CN100449909C - 旋转电机及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种车辆交流发电机包括定子、转子和外壳。定子具有定子铁芯和定子线圈，定子铁芯具有多个槽，定子线圈穿过所述槽。定子线圈由多个导体构成。每个导体具有位于槽中的插入部分和连接定子铁芯轴向外侧插入部分的连接部分。连接部分具有第一曲线部分和第二曲线部分。第一曲线部分靠近定子铁芯的外径设置，第二曲线部分靠近定子铁芯的内径设置。第一曲线部分的曲率大于第二曲线部分的曲率。

Description

旋转电机及其制造方法

【技术领域】

本发明涉及一种旋转电机及其制造方法。

【背景技术】

在WO98/54823所公开的交流发电机中，定子具有一个由多个U形导体元件构成的定子线圈。所述导体元件从定子铁芯的一个轴向端部插入到定子铁芯的槽中，所述导体元件的端部连接在定子铁芯的相反轴向端部上。通过这种定子结构，形成了一种紧凑、有效和低廉的交流发电机。

另外，在JP2000-37132A所公开的一种交流发电机中，为了提高转折部分的绝缘性，在转折部分U形导体元件支腿之间的绝缘间隙大于U形元件位于槽中的插入部分的绝缘间隙。

作为定子线圈的U形元件，采用具有图10所示初始形状的元件500。转折部分502具有靠近槽中定子铁芯外径布置的小弯曲部分504和靠近槽中定子铁芯内径布置的大弯曲部分506。在元件500安装在槽中时，线圈端内径小于转子的外径，因此而提高了转折部分的绝缘性。

但是，在该定子中，线圈端内周边的不均匀度增大。而且，线圈端设置在冷却空气发生元件的附近。因此，由于转子磁极之间具有间隙，因此，气压的波动增大，风扇的噪声增大。另外，由于线圈端内径小于转子的外径，因此限制了生产计划的灵活度。从而难于降低生产成本。

另外，由于线圈端靠近转子磁极，磁极中所产生的磁场很可能会影响定子线圈，并降低其性能。上述问题甚至在采用图11所示元件600的情况下也同样会发生。元件600在转折部分602处弯曲，设置在定子铁芯内径附近的弯曲部分606是弯曲的，而设置在定子铁芯外径附近的部分604基本上是平的。

图9示出了定子900的一部分，其中，较大的部分1331和较小的部分1332插入到定子铁芯902的槽905中。与定子铁芯902的径向射线相重合的槽905的纵向中心线与较大部分1331的中心线之间所形成的夹角θ11大约为110°。与定子铁芯902的径向射线相重合的槽905的纵向中心线与较大部分1331的中心线之间所形成的夹角θ12大约为90°。

夹角θ11大于夹角θ12。换句话说，转折部分1331c在定子铁芯的内侧比在定子铁芯的外侧更为弯曲。因此，线圈端的最小内径R1小于定子铁芯902的内径Rso。

在JP9-19108A所公开的定子中，多相线圈绕组插入到定子铁芯中，且只有处于一个相位上的线圈绕组在转折部分向定子铁芯的周边弯曲。由于只有处于一个相位上的线圈绕组是弯曲的，因此，该线圈绕组的长度与处于其它相位上的线圈绕组的长度是不同的。换句话说，线圈绕组的电阻是不同的。因此，降低了发电能力。

【发明内容】

本发明的一个目的是提供一种在尺寸、动力输出和成本方面都得到改进同时又保持其发电功效、低风扇噪声和便于制造等特点的旋转电机。

本发明的另一个目的是提供一种制造旋转电机的制造方法。

本发明的旋转电机包括转子、位于转子径向外侧的定子和封闭转子和定子的外壳。所述定子包括定子铁芯和定子线圈，所述定子铁芯在其内周边具有多个槽，所述定子线圈穿过所述槽。定子线圈具有位于槽中的插入部分和连接定子铁芯轴向外侧插入部分的连接部分。每个连接部分具有第一曲线部分和第二曲线部分。第一曲线部分靠近定子铁芯的外径，第二曲线部分靠近定子铁芯的内径。第一曲线部分的曲率大于第二曲线部分的曲率。

通过这种结构，提高了由连接部分所形成的线圈端内周边的均匀度。而且，线圈端与冷却空气发生装置例如风扇之间的间隔增大。因此，降低了冷却空气风扇装置所产生的噪声。另外，由于在所有的连接部分上都形成有第一和第二曲线部分，因此，形成定子线圈的导体的电阻基本上是相等的。从而可保持其发电功效。

