专利名称：用于定子铁芯的绝缘组件的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及车辆电机，更具体地涉及用于对车辆电机的定子铁芯中的导电 元件进行电绝缘的组件。
背景技术：
近年来，技术的发展已经导致汽车设计的实质改变。这些改变中的一种改变涉及 汽车，特别是替代燃料车辆内的各种电子系统的复杂性以及能源利用率。例如，诸如混合动 力车辆的替代燃料车辆经常使用电化学电源，例如电池、超级电容器和燃料电池等，以便向 驱动车轮的电牵引机械(例如电动机)提供动力，其有时在另一动力源-例如内燃机的基 础上额外提供动力。这些牵引机械通常包括绕静态定子组件内的轴旋转的转子组件。转子和定子组件 每个都产生磁场，这些磁场彼此交互作用以使转子组件旋转和产生机械能。定子组件通常 包括铁芯，铁芯具有被设置为组的大量铁磁环形层(或叠片)。每个叠片具有几个开口，当 被对齐时这些开口形成延伸贯通铁芯长度的轴向通路。诸如棒、电线等通常由铜或铜合金 制成的导电元件通过这些开口围绕叠片铁芯缠绕。通过由诸如电池或燃料电池等电源驱动 的这些导体的电流产生电磁通量，该电磁通量可根据需要被调节，从而控制电动机的速度。导电元件通常被绝缘，以防止其彼此之间以及与相邻的定子铁芯叠片之间短路。 这种绝缘通常包括施加到每个导电元件表面的非导电涂层，以及被布置为围绕每个元件的 外周的一部分的绝缘层。然而，将定子铁芯中的导电元件更完全地包围的绝缘层被期望进 一步减少短路的可能性并且增加电机的总体可靠性。因此，期望提供一种用于对车辆电机的定子铁芯中的导电元件进行电绝缘的具有 改进的绝缘特性的组件。进一步，结合附图以及前面的技术领域和背景技术，通过后续的详 细说明和所附权利要求，本发明的其它期望特征和特性将变得明显。
发明内容
根据一个实施例，仅以示例的方式，提供一种用于在车辆电机的定子铁芯中提供 电绝缘的组件。所述定子铁芯具有通道，而所述组件包括被布置为通过所述通道的第一导 电元件，和被布置为通过所述通道且基本上与所述第一导电元件相邻的第二导电元件。所 述组件还包括具有位于所述第一和第二导电元件之间的第一端部的第一电绝缘膜。方案1、一种用于在车辆电机的定子铁芯中提供电绝缘的组件，所述定子铁芯具有 通道，所述组件包括被布置为通过所述通道的第一导电元件；被布置为通过所述通道并且与所述第一导电元件基本相邻的第二导电元件；和具有位于所述第一导电元件和所述第二导电元件之间的第一端部的第一电绝缘膜。方案2、如方案1所述的组件，其中所述第一电绝缘膜进一步包括位于所述第一导电元件和所述第二导电元件之间的第二端部。方案3、如方案2所述的组件，其中所述第一端部和所述第二端部在所述第一导电 元件和所述第二导电元件之间重叠。方案4、如方案2所述的组件，其中所述第一电绝缘膜进一步包括第一区段，该第 一区段位于所述第一端部和所述第二端部之间且基本上环绕所述第一导电元件和所述第 二导电元件的剩余外周。方案5、如方案4所述的组件，其中所述第一区段不穿过所述第一导电元件和所述 第二导电元件之间。方案6、如方案2所述的组件，其中所述定子铁芯具有第一侧部和第二侧部，并且 其中所述第一端部和所述第二端部从靠近所述第一侧部延伸到靠近所述第二侧部。方案7、如方案1所述的组件，其中所述第一区段不与自身重叠。方案8、如方案5所述的组件，其中所述第一电绝缘膜包括诺梅克斯纸。方案9、如方案6所述的组件，其中所述第一电绝缘膜进一步包括靠近所述定子铁 芯的第一侧部并且在所述第一端部和所述第二端部之间延伸的第一边缘。方案10、如方案9所述的组件，其中所述第一边缘为B形。