包括至少一个槽绝缘体的旋转电机定子的制作方法

1.本发明涉及一种用于旋转电机的定子，更具体地，涉及一种具有槽的绕线定子，在槽中设置有绕组的导电元件以及槽绝缘体。


背景技术：

2.以已知的方式，旋转电机由定子和转子组成，其中至少一者装配有绕组，绕组的形式为线绕组或多个销，从而形成该绕组的导电元件的，并且，向定子和转子中供应电流使得能够产生电磁场，该电磁场能够允许转子相对于定子运动。更具体地说，已知对定子绕线并为转子设置永磁体和/或转子线圈。绕组的相数通常为三或六，以便当多相电流流过绕组时，允许在定子的齿的端部处产生旋转磁场。
3.定子由圆柱形块体形成，具有相对于块体的旋转轴线径向延伸的齿。齿被布置为使得形成沿着块体的旋转轴线延伸的槽。因此，每个槽由与块体的旋转轴线径向正交的底部以及两个相邻齿的两个侧壁限定。
4.这些槽旨在容纳多个轴向延伸的、即平行于每个槽的底部延伸的导电元件，从而形成绕组。由同一个相的电流供电的导电元件位于定子上，以促进在导电元件所绕线的齿的自由端之间建立相对于定子的块体的旋转轴线径向或基本径向的场线。
5.为了防止绕组和定子的齿之间形成短路，电导体被保护护套覆盖，并且每个槽包括覆盖槽的底部和侧壁的槽绝缘体。保护护套以及槽绝缘体通常由介电材料制成，例如基于塑料材料。为了允许转子和定子之间的磁耦合，应当保持从一个齿到另一个齿流通的场线的强度，使得槽绝缘体不覆盖定子的齿的自由端。
6.定子的齿的自由端通常包括齿根，该齿根在齿的自由端延伸，并且包括齿的宽度的扩大部分，即特别是正交径向尺寸的扩大部分，从而形成阻止槽中存在的导电元件释放的止挡部，以防止绕组的不希望的运动。因此，齿根使得可以扩大转子和定子之间磁场交换的表面积，并使每个槽的填充率最大化，以便增加定子的绕组产生的磁场。
7.特别地，每个齿根可以在齿的线圈缠绕的部分的任一侧上正交径向突出。因此，每个齿根具有面向两个相邻的槽的底部的内部面、与内部面相对并转向定子旋转轴线的外部面、以及将内部面连接到外部面的两个侧面。
8.由于上述内容，通过用电导体填充每个槽，即通过在齿根的侧面之间一个接一个地滑动电导体来进行的绕线操作对导体的完整性造成了风险。在插入过程中，电导体可以沿着界定齿根的侧面的边缘角部滑动。然而，这些边缘角部可能是尖锐的，并且可能在电导体经过时划伤电导体的保护护套的一部分。


技术实现要素：

9.本发明旨在通过提出一种用于旋转电机的定子来防止这种现象，该定子包括保护装置，该保护装置使得在电导体插入定子的槽中的过程中，可以保持电导体的完整性，尤其是电导体的保护护套的完整性。
10.为此，本发明提出了一种用于旋转电机的绕线部件，包括圆柱形的块体，该块体具有相对于块体的旋转轴线径向延伸的多个齿，每个齿具有沿着旋转轴线延伸的两个相对的侧壁，两个相邻的齿限定了槽，所述槽中存在绕组的电导体，每个槽由与块体的旋转轴线径向正交或基本径向正交的底壁和两个相邻齿的侧壁限定，每个齿在其自由端具有形成径向正交或基本径向正交的突起的齿根，每个齿根由以下界定：面向两个槽的底壁的内部面、与内部面相对并转向旋转轴线的外部面、以及将内部面连接到外部面的两个侧面，每个槽包括覆盖所述槽的底壁和侧壁的槽绝缘体。
11.本发明的特征在于，每个槽绝缘体至少部分地覆盖齿根的侧面，齿根限定了槽绝缘体所在的槽。
12.因此，有利地，槽绝缘体保护相应齿根的侧面和内部面的连结部处的至少一个边缘角部，以便至少限制电导体在插入由齿根界定的槽中时损坏电导体的表面的风险。这种技术解决方案提供了成本低廉和易于实现的优点。
