具有多导体发卡组件的发卡绕组电机的制作方法

本公开涉及电机，并且更具体地，涉及包括由多导体发卡组件形成的发卡绕组的电机。本公开还涉及制造包括多导体发卡组件的电机的方法。

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组件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：限定槽的定子芯和安装在所述定子芯中的第一发卡组件。第一发卡组件包括相同的第一发卡和第二发卡，每个发卡具有第一端部和第二端部并单独涂覆以分别具有第一外涂层表面和第二外涂层表面。发卡组件位于槽中的第一槽和第二槽中，使得第一外表面和第二外表面接触。焊接材料将第一端部接合并且另一焊接材料将第二端部接合。

根据另一实施例，一种组装发卡马达的方法包括：单独形成第一发卡和第二发卡以各自具有第一支腿和第二支腿，以及将第一支腿插入第一定子槽并且将第二支腿插入第二定子槽。该方法还包括弯曲每个发卡的第一支腿以形成第一扭曲部，以及将第一扭曲部的端部接合在一起。

根据又一实施例，一种组装发卡马达的方法包括：提供单独的第一发卡坯料、第二发卡坯料、第三发卡坯料和第四发卡坯料，所述坯料具有单独的绝缘涂层且没有公共包装；以及弯曲所述坯料中的每一个以形成各自具有第一支腿和第二支腿的第一发卡、第二发卡、第三发卡和第四发卡。该方法还包括通过将所述第一发卡和所述第二发卡的所述第一支腿和所述第二支腿分别插入所述定子芯的第一槽和第二槽中，将所述第一发卡和所述第二发卡组装在定子芯上。该方法还包括通过将所述第三发卡和所述第四发卡的所述第一支腿和所述第二支腿分别插入所述定子芯的第三槽和第四槽中，将所述第三发卡和所述第四发卡组装在所述定子芯上；以及将所述第一发卡和所述第二发卡的所述第一支腿彼此焊接并焊接到所述第三发卡和所述第四发卡的所述第二支腿，使得所述第一发卡、所述第二发卡、所述第三发卡和所述第四发卡经由焊接部彼此电连接。

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是在安装到定子中之前的发卡组件的透视图。

图4是图3的发卡组件在区域4-4附近的放大侧视图。

图5a是安装有发卡组件的定子槽的横截面端视图。

图5b是根据替代实施例的具有发卡组件的定子槽的横截面端视图。

图5c是根据另一替代实施例的具有发卡组件的定子槽的横截面端视图。

图6是示出了组装具有发卡组件的电机的方法的流程图。

图7是发卡坯料的透视图。

图8是在安装到定子芯中之前由发卡坯料形成的一对发卡的前视图。

图9是定子芯的一部分的示意图，其中一个路径的发卡组件安装在对应的定子槽中。

图10是将一对发卡组件连接在一起的焊接部的详细视图。

图11是具有三个发卡的发卡组件的透视图。

具体实施方式

本文中描述了本公开的实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅仅是示例，并且其他实施例可以采用多种和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能会被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文所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使用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解，参考附图中的任一个示出和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中所示的特征进行组合以产生未明确示出或描述的实施例。所示出特征的组合提供典型应用的代表性实施例。然而，对于特定应用或实现方式，可能需要根据本公开的教导对这些特征做出各种组合和修改。

参考图1，电机20可以用在诸如纯电动车辆或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。

牵引电池可以电连接到一个或多个电力电子模块。电力电子模块可以电连接到电机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。尽管在电动化车辆的上下文中进行了描述，但是电机20也可以用于非汽车应用中。例如，电机20可以用于制造设备或发电机器中。

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的内径28和外径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被配置为与负载诸如车辆的动力传动系统联接。

定子芯32限定定子槽34，所述定子槽34围绕定子芯32周向地布置并且从内径28向外延伸。槽34可以围绕圆周等距间隔开，并且从芯32的第一端部36轴向地延伸到第二端部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间隔开在两个相邻定子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元(下文中称为“槽”)。距离单元“槽”有时被称为“槽节距”或“槽跨度”。

