分51C。第一、第二和第三槽内部分51A、51B和51C要分别接收在定子芯30的三 个不同的槽31内；该三个槽31以六个槽31的间距周向间隔。另一方面，多个转弯部分52 包括至少第一转弯部分52A和第二转弯部分52B。第一转弯部分52A连接第一和第二槽内 部分51A和52B，并要位于槽31之外的定子芯30的一个轴侧上。第二转弯部分52B连接第 二和第三槽内部分51B和51C，并要位于槽31之外的定子芯30的另一个轴侧上。更具体地，在被本实施例中，如图11A-11B中所示，该多个槽内部分51包括第一至 第十二槽内部分51A-51L，该第一至第十二槽内部分51A-51L要顺次接收在以六个槽31的 间距径向间隔开的八个槽31中。换句话说，每条电线50中的槽内部分51的数量等于12。 另一方面，多个转弯部分52包括第一至第十一转弯部分52A-52K，该第一至第十一转弯部 分52A-52K每个连接一对相应的相邻槽内部分51A-51L，且要交替地位于槽31之外的定子 芯30的相对轴侧上。换句话说，每条电线50中的转弯部分的数量等于11。此外，在电线50的纵向方向上的槽内部分51A-51L之间的预定间距X以从第一槽 内部分51A至第十二槽内部分51L的方向逐步减小。S卩，Xl > X2 > X3 > X4 > X5 > X6 > X7 > X8 > X9 > XlO > XII。此外，预定间距Xl-Xll基于定子芯30的要接收槽内部分 51A-51L的八个槽31之间的周向距离进行设置。每条电线50还包括一对引导部分53a和53b，该引导部分53a和53b形成在电线 50的两端，用于将电线50和其他电线50连接起来。引导部分53a经由半转弯部分52M连 接到第一槽内部分51A，其中半转弯部分52M从第一槽内部分51A延伸，沿电线50的纵向 方向Y向内返回(即，在图IlB中向右)。半转弯部分52M的长度大约是第一转弯部分52A 长度的一半。从而，引导部分53a沿纵向方向Y从第一槽内部分51A向内(S卩，在图IlB中向右)偏移半转弯部分52M长度。另一方面，引导部分53b经由半转弯部分52N连接到第 十二槽内部分51L，该半转弯部分52N从第十二槽内部分51L延伸来，沿电线50的纵向方向 Y向内(即，在图IlB中向左)返回。半转弯部分52N的长度大约是第十一转弯部分52K长 度的一半。从而，引导部分53b从第十二槽内部分51L沿纵向方向Y向内(即，在图IlB中 向左)偏移半转弯部分52N长度。另外，引导部分53b形成为在其中包括之前描述的其中 一个跨接部分70。此外，如图IlA中所示，每个转弯部分(即，52A-52K)基本上在其中心包括曲柄形 部分54，该曲柄形部分54被弯曲，以沿着既垂直于电线50的纵向方向Y又垂直于槽内部分 51的延伸方向的方向来偏移转弯部分52。从而，由曲柄形部分54，电线50成梯级状，从而 沿既垂直于纵向方向Y又垂直于槽内部分51的延伸方向的方向接续偏移槽内部分51。应 该注意，术语“曲柄形”在文中只是用于描述部分54的整体形状的目的，而不将部分54的 相邻段之间的内角限制为90°。此外，每一个半转弯部分52M和52N不具有在其中形成的 曲柄形部分54。现在参照图12A-12B，在用电线50形成定子线圈40并将定心芯30装配到定子线 圈40之后，电线50的每个转弯部分52(即，52A-52K)通过形成于其中的曲柄形部分54沿 定子芯30的径向方向偏移。此外，尽管未在图12 A-12B中示出，形成于电线50的转弯部分 中的每个曲柄形部分54平行于定子芯30的相应轴端面30a延伸。另外，在本实施例中，由每个曲柄形部分54产生的径向偏移的量设置为等于电线 50的槽内部分51的径向厚度。在这里，由每个曲柄形部分54产生的径向偏移的量被定义为 曲柄形部分54的相对端之间的径向位置差。因此，对于每条电线50，由相应其中一个转弯 部分52连接的每一对相邻槽内部分之间的径向位置差等于槽内部分51的径向厚度(即， 在定子芯30的径向方向上的厚度)。如上所述地对径向偏移量进行设置，可以如图12B所示，相互紧密接触地排列电 线50的每一对相邻的转弯部分52。从而，可以最小化定子线圈40线圈端部42的径向厚 度。此外，还可以使电线50的每一对相邻的转弯部分52沿定子芯30的周向方向在其中没 有干涉地延伸。此外，如图12A-12B中所示，电线50的每个转弯部分52包括一对肩部55，一对肩 部55分别邻接由转弯部分52连接的一对槽内部分51，并且两者基本垂直于该对槽内部分 51 (或基本垂直于定子芯30的相应轴端面30a)延伸。从而，由于肩部55，可以降低每个转 弯部分52的从定子芯30的相应轴端面30a所突起的高度。结果，可以降低定子线圈40的 线圈端部42的轴向长度。另外，定子线圈40的线圈端部42的每一个由电线50的那些位 于相同的定子芯30轴侧上的转弯部分52组成。在本实施例中，每个肩部55以基本直角弯向邻接槽内部分51，形成肩部55和邻 接槽内部分71之间的弯曲部。另外，一对凸起57分别地形成在弯曲部的径向端面上(也 见于图23A-23C中)。凸起57离弯曲部内侧比离弯曲部外侧近，且落在从邻接槽内部分51 笔直地延伸的假想线上。凸起57还从邻接槽内部分51分别地径向向内突出和径向向外突
出ο此外，在本实施例中，在此指定如下尺寸关系dl ( d2，其中dl是电线50的每个 肩部在定子芯30周向方向上的长度，d2是定子芯30的每一对周向相邻的槽31之间的距罔。 指定以上关系，可以防止电线50的、从定子芯30的一对周向相邻的槽31中突出 的每对转弯部分52之间的干涉。从而，可以防止定子线圈40的线圈端部42的轴向长度和 径向厚度为了防止上述干涉而增加。此外，如图12A-12B所示，电线50的每个转弯部分52还包括在曲柄形部分54和 每个肩部55之间的两个肩部56。因此，电线50的每个转弯部分52包括一个曲柄形部 分54、两个肩部55、以及四个肩部56。每个肩部56和肩部55 —样，基本垂直于槽内部分 51 (或基本平行于定子芯30的相应轴端面30a)延伸。从而，由于肩部56，可以进一步降低 每个转弯部分52的从定子芯30的相应轴端面30a突出的高度。结果，可以进一步降低定 子线圈40的线圈端部42的轴向长度。