专利名称：具有改进的导体组件的定子及制造定子的方法
技术领域：
本发明涉及下述技术方案。1. 一种定子，包括定子芯；在所述定子芯内形成的多个槽；和连续地布置在所述多个槽中的至少两个内的导体。2.根据方案1所述的定子，还包括连续布置在所述多个槽内的多个导线。3.根据方案2所述的定子，其中所述多个导线中的每个连续地布置在所述多个槽 中的至少两个内。4.根据方案3所述的定子，其中所述多个导线中的每个连续地布置在所述多个槽 中的四个内。
个。
5.根据方案4所述的定子，其中所述多个导线中的每个在至少八个位置被弯曲。
6.根据方案1所述的定子，其中 所述定子芯包括内表面；和
所述多个槽围绕所述内表面大体径向延伸。
7.根据方案1所述的定子，其中所述定子芯包括堆叠层。
8.—种制造定子的方法，所述方法包括以下步骤 提供定子芯；
在所述定子芯内形成多个槽；和
将导体滑动到所述定子芯中，使得所述导体连续延伸通过所述多个槽中的至少两9.根据方案8所述的方法，还包括以下步骤将多个导线滑动到所述定子芯中，使得所述多个导线中的每个连续延伸通过所述 多个槽中的至少两个。10.根据方案9所述的方法，其中将多个导线滑动到所述定子芯中的步骤包括以 下步骤将所述多个导线滑动到所述定子芯中，使得所述多个导线中的每个连续延伸通过 所述多个槽中的四个。11.根据方案9所述的方法，还包括以下步骤在将所述多个导线滑动到所述定子芯中之前使得所述多个导线弯曲。12.根据方案11所述的方法，其中使得所述多个导线弯曲的步骤包括以下步骤在将所述多个导线滑动到所述定子芯中之前使得所述多个导线中的每个在至少 八个位置弯曲。13.根据方案9所述的方法，其中所述多个导线包括第一相位的第一多个导线和 第二相位的第二多个导线，并且所述方法还包括以下步骤在将所述多个导线滑动到所述定子芯中之前，以第一串联连接将所述第一多个导 线连接，并且以第二串联连接将所述第二多个导线连接。14.根据方案13所述的方法，还包括以下步骤
4
在将所述多个导线滑动到所述定子芯中之后，焊接所述第一多个导线和所述第二 多个导线。15.根据方案8所述的方法，还包括以下步骤提供围绕所述导体的绝缘衬垫。16. 一种电动机，配置为结合车辆使用，所述电动机包括转子；和磁耦合到所述转子的定子，所述定子包括定子芯；在所述定子芯内形成的多个槽；和布置在所述定子芯内的多个导线，其中所述多个导线中的至少一个连续地布置在 所述多个槽中的两个内。17.根据方案16所述的电动机，其中所述多个导线中的每个连续地布置在所述多 个槽中的至少两个内。18.根据方案16所述的电动机，其中所述多个导线中的每个连续地布置在所述多 个槽中的四个内。19.根据方案16所述的电动机，其中所述多个导线中的每个在至少八个位置被弯
曲ο20.根据方案16所述的电动机，其中所述定子还包括围绕所述多个导线的多个绝
缘衬垫。
下面将结合以下附图描述本发明，其中相似的标号表示相似元件，并且其中图1是示例性车辆的示意图，图示了这样的方式，其中实施例集成有根据示例性 实施例的车辆的各种子部件；图2是根据示例性实施例，与图1描述的车辆一起使用的示例性车用电动机的横 截面侧视图；图3是根据示例性实施例，图2中描述的示例性车用电动机的横截面前视图；图4是根据示例性实施例，图3的定子的一部分的立体图；图5是根据另一个示例性实施例，图3的定子的一部分的立体图，在其示例性导体 插入之前的时间点处示出并且结合两个示例性导体的部分示出；图6是根据另一个示例性实施例，图3的定子的一部分的立体图，在图5的示例性 导体插入期间的时间点处示出并且结合图5的示例性导体的部分示出；图7是根据另一个示例性实施例，图3的定子的一部分的立体图，在图5的示例性 导体插入之后的时间点处示出并且结合图5的示例性导体的部分示出；图8是根据另一个示例性实施例，图3的定子的示例性导体和图4-7的其各部分 的立体图；和图9是根据示例性实施例，用于制造定子的工艺的流程图，例如图3的定子和图 4-8的其各部分。