13.根据本发明的一个特征，槽绝缘体具有沿相应齿根的侧面延伸的至少一个端部边缘。例如，槽绝缘体从界定槽绝缘体所在的槽的齿根的外部面缩回，从而不限制绕组产生的磁场。在这种构造中，槽绝缘体覆盖齿根的单个边缘角部，即布置在相应齿根的侧面和内部面的连接部处的内部边缘角部。
14.根据本发明的一个特征，槽绝缘体具有至少一个端部边缘，其沿着相应齿根的外部面的至少一部分延伸。换句话说，齿根具有在齿主体的径向延伸部中延伸的基部和跨过槽的径向开口正交径向地延伸齿根的基部的翼片，并且槽绝缘体完全覆盖跨过槽的开口布置的齿根的翼片。在这种构造中，槽绝缘体覆盖齿根的每个边缘角部，即布置在相应齿根的侧面和内部面的连结部处的内部边缘角部，以及布置在所述侧面和相应齿根的外部面的连接部处的外部边缘角部。
15.根据本发明的一个特征，齿根具有在齿主体的径向延伸部中延伸的基部和跨过槽的径向开口正交径向地延伸齿根的基部的翼片，并且端部边缘沿着翼片与齿根的基部的连结部延伸。
16.根据本发明的一个特征，至少一个槽被楔形件封闭，从而将电导体在槽中保持在位，楔形件沿着块体的旋转轴线延伸，并且支承抵靠界定槽的齿根的内部面，设置在相应的槽中的槽绝缘体存在于楔形件和齿根之间。
17.根据本发明的一个特征，楔形件具有恒定宽度的中心部分和宽度小于中心部分的宽度的第一端部。
18.根据本发明的一个特征，楔形件的第一端部的宽度等于或小于槽的宽度与存在于楔形件和槽之间的槽绝缘体的厚度的两倍之差。槽的宽度特别地在槽的两个侧壁之间测得，特别是在侧壁和界定所述槽的开口的相关齿根之间的连接部处测得。
19.根据本发明的一个特征，楔形件的第一端部具有朝向彼此倾斜的两个平面，使得楔形件的宽度减小。楔形件的宽度基本上在圆周方向上限定。倾斜平面从楔形件的中心部分延伸远至所述楔形件的端部边缘。特别是在这种情况下，两个倾斜平面会聚，从而形成楔形件的所述端部边缘。
20.根据本发明的一个特征，槽绝缘体由柔性聚酯薄膜制成，该薄膜由聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)制成。
21.根据本发明的一个特征，槽绝缘体的厚度在0.1mm至0.3mm的范围内。
22.根据本发明的一个特征，绕线部件是旋转电机定子。
23.当然，上面提到的各种特征、变型和实施例可以以各种组合彼此结合，只要它们不是相互不兼容或相互排斥的。
24.本发明还涉及一种包括如上所述的绕线部件的旋转电机。旋转电机例如可以是交流发电机、起动机-交流发电机或可逆电机，或者是电马达。
25.本发明还涉及一种包括根据本发明的电机的车辆。
26.本发明特别涉及一种用于生产如上所述的绕线部件的方法，在该方法中：
27.将形成一件式多个槽绝缘体的绝缘材料片插入至少两个连续的槽中，从而覆盖界定槽的底壁和侧壁以及设置在两个连续槽之间的齿根的外部面；
28.将电导体插入槽中，从而在齿周围形成线圈；
29.移除绝缘材料片的部分，所述部分形成面向每个齿根的外部面的槽绝缘体。
30.该实施例有利地使得在插入过程中，在齿根的侧面和内部面、外部面的连结部处形成的边缘角部覆盖有绝缘材料，从而防止在进入槽之前与这些边缘角部接触的电导体的表面损坏，并且还使得齿根的外部面留出足够空间，以允许场线从转子向定子的通过，并且反之亦然。
31.根据该方法的一个特征，在插入电导体的步骤和移除槽绝缘体的部分的步骤之间实施将楔形件插入每个槽的步骤。
附图说明
32.通过阅读下面的描述和检查附图，将会更好地理解本发明。这些图仅仅是作为本发明的完全非限制性的说明给出的。
33.图1是旋转电机的前视图，该旋转电机具有绕线的定子和位于定子内部的转子；
34.图2是根据本发明的第一实施例的绕线定子的示意性局部视图；
