发卡绕组电机的制作方法

本公开涉及电机，并且更具体地，涉及包括发卡绕组的电机。

背景技术：

诸如电池电动车辆和混合动力电动车辆等车辆含有牵引电池总成以用作车辆的能量源。牵引电池可以包括有助于管理车辆性能和操作的部件和系统。牵引电池还可以包括高电压部件，以及用于控制电池温度的空气或液体热管理系统。牵引电池电气连接到向从动轮提供扭矩的电机。电机通常包括定子和转子，所述定子和转子协作以将电能转换成机械运动，或者将机械运动转换成电能。

技术实现要素：

根据一个实施例，一种电机包括定子芯，所述定子芯限定槽和发卡，所述发卡安置在所述槽中并且在连接部处选择性地接合以形成绕组。u形跳线具有由u部分互连的间隔支脚。所述支脚在位于槽的径向外侧的位置处附接到一对发卡，使得u部分面向所述芯。绕组的端子引线在支脚之间径向延伸。

根据另一实施例，一种电机包括定子芯和安置在所述芯中的绕组。绕组布置成三相，每一相具有至少：第一路径，所述第一路径仅包括互连以在端子端与中性端之间形成连续电路的第一发卡；以及第二路径，所述第二路径具有互连的第二发卡和跳线，所述跳线互连第二发卡中的相邻发卡以在端子端与中性端之间形成连续电路。

根据另一实施例，一种电机包括：定子芯，所述定子芯限定具有径向位置的槽；以及多个发卡，每一发卡具有第一支脚和第二支脚，所述第一支脚安置在所述槽中的一个的径向位置中的一个中，所述第二支脚安置在所述槽中的另一个的径向位置中的与第一支脚的径向位置不同的一个中。所述发卡的选定发卡互连以形成至少三对第一并联绕组路径和第二并联绕组路径，其中每一对对应于电机的三个相中的一个。所述槽中的每一个仅包括相中的同一个的发卡，并且第一路径和第二路径沿径向位置交替。至少三个跳线中的每一跳线与所述相中的一个相关联，并且包括附接到第一绕组路径的发卡中的一个的第一支脚和附接到第一绕组路径的发卡中的另一个的第二支脚。跳线位于槽的径向外侧，并且跳线的第一支脚与第二支脚之间的距离是发卡的第一支脚与第二支脚之间的距离的一半。

附图说明

图1是电机的示意图。

图2是电机的定子的透视图。

图3是常规发卡的正视图。

图4是转向发卡(turnaroundhairpin)的正视图。

图5是图2的定子的横截面端视图。

图6是图5的部分的放大视图。

图7是定子的部分透视图，示出了绕组的u相的第一并联路径，并且为了说明的目的省略了第二并联路径和中间叠片。

图8是u相的绕组图。第一并联路径以粗线示出，而第二并联路径以细线示出。虚线指示位于定子的顶点端上的路径，而实线指示位于定子的焊接端上的路径。水平线指示焊接部。

图9是w相的绕组图。第一并联路径以粗线示出，而第二并联路径以细线示出。虚线指示位于定子的顶点端上的路径，而实线指示位于定子的焊接端上的路径。水平线指示焊接部。

图10是v相的绕组图。第一并联路径以粗线示出，而第二并联路径以细线示出。虚线指示位于定子的顶点端上的路径，而实线指示位于定子的焊接端上的路径。水平线指示焊接部。

图11是图2的电机的中性连接部的透视图。

具体实施方式

本文描述了本公开的实施例。然而，应当理解，公开的实施例仅仅是实例，并且其他实施例可以采用各种和替代的形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被夸大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文中公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为是限制性的，而是仅仅作为教导本领域技术人员以不同方式采用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员应当理解，参考附图中的任何一个示出和描述的各种特征可以与在一个或多个其他附图中示出的特征相组合，以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，特定应用或实现方式可以期望与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改。

参考图1，电机20可以用在诸如强电动车辆或强混合动力电动车辆等车辆中。电机20可以被称为电动马达、牵引马达、发电机等。电机20可以是永磁电机、感应电机等。在示出的实施例中，电机20是三相交流(ac)电机。电机20能够既用作推进车辆的马达，并且诸如在再生制动期间也用作发电机。

