用於製造旋轉電機定子的線圈的方法和由此獲得的定子的製作方法

2023-06-05 20:39:26 3

專利名稱：用於製造旋轉電機定子的線圈的方法和由此獲得的定子的製作方法
用於製造旋轉電機定子的線圈的方法和由此獲得的定子
本發明涉及一種用於旋轉電機(electric rotary machine )的定子，該旋轉 電機包括由多根導線形成的線圈，這些導線以優化的方式分布在鐵心的凹槽 中。
本發明更特別地涉及一種用於包括環形鐵心、 一組軸向凹槽和線圈的旋 轉電機的定子，該環形鐵心具有大致垂直的主軸線，該環形鐵心由上表面和 下表面軸向地限定並由環形內表面徑向地限定，該組軸向凹槽設置在鐵心的 環形內表面中，且在鐵心的上表面和下表面中敞開，該線圈包括多個以下類 型的繞組，該類型繞組的每個都包括至少 一個設置在鐵心的與該繞組相關聯 的凹槽中的導體件，並形成軸向波形(ripple)以及形成與鐵心的軸線A同 軸的大致的螺旋形(spiral),該鐵心包括一組徑向重疊的線匝(turn)。
根據現有技術的實施例，每個線圈包括一個或多個螺旋形的導體件，線 圈的每個線匝形成覆蓋鐵心的凹槽的波形。
為了改善電機的性能，優選的是將鐵心的凹槽填充到最大值，同時優化 石茲通量的流動剖面。
為此，關於在特別地用於汽車應用的交流發電機中使用的定子，已經提 出構建定子，以便允許導體件的兩股相對於定子的主軸線在相同徑向尺寸處 安裝在每個凹槽中。
這種解決方案允許每個凹槽的負載係數(load factor)增加，並且還增 加每個線圈的股(strand)的數量。
由於形成纏結(snarl)的每根導線的股的布置沒有被優化，因而繞組的 股的數量增加產生一些關於線圈纏結的問題。結果是，根據該方案，由具有 減小橫截面的導線形成的線圈的每個纏結的徑向厚度大於包括數量減少的 具有更大橫截面的導線的線圏的纏結的厚度。
本發明的目的是提供一種用於旋轉電機的定子，其中導線被分布使得優 化線圈及其軸向端或纏結的總體積。
為此目的，本發明提出了一種上述類型的定子，其特徵在於，每個導體 件包括一對電導線，該對電導線在導體件的各處彼此鄰近且相對於彼此設置
在相同的徑向尺寸處。
在此，徑向尺寸應被理解為表示定子的軸線和導體件股之間的、在連接 所述軸線到所述股的半徑上測量的距離。因而，具有相同徑向尺寸的兩股意 味著定子的軸線和每個股之間的距離是相同的，並且在導體件的各處相對於 彼此具有相同徑向尺寸的兩股意味著每個股在其整個長度上都與定子的軸 線具有相同的距離。
根據本發明的其它特徵
-對於每個線臣，兩根電線形成互補的軸向波形，這些波形軸向地交疊， 使得兩根電線中的 一根軸向地定位在另 一根的上方； _導體件的每根電線從上遊到下遊順序地包括
設置為大致位於鐵心的下表面下方的下股； 設置在與繞組相關聯的第一凹槽中的上遊軸向股； *設置為大致位於鐵心的上表面上方的上股；和 設置在與繞組相關聯的第二凹槽中的下遊軸向股，所述第二凹槽 相對於所述第一凹槽定位在下遊； -在線圈的至少一個線匝中，第一電線的下股軸向地設置在第二電線的 下股的上方，第一電線的第一軸向股定位在第二電線的第一軸向股的上遊， 第一電線的上股軸向地設置在第二電線的上股的上方，並且第一電線的第二 軸向股定位在第二電線的第二軸向股的下遊；
-在線圈的至少另一個線匝中，第一電線的下股軸向地設置在第二電線 的下股的下方，第一電線的第一軸向股定位在第二電線的第一軸向股的上 遊，第一電線的上股軸向地設置在第二電線的上股的下方，並且第一電線的 第二軸向股定位在第二電線的第二軸向股的下遊；
-每根電線的設置在同一凹槽中的所有軸向股都定位在關於定子的軸 線A的相同角度處。
本發明還提出了 一種方法以減少用於構建這種包括增加數量的導線的 定子的時間。
為此，本發明還提出了一種用於纏繞根據前述權利要求中任一項所述的 定子的方法，該方法對於每個繞組連續地包括
-將導體件纏繞到直線形支撐件上的步驟，該支撐件以包括多個橫向凹 槽的縱向軌道的形式；
-將導體件從直線形支撐件轉移到環形支撐件中的第一步驟；和 -將導體件從環形支撐件轉移到鐵心中的第二步驟，
其中，纏繞步驟包括將導體件放置在與該繞組相關聯的凹槽中，使得每 根電線包括容納在每個相關聯橫向凹槽內的軸向股，並使得每根電線包括才黃 向地設置在直線形支撐件的每一側上的縱向股，
其特徵在於，在纏繞步驟期間，導體件的兩根電線同時放置在直線形支 撐件上，並且相關聯凹槽連續地容納這兩根電線，使得在每個凹槽中，兩根 電線一個在另一個上方垂直重疊，並使得在第一凹槽中，第一電線的軸向股 設置在第二電線的軸向股的上方，並且在與第一凹槽相連續的第二凹槽中， 第一電線的軸向股設置在第二電線的軸向股的下方。
根據本發明的方法的其它特徵
-在纏繞步驟期間，導體件的兩根電線放置在直線形支撐件上，使得第 一電線的設置在直線形支撐件的右邊的縱向股的長度小於第二電線的設置 在直線形支撐件的右邊的縱向股的長度。
-在纏繞步驟期間，導體件的兩根電線放置在直線形支撐件上，使得第 一電線的設置在直線形支撐件的左邊的縱向股的長度大於第二電線的設置 在直線形支撐件的左邊的縱向股的長度。
-在纏繞步驟期間，導體件的兩根電線放置在直線形支撐件上，使得第 一電線的設置在直線形支撐件的右邊的每個縱向股橫向地設置在直線形支 撐件和第二電線的相關聯縱向股之間。
-在纏繞步驟期間，導體件的兩根電線放置在直線形支撐件上，使得第 二電線的設置在直線形支撐件的左邊的每個縱向股橫向地設置在直線形支 撐件和第 一 電線的相關聯的縱向股之間。
-第一轉移步驟包括將設置在直線形支撐件的每個凹槽中的股連續地 轉移到環形支撐件的相關聯徑向凹槽中，使得在每個徑向凹槽中，這些股徑 向地重疊。