35.图3是根据本发明的第二实施例的绕线定子的示意性局部视图；
36.图4是定子配备的楔形件(wedge)的示意图；
37.图5是定子块体的示意性局部视图，该定子块体能够在根据本发明的一个方面的组装方法期间被绕线，以及允许生产在定子中的槽绝缘体的绝缘材料片的示意性局部视图；
38.图6是根据本发明一个方面的组装方法的第一步骤期间的绕线定子的示意性局部视图；
39.图7是根据本发明一个方面的组装方法的第二步骤期间的绕线定子的示意性局部视图；
40.图8是根据本发明一个方面的组装方法的第三步骤期间的绕线定子的示意性局部视图。
具体实施方式
41.在下面的描述中，从一个图到另一个图，相同、相似或类似的元件保持相同的附图标记。
42.作为提醒，本发明提出一种绕线部件，例如用于旋转电机的定子，包括保护装置，该保护装置使得可以在电导体插入定子的槽中的过程中保持电导体的完整性。
43.具有这种定子的旋转电机100在图1中以示例的方式示出。旋转电机具有定子2和安装在轴121上的转子3。定子和转子布置在形成机器的外壳120的端板中。定子是被绕线的部件，在这种情况下是经由围绕形成于定子中的齿绕线的电线。
44.绕线定子2由圆柱形的块体4构成，该块体4形成呈现出围绕旋转轴线x旋转对称的部分，转子3也以该旋转轴线x为中心。
45.块体4沿着旋转轴线x在两个相对的轴向端部之间延伸。每个轴向端部由垂直于旋转轴线x延伸的侧面9界定。块体4在其中心处被挖空，以允许转子3的插入，在这种情况下，转子3形成能够在定子内部旋转的内部转子。
46.块体4具有形成定子的环形外围的磁轭5和多个齿，这些齿在下面的图中可见，所述齿各自在旋转轴线x的方向上从磁轭径向突出。这些齿彼此间隔开，由槽12分隔开(槽12在下面的图中可见)，从而允许电导体26围绕每个齿进行绕线，从而形成绕组。
47.根据本发明，并且如将在下面更详细描述的，槽绝缘体沿着限定槽的壁设置，特别是设置在邻近该槽的齿的自由端上。
48.图2更具体地示出了本发明的第一实施例。
49.每个齿6与磁轭形成连续的材料，更具体地，具有从磁轭5延伸的主体7和设置在主体的自由端处的齿根16。每个齿6的主体7由两个相对的侧壁10界定，侧壁10相对于旋转轴线x径向或基本径向地延伸。替代地，侧壁可以在基本倾斜的方向上延伸，使得齿具有梯形形状。
50.因此，彼此面对的两个侧壁10限定了沿着旋转轴线x延伸并通向定子的块体4的侧面9的槽12。因此，每个槽12由两个侧壁10和底壁14限定，底壁14与旋转轴线x径向正交或基本径向正交，并由磁轭形成。每个槽被配置成具有与底壁14相对的开口。
51.每个齿根16形成突起，所述突起垂直地或基本垂直地延伸齿的主体7，在限定所述齿的侧壁10的两侧上正交径向地延伸。因此，齿根16使得可以在与定子的块体4的旋转轴线x径向正交或基本径向正交的平面中，在槽12的开口处局部地减小槽12的截面。
52.因此，每个齿根16具有基部17，其在齿主体和翼片19的径向范围内延伸。
53.对于每个齿根16，限定了面向每个相邻的槽12的底壁14的内部面18和与内部面18相对并转向旋转轴线x的外部面20，以及连接内部面18和外部面20的两个侧面22。有利地，齿根的内部面18因此形成止挡部，以便防止槽12中存在的电导体26的不希望的移除。
54.每个槽12包括槽绝缘体24，该槽绝缘体24抵靠限定槽的壁设置，以防止电导体26和定子2的块体4之间建立短路。更具体地，每个槽绝缘体24被插置在槽中存在的电导体26与限定槽的每个壁之间，即底壁14和齿的围绕所述槽的侧壁10。