电机20可以由车辆的牵引电池提供动力。牵引电池可以从牵引电池内的一个或多个电池单元阵列(有时称为电池单元堆)提供高电压直流(dc)输出。电池单元阵列可以包括一个或多个电池单元，所述一个或多个电池单元将存储的化学能转换成电能。所述单元可以包括壳体、正电极(阴极)和负电极(阳极)。电解质允许离子在放电期间在阳极与阴极之间移动，然后在再充电期间返回。端子允许电流流出所述单元以供车辆使用。

牵引电池可以电气连接到一个或多个电力电子模块。电力电子模块可以电气连接到电机20，并且可以提供在牵引电池与电机20之间双向传递电能的能力。例如，典型的牵引电池可以提供dc电压，而电机20可能需要三相(ac)电压。电力电子模块可以包括逆变器，所述逆变器根据电机20的要求将dc电压转换成三相ac电压。在再生模式中，电力电子模块可以将来自用作发电机的电机20的三相ac电压转换成牵引电池所需的dc电压。

参考图1和图2，电机20包括壳体21，所述壳体21包围定子22和转子24。定子22固定到壳体21并且包括圆柱形芯32，所述圆柱形芯32具有限定孔30的内直径28和外直径29。芯32可以由多个堆叠的叠片33形成。转子24被支撑以在孔30内旋转。转子24可以包括绕组或永磁体，所述绕组或永磁体与定子22的绕组相互作用，以在电机20通电时引起转子24的旋转。转子24可以被支撑在延伸穿过壳体21的驱动轴26上。驱动轴26被配置成与车辆的传动系联接。

定子芯32限定槽34，所述槽34围绕芯32周向地布置并且从内直径28向外延伸。槽34可以围绕圆周等距间隔开，并且从芯32的第一端36轴向地延伸到第二端38。在示出的实施例中，芯32限定四十八个槽并且具有八个极点，但是在其他实施例中，芯32可以包括更多或更少的槽和/或极点。例如，芯32可以限定七十二个槽并且具有八个极点。

所述槽34间隔开在两个相邻槽的中心线之间测量的圆周距离。该距离可以用作用于关联和测量定子22的其他部件的距离单位(下文中称为“槽”)。距离单元“槽”有时被称为“槽节距”或“槽跨距”。

电机20可以包括置于芯32的槽34中的发卡绕组40。发卡绕组是提高车辆中所使用的电机的效率的新兴技术。发卡绕组40通过提供更大量的定子导体来提高效率，以减小绕组40的电阻，而不会侵入为电工钢和磁通路径保留的空间。发卡绕组40可以是波形绕组，其中绕组40以波浪形图案极点对极点地编织。

发卡绕组的一个挑战是使电机设计与期望的扭矩-转速曲线匹配。设计电机的关键步骤是选择相匝数，使得扭矩-转速曲线覆盖所有要求的工作点。对于由并联连接的长导线制成的常规绞合绕组，通过选择每个线圈的匝数、并联路径的数量、极点数量、每极点的槽数量以及层数量来选定期望的相匝数。虽然所有这些因素也可用于发卡绕组，但是限制因素非常不同，导致可行选择较少。

例如，虽然两种技术之间可能的极点数、每极点的槽数以及层数是相同的，但是在发卡绕组中，每个线圈具有与绞合绕组中一样多的匝数是不实际的。每一发卡需要通过焊接、钎焊等连接到下一个发卡，并且需要根据特定形状弯曲以便可以进行连接。这限制了可以配合在单个槽中的导体的数量和大小。另一个挑战是形成并联电路，所述并联电路是平衡的(即，不会由于不对称性而在由并联电路形成的环路中致使大的循环电流)并且具有相当复杂的连接。

电机20解决了这些和其他问题。电机20可以是三相电机，其中发卡绕组40被布置成u相、v相和w相。在示出的实施例中，每一相包括布置在绕组的两个并联路径中的相关联的发卡导体(也称为引脚、发卡或条形导体)。在其他实施例中，每一相可以包括更多或更少的并联路径。