另外，电线50的转弯部分52可被视为在曲柄形部 分54两侧呈阶梯状，以降低从定子芯30的相应轴端面30a突出的高度。另外，对于在肩部55和56之间形成的每个弯曲部，分别在弯曲部的径向端面上形 成了一对凸起58。凸起58定位为离弯曲部内侧比离弯曲部外侧近，且分别从最近的其中一 个槽内部分51径向向内突出和径向向外突出。另外，电线50的每个半转弯部分52M和52N也具有以和电线50的转弯部分 52A-52K相同的方式形成在其中的肩部55和56以及凸起57和58。在本实施例中，定子线圈40用48条如图11A-11B中所示的电线50形成。应该注 意的是跨接部分70可以从一些电线50中省略，以便有助于U相、V相和W相输出端子以 及U相、V相和W相中间端子在定子线圈40内的形成。然而，在任何情形下，优选地是，所 有的电线50至少在引导部分53a和53b之间具有相同的形状。如之前描述的，电线50的每个转弯部分52包括基本在其中心的曲柄形部分54，通 过该曲柄形部分，转弯部分52以槽内部分51的径向厚度进行径向偏移。因此，对于每条电 线50，由相应其中一个转弯部分52连接的每一对相邻的槽内部分51之间的径向位置差，等 于槽内部分51的径向厚度。此外，对于每条电线50，第一槽内部分51A位于最径向外面，而 第十二槽内部分51L位于最径向里面；槽内部分51A-51L之间的预定间距X以从第一槽内 部分51A至第十二槽内部分51L的方向逐步减小(见图11B)。从而，电线50的那些沿定子 线圈40的径向方向(或定子芯30的径向方向)堆叠的槽内部分51可以沿径向方向对齐， 由此允许定子线圈40具有基本理想的如图6和图7所示的空心圆柱形状。此外，48条电线50的所有第i槽内部分51分别以相同的径向位置定位在定子芯 30的48个槽31内，其中i = 1，2... 12。例如，48条电线50的所有第一槽内部分51A分别 位于48个槽31内，并定位在相应槽31的径向最外面；48条电线50的所有第十二槽内部 分51L分别位于40个槽31内，并定位在相应槽31的径向最里面。由于电线50槽内部分 51的以上位置，定子芯40的外径和内径两者沿定子芯的周向方向始终如一。在本实施例中，如图13中所示，定子线圈40形成为由三相绕组43(即U相、V相 和W相绕组)组成的三相线圈。每一个U相、V相和W相绕组43通过串连16根电线50而 形成。另外，U相输出端子和中性端子分别形成在U相绕组43的两端；V相输出端子和中性 端子分别形成在V相绕组43的两端；以及W相输出端子和中性端子分别形成在W相绕组43 的两端。此外，U相、V相和W相绕组43是Y形连接在其中间限定中心点，即U相、V相和W 相绕组43的U相、V相和W相中性端子在中性点处连接在一起。从而，三相AC电源经由U相、V相和W相输出端子输入到定子线圈40或从定子线圈40输出。 在图14和15中，12个虚线圆和48条径向延伸的虚线之间的交叉点代表电线50 的槽内部分51的位置。此外，在槽内部分51的位置之中，只有径向最外面和径向最里面的 槽内部分51位置由矩形框表示。可以从图14和15中看出，在本实施例中，在定子芯30的每个槽31中，电线50的 槽内部分径向堆叠为12层。另外，在图14和15中，定子芯30的槽31的1_48数字编号分别示出在48条径向 延伸的虚线的径向之外。另外，在图14中，48条电线50的每一条被标注在槽31的径向外 面，其中电线50的第一槽内部分51A位于径向最外面(即，位于槽31中第十二层)；48条 电线50的每一条还被标注在槽31的径向里侧，其中电线50的第十二槽内部分51L位于径 向最里面(即，位于槽31中第一层)。在本实施例中，定子芯40的每一个U相、V相和W相绕组43使用每一组由八条电 线50组成的第一和第二电线组形成。第一组电线50的槽内部分51接收在定子芯30的八 个共同的槽31内。同样地，第二组电线50的槽内部分51也接收在定子芯30的另外八个 共同的槽31内。S卩，第一组电线50的槽内部分51和第二组电线50的槽内部分51接收在 不同的槽31内。例如，U相绕组43由第一电线组和第二电线组形成，其中第一电线组由标注为 (Ul-I)至(U1-4)和(υ -Γ )至(U1-4')的电线50组成，第二电线组由标注为(U2-1) 至(U2-4)和(U2-1 ‘)至(U2-4 ‘)的电线 50 组成。(Ul-I)至(U 1-4)和(U1_1')至 (U1-4')电线50的槽内部分51接收在定子芯30的1、7、13、19、25、31、37和43号槽31 内。另一方面，(U2-1)至(U2-4)和(U2-1')至(U2-4')电线50的槽内部分51接收在 定子芯 30 的 2、8、14、20、26、32、38 和 44 号槽 31 内。通过采用(Ul-I)电线50作为示例，图14从定子芯30的一个轴侧示出了 48条电 线50每一条的排列。具体地在图14中，(Ul-I)电线50的槽内部分51的位置由黑矩形 框表示；(Ul-I)电线50的位于定子芯30的一个轴侧上(即，图14中纸表面的正面)的那 些转弯部分52用周向延伸的粗线表示；并且(Ul-I)电线50的位于定子芯30的另外一个 轴侧上(即，图14中纸表面的背面)的那些转弯部分52由周向延伸的双点划线进行表示。 如图14所示，对于(Ul-I)电线50，第一槽内部分51A位于1号槽31内第十二层(即，径向 最外层)；第十二槽内部分51L位于19号槽31内第一层(S卩，径向最内层)；第一至第十二 槽内部分51A-51L以六槽的间距周向间隔；且槽内部分51A-51L的径向位置以每次一个层 逐次径向向内偏移。通过采用(U1-4')电线50作为例子，图15从定子芯30的另一轴侧示出了 48 条电线50每一条的排列。具体地在图15中，(U1-4')电线50的槽内部分51的位置由 黑矩形框表示；(U1-4')电线50的位于定子芯30的另一轴向侧(S卩，图15中纸表面的 正面)的那些转弯部分52由周向延伸的粗线表示；并且位于定子芯30的所述一个轴向侧 (即，图15中纸表面的背面)的(U1-4')电线50的那些转弯部分52由周向延伸的双点 划线表示。如图15所示，对于(U1-4')电线50，第一槽内部分51A位于43号槽31内第 十二层；第十二槽内部分51L位于13号槽31内的第一层；第一至第十二槽内部分51A-51L 以六槽的间距周向间隔开；并且槽内部分51A-51L的径向位置以每次一个层逐次偏移。
