专利名称：线圈、定子以及用于制造线圈的方法
技术领域：
本发明涉及线圈、定子以及用于制造线圈的方法。
背景技术：
日本专利特开公报No. 2009-195005描述了一种旋转电机，该旋转电机包括两个连续的交叠线圈，所述线圈通过形成两个α卷绕的线圈并且使该两个α卷绕的线圈成形而获得。当α卷绕线圈被扩展时，绕圈具有如在图23中示出的在部分A处分散开的倾向。这增大了线圈在定子的轴向方向上的长度。 此外，线圈通过扩展α卷绕线圈获得。这在曲柄形部分处的导电线圈的端部中的部分B内形成了回弯部，如图24中示出的。因此，线圈的长度在定子的轴向方向上增大。此处，在线圈被设置在定子的狭槽内的状态下，当在两个狭槽插入部中的一个中沿定子的径向方向向外设置的平面或者导体被在狭槽插入部中的另一个中沿定子的径向方向向内设置时，产生线圈的回弯部。即，该回弯部指沿径向方向改变平面或者导体的位置的线圈的弯曲部。
发明内容
本发明的目的是提供一种线圈、一种定子以及一种用于制造防止导线分开并且减小轴向长度的线圈的方法。本发明的一个方面是一种设置在旋转电机的定子内的线圈。定子包括沿圆周方向设置的多个狭槽。该线圈包括通过扁立卷绕(edgewise winding)导电矩形线形成的第一卷绕部。第一卷绕部包括两个第一狭槽插入部分和两个第一线圈端部部分，两个第一狭槽插入部分分别设置在沿圆周方向相互间隔开的两个第一狭槽内，两个第一线圈端部部分连接两个第一狭槽插入部分。第一狭槽包括在定子的多个狭槽内。第二卷绕部通过扁立卷绕连接至第一卷绕部的导电矩形线形成。第二卷绕部包括两个第二狭槽插入部分和两个第二线圈端部部分，两个第二狭槽插入部分分别设置在沿圆周方向相互间隔开的两个第二狭槽内，两个第二线圈端部部分连接两个第二狭槽插入部分。所述两个第二狭槽包括在定子的多个狭槽内。第一和第二线圈端部部分中每一个均包括曲柄形区段。第一和第二卷绕部形成为使得当第一和第二狭槽插入部分被设置在相应的狭槽中时，矩形线的横截面的长边沿定子的圆周方向延伸，而矩形线的横截面的短边沿定子的径向方向延伸。根据下文的通过示例描述本发明的原理的结合附图的说明，本发明的其他方面和优点将变得更加清楚。
通过参照下文对本发明优选实施方式的描述以及附图，本发明连同其目的和优点将得到最佳理解，在图中
图I是根据本发明第一实施方式的定子组件的透视图；图2是整体不出了图I的线圈(二相线圈)的平面图；图3是示出了图I的线圈的透视图；图4A是示出了 图3的线圈的平面图；图4B是图3中示出的线圈的正视图；图4C是沿图4B中的线4C-4C取得的截面图；图5是示出了图3的线圈的正视图以说明引出部的位置关系；图6是示出了线圈制造方法的流程图；图7A是以图6的卷绕方法执行两次扁立卷绕之后的线圈的平面图；图7B是图7A中示出的线圈的正视图；图8A是根据本发明第二实施方式的线圈的分解透视图；图8B是沿图8A中的箭头A方向观看的线圈的正视图；图9是示出了包括图8A的线圈的定子的平面图；图10是图9中示出的定子的透视图；图11是示出了图9的定子的局部平面图；图12是示出了图9的定子的局部透视图；图13是示出了图9的定子的局部分解透视图；图14是用于连接图13中示出的相同相位的线圈的连接线的透视图；图15是示出了沿图14中的箭头A的方向观看的用于连接相同相位的线圈的连接线的视图；图16是示出了沿图14中的箭头B的方向观看的用于连接相同相位的线圈的连接线的视图；图17是示出了沿图14中的箭头C的方向观看的用于连接相同相位的线圈的连接线的视图；图18是示出了图8A的线圈中的线圈元件之间的尺寸关系的示意性图示；图19A是另一示例中的线圈的平面图；图19B是图19A中示出的线圈的正视图；图20是示出了图19A的线圈以说明引出部的位置关系的正视图；图21是示出了另一示例中的线圈的局部截面图；图22是示出了另一示例中的线圈的正视图；图23是示出了现有技术线圈的透视图；图24是图23中示出的线圈的正视图。
具体实施例方式第一实施方式现在将参照附图描述本发明的第一实施方式。在第一实施方式中，起旋转电机作用的马达包括定子10。如图I中示出的，定子10包括圆柱形的定子芯20。定子芯20包括具有大量狭槽21的内圆周表面。每个狭槽21均在定子芯20的内圆周表面处敞开。多个线圈30插入在狭槽21内。本实施方式的马达是三相马达。图2仅示出了设置在定子中的线圈30。图2未示出线圈的引出部。每个线圈30均由单个导线形成。如图3和图4A至图4C示出的，每个线圈30均包括两个连续的线圈部。尤其是，由单个导线形成的线圈30包括第一卷绕部40和第二卷绕部50，并且还包括连接第一卷绕部40和第二卷绕部50的连接部60。导线是具有矩形横截面的矩形线。该矩形线(导线)经过扁立卷绕形成第一卷绕部40和第二卷绕部50。如沿定子芯20的径向方向观看的，第一卷绕部40具有六角形形状。第一卷绕部40包括狭槽插入部分(第一狭槽插入部分)41和42以及两个线圈端部部分(第一线圈端部部分)43。狭槽插入部分41和42分别插入到定子芯内的相互间隔开的两个狭槽21内。线圈端部部分43从定子芯20的两个轴向端部伸出。每个线圈端部部分43均包括两个倾斜区段44和45以及形成在倾斜区段44和45之间的曲柄形区段46。倾斜区段44和45分别从狭槽插入部分41和42的端部倾斜地延伸。