CN101657953A - 将预先制造的集中绕组***定子槽 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于制造电动机定子的方法，电动机定子包括：定子芯(30)，其在内表面设置有多个槽(32)和多个齿(31)，每个齿径向向内延伸并朝向定子芯的中心逐渐变细，所述齿至少包括第一齿(31A)、第二齿(31B)和第三齿(31C)，并且槽和齿交替地布置；以及多个梯形的线圈(10)，每个线圈被***每个槽中，每个线圈由具有矩形截面并被集中卷绕为梯形的矩形导体(15)形成。所述方法包括以下步骤：将第二和第三线圈(10B和10C)分别安装在位于第一齿(31A)两侧的第二齿和第三齿(31B和31C)上；使空心的第一线圈(10A)在被安装在第一齿(31A)上之前变形，并且将变形的线圈(10A)的第一部分***位于第一齿的一侧的槽(32A)中；将变形的线圈(10A)的第二部分***位于第一齿(31A)的另一侧的槽(32A)中。

Description

将预先制造的集中绕组***定子槽
技术领域
本发明涉及一种制造电动机定子的方法，其中由矩形导体制成的梯形集中绕组线圈被装入对磁极数量具有较小限制的一体式芯体。
背景技术
许多用于电动机的定子包括线圈，其中每个线圈由具有圆形横截面的卷绕导体形成。由于近年来对提高电动机效率以及减小电动机尺寸和重量的要求的增长，定子槽中的导体需要较大的占空系数。
对于将圆形横截面的导体安装在定子芯的齿上，JP11(1999)-032457A公开了交替地设置梯形线圈和平行线圈的结构。然而，该结构需要制造不同形状的线圈，使得部件数量增多，从而导致成本升高。
另一方面，从增大导体的占空系数的观点，目前的一些定子包括线圈，其中每个线圈由具有矩形横截面并通过沿边弯曲操作而卷绕的导体形成。相比线圈卷绕定子，该结构提供的优势例如是提高的占空系数和良好的散热特性。
一种使用相同形状的线圈的技术在JP2006-166610A中被公开，其中形状相等的梯形线圈被安装在分体式的或分段式的芯体中，以增大占空系数。该技术允许通过单种梯形线圈来制造定子。
发明内容
本发明要解决的问题
然而，在JP’610A中公开的技术具有以下缺点。具体而言，由于定子芯由一定数量的分体式的芯体形成，所以需要将分体的芯体组合的处理(环收缩装配处理等)，导致制造成本升高。此外，与一体式芯体相比，齿与槽相对应地被划分。因此，作为电动机的重要因素的内径精度(圆度及其它)和外径精度取决于被组装的构件的累计公差。因此，不能可靠地确保精度。所以，电动机转矩脉动、噪声、振动等增大。上述的定子如果被使用在用于驱动车辆的电动机中，则容易使驾驶性能劣化。
还可以料到的是，设置有多个齿的分体式芯体并没有将芯体针对每个齿来个别地划分。这种情况将导致需要不同形状的线圈的缺点，如JP’457A中公开的技术。
本发明被提出以解决上述问题，并且旨在提供制造电动机定子的方法，能够限制分体式定子芯的数量的增加并允许较容易地组装芯体。解决问题的手段
为实现以上目标，根据本发明的电动机定子的制造方法以及电动机定子具有以下特征。
(1)根据一个方面，本发明提供了一种制造电动机定子的方法，所述电动机定子包括：  定子芯，其在内表面设置有多个槽和多个齿，每个所述齿径向向内延伸并朝向所述定子芯的中心逐渐变细，所述齿至少包括第一齿、第二齿和第三齿，并且所述槽和所述齿交替地布置；以及多个梯形的线圈，每个所述线圈被***每个所述槽中，每个所述线圈由具有方形截面并被集中卷绕为梯形的矩形导体形成，其中，所述方法包括以下步骤：将所述线圈分别安装在位于所述第一齿的两侧的所述第二齿和所述第三齿上；使所述线圈中空心的一个线圈在被安装在所述第一齿上之前变形，并且将变形的所述线圈的第一部分***位于所述第一齿的一侧的所述槽中；以及将变形的所述线圈的第二部分***位于所述第一齿的另一侧的所述槽中。