发卡通常是u形的，并且包括接合在顶点(也称为冠部)处的一对支脚。通过将支脚插入槽34中的相应槽中，使发卡安装在定子芯32中。所有发卡都可以从定子芯32的同一端(例如，端部36)安装，使得所有顶点都位于定子的一端(例如，端部36)，并且支脚的端部位于另一端(例如，端部38)。一旦安装完成，发卡的支脚就远离彼此弯曲以与其他发卡的支脚连接。相应发卡的端部通过诸如焊接部48等连接部而接合。所述连接部可以布置成行，诸如焊接部行62。端部36可以被称为顶点端，而端部38可以被称为焊接端。

u相可以包括多个引脚42a和多个引脚42b。引脚42a彼此连接以形成第一路径44，而引脚42b彼此连接以形成第二路径46。路径中的每一个包括在端子50处开始的第一端和在中性连接部52处结束的第二端。虽然路径44、46在端子50处和中性连接部52处彼此连接，但是彼此以其他方式电隔离。路径中的每一个通过编织进出槽34中的相应槽而环绕定子芯32。所述路径中的每一个通常可以在逆时针方向上围绕芯32延伸大约三次，并且在顺时针方向上延伸不足三次。在示出的实施例中，路径中的每一个包括二十四个引脚，所述二十四个引脚端对端地互连以在端子50与中性连接部52之间形成连续导体。

v相可以包括多个引脚56a和56b，所述多个引脚56a和56b互连以分别形成第一路径58和第二路径60。路径中的每一个包括在端子64处开始的第一端和在中性连接部52处结束的第二端。虽然路径58、60在端子64处和中性连接部52处彼此连接，但是彼此以其他方式电隔离。路径中的每一个通过编织进出槽34中的选定槽而环绕定子芯32。所述路径中的每一个通常可以在逆时针方向上围绕芯延伸大约三次，并且在顺时针方向上延伸不足三次。在示出的实施例中，路径58、60中的每一个包括二十四个引脚，所述二十四个引脚大体上端对端地互连以在端子64与中性连接部52之间形成连续导体。

w相可以包括多个引脚70a和70b，所述多个引脚70a和70b互连以分别形成第一路径72和第二路径74。路径中的每一个包括在端子78处开始的第一端和在中性连接部52处结束的第二端。中性连接部可以是用于连接所有六个路径的单个中性连接部，例如单个金属片。虽然路径72、74在端子78处和中性连接部52处彼此连接，但是彼此以其他方式电隔离。路径72、74中的每一个通过编织进出槽34中的选定槽而环绕定子芯32。所述路径中的每一个通常可以在逆时针方向上围绕芯延伸大约三次，并且在顺时针方向上延伸不足三次。在示出的实施例中，路径72、74中的每一个包括二十四个引脚，所述二十四个引脚端对端地互连以在端子78与中性连接部52之间形成连续导体。端子50、64、78可以连接到逆变器并从逆变器接收电压，这在绕组路径中创建扭矩产生电流，从而致使转子24在定子22内旋转。