55.根据本发明，如上所述，槽绝缘体24至少部分地抵靠齿根的限定槽的开口的内部面18和侧面22延伸。换句话说，槽绝缘体24至少覆盖每个侧面的内部边缘角部23，即布置在所述侧面22和相应齿根的内部面18的连结部处的边缘角部。
56.在图2所示的第一实施例中，槽绝缘体在每个翼片上延伸，所述翼片布置为跨过相应槽的开口，从而槽绝缘体完全覆盖与该槽相邻的齿根的侧面22。槽绝缘体24具有两个端部边缘25，其在槽的整个轴向尺寸上延伸，并且在第一实施例中设置在齿根的翼片19和基
部17之间的连结部处。这使得可以用槽绝缘体覆盖齿根的每个边缘角部，这些边缘角部在插入槽期间可能与形成绕组的电导体26接触，即上述的内部边缘角部23和布置在相应齿根的所述侧面22和外部面20的连接部处的外部边缘角部27。这样，在插入过程中，这些电导体26，特别是它们的保护护套的完整性得到了最好的保持。
57.应当注意，槽绝缘体24在其端部边缘25处的切割使得这些槽绝缘体不会在齿根的基部17处的外部面20上延伸，从而不会阻碍转子的旋转。
58.槽绝缘体24特别是柔性聚酯薄膜的形式，例如包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)。
59.在该第一实施例中，槽绝缘体24的柔性特性使得在插入楔形件并且切割绝缘体之后，槽绝缘体24可以被压靠在限定槽的每个壁上。
60.槽绝缘体24的厚度在0.1mm至0.3mm的范围内，例如大约为0.13mm。
61.为了允许更好地将电导体26保持在槽12中，楔形件28设置为跨越每个槽的开口，插置在电导体26和槽绝缘体之间，所述槽绝缘体布置在限定该槽的齿根的内部面18上。在这种情况下，楔形件28支承抵靠齿根的内部面18，以便封闭槽的开口。这样，除了将电导体26保持在槽中之外，楔形件28还允许槽绝缘体24更好地压靠在齿根的内部面18上。
62.图3示出了本发明的第二实施例，该实施例与上述实施例的不同之处在于，每个槽绝缘体的端部边缘25这次设置在每个齿根的侧面22处，而不再位于相应齿根的外部面20处。这样，只有内部边缘角部23被槽绝缘体覆盖。如图所示，这导致每个齿根的外部面20的留出空间大于第一实施例。这使得可以确保定子的内部表面和转子的外部表面之间的最小间隙，以使得可以尽可能地减小所述转子和所述定子之间的气隙，而不妨碍转子的旋转，从而获得具有更好效率的机器。
63.根据上述内容，在该第二实施例中，槽绝缘体至少部分覆盖齿根的侧面22。并且该槽绝缘体被压靠在限定相应槽的每个壁上。
64.图5示出了这种楔形件28的正视图，该楔形件特别具有两个纵向端部，其中一个端部的宽度变窄，该宽度是沿着垂直于主伸长方向32的方向测量的。换句话说，为了不在齿根的内部面18和槽的侧壁10之间的连结部处撕裂槽绝缘体(在该连结部处绝缘体被分离)，楔形件28具有特定的渐缩形状。
65.更具体地，楔形件28具有恒定宽度的中心部分29和宽度小于中心部分的宽度的第一端部30。楔形件的第一端部30具有两个倾斜平面34，其形成从楔形件的一个边缘延伸远至中心部分29的斜坡。这些倾斜平面34尤其可以延伸楔形件厚度的1至5倍的距离e。距离e是在楔形件的延长方向上测得，即在同一个倾斜平面的两个端部之间。例如，距离e在0.4mm至2mm的范围内。这些倾斜平面34可以是直的，如图5所示，或者是凹的和/或凸的。根据未示出的替代例，楔形件的与其第一端部30相对的端部可以是相同或基本相同的形状。
66.楔形件28的最大宽度l2限定在正交于其主伸长方向32的方向上，适于使其更容易插入槽12中，如下所述。楔形件28的最大宽度l2也足以允许楔形件支承抵靠布置在齿根16的内部面18上的绝缘体24，如上所述。