(2)优选地，上述方法(1)还包括以下步骤：将所述线圈中的一个安装在所述齿中的初始一个齿上；通过使另一个线圈沿着下一个齿的一个侧表面滑动，将所述另一个线圈***位于所述下一个齿的两侧的所述槽中；以及相继地将所述线圈***除最后一个槽以外的其余所述槽中。
(3)根据另一个方面，本发明提供了一种制造电动机定子的方法，所述电动机定子包括：  定子芯，其在内表面设置有多个槽和多个齿，每个所述齿径向向内延伸并朝向所述定子芯的中心逐渐变细，所述齿至少包括第一齿、第二齿和第三齿，并且所述槽和所述齿交替地布置；以及多个梯形的线圈，每个所述线圈被***每个所述槽中，每个所述线圈由具有方形截面并被集中卷绕为梯形的矩形导体形成，其中，所述第二齿和所述第三齿位于所述第一齿的两侧，每个所述槽被设计为使得当所述线圈中的一个被安装在所述第二齿上时，所述第三齿和安装在所述第二齿上的所述线圈之间的最小距离大于所述线圈的最大宽度，并且所述方法包括使另一个线圈沿着所述第一齿的一个侧表面滑动来将所述另一个线圈***位于所述第一齿的两侧的所述槽中的步骤。
(4)优选地，上述方法(3)还包括以下步骤：使所述线圈中空心的一个线圈在被安装在最后一个所述齿上之前变形；将变形的所述线圈的第一部分***位于最后一个所述齿的一侧的所述槽中；以及将变形的所述线圈的第二部分***位于最后一个所述齿的另一侧的所述槽中。
(5)根据另一个方面，本发明提供了一种电动机定子，包括：定子芯，其在内表面设置有多个槽和多个齿，每个所述齿径向向内延伸并朝向所述定子芯的中心逐渐变细，所述齿至少包括第一齿、第二齿和第三齿，并且所述槽和所述齿交替地布置；以及多个梯形的线圈，每个所述线圈被***每个所述槽中，每个所述线圈由具有方形截面并被集中卷绕为梯形的矩形导体形成，其中，所述第二齿和所述第三齿位于所述第一齿的两侧，并且每个所述槽被设计为使得当所述线圈中的一个被安装在所述第二齿上时，所述第三齿和安装在所述第二齿上的所述线圈之间的最小距离大于所述线圈的最大宽度。
根据本发明的以上电动机定子制造方法和电动机定子可以提供以下作用和效果。
根据上述结构(1)，首先，梯形的线圈被安装在位于第一齿两侧的第二齿和第三齿上，并且之后使另一个线圈在空心的状态下变形，线圈的位于一侧的第一部分被***到位于第一齿的一侧的槽中，并且线圈的位于另一侧的第二部分被***位于第一齿的另一侧的槽中。因此，在线圈的第一部分被***位于第一齿的一侧的槽中达预定距离之前，线圈的第二部分将不会与第一齿以及相邻的已经被***槽中的线圈接触。线圈的第一部分从而可以被平滑地***预定的槽中。梯形的线圈由多匝螺旋卷绕的矩形导体形成，它可以像盘簧那样通过相继地偏移匝部分而发生变形。
当线圈的第二部分与第一齿接触时，线圈的第一部分已经被***槽中。因此，第二部分也可以被平滑地***。
被***槽中的梯形线圈通过矩形导体的弹性恢复原始形状，并且以几乎没有间隙的状态容纳在槽中。
根据上述结构(3)，第二齿和第三齿位于第一齿的两侧，并且槽被设计为使得当第二线圈被***槽时，第三齿和第二梯形线圈之间的最小距离大于线圈的最大宽度。因此，即使当第一梯形线圈沿着第一齿的一个侧表面滑动以将第一线圈安装到第一齿上时，第一线圈的更靠近第一齿的底边的外边缘不会与第三齿接触。因此，第一线圈只需要沿着第一齿的一个侧表面滑动，允许第一线圈平滑且容易地***围绕第一齿的槽中。