定子线圈由U性导线构成。将长的导线切割成预定的长度，将导线弯曲成大致为U形的形状，并在U形的弯曲部分上形成第一曲线部分，由此而制成U形导线。在靠近定子铁芯外径的一侧形成第一曲线部分。然后，在将U形导线安装到槽中之前，将U形导线扭曲成预定的形状。

由于在扭曲和安装到槽中之前就形成第一曲线部分，因此，简化了旋转电机的制造过程。另外，也降低了旋转电机的制造成本。

【附图说明】

本发明上述的和其它的目的、特点和优点可通过下面结合附图所进行的描述中清楚地得出。其中：

图1是局部剖开的本发明实施例的车辆交流发电机的示意图；

图2是本发明实施例的定子中的一部分的横截面图；

图3是安装在本发明实施例的定子铁芯中的导体元件的透视图；

图4是本发明实施例的导体元件的端部的透视图；

图5是本发明实施例的定子铁芯的局部端面视图，其示出了导体元件是如何安装在槽中；

图6是表示如何制造本发明实施例的导体元件的示意图；

图7是由图6所示方法制造的导体元件的示意图；

图8是根据本发明实施例改进的导体元件的示意图；

图9是现有技术车辆交流发电机的定子铁芯的局部端面视图，其示出了导体元件是如何安装到槽中；

图10是现有技术的导体元件的示意图；

图11是现有技术的导体元件的示意图。

【具体实施方式】

下面将结合附图对本发明的优选实施例进行描述。

图1所示的车辆交流发电机1是一个三相发电机，其由发动机(未示出)驱动。图1中交流发电机1的左侧和右侧分别表示前端和后端。交流发电机1包括定子2、转子3、外壳4和整流装置5。转子3与轴6一起旋转，并起励磁磁铁的作用。转子3包括Lundell型磁极铁芯7、励磁线圈8、滑环9、10、混流式风扇11和离心式风扇12。轴6与皮带轮20相连，并由发动机(未示出)驱动旋转。

Lundell型磁极铁芯7由一对磁极铁芯构成。每个磁极铁芯包括一个固定在轴6周围的轮毂部分71和一个从轮毂部分71的轴向端部沿径向延伸的轮盘部分72。而且，磁极铁芯7包括16个爪形磁极73。励磁线圈8缠绕在轮毂部分71周围。

混流式风扇11包括基盘111、相对于基盘111呈锐角布置的倾斜叶片和垂直于基盘111布置的垂直叶片。基盘111通过焊接或其它的方式固定在磁极铁芯7的前端表面上，从而混流式风扇11可与转子3一起旋转。离心式风扇12包括基盘121和垂直于基盘121布置的叶片。基盘121通过焊接或其它的方式固定在磁极铁芯7的后端表面上，从而离心式风扇12可与转子3一起旋转。

定子2可用作电枢。定子2围绕转子3的外周边布置。定子2包括定子铁芯32和多相定子线圈31。定子线圈31由多个电导体构成。电导体布置在位于定子铁芯32内周边的槽35中。定子线圈31从定子铁芯32的后端和前端沿轴向伸出，并形成第一线圈端31a和第二线圈端31b。

外壳4由前端外壳4a和后端外壳4b构成。外壳4在其前端表面和后端表面上设有进气孔41。外壳4还在与第一线圈端31a和第二线圈端31b相对的部分上设有排气孔42。前端外壳4a在其内周边设有台阶4f。

前端外壳4a和后端外壳4b通过双头螺柱(固定件)4c固定，从而前端外壳4a和后端外壳4b可将定子2和转子3保持在一起。具体地说，定子铁芯32的轴向前端通过双头螺柱4c的凸缘4g沿轴向施压而与台阶4f压接在一起，定子铁芯32夹在台阶4f和凸缘4g之间。

整流装置5固定在后端外壳4b的端部，并与第一线圈端31a相对。整流装置5将定子2输出的交流电压整流为直流电压。

当旋转驱动力从发动机通过皮带和类似的装置传递给皮带轮20时，转子3就沿预定的方向旋转。在此情况下，通过将结束电压作用于励磁线圈8而使磁极铁芯7的爪形磁极73产生激励。因此，在定子线圈31中产生三相电压，并在整流装置5的输出端5a产生直流电流。