如之前所述，在本实施 例中，定子芯30具有在其中形成的48个槽31，而定子线圈 40由48条电线50形成。电线50安装在定子芯30上，以使得它们以定子芯30的一个槽距 沿定子芯30的周向方向相互偏移。从而，48条电线50的第一槽内部分51A分别位于48个 槽31中的径向最外层(即，第十二层)；48条电线50的第十二槽内部分51L分别位于48 个槽31中的径向最内层(S卩，第一层)。图16既示出了位于定子芯30的每个槽31内径向最外层的电线50的标号，又示 出了位于定子芯30的每个槽31内径向最内层的电线50的标号。在本实施例中，对于形成定子线圈40的48条电线的每一条，从定子芯30的轴线0 到电线50的槽内部分51的径向距离以从第一槽内部分51A至第十二槽内部分51L的顺序 逐次地减小。此外，对于48条电线50的每一条，由相应其中一个转弯部分52连接的每一 对相邻的槽内部分51到定子芯30的轴线0的径向距离差，等于槽内部分51的径向厚度。例如，返回参见图15，对于(U1-4')电线50，满足以下的关系丄43>1~1>『7> rl3。在此处，r43代表从定子芯30的轴线0到位于43号槽31内第十二层的第一槽内部 分51A的径向距离；rl代表从轴线0到位于1号槽31内第十一层的第二槽内部分51B的 径向距离；r7代表从轴线0到位于7号槽31内第十层的第三槽内部分51C的径向距离；以 及rl3代表从轴线0到位于13号槽31内第九层的第四槽内部分51D的径向距离。另外， 径向距离r43、rl、r7和rl3以槽内部分51径向厚度的缩减量逐次减小。接着，参照图13和图16-17，将描述为了形成定子线圈40的V相绕组43而串行连 接16条电线50的方法。另外，应注意用来形成定子线圈40的U相和W相绕组43的电线 50也使用相同于形成V相绕组的方法进行连接。如图13中所示，V相绕组43通过串连电线50 (Vl-I)至(V1-4)、(Vl-Γ )至 (V1-4' )、(V2-1)至(V2-4)、(V2-1 ‘)至(V2-4')而形成。具体地，V相输出端子连接到(Vl-I)电线50的第一槽内部分51A侧端。此外，如 图16和17中所示，对于(Vl-I)电线50，第一槽内部分51A位于定子芯30的5号槽31内 的径向最外层(即，第十二层)，而第十二槽内部分51L位于23号槽31内的径向最内层。(Vl-I)电线50的第十二槽内部分51L侧端连接到(Vl_2)电线50的第一槽内部 分51A侧端。此外，对于(V1-2)电线50，第一槽内部分51A位于17号槽31内的径向最外 层，而第十二槽内部分51L位于35号槽31内的径向最内层。(V1-2)电线50的第十二槽内部分51L侧端连接到(V1-3)电线50的第一槽内部 分51A侧端。此外，对于(V1-3)电线50，第一槽内部分51A位于29号槽31内的径向最外 层，而第十二槽内部分51L位于47号槽31内的径向最内层。(V1-3)电线50的第十二槽内部分51L侧端连接到(V1-4)电线50的第一槽内部 分51A侧端。此外，对于(V1-4)电线50，第一槽内部分51A位于41号槽31内的径向最外 层，而第十二槽内部分51L位于11号槽31内的径向最内层。(V1-4)电线50的第十二槽内部分51L侧端连接到(V2-1)电线50的第一槽内部 分51A侧端。此外，对于(V2-1)电线50，第一槽内部分51A位于6号槽31内的径向最外 层，而第十二槽内部分51L位于24号槽31内的径向最内层。(V2-1)电线50的第十二槽内部分51L侧端连接到(V2-2)电线50的第一槽内部 分51A侧端。此外，对于(V2-2)电线50，第一槽内部分51A位于18号槽31内的径向最外层，而第十二槽内部分51L位于36号槽31内的径向最内层。(V2-2)电线50的第十二槽内部分51L侧端连接到(V2-3)电线50的第一槽内部 分51A侧端。此外，对于(V2-3)电线50，第一槽内部分51A位于30号槽31内的径向最外 层，而第十二槽内部分51L位于48号槽31内的径向最内层。(V2-3)电线50的第十二槽内部分51L侧端连接到(V2-4)电线50的第一槽内部 分51A侧端。此外，对于(V2-4)电线50，第一槽内部分51A位于42号槽31内径向最外层， 而第十二槽内部分51L位于12号槽31内径向最内层。
(V2-4)电线50的第十二槽内部分51L侧端连接到(V2_4')电线50的第十二槽 内部分51L侧端。此外，对于(V2-4')电线50，第一槽内部分51A位于48号槽31内的径 向最外层，而第十二槽内部分51L位于18号槽31内的径向最内层。(V2-4')电线50的第一槽内部分51A侧端连接到(V2-3')电线50的第十二槽 内部分51L侧端。此外，对于(V2-3')电线50，第一槽内部分51A位于36号槽31内的径 向最外层，而第十二槽内部分51L位于6号槽31内的径向最内层。(V2-3')电线50的第一槽内部分51A侧端连接到(V2-2')电线50的第十二槽 内部分51L侧端。此外，对于(V2-2')电线50，第一槽内部分51A位于24号槽31内的径 向最外层，而第十二槽内部分51L位于42号槽31内的径向最内层。(V2-2')电线50的第一槽内部分51A侧端连接到(V2-1')电线50的第十二槽 内部分51L侧端。此外，对于(V2-1')电线50，第一槽内部分51A位于12号槽31内的径 向最外层，而第十二槽内部分51L位于30号槽31内的径向最内层。(V2-1')电线50的第一槽内部分51A侧端连接到(V2-1')电线50的第十二槽 内部分51L侧端。此外，对于(V1-4')电线50，第一槽内部分51A位于47号槽31内的径 向最外层，而第十二槽内部分51L位于17号槽31内的径向最内层。(V1-4')电线50的第一槽内部分51A侧端连接到(V1-3')电线50的第十二槽 内部分51L侧端。此外，对于(V1-3')电线50，第一槽内部分51A位于35号槽31内的径 向最外层，而第十二槽内部分51L位于5号槽31内的径向最内层。