CN109639078A - 发卡式绕组电动机的定子总成的组装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及发卡式绕组电动机的定子总成的组装方法，其具有以下步骤：提供具有斜槽的定子铁芯；提供多个具有方形横截面的发卡，根据所述斜槽的螺旋角扭转所述发卡的腿部，使所述腿部的螺旋角与所述斜槽的螺旋角匹配；将多个扭转的发卡的所述腿部的自由端分组固定，从而使所述多个扭转的发卡形成鼠笼总成；将所述鼠笼总成整体旋转插入所述定子铁芯；以及将所述自由端两两电连接，以形成绕组。
Description
技术领域
本发明涉及发卡式绕组电动机的定子总成的组装方法。
背景技术
在发卡式绕组电动机，例如发卡式绕组永磁同步电动机(PMSM)中最常应用的是具有直槽的定子，因为其设计和制造费用较低。虽然这种结构相对于其他设计更加简单，但是也会导致一些亟待解决的问题，例如齿槽转矩、转矩的波动和径向力的问题会导致严重的车辆NVH(噪声、振动与声振粗糙度，Noise、Vibration and Harshness)问题。
因此一些现有技术中应用斜槽设计，借此来明显降低径向力波动和转矩的波动(包括齿槽转矩)。通常的设计是在斜槽内插入横截面为圆形的绕组，例如铜绕组。然而绕组的横截面为圆形会导致槽的内部空间没有被完全占满，这种较低的槽占积率会导致较强的磁场和磁力。此外众所周知，电动机的输出功率与线圈匝数成正比。在不增加电动机尺寸的同时要提高电机的输出功率，增加定子铁芯上的线圈的占积率显然是有利的，因此可以采用具有四角横截面的扁平线圈。与环形线圈相比，扁平线圈因其横截面形态能够缩小死角空间、提高占积率，进而提高电动机的效率。
但是与环形线圈相比，扁平线圈显然不容易缠绕。为了最大化占积率，扁平线圈需要制作成横截面大于环形线圈的横截面，因此刚性增大，难以使用绕线机。因此现有技术中将分离的多个发卡分别插入固定到定子铁芯之后依次焊接接合各发卡形成线圈绕组，这种方法使扁平线圈的缠绕变得简单。然而，将分离的多个发卡分别插入固定到定子铁芯这个工序也非常复杂，因为定子铁芯的槽通常是对应多层发卡的，周向上又具有非常多的槽，发卡的数量很多因而插入过程繁复。
发明内容
基于上述已知的缺陷做出了本发明，本发明的主要发明目的在于提供一种发卡式绕组电动机的定子总成的组装方法，其在实现了更高的功率密度和转矩密度的同时，保证了较低的齿槽转矩和转矩的波动从而改善NVH表现，并且装配方法简单，装配时间短。
根据本发明的发卡式绕组电动机的定子总成的组装方法具有以下步骤：
-提供具有斜槽的定子铁芯；
-提供多个具有方形横截面的发卡，根据所述斜槽的螺旋角扭转所述发卡的腿部，使所述腿部的螺旋角与所述斜槽的螺旋角匹配；
-将多个扭转的发卡的所述腿部的自由端分组固定，从而使所述多个扭转的发卡形成鼠笼总成；
-将所述鼠笼总成整体旋转插入所述定子铁芯；以及
-将所述自由端两两电连接，以形成绕组。
特别地，所述腿部的自由端分组固定通过夹紧固定装置实现。
特别地，将位于同一所述斜槽中的部分所述腿部固定在一起。
特别地，将位于同一所述斜槽中的所有所述腿部固定在一起。
特别地，所述自由端的两两电连接通过焊接实现。
特别地，借助工具将所述鼠笼总成整体旋转插入所述定子铁芯。
特别地，所述发卡具有外绝缘涂层。
特别地，所述外绝缘涂层为灌封涂层。
特别地，同一所述发卡的两个所述腿部分别位于不同的所述斜槽中。
根据本发明的发卡式绕组电动机的定子总成的组装方法，其通过将多个发卡形成的鼠笼总成一次性插入定子铁芯，实现了定子总成的简单、快速的装配。而且由于发卡的方形横截面和定子铁芯的斜槽设计，在实现了更高的功率密度和转矩密度的同时，保证了较低的齿槽转矩和转矩的波动从而改善NVH表现。
附图说明
图1示出了根据本发明的一个实施方式的定子的立体图，其中已经插入了发卡。
图2示出了从径向内部看的具有斜槽的定子铁芯的部分立体图。
图3示出了根据本发明的一个实施方式的单个发卡的立体图。
图4示出了根据本发明的一个实施方式的定子的一个端面的剖面图。
附图标记说明
1定子铁芯；2发卡；
11斜槽；12端面；13内周面；14斜槽的端面；15收缩部；
21头部；22腿部；23自由端；
100定子总成。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。特别是，本发明中的定子总成不仅用于电动机，也可用于发电机。