曲柄形区段46将倾斜区段44和45连接到插入在两个狭槽21 (狭槽组中的一对狭槽)内的狭槽插入部分41和42的端部上。每个 狭槽21均容纳两个相邻线圈30的两个狭槽插入部分。在此状态下，倾斜区段44和狭槽插入部分41在径向方向上向外地定位(定位在径向外侧)。倾斜区段45和狭槽插入部分42在径向方向上向内地定位(定位在径向内侧)。曲柄形区段46连接该径向外侧和该径向内侧。如上文描述的，第一卷绕部40通过在导电矩形线上执行扁立卷绕形成，并且包括对应于定子狭槽的两个狭槽插入部分41和42以及线圈端部部分43。第一卷绕部40的每个线圈端部部分43均包括曲柄形区段46。形成狭槽插入部分41和42的矩形线被卷绕为使得，当把狭槽插入部分41和42插入到狭槽21内时，矩形线的横截面的长边方向沿定子的圆周方向延伸，而矩形线的横截面的短边方向沿定子的径向方向延伸。形成第一卷绕部40的矩形线被卷绕为使得当把第一卷绕部40插入到狭槽21内时，在径向内侧处设置在狭槽插入部分41 (两个狭槽插入部分中的一个)上的矩形线通过线圈端部部分43也在径向内侧处设置在狭槽插入部分42 (两个狭槽插入部分中的另一个)上。以同样的方式，如沿定子芯20的径向方向观看的，第二卷绕部50具有六角形形状。第二卷绕部50包括狭槽插入部分(第二狭槽插入部分)51和52以及两个线圈端部部分(第二线圈端部部分)53。狭槽插入部分51和52分别插入到定子芯内的相互间隔开的两个狭槽21内。线圈端部部分53从定子芯20的两个轴向端部伸出。每个线圈端部部分53均包括两个倾斜区段54和55以及形成在倾斜区段54和55之间的曲柄形区段56。倾斜区段54和55分别从狭槽插入部分51和52的端部倾斜地延伸。曲柄形区段56将倾斜区段54和55连接到插入在两个狭槽21 (狭槽组中的一对狭槽)内的狭槽插入部分51和52的端部上。每个狭槽21均容纳两个相邻线圈30的两个狭槽插入部分。在此状态下，倾斜区段54和狭槽插入部分51在径向方向上向外地定位(定位在径向外侧)。倾斜区段55和狭槽插入部分52在径向方向上向内地定位(定位在径向内侧)。曲柄形区段56连接该径向外侧和该径向内侧。如上文描述的，第二卷绕部50通过在连接至第一卷绕部40的导电矩形线上执行扁立卷绕形成，并且包括对应于定子狭槽的两个狭槽插入部分51和52以及线圈端部部分53。第二卷绕部50的每个线圈端部部分53均包括曲柄形区段56。形成狭槽插入部分51和52的矩形线被卷绕为使得当把狭槽插入部分51和52插入到狭槽21内时，矩形线的横截面的长边方向沿定子的圆周方向延伸，而矩形线的横截面的短边方向沿定子的径向方向延伸。
形成第二卷绕部50的矩形线被卷绕为使得当把第二卷绕部50插入到狭槽21内时，在径向内侧处设置在狭槽插入部分51 (两个狭槽插入部分中的一个)上的矩形线通过线圈端部部分53也在径向内侧处设置在狭槽插入部分52 (两个狭槽插入部分中的另一个)上。沿定子芯20的圆周方向，狭槽插入部分41、42、51和52设置为使得第一卷绕部40的狭槽插入部分41位于从第二卷绕部50的狭槽插入部分51向外(在图4C中向左)处，以及狭槽插入部分42位于从第二卷绕部分50的狭槽插入部分52向内(在图4C中向左)处。此外，第二卷绕部50的狭槽插入部分52位于从第一卷绕部40的狭槽插入部分42向外(在图4C中向右)处，以及狭槽插入部分51位于从第一卷绕部40的狭槽插入部分41向内(在图4C中向右)处。如图5中示出的，每个线圈30均包括第一引出部70和第二引出部71。第一引出部70从狭槽插入部分42引出。第二引出部71从狭槽插入部分51引出。如图4B中示出的，连接部60连接狭槽插入部分41和狭槽插入部分52。连接部60延伸穿过形成在曲柄形区段46与曲柄形区段56之间的凹谷部。如图I中示出的，线圈30被插入在定子芯的狭槽21内以形成定子组件。如图2中示出的，插入在狭槽21内的线圈30形成整个三相线圈。在图I中示出的定子组件中，未示出使相同相位的线圈30相互连接的连接线。图2也未示出使相同相位的线圈30相互连接的连接线。定子10包括用于每个相的八个线圈30。因此，对于三个相位(U相、V相和W相)，定子10包括总共24 (8 X 3)个线圈30。三个不同相位的线圈30依序插入到狭槽内，使得相同相位(同极)的两个狭槽插入部分设置成彼此相邻。因此，在第一实施方式中，具有相同极性的狭槽的数量为二。现在将描述用于制造包括两个卷绕部40和50的本实施方式的线圈30的方法。图6示出了制造线圈30的过程。在图6中的第一步骤SI中，执行两次扁立卷绕。尤其是，将单个导电矩形线从其端部以扁立方式卷绕，以顺序地形成由连接部60连接的基本上六角形的第一卷绕部40和基本上六角形的第二卷绕部50。这如图7A和图7B的状态中示出地卷绕单个导线。在第二步骤S2中，执行曲柄压制。尤其是，曲柄形区段46和56形成在第一卷绕部40和第二卷绕部50的线圈端部部分43和53中。如在图7A中观看的，线圈端部部分43沿垂直方向，即，沿垂直于沿矩形线的横截面的长边延伸的表面的方向压制。在第三步骤S3中，形成连接部。连接部60的对应于曲柄形区段46和56的部分被压制成曲柄形状。连接部60沿与在第二步骤S2中执行压制的方向基本上相同的方向压制。该压制可以与第二步骤S2同时执行。随后，将两个狭槽插入部分41和42与狭槽中的两个对准，并且将两个狭槽插入部分51和52与狭槽中的两个对准。