-第二轉移步驟包括將設置在環形支撐件的每個徑向凹槽中的股同時 地轉移到相對的鐵心的凹槽中。
-在第二轉移步驟期間，以相同的徑向尺寸設置在環形支撐件的徑向凹 槽中的所有股沿上遊方向或下遊方向在相關Jf關凹槽中成角度地偏移。
本發明的其它特徵和優點將在閱讀以下詳細描述後變得顯而易見，為了
便於理解將參考附圖，其中


圖1是定子的內部的局部透視圖，其中導線根據本發明而被設置； 圖2是圖1示出的定子鐵心的端視圖3是形成繞組的兩根導線的直線展開結構，示出了兩根電線相對於4皮 此的軸向位置；
圖4是同一線圏的兩根導線的透視圖，示出了兩根電線的股在繞組的兩
個相鄰線臣中的相對位置；
圖5是類似於圖4的視圖，示出了兩根電線的股在線匝中的另一布置； 圖6是用於實施將電線放置到直線形支撐件上的第一步驟的裝置的示意
性透一見圖7是在第一安裝步驟結束時獲得的兩層導體件的示意圖，每一層能夠 獲得相同數量的線匝；
圖8是在直線形支撐件上形成同一導體件的兩根電線的布置的詳細牙見 圖，示出了兩根電線的段相對於彼此的位置；
圖9是在圖8示出的兩根電線的示意性透視圖IO是用於實施第一轉移步驟的裝置的示意圖11是圖IO示出的裝置的大比例透視圖12是圖10和11示出的環形支撐件的示意圖13是圖IO示出的裝置的大比例詳細視圖，示出了導線藉助側向引導 件的轉移；
圖14是在第一轉移步驟結束時已經被轉移到環形支撐件上的兩根導線 的示意性透視圖，示出了兩根電線的段相對於彼此的位置；
圖15是用於實施第二轉移步驟的裝置的示意性透視圖，其中抽取叉 (extraction prong)在初始位置中被示出；
圖16是類似於圖15的視圖，其中抽取叉在最終位置中被示出，對於該 最終位置，線圈已經轉移到鐵心上。
為了描述本發明，將在非限制性的&出上使用根據附圖所示的參考標號 的方4立。
在以下描述中，相同、相似或類似的元件將用相同的參考標號表示。 圖1示出了用於旋轉電機的定子11的局部視圖，該定子主要包括鐵心 10，在鐵心中安裝有多個相繞組30，其中在此僅示出了一個相繞組30。此
外，鐵心10被構成為使得其能夠容納六個相似的相繞組30。
旋轉電機例如是交流發電機或起動4幾-交流發電才幾(starter-alternator )。 該電機優選地被設計為用於機動車。
應當指出，起動機-交流發電機是能夠以可逆方式工作的旋轉電4幾，一 方面作為用作交流發電機的發電機，而另一方面作為電馬達，特別地用於起 動機動車的內燃機。
圖2示出了在圖1所示的定子11的定子鐵心10。定子鐵心IO是具有軸 線"A"的環形柱狀形式的，並包括扁平金屬片的軸向堆疊結構(axial pile )。 由此定子鐵心10通常稱為"鐵心"。
定子鐵心10由內圓柱面12和外圓柱面14徑向地限定，並且由具有軸 向下端的徑向面16和具有軸向上端的徑向面18軸向地限定(圖1)。
鐵心10包括軸向凹槽20，該軸向凹槽藉助前軸向開口 22和後軸向開口 24軸向地敞開到4失心10的軸向下端徑向面16和軸向上端徑向面18中。
凹槽20藉助軸向槽口 26徑向地敞開到鐵心10的內圓柱面12中，該軸 向槽口從下徑向面16延伸到上徑向面18。每個軸向槽口 26的橫向寬度小於 相關聯凹槽20的寬度。
凹槽20都是相同的，並且其數量例如為72個。這些凹槽以規則的方式 繞鐵心10的軸線"A"成角度地分布。
鐵心10的沒有凹槽20延伸的實心外環形部分稱為軛鐵28。
為了形成定子ll,多個相繞組30安裝在鐵心10中。
本發明將參考定子11進行描述，該定子包括6個相繞組30,因而稱為 "六相"定子。
然而，本發明可應用於包括不同數量的相繞組的定子，且特別是包括三 個相繞組30的"三相"定子。定子鐵心10則例如包括36個或48個凹槽20。
每個相繞組30包括徑向地堆疊的波形線匝(rippledturn) 32，該波形線 臣由電導體件33形成。
圖l僅示出了相繞組30的兩個線匝32，應該理解的是，繞組30可包括 更多數量的線匝32。
每個導體件33包括一系列軸向段(section) 34,這些軸向段容納在一 系列相關聯凹槽20中。
每個導體件33還包括具有大致橫向定向的連接段36,該連接段與繞組
30的連續軸向段34連接，並且交替地相對於上軸向端的面18凸出和相對於 下軸向端的面16凸出而延伸。
一系列凹槽中的凹槽20容納構成相繞組30的導體件33的軸向段34。
每一系列凹槽20與六個相繞組30中的一個相關耳關。 一系列凹槽20中 的兩個連續凹槽20由鄰近凹槽20隔開，該鄰近凹槽的每個都對應於與其它 五個相繞組30中的一個相關聯的另 一系列的凹槽20。
因而，對於圖1中的六相定子的情況，每一系列的兩個凹槽20之間的 五個鄰近凹槽20未被佔用。換句話說，繞組的電線33插入到六個鄰近凹槽 20中的一個凹槽20內。
因而，對於包括N個相繞組30的定子，線匝32的軸向段34容納在N 個鄰近凹槽20中的一個凹槽20內。
圖3示出了在單個導體件33的基礎上形成的繞組30的線匝32的直線 展開結構。
根據本發明，每個導體件33包括一對電導線38a、 38b,這對電導線以 兩才艮電線38a、 38b 4皮此鄰近的方式安裝在鐵心10上。
此外，這兩根電線38a、 38b以相對於鐵心10的軸線A的同一徑向尺寸 定位在導體件33的各處，也就是說定位在沿導體件33測量的每個尺寸處。
如上所述，導體件33的每個線匝32呈波形，也就是說線匝具有大致的 正弦形狀。
因而，每根電線38a、 38b本身也具有大致的正弦形狀，並且順序;也包 括在鐵心10的下表面16下方延伸的下橫向股(strand) 40a、 40b;容納在 相關聯凹槽20中的軸向股42a、 42b;在鐵心10的上表面18上方延伸的上 橫向股44a、 44b。