(V1-3')电线50的第一槽内部分51A侧端连接到(V1-2')电线50的第十二槽 内部分51L侧端。此外，对于(V1-2')电线50，第一槽内部分51A位于23号槽31内的径 向最外层，而第十二槽内部分51L位于41号槽31内的径向最内层。(V1-2')电线50的第一槽内部分51A侧端连接到(Vl-I')电线50的第十二槽 内部分51L侧端。此外，对于(Vl-I')电线50，第一槽内部分51A位于11号槽31内的径 向最外层，而第十二槽内部分51L位于29号槽31内的径向最内层。此外，(Vl-I')电线 50的第一槽内部分51A侧端连接到定子线圈40的V相中性端子。另外，如之前所述，每条电线50具有形成在第一槽内部分51A侧端的引导部分 53a和形成在第十二槽内部分51L侧端的引导部分53b (见图11A-11B)。引导部分53a经 由半转弯部分52M连接到第一槽内部分51A，而引导部分53b经由半转弯部分52N连接到第 十二槽内部分51L。引导部分53b还具有形成在其中的跨接部分70。在本实施例中，电线 50之间可以通过焊接电线50的相应对的引导部分53a和53b而进行连接。例如，(Vl-I)电线50具有位于定子芯30的5号槽31内的径向最外层的第一槽内 部分51A，且第十二槽内部分51L位于23号槽内径向最内层。(Vl-I)电线50的引导部分53b沿定子芯30的周向方向从23号槽31到20号槽31附近偏移半转弯52N的长度。另一 方面，(V1-2)电线50的第一槽内部分51A位于17号槽31内的径向最外层，第十二槽内部 分51L位于35号槽31内的径向最内层。(V1-2)电线40的引导部分53a沿定子芯30的周 向方向从17号槽31到20号槽31附近偏移半转弯部分52M的长度。另外，如图6_9中所 示，(Vl-I)电线50的引导部分53b以基本直角径向向外弯曲，以从定子芯40径向内圆周到 (V1-2)电线50的位于定子芯40径向外周面上的引导部分53a延伸；然后，(Vl-I)电线50 的引导部分53b被焊接到(V1-2)电线50的引导部分53a。换句话说，(Vl-I)电线50的第 十二槽内部分51L侧端通过焊接连接到(V1-2)电线50的第一槽内部分51A侧端。此外，在本实施例中，电线50的所有相对应对的引导部分53a和53b，在电线50的 径向最外面的转弯部分52的径向之外焊接。为此，电线50的每个引导部分53b被配置为 包括从轴端面的径向内部到径向外部跨过定子线圈40环形轴端面 (更确切地是，由电线 50的转弯部分52组成的、定子线圈40线圈端部42的环形轴端面)的跨接部分70。从而， 可以可靠地防止位于定子芯30槽31内的径向最里面的电线50的第十二槽内部分51L径 向向内突出。结果，可以可靠地防止定子线圈40与位于定子20径向内部的旋转电机转子 干涉。此外，在本实施例中，如图8所示，电线50的每个跨接部分70是曲柄形的，包括一 对径向延伸的端部70a和70b。由该形状，可以方便弯曲电线50的引导部分53b来形成跨 接部分70，以及便于电线50的相对应对的引导部分53a和53b的焊接。另外，如图6和图8所示，在定子线圈40的环形轴端面上，跨接部分70基本占据 了轴端面的全角度范围的3/4;全角度范围为360°。另外，在全角度范围的剩余的1/4范 围内，顺次排列着定子线圈40的V相中性端子、W相输出端子、U相中性端子、V相输出端 子、W相中性端子、以及U相输出端子。即在定子线圈40的轴向端面上，U相、V相和W相 输出端子以及U相、V相和W相中性端子排列在相同的角度范围内；跨接部分70排列在与 U相、V相和W相输出端子以及U相、V相和W相中性端子不同的角度范围内。通过将定子芯段32的齿部分33分别从定子线圈40的径向外部插进形成在电线 50的槽内部分51的堆叠之间的间隔，定子芯30被组装到上述定子芯40上。从而，形成定 子线圈40的电线50的每个槽内部分51接收在定子芯30的其中一个槽31内。更确切地， 对于每条电线50，每一对相邻的槽内部分51分别接收在定子芯30的以六个槽的间距周向 间隔开的相应的一对槽31内。此外，连接一对相应相邻的槽内部分51的每个转向部分52， 从定子芯30的相应的其中一个轴端面30a突出。在已经根据本发明描述了定子20的构造之后，以下将描述制造定子20的方法。参照图18，在本实施例中，制造定子20的方法包括电线形成步骤101、电线卷绕 步骤102、定子线圈形成步骤103、以及定子芯安装步骤104。首先，在电线形成步骤101中，如图11A-11B所示的基本平面的、波状的电线50通 过成形多条(例如，在本实施例中为48条)电线材料50a而形成。具体地，参照图19和20A-20B，通过使用一对第一和第二固定夹具81和82以及旋 转夹具83，每种电线材料50a被成形以形成其中一条电线50。第一和第二固定夹具81和 82彼此相对，以使得在它们中间保持电线材料50a。旋转夹具83旋转地安装在支撑轴83a 上，以使得保持在第一和第二夹具81和82之间的电线材料50a弯向第一固定夹具81。第一固定夹具81具有基本直角的拐角部分81a，该拐角部分81a当电线材料50a被弯曲时与 电线材料50a的弯曲部分相接触。此外，拐角部分81a以常数曲率半径R倒圆。更具体地，在这一步中，如图20a中所示，电线材料50a的构成电线50的其中一个 槽内部分的一部分首先保持在第一和第二固定夹具81和82之间。然后，如图20B中所示， 旋转夹具83被绕支撑轴83a朝向第一固定夹具81旋转，由此将电线材料50a压在第一固 定夹具81的拐角部分81a上。从而，电线材料50a的、邻接保持在第一和第二固定夹具81 和82之间部分的那部分，沿着拐角81的弯曲部分以基本直角弯向保持在夹具81和82之间 的部分，由此形成电线50的肩部55。另夕卜，在弯曲期间，示于图23A-23C中但在图20B中省 略掉的一对凸起57分别形成在弯曲部的径向端面上(即，平行于图20B的纸表面的平面)。 每个凸起57离弯曲部的内侧比离弯曲部的外侧近，并落在从电线材料50a 的、保持在第一 和第二固定夹具81和82之间的那部分直延伸来的假想线上。此外，凸起57还分别地从电 线材料50a的、保持在第一和第二固定夹具81和82之间的那部分径向向内和径向向外突 出ο从而，在形成的电线50中，如图23A中所示，每个凸起57被定位为落在从相应的 槽内部分51笔直延伸的假想线100上。