方案11、如方案5所述的组件，进一步包括被布置为通过所述通道并且基本上与所述第二导电元件相邻的第三导电元件；被布置为通过所述通道并且基本上与所述第三导电元件相邻的第四导电元件；和第二电绝缘膜，该第二电绝缘膜具有位于所述通道中且介于所述第三导电元件和 所述第四导电元件之间的第三端部和第四端部，并且该第二电绝缘膜具有位于所述第三端 部和所述第四端部之间且基本上环绕所述第三导电元件和所述第四导电元件的剩余外周 的第二区段。方案12、如方案11所述的组件，其中所述第二区段不穿过所述第一导电元件和所 述第二导电元件之间。方案13、如方案11所述的组件，其中所述第三端部和所述第四端部在所述第三导 电元件和所述第四导电元件之间重叠。方案14、如方案11所述的组件，其中所述第一区段和所述第二区段在所述第二导 电元件和所述第三导电元件之间重叠。方案15、一种用于车辆电机的定子组件，所述定子组件具有叠片铁芯，该叠片铁芯 具有通过其中的开口，所述组件包括被布置为通过所述开口且具有第一侧部的第一导电元件；被布置为通过所述开口并且基本上与所述第一导电元件对齐且具有与所述第一 侧部相邻的第二侧部的第二导电元件；和具有第一端部和第二端部的第一电绝缘膜，所述第一端部和所述第二端部被布置 为通过所述开口且位于所述第一侧部和所述第二侧部之间，并且该第一电绝缘膜具有在所 述第一端部和所述第二端部之间且基本上环绕所述第一导电元件和所述第二导电元件的 剩余外周的第一区段。方案16、如方案15所述的组件，其中所述第一区段不穿过所述第一侧部和所述第 二侧部之间。
方案17、如方案15所述的组件，其中所述第一导电元件包括基本上为矩形的截面 形状。方案18、如方案15所述的组件，进一步包括被布置为通过所述开口且具有第三侧部的第三导电元件；被布置为通过所述开口且基本上与所述第三导电元件对齐并且具有与所述第三 侧部相邻的第四侧部的第四导电元件；和具有第三端部和第四端部的第二电绝缘膜，所述第三端部和第四端部被布置为通 过所述开口并且位于所述第三侧部和所述第四侧部之间且与所述第三侧部和所述第四侧 部基本上对齐，并且该第二电绝缘膜具有位于所述第三端部和所述第四端部之间且基本上 环绕所述第三导电元件和所述第四导电元件的剩余外周但不穿过所述第三侧部和所述第 四侧部之间的第二区段。方案19、如方案18所述的组件，其中所述第一、第二、第三和第四端部基本上彼此 平行。方案20、一种电机组件，该电机组件适于设置在车辆中并且具有壳体以及布置在 该壳体内的定子，所述定子具有叠片铁芯，所述叠片铁芯具有通过其中的开口，所述组件包 括被布置为通过所述开口且具有第一侧部的基本为矩形的第一导电元件；被布置为通过所述开口且基本上与基本为矩形的所述第一导电元件对齐并且具 有与所述第一侧部相邻的第二侧部的基本为矩形的第二导电元件；和电绝缘膜，该电绝缘膜包括位于所述第一侧部和所述第二侧部之间的第一端部；位于所述第一端部和所述第二侧部之间的第二端部；和在所述第一端部和所述第二端部之间且环绕基本为矩形的所述第一导电元件和 基本为矩形的所述第二导电元件的剩余外周但不穿过所述第一侧部和所述第二侧部之间 的第二区段。
下文将结合下面的附图描述本发明，在附图中，相似的附图标记指代相似的元件， 并且图1为描绘了集成有车辆的不同子部件的实施例的示例性车辆的示意图；图2为根据示例性实施例的用于图1所示车辆的示例性车辆电机的剖切侧视图；图3为根据示例性实施例的图2所示示例性车辆电机的剖切正视图；图4为具有根据示例性实施例的绝缘层的图3所示的定子铁芯叠片的一部分的剖 视图；和图5为根据另一示例性实施例的图2-4所示的定子铁芯叠片的立体图，其中定子 铁芯叠片具有集成在其中的多个绝缘层。