根據本發明的另一方面，導體件33以兩根導線38a、 38b軸向重疊 (superimpose)和軸向交疊(overlap)的方式安裝在4失心10上。
因而，在每個線臣32中，同一導體件33的電線38a、 38b沒有徑向地 相交或交疊，這將導體件33的每個連接段36的徑向厚度大致限制為每根電 線38a、 38b的直徑的值。
因此，由導體件33的在定子11的鐵心10的軸向端附近設置的所有連 接段36形成的線圈的每個纏結具有大體有限的厚度。
如從圖3可以看出，第一電線38a軸向地設置在第二電線38b的上方。
因此，第一電線38a的下股40a軸向地設置在第二電線38b的下月殳40b 上方，且第一電線38a的上股44a軸向地設置在第二電線38b的上股44b上方。
此外，軸向股42a、 42b分布在凹槽中，使得第一電線38a的容納在兩 個相關聯連續凹槽20中並通過第一電線38a的上股44a連接在一起的兩個 軸向股42a設置在第二電線38b的容納在相同的兩個相關聯連續凹槽20中 並通過第二電線38b的上股44b連接在一起的多個軸向股42b的每側上。
並且，第一電線38a的容納在兩個相關聯連續凹槽20中並通過第一電 線38a的下股40a連接在一起的兩個軸向股42a設置在第二電線38b的容納 在相同的兩個相關聯連續凹槽20中並通過第二電線38b的下股40b連接在 一起的多個軸向股42b之間。
根據線圈的優選實施例並如圖4和5所示，每個繞組30根據"分布波 形(distributed ripple )"類型被實施，也就是說，對於與相繞組30相關聯的 兩個鄰近凹槽20,形成相繞組30的至少一個第一線匝32a的導體件33包4舌 連接段36，該連接段36與前述容納在兩個鄰近凹槽20中的軸向段34連4姿 且軸向地設置在鐵心10的上表面18上方，並且形成相繞組30的至少一個 第二線匪32b的導體件33包括連接段36,該連接段36與前述容納在兩個鄰 近凹槽20中的軸向4殳34連接且軸向地設置在鐵心IO的下表面16下方。
根據圖4示出的本發明的第一實施例，在第一線匝32a中，第一電線38a 軸向地設置在第二電線38b上方，如前所述，並且在第二線匝32b中，第一 電線38a軸向地i殳置在第二電線38b下方。
因此，在第一線匝32中，第一電線38a的容納在兩個相關聯連續凹槽 20中並與第一電線38a的上股44a連接的兩個軸向股42a設置在第二電線 38b的容納在相同的兩個相關聯連續凹槽20中並與第二電線38b的上股44b 連接的多個軸向股42b的每側上。
此外，第一電線38a的容納在兩個相關聯連續凹槽20中並與第一電線 38a的下股40a連接的兩個軸向股42a設置在第二電線38b的容納在相同的 兩個相關聯連續凹槽20中並與第二電線38b的下股40b連接的多個軸向股 42b之間。
在第二線匝32b中，第二電線38b的容納在兩個相關聯連續凹槽20中 並與第二電線38b的上股44b連接的兩個軸向股42b設置在第一電線3Sa的
容納在相同的兩個相關聯連續凹槽20中並與第一電線38a的上股44a連4妾 的多個軸向股42a的每側上。
此外，第二電線38b的容納在兩個相關聯連續凹槽20中並與第二電線 38b的下股40b連接的兩個軸向股42b設置在第一電線38a的容納在相同的 兩個相關耳關連續凹槽20中且與第一電線38a的下股40a連4妻的多個軸向月殳 42a之間。
結果，在每個凹槽中，相同電線38a、 38b的所有軸向股42a、 42b者卩徑 向地排列。也就是說，第一電線38a的容納在凹槽20中的軸向股42a全都 設置在第二電線38b的容納在該同一凹槽中的軸向股42b的上遊，或全都詔二 置在第二電線38b的容納在該同一凹槽中的軸向股42b的下遊。
根據本發明的第二方面並如圖5所示，在第一線匝32a和第二線匝32b 中，第一電線38a軸向地設置在第二電線38b上方。
因此，在每個線臣中，第一電線38a的容納在兩個相關聯連續凹槽20 中並與第一電線38a的上股44a連接的兩個軸向股42a設置在第二電線38b 的容納在相同的兩個相關聯連續凹槽20中並與第二電線38b的上股44b連 接的多個軸向股42b的每側上。
此外，第一電線38a的容納在兩個相關聯連續凹槽20中並與第一電線 38a的下股40a連接的兩個軸向股42a設置在第二電線38b的容納在相同的 兩個相關聯連續凹槽20中並與第二電線38b的下股40b連接的多個軸向股 42b之間。
結果，在每個凹槽20中，第一電線38a的軸向股42a交替地設置在第 二電線38b的軸向股42b的上遊和下遊。
圖6和後續附圖示出了用來實施用於構建根據本發明的定子11的方法 的裝置，以及在根據本發明實施例的方法的 一 些步驟結束時獲得的中間產物。
用於構建定子11的方法接連地包括在直線形支撐件上安裝導體件33 以便形成線匝32的直線展開結構的步驟；將電線38a、 38b從直線形支撐件 轉移至環形支撐件以便形成線匝32的第一步驟；和將電線38a、 38b從環形 支撐件轉移至定子11的鐵心10的第二步驟。
圖6示出了用於執行在直線形支撐件48上安裝導體件33的步驟的裝置。 在裝置的以下描述中，將在非限制性的基礎上使用根據圖6的參考標號
V、 L、 T指示的垂直、縱向和橫向定向。
直線形支撐件48包括具有縱向主定向的大致為平行六面體的元件，並 且特別地由兩個縱向垂直側向面50a、 50b和水平上表面52限定。
直線形支撐件48的上表面52包括橫向凹槽54，該橫向凹槽54橫向地 敞開到直線形支撐件48的側向面50a、 50b中，並根據恆定的間距而沿直線 形支撐件48縱向地分布。