具体实施例方式下面的详细描述本质上仅是示范性的并且无意限制本发明或本发明的应用和使 用。此外，无意被先前技术领域、背景技术、简要说明或者以下详细描述中提出的任何表述 的或暗示的理论所约束。图1是根据本发明一个实施例的诸如汽车的示例性车辆10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布 置在底盘12上，并且基本上包围汽车10的其他部件。车身14和底盘12可以联合形成框 架。车轮16每个都在车身14的相应转角附近可旋转地连接到底盘12。车辆10可以是多种不同类型汽车中的任何一种，例如轿车、货车、卡车、运动多用 途车(SUV)，并且可以是两轮驱动(2WD)(即，后轮驱动或者前轮驱动)、四轮驱动(4WD)或 全轮驱动(AWD)。车辆10还可以包括多种不同类型发动机(或致动器)中的任何一种或者 组合，多种不同类型发动机例如是汽油机或柴油机、“灵活燃料车辆”(FFV)发动机(即，使 用汽油和乙醇的混合物)、气体复合物(例如氢气和/或天然气)供油的发动机、或燃料电 池、燃烧/电动机混合动力发动机、和电动机。在图1所示的示例性实施例中，汽车10是混合动力车，并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、功率电子器件舱(PEB)26和散 热器28。致动器组件20包括内燃机30和电动机32。电池阵列22电连接到PEB 26，并且 在一个实施例中包括具有多个单元的锂离子(Li离子)电池，如通常使用的那样。电动机 32通常包括多个电部件，包括定子和转子组件。定子组件包括容纳有多个环形芯叠层的环 形芯，和延伸穿过这些叠层的多个导体(或传导元件)。至少一对这些传导元件通过根据本 发明示例性实施例配置的绝缘层从相邻的传导元件和芯叠层电绝缘。绝缘层基本环绕该对 传导元件的外周，并且提供这些传导元件与其他定子芯元件之间的连续绝缘屏障。图2是根据示例性实施例的电动机32的横截面视图。应当注意到，为了更清楚在 这样的电动机中通常可以找到的许多具体元件已经被省略。电动机32包括壳体36、定子组 件42、转子46和轴50。定子组件42容纳在壳体36内并且固定连接到壳体36。转子46固 定连接到轴50，这两个元件均配置成绕旋转轴线A-A’在定子组件42内旋转。一组轴承54 接近壳体36的每个端部连接到壳体36，并提供轴50的支撑和旋转连接。定子组件42还 包括定子56，定子56具有第一端部57和第二端部58，并且具有多个单个环形叠层60-68， 叠层60-68彼此平行布置成这些端部之间的堆叠柱形阵列。每个单个叠层具有至少一个槽 (或通道)，在整个定子56中该至少一个槽与每个叠层中的相似槽对齐。对齐的槽形成穿过 定子56的轴向(基本上平行于旋转轴线A-A’)通路，该轴向通路容纳不同数量的传导元件 (由传导元件69表示)，传导元件通过下面将详细描述的绝缘层从定子56内的其他元件电 绝缘。在操作期间，电流流过定子56的传导元件69，产生磁通量，磁通量与来自转子46的 磁通量相互作用。定子56和转子46之间的通量相互作用使得转子46随轴50绕轴线A-A， 旋转，由此产生机械能。图3是根据示例实施例的电动机32的横截面前视图。电动机32包括壳体36、定 子56、转子46和轴50。定子56环绕转子46，并且固定连接到壳体36。轴50可旋转地连 接到轴承54并且由轴承54支撑(图2)。转子46基本上同心地在定子56随轴50 —起旋 转。定子56包括定子芯70。定子芯70优选地包括接近其第一端部57 (图2)的堆叠层，堆叠层具有铁磁环面，具有与外周表面74基本同心的内周表面72。定子芯70还包括多个槽 78，槽78并入到内周表面72并且与定子芯70中类似布置的槽对齐，其中每个槽78大体围 绕内周表面72延伸。虽然处于举例说明目的图3中仅示出了二十个槽78，但应当理解，取 决于电动机32的总体设计，定子芯70可以包含不同数量的槽78。六个传导元件100 (以下称为导体100)布置在每个槽78内，并且基本上沿轴向彼 此对齐地在定子56的长度上延伸。