使连接部60的对应于倾斜区段44和55的部分弯曲以形成倾斜区段44和55。此过程形成图4A至图4C中示出的线圈30，即，将第一卷绕部40和第二卷绕部50与连接部60连接的线圈30。对于每个相位均设置有八个线圈30。每个线圈30均包括两个线圈部。因而,如图2中示出的，总共24个线圈30被插入到狭槽21内。这完成了图I中示出的定子10。上文描述的制造过程是一个示例。线圈30可以通过其他过程制造。现在将描述线圈30的操作。如图3至图4C中示出的，本实施方式的线圈30每个均包括两个卷绕部40和50，卷绕部40和50中的每个均被 以扁立方式卷绕为六角形状。该两个卷绕部40和50堆叠在一起。因此，当把线圈30插入到狭槽21内时，绕圈不会在扩展狭槽插入部分41和42之间的空间以及狭槽插入部分51和52之间的空间时散开。此外，线圈30在定子的轴向方向上具有小的长度。在本实施方式的线圈30中，卷绕部40和50以扁立方式卷绕，并且相互连接。在此情况下，曲柄形区段46和56不具有回弯部，并且线圈没有延伸超过曲柄形区段46和56。因此，线圈的在定子的轴向方向上的长度小。此外，在本实施方式的线圈30中，连接两个卷绕部40和50的连接部60延伸穿过曲柄形区段46和56 (凸脊部)之间的凹谷部。因此，导线不延伸超过曲柄形区段46和56。线圈30不包括在轴向上伸出的部分，或者包括在轴向方向上伸出短距离的部分。这使得轴向长度减小了对应于连接部的量。本实施方式具有下文描述的优点。(I)包括两个线圈部的线圈30通过将导电矩形线以交叠方式卷绕为第一卷绕部40和第二卷绕部50形成。第一卷绕部40和第二卷绕部50的线圈端部部分43和53包括通过扁立卷绕矩形线形成的曲柄形区段46和56。此外，第一卷绕部40和第二卷绕部50形成为使得当把狭槽插入部分41、42、51和52插入到狭槽21内时，沿矩形线的横截面的长边的方向沿定子的圆周方向延伸，而沿矩形线的横截面的短边的方向沿的定子的径向方向延伸。当扩展线圈时，图23中示出的α卷绕线圈的回弯部容易散开。这增大了线圈在定子的轴向方向上的长度。相反，本实施方式的线圈通过扁立卷绕矩形线形成。因此，在形成两个卷绕部以后，金属线的回弯部不散开，并且防止了线圈的长度在定子的轴向方向上增大。此外，图24中示出的线圈通过扩展α卷绕线圈形成。因此，部分B (即曲柄形区段)中的回弯部增大了线圈在定子的轴向方向上的长度。相反，本实施方式的线圈端部部分43和53中的曲柄形区段46和56不具有回弯部。这防止了线圈的长度在定子的轴向方向上增大。此结构防止了线圈端部部分43和53中的金属线的回弯部散开。此外，从线圈端部部分的曲柄形区段中的导线上消除了回弯部。这减少了线圈的在定子10的轴向方向上的长度。(2)线圈30包括连接第一卷绕部40和第二卷绕部50的连接部60。连接部60在第一卷绕部40的曲柄形区段46与第二卷绕部50的曲柄形区段56之间延伸。此结构减小了线圈的在定子10的轴向方向上的长度。(3)线圈30包括连接第一卷绕部40和第二卷绕部50的连接部60。两个狭槽插入部分41和42中的一个设置在从线圈30中的第二卷绕部50的向外处。狭槽插入部分41和42中的另一个设置在从线圈30中的第一卷绕部40的向外处。连接部60连接设置在外侧处的狭槽插入部分41和52。这便利了连接部的形成。(4)当制造线圈时，单个导电矩形线被扁立卷绕以形成由连接部60连接的第一卷绕部40和第二卷绕部50 (第一步骤)。曲柄形区段46和56形成在第一卷绕部40和第二卷绕部50的线圈端部部分43和53内(第二步骤)。连接部60形成为使得第一卷绕部40中的两个狭槽插入部分41和42以及第二卷绕部50中的两个狭槽插入部分51和52与沿圆周方向设置在定子芯20内的对应的狭槽对对准(第三步骤)。这完成了具有上文描述的优点(I)的线圈30。(5)执行扁立卷绕以形成卷绕部40和50。可以从矩形线的端部中的一个卷绕矩形线以顺序地形成第一卷绕部40和第二卷绕部50。因此，线圈30容易制造。当形成如图23中示出的包括两个线圈部的线圈时，需要准备具有预定长度的矩形线并且从其中央部卷
绕。 (6)卷绕部40和50通过执行扁立卷绕形成。在此情况下，曲柄形区段不具有回弯部。曲柄形区段和连接部的对应于曲柄形区段的部分可以通过使矩形线的对应于矩形线的横截面的长边方向的表面弯曲而形成。因此，可以容易地形成曲柄形区段和连接部的对应于曲柄形区段的部分。第二实施方式现在将描述本发明的第二实施方式，重点在于与第一实施方式的差别。为了方便，本实施方式中使用了术语“卷绕起始引出部”和“卷绕终止引出部”。这些术语不限制卷绕线圈的过程。如图8A和图8B中示出的，在本实施方式中，线圈100包括设置在多个层中的多个(图8A中为三个)线圈元件。尤其是，线圈100包括在第一层中的第一线圈元件110、在第二层中的第二线圈元件120和在第三层中的第三线圈元件130。在第一层中的线圈元件110(最外侧线圈元件)在径向方向上位于最外侧。在第二结构中的线圈元件120(中间线圈元件)从第一层的线圈元件110沿径向方向向内地定位。第三线圈元件130 (最内侧线圈元件)在径向方向上位于最内侧。线圈元件110、120和130中的每一个均包括第一卷绕部141和第二卷绕部142。第一卷绕部141通过扁立卷绕导电矩形线形成，并且包括对应于定子的狭槽21的两个狭槽插入部分143和144以及两个线圈端部部分145。