該裝置包括與每個導體件33相關聯的安裝頭56，該安裝頭能將相關寫關 導體件33的電線38a、 38b安裝在直線形支撐件48上。在此，為了清楚起 見，圖6示出了與單個導體件33相關聯的單個安裝頭56，然而，安裝頭56 都是相同的，應該理解的是，以下對安裝頭56的描述能類似地應用於其它 安裝頭56。
安裝頭56包括一組滾子60，這些滾子允許實現從容器58拉拔電線38a、
38b。
安裝頭56還包括線引導嘴62，導體件33的電線38a、 38b通過該線引 導嘴而離開安裝頭56,這個線引導嘴62被設計用於將導體件33的電線38a、 38b安裝在直線形支撐件48上，形成軸向股34和連接股36。
根據本發明並如上所述，每個導體件33包括兩根導線38a、 38b。
因此，用於安裝每個導體件33的安裝頭56被同時供應有兩根電線38a、 38b，這兩根電線的每個都來自諸如線巻筒這樣的容器58。
安裝導體件33的步驟包括第一安裝階段和緊隨第一安裝階段的第二安 裝階段，在第一安裝階段期間，每個安裝頭56將每個導體件33的電線38a、 38b放置到直線形支撐件48上，以便形成導體件33的第一層64，在第二安 裝階段期間，每個安裝頭56將每個導體件33的電線38a、 38b放置到直線 形支撐件48上，以便形成導體件33的第二層66，該第二層66垂直地重疊 在導體件33的第一層64上。
圖7示出了導體件33的兩個層64、 66,這兩個層在安裝導體件33的步 驟結束時獲得。
為了附圖的清楚起見，兩個層64 、 66被示出為相對於彼此橫向地偏移。 在每個安裝階段期間，安裝頭56沿大致正弦的軌跡相對於直線形支撐
件48移位，以便將每個導體件33插入到直線形支撐件48的與該導體件33
相關聯的凹槽54中。
因而，在這兩個安裝階段期間，安裝頭56連續地填充直線形支撐件48 的多個凹槽54,形成被引入到凹槽54中的橫向段68和橫向地設置在直線形 支撐件48的每側上的側縱向段70,該側縱向段70與側向面50a、 50b的每 一個相對。
此外，在兩個層64、 66的每一個中，每個導體件33形成波形或糹從向波 浪形，其順序地包括容納在相關聯凹槽54中的橫向段68、延伸為與直線形 支撐件48的右側向面50a橫向地相對的縱向段70、容納在相關聯連續凹槽 54中的連續橫向段68和延伸為與直線形支撐件48的左側向面50b相對的縱 向段70。
延伸為與直線形支撐件48的右側向面50a相對的每個縱向l殳70都與兩 個連續橫向段68的右側上的自由端部連接。同樣，延伸為與直線形支撐件 38的左側向面40b相對的每個縱向段70都與兩個連續橫向段68的左側上的 端部連接。
此外，縱向段70在直線形支撐件48的每側上交替地設置，也就是說， 縱向段以一間距縱向地偏移，該間距等於兩個連續橫向段68之間的距離。
以與定子11的鐵心IO類似的方式，直線形支撐件48的凹槽54通過多 組凹槽54與相繞組30的導體件33相關聯。
因此，同一組凹槽54的兩個連續凹槽54被多個凹槽54隔開，該多個 凹槽54的每個屬於其它組凹槽54中的一組。
此外，每組凹槽54中的凹槽54以恆定的間距分布在直線形支撐件48 上，該間距等於相繞組30的數量，也就是說在此具有六個凹槽的間距。
直線形支撐件48的凹槽54的數量根據每個相繞組30的線匝32的數量 以及鐵心10的凹槽的數量確定，從而形成兩個導體件層64、 66中的一層的 每個導體件33的每個部分都能形成整數個相關聯相繞組30的線匝32。
在此，直線形支撐件48的凹槽54數量被確定，使得形成兩個導體件層 64、 66中的一層的每個導體件33的部分能形成最大^:量為四個的線匝32。
進一步，如上所述，鐵心10包括72個凹槽。
因而，直線形支撐件48包括288個凹槽54。
根據本發明的另一方面，安裝導體件33的步驟包括在兩個安裝階l史中 的每個階段期間，將每個導體件33的兩根電線38a、 38b同時地放置在直線 形支撐件48的相關耳關凹槽54中。 在安裝導體件33的兩個階段中的每個階段期間，安裝頭56相對於直線 形支撐件48的移位被確定，使得每個導體件33的兩根電線38a、 38b在導 體件33的每一層64、 66中相對於彼此橫向地偏移。
因此，如圖8和9可見，導體件33的第一電線38a橫向地設置在同一 導體件的第二電線38b的左邊。
根據直線形支撐件48的另一方面，且如圖9可詳細看到，每個凹槽54 的沿縱向方向測量的寬度大致等於兩根電線38a和38b的每一根的厚度。
因而，在直線形支撐件48的每個凹槽54中，容納在該凹槽中的每根電 線38a、 38b的多個股72a、 72b—個在另一個上方垂直重疊。
根據本發明的再一方面，電線38a、 38b的多個股72a、 72b在直線形支 撐件48的相關聯凹槽54中交替地設置為一個在另一個的上方，也就是說， 在第一相關Jf關凹槽54中，第一電線38a的容納在該凹槽54中的股72a垂直 地設置在第二電線38b的容納在該同一凹槽54中的股72b的上方。
進一步，在緊隨第一相關聯凹槽54的第二相關聯凹槽54中，第一電線 38a的容納在該第二相關if關凹槽54中的股72a垂直地i殳置在第二電線38b的 容納在該同 一第二相關聯凹槽54中的股72b的下方。
因而，如果從側面觀察導體件33的每個層64、 66，那麼與容納在兩個 鄰近凹槽54中的4黃向股72a、 72b連接的縱向股74a、 74b《皮此相交。
然而，如上所述，兩根電線38a、 38b在每個層64、 66中相對於彼此橫 向地偏移。
因而，兩個縱向股74a、 74b不垂直地重疊。