根据上述结构(5)，即使当第一梯形线圈沿着第一齿的一个侧表面滑动以将第一线圈安装到第一齿上时，第一线圈的更靠近第一齿的底边的外边缘不会与第三齿接触。因此，第一线圈只需要沿第一齿的一个侧表面滑动，允许第一线圈平滑且容易地***围绕第一齿的槽中。
附图说明
图1是示出将第一线圈***围绕齿的槽的步骤的说明图；
图2是示出将第二线圈***围绕另一个齿的槽的步骤的说明图；
图3是用于解释将最后一个线圈***围绕最后一个齿的槽的步骤的第一视图；
图4是用于解释将最后一个线圈***围绕齿的槽的步骤的第二视图；
图5是用于解释将最后一个线圈***围绕齿的槽的步骤的第三视图；
图6是用于解释将最后一个线圈***围绕齿的槽的步骤的第四视图；
图7是用于解释将最后一个线圈***围绕齿的槽的步骤的第五视图；
图8是用于解释使线圈变形的步骤的视图；
图9是图3的立体图；
图10是图4的立体图；
图11是图5的立体图；并且
图12是图7的立体图；
具体实施方式
以下将参照附图详细描述本发明的优选实施例。图9是示出本实施例的第一线圈10A要被装入定子芯30的状态的立体图。
第一线圈10A、第二线圈10B和第三线圈10C中的每个由以螺旋形式沿边卷绕的扁平矩形导体15制成。本实施例中的导体15厚1.0mm，宽5.0mm。线圈10A、10B和10C中的每个具有沿短侧的梯形端面和沿长侧的矩形端面。导体15由例如铜之类的展现良好导电性的金属制成，并涂覆有绝缘涂层。该绝缘涂层由确保绝缘的搪瓷涂层或树脂涂层形成，如聚酰亚胺和酰胺酰亚胺(amidimid)。
定子芯30由环形盘状层叠的金属板构成，并且形成有交替布置的齿31(31A、31B、31C...)和槽32。每个槽32具有用于容纳两个卷绕线圈的部分的空间，所述两个卷绕线圈分别被安装在位于一个槽32的两侧处的相邻的两个齿31上。例如，一个槽32包括位于第一齿31A一侧(图1中的左侧)的槽部分32A和位于第二齿31B一侧(图1中的右侧)的槽部分32B。
应注意，每个线圈10A、10B、10C...和每个齿31A、31B、31C...在此后也被分别称为“线圈10”和“齿31”，其在图1中的括号中示出。
每个齿31被形成为径向向内延伸并朝向定子铁芯30的中心逐渐变细的梯形。每个槽32被形成为在平面视图中具有大致为成角度U形的间隙。相邻的齿31的对一个槽32进行界定的相对的壁被平行地形成。
在每个齿31上，装配有用作为绝缘材料的树脂绝缘体(由于较薄而未图示)。一个线圈10和一个齿31以两者之间夹着该绝缘体的方式将所述一个线圈10安装在所述一个齿31上。
参照图1至7，以下给出将线圈10***定子芯30的全部槽32的步骤的说明。所有这些图都示出了定子芯30的平面视图。每个线圈10以截面的方式被示出。未被划分的定子芯30是一体柱状的外形。
在图1中，线圈10A被布置在第一齿31A的前方。齿31A是朝向定子芯30的中心逐渐变细的梯形，从而具有倾斜的侧表面。每侧的锥角(每个侧表面的倾斜角)是θ2。其它齿31B、31C...具有与第一齿31A相同的形状。
另一方面，线圈10A的内表面具有与齿31A的梯形外形共形的梯形形状。该内表面在每侧的锥角是θ2。
当使线圈10A沿图1中的方向X移动时，容易将线圈10A***形成在齿31A两侧的槽部分32A中。
接下来，参照图2，给出在第二线圈10B已经被安装在位于第一齿31A左侧的第二齿31B上之后且在第三线圈10C被安装在位于第一齿31A右侧的第三齿31C上之前，将第一线圈10A安装在第一齿31A上的步骤的说明。
图2中，被安装在第二齿31B上的第二线圈10B的最右侧的点和第三齿31C的最左侧的点之间的水平距离被设为“A”。第一线圈10A的底边的尺寸被设为“W”。齿31和槽32被设计为满足关系：A＞W。