67.在这种情况下，楔形件有利地具有宽度减小的第一端部，楔形件在第一端部首先插入的情况下被插入槽中。为了确保它可以插入槽中而不撕裂槽绝缘体，楔形件28的第一端部30的宽度l1小于槽12的宽度l0(在图7中可见)与槽12中存在的槽绝缘体24的厚度的两倍之间的差。特别地，宽度l0等于在侧壁10和齿根16之间的连接部处，即在槽开口处的侧壁
10之间的槽的宽度。
68.现在将具体参照图6至图9描述根据本发明的用于制造绕线定子2的方法，在该方法中，经由在图6中也可见的绝缘材料24将槽绝缘体设置在裸定子块体的每个槽中，其在图6中可见。
69.根据图7所示的第一步骤，通过在定子内部轴向滑动该绝缘材料片，将一件式的绝缘材料片240插入每个槽12中。绝缘片具有锯齿状环形带的形状，围绕特定于绝缘片的旋转轴线。该绝缘材料片具有径向正交的、彼此平行或基本平行的第一和第二部分241、242，其旨在交替地面向槽的底壁14和齿根的外部面20放置。换句话说，槽绝缘体24被预制成使得它更容易插入和放置在槽12中。槽绝缘体24优选地在定子2的块体4的侧面9处插入槽中，然后沿着旋转轴线x移动，从而完全覆盖槽以及齿根。
70.根据图8所示的第二步骤，每个槽用电导体26填充，以便生产围绕定子2的每个齿6的相绕组。在该第二步骤期间，电导体26在限定槽12的开口的齿根的侧面22之间一个接一个地滑动。槽绝缘体24的预先定位有利地使得可以从齿根16的内部面18和外部面20覆盖界定侧面22的边缘角部。因此，这些边缘角部突出得更少，并且在电导体插入槽12期间电导体损坏的风险受到限制。根据另一个优点，经由从一件式的绝缘材料片240的生产，每个槽绝缘体24仍然与相邻的槽绝缘体是一体的。因此，电导体26的通过不倾向于将槽的绝缘体推向每个槽的底部。实际上，槽绝缘体的第二部分支承抵靠齿根的外部面，以便限制这种现象。然后，在相绕组的生产过程中，槽绝缘体被更精确地保持在槽中。
71.根据图9所示的第三步骤，如上所述的楔形件28在平行或基本平行于块体4的旋转轴线x的方向上在定子2的侧面9处插入每个槽12中，直到楔形件通过支承抵靠限定槽的齿根6的内部面18而封闭槽12，从而将电导体26在槽中保持在位。为了使楔形件28更容易插入槽12，同时防止存在于槽中的槽绝缘体24的移动现象，首先将楔形件的第一端部30引入槽中，直到楔形件28封闭槽的开口。如图4所示，楔形件28还使得可以确保将槽绝缘体24更好地保持抵靠齿根16的内部面18。
72.根据第四步骤，所述第四步骤使得可以获得如图2至图4之一所示的绕线定子，执行切割绝缘材料片的步骤，所述绝缘材料片在该阶段仍然形成一件式的每个槽绝缘体24。该切割步骤包括移除覆盖齿根16的外部面20的绝缘材料片的第二部分242。该步骤使得可以释放齿根的外部面20，使得槽绝缘体不会阻碍转子的旋转。
73.根据本示例，切割步骤沿着平行于或基本平行于块体4的旋转轴线x的切割线进行。切割线位于齿根16的侧面22或外部面20。

技术特征：
1.一种用于旋转电机(1)的绕线部件(2)，所述绕线部件包括圆柱形的块体(4)，所述块体具有相对于所述块体(4)的旋转轴线(x)径向延伸的多个齿(6)，每个齿(6)具有沿着所述旋转轴线(x)延伸的相对的两个侧壁(10)，两个相邻的齿(6)界定槽(12)，所述槽(12)中存在绕组的电导体(26)，每个槽(12)由与所述块体(4)的旋转轴线(x)径向正交或基本径向正交的底壁(14)和所述两个相邻的齿的侧壁(10)界定，每个齿(6)的自由端具有形成径向正交或基本径向正交的突起的齿根(16)，每个齿根(16)由面向两个槽(12)的底壁(14)的内部面(18)、与所述内部面(18)相对并转向所述旋转轴线(x)的外部面(20)以及将所述内部面(18)连接到所述外部面(20)的两个侧面(22)界定，每个槽(12)包括覆盖所述槽(12)的底壁(14)和侧壁(10)的槽绝缘体(24)，其特征在于，每个槽绝缘体(24)至少部分地覆盖界定所述槽(12)的所述齿根(16)的侧面(22)，所述槽绝缘体(24)位于所述槽(12)中。