参考图3，所述路径中的每一个的发卡可以包括一种或多种类型的引脚，诸如常规引脚90和转向引脚92。为简单起见，常规引脚可以称作引脚90。常规引脚90可以包括在顶点102(也称为冠部)处接合到第二支脚100的第一支脚98。顶点102可以使所述支脚径向地偏移。顶点102可以通过扭转形成，所述扭转使支脚在径向方向上径向偏移一个引脚的尺寸。引脚90可以由单个金属块(诸如铜、铝、银)或任何其他导电材料形成。第一支脚98安置在槽34中的一个中，而第二支脚100安置在槽34中的间隔开多个槽的跨距的另一个中。常规引脚90可以具有等于每极点的槽数量的跨距，在示出的实施例中是六个槽。因此，如果第一支脚98在槽1中，则第二支脚100将在槽7中。第一支脚98包括安置在槽34内的直线部分99和在顶点102与直线部分99之间延伸的第一成角度部分104。直线部分99和成角度部分104在第一弯曲部106处接合。第一支脚98还包括焊接部区段110，所述焊接部区段110在第二弯曲部108处向外成角度。第二支脚100包括安置在槽34内的直线部分101和在顶点102与直线部分101之间延伸的第一成角度部分112。直线部分101和成角度部分112在第一弯曲部114处接合。第二支脚100还包括焊接部区段120，所述焊接部区段120在第二弯曲部118处向外成角度。焊接部区段110、120在相反方向上成角度以远离引脚90延伸，从而与路径的其他引脚连接。大多数焊接部区段110、120可以具有等于引脚跨距除以2的跨距，在示出的实施例中为三(6/2)。(附接到端子和所中性连接部的引脚90可以具有稍长或稍短的焊接部区段以便于连接。)因此，大多数引脚90具有十二个槽的总跨距。

可以通过首先形成顶点102、第一成角度部分104、112和两个延伸的直线部分来制造常规引脚90。然后，通过将延伸的直线部分插入定子22的槽34中来将引脚90安装到定子22中。在通过使延伸的支脚根据需要弯曲而穿过槽安装引脚90之后，形成第二弯曲部108、118和焊接部区段110、120。

参考图4，转向引脚92包括接合在顶点126处的第一支脚122和第二支脚124。转向引脚92用于将路径的方向例如从顺时针更改为逆时针。转向引脚92可以包括与常规引脚90相同的跨距，在示出的实施例中是六个槽。除了焊接部区段128和132在相同方向上延伸之外，转向引脚92的形状类似于常规引脚90，即焊接部区段128向内延伸，而焊接部区段132向外延伸。

虽然焊接部区段128、132中的每一个可以具有等于引脚跨距除以2的跨距，在示出的实施例中为三(6/2)，但是因为焊接部区段128、130在相同方向上延伸，所以每一引脚92具有九个槽的总跨距。

参考图5和图6，槽34在逆时针方向上布置成1到48，为方便起见，标记了奇数槽。槽34可以包括引脚的内部径向层170、引脚的中间径向层172和引脚的外部径向层174。所述层中的每一个可以包括彼此相邻的至少两个径向位置。在示出的实施例中，每一槽34具有呈一乘六(one-by-six)线性布置的六个连续位置。第一位置靠近定子芯32的内直径(id)，而第六位置靠近定子芯32的外直径(od)。内层170包括第一位置和第二位置；中间层172包括第三位置和第四位置；并且外层174包括第五位置和第六位置。

所述相成组地布置以占据所述极点的每一个中的相邻槽。例如，在极点1中，u相占据槽2和槽3。使极点与占据所有径向层的每一路径平衡相同的次数，例如，每一路径占据每一径向层两次。每一槽还包括用于安置在所述槽中的相的每一路径的相同数量的发卡，例如含有u相的槽3，所述槽3具有三个发卡42a和三个发卡42b。定子还被布置成使得路径沿着槽交替，例如在槽3中，路径44和路径46交替，其中路径44在位置1、3和5中，并且其中路径46在位置2、4和6中。交替顺序与相邻的槽相反，例如在槽2中，路径44和路径46交替，其中路径46在位置1、3和5中，并且其中路径44在位置2、4和6中。在示出的实施例中，每一路径占据每一径向位置八次。所述路径被布置以使得对于相应槽中的每一个，相同路径的引脚位于不同的径向层中，使得每一路径占据相应槽中的所有径向层。参考槽3，例如，第一路径44占据内层170的第一位置、中间层172的第三位置和外层174的第五位置。