此外，如图23B中所示，凸起57分别从相应的槽内 部分51径向向内和径向向外地突出。此外，如图20B所示，归因于凸起57的形成，电线材料50a的宽度在弯曲部处从初 始值T减小至较小的值t。此外，在这一步中，通过对邻接刚形成的肩部55的那部分电线材料50a以与上述 相同的方法重复操作夹具81-83，获得肩部56，并在肩部55和56之间形成了弯曲部。此 夕卜，如图23A和23C中所示的一对凸起58分别形成在弯曲部的径向端面上。凸起58离弯 曲部的内侧比离弯曲部的外侧近，并且也从构成电线50的槽内部分51的那部分电线材料 50a中突出。此外，在这一步，通过针对每条电线材料50a以相同的上述方法重复操作夹具 81-83，获得多条(例如，在本实施例中为48条)如图11A-11B中所示的电线50。在电线卷绕步骤102中，形成在电线形成步骤101中的每个基本平面的电线50通 过塑性变形以预定数目圈进一步卷绕成螺旋或圆弧形。在本实施例中，如图21中所示，每条电线50卷绕大约一个半圈成螺旋形。具体 地，在这一步中，电线50首先绕的外表面(未示出)卷绕一圈，该圆柱状芯构件具有多个预 定外径；在卷绕期间，电线50通过设置在电线50径向外侧的第一按压夹具(未示出)压在 圆柱状芯构件的外表面上，由此塑性变形。然后，也具有多个预定外径的空心圆柱状芯构件 (未示出)被设置在第一按压夹具上。此后，电线50进一步环绕空心圆柱状芯构件的外表 面卷绕大约半圈；在卷绕期间，电线50由径向设置在该大约半圈电线50外侧的第二按压夹 具(未示出)压在空心圆柱状芯构件的外表面上，由此塑性变形。应该注意的是每条电线50还可以以小于一圈卷成如图22A中所示的圆弧形状。在定子线圈形成步骤103中，通过在其间建立相对轴向移动的操作，卷绕电线50 被组装到一起以形成定子线圈40。具体地，在这一步中，如图22A中所示，一对电线50通过以下方式被组装到一起 (1)将它们放置为沿周向方向(即，图22A中的水平方向)彼此偏移定子芯30的一个槽距；以及⑵将它们的其中之一(即，图22A中的上面的那个)轴向地朝向另一个(即在图22A 中下面的那个)移动。另外，通过重复以上放置和移动操作，获得包括多个(例如，在图22B中为4个) 电线50的电线组件50b。此外，通过重复以上放置和移动操作，如图22B中所示，电线50进 一步组装成电线组件50b，由此形成较大的电线组件50b。在本实施例中，定子线圈40通过将电线50—个接一个组装而形成。更具体地，通 过和图22A中所示相同的方法，每次仅将一条电线50组装给另一条电线50，或者通过和图 22B中所示相同的方法，每次仅将一条电线50组装到电线组件50b，形成定子线圈40。应当注意的是定子线圈40还可以通过首先形成多个电线组件50b，然后将电线 组件50b组装到一起而形成。此外，还应当注意的是为了简单起见，在本实施例中卷绕了 大约一圈半的电线50在图22A-22B中图示为只以小于一圈进行卷绕。此外，在本实施例中，在组装电线50的过程中，电线50或电线组件50b沿径向方 向弹性变形，以便最小化电线50和电线组件50b之间的干涉，并且由此有助于它们之间的 相对轴向移动。例如，返回参考图21，当载荷F沿展开电线50的方向施加到电线50的两端，电线 50将径向向外展开。从而，当另一条电线50轴向插入径向形成在电线50内侧的空间中时， 将降低两条电线50之间的干涉，由此便于两条电线50的组装。同样地，尽管未图示，当载荷F施加到包含在电线组件50b中的电线50的每一端 时，电线50将径向向外展开。结果，当电线50轴向插入径向形成在电线组件50b内的空间 时，将降低电线50和电线组件50b之间的干涉，由此便于电线50组装进电线组件50b。在本实施例中，如之前所描述的，每条电线50具有形成在弯曲部轴端面上的凸起 57，该弯曲部形成在槽内部分51和转弯部分52的肩部55之间。结果，参照图23A-23C，在 任一对电线50之间的相对轴向移动期间，只有该对电线50的其中一条的凸起57会与另一 条电线的相应槽内部分51进行点接触。另外，在将电线50组装到一起之后，电线50的每 一对径向相邻的槽内部分51将通过电线50的凸起57沿径向方向相互保持分离。通常，每条电线50的绝缘层68具有形成在其中的针孔和气孔；通过针孔，空气可 以接触到电线50的电导体67。另外，当绝缘层68的外表面通过例如施加于绝缘层上的摩 擦力被破坏掉时，气孔可以变成针孔。此外，当一对相邻的电线50的针孔相互位于很近时， 当电解液(例如，盐水)侵入这些针孔时，会发生电线短路。 然而，在本实施例中，如之前所描述的，在任何一对电线50的相对轴向移动期间， 只有该对电线50的其中一条的凸起57会和另一条电线50的槽内部分进行点接触。从而， 与以下情形进行比较，施加到电线50的槽内部分上的摩擦力将显著减小，该情形为没有 凸起形成在电线50上，因此该对电线50的其中一条的槽内部分51分别与另一条电线的槽 内部分51进行面接触。结果，可以防止电线50的槽内部分51的绝缘层68由摩擦力造成 的损伤，并因此防止形成在槽内部分51的绝缘层68上的针孔相互位于很近。此外，如之前 所述，在电线50被组装到一起后，电线50的每一对径向相邻的槽内部分51将由电线50的 凸起57沿径向方向相互分离。从而，形成在电线50的槽内部分51的绝缘层上的针孔之间 的漏电距离将会增加。因此，根据本实施例，可以可靠地防止电线50的槽内部分51之间的 绝缘失效。