图1示出了根据本发明的一个实施方式的定子总成的立体图，其中已经插入了发卡。该定子总成100包括：沿周向具有多个斜槽11的定子铁芯1；以及多个发卡2，其结合到各斜槽11且以确定的方式连接形成线圈绕组。图1是从发卡2的头部一侧看向定子总成的视图，由于该实施方式中的各斜槽11沿大致径向容纳4层发卡形成的绕组(即发卡的腿部，见图3)，因此图1中可以看到两层头部。然而在其他实施方式中，各斜槽11也可以具有其他个数的层，例如2、6、8层，则分别对应1、3、4层头部。该实施方式中沿周向均匀分布48个斜槽11，也可以具有其他个数的斜槽11。在定子铁芯1的另一轴向端面处，发卡的腿部从端面突出，并按照一定规律焊接连接从而整体上形成绕组。同一发卡2的两个腿部分别位于不同的斜槽11中。
图2示出了从径向内部看的具有斜槽的定子铁芯的部分立体图。从内周面13可以清楚地看出定子铁芯1的多个斜槽11在周向上等间距分布。斜槽11大致沿定子铁芯1的径向延伸，并且一直贯通到内周面13。从轴向的端面12看，斜槽11的端面14大致呈矩形，其具体的形状将在下面结合图4进一步说明。
图3示出了根据本发明的一个实施方式的单个发卡的立体图。发卡2具有插入到斜槽内的一对腿部22与连接一对腿部的头部21，发卡由铜或铝等导体形成并具有外绝缘涂层，例如灌封涂层。从图中可以明显看出，发卡的横截面为方形，例如长方形或者正方形。这种方形的横截面可以完全填满方形的斜槽，因此占积率比圆形绕组高。腿部22的与头部21相反的一端形成自由端23，多个发卡2的自由端23将被扭转之后两两电连接，以形成绕组。
根据本发明的发卡2以如下步骤插入定子铁芯，换句话说，根据本发明的发卡式绕组电动机的定子总成的组装方法具有以下步骤：
-提供具有斜槽11的定子铁芯1；
-提供具有方形横截面的发卡2，根据斜槽11的螺旋角扭转发卡2的腿部22，使腿部22的螺旋角与斜槽的螺旋角匹配；
-将多个扭转的发卡2的腿部22的自由端23分组固定，从而使多个发卡形成鼠笼总成；
-将鼠笼总成整体旋转插入定子铁芯；并且
-按规则将自由端23两两电连接，以形成绕组。
腿部22的螺旋角与斜槽的螺旋角匹配，螺旋角的计算公式如下
其中，
斜槽的螺旋角指斜槽的切线与通过切点的圆柱面直母线(定子铁芯的轴向)之间所夹的锐角，
d是定子铁芯内径和外径的平均值，
p是螺距，且
l是定子铁芯的轴向长度。
在此，将多个扭转的发卡2的腿部22的自由端23分组固定可以如下进行，例如将位于同一斜槽11中的4个腿部22固定在一起，或者将腿部22两两固定，只要能够保证所有发卡组成的鼠笼总成彼此稳定连接即可。所述固定例如通过夹紧固定装置实现。
按规则将自由端23两两电连接的方式例如为焊接。
图4示出了根据本发明的一个实施方式的定子的一个端面的剖面图。从图中可以看出，各斜槽11沿径向容纳多个腿部22，即具有多个层。该图中具有4层。斜槽11的端面14形状如图所示，斜槽11的端面14大致呈矩形，并在接近内周面13的位置变窄具有收缩部15，从而在内周面13处看到的斜槽的周向宽度小于在端面看到的斜槽的周向宽度。斜槽11的端面14在轴向上的宽度基本等于发卡的腿部的宽度，而其径向厚度则等于或略大于发卡的腿部的厚度×层数，在该实施方式中可见端面14的厚度略大于4个发卡的腿部的厚度，因此在径向外端存在余量。
本发明的保护范围不限于上述具体实施方式中说明的具体实施例，而是只要满足本发明的权利要求的技术特征的组合就落入了本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种发卡式绕组电动机的定子总成的组装方法，其特征在于，具有以下步骤：
-提供具有斜槽的定子铁芯；
-提供多个具有方形横截面的发卡，根据所述斜槽的螺旋角扭转所述发卡的腿部，使所述腿部的螺旋角与所述斜槽的螺旋角匹配；
-将多个扭转的发卡的所述腿部的自由端分组固定，从而使所述多个扭转的发卡形成鼠笼总成；
-将所述鼠笼总成整体旋转插入所述定子铁芯；以及
-将所述自由端两两电连接，以形成绕组。
2.根据权利要求1所述的组装方法，其特征在于，所述腿部的自由端分组固定通过夹紧固定装置实现。
3.根据权利要求1或2所述的组装方法，其特征在于，将位于同一所述斜槽中的部分所述腿部固定在一起。
4.根据权利要求1或2所述的组装方法，其特征在于，将位于同一所述斜槽中的所有所述腿部固定在一起。
5.根据权利要求1或2所述的组装方法，其特征在于，所述自由端的两两电连接通过焊接实现。
6.根据权利要求1或2所述的组装方法，其特征在于，借助工具将所述鼠笼总成整体旋转插入所述定子铁芯。
7.根据权利要求1或2所述的组装方法，其特征在于，所述发卡具有外绝缘涂层。
8.根据权利要求7所述的组装方法，其特征在于，所述外绝缘涂层为灌封涂层。
9.根据权利要求1或2所述的组装方法，其特征在于，同一所述发卡的两个所述腿部分别位于不同的所述斜槽中。
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