2.根据权利要求1所述的绕线部件(2)，其特征在于，所述槽绝缘体(24)具有至少一个端部边缘(25)，所述至少一个端部边缘沿着对应的齿根(16)的侧面(22)延伸。3.根据权利要求1或2所述的绕线部件(2)，其特征在于，所述槽绝缘体(24)具有至少一个端部边缘(25)，所述至少一个端部边缘沿着对应的齿根(16)的外部面(20)的至少一部分延伸。4.根据权利要求3所述的绕线部件(2)，其中，所述齿根(16)具有基部(17)和翼片(19)，所述基部在齿主体(7)的径向延伸部中延伸，所述翼片跨过所述槽(12)的径向开口径向正交地延伸所述齿根的基部，其特征在于，所述端部边缘(25)沿着所述齿根的翼片(19)和基部(17)的连结部延伸。5.根据前述权利要求中任一项所述的绕线部件(2)，其特征在于，至少一个槽(12)被楔形件(28)封闭，从而将所述电导体(26)在所述槽(12)中保持在位，所述楔形件(28)沿着所述块体(4)的旋转轴线(x)延伸，并且支承抵靠界定所述槽的齿根(16)的内部面(18)，布置在对应的槽中的槽绝缘体(24)存在于所述楔形件(28)和所述齿根(16)之间。6.根据权利要求5所述的绕线部件(2)，其特征在于，所述楔形件(28)具有恒定宽度的中心部分(29)和宽度小于所述中心部分的宽度的第一端部(30)。7.根据权利要求6所述的绕线部件(2)，其特征在于，所述楔形件(28)的第一端部(30)具有两个平面(34)，所述两个平面朝向彼此倾斜，使得所述楔形件的宽度减小。8.根据前述权利要求中任一项所述的绕线部件(2)，其特征在于，所述槽绝缘体(24)由柔性聚酯薄膜制成，所述柔性聚酯薄膜由聚对苯二甲酸乙二醇酯制成。9.一种旋转电机(1)，包括根据权利要求1至8中任一项所述的绕线部件(2)。10.一种用于生产根据权利要求1至8中任一项所述的绕线部件(2)的方法，在所述方法期间：a.将形成一件式多个槽绝缘体(24)的绝缘材料片(240)插入至少两个连续的槽(12)中，从而覆盖界定所述槽的所述底壁(14)和所述侧壁(10)以及设置在两个连续的槽之间的齿根的外部面(20)；然后b.将电导体(26)插入所述槽(12)中，从而形成围绕所述齿(6)的线圈；然后c.移除所述绝缘材料片(240)的部分，所述部分形成面向每个齿根(16)的外部面(20)的所述槽绝缘体(24)。

技术总结
一种用于旋转电机(1)的绕线部件(2)，具有多个齿(6)，所述齿具有两个相对的侧壁(10)，两个相邻的齿(6)限定了电导体(26)存在于其中的槽(12)，每个槽(12)由底壁(14)和两个相邻齿的侧壁(10)界定，每个齿(6)在其自由端具有由面向两个槽(12)的底壁(14)的内部面(18)、与内部面(18)相对的外部面(20)和两个侧面(22)界定的齿根(16)，每个槽(12)包括覆盖所述槽(12)的底壁(14)和侧壁(10)的槽绝缘体(24)，其特征在于，每个槽绝缘体(24)至少部分地覆盖限定了槽(12)的齿根(16)的侧面(22)。(12)的齿根(16)的侧面(22)。(12)的齿根(16)的侧面(22)。


技术研发人员：L.达拉斯 G.威尔昆 O.路易特雷 S.克雷平
受保护的技术使用者：法雷奥电机设备公司
技术研发日：2020.09.17
技术公布日：2022/4/15