虽然在图3中六个这样的导体100描述和图示为延伸 通过每个槽78，但应当理解，每个槽78可以包含不同数量的这样的导体100。每个导体100 可以采用具有适当横截面形状(例如基本上矩形或圆形)的任何形式，例如杆、导线、管等。 导体100由例如铜或铜合金的导电材料制成。在优选实施例中，导体100涂覆有适当的非导电涂层以提供与其他相邻元件的电 绝缘，包括环绕每个导体100的衬垫95。在操作期间，电流流过每个槽78中的导体100，由 此产生磁通量。成对的传导元件被电绝缘层环绕，电绝缘层保护每个单个传导元件免于短 路到相邻传导元件和定子芯表面。每个导体100优选通过衬垫95彼此绝缘和分隔。此外，每个导体100连续地布置 在定子芯70的两个或更多槽78内并且连续地延伸通过这些槽78。如下面结合图5-9进一 步详细描述的那样，在最优选实施例中，每个导体100连续地布置在定子芯70的四个槽78 内并且连续地延伸通过这些槽78。图4是根据优选实施例的图3的定子56的一部分的立体图。在优选实施例中，如 图4以及图5-7描述，定子芯70和槽78制造并配置为使得每个槽78的几何形状是开放的 以允许成对或成组的导体100容易插入其中。但是，在其他实施例中这可以不同。在描述的实施例中，每个导体100连续地布置在四个槽78内并且连续地延伸通过 这些槽78。在其他实施例中，部分或全部导体100连续地布置在不同数量的槽78内并且连 续地延伸通过这些槽78。在任何情况下，优选地每个导体100包括连续的导体，其连续地布 置在两个或更多槽78内并且连续地延伸通过这些槽78。导体100优选地可以被分类成各个不同多个导体100，其中每个不同多个导体100 具有与它们相关的特定相位。相同相位的每个多个导体100以串联连接彼此相连，并且在 各个焊接位置402处焊接起来。图5-7是图3的定子56的一部分的立体图，在定子56的制造期间的不同时间点 处示出。具体而言，(i)图5是在其两个示例性导体100 (A)和100(B)插入之前的时间点 处示出的图3的定子56的一部分的立体图；(ii)图6是在图5的两个示例性导体100(A) 和100(B)插入期间的时间点处示出的图3的定子56的一部分的立体图；和(iii)图7是 在图5和6的两个示例性导体100(A)和100(B)插入之后的时间点处示出的图3的定子56 的一部分的立体图。图5-7也结合图8讨论，图8单独描述了示例性导体100，例如图5-7 的导体100 (A)和100(B)之一。如图5-8所示，在优选实施例中，每个导体100包括第一端部802，第一端部802配 置为优选通过扭曲和焊接连接到另一个导体100。如图8所示，每个导体100优选接近第一 端部802被弯曲。每个导体100还优选具有在导体100的第一弯曲804和806之间延伸的第一直线 部分805 (参见图8)。第一直线部分805被衬垫95环绕(参见图5_7)，并且插入到和随后布置到定子芯70的第一槽78内。例如，对于图5-7的第一导体100(A)，第一直线部分 805 (A)被衬垫95环绕并且插入到图6和7中的槽78(1)中。此外，对于图5_7的第二导体 100 (B)，第一直线部分805 (B)被衬垫95环绕并且插入到图6和7中的槽78 (2)中。每个导体100还优选具有在导体100的第二弯曲808和810之间延伸的第二直线 部分809 (参见图8)。第二直线部分809优选被单独的衬垫95环绕，并且插入到和随后布 置到定子芯70的第二槽78内。例如，对于图5-7的第一导体100 (A)，第二直线部分809 (A) 被衬垫95环绕并且插入到图6和7中的槽78 (2)中。此外，对于图5_7的第二导体100 (B)， 第二直线部分809 (B)被单独的衬垫95环绕并且插入到图6和7中的槽78(3)中。每个导体100还优选具有在导体100的第三弯曲814和816之间延伸的第三直线 部分815 (参见图8)。