下面将详细地对定子2进行描述。

如图2所示，定子铁芯32具有沿定子铁芯32径向向内敞开的均布分开的槽35。定子线圈31的电导体通过绝缘子34布置在槽35中。绝缘子34在定子铁芯32和定子线圈31之间形成电绝缘。槽35的数目根据转子3的磁极数目和定子线圈31的相数而定。如在该实施例中，设有72个槽。

图3示出了安装在定子铁芯32的槽35中的电导体的形状。电导体331和332通过将大致为U形的导线成型或扭曲成预定形状而成。每个导体具有厚度均匀的大致为矩形的横截面。导体331和332以预定的方式布置而构成定子线圈31。

在每个槽35中，安装有偶数个电导体(例如，在该实施例中为4个导体)，并沿定子铁芯32的轴向延伸穿过。如图2所示，导体331和332的直的部分(插入部分)331a、332a、332b和331b沿直线布置，并在定子铁芯32的径向向外的方向上形成内层(第一层)、内中层(第二层)、外中层(第三层)和外层(第四层)。

第一线圈端31a由定子铁芯32轴向外侧的导体331、332的连接部分(转折部分)331c、332c构成。第二线圈端31b由定子铁芯32轴向外侧的导体331、332的连接端331d、331e、332d和332e构成。

位于槽35的一个层上的一个导体与位于与槽35相邻一个极距的槽35的另一个层上的一个导体成对配置，从而使导体之间保持间隔并有序地布置导体。

例如，第一层的插入部分331a与位于与插入部分331a所穿过的槽相邻一个极距的槽35的第四层的插入部分331b成对配置。第二层的插入部分332a与位于与插入部分332a所穿过的槽相邻一个极距的槽35的第三层的插入部分332b成对配置。

插入部分331a、332a分别通过连接部分331c、332c在定子铁芯32轴向后端的轴向外侧与插入部分331b、332b相连。在定子铁芯32的轴向端部，转折部分331c位于转折部分332c的外侧。连接部分331c形成外层线圈端，转折部分332c形成中层线圈端。外层线圈端和中层线圈端形成第一线圈端31a。

第二层的插入部分332a还与位于与插入部分332a所穿过的槽相邻一个极距的槽35的第一层的插入部分331a’成对配置。第四层的插入部分331b’与位于与插入部分331b’所穿过的槽相邻一个极距的槽35的第三层的插入部分332b成对配置。插入部分332a的端部332d在定子铁芯32轴向前端的轴向外侧与插入部分331a’的端部331d’相连。插入部分331b’的端部331e’在定子铁芯32轴向前端的轴向外侧与插入部分332b的端部332e相连。

端部331d’和332d的连接部分和端部332e和331e’的连接部分布置在定子铁芯32的径向，从而形成相邻层线圈端。在此情况下，导体端部的连接部分不会在定子铁芯32轴向前端的轴向外侧重叠，从而形成第二线圈端31b。

这里，包括插入部分331a、331b、连接部分331c和端部331d、331e的导体331被称为大部段。包括插入部分332a、332b、连接部分332c和端部332d、332e的导体332被称为小部段。

大部段331和小部段332包含在基本部段33中。基本部段33以特定的方式布置在槽35中，从而形成围绕定子铁芯32转折两次的定子线圈31。但是，形成定子线圈31的引出导线的部段和连接定子线圈31的第一和第二重叠部分的转折部分包含在具有特定形状的部段中。定子线圈31包括9个特定形状的部段。通过连接第一重叠部分和第二重叠部分，也就是通过连接内层线圈端和外层线圈端就可形成特定形状的线圈端。

下面将对定子线圈31的制造过程进行描述。

首先，布置基本部段33使大部段331的转折部分331c穿过到小部段332的转折部分332c的外侧。在将部段33安装到槽35中之前，扭曲部段33使插入部分331a和插入部分332a分别对应在槽(第一槽)35的第一层和第二层中，导体332b和导体331b分别对应在沿定子铁芯32的顺时针方向与第一槽间隔一个极距的另一个槽(第二槽)35的第三和第四层中。然后，将扭曲的部件33从定子铁芯32的轴向后端插入到槽35中。这样，插入部分331a、331b、332a和332b就以上述方式布置在槽35中。