具体地，每个槽32被设计为使得：当第二线圈10B被***第二齿31B(其是与第一齿31A相邻的齿31B和31C中的一个)两侧的槽部分32B时，第三齿31C和第二线圈10B之间的最小距离“A”大于线圈10的最大宽度“W”。因此，当第一线圈10A沿第一齿31A的一个侧表面滑动时，第一线圈10A被***位于第一齿31A两侧的槽部分32A中。
具体地，第一线圈10A通过使其左侧内表面与第一齿31A的左侧表面进行接触而滑动。此时，***方向(角度)由相对于与线圈10A的底边垂直的垂直方向的角度θ2限定。因此，第一线圈10A可以被平滑地***槽部分32A。
随后的线圈10可以根据图2所示的步骤相继地被***相应的槽32中。关键是***最后的线圈10的步骤。
以下参照图3至7说明***最后的线圈10的步骤。
如图3所示，梯形线圈10A被设置为使其底边平行于梯形齿31A的顶面。在梯形线圈10A的内表面和外表面中，每个长边侧表面相对于与底边垂直的垂线以角度θ2倾斜。该状态也在图9中被示出。第二线圈10B已经被安装在与第一齿31A相邻的第二齿31B上。类似地，第三线圈10C已经被安装在第三齿31B上。在该状态下，线圈10的最大宽度W大于第二线圈10B和第三线圈10C之间的空间(槽部分32A)的最大宽度C。因此不可能将线圈10A直接***第一齿31A的槽部分32A中。
因此，如图8所示，以下述步骤使第一线圈10A变形。
(1)芯部空心卷绕的线圈10A从图8(A)所示的状态绕线圈10A的底边的一个边缘端(中心点E)相对于目标第一齿31A的顶面倾斜或旋转预定角度θ1。线圈10A成为图8(B)所示的状态，其中第一线圈10A的矩形导体15的一部分越过通过中心点E的垂线M。该状态也在图10中示出。在矩形导体15的第一匝部分，在导体15的厚度方向上与中心点(第一角部)E相继的第二角部J越过通过中心点E的垂线M。
(2)导体15的在先被***槽中的一侧(位于中心点E侧)从底边起的第二匝以及之后的匝部分在被逐个略微地偏移以部分地彼此重叠，直到通过导体15的第十三匝部分的最外侧的点H和第二转角J的直线相对于通过中心点E的垂线M成角度θ2。具体地，直线J-H相对于垂线M成角度θ2。之后，整个线圈10A在图8中被向左移动达距离Y，到达第二角部J与垂线M对准的位置。
该状态在图8(C)和图4中被示出。图11是该状态的立体图。如图11所示，矩形导体15的位于更靠近第三齿31C一侧的匝部分被逐个略微地偏移，并且进一步使整个线圈10A以角度θ1倾斜。该状态下导体15的宽度X(图8(C)中所示)等于或小于更靠近第三齿31C的槽部分32A的宽度Z(见图4)。因此，线圈10A为沿图中所示的点划线(即，沿着图4中的第一齿31A的右侧表面)***作好了准备。
(3)如上所述，导体15的将先被***第一齿31A的匝部分(第一部分)的最近点(中心点E)和导体15的将被稍后***的匝部分(第二部分)的最外侧的点F在远离第一齿31A的方向上间隔达距离L1。导体15的将稍后被***第一齿31A的匝部分(第二部分)的最近点I和中心点E之间的距离在图8(C)中被设为L2。
(4)当第一线圈10A将要被安装到第一齿31A上时，在导体15的先被***的匝部分(第一部分)被***达距离L2之前，导体15的后被***的匝部分(第二部分)将不会与第一齿31A和已经被安装在第二齿31B上的第二线圈10B接触。因此，导体15可以平滑地被***第一齿31A的槽部分32A。
(5)如图5所示，在线圈10A的大多数匝部分(图中的右侧的匝部分)已经被***位于齿31A的一侧的槽部分32A中之后，线圈10A的匝部分(图中的左侧匝部分)的更靠近第一齿31A的点I与齿31A进行接触。因此，左侧匝部分也被平滑地***位于齿31A另一侧的槽部分32A中。换言之，左侧匝部分相对于槽部分32A倾斜地偏移，提供了更窄的表观宽度，从而允许平滑***到槽部分32A中。在本实施例中，如图6所示，导体15的十三个匝部分以逐个相继的方式被平滑地***两个槽部分32A的任意一个。