第二卷绕部142通过扁立卷绕连接至第一卷绕部141的导电矩形线形成，并且包括对应于定子的狭槽21的两个狭槽插入部分146和147以及两个线圈端部部分148。在分开的线圈元件(即线圈元件110、120和130)中的每一个中的第一卷绕部141和第二卷绕部142均设置在狭槽21内。线圈元件110、120和130中的每一个均形成为使得每个线圈元件均具有设置在相同的狭槽内的至少一个绕圈。此外，线圈100具有多个层的交叠绕圈(螺旋形绕圈)结构(即三个线圈元件110、120和130)。多个层的狭槽插入部分143被插入到相同的狭槽中，多个层的狭槽插入部分144被插入到相同的狭槽中，多个层的狭槽插入部分146被插入到相同的狭槽中，以及多个层的狭槽插入部分147被插入到相同的狭槽中。换句话说，包括在径向方向上分开的多个层(三个层)的线圈100包括两个线圈部。多个线圈元件110、120和130沿定子的径向方向设置。
本实施方式的线圈100也以交叠方式卷绕，其中具有相同极性的狭槽的数量为二。如图4C中示出的，狭槽插入部分41(图8A和图8B中的每层的狭槽插入部分143)和狭槽插入部分51(图8A和图SB中的每层的狭槽插入部分146)具有相同的极性。此外，狭槽插入部分41和狭槽插入部分51被插入到相邻的狭槽中。狭槽插入部分42(图8A和图SB中的多个层的狭槽插入部分144)和狭槽插入部分52 (图8A和图SB中的多个层的狭槽插入部分147)具有相同的极性。狭槽插入部分42和狭槽插入部分52被插入到相邻的狭槽内。在线圈100中，具有相同极性的插入在两个狭槽内的卷绕部(图8A和图SB中的卷绕部141和142)被连接。
如在图8A和图8B中示出的，第一线圈元件110包括第一卷绕部141的卷绕起始引出部150和第二卷绕部142的卷绕终止引出部151。第二线圈元件120包括第一卷绕部141的卷绕起始引出部152和第二卷绕部142的卷绕终止引出部153。第三线圈元件130包括第一卷绕部141的卷绕起始引出部154和第二卷绕部142的卷绕终止引出部155。引出部151、153和155起沿定子的径向方向设置在内侧的内引出部的作用。引出部150、152和154起沿定子的径向方向设置在外侧的外引出部的作用。引出部150、151、152、153、154和155沿轴向方向延伸，并且从卷绕部引出。在线圈100中，线圈元件110、120和130中的相邻线圈元件中的引出部151、152、153和154沿圆周方向定位在相同的位置处。换言之，在相邻线圈元件中的引出部设置在交叠的位置处。线圈元件110、120和130中的引出部151、152、153和154的端部相互直接连结。尤其是，第一线圈元件110的卷绕终止引出部151和第二线圈元件120的卷绕起始引出部152沿圆周方向定位在相同的相位位置处。第二线圈元件120的线圈终止引出部153和第三线圈元件130的卷绕起始引出部154沿圆周方向定位在相同的相位位置处。换言之，一个线圈元件的卷绕终止引出部与下一个内线圈元件的卷绕起始引出部沿圆周方向定位在相同的相位位置处。因此，如图8B中示出的，第一卷绕部141的端部(卷绕从该端部起始)在如下位置处沿轴向方向延伸该位置位于线圈端部部分145的顶部之前、在缩短卷绕起始部的倾斜区段的方向上偏离线圈端部部分145的顶部位置。第二卷绕部142的端部(卷绕终止在该端部处)在如下位置处沿轴向方向延伸该位置位于线圈端部部分148的顶部之前、在缩短卷绕终止部的倾斜区段的方向上偏离线圈端部部分148的顶部位置。随后，将第一卷绕部141和第二卷绕部142的所述端部相互连结。换言之，线圈元件110、120和130的卷绕起始引出部150、152和154在如下位置处沿轴向方向引出所述位置在缩短线圈端部部分145的卷绕起始部的倾斜区段的方向上偏离线圈端部部分145的顶部位置距离LI。线圈元件110和120的线圈终止引出部151和153在如下位置处沿轴向方向引出所述位置在缩短线圈端部部分148的卷绕终止部的倾斜区段的方向上偏离线圈端部部分148的顶部位置距离LI。随后，引出部相互连结。引出部150、151、152、153和154在第一卷绕部141的顶部(线圈端部部分145)与第二卷绕部142的顶部(线圈端部部分148)之间在位于圆周方向上的中间位置处沿轴向方向延伸。本实施方式的线圈获得了与日本专利特开公报No. 2009-195005中描述的发卡状线圈的线圈端部相同的线圈端部高度，但铜线中的分开部更少，在所述日本专利特开公报No. 2009-195005中，每个绕组的线圈是分开的。因此，本实施方式的线圈需要更少的用于线圈形成、端部处理和焊接的成本。详细地，日本专利特开公报No. 2009-195005中描述的线圈具有包括大量铜线回弯部的曲柄形区段。因此，当防止相邻的回弯部相互干涉时，线圈端部高度将变大。如果金属线在极之间连续卷绕，线圈将具有较差的设置能力。相反，本实施方式的线圈减少了线圈端部高度，并且具有良好的设置能力。
