旋转电机 【技术领域】
本发明涉及一种旋转电机，例如安装在客车或货车上的车辆交流发电机。
背景技术
在JP-B2-2927288(USP 5,998,903)中披露了一种车辆交流发电机，其定子绕组由多个U形导体段构成。所述U形导体段从定子铁心的轴向端部被插入定子铁心的槽内。U形导体段的端部在定子铁心的相对的轴向端部被连接。
在这种定子铁心中，要求在导体段和限定所述槽的内壁之间具有小的间隙，以便在插入导体段时减小导体段和所述内壁之间的阻力。不过，如果不加任何限制地把导体段设置在所述槽内，则导体段不太可能和所述内壁接触，或者可能靠置在内壁的一侧上，因而只和内壁的一侧接触。
在导体段不和槽的内壁接触的情况下，从导体段向定子铁心的热传递的效率降低，使得导体段的温度升高。结果，使得功率输出降低。与此相反，在导体段靠置在一侧上并且只和一个内壁接触的情况下，未接触导体段的定子铁心的齿容易发生振动。结果，由于磁振动的增加而使得磁噪声增加。
【发明内容】
本发明便是考虑上述问题作出的，本发明的目的在于提供一种能够按照温度降低而改善功率输出并能够减少磁噪声的旋转电机。
按照本发明，一种旋转电机包括转子，和所述转子相对设置的定子铁心，以及围绕所述定子铁心绕制地定子绕组。所述定子铁心上形成有多个沿轴向延伸的槽。每个槽由沿周向彼此相对的第一壁和第二壁限定。所述定子绕组包括被保持在所述槽中的插入部分。每个插入部分具有小于槽的第一壁和第二壁之间的距离的周向宽度。设置所述插入部分，使其与所述第一壁和第二壁之一接触。
因为插入部分的宽度小于槽的第一壁和第二壁之间的距离，在插入部分和第一壁和第二壁之一之间便形成一个间隙。因此，容易把插入部分插入槽内。此外，因为插入部分与第一壁和第二壁之一接触，在定子绕组中产生的热量便被传递到定子铁心。因此，定子绕组的温度降低。因而，可以改善旋转电机的功率输出。此外，还可以减少齿的振动。
【附图说明】
本发明的其它目的、特征和优点由下面结合附图进行的详细说明可以更加清楚地看出，其中相同的部件用相同的标号表示，其中：
图1是按照本发明的实施例的车辆交流发电机的示意图，包括局部截面图；
图2是表示按照本发明的实施例的被保持在槽中的导体段的排列的一部分定子铁心的截面图；
图3是按照本发明的实施例构成定子绕组的导体段的透视图；
图4是按照本发明的实施例的导体段的连接部分的透视图；以及
图5是表示本发明的一种改型的实施例的导体段的排列的部分定子铁心的截面图。
【具体实施方式】
本发明的旋转电机例如被用于安装并固定在发动机上并由所述发动机驱动的三相车辆交流发电机。下面结合附图详细说明应用本发明的车辆交流发电机的一个实施例。
如图1所示，本实施例的车辆交流发电机1包括作为电枢的定子2，作为磁场磁体的转子3，具有前壳体4a和后壳体4b的壳体4，以及整流器5。前壳体4a和后壳体4b利用双头螺栓4c保持着定子2，并可转动地支撑着转子3。整流器5把从定子2输出的交流电压整流而成为直流电压。
转子3随轴6旋转。转子3包括Lundell型磁极心7，磁场线圈8，滑环9，10，混流风扇11，以及作为吹气装置的离心风扇12。轴6和皮带轮20相连，并由用于驱动车辆的车载发动机(未示出)转动。
Lundell型磁极心7由一对磁极心构成。Lundell型磁极心7包括被固定在轴6上的凸起部71，从凸起部71的端部沿径向延伸的盘形部分72，以及十六个爪极73。
混流风扇11和皮带轮20相邻，其包括相当于底板111呈锐角设置的叶片和呈直角设置的叶片。底板11a例如利用焊接被固定到磁极心7的端面上。混流风扇11随转子3转动。离心风扇12比混流风扇距离皮带轮20较远，包括相对于底板呈直角设置的叶片。底板12a例如通过焊接被固定到磁极心7的端面上。
壳体4在其轴向端面上形成进气孔41。此外，壳体4在其相应于定子2的第一线圈端部31a和第二线圈端部31b的径向外周边的肩部上形成冷却空气出口孔42。
整流器5被固定到在皮带轮20的相对侧上的车辆交流发电机1的端部。第一线圈端部31a和整流器5相应地被设置。
定子2包括定子铁心32，定子绕组31和绝缘体34。定子绕组31由被保持在定子铁心32上形成的槽中的多个电导体构成。绝缘体34提供定子铁心32和定子绕组31之间的电绝缘。定子铁心32在被插入前壳体4a中之后由双头螺栓4c固定。后壳体4b被置于定子铁心32上，并利用螺母4d固定。
如图2所示，定子铁心32形成有多个槽35，其中保持着多相定子绕组31。在本实施例中，以规则的间隔设置有七十二个槽35，其和转子3的极数相应，用于保持三相定子绕组31。