被***槽部分32A中的第一线圈10A通过其弹性恢复原始形状，并且几乎没有间隙地被容纳在槽部分32A中。该状态在图7的平面图和图12的立体图中示出。
如上所述，全部线圈10被***定子芯30，并且之后选择性地与连接导线连接以提供U相、V相和W相。具体地，每个线圈10形成有线圈端部分10a和10b，其与连接导线连接以分别形成U相、V相和W相。U相端子、V相端子和W相端子然后被连接。最后，在定子芯30的端部处形成树脂模制件，从而完成定子。
如以上具体描述，本实施例的电动机定子的制造方法针对的是定子芯30和多个线圈10，其中，该定子芯30在其内表面中具有多个槽32和多个齿31，每个齿31朝向定子芯30的中心逐渐变细；并且多个线圈10被分别安装在齿31上，每个线圈由具有方形截面并被集中卷绕为梯形的矩形导体15形成。根据该方法，第二线圈10B和第三线圈10C被各自***位于第一齿31A两侧的第二齿31B和第三齿31C的侧面的槽32B和32C中，然后使第一线圈10A在空心的状态下变形，第一线圈10A的位于一侧的第一部分被***位于第一齿31A的一侧的槽部分32A中，并且接着第一线圈10A的第二部分被***位于第一齿31A的另一侧的另一个槽部分32A中。因此，在第一线圈10A的第一部分被***位于第一齿31A的一侧的槽部分32A达预定距离之前，第一线圈10A的第二部分将不会与第一齿31A以及相邻的已经被***槽部分32B的第二线圈10B接触。因此，第一线圈10A的第一部分可以平滑地被***目标槽部分32A中。
此外，当第一线圈10A的第二部分的端点I与第一齿31A进行接触时，第一线圈10A的第一部分已经几乎被***槽部分32A中。因此，第一线圈10A的第二部分可以平滑地被***另一个槽部分32A中。被完全***槽部分32A中的第一线圈10A通过矩形导体15的弹性恢复原始形状，并且以几乎没有间隙的状态容纳在槽部分32A中。
根据以上实施例中电动机定子的制造方法，槽32被设计为使得当第二线圈10B被***围绕位于第一齿31A两侧的第二齿31B和第三齿31C中的第二齿31B的槽部分32B时，第三齿31C和第二线圈10B之间的最小距离A大于线圈10的最大宽度W。即使当第一线圈10A的第一部分沿第一齿31A的一个侧表面滑动以将第一线圈10A安装到第一齿31A上时，线圈10A的第一部分的更靠近第一齿31A的底边的外边缘端不会与第三齿31C接触。因此，第一线圈10A只需要沿第一齿31A的一个侧面滑动，允许第一线圈10A平滑且容易地***位于第一齿31A两侧的槽部分32A中。
参照图2描述的将线圈10***到槽32的方法不仅可以被用于以上实施例中使用的一体式定子芯30，还可以用于通过组装多个分体的芯体(每个芯体例如具有三个或四个齿)并将该组件设置在受热并膨胀的环中(即，所谓的收缩装配法)而制造的定子芯。
具体地，根据图1所示的方法将线圈10被安装在一个分体式芯体的三个或四个齿31中的最靠端部的齿上，并且根据图2所示的方法将线圈10相继安装在相邻的齿上。因此，三个或四个线圈10可以被容易地安装在将被装配的分体式芯体中。
另外，参照图2描述的将线圈10***到槽32的方法不仅可以用于以上实施例中使用的一体式定子芯30，还可以用于具有多个齿且缺失一个齿的分体式定子芯和另一个仅有一个齿的分体式定子芯的组合。缺失一个齿的定子芯和仅有一个齿的定子芯被组装并且被设置在受热并膨胀的环中，以通过所谓的收缩装配技术来生产完整的定子芯。