以类似方式使其他相平衡。该布置为每一路径创建基本相似的电感，这有利于三个路径之间的总电流的平衡分配，从而纠正了其他解决方案的共同缺点。

现在将描述u相。第一路径44和第二路径46的引脚42a和引脚42b分别可以由二十三个常规引脚90和一个转向引脚92组成。参考图7和图8，第一路径44以引脚1开始，所述引脚1是常规引脚90，所述常规引脚90具有附接在端子50上的焊接部区段110的第一端。焊接部区段110包括在路径44的端子端115处终止的径向延伸区段(端子引线)111。端子端115通过焊接等连接到端子50。引脚1的焊接部区段110被成形成使得径向延伸区段111安置在相邻的一对焊接部行62之间。引脚1的第一支脚98安置在槽32的第一位置，而第二支脚100安置在槽38的第二位置。引脚2具有安置在槽44的第一位置的第一支脚98和安置在槽2的第二位置的第二支脚100。引脚1的焊接部区段120通过靠近槽41的焊接部48a附接到引脚2的焊接部区段110。为简洁起见，申请人参考表1以描述剩余引脚。现在将详细描述值得注意的地方。(在表1中，下标表示槽位置。)

表格1

路径44在逆时针方向上开始并且在该方向上延续到引脚12。引脚12的端部位于槽29处，并且此时，路径44已在逆时针方向上完成三次旋转。引脚12的焊接部区段120附接到跳线200。

跳线200可以是包括第一支脚202和第二支脚204的u形金属条。跳线200可以由与发卡相同的金属坯料形成。跳线200用于互连相邻的发卡，并且用于转换该路径的发卡所在的槽。第一支脚202可附接到路径44的发卡中的一个，而第二支脚204可附接到路径44的另一发卡。跳线200可以具有等于引脚跨距除以2的跨距，在示出的实施例中为三(6/2)。

第一支脚202通过焊接部206附接到引脚12的焊接部区段120。第二支脚204通过焊接部208附接到转向引脚92a的焊接部区段128。跳线200安置在外层174的外侧，其中u形部分205面向定子芯32的端部38，使得跳线200不会从端部38延伸得比发卡更高。u形为路径44、46的端子引线111、113提供间隙，以延伸穿过跳线的开口并连接到端子50。

在替代实施例中，跳线可以是安置在端子引线111、113上方的直线条。在此，端子引线可以延伸到定子的id，并且靠近所述id焊接到路径44和路径46的第一引脚。

转向引脚92a(其为引脚13)在槽33处开始将路径44的旋转从逆时针切换到顺时针。转向引脚92a的第一支脚122安置在槽33的第六位置，而第二支脚124安置在槽27的第五位置。转向引脚92a附接到引脚14，所述引脚14具有安置在槽21的第六位置的第一支脚98和安置在槽15的第五位置的第二支脚100。引脚15通过24继续在顺时针方向上编织。引脚24是路径44的最后一个引脚，并且在路径44的中性端218处连接到中性连接部52(未示出)。引脚24的第二焊接部区段120可以是细长的，使得引脚24的端部可以定位成高于焊接部行62，从而能够附接到中性连接部52。

参考图2和图8，路径46类似于路径44，不同之处在于路径46移位一个槽并且不包括跳线。路径46靠近槽30开始，在这里引脚1的端子引线113附接到端子50。与路径44类似，路径46通过在逆时针方向上编织开始。引脚1具有安置在槽33的第一位置的第一支脚98和安置在槽39的第二位置的第二支脚100。路径46在逆时针方向上延续到引脚12。引脚12具有安置在槽21的第五位置的第一支脚和安置在槽27的第六位置的第二支脚100。与路径44不同，未使用跳线，并且引脚12的焊接部区段120直接附接到转向引脚92b的焊接部区段128。

转向引脚92b(其为引脚13)从槽32处开始将路径46的旋转从逆时针切换到顺时针。转向引脚92b的第一支脚122安置在槽32的第六位置，而第二支脚124安置在槽26的第五位置。转向引脚92b附接到引脚14，所述引脚14具有安置在槽20的第六位置的第一支脚98和安置在槽14的第五位置的第二支脚100。引脚15通过24继续在顺时针方向上编织。引脚24是路径46的最后一个引脚，并且在路径46的中性端220处连接到中性连接部52。引脚24的第二焊接部区段120可以是细长的，使得引脚24的端部可以定位成高于焊接部行62，从而能够附接到中性连接部52。有关路径46的完整详细信息，请参阅表2。