由於每個導體件33的兩根電線38a、 38b相對於《皮此對黃向地偏移，因而 電線38a、 38b的與容納在兩個相關聯連續凹槽54中的橫向股72a、 72b連 接的縱向股74a、 74b長度不同。
在此例如如圖8可見，第一電線38a橫向地設置在第二電線38b的左邊。
結果，第一電線38a的^L置為與直線形支撐件48的右側向面50a相對 的並與容納在兩個相關聯連續凹槽54中的兩個橫向股72a連接的縱向股74a 的長度小於第二電線的自身設置為與直線形支撐件38的右側向面50a相對 的並與第二電線38b的容納在這兩個相同的相關聯連續凹槽54中的兩個橫 向股72b連接的縱向股74b的長度。
另一方面，設置為與直線形支撐件48的左側向面50b相對的並與第一
電線38a的容納在兩個相關聯連續凹槽中的兩個橫向股72a連4妄的縱向月殳 74a的長度大於第二電線38b的與第二電線38b的容納在這兩個相同凹槽中 的橫向股72b連接的縱向股74b的長度。
根據本發明的圖4示出的第一方面，且如前所述，在第一線匝32a中， 第一電線38a軸向地設置在第二電線38b的上方，並且在第二線匝32b中， 第一電線38a軸向地設置在第二電線38b的下方。
為了獲得兩根電線38a、 38b相對於彼此的這種布置，第一安裝階革殳包 括將兩根電線38a、 38b放置在直線形支撐件48上，使得在導體件33的第 一層64中，第一電線38a橫向地設置在第二電線38b的右邊。另一方面， 第二安裝階段包括將兩根電線38a和38b設置在直線形支撐件48上，使得 在導體件33的第二層66中，第一電線38a橫向地設置在第二電線38b的左 邊。
此外，由於每個相繞組30是分布波形類型，並且如圖7可見，安裝步 驟包括將每個導體件33安裝在直線形支撐件48上，使得在第一層64中， 導體件33在第一安裝階段期間被設置以形成第一正弦構形，並且使得在第 二層66中，導體件33形成相對於第一正弦構形相位相反的第二正弦構形。
因而，在直線形支撐件48的與導體件33相關聯的兩個連續凹槽54附 近，導體件33的容納在這兩個凹槽54中並形成第一層64的橫向段68通過 被設置為與直線形支撐件48的第一側向面50a、 50b相對(例如與右側向面 50a相對)的縱向段70連接在一起，另一方面，導體件33的容納在這兩個 凹槽中並形成導體件33的第二層66的橫向段68通過被設置為與直線形支 撐件48的另一側向面50a、 50b相對(也就是說在該例子中與左側向面50b 相對)的縱向^殳70而^皮連接。
根據本發明的第一方面，導線38a、 38b設置在直線形支撐件的凹槽54 中，使得它們在直線形支撐件48的下遊縱向端48b附近彼此相交。
根據本發明的第二方面，如圖5所示，在繞組30的每個線匝32中，第 一電線38a軸向地設置在第二電線38b的上方。
因而，根據本發明的該方面，安裝導體件33的兩個階段包括將兩才艮電 線38a、 38b放置到直線形支撐件48上，使得在導體件33的每一層64、 66 中，第一電線38a橫向地設置在第二電線38b的右邊。
根據本發明的方法的再一方面，對於每個相繞組30,安裝步驟包括在第
一安裝階段和第二安裝階段期間，將同一導體件33放置到直線形支撐件48上。
因而，每個相繞組30基於單個導體件33並由此僅基於兩根電線38a和 38b而被構建。此外，每個導體件33的第一段33a部分地形成導體件33的 第一層64,並且每個導體件33的第二段33b部分地形成導體件33的第二層 66。
此外，在第一安裝階段之後不間斷地實施第二安裝階段，以便在兩個安 裝階段之間僅具有減少的時間間隔。
圖7通過箭頭Fl示出第一安裝階段包括從直線形支撐件48的定位在直 線形支撐件48的上遊縱向端38a附近的相關聯凹槽54 —直到定位在直線形 支撐件48的下遊縱向端48b附近的相關聯凹槽54，逐漸地引入每個導體件 33的第一段33a的橫向段68，也就是說從上遊向下遊。
在第 一安裝階段之後不間斷地實施的第二安裝階段包括從下遊向上遊 逐步地引入每個導體件33的第二段33b的橫向段68,也就是說從定位在直 線形支撐件48的下遊縱向端48a附近的相關聯凹槽54 —直到定位在直線形 支撐件48的上遊縱向端48a附近的相關聯凹槽54,如箭頭F2所示。
在將導體件33安裝在直線形支撐件48上的步驟之後，用於構建根據本 發明的定子11的方法包括將導體件33從直線形支撐件48轉移到環形支撐 件78的第一步驟，其大致包括將導體件33的兩個層64、 66纏繞在環形支 撐件78上，以便形成相繞組30的線匝32。
圖10至13示出了用於實施第一轉移步驟的裝置，該裝置包括環形支撐 件78、用於引導環形支撐件78相對於直線形支撐件48移位的殼體80、兩 個縱向引導件82和底部基座84。
如從圖12詳細可見，環形支撐件78是具有橫向主軸線B的旋轉件，其 由外圓柱面78e和內圓柱面78i徑向地限定，並由兩個軸向端徑向面78a軸 向地限定，並且包括軸向凹槽86，該軸向凹槽設置在環形支撐件78的外圓 柱面78e中並軸向地敞開到環形支撐件78的軸向端徑向面78a中。
環形支撐件78的兩個鄰近凹槽86的外徑向端86e之間的距離等於直線 形支撐件48的兩個鄰近凹槽54之間的距離。
環形支撐件78的凹槽86數量等於定子11的鐵心10的凹槽20數量， 也就是說，在此環形支撐件78包括72個凹槽86。
環形支撐件78最終包括中心轂88，該中心轂固定在環形支撐件78的內 圓柱面78i上，並在第一轉移步驟期間允許環形支撐件78繞其主軸線B旋 轉。
中心轂88的相對於環形支撐件78的主軸線B測量的軸向長度小於環形 支撐件78的兩個軸向端徑向面78a之間的距離。