如在图9和图10中示出的，U相线圈100a、V相线圈IOOb和W相线圈IOOc被插入到定子芯20的狭槽21内。现在将参照图8A和图8B描述线圈100a、IOOb和IOOc的结构。相同相位的线圈100通过连接线连接。尤其是，具有相同相位且沿定子的圆周方向相邻(参照图8A和图8B)的线圈100的引出部155通过相同相位的连接线201、202和203连接。详细地，如图11至图13中示出的，连接线201、202和203分别从最内侧引出部155a、155b和155c沿径向方向向外地定位。因此，相同相位的连接线201、202和203之中没有一个从定子200 (定子芯20)的内圆周表面沿径向方向向内地设置。此外，相同相位的连接金属线201、202和203之中没有一个从定子的内圆周表面上伸出。相同相位的连接线201,202和203 (直立部分212和U形部分214)对准并且结合在定子的除了内圆周表面以外的表面上，也就是结合在定子芯20的轴向端部表面上。相同相位的相邻线圈100在位于径向方向上的最外侧的引出部150处也由连接线连接，尽管此连接未在图中示出。如在图8A和图8B中示出的，在线圈100中，位于径向方向上的最内侧的引出部155在圆周方向上偏离设置在从引出部155沿径向方向向外处的引出部150至154距离L2。尤其是，在线圈100中，位于径向方向上的最内侧的线圈元件130的引出部155从如下位置沿轴向方向引出该位置偏离在径向方向上向外的线圈元件120和110的引出部150、151、152、153和154对应于圆周方向上的一个狭槽间距(距离L2)的量。引出部155起偏离引出部的作用。尤其是，相邻的线圈100的引出部150至154在圆周方向上相互间隔开两个狭槽间距。因此，引出部155形成在沿圆周方向相邻的引出部150至154之间的中间位置处。也就是，引出部155形成在偏离相邻的引出部150至154 —个狭槽间距的位置处。如在图12中示出的，在其内未设置有引出部150至155之中的任一个的空间内，相同相位的连接线201、202和203中的每一个均沿径向方向和圆周方向延伸。连接线201、202和203中的每一个均连接在径向方向上向内定位的线圈元件的引出部155。如在图13中示出的，U相线圈100a、V相线圈IOOb和W相线圈IOOc中的每一个的最内侧线圈元件130包括引出部155a、155b和155c中的相应的一个。彼此相邻的相同相位的引出部155a、155b和155c通过U相、V相和W相的连接线201、202和203相互连接。相同相位的连接线201、202和203中的每一个均由单个矩形线形成。如图14至图17中示出的，连接线201、202和203中的每一个均包括沿圆周方向延伸的倾斜区段210、径向延伸部分211、直立部分212、径向延伸部分213和U形部分214。倾斜区段210延伸通过图8A中示出的形成在引出部150和151之间的区域。在径向方向上的引出部150和151之间的该区域是狭窄的，从而仅允许单个矩形线能够通过其。如在图16中示出的，倾斜区段210以相对于圆周方向倾斜角度Θ的状态延伸。如在图15和图17中示出的，径向延伸部211从倾斜区段210的一个端部沿径向方向向内延伸。直立部分212从径向延伸部分211的远端部沿轴向方向延伸。直立部分212的远端部起连接至线圈元件130的引出部155的两个连接部分中的一个的作用。如在图15和图17中示出的，径向延伸部分213从倾斜区段210的另一端部沿径向方向向内延伸。U形部分214从径向延伸部分213的远端部沿轴向方向延伸。U形部分214的远端部起连接至线圈元件130的引出部155的另一连接部分的作用。U相、V相和W相中的每一个的连接线201、202和203从定子(定子芯20)的内圆周表面沿径向方向向外地定位(定位在外圆周侧)，如图9至图11中所示，并且在线圈引出部之间延伸。如图12中示出的，相同相位的连接线201、202和203的倾斜区段210与不相同相位的连接线201、202和203交叠。尤其是，当相同相位的连接线201、202和203沿轴向方向相互交叠时，相同相位的连接线201、202和203相对于垂直于定子的轴向方向的平 面倾斜地延伸。相同相位的连接线201、202和203的远端部和相应的线圈引出部(线圈引出部155)通过执行钨极惰性气体保护焊(TIG)而通过端接连结。如上文描述的，当相同相位的连接线201、202和203相互交叠时，它们从一个连接部分(直立部分212)倾斜地延伸(远离定子芯的侧表面延伸)至另一连接部分。相同相位的连接线201、202和203在一个连接部分之前沿径向方向延伸，并且朝向U形部分214中的定子芯的侧表面延伸。然后，另一连接部分通过端接结合至引出部155。代替端接矩形线，可以将圆形杆用作端接到矩形线上的连接线。在此结构中，可以在不从定子(定子芯20)的内圆周表面向内伸出的情况下，设置在径向方向上向内定位(定位在内圆周侧)的相同相位的连接线201、202和203。此结构消除了沿径向方向向内(内圆周侧)形成的伸出部，并且防止了定子与转子干涉。此外，无需为连接线增加当连接线201、202和203沿径向方向向内(内圆周侧)设置时所需要的高度。尤其是，相同相位的内连接线被设置为在沿轴向方向在线圈端部的上部部分内延伸的引出部之间延伸，并且由此可以被设置在沿轴向方向延伸的引出部的高度的范围内，以连接设置在相同狭槽内的分开的线圈元件。如在图8A和图8B中示出的，第一层中的线圈元件110的绕圈的数量η为2，第二层中的线圈元件120的绕圈的数量η为2，并且第三层中的线圈元件130的绕圈的数量η为