定子绕组31可以作为一组电导体被抓住。在每个槽35中保持着偶数个电导体。例如，在每个槽35中，保持着4个电导体，如图2所示。
槽35沿着定子铁心32a的轴向延伸。电导体和定子铁心32的轴向平行地被设置。如图2所示，四个电导体(插入部分)从内直径侧相对于定子铁心32的径向按照内端层、内中层、外中层和外端层的顺序被排成一行。
每个电导体具有小于槽35的槽宽(W2)的周向宽度(W1)，因而，在电导体被插入槽中时，在电导体和限定所述槽35的内壁之间具有间隙。其中电导体(插入部分)的周向宽度(W1)是沿定子铁心32的周向的电导体的尺寸。槽宽(W2)是限定所述槽的第一内壁和第二内壁之间的距离。所述第一内壁和第二内壁沿周向相对。
所述电导体以预定的图形连接，借以构成定子绕组31。电导体的第一端通过在第一线圈端部31a的一侧上的连续的转弯部分相连，电导体的第二端在第二线圈端部31b的一侧上连接。
在一个槽35中的一个电导体和离开预定极距的另一个槽35中的另一个电导体成对。具体地说，在槽35中的特定层的电导体和离开预定极距的另一个槽35中的另一层的电导体成对，以便保持在线圈端部多个电导体之间的间隙，并使它们按顺序排列。
例如，在第一槽35中的内端层的电导体331a和沿定子铁心32的顺时针方向距离一个极距的第二槽35中的外端层的电导体331b成对。同样，在第一槽35中的内中层的电导体332a和沿定子铁心32的顺时针方向距离一个极距的第二槽35中的外中层的电导体332b成对。
成对的电导体331a，331b和成对的电导体332a，332b在定子铁心32的一个轴向端部分别通过转弯部分331c，332c相连。因而，在定子铁心32的一个轴向端部，连接外中层的电导体332b和内中层的电导体332a的转弯部分332c由连接外端层的电导体331b和内端层的电导体331a的转弯部分331c包围着。
中层线圈端部通过连接外中层的电导体和内中层的电导体被形成。外层线圈端部通过连接外端层的电导体和内端层的电导体被形成。
在另一方面，在第一槽35中的内中层的电导体332a也和沿定子铁心32的顺时针方向相距一个极距的第二槽35中的内端层的电导体331a’成对。同样，在第一槽35中的外端层的电导体331b’和第二槽35中的外中层的电导体332b成对。这些电导体借助于焊接在定子铁心32的相对的轴向端部被连接在一起。
因此，在定子铁心32的相对的轴向端部，沿定子铁心32的径向设置有外端层电导体和外中层电导体的连接部分以及内端层电导体和内中层电导体的连接部分。
相邻层的线圈端部由外端层电导体331b和外中层电导体332b的连接部分以及内端层电导体331a和内中层电导体332a的连接部分构成。用这种方式，在定子铁心32的相对的轴向端部，不重叠地排列着成对的电导体的连接部分。
电导体由U形导体段提供，所述U形导体段通过把电线加工成预定的形状来生产。所述电线具有恒定的厚度和基本上矩形的截面。因而，每个电导体具有第一表面和第二表面。所述第一表面和第二表面彼此相对，并分别面向槽35的第一和第二内壁。
如图3所示，在一个大的导体段331中，包括内端层电导体331a和外端层电导体331b。在小的导体段332中，包括内中层电导体332a和外中层电导体332b。大的导体段331和小的导体段332基本上呈U形。
在基本导体段33中，包括大的导体段331和小的导体段332。基本导体段33被规则地设置在槽35中，使得构成围绕定子铁心32绕两次的线圈。不过，包括定子绕组的引出线的导体段和连接第一和第二重叠部分的转弯部分由特定形状的导体段构成，其形状和基本导体段33的形状不同。
在本实施例中，提供有九个特定形状的导体段。在第一和第二重叠部分之间的连接借助于端层和中层的电导体之间的连接部分实现。利用这个连接部分，构成特定形状的线圈端部。
在大的导体段331中，沿定子铁心32的周向在大的导体段331的外端层的电导体(直的部分)331b和内端层的电导体(直的部分)331a之间的内部距离略小于沿周向的其中保持着电导体331b和331a的第一槽和第二槽35的中点之间的中心间距P(图4)。
在一对直的部分331a、331b之间的内部距离可以通过转弯部分331c的弹性变形来改变。直的部分331a，331b被插入第一槽和第二槽35中，同时在直的部分331a，331b之间扩展所述内部距离。结果，借助于弹性变形的回弹，电导体331b，331a接触和转弯部分331c相邻的侧上的槽35的内壁，并和与转弯部分331c相对的侧上的相对的内壁隔开。