具体实施例方式这里描述的本发明的各种实施例提供一种用于对车辆电机的定子铁芯中的导电元件进行电绝缘的组件。绝缘层被配置为环绕两个相邻的导电元件的外周，并且提供将这 些元件彼此电隔离以及将这些元件与相邻的定子铁芯叠片的表面电隔离的连续屏障。以 此方式配置的绝缘层只包含最小的自身重叠，同时提供了与传统设计相比更可靠的绝缘屏障。图1为根据本发明一个实施例的示例车辆10-例如汽车的示意图。汽车10包括 底盘12、车身14、四个车轮16和电子控制系统(或电子控制单元(ECU))18。车身14被设 置在底盘12上，并且基本上封闭汽车10的其它部件。车身14和底盘12可共同形成车架。 每个车轮16被旋转地联接到底盘12上且靠近车身14的对应拐角。汽车10可为大量不同类型汽车中的任意一种，例如轿车、货车、卡车或运动型多 功能车(SUV)，并且可以是两轮驱动(2WD)(即后轮驱动或前轮驱动)、四轮驱动(4WD)或全 轮驱动(AWD)。汽车10还可包括大量不同类型的发动机(或致动器)中的任何一种或其组 合，例如汽油或柴油燃料内燃机、“柔性燃料车辆”(FFV)发动机(即使用汽油和乙醇的混合 物)、复合气体(例如氢气和/或天然气)燃料发动机、或燃料电池、燃烧/电动电动机混合 动力发动机以及电动机。在图1描绘的示例性实施例中，汽车10为混合动力车辆，并且进一步包括致动器 组件(或动力系)20、电池阵列22、电池荷电状态(SOC)系统24、功率电子底板(PEB) 26和 散热器28。致动器组件20包括内燃机30和电动机/发电机(电牵引机械)系统(或组 件)32。电池阵列22电联联接至PEB26，并且在一个实施例中包括具有多个单电池的锂离 子(Li-ion)电池，如通常使用的那样。电牵引机械32通常包括多个电气部件，包括定子和 转子组件。定子组件包括包含大量环形铁芯叠片的环形铁芯，和延伸通过这些叠片的多个 导体(或导电元件)。这些导电元件中的至少一对导电元件被根据本发明的示例性实施例 配置的绝缘层与相邻的导电元件和铁芯叠片电隔离。绝缘层基本上环绕该对导电元件的外 周，并且在这些导电元件与其它定子铁芯元件之间提供连续的绝缘屏障。图2为根据示例性实施例的车辆电机32的剖切侧视图。应该注意，为了更清楚， 在这种电机中经常看到的很多详细元件已被省略。电机32包括壳体36、定子组件42、转子 组件46和轴50。定子组件42被包含在壳体36内且被固定地联接到壳体36。转子组件46 被固定地联接到轴50，这两个元件都被配置为在定子组件42内绕旋转轴线A-A'旋转。一 套轴承54被联接到壳体36，靠近壳体36的任意一端部，并且为轴50提供支撑且旋转联接 到轴50。定子组件42还包括定子叠片铁芯56，其具有第一端部57和第二端部58，并且在 这些端部之间具有被设置为彼此平行且成组、柱状阵列的多个独立的环形叠片60-68。每 个独立的叠片具有至少一个开口(或通道)，其与整个铁芯56的每个叠片中的类似开口对 齐。对齐的开口形成通过铁芯56的轴向(基本平行于旋转轴线A-A'的)通路，该通路可 容纳通过下面将要更详细地描述的绝缘层而与铁芯56内的其它元件电隔离的任何数量的 导电元件(由导电元件69表示)。在工作期间，电流流过铁芯56的导电元件69，产生与转 子组件46发出的磁通量交互作用的磁通量。铁芯56与组件46之间的这种磁通量交互作 用使组件46与轴50绕轴线A-A'旋转，从而产生机械能。图3为根据示例性实施例的电机32的剖切正视图。