I。图9至图13未示出每个线圈元件的绕圈的数量。在沿定子的径向方向相邻的线圈元件110U20和130中，与沿定子的径向方向向外定位的线圈元件相比，沿定子的径向方向向内定位的线圈元件具有相同数量的绕圈，或者更少数量的绕圈。这是由于如下原因。图18示意性地示出了相邻线圈或者卷绕部的曲柄形区段。在图18中，“P”代表狭槽间距，“a”代表矩形线的厚度，“b”代表矩形线的宽度，“η”代表绕圈的数量(在图18中，η = 3)，“ Θ I”代表倾斜边的角度，“ Θ 2”代表用于改变狭槽的角度(通道改变角度)。狭槽间距P沿定子的圆周方向向内减小。结果，间隙δ朝向定子的内圆周侧减小。间隙δ可以通过减少绕圈的数量η、增加倾斜边的角度Θ I、减少狭槽改变角度Θ 2、减少矩形线的厚度a、或者减少矩形线的宽度b来增加。当倾斜边的角度Θ I、狭槽改变角度Θ 2、矩形线的厚度a和矩形线的宽度b恒定时，可以借助于减少卷绕数量η来增加间隙δ。
出于上文描述的原因，在沿定子的径向方向相邻的线圈元件110、120和130中，与沿定子的径向方向向外定位的线圈元件相比，沿定子的径向方向向内定位的线圈元件的导线中的绕圈的数量相同或者更少。尤其是，在沿径向方向向内定位的线圈元件中，狭槽间距P更窄。当线圈元件包括相同数量的绕圈时，沿径向方向向内定位的线圈元件具有在卷绕部之间的更小的间隙S(第一卷绕部的线圈端部部分与第二卷绕部的线圈端部部分之间的间隙)。当线圈100包括这些分开的线圈元件，并且与沿径向方向向外定位的线圈元件相t匕，沿径向方向向内定位的线圈元件具有相同数量的绕圈或者更少数量的绕圈时，在沿径向方向向内定位的线圈元件的卷绕部之间的间隙S增加，并且减少了卷绕部之间(第一卷绕部与第二卷绕部之间)的干涉。此外，可以减小线圈端部高度。对于沿径向方向向外定位的线圈元件，线圈元件的绕圈的数量η此处示例为η =
2、η = 2和η = I。代替地，当绕圈的总数量为六时，从沿径向方向向外定位的线圈元件至沿径向方向向内定位的线圈元件，绕圈的数量η可以是n = 3、n = 2和η = I。可选择地，绕圈的数量可以是η = 2、η = 2和η = 2。除了第一实施方式的优点(I)至(6)，第二实施方式具有下文描述的优点。(7)线圈100包括沿定子的径向方向设置的分开的线圈元件110、120和130。所述线圈元件中的每一个均形成为具有在相同的狭槽内的导线的至少一个绕圈。分开的线圈元件便利了线圈的成形。此外，通过分离开线圈100，增加了第一卷绕部的线圈端部部分与第二卷绕部的线圈端部部分之间的间隙，以及也增加了在沿圆周方向相邻的两个线圈中的一个中的第一卷绕部的线圈端部部分与所述两个相邻线圈中另一个的第二卷绕部的线圈端部部分之间的间隙。这减少了对线圈端部高度的限制，其中，在该限制下，线圈相互干涉。(8)线圈元件110、120和130包括连接相邻的线圈元件的引出部151、152、153和154。相邻的线圈元件的引出部沿圆周方向设置在相同的位置处(更广义地讲，设置在交叠的位置处)，并且被直接地相互连结。分开的层的直接连结减少了焊接(结合)的成本。此夕卜，通过在沿圆周方向的相同位置处连结分开的线圈元件，可以减小被连结部分的高度。(9)线圈元件110、120和130的引出部包括沿定子的径向方向向内定位的内引出部151、153和155以及沿定子的径向方向向外定位的外引出部150、152和154。沿径向方向在最内侧线圈元件130中的内引出部155起偏离引出部的作用，该偏离引出部155设置在沿定子的圆周方向偏离其他引出部150至154的位置处。连接线201、202和203可以容易地与偏尚引出部155连接。(10)线圈100是相同相位的沿定子的圆周方向彼此相邻的多个线圈中的一个。相同相位的线圈中的偏离引出部155使用相同相位的连接线201至203相互连接。相同相位的连接线201、202和203在定子的轴向端部表面处从定子的内圆周表面沿径向方向向外定位，并且在引出部151、152、153和154之间延伸。线圈100包括分别对应于不同相位(U相、V相和W相)的连接线201、202和203。当连接线沿定子的轴向方向相互交叠时，对应于不同相位(U相、V相和W相)中的每一个的相同相位的连接线201、202和203从垂直于定子的轴向方向的平面倾斜地延伸。结果，相同相位的连接线201、202和203可以被放置为连接相同相位的线圈元件。此外，连接不同极性的线圈元件的连接线201、202和203可以具有相同的形状。
(11)在沿定子的径向方向相邻的线圈元件110、120和130中，与沿定子的径向方向向外定位的线圈元件相比，沿定子的径向方向向内定位的线圈元件具有相同数量的绕圈或者更少数量的绕圈。这增加了第一卷绕部的线圈端部部分145与第二卷绕部的线圈端部部分148之间的间隙，以及在沿圆周方向相邻的两个线圈中的一个中的第一卷绕部的线圈端部部分与所述两个线圈中的另一个的第二卷绕部的线圈端部部分之间的间隙。因此，可以将线圈端部高度设计得较低。(12)在分开层的线圈元件110、120和130中的第一卷绕部141和第二卷绕部142相互连接，使得沿圆周方向向外定位的狭槽插入部分143和狭槽插入部分147通过连接部相互连接。引出部150、151、152、153、154和155从沿圆周方向向内定位的狭槽插入部分144和狭槽插入部分146引出。