在小的导体段332中，沿周向在小的导体段332的外中层的电导体332b和内中层电导体332a之间的内部距离略大于保持着电导体332b，332a的第一槽和第二槽35的中点之间的中心距离P。
在一对直的部分332a、332b之间的内部距离可以通过转弯部分332c的弹性变形来改变。直的部分332a，332b被插入第一槽和第二槽35中，同时减少在直的部分332a，332b之间的内部距离。结果，直的部分332b，332a被保持在各个槽35中，使得直的部分332b，332a和与转弯部分331c相对侧上的槽35的内壁接触，并和与转弯部分332c相邻的侧上的槽35的相对的内壁分开。
用这种方式，大的导体段331和小的导体段332被保持着，使得相对于中心距离P，大的导体段331的直的部分331a，331b相互靠近地排列，而小的导体段332的直的部分332a，332b相互分开地排列。
因此，如图2所示，在槽35中，大的导体段331和小的导体段332的直的部分沿定子铁心32的径向被排成一行。此外，直的部分交替地与槽35的第一内壁和第二内壁接触。
下面说明制造定子绕组31的方法。首先，基本段33被这样设置，使得小的导体段332的转弯部分332c被大的导体段331的转弯部分331c包围着，并用上述方式从一个轴向端部被插入定子铁心32中。
这样，作为大的导体段331的一个直的部分的电导体331a被插入定子铁心32的第一槽35中的内端层中。作为小的导体段332的一个直的部分的电导体332a被插入定子铁心32的第一槽35中的内中层中。作为大的导体段331的剩余的直的部分的电导体331b被插入第二槽35的外端层中。作为小的导体段332的剩余的直的部分的电导体332b被插入第二槽35内的外中层中。
结果，电导体331a，332a，332b’，331b’按照这个顺序沿径向从内端层在槽35中排列成行，如图2所示。其中，直的部分332b’，331b’和离开第一槽一个极距的槽35中的电导体成对。
在插入之后，在第二线圈端部31b中，端层的电导体331a，331b的连接部分331d，331e沿大的导体段331敞开的方向斜移一个半槽。在中层中的电导体332a，332b的连接部分332d，332e沿小的导体段332闭合的方向斜移一个半槽。
对在槽35中的所有的基本导体段重复这个步骤。然后，在第二线圈端部31b中，利用焊接例如超声波焊接、弧焊和铜焊或其它的方法使外端层的连接部分331e’和外中层的连接部分332e相连，从而具有电的连续性。用类似方式连接内中层的连接部分332d和内端层的连接部分331d’。用这种方式，制成图4所示的定子2。
在本实施例的车辆交流发电机1中，因为电导体(插入部分)的周向宽度(W1)小于槽的宽度(W2)，在电导体和槽35的第一内壁和第二内壁之一之间形成有间隙。因此，容易在槽35中插入导体段33。这样，改善了可操作性。
此外，因为电导体与槽35的第一内壁和第二内壁之一接触，定子绕组31的热量被有效地传递到槽35的内壁上。因此，降低了定子绕组31的温升，从而改善了功率输出。
导体段33的电导体具有基本上矩形的截面，以便和槽35的形状相应。因此，在槽35的内壁和电导体之间的接触表面积增加，从而改善了热传递效率。此外，使得电导体不太可能振动。结果，减少了定子绕组的磁噪声。
在槽35中，多个电导体沿径向排成一行。此外，电导体与槽的第一内壁和第二内壁交替地接触。因此，电导体均匀地和槽的内壁接触。这样，定子绕组31的热量被均匀地传递到槽的内壁。此外，可以均匀地限制定子铁心32的齿的振动。
此外，通过导体段33的转弯部分331c，332c的回弹使电导体和槽35的内壁接触。因此，不需要附加专用的部件和处理来使电导体和槽35的内壁接触。因而，利用简单的结构，实现了随着温度减少而使得功率输出改善以及减少磁噪声。
此外，利用导体段构成定子绕组容易增加定子绕组的厚度。这样，能够通过减少电阻进一步降低温度。此外，随着刚性的增加，可以进一步改善功率输出和减少磁噪声。
在上述实施例中，在每个槽35中保持有四个电导体。此外，例如也可以在槽35中沿径向在一行内设置八个电导体。如图5所示，八个电导体交替地与槽35的第一内壁和第二内壁接触。
在上述的实施例中，定子绕组31利用U形的导体段构成。本发明可被用于由连续的导线构成的没有拐弯部分的基本上是直的导体段构成的定子绕组。
本发明可用于各种类型的旋转电机，例如其它类型的发电机或不是发电机的电动机。
本发明不应当限于所披露的实施例，而是，不脱离本发明的构思，本发明可以用其它方式实施。