此外，中心轂88沿環形支撐件78的軸線B軸向地大致設置在環形支撐 件78的中心，相對於環形支撐件78的兩個徑向面78a的每一個都縮進。
因而，在中心轂88的每側上，環形支撐件78的每個凹槽86都徑向地 敞開到環形支撐件78的內圓柱面78i中。
殼體80包括與環形支撐件78同軸的孔90，環形支撐件78容納在該孔 中並繞其主軸線B自由地旋轉。
殼體80包括下水平面80i,該下水平面能夠靠在直線形支撐件48的上 水平面52上。
殼體80的孔卯垂直向下地敞開到殼體80的下表面80i中，以允許導體 件33被轉移到環形支撐件78。
在實施第一轉移步驟期間，直線形支撐件48橫向地容納在側向引導件之間。
因而，在第一轉移步驟期間，直線形支撐件48被沒有間隙(play)地縱 向引導。
此外，每個側向引導件82包括斜坡形式的上表面92，該上表面的傾斜 度被確定，使得每個上表面92能夠靠在電線38a、 38b的縱向股74a、 74b 的下方，以便逐漸地將電線38a、 38b引出(draw)到頂部，用於使它們轉 移到環形支撐件78。
根據圖11和13示出的實施例，每個側向引導件82的上表面92是平坦 的，且相對於水平面傾^"。
然而，應該理解的是，本發明不限於該實施例，並且每個引導件的上表 面92的形式可以不同，例如，上表面92可以向上凸起地彎曲，向上凹進地 敞開，或可以以不同角度形成兩個傾斜平面。
最後，每個側向引導件82還可製造為多個部件，和/或其可垂直地運動 以便向上推動電線38a、 38b的縱向股74a、 74b。
用於實施第一轉移步驟的裝置最後包括環形支撐件78相對於直線形支
撐件48的分度(index)機構，使得在第一轉移步驟期間，環形支撐件78 的每個凹槽86能夠與直線形支撐件48的凹槽54相對。
第一轉移步驟包括，使環形支撐件78在直線形支撐件48的上表面52 上滾動，從而環形支撐件78的凹槽86能接連地與直線形支撐件48的凹槽 54相對，並且環形支撐件78相對於直線形支撐件48沒有滑動。
為此，在實施第一轉移步驟期間，環形支撐件78的外圓柱面78e垂直 地定位在直線形支撐件48的上表面52的上方。環形支撐件78的外圓柱面 78e可以被放置為與直線形支撐件48的上表面52接觸。
在環形支撐件78的滾動期間，且如圖13可見，在直線形支撐件48上， 隨著環形支撐件78相對於直線形支撐件48的縱向移位，殼體80、側向引導 件82和底部基座84相對於直線形支撐件48重新縱向地定位。
在第一轉移步驟期間，每個側向引導件82的上表面92向上抵靠電線 38a、 38b的縱向股74a、 74b，該縱向股定位在直線形支撐件48的每個凹槽 54的下端附近。
因而，側向引導件82的上表面92允許將導體件的形成導體件33第一 層64和第二層66的橫向段68和縱向段70同時轉移。
如上所述，環形支撐件78包括大量凹槽86，其數量等於定子11的鐵心 10的凹槽20的數量，並且直線形支撐件48包括大量凹槽54，其數量大於 鐵心10的凹槽20的數量。
因此，在第一轉移步驟期間，環形支撐件78在直線形支撐件48的上表 面52上滾動時繞其主軸線B作多次旋轉，並且導體件33的兩個層64、 66 繞環形支撐件78纏繞，形成兩個同軸螺旋形，兩個螺旋形之一的每次旋轉 都對應於環形支撐件78繞其主軸線B纏繞一次。
在第一轉移步驟期間，兩根電線38a、 38b的容納在直線形支撐件48的 每個凹槽54中的橫向股72a、 72b都轉移到與環形支撐件78相對的同一相 關聯凹槽86中。
此外，因為環形支撐件78在第一轉移步驟期間繞其軸線B多次旋轉， 每個凹槽86接連地容納橫向股72a、 72b，這些橫向股72a、 72b原本容納在 直線形支撐件48的與同 一導體件33相關聯的多個凹槽54中。
因此，例如從圖14可見，當環形支撐件78在第一轉移步驟期間繞其軸
線B作兩次旋轉時，每個凹槽86容納八個橫向股72a、 72b。
此外，環形支撐件78的每個凹槽86的寬度在此還大致等於兩根電線 38a、 38b的每一根的寬度。
因而，電線38a、 38b的橫向股72a、 72b徑向地重疊在環形支撐件78 的凹槽86中，並且與在直線形支撐件48的凹槽54中構造相同。
因此，橫向股72a、 72b以交替地方式徑向地重疊在環形支撐件78的每 個凹槽86中，並且兩根電線38a、 38b的與橫向股72a、 72b連接的縱向股 74a、 74b被容納在屬於同一線匝32的兩個相關聯連續凹槽86中。
根據本發明的另一方面，且從圖10可見，第一轉移步驟包括使環形支 撐件78從下遊向上遊在直線形支撐件48的上表面52上滾動，以便從容納 在直線形支撐件48的定位在直線形支撐件48的下遊縱向端48b處的凹槽54 中的橫向段68 —直到容納在直線形支撐件48的定位在直線形支撐件48的 上遊縱向端48a處的凹槽54中的橫向段68，逐漸地將導體件33的橫向段 68轉移到環形支撐件78。
圖15和16示出了用於實施第二轉移步驟的裝置，在第二轉移步驟中， 導體件33從環形支撐件78轉移到定子11的鐵心10。
該裝置包括將環形支撐件78定位在鐵心10中的機構，使得環形支撐件 78與鐵心10同軸地被容納在由鐵心的內圓柱面12限定的圓形外殼中。最後， 環形支撐件78的外圓柱面78e的直徑大致等於鐵心10的內圓柱面12的直 徑。
該裝置還包括將環形支撐件78繞其主軸線B分度的機構，使得環形支 撐件78的每個凹槽86與鐵心10的凹槽20相對，並徑向地敞開到相關聯凹 槽20的軸向槽口 26中。
該裝置最後包括徑向插入叉(insertion prong) 98,每個徑向插入叉在徑 向平面中相對於鐵心10和環形支撐件78的主軸線B延伸。