如图SB中示出的，从沿圆周方向向内定位的狭槽插入部分144和146延伸的倾斜区段位于如下位置处所述位置低于在第一卷绕部141的顶部位置与第二卷绕部142的顶部位置之间从沿圆周方向向外定位的狭槽插入部分143和147延伸的倾斜区段。结果，用于形成引出部150、151、152、153、154和155的弯曲部分也可以形成在较低位置处。这减少了每个元件的连结部分的高度。与其中第一卷绕部141和第二卷绕部142的内狭槽插入部分144和146通过连接部连接的线圈相比较，线圈100在每个线圈元件的连结部分中具有较小的高度，其中，所述线圈100包括分开的线圈元件110、120和130，在每个线圈元件110、120和130中，第一卷绕部141和第二卷绕部142通过连接部相互连接以连接第一卷绕部141的外狭槽插入部分143和第二卷绕部142的外狭槽插入部分147。对于本领域的普通技术人员来说应当清楚的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以以许多其他特定形式来实施本发明。尤其是，应当理解到，本发明可以以如下形式实施。线圈可以具有图19A和图19B中示出的结构而不是图4A至图4C中示出的结构。在此结构中，引出部72和73位于图20中示出的位置处，而非图5中示出的引出部的位置处。因为连接部61以不同方法成形，所以引出部位于不同的位置处。尤其是，具有图19A、图19B和图20中示出的结构的线圈包括位于与图4A、图4B、图4C和图5中示出的卷绕部的位置相对的位置处的第一卷绕部40和第二卷绕部50。在图19A和图19B中示出的线圈30 (两个线圈并联连接在该线圈30中)中，第一卷绕部40包括沿圆周方向向外设置的狭槽插入部分42和沿圆周方向向内设置的狭槽插入部分41。第二卷绕部50具有沿圆周方向向外设置的狭槽插入部分51和沿圆周方向向内设置的狭槽插入部分52。在图20中，引出部72在第一卷绕部40中的两个狭槽插入部分41和42之间从沿圆周方向向外定位的狭槽插入部分42引出，引出部73从第二卷绕部50中的两个狭槽插入部分51和52自沿圆周方向向外定位的狭槽插入部分51引出。如在图19A和图19B中示出的，连接部61连接沿第一卷绕部40的圆周方向向内定位的狭槽插入部分41和沿第二卷绕部50的圆周方向向内定位的狭槽插入部分52。连接部61在第一卷绕部40的曲柄形区段46与第二卷绕部50的曲柄形区段56之间延伸。
与在第二实施方式中类似，在图19A、图19B和图20中示出的结构中，可以将线圈分开为多个层。在此情况下，引出部应当在通过卷绕部141和142的顶部(线圈端部部分145和148)的位置处从卷绕部141和142引出。
在上述实施方式中，狭槽插入部分41和狭槽插入部分51被分别插入到相邻的狭槽内，狭槽插入部分42和狭槽插入部分52被分别插入到相邻的狭槽内。然而，狭槽插入部分并非必须插入到相邻的狭槽内。第二实施方式的线圈(被分为分开的层的线圈)可以具有图21中示出的结构。在其内具有相同极性的狭槽的数量为I的定子中，第一卷绕部141的狭槽插入部分143和第二卷绕部142的狭槽插入部分146沿圆周方向相互靠近地设置，并且被插入到相同的狭槽21a内。第一卷绕部141的狭槽插入部分144和第二卷绕部142的狭槽插入部分147沿圆周方向相互靠近地设置，并且被插入到相同的狭槽21b内。换言之，狭槽插入部分143和146被插入到相同的狭槽内，狭槽插入部分144和147被插入到相同的狭槽内。在此结构中，第一卷绕部和第二卷绕部两者的部分均被插入到每一单个狭槽内。如在图22中示出的，线圈可以是包括两个或者多个具有相同极性的狭槽的单相连续卷绕线圈，所述狭槽中的每一个均具有相同的连接部结构。例如，如图22中示出的，线圈可以具有第一卷绕部40、第二卷绕部50和第三卷绕部160。以此方式，线圈可以包括三个卷绕部。尽管图22中示出的此线圈的引出部是偏离的，但引出部可以位于沿圆周方向的相同的位置处。尽管在第二实施方式(图8A和图SB)中，线圈由三个分开的线圈元件形成，但是第二实施方式的线圈也可以包括两个分开的线圈部、四个分开的线圈部、或者多于四个的分开的线圈部。在第二实施方式(图8A和图8B)中，引出部151、152、153和154的位置并非必然为在第一卷绕部141的顶部(线圈端部部分145)与第二卷绕部142的顶部(线圈端部部分148)之间的沿圆周方向的中间位置。引出部151、152、153和154可以沿圆周方向偏离线圈端部145和148的顶部除了距离LI以外的距离。在第二实施方式(图8A和图8B)中，沿径向方向的最内侧引出部155可以沿圆周方向偏离引出部150至154除了距离L2以外的距离、或者除了一个狭槽间距以外的距离。在第二实施方式中，如图8A和图8B中示出的，沿径向方向的最内侧的引出部155沿圆周方向偏离其他引出部150至154。然而，该最内侧引出部155并非必然偏离。本示例和实施方式应认为是示例性而非限制性的，并且本发明不应局限于本文给出的细节，而是可以在所附权利要求的范围及等同替代方式内修改。权利要求