换言之，根据图1所示的方法将线圈10安装在缺失一个齿的分体式定子芯的最靠端部的齿31上，并且根据图2所示的方法将其他线圈10相继被安装在随后相邻的齿31上，从而将线圈10各自安装到其余的齿31上。然后，根据图1所示的方法将线圈10安装在仅有一个齿31的另一个定子芯上。
在不背离本发明本质特性的前提下，本发明可以被实施为其它具体形式。
例如，在以上的实施例中，线圈10的变形遵循图8中的步骤(A)、(B)和(C)。抑或，线圈10能以首先在图8中的步骤(C)，然后步骤(B)的方式变形。
在以上的实施例中，步骤(B)中导体15的倾斜量是θ1。这个角度可以更大。随着倾斜量增大，距离L2可以被增加，并且导体15的宽度X可以被减小。

Claims (5)

1.一种制造电动机定子的方法，所述电动机定子包括：
定子芯，其在内表面设置有多个槽和多个齿，每个所述齿径向向内延伸并朝向所述定子芯的中心逐渐变细，所述齿至少包括第一齿、第二齿和第三齿，并且所述槽和所述齿交替地布置；以及
多个梯形的线圈，每个所述线圈被***每个所述槽中，每个所述线圈由具有方形截面并被集中卷绕为梯形的矩形导体形成，
其中，所述方法包括以下步骤：
将所述线圈分别安装在位于所述第一齿的两侧的所述第二齿和所述第三齿上；
使所述线圈中空心的一个线圈在被安装在所述第一齿上之前变形，并且将变形的所述线圈的第一部分***位于所述第一齿的一侧的所述槽中；以及
将变形的所述线圈的第二部分***位于所述第一齿的另一侧的所述槽中。
2.根据权利要求1所述的制造电动机定子的方法，还包括以下步骤：
将所述线圈中的一个安装在所述齿中的初始一个齿上；
通过使另一个线圈沿着下一个齿的一个侧表面滑动，将所述另一个线圈***位于所述下一个齿的两侧的所述槽中；以及
相继地将所述线圈***除最后一个槽以外的其余所述槽中。
3.一种制造电动机定子的方法，所述电动机定子包括：
定子芯，其在内表面设置有多个槽和多个齿，每个所述齿径向向内延伸并朝向所述定子芯的中心逐渐变细，所述齿至少包括第一齿、第二齿和第三齿，并且所述槽和所述齿交替地布置；以及
多个梯形的线圈，每个所述线圈被***每个所述槽中，每个所述线圈由具有方形截面并被集中卷绕为梯形的矩形导体形成，
其中，所述第二齿和所述第三齿位于所述第一齿的两侧，
每个所述槽被设计为使得当所述线圈中的一个被安装在所述第二齿上时，所述第三齿和安装在所述第二齿上的所述线圈之间的最小距离大于所述线圈的最大宽度，并且
所述方法包括使另一个线圈沿着所述第一齿的一个侧表面滑动来将所述另一个线圈***位于所述第一齿的两侧的所述槽中的步骤。
4.根据权利要求3所述的制造电动机定子的方法，还包括以下步骤：
使所述线圈中空心的一个线圈在被安装在最后一个所述齿上之前变形；
将变形的所述线圈的第一部分***位于最后一个所述齿的一侧的所述槽中；以及
将变形的所述线圈的第二部分***位于最后一个所述齿的另一侧的所述槽中。
5.一种电动机定子，包括：
定子芯，其在内表面设置有多个槽和多个齿，每个所述齿径向向内延伸并朝向所述定子芯的中心逐渐变细，所述齿至少包括第一齿、第二齿和第三齿，并且所述槽和所述齿交替地布置；以及
多个梯形的线圈，每个所述线圈被***每个所述槽中，每个所述线圈由具有方形截面并被集中卷绕为梯形的矩形导体形成，
其中，所述第二齿和所述第三齿位于所述第一齿的两侧，并且
每个所述槽被设计为使得当所述线圈中的一个被安装在所述第二齿上时，所述第三齿和安装在所述第二齿上的所述线圈之间的最小距离大于所述线圈的最大宽度。
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