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以及其他上下文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。

电机20可以是三相ac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。

发卡通常为u形的并且包括由冠部连接的一对支腿。通过将支腿插入槽34中的对应槽中，使发卡安装在定子芯32中。所有发卡都可以从定子芯32的同一端部(例如，端部36)安装，使得所有冠部都位于定子的一端(例如，端部36)，并且支腿的端部位于另一端(例如，端部38)。一旦安装完成，发卡的支腿就远离彼此弯曲以形成与其他发卡的扭曲部连接的扭曲部。对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可以被称为冠部端，而端部38可以被称为焊接端。每个路径都包括相关的发卡，该发卡在扭曲部的端部处连接以在端子和中性连接部之间形成连续导体。

传统上，每个发卡由一根实心的条形导体组成，例如铜，弯曲成所需的形状。这些发卡的横截面积相对较大，从而导致ac损耗增加。可以通过减小单个导体的横截面积来减少导体中的ac损耗。即，用并联连接的两个或更多个较小的导体代替单个条形导体可减少ac损耗并改善电机的性能。本公开提出用包括两个或更多个并联连接的发卡的发卡组件代替传统的单个条形发卡。发卡组件的每个发卡在端部相连，并通过发卡的单独涂层在中间进行电隔离。

u相可包括彼此连接以形成第一路径44的发卡组件42a和彼此连接以形成第二路径46的发卡组件42b。路径中的每一个包括在端子50处开始的第一端部和在中性连接部52处结束的第二端部。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和编织出槽34中的选定槽而环绕定子芯32。每个发卡组件包括两个或更多个单独形成的发卡，它们在发卡的端部并联连接。(注：图2将发卡组件示意性地示出为单个实体，仅用于说明目的；实际上，每个发卡组件都包括多个发卡。这将在下面详细示出。)

v相可以包括多个发卡组件56a和56b，所述多个发卡组件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处开始的第一端部和在中性连接部52处结束的第二端部。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和编织出槽34中的选定槽而环绕定子芯32。

w相可以包括多个发卡组件70a和70b，所述多个发卡组件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处开始的第一端部和在中性连接部52处结束的第二端部。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，或者可以使用多个中性连接部。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和编织出槽34中的选定槽而环绕定子芯32。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。

以下附图和相关文本描述了示例性发卡组件，该示例发卡组件可以与电机20或包括发卡绕组的其他电机结合使用。

参照图3和图4，示例性发卡组件100(以预安装位置示出)包括弯曲成所示形状的第一发卡102和第二发卡104。第一发卡102包括具有一对在顶点112处相交的成角度的段108、110的冠部106。第一支腿114从成角度的段108延伸，并且第二支腿116从成角度的段110延伸。第一支腿和第二支腿由一定跨度的槽分开。第一发卡102包括使发卡电绝缘的涂层118。涂层118在端部120和122处被剥离，使得发卡可以电连接到其他发卡。第二发卡104还包括具有在顶点处相交的一对成角度的段的冠部。第一支腿124从一个成角度的段延伸，并且第二支腿126从另一个成角度的段延伸。第二发卡104包括使发卡电绝缘的涂层128。涂层128在端部130和132处被剥离。第一发卡102和第二发卡104具有它们自己的绝缘层，即涂层118和128，并且没有公共包装或绝缘。这允许各个发卡102和104分开形成，相对彼此移动，并且如果需要的话一次安装一个。在所示的实施例中，发卡组件100在支腿之间具有六个槽的跨度，但是在其他实施例中，该跨度可以不同。在一些电机中，可能存在具有不同形状和/或不同槽跨度的不同类型的发卡组件。