表2

参考图2和图9，v相与u相类似，预期在顺时针方向上移位四个槽。v相在端子64处开始，其中相58的第一引脚222连接到端子64的一个插脚，并且其中相60的第一引脚224连接到端子64的另一个插脚。引脚222和引脚224的径向延伸部分(端子引线)在焊接部行62之间延伸，以限制端部绕组的高度。路径58、60在逆时针方向上穿过定子芯编织穿过引脚12。路径60包括连接到引脚12的端部的跳线226。跳线226可以与跳线200相同。路径60的引脚13(其为转向引脚92)连接到跳线226的另一端，并且将路径60的方向反转为顺时针方向。路径58不包括跳线，并且路径58的引脚12直接连接到引脚13，所述引脚13是转向引脚92，所述转向引脚92将路径58的方向反转为顺时针方向。路径58和路径60在顺时针方向上延续，分别直到中性端230、232为止。中性端230和中性端232与中性端子52连接。

参考图2和图10，w相与u相类似，预期在顺时针方向上移位八个槽。w相在端子78处开始，其中相72的第一引脚240连接到端子78的一个插脚，并且其中相74的第一引脚242连接到端子78的另一个插脚。引脚240和引脚242的径向延伸部分(端子引线)在焊接部行62之间延伸，以限制端部绕组的高度。路径72、74在逆时针方向上穿过定子芯编织穿过引脚12。路径74包括连接到引脚12的端部的跳线244。跳线244可以与跳线200相同。路径74的引脚13(其为转向引脚92)连接到跳线244的另一端，并且将路径74的方向反转为顺时针方向。路径72不包括跳线，并且路径72的引脚12直接连接到引脚13，所述引脚13是转向引脚92，所述转向引脚92将路径72的方向反转为顺时针方向。路径72和路径74在顺时针方向上延续，分别直到中性端246、248为止。中性端246和中性端248与中性端子52连接。

参考图11，中性连接部52可以包括弓形主体250，所述弓形主体250具有内侧252、外侧254、顶部256和底部258。内侧252限定从内侧252朝向外侧254延伸的开口槽260。槽260可以从底部258延伸到顶部256，使得槽260完全延伸穿过中性连接部52的厚度。槽260将路径的端部接收在其中。端部通过焊接、钎焊等附接到槽260的周边以形成电气连接。槽260的数量可以等于路径的数量。因此，在示出的实施例中，中性连接部52限定六个开口槽260，每一开口槽260被配置成在其中接收路径中的一个。在其他实施例中，槽260可以是闭合的，并且端部通过底部258插入中性连接部52中。

虽然上面描述了示例性实施例，但这些实施例不意图描述权利要求所涵盖的所有可能的形式。在本说明书中使用的词语是描述性词语，而不是限制性词语，并且应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以做出各种变化。如先前所述，各种实施例的特征可以组合以形成本发明的可能未明确描述或示出的另外的实施例。虽然各种实施例可以被描述为就一个或多个期望的特性而言提供优点或者优于其他实施例或现有技术实现方式，但是本领域普通技术人员认识到，可以折衷一个或多个特征或特性以实现期望的整体系统属性，这取决于特定应用和实现方式。这些属性可以包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、大小、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。为此，就一个或多个特性而言被描述成不如其他实施例或现有技术实现方式理想的实施例也在本公开的范围内，并且对于特定应用而言可能是理想的。

根据实施例，定子芯限定多个槽，并且其中第一发卡和第二发卡中的每一个包括安置在槽中的一个中的第一支脚和安置在槽中的另一个中的第二支脚，所述第一支脚和所述第二支脚间隔开等于第一支脚与第二支脚之间的槽数量的发卡跨距，并且其中跳线的支脚间隔开等于发卡跨距的一半的槽跨距。

根据实施例，路径中的每一个包括形成在该路径的发卡中的最后一个上的中性端，并且还包括中性连接部，所述中性连接部具有限定开口槽的内表面，每一开口槽在其中接收中性端中的一个。

根据实施例，跳线是u形的。