电机32包括壳体36、叠片铁 芯56、转子组件46和轴50。定子铁芯56环绕转子组件46，并且被固定地联接到壳体36。 轴50旋转地联接到轴承54且由轴承54支撑(图2)。转子组件46在铁芯56内与轴50基本同心地旋转。叠片铁芯56包括靠近其第一端部57 (图2)且具有铁磁环70的叠片60，铁 磁环70具有基本同心地位于外圆周边缘74内的内圆周边缘72。环70还包括多个有槽开 口 78-97，其与内圆周边缘72合为一体，并且与铁芯56的每个叠片中类似设置的有槽开口 对齐。尽管叠片60被描绘为具有20个有槽开口，应该理解的是，根据电机32的总体设计， 定子铁芯内的独立叠片可包含任何数量的这种开口。四个导电元件布置为通过每个有槽开口 78-97，并且彼此基本上轴向对齐地延伸 叠片铁芯56的长度。例如，导电元件100-103被布置为通过第一有槽开口 78，这些导电元 件中的每一个延伸通过铁芯56的每个叠片中的类似开口。尽管图3描述和描绘了四个这 种导电元件延伸通过每个有槽开口，应该理解，每个开口可包含任何数量的这种导电元件。 元件100-103可采用例如棒、电线、管等的任何形式，具有例如基本为矩形或圆形的合适的 截面形状。元件100-103可由导电材料制成，例如铜或铜合金。导电元件100-103涂覆有 合适的非导电涂层，以提供与其它相邻元件-包括形成第一有槽开口 78的边界的环70的 侧表面99的电隔离。附加的绝缘由绝缘层提供，这将在下面更详细地描述，绝缘层将相邻 的导电元件环绕成对，并且在每个元件的外周周围形成基本连续的电绝缘屏障。在工作期间，电流流过第一有槽开口 78中的导电元件100-103，从而产生磁通量。 成对的导电元件被电绝缘层环绕，电绝缘层防止每个独立的导电元件与相邻的导电元件和 定子铁芯表面短路。图4为根据示例性实施例的叠片60的一部分的截面图，该图被放大以更清楚地描 绘本发明的各个特征。叠片60包括铁磁环70，铁磁环70具有外圆周边缘74和与内圆周 边缘72邻接且合为一体的第一有槽开口 78。第一有槽开口 78包含分别被布置为穿过其 中的第一和第二导电元件100和101。第一导电元件100具有第一侧部104，而第二导电元 件101具有第二侧部106，这两个侧部基本上轴向对齐且彼此相邻。第一电绝缘层110位 于第一有槽开口 78中，并且为成对的导电元件100和101提供电屏障，该电屏障将每个元 件与其它元件以及侧表面99分开。第一绝缘层110可由合适的绝缘膜制成，例如诺梅克斯 纸(Nomex paper)。层110具有与第一侧部104相邻的第一端部118，第一端部118与 和第二侧部106相邻的第二端部120重叠。端部118和120每个被布置为通过第一有槽开 口 78，位于第一和第二侧部104和106之间且基本上与第一和第二侧部104和106对齐。 第一绝缘层110还具有位于端部118和120之间且基本上环绕第一和第二导电元件100和 101的剩余外周的第一区段122。在一个实施例中，第一区段122基本上环绕第一和第二导 电元件100和101的剩余外周，而不穿过侧部104和106之间。在另一实施例中，第一绝缘 层110具有与叠片铁芯56(图2)的第一端部57接近且在第一和第二端部118和120之间 延伸并且被配置为B形的第一边缘124。尽管图4示出了第一和第二端部118和120在第一和第二侧部104和106的基本 整个宽度126上重叠，但重叠区域不限于该距离，而是可包括侧部104和106之间的任何重 叠量。进一步，尽管端部118和120在侧部104和106之间彼此重叠，但第一区段122环绕 第一和第二导电元件100和101的剩余外周，而不包含重叠区域。