第一发卡102和第二发卡104可以被设计为具有相同的形状或可以具有不同的形状。在本上下文中，“相同形状”是指设计形状，并考虑到由于制造限制而产生的细微差异。第一发卡和第二发卡可以单独弯曲，也可以堆叠在一起并一起弯曲成图3所示的形状。第一发卡102和第二发卡104可以单独安装在定子槽中，或者可以彼此对准并安装在一起。第一发卡和第二发卡可以在安装到定子芯中之前连接到端部，或者可以在连接发卡以形成绕组的焊接过程中在端部处连接。通过不具有发卡组件的公共包装，提供制造和安装的灵活性。

参照图5a，每个槽34包括从内径28到外径29顺序编号的槽位置。槽34可以包括引脚的内部径向层140、引脚的中间径向层142和引脚的外部径向层144。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，每个槽34具有呈一乘六线性布置的六个连续位置。第一位置靠近定子芯32的内径28，而第六位置靠近定子芯32的外径29。内层140包括第一位置和第二位置；中间层142包括第三位置和第四位置；并且外层144包括第五位置和第六位置。

每个槽位置的大小被设定成接收整个发卡组件。在所示的实施例中，每个槽位置的大小被设定为接收一对发卡，诸如发卡102和104。在图5a中，发卡组件100的发卡102和104被布置成径向地将发卡以一乘十二的布置放置。但是，在其他实施例中，如图5b所示，发卡102和104可以并排放置，即，在定子芯的周向上相邻，例如以二乘六的布置。在其他实施例中，如图5c所示，发卡105可以并排并径向布置，使得每个发卡组件107包括四个发卡105。当然，在其他实施例中，每个发卡组件可包括更多或更少的发卡。各个阶段的发卡组件都位于槽中，以形成所需的绕组布置。在一些实施例中，每个槽可以仅包括一个相的发卡，但是在其他实施例中，每个槽可以包括一个以上的相。多种类型的绕组布置是可能的；本公开的发卡组件与许多类型的绕组布置兼容，并且本公开不限于任何特定的绕组布置。

以下附图和相关文本描述了制造发卡组件和组装具有发卡组件的电机的方法。

参照图7，方法200在操作202处开始，在操作202处，提供发卡坯料(也称为条形导体)220。发卡可从直的坯料开始，直的坯料包括包裹在绝缘涂层224中的条形导体222。条形导体222由诸如铜、金、银等的导电材料形成。坯料220可以被设置成期望长度的预切割条，或者可以作为必须被切割成期望长度的坯料的卷来出现。一旦坯料220具有期望的长度，则剥去端部(如果尚未完成)以露出条形导体222。

参照图8，在步骤204处，将坯料220弯曲以形成多个发卡226，每个发卡包括冠部228和一对直的支腿230、232。发卡226中的对应发卡将被分组为发卡组件。普通发卡组件的坯料220可以弯曲成具有相同的形状或可以具有略微不同的形状。发卡226可以与上述发卡102/104相同或相似。

一旦将发卡226形成为图8所示的形状，就可以将发卡226布置成成组的发卡组件，然后在操作206处将其插入定子芯32的选定槽中。发卡组件的发卡在安装之前可以相互接合，也可以不相互接合。或者，每个发卡组件的发卡可单独插入。例如，对于每个发卡组件，首先将第一发卡插入定子槽中的第一定子槽和第二定子槽中，随后将第二发卡插入第一定子槽和第二定子槽中。属于相同发卡组件的发卡的支腿插入相同的槽位置，使得涂层224的外表面彼此接触。