1.一种线圈，所述线圈设置在旋转电机的定子内，其中，所述定子包括沿圆周方向设置的多个狭槽，所述线圈包括 第一卷绕部，所述第一卷绕部通过扁立卷绕导电矩形线形成，其中，所述第一卷绕部包括两个第一狭槽插入部分和两个第一线圈端部部分，所述两个第一狭槽插入部分分别设置在沿所述圆周方向相互间隔开的两个第一狭槽内，所述两个第一线圈端部部分连接所述两个第一狭槽插入部分，并且所述第一狭槽包括在所述定子的所述多个狭槽中；和 第二卷绕部，所述第二卷绕部通过扁立卷绕连接至所述第一卷绕部的导电矩形线形成，其中，所述第二卷绕部包括两个第二狭槽插入部分和两个第二线圈端部部分，所述两个第二狭槽插入部分分别设置在沿所述圆周方向相互间隔开的两个第二狭槽内，所述两个第二线圈端部部分连接所述两个第二狭槽插入部分，并且所述两个第二狭槽包括在所述定子的多个狭槽中； 其中，所述第一和第二线圈端部部分中的每一个均包括曲柄形区段，所述第一和第二卷绕部形成为使得当所述第一和第二狭槽插入部分设置在相应的所述狭槽中时，所述矩形线的横截面的长边沿所述定子的圆周方向延伸，而所述矩形线的所述横截面的短边沿所述定子的径向方向延伸。
2.如权利要求I所述的线圈，还包括连接所述第一卷绕部和所述第二卷绕部的连接部，其中，所述连接部在所述第一卷绕部的曲柄形区段与所述第二卷绕部的曲柄形区段之间延伸。
3.如权利要求I所述的线圈，还包括连接所述第一卷绕部和所述第二卷绕部的连接部， 其中，所述两个第一狭槽插入部分中的一个从所述第二卷绕部沿所述定子的圆周方向向外地设置在所述线圈内，所述第二狭槽插入部分中的一个从所述第一卷绕部沿所述定子的圆周方向向外地设置在所述线圈内，以及 所述连接部延伸成连接向外地设置的所述第一狭槽插入部分中的所述一个和所述第二狭槽插入部分中的所述一个。
4.如权利要求I所述的线圈，还包括多个线圈元件，所述多个线圈元件相互分开并且沿所述定子的径向方向设置，所述线圈元件中的每一个均形成为包括在相同的所述狭槽内的所述导线的一个或更多个回弯部。
5.如权利要求4所述的线圈，其中， 所述线圈元件中的每一个均包括在所述定子的径向方向上连接至所述线圈元件中的相邻的一个线圈元件的引出部，以及 在所述定子的径向方向上的相邻的线圈元件的所述引出部沿所述定子的圆周方向设置在交叠的位置处，并且相互直接连结。
6.如权利要求5所述的线圈，其中， 所述线圈元件中的每一个的所述引出部均包括内引出部和外引出部，所述内引出部沿所述定子的径向方向向内设置，所述外引出部沿所述定子的径向方向向外设置，以及 沿所述径向方向的所述线圈元件中的最内侧的一个线圈元件的所述内引出部是偏离引出部，所述偏离引出部设置在沿所述圆周方向偏离其它线圈元件的引出部的位置处。
7.如权利要求6所述的线圈，其中，所述线圈是具有相同相位并且沿所述定子的圆周方向彼此相邻的多个线圈中的一个， 所述相同相位的线圈的所述偏离引出部通过相同相位的连接线相互连接， 所述引出部沿所述定子的轴向方向延伸，以及 所述相同相位的连接线从所述定子的内圆周表面沿所述径向方向向外地设置在所述定子的轴向端部表面上，并且在所述引出部之间延伸。
8.如权利要求7所述的线圈，其中， 相同相位的所述连接线设置有多个相位中的每一个， 在所述连接线沿所述定子的轴向方向相互交叠的状态下，对应于所述多个相位的所述连接线相对于垂直于所述定子的轴向方向的平面倾斜地延伸。
9.如权利要求4所述的线圈，其中，在沿所述定子的径向方向彼此相邻的所述线圈元件之中，沿所述定子的径向方向向内定位的所述线圈元件具有的所述导线的绕圈的数量等于或小于沿所述定子的径向方向向外定位的所述线圈元件所具有的所述导线的绕圈的数量。
10.如权利要求I所述的线圈，其中，所述两个第一狭槽插入部分中的一个和所述两个第二狭槽插入部分中的一个设置在不同的狭槽内，并且所述两个第一狭槽插入部分中的另一个与所述两个第二狭槽插入部分中的另一个设置在不同的狭槽内。
11.如权利要求I所述的线圈，其中，所述两个第一狭槽插入部分中的一个和所述两个第二狭槽插入部分中的一个设置在相同的狭槽内，并且所述两个第一狭槽插入部分中的另一个与所述两个第二狭槽插入部分中的另一个设置在相同的狭槽内。
12.—种定子,包括 圆柱形的定子芯，所述定子芯包括内圆周表面和狭槽，所述狭槽在所述定子芯的所述内圆周表面上敞开，并且沿圆周方向设置；以及 插入到所述定子芯的所述狭槽内的根据权利要求I至11中的任意一项的线圈。
13.一种用于制造线圈的方法，所述线圈包括第一卷绕部和第二卷绕部，所述第一卷绕部包括两个狭槽插入部分和两个线圈端部部分，所述第二卷绕部包括两个狭槽插入部分和两个线圈端部部分，所述方法包括 扁立卷绕单个导电矩形线以形成由连接部连接的所述第一卷绕部和所述第二卷绕部; 在所述第一卷绕部和所述第二卷绕部的所述线圈端部中的每一个中形成曲柄形区段；以及 成形所述连接部，并且使所述第一卷绕部和所述第二卷绕部中的每一个的所述两个狭槽插入部分与沿圆周方向设置的所述定子芯的多个狭槽中的两个对准。
全文摘要
一种线圈，该线圈包括设置在旋转电机的定子上的第一卷绕部和第二卷绕部。第一卷绕部通过扁立卷绕导电矩形线形成。第二卷绕部通过扁立卷绕连接至第一卷绕部的导电矩形线形成。第一和第二卷绕部的线圈端部部分的每一个均包括曲柄形区段。第一和第二卷绕部形成为使得当第一和第二卷绕部的狭槽插入部分设置在定子的狭槽内时，矩形线的横截面的长边沿定子的圆周方向延伸，而矩形线的横截面的短边沿定子的径向方向延伸。
文档编号H02K3/28GK102638121SQ201210024420
公开日2012年8月15日 申请日期2012年2月3日 优先权日2011年2月9日
发明者佐武康之, 马场智 申请人:株式会社丰田自动织机