在插入部段33之后，将从定子铁芯32的轴向前端伸出的部段33的端部弯曲。具体地说，弯曲大部段331的端部331d和331e，使端部331d沿定子铁芯32的周向离开端部331e。大部段331的每个端部331d和331e延伸到距离部段331所穿过的槽35大约一个半槽的点处。弯曲小部段332的端部332d和332e，使端部332d靠近端部332e。每个端部332d和332e延伸到大约一个半槽的点处。

在进行了上述步骤之后，通过焊接，例如超声波焊接、电弧焊接和钎焊使槽35中的所有部段33、第四层的端部331e’和第三层的端部332e电连接。类似地，使第二层的端部332d和第一层的端部331d’电连接。在完成上述步骤形成图4所示的所有端部时，就形成了定子2的第二线圈端31b。

当从定子铁芯32的轴向后端看定子铁芯32时，大部段331和小部段332就布置成图5所示的形式。与定子铁芯32的径向射线重合的槽35的纵向中心线L1与从第一层伸出的部段331的中心线L2之间的夹角θ1大约为90°。与定子铁芯32的径向射线重合的槽35的纵向中心线L3与从第四层伸出的部段331的中心线L4之间的夹角θ2大约为100°。也就是，夹角θ2大于夹角θ1。

因此，在转折部分331c，定子铁芯32内径附近的曲线小于定子铁芯32外径附近的曲线。第一线圈端31a的最小内径D1大于定子铁芯32的内径Dso。在定子铁芯32内径附近的部位相对于槽35的内径接触线向定子铁芯32的外径侧折叠转折部分331c。以同样的方式布置小部段332。

另外，最小内径D1大于转子3的外径Dr。基本部段33的最大外径D2也就是第一线圈端31a的外径大于定子铁芯32的外径Ds。这就减小了线圈端31a与其它部件的干扰。因此，减小了线圈端的高度。由于风扇和线圈端31a之间的间隔增大，因而也降低了风扇的噪声。

用于形成部段331和332的U形导线可如图6所示的那样进行制造。首先，将长的导线切割成一定的长度而形成直导线100(步骤1)。然后，将直导线100设置在特定的位置上，并通过向下(箭头A1所示的方向)移动活动销210来将其基本上弯曲成U形(步骤2)。因此，就制成具有转折部分202、第一直线部分205和第二直线部分207的U形导线200。

其次，沿水平方向(箭头A2所示的方向)移动成型辊212，从而转折部分202的一侧就凹陷而形成弯曲部分(大的弯曲部分)204(步骤3)，如图7所示。转折部分202在与大的弯曲部分204相对的一侧具有平坦部分206。这里，大的弯曲部分204被称为第一曲线部分，而平坦部分206被称为第二曲线部分。转折部分202与转折部分(连接部分)331c、332c相对应。

导线200在安装到槽35中之前，作为部段33，使第一曲线部分204靠近定子铁芯32的外径，而第二曲线部分206靠近定子铁芯32的内径(靠近转子3)。然后，将导线200扭曲成上述预定形状，并将其插入到槽35中，从而如图5所示的那样布置部段33。

第一直线部分205的一部分与设置在靠近定子铁芯32外径的槽35中的插入部分331b、332b相对应。第二直线部分207的一部分与设置在靠近定子铁芯32内径的槽35中的插入部分331a、332a相对应。

由于部段331、332的转折部分331c和332c具有位于定子铁芯32外径侧的大的弯曲部分204和位于内径侧的平坦部分206，因此，提高了第一线圈端31a内周边的平整度。通过这种结构，线圈端31a、31b与冷却空气发生装置例如混流式风扇11和离心式风扇12之间的间隔增大。因此，减小了风扇的噪声。

另外，对于所有的部段33而不是特定形状的部段都均匀地形成弯曲。换句话说，部段33制成相同的长度(相同的电阻)。因此，可保持其发电功效。

另外，由于第一曲线部分204设置得靠近定子铁芯32的外径侧，第一线圈端31a的最大外径D2大于定子铁芯32的外径Ds。通过这种结构，面向第一线圈端31a的后端外壳4b的内径大于前端外壳4a的内径。而且，后端外壳4b在面向第一线圈端31a的位置上设有气孔42。因此，提高了冷却性能。

部段33至少在插入部分具有大致为矩形的横截面，因此，部段33所占据的槽35的区域增大。因此，可获得较高的能量输出，同时减小了其尺寸。由于在离心方向上的空气通道增大，因此，在相同横截面面积的情况下，与具有圆形横截面的部段相比，提高了线圈端31a的冷却效率。