因此，绝缘层110提供了 改进的绝缘屏障，用于将元件100和101彼此屏蔽以及与第一开口 78的侧表面99屏蔽。进 一步，端部118和120的最小自身重叠仅在有槽开口内少量地增加了额外的绝缘材料。第三和第四导电元件102和103被布置为通过第一有槽开口 78，且分别具有基本上彼此对齐且与第一和第二侧部104和106基本对齐的第三和第四侧部128和130。第二 绝缘层111基本上环绕成对的导电元件102和103，并且将这些元件彼此电隔离，以及将这 些元件与相邻的导电元件和侧表面99电隔离。层111包括与第三侧部128相邻的第一端 部132，且第一端部132与和第四侧部130相邻的第二端部134重叠。层111还包括位于端 部132和134之间且基本上环绕第三和第四导电元件102和103但不通过它们的区段136。 在一个实施例中，第一和第二区段122和136在第二和第三导电元件101和102之间彼此 重叠。在工作期间，第一和第二绝缘层110和111分别为导电元件100和101以及102 和103提供绝缘。每个绝缘层形成电绝缘屏障，该屏障基本上环绕成对的导电元件的独立 导电元件，以防止与其它导电元件以及与诸如侧表面99的叠片60的其它表面短路。图5为根据本发明实施例的图2-4示出的独立定子铁芯叠片60的一部分的立体 图，叠片60具有集成在其中的多个绝缘层。叠片60包括环70，环70具有与内圆周边缘72 合成一体的多个有槽开口 78-81。每个有槽开口 78-81被设置为与相邻叠片中的类似开口 对齐，从而形成基本上轴向延伸通过定子叠片铁芯56(图2)的连续通道或通路。绝缘层 110-117的两个构件被布置在每个有槽开口 78-81中。例如，第一和第二绝缘层110和111 分别布置在第一开口 78中，每个层轴向延伸为通过叠片铁芯56(图2)的连续的膜。绝缘 层110-117中的每一个被配置为形成“B”形截面，并且具有两个开口。每个开口因此被绝 缘层的一部分基本限定边界，以便为独立的导电元件提供电隔离。为了清楚起见，仅将第一绝缘层110示出为包含这样一对导电元件，而第二绝缘 层111被示出为没有导电元件，以更好地描绘绝缘层的形式和空间设置。也就是说，第一绝 缘层Iio分别形成第一和第二开口 140和142，这些开口被轴向对齐且被配置为分别接纳 第一和第二导电元件100和101。第二绝缘层111包括第一和第二端部132和134，第一和 第二端部132和134彼此相邻且彼此重叠，并且轴向延伸通过第一开口 78并跨越叠片铁芯 56(图2)的长度。第二绝缘层111还包括位于第一和第二端部132和134之间的第二区段 136，它们相结合分别形成第三和第四开口 144和148。开口 144和148每个被配置为接纳 并且电绝缘与元件100或101类似的导电元件(未示出)。尽管前面的说明包括被描述为 具有端部和区段的绝缘层，应该理解的是，每个绝缘层为连续的整体形成的层或膜，这种描 述用语指的是连续层的若干部分，而不是其离散的分离元件。这里描述的本发明的各种实施例提供一种用于车辆电机的定子叠片铁芯中的导 电元件的绝缘层。该绝缘层具有“B形”截面配置，并且通过基本环绕一对导电元件中的每 一个的外周而形成电绝缘屏障。绝缘层从而防止这些元件彼此短路或者与铁芯叠片表面短 路。这种配置的特征是最小的绝缘层自身重叠，因此仅向定子组件增加了少量的附加重量。 因此，该绝缘层为定子铁芯导电元件提供增强的电隔离，并且可方便地结合到现有的定子 组件设计中。尽管已经在前面的详细说明中呈现了至少一个示例性实施例，应该认识到，还存 在大量的变型。还应该认识到，这里描述的一个示例性实施例或多个示例性实施例不倾向 于以任何方式限制本发明的范围、可应用性或配置。相反，前面的详细说明书将向本领域技 术人员提供用于实施示例性实施例或多个示例性实施例的便捷途径。应该理解的是，在不 脱离本发明及其合法等同物的范围的情况下，可以对元件的功能和设置进行各种改变。