图9示出了插入到定子芯32的槽34中的三个发卡组件240a、240b和240c。在该示例中，发卡组件具有六个槽的跨度，并且每个都包括第一发卡和第二发卡，如上文关于发卡组件100所述。发卡组件240a具有分别设置在槽1和槽6中的第一支腿和第二支腿；发卡组件240b具有分别设置在槽12和槽18中的第一支腿和第二支腿；并且发卡组件240c具有分别设置在槽24和槽30中的第一支腿和第二支腿。在步骤208处，将发卡的支腿230、232弯曲以形成扭曲部242和244。每个扭曲部都可以具有等于发卡的跨度的一半的跨度，在这种情况下，该跨度为三个槽，但是并非总是如此，并且在其他实施例中，扭曲部可以更长或更短。扭曲部242和244可以在基本上相反的周向上弯曲，使得发卡组件可以与其他发卡组件接合。一些电机可包括特殊的发卡，在这些发卡中，扭曲部沿相同方向延伸。每个发卡组件240的相关联的支腿可以单独弯曲或一起弯曲以形成扭曲部242、244。一旦将所有发卡组装到定子芯32中并且形成了扭曲部，则在操作210处使发卡组件中的对应发卡组件彼此接合。发卡组件可通过焊接(例如，激光焊接)、钎焊、铜焊等接合。

在图9中，组件240b的第一扭曲部242b通过焊接部246接合到组件240a的第二扭曲部244a，并且组件240b的第二扭曲部244b通过焊接部248接合到组件240c的第一扭曲部242c。焊接组件240a、240b和240c串联电连接并形成路径中的一个路径的一部分。

图10示出了焊接部246的细节图。在该实施例中，发卡组件的发卡在插入之前没有接合。发卡组件240a的第一支腿250、252通过焊接部246接合在一起，并通过焊接部246接合到发卡组件240b的第二支腿254、256。焊接部246还将支腿254和256彼此接合。诸如焊接部248等的其余焊接部可具有相似的结构。焊接部246可以在单个焊接操作中形成。在其他实施例中，在将发卡组件安装在定子芯中之前，可以通过第一焊接来接合支腿250和252并且通过第二焊接来接合支腿254和256。在此，焊接部246用于将发卡组件240a和240b彼此接合。

在焊接之后，发卡组件240的端部彼此电连接以形成一对并联路径，该一对并联路径通过绝缘涂层彼此电隔离，除了在焊接部处。与具有等于发卡组件240的多个导体之和的横截面积的单个条形导体相比，并联路径的导体的横截面积减小，从而减少了ac损耗。

在绕组完成之后在步骤212处可以将定子浸入清漆或环氧树脂中，以涂覆定子芯和绕组从而提供额外的绝缘并增加绕组的刚度。一旦定子被组装，就可以在步骤214处将转子安装到定子中。方法200不是制造电机所涉及的所有步骤的详尽列表。另外，本公开不限于上述步骤顺序。在一些实施例中，一些步骤可以被重新排序、修改或省略。

参照图11，发卡组件可具有两个以上的发卡。例如，图11示出了包括三个发卡282、284、286的发卡组件280。这三个发卡可以由单独的坯料形成，该坯料弯曲以形成所示形状的发卡。每个发卡具有涂层288，该涂层使发卡彼此电绝缘。与以上相似，发卡282、284和286的端部290通过焊接部在端部290处接合以将三个发卡并联放置。在其他实施例中，发卡组件可能具有四个或更多个发卡，但是随着发卡数量的增加，发卡的安装和焊接可能会变得更加困难，从而降低了在发卡组件中具有额外的发卡的有益效果。

虽然上面描述了示例性实施例，但这些实施例无意描述权利要求所涵盖的所有可能的形式。在说明书中使用的词语是描述性而非限制性词语，并且应理解，可在不背离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如前所述，可以组合各个实施例的特征来形成本发明的可能并未明确描述或示出的另外的实施例。尽管各个实施例可能已经被描述为关于一个或多个期望的特性提供了优点或者优于其他实施例或现有技术实现方式，但本领域普通技术人员应认识到，根据具体应用和实现方式，一个或多个特征或特性可以折衷以实现期望的总体系统属性。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具体实施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。

在本发明的一个方面，权利要求1的接合步骤和权利要求4的接合步骤作为单个接合操作执行。

在本发明的一个方面，单个接合操作是焊接。