通过采用U形导线200来形成定子线圈31，可很容易地制造出定子2，并可降低生产成本。但是，本发明并不局限于前述的和附图所示的实施例，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以其它各种方式来实现本发明。

例如，如图8所示，第二曲线部分206可以是略微弯曲的。U形导线200A在靠近定子铁芯32内径的一侧具有小的弯曲部分208，在靠近定子铁芯32外径的一侧具有大的弯曲部分204。第一曲线部分204的曲率大于第二曲线部分208的曲率。为了制造U形导线200A，在步骤3中采用两个成型辊212。通过两个成型辊212从导线200A的两侧施加力来形成第一曲线部分204和第二曲线部分208。

本发明可应用于任何种类的旋转电机，而不只是车辆发电机中的一种。

Claims (15)

1.一种旋转电机，其包括：

用于产生磁场的转子；

位于转子径向外侧的定子，所述定子包括定子铁芯和定子线圈，所述定子铁芯在其内周边具有多个槽，所述定子线圈穿过所述槽；和

封闭转子和定子的外壳，

其中，定子线圈具有位于槽中的插入部分和连接定子铁芯轴向外侧插入部分的连接部分，

其中，每个连接部分具有第一曲线部分和第二曲线部分，第一曲线部分靠近定子铁芯的外径设置，第二曲线部分靠近定子铁芯的内径设置，以及

第一曲线部分的曲率大于第二曲线部分的曲率。

2.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，第二曲线部分与其连接部分相切。

3.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，定子线圈由多个为U形的导体构成，每个导体具有第一插入部分、第二插入部分、转折部分、第一端部和第二端部，其中，

第一插入部分设置在靠近定子铁芯外径的第一槽中，第二插入部分设置在靠近定子铁芯内径的第二槽中，第二槽与第一槽相距一个极距；

转折部分连接第一插入部分和第二插入部分，并形成连接部分；

第一和第二端部分别形成于第一和第二插入部分的端部，每个端部与在连接部分相对一侧的定子铁芯的轴向外侧的另一个导体的端部相连。

4.根据权利要求3所述的旋转电机，其中，每个导体是扭曲的。

5.根据权利要求3所述的旋转电机，其中，与定子铁芯径向射线重合的第二槽的纵向中心线和连接部分的第二曲线部分的中心线之间形成第一夹角θ1，与定子铁芯径向射线重合的第一槽的纵向中心线和连接部分的第一曲线部分的中心线之间形成第二夹角θ2，

其中，每个导体布置成使第一夹角θ1小于第二夹角θ2。

6.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其中，连接部分形成线圈端，线圈端的最小内径大于转子的外径。

7.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其中，连接部分形成线圈端，线圈端的最大外径大于定子铁芯的外径。

8.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其中，每个插入部分具有为矩形的横截面。

9.根据权利要求3所述的旋转电机，其中，外壳包括围绕定子铁芯端部的第一外壳和围绕定子铁芯连接部分的第二外壳，第二外壳的内径大于第一外壳的内径。

10.根据权利要求9所述的旋转电机，其还包括：

带有凸缘的固定件，

其中，第一外壳在其内周边具有台阶，通过固定件沿轴向推压定子铁芯，从而将定子铁芯固定在台阶与凸缘之间。

11.根据权利要求10所述的旋转电机，其中，固定件是用于紧固第一外壳和第二外壳的螺栓。

12.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其中，外壳在与定子线圈的连接部分的第一曲线部分相对的部位设有气孔。

13.一种制造如权利要求4所述的旋转电机的方法，其包括以下步骤：

将长的导线切割成预定的长度；

将导线弯曲成为U形的形状，从而形成第一直线部分、第二直线部分和弯曲部分，其中该弯曲部分连接在第一直线部分和第二直线部分之间，所述第一直线部分对应于所述为U形的导体的第一插入部分，所述第二直线部分对应于所述为U形的导体的第二插入部分，并且

由邻接于第一直线部分处的弯曲部分形成第一曲线部分，由此而制成对应于为U形的导体的U形导线。

14.根据权利要求13所述的制造旋转电机的方法，其还包括在将U形导线安装到定子铁芯上之前，扭曲U形导线的步骤。

15.根据权利要求13所述的制造旋转电机的方法，其还包括在弯曲部分的第二曲线部分上形成曲线，从而使第二曲线部分的曲率小于第一曲线部分的曲率的步骤。

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