該裝置包括與環形支撐件78的每個凹槽86相關聯的插入叉98對，並 且同一對插入叉98在環形支撐件78的中心轂88的每側上軸向地分布。
在此，環形支撐件78包括72個凹槽76，因此該裝置包括72對插入叉 98，即總共144個插入叉98。
為了清楚起見，圖15和16示出了一對插入叉98。
插入叉98對都是相同的，且繞環形支撐件78的主軸線B成角度地分布，
以下對插入叉98的描述能以相同的方式應用於其它插入叉98 。
同一對的兩個插入叉98與環形支撐件78的一個凹槽86相關聯。
同一對的兩個插入叉在相關聯凹槽86的中間徑向平面中延伸，並且每 個插入叉98的厚度小於相關聯凹槽86的最小寬度。
如上所述，來自同一對的兩個插入叉98軸向地設置在環形支撐件78的 中心轂88的每一側上。
更確切地，如從圖15可見，在第二轉移步驟開始時，每個插入叉98徑 向地定位，使得每個插入叉98的外徑向端98e的邊緣徑向地定位在環形支 撐件78的內圓柱面78i附近。
每個插入叉98的外軸向端98s——即軸向地定位在距中心轂88 —定距 離處的部分——相對於與環形支撐件78相關聯的徑向面78a軸向地凸伸， 並且承載用於拉動插入叉98的杆100,該杆相對於環形支撐件78的主軸線 B徑向地向外延伸。
在實施第二轉移步驟期間，同一對插入叉98相對於環形支撐件78的主 軸線B被徑向地拉動，使得每個插入叉98在環形支撐件的相關聯凹槽86中 朝向環形支撐件78的外部徑向地移位，同時拉動容納在該凹槽86中的橫向 股72a、 72b，使得這些橫向股78a、 72b移動到鐵心10的相關聯凹槽20中， 然後形成相繞組30的股42a、 42b。
在拉動階段結束時，並且從圖16詳細可見，每個插入叉98相對於環形 支撐件78的主軸線B徑向地定位，使得該插入叉的外徑向端邊緣98e大致 定位在環形支撐件78的外圓柱面78e附近。
此外，容納在環形支撐件78的每個凹槽86中的所有橫向股72a、 72b 都移動到鐵心10的相關聯凹槽中。
根據該第二轉移步驟的優選實施例，徑向移位的所有插入叉98都在環 形支撐件78的相關聯凹槽86中被同時向外拉動。
因而，所有的橫向股72a、 72b被同時轉移。
如上所述，鐵心10的每個凹槽20的寬度大致等於每根電線38a、 38b 的寬度的兩^f咅，並且對於相繞組30的每個線匝32，兩4艮電線38a、 38b相對 於彼此大致設置在相同的徑向尺寸處。
在多個股A/v環形支撐件78的凹槽86 (在其中，它們徑向地排列)轉移 到定子11的鐵心10的相關聯凹槽20(在其中，它們設置在相同的徑向尺寸
處)期間，由於電線38a、 38b固有的彈性，多個股72a、 72b相對於鐵心10 的主軸線A切向地分布。
確實如上所述，電線38a、 38b的縱向股74a、 74b具有不同的長度，因 而，電線38a、 38b的容納在環形支撐件78的兩個凹槽86中且通過具有更 短長度的縱向股74a、 74b連接在一起的兩個橫向股72a、 72b,自然地在鐵
心10的相關聯凹槽20中具有朝向彼此移動的趨勢，相對於容納在環形支杯
投連接的兩個橫向股
72a、 72b,則自然地具有遠離彼此移動的趨勢'
權利要求
1. 一種用於旋轉電機的定子(11)，包括:-具有大致垂直的主軸線的環形鐵心(10)，該環形鐵心由上表面(18)和下表面(16)軸向地限定並由內環形面(12)徑向地限定；-設置在所述鐵心(10)的內環形面(12)中的一組軸向凹槽(20)，並且該組軸向凹槽敞開到所述鐵心(10)的上表面(18)和下表面(16)中，和-包括多個繞組(30)的線圈，其中，每個繞組(30)包括至少一個設置在所述鐵心(10)的與該繞組(30)相關聯的凹槽中的導體件(33)，並形成軸向波形以及形成與所述鐵心(10)的軸線A同軸的大致的螺旋形，該鐵心(10)包括一組徑向重疊的線匝(32a，32b)，其特徵在於，每個導體件(33)包括一對電導線(38a，38b)，該對電導線在所述導體件(33)的各處彼此鄰近且相對於彼此設置在相同的徑向尺寸處。
2. 如前述權利要求所述的定子(ll)，其特徵在於，對於每個線匝(32a， 32b )，所述兩才艮電線(38a， 38b )形成互補的軸向波形，所述波形軸向地交 疊，使得所述兩根電線(38a, 38b)的一根軸向地定位在另一根的上方。
3. 如前述權利要求中任一項所述的定子(11)，其特徵在於，所述導體 件(33)的每根電線(38a, 38b)從上遊到下遊順序地包括-設置為大致位於所述鐵心(IO)的下表面(16)下方的下股(40a， 40b); -設置在與所述繞組(30 )相關聯的第一凹槽(20 )中的上遊軸向股(42a, 42b );-設置為大致位於所述鐵心(10)的上表面上方的上股(44a， 44b);和 -設置在與所述繞組(30 )相關聯的第二凹槽(20 )中的下遊軸向股(42a， 42b),所述第二凹槽(20)相對於所述第一凹槽(20)定位在下遊。
4. 如前述權利要求所述的定子(11)，其特徵在於，在所述線圈的至少 一個線匝(32)中，第一電線(38a)的下股(40a)軸向地設置在第二電線(38b)的下股(40b)的上方，所述第一電線(38a)的第一軸向股(42a) 定位在所述第二電線(38b)的第一軸向股(42b)的上遊，所述第一電線(38a)的上股(44a)軸向地設置在所述第二電線(38b)的上股(44b)的上方， 並且所述第一電線(38a)的第二軸向股(42a)定位在所述第二電線(38b) 的第二軸向股(42b)的下遊。