此外，在本实施例中，如之前所述，每条电线50还具有在形成在转弯部分52的肩 部55和56之间的弯曲部的径向端面上形成的凸起58，如图23A和23C中所示。从而，在电 线50被组装到一起之后，电线50的每一对径向相邻的转弯部分将由转弯部分52的凸起58 沿径向方向相互隔离。结果，形成在电线50的转弯部分52的绝缘层68上的针孔之间的漏 电距离将被增加。因此，根据本实施例，可以可靠此防止电线50的转弯部分52之间的绝缘 失效。此外，在本实施例中，参照图23B，通过试验研究，指定以下尺寸关系式1.0 < W/ L < 1. 1，其中W是电线50的形成有凸起57或58的那些部分的径向厚度，L是电线50的 没有凸起形成的槽内部分的径向厚度。具体地，在试验研究中，在多个W/L值的每一个值处测量轴向插入载荷。在此处， 轴向插入载荷表示用于将电线50或电线组件50b轴向插入径向形成在另一电线50或电线 组件50b的内部的空间中而需要施加的载荷。然后，在多个W/L值的每一个值处的轴向插 入相对载荷确定为在W/L值处的轴向插入测量载荷与W/L为1.0处的轴向插入测量载荷 的比值。图24示出了试验研究的结果，其中水平轴线代表W/L，垂直轴线代表轴向插入相 对载荷。如图24中所示，在从1.0至1. 1的W/L范围内，轴向插入相对载荷随着W/L非常 慢地增加。然而，随着W/L增加到1.1以上，凸起57和58变得较容易干涉相应的槽内部分 和转弯部分52，从而引起轴向插入相对载荷快速地增加。结果，只通过弹性变形电线50或 电线组件50b来实现轴向插入变得很困难。换句话说，为了实现轴向插入，必须对电线50 或电线组件50b进行塑性变形，从而导致槽内部分51的不期望的位置偏差。此外，由于轴 向插入的快速增加相对载荷，电线50的绝缘层68会由于轴向插入期间的过应力变得容易 被破坏。基于以上试验研究的结果，在本发明中，W/L被指定在1.0至1. 1的范围中，以便 有助于在不塑性变形电线以及不损伤其绝缘层68的情况下组装电线50。此外，W和L可以 分别设置为例如2. Imm和2. 0mm。在将所有的电线50如上述组装到一起之后，通过例如焊接，电线50的相对应的一 对引导部分53a和53b被连接在一起。结果，获得了如图6-9所示的定子线圈40。在随后的定子芯安装步骤104中，定子芯30被安装到在定子线圈形成步骤103中 形成的定子线圈40上。具体地，在这一步骤中，定子芯段32的齿部分33从定子线圈40的径向外部分别 插入到电线50槽内部分51的堆叠之间形成的空间中。然后，外缘37被安装到定子芯段32 的径向外表面上。结果，定子芯30和定子线圈40被组装到一起，形成如图1-3所示的定子 20。根据本实施例的上述定子20具有以下优点。 在本实施例中，定子20包括空心圆柱状定子芯30和定子线圈40。定子芯30具 有纵向轴线0和形成在定子芯30的径向内表面上并沿定子芯30的周向方向间隔的槽31。 定子线圈40由安装在定子芯上以沿定子芯30的周向方向相互偏移的电线50组成。每条 电线50具有第一至第十二槽内部分51A-51L以及第一至第十一转弯部分52A-52K。该十二个(即，η = 12)槽内部分51A-51L顺次接收在定子芯的8个(即，ρ = 8，ρ是不大于η的整数)槽31内。十一个(即，(η-1) = 11)转弯部分52Α-52Κ交替地位于槽31外的定子 芯30的相反的轴侧上，以连接第一至第十二槽内部分51A-51L的相应的相邻一对。另外， 对于每条电线50，第一至第十二槽内部分51A-51L的从定子芯30的轴线O的径向距离逐次 减小。此外，每条电线50被形成为包括凸起57。每个凸起57形成在，电线50的落在从电 线50的相应其中一个槽内部分轴向延伸来的假想线100上的那部分的径向端面上，从而从 相应的槽内部分51径向向内或径向向外突出。更具体地，在本实施例中，每个凸起57形成 在相应的其中一个弯曲部的径向端面上，该弯曲部形成在转弯部分52的肩部55和电线50 的槽内部分51之间。采用以上构造，在定子形成步骤103中，仅其中一条导线50的凸起57和其中另一 条电线50的槽内部分51进行点接触，由此显著减小施加在槽内部分51上的摩擦力。结果， 可以防止槽内部分51的绝缘层68由于摩擦力而被破坏。此外，在电线50被组装到一起 时，电线50的每一对径向相邻的槽内部分51将通过电线50的凸起57沿径向方向相互保 持分离。从而，将增加形成在电线50槽内部分51的绝缘层68上的针孔之间的漏电距离。 因此，由凸起57可以可靠地防止电线50的槽内部分51之间的绝缘失效。此外，在本实施例中，每条电线50还包括凸起58。每个凸起58在形成于电线50 的转弯部分的肩部55和56之间的相应的其中之一弯曲部的径向端面上形成，从而径向向 内或径向向外突出。由以上构造，在电线50被组装到一起之后，电线50的每一对径向相邻的转弯部分 52将通过转弯部分52的凸起58沿径向方向相互保持分离。从而，将增加形成在电线50转 弯部分52的绝缘层68上的针孔之间的漏电距离。结果，可以可靠地防止电线50的转弯部 分52之间的绝缘失效。在本实施例中，电线50的第一槽内部分51Α位于定子芯30的槽31内的径向最外 侧，而第十二槽内部分51L位于径向最内侧。另外，每条电线50还具有引导部分(或第一 和第二端部)53a和53b。引导部分53a定位在第一槽内部分51A侧；换句话说，引导部分 53a离电线50的第一槽内部分51A比离电线的其他任一槽内部分51要近。另一方面，引导 部分53b定位在第十二槽内部分51L侧；换句话说，引导部分53b离第十二槽内部分51L比 离电线50的其他任一槽内部分51要近。此外，定子线圈40是由U相、V相和W相绕组43 组成的三相定子线圈。每一个U相、V相和W相绕组43通过连接16条电线50而形成。此 夕卜，16条电线50包括至少这样一对电线50，该一对电线50的其中一条的引导部分53a连 接到另一条的引导部分53b。采用以上构造，因为定子线圈40的每一个相绕组43由16条电线50形成，所以可 以缩短每条电线50的长度。从而，在电线形成和卷绕步骤101和102中，电线50可以使用 小尺寸装置形成和卷绕，并且电线50在定子线圈形成步骤103中容易移动。结果，可以实 现定子线圈40的高生产率和低成本。此外，因为在定子芯30的槽31中，电线50的第一槽 内部分51A位于径向最外面，而第十二槽内部分51L位于径向最里面，每条电线50的引导 部分53a和53b可以分别地从定子芯30的径向内周和径向外周引出。从而，电线50的每 一对相对应的引导部分53a和53b可以分别地从两个充分远离的位置引出。结果，电线50 连接的灵活性提高了。