权利要求
1.一种用于在车辆电机的定子铁芯中提供电绝缘的组件，所述定子铁芯具有通道，所 述组件包括被布置为通过所述通道的第一导电元件；被布置为通过所述通道并且与所述第一导电元件基本相邻的第二导电元件；和具有位于所述第一导电元件和所述第二导电元件之间的第一端部的第一电绝缘膜。
2.如权利要求1所述的组件，其中所述第一电绝缘膜进一步包括位于所述第一导电元 件和所述第二导电元件之间的第二端部。
3.如权利要求2所述的组件，其中所述第一端部和所述第二端部在所述第一导电元件 和所述第二导电元件之间重叠。
4.如权利要求2所述的组件，其中所述第一电绝缘膜进一步包括第一区段，该第一区 段位于所述第一端部和所述第二端部之间且基本上环绕所述第一导电元件和所述第二导 电元件的剩余外周。
5.如权利要求4所述的组件，其中所述第一区段不穿过所述第一导电元件和所述第二 导电元件之间。
6.如权利要求2所述的组件，其中所述定子铁芯具有第一侧部和第二侧部，并且其中 所述第一端部和所述第二端部从靠近所述第一侧部延伸到靠近所述第二侧部。
7.如权利要求1所述的组件，其中所述第一区段不与自身重叠。
8.如权利要求5所述的组件，其中所述第一电绝缘膜包括诺梅克斯纸。
9.一种用于车辆电机的定子组件，所述定子组件具有叠片铁芯，该叠片铁芯具有通过 其中的开口，所述组件包括被布置为通过所述开口且具有第一侧部的第一导电元件；被布置为通过所述开口并且基本上与所述第一导电元件对齐且具有与所述第一侧部 相邻的第二侧部的第二导电元件；和具有第一端部和第二端部的第一电绝缘膜，所述第一端部和所述第二端部被布置为通 过所述开口且位于所述第一侧部和所述第二侧部之间，并且该第一电绝缘膜具有在所述第 一端部和所述第二端部之间且基本上环绕所述第一导电元件和所述第二导电元件的剩余 外周的第一区段。
10.一种电机组件，该电机组件适于设置在车辆中并且具有壳体以及布置在该壳体内 的定子，所述定子具有叠片铁芯，所述叠片铁芯具有通过其中的开口，所述组件包括被布置为通过所述开口且具有第一侧部的基本为矩形的第一导电元件；被布置为通过所述开口且基本上与基本为矩形的所述第一导电元件对齐并且具有与 所述第一侧部相邻的第二侧部的基本为矩形的第二导电元件；和电绝缘膜，该电绝缘膜包括位于所述第一侧部和所述第二侧部之间的第一端部；位于所述第一端部和所述第二侧部之间的第二端部；和在所述第一端部和所述第二端部之间且环绕基本为矩形的所述第一导电元件和基本 为矩形的所述第二导电元件的剩余外周但不穿过所述第一侧部和所述第二侧部之间的第 二区段。
全文摘要
本发明提供一种用于在车辆电机的定子铁芯中提供电绝缘的组件。所述定子铁芯具有通道，而所述组件包括被布置为通过所述通道的第一导电元件，和被布置为通过所述通道并且与所述第一导电元件基本相邻的第二导电元件。所述组件还包括具有位于所述第一导电元件和所述第二导电元件之间的第一端部的第一电绝缘膜。
文档编号H02K3/34GK102005844SQ201010267509
公开日2011年4月6日 申请日期2010年8月27日 优先权日2009年8月28日
发明者E·L·凯泽, K·M·拉曼 申请人:通用汽车环球科技运作公司