5. 如前述權利要求所述的定子(11),其特徵在於，在所述線圈的至少 另一個線叵(32)中，所述第一電線(38a)的下股(40a)軸向地設置在所 述第二電線(38b)的下股(40b)的下方，所述第一電線(38a)的第一軸 向股(42a)定位在所述第二電線(38b)的第一軸向股(42a)的上遊，所 述第一電線(38a)的上股(44a)軸向地設置在所述第二電線(38b)的上 股(44b)的下方，並且所述第一電線(38a)的第二軸向股(42a)定位在 所述第二電線(38b)的第二軸向股(42b)的下遊。
6. 如權利要求3至5中任一項所述的定子(11),其特徵在於，每根電 線(38a， 38b)的設置在同一所述凹槽(20)中的所有軸向股(42a， 42b) 都定位在關於所述定子(11)的軸線A的相同角度處。
7. —種用於纏繞如前述權利要求中任一項所述的定子(11)的方法， 所述方法對於每個繞組(30)連續地包括-將所述導體件(33)纏繞到直線形支撐件(48)上的步驟，所述直線 形支撐件以包括橫向凹槽(54)的縱向軌道的形式；-將所述導體件(33 )從所述直線形支撐件(48 )轉移到環形支撐件(78 ) 中的第一步驟；和-將所述導體件(33)從所述環形支撐件(78)轉移到所述鐵心(10) 中的第二步驟；其中，所述纏繞步驟包括將所述導體件(33)放置在與所述繞組(30) 相關聯的凹槽(54)中，使得每根電線(38a, 38b)包括容納在每個相關聯 橫向凹槽(54)內的軸向股(72a, 72b )，並使得每根電線(38a， 38b)包 括橫向地設置在所述直線形支撐件(48)的每一側上的縱向股(74a, 74b )， 其特徵在於，在所述纏繞步驟期間，所述導體件(33)的兩根電線(38a, 38b)同時地放置在所述直線形支撐件(48)上，並且所述相關聯凹槽(54) 連續地容納所述兩根電線(38a, 38b )，使得在每個凹槽(54)中，所述兩 根電線(38a, 38b) —個在另一個上方垂直重疊，並使得在第一凹槽(54) 中，所述第一電線(38a)的軸向股(72a)設置在所述第二電線(38b)的 軸向股(72b )的上方，並且在與所述第一凹槽(54 )相連續的第二凹槽(54 )中，所述第一電線(38a)的軸向股(72a)設置在所述第二電線(38b)的 軸向股(72b)的下方。
8. 如前述權利要求所述的方法，其特徵在於，在所述纏繞步驟期間， 所述導體件(33)的兩根電線(38a， 38b)放置在所述直線形支撐件上，使 得所述第一電線(38a)的設置在所述直線形支撐件(48)的右邊的縱向股(74a)的長度小於所述第二電線(38b)的設置在所述直線形支撐件(48) 的右邊的縱向股(74b)的長度。
9. 如前述權利要求所述的方法，其特徵在於，在所述纏繞步驟期間， 所述導體件(33)的兩根電線(38a, 38b)放置在所述直線形支撐件(48) 上，使得所述第一電線(38a)的設置在所述直線形支撐件(48)的左邊的 縱向股(74a)的長度大於所述第二電線(38b)的設置在所述直線形支撐件(48)的左邊的縱向股(74b)的長度。
10. 如權利要求8或9的任一項所述的方法，其特徵在於，在所述纏繞 步驟期間，所述導體件(33)的兩根電線(38a， 38b)放置在所述直線形支 撐件(48)上，使得所述第一電線(38a)的設置在所述直線形支撐件(48) 的右邊的每個縱向股(74a)橫向地設置在所述直線形支撐件(48)和所述 第二電線(38b)的相關聯縱向股(74b)之間。
11. 如權利要求8至10中任一項所述的方法，其特徵在於，在所述纏 繞步驟期間，所述導體件(33)的兩根電線(38a, 38b)放置在所述直線形 支撐件(48 )上，使得所述第二電線(38b )的設置在所述直線形支撐件(48 ) 的左邊的每個縱向股(74b)橫向地設置在所述直線形支撐件(48)和所述 第一電線(38a)的相關聯縱向股(74a)之間。
12. 如權利要求7至11中任一項所述的方法，其特徵在於，所述第一 轉移步驟包括將設置在所述直線形支撐件(48 )的每個凹槽(54 )中的股(72a， 72b)連續地轉移到所述環形支撐件(78)的相關聯徑向凹槽(86)中，使 得在每個徑向凹槽(86)中，所迷股(72a， 72b)徑向地重疊。
13. 如權利要求7至12中任一項所述的方法，其特徵在於，所述第二 轉移步驟包括從所述環形支撐件(78)將設置在每個徑向凹槽(86)中的股(72a， 72b)同時地轉移到相對的所述鐵心(10)的凹槽(20)中。
14. 如前述權利要求所述的方法，其特徵在於，在所述第二轉移步驟期 間，以相同徑向尺寸設置在所述環形支撐件(78)的徑向凹槽(86)中的所 有股(72a, 72b)沿上遊方向或下遊方向在所述相關聯凹槽(86)中成角度 地偏移。
全文摘要
本發明涉及一種定子(11)，包括主體(10)、設置在主體(10)中的凹槽(20)和具有多個繞組(30)的線圈。根據本發明，每個繞組(30)包括至少一個設置在與該繞組(30)相關聯的前述凹槽中的導體件(33)，由此形成軸向波形和與主體(10)的軸線A同軸的螺旋形，該主體包括一組徑向堆疊的線匝(32a，32b)。本發明的特徵在於，每個導體件(33)包括一對鄰近的電導線(38a，38b)，該對電導線在該導體件(33)的各處相對於彼此設置在相同的徑向尺寸處。本發明還涉及一種用於製造該定子(11)的方法。
文檔編號H02K15/085GK101385219SQ200780005649
公開日2009年3月11日 申請日期2007年1月5日 優先權日2006年1月16日
發明者丹尼斯·博丁, 丹尼斯·埃文, 米歇爾·傑茲, 讓-皮埃爾·喬喬伊, 阿蘭·德費布文 申請人:法雷奧電機設備公司