在本实施例中，定子线圈40通过首先在电线形成和卷绕步骤101和102中通过塑 性变形成形(即，弯曲并卷绕)每条电线50、然后在定子线圈形成步骤103中通过在电线 50之间建立相对轴向移动来组装电线50而形成。由定子线圈40的以上形成，因为每条电线50通过塑性变形而成形，在电线卷绕步 骤102之后将没有电线50的弹回发生。从而，在随后的定子线圈形成步骤103中，可以容易 地并准确地操作(即，放置和轴向移动)成形的电线50，由此便于电线50的组装。另外，在 定子线圈形成步骤103之后，可以可靠地防止电线50的相对应的槽内部分50之间的不对 准的发生，由此可靠地保持定子线圈40的空心圆柱形状。从而，在定子安装步骤104中，可 以容易地和准确地将定子芯30安装到定子线圈40中。结果，可以提高定子20的生产率， 同时既确保定子20的高尺寸精度又确保定子20的高可靠性。在本实施例中，指定1. 0 < ff/L ^ 1. 1的尺寸关系，其中，W是电线50的形成有凸 起57或58的那部分的径向厚度，L是电线50的没有凸起形成的槽内部分51的径向厚度。 指定以上关系，可以便于在定子形成步骤103中，不塑性变形电线50和不损坏其 绝缘层68而组装电线50。在本实施例中，形成定子线圈40的电线50的数量等于48 ；形成在定子芯30中的 槽31的数量也等于48。即，电线50的数量等于槽31的数量。另外，电线50以定子芯30 的一个槽距、沿定子芯30的周向方向相互偏移。采用以上构造，可以形成定子线圈40具有基本完美的空心圆柱形状。另外，由定 子线圈40的基本完美的空心圆柱形状，可以确保旋转电机的高性能。此外，可以缩短每条 电线50的长度。在本实施例中，在定子芯30的每个槽31中，电线50的槽内部分51径向堆叠12 层。即，在定子芯30每个槽31内径向堆叠的电线50的槽内部分51的数量等于设置在每 条电线50的中的槽内部分51的数量。由以上构造，可以将第一槽内部分51A排列在相应槽31内的径向最外面，而将第 十二槽内部分51L排列在径向最里面。在本实施例中，电线50的所有第i槽内部分51分别接收在定子芯30的周向相邻 的不同槽31内，并且从定子芯30的轴线0到电线50的第i槽内部分51的径向距离是相 等的，其中i = 1,2. . . 12。由以上构造，定子线圈40的外径和内径两者可以沿定子芯30的周向方向保持恒定。在本实施例中，对于形成定子线圈40的每条电线50，顺次接收电线50的第一至第 十二槽内部分51A-51L的定子芯30的8个槽31以六个槽的间距周向间隔开。由以上构造，可以形成定子线圈40具有期望数目个相(即，在本实施例中为三个 相)。在本实施例中，形成定子线圈40的每条电线50由具有基本矩形横截面的电导体 67和涂覆在电导体67外表面上的绝缘层68组成。由基本矩形的横截面，可以将电线50的槽内部分51密集地排列在定子芯30的槽 31内，由此确保电线50在槽31内的高空间系数。此外，还可以密集地排列电线50的转弯 部分52，由此最小化定子线圈40的线圈端部42的径向尺寸。
在本实施例中，定子线圈40被如此配置当沿定子芯30的轴线0观看时，形成定 子线圈40的每条电线50围绕定子芯30的轴线0螺旋延伸。由以上构造，可以密集地排列电线50，而不增加定子芯40的径向尺寸。虽然已示出和已描述本发明的以上特定实施例，本领域的普通技术人员将理解 为可以不脱离本发明的精神进行各种改型、变动以及改进。例如，图25A示出了电线50的第一改型。在这个实施例中，将半转弯部分52M和 52N形成为沿电线50的纵向方向分别从第一和第十二槽内部分51A和51L向外延伸。从 而，引导部分53a和53b沿纵向方向以半转弯部分52M和52N的长度分别从第一和第十二 槽内部分51A和51L向外偏移。图25B示出了电线50的第二改型。在这个 改型中，半转弯部分52M被形成为沿电 线50的纵向方向从第一槽内部分51A向外延伸，而半转弯部分52N被形成为沿纵向方向从 第十二槽内部分51L向内延伸。从而，引导部分53a沿纵向方向以半转弯部分52M的长度 从第一槽内部分51A向外偏移，而引导部分53b沿纵向方向以半转弯部分52N的长度向内 偏移。图26A示出了电线50的第三改型。在这个改型中，半转弯部分52M被形成为沿电 线50的纵向方向从第一槽内部分51A向内延伸，而半转弯部分52N被形成为沿纵向方向从 第十二槽内部分51L向外延伸。从而，引导部分53a沿纵向方向以半转弯部分52M的长度 从第一槽内部分51A向内偏移，而引导部分53b沿纵向方向以半转弯部分52N的长度从第 十二槽内部分51L向外偏移。图26B示出了电线50的第四改型。在这个改型中，半转弯部分52M和52N两者都 被省略掉，以使得引导部分53a和53b分别从第一和第十二槽内部分51A和51L中直地延 伸而没有沿电线50的纵向方向偏移。图27示出了电线50的第五改型。在这个改型中，从电线50的每个转弯部分52 中省略了如图12A中所示的肩部56。从而，电线50的每个转弯部分52中曲柄形部分54和 肩部55之间的部分变为直的。结果，电线50的转弯部分52的形状被简化，由此便于电线 50的成形。图28A-28B示出了电线50的第六改型。在这个改型中，半转弯部分52M和52N两 者被成形为直的，没有被形成为如图11A-11B所示的梯级状。采用直形状的半转弯部分52M 和52N，引导部分53a和53b可以更容易地和更精确地定位。此外，还可以只将半转弯部分 52M和52N的其中一个成形为直的。在之前的实施例中，为了径向偏移由转弯部分52连接的相应的一对槽内部分51， 电线50的每个转弯部分52包括基本形成在转弯部分52的中心的曲柄形部分54。然而，曲 柄形部分54不是必须形成在转弯部分52的基本中心。例如，曲柄形部分54可以形成在转 弯部分52的一个端部附近。在之前的实施例中，由转弯部分52的每个曲柄形部分54产生的径向偏移的量被 设置成等于电线50的槽内部分51的径向厚度。然而，由每个曲柄形部分54产生的径向偏 移的量还可以被设置成是槽内部分51的径向厚度的比如0. 5、1. 5或2倍。在这样情形下， 由相应其中一个转弯部分52连接的每一对相邻的槽内部分51距定子芯30的轴线0的径 向距离之差，将因而是槽内部分51的径向厚度的0. 5、1. 5或2倍。
在之前的实施例中，用于电线形成步骤101中的第一固定夹具81拐角部分81a以 固定的曲率半径R倒圆，从而具有平滑的弯曲外表面。然而，如图29A-29B所示，还可以在 拐角部分81a的弯曲外表面的中心设置突出部81b ；突出部81b以小于R的曲率半径进行 倒圆。在这种情形下，在抵靠第一固定夹具81弯曲电线50期间，可以便于凸起57的形成。 此外，凸出部81b还可以设置在拐角部分81a的弯曲外表面上，以使得从弯曲外表面的中心 偏移。在之前的实施例中，每个凸起57形成在相应的其中一个弯曲部的径向端面上，该 弯曲部形成在转弯部分52的肩部55和电线50的槽内部分51之间。然而，还可以使用如 图30A-30B中所示的一对第一和第二夹具85和86，使凸起形成在电线50的槽内部分51的 径向端面上。更具体地，第一夹具85基本上是U形的，且具有多个(例如4个)形成在第一夹 具85的底壁内表面上的凸出部85a。第二夹具86是平板状的，且具有多个(例如4个)通 孔86a。在形成电线50时，电线材料50a首先置入在第一和第二夹具85和86之间，第一夹 具85的每个凸出部85a与第二夹具86的相应的其中一个通孔86a相对齐。然后，电线材 料50a被压在第一和第二夹具85和86之间。从而，电线材料50a的某些部分分别由第一 夹具85的凸出部85a压进第二夹具86的通孔86a中，由此在电线50a的、构成电线50其 中一个槽内部分51的部分的径向端面(即，图30A-30B中上表面)上形成凸 起57a。
权利要求
1.一种用于旋转电机的定子，所述定子包括空心圆柱状定子芯，其具有纵向轴线和形成在所述定子芯的径向内表面并沿所述定子 芯的周向方向间隔的多个槽；以及定子线圈，由安装在所述定子芯上并沿所述定子芯的所述周向方向相互偏移的多条电 线组成， 其中每条所述电线具有第一、第二.......和第η槽内部分以及第一、第二.......和第(η-1)转弯部分，其中η是不小于4的整数，所述第一至所述第η槽内部分顺次被接收在所述定子芯的P个所述槽内，其中P是不 大于η的整数，所述第一至所述第(η-1)转弯部分交替地位于所述槽的外侧的所述定子芯的相反轴 侧，以连接所述第一至所述第η槽内部分的相应相邻对，以及从所述定子芯的所述轴线到所述第一至所述第η槽内部分的径向距离逐次减小，以及 其中每条所述电线还包括多个凸起，每个所述凸起形成在所述电线的相应其中一个所述槽 内部分的表面上，或形成在所述电线的、落在从所述相应槽内部分轴向延伸的假想线上的 那部分的表面上，以沿所述定子芯的径向方向从所述相应槽内部分突出。
2.如权利要求1所述的定子，其中每条所述电线被形成为使得所述电线的每个所述转 弯部分包括一对肩部，每个所述肩部邻接所述电线的相应其中一个所述槽内部分，并以与所述相应槽内部分 基本成直角弯曲，以在所述肩部和所述相应槽内部分之间形成弯曲部，以及每个所述凸起被形成在相应其中一个形成在所述转弯部分的所述肩部和所述电线的 槽内部分之间的所述弯曲部的表面上。
3.如权利要求1所述的定子，其中每条所述电线被形成为使得所述电线的所述转弯部 分呈阶梯状，以包括基本垂直于所述槽内部分延伸的多个肩部，以及每条所述电线还包括多个第二凸起，每个所述第二凸起形成在相应其中一个形成在所 述电线的所述转弯部分的所述肩部之间的弯曲部的表面上，以沿所述定子芯的径向方向突 出ο
4.如权利要求1所述的定子，其中所述电线的所述第一槽内部分定位于所述定子芯的 所述槽中的径向最外侧，而所述第η槽内部分定位于径向最内侧，每条所述电线还具有第一端部和第二端部，所述第一端部离所述电线的所述第一槽内 部分比离其他任一所述槽内部分要近，所述第二端部离所述电线的所述第η槽内部分比离 其他任一所述槽内部分要近，所述定子线圈是由多个相绕组组成的多相定子线圈，所述定子线圈的每个所述相绕组由所述电线中的至少两条形成，以及所述两条电线的其中一条的所述第一端部连接到另外一条电线的所述第二端部。
5.如权利要求1所述的定子，其中所述定子线圈是通过首先经塑性变形每条所述电线 来成形它、然后通过在其间建立相对轴向移动来组装所述电线而形成。
6.如权利要求5所述的定子，其中1.0<W/L彡1.1，其中W是所述电线的形成有所述凸起的那些部分的径向厚度，以及L是所述电线的所述槽内部分的没有形成凸起的那些部 分的径向厚度。
7.如权利要求1所述的定子，其中1.0 < W/L彡1. 1，其中，W是所述电线的形成有所 述凸起的那些部分的径向厚度，以及L是所述电线的所述槽内部分的没有形成凸起的那些 部分的径向厚度。
8.如权利要求1所述的定子，其中形成所述定子线圈的所述电线的数量等于形成在所 述定子芯中的所述槽的数量，以及所述电线沿所述定子芯的所述周向方向相互偏移所述定子芯的一个槽距。
9.如权利要求1所述的定子，其中在所述定子芯的每个所述槽中，所述电线的所述槽 内部分径向堆叠η层。
10.如权利要求1所述的定子，其中所述电线的所有所述第η槽内部分分别被接收在所 述定子芯的周向相邻的不同的所述槽内，且从所述定子芯的轴线到所述电线的所述第i槽 内部分的所有径向距离是相等的，其中i = l，2...n。
11.如权利要求1所述的定子，其中对于形成所述定子线圈的每条所述电线，顺次将所 述电线的所述第一至所述第η槽内部分接收于其中的定子芯的所述P个槽以所述定子芯的 预定数目个所述槽的间距周向间隔。
12.如权利要求1所述的定子，其中形成所述定子线圈的每条所述电线由具有基本矩 形横截面的电导体和覆盖在所述电导体外表面的绝缘层组成。
13.如权利要求1所述的定子，其中当沿所述定子芯的所述轴线观察时，每条所述电线 绕所述定子芯的所述轴线螺旋延伸。
全文摘要
本发明涉及用于旋转电机的定子。一种定子，包括空心圆柱状定子芯和由电线组成的定子线圈。每条电线具有n个槽内部分和(n-1)个转弯部分，其中n≥4。槽内部分顺次接收在定子芯的p个槽内，其中p≥n。转弯部分位于槽外以连接相邻对的槽内部分。从定子芯的纵向轴线到第一至第n槽内部分的径向距离逐次减小。每条电线还包括凸起。每个凸起形成在相应其中一个槽内部分的表面上或电线的落在从相应槽内部分轴向延伸的假想线上的那一部分的表面上，以使得沿径向方向从相应槽内部分突出。
文档编号H02K3/28GK102097874SQ20101059185
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月9日 优先权日2009年12月9日
发明者中村重信 申请人:株式会社电装