第三直线部分815优选被单独的衬垫95环绕，并且插入到和随后布 置到定子芯70的第三槽78内。例如，对于图5-7的第一导体100 (A)，第三直线部分815 (A) 被衬垫95环绕并且插入到图6和7中的槽78 (4)中。此外，对于图5_7的第二导体100 (B)， 第三直线部分815 (B)被单独的衬垫95环绕并且插入到图6和7中的槽78 (5)中。每个导体100还优选具有在导体100的第四弯曲820和8226之间延伸的第四直 线部分821 (参见图8)。第四直线部分821优选被单独的衬垫95环绕，并且插入到和随 后布置到定子芯70的第四槽78内。例如，对于图5-7的第一导体100(A)，第四直线部分 821(A)被衬垫95环绕并且插入到图6和7中的槽78 (5)中。此外，对于图5_7的第二导体 100 (B)，第四直线部分821 (B)被单独的衬垫95环绕并且插入到图6和7中的槽78 (6)中。如图5-8所示，每个导体100还优选包括各个额外的弯曲。具体而言，每个导体 100优选地包括在弯曲806和808之间的第一额外弯曲807，并且该第一额外弯曲807插入 在导体100所插入的第一和第二槽78之间。例如，对于图5-7的第一导体100(A)，第一额 外弯曲807㈧插入在图6和7的槽78⑴和78⑵之间。此外，对于图5_7的第二导体 100 (B)，第一额外弯曲807 (B)插入在图6和7的槽78 (2)和78(3)之间。每个导体100还优选地包括在弯曲810和814之间的第二额外弯曲812，并且该 第二额外弯曲812插入在导体100所插入的第二和第三槽78之间。例如，对于图5-7的第 一导体100(A)，第二额外弯曲812(A)插入在图6和7的槽78(2)和78 (4)之间。此外，对 于图5-7的第二导体100 (B)，第二额外弯曲812(B)(图5_7未示出)插入在图6和7的槽 78(3)和 78(5)之间。每个导体100还优选地包括在弯曲816和820之间的第三额外弯曲818，并且该第 三额外弯曲818插入在导体100所插入的第三和第四槽78之间。例如，对于图5-7的第一 导体100(A)，第三额外弯曲818(A)插入在图6和7的槽78 (4)和78 (5)之间。此外，对于 图5-7的第二导体100 (B)，第三额外弯曲818(B)插入在图6和7的槽78 (5)和78(6)之 间。图5-8还描述了，在优选实施例中，每个导体100还包括第二端部824，第二端部 824配置为优选通过扭曲和焊接连接到另一个导体100。如图8所示，每个导体100优选接 近第二端部824被弯曲。在描述的实施例中，每个导体100在被插入定子芯70的四个不同槽78之前被扭 曲或弯曲十三次。图8的导体100比典型定子中的导体弯曲或扭曲更多次数，因为图8的导 体100被连续布置在四个不同的槽78中，而不是单个槽中。因此，与利用每槽具有六个导
8体的典型定子所需的焊接数量相比，在示例性实施例中导线接头和焊接的数量被减小。在 一个这样的示例性实施例中，导体接头和焊接的平均数量与传统定子相比减小接近百分之 五十。在图2-7中描述的实施例中，除了某些非共用或非共享槽78外，例如槽78(1)和 78 (4)(导体100 (A)布置在其中)和槽78 (3)和78 (6)(导体100 (B)布置在其中)，第一和 第二导体100(A)和100(B)布置在某些共用或共享的槽78中，例如槽78(2)和78 (5)(导 体100(A)和100(B)均布置在这些槽中)。但是，在其他实施例中这可以不同。例如，在某 些实施例中，各对导体100可以布置在每个都互相共用的槽78内。类似地可以认识到，由 特定导体100所占据的不同槽78可以与图5-7相比和/或与定子56的其他导体100相比 不同地间隔开，此外还有不同实施例中的其他可能变化。图9是根据示例性实施例，用于制造定子(例如图3中示出的定子56和图4_8中 示出的其各部分)的方法900。如图9所示，方法900以提供定子芯的步骤(布置902)开 始。在优选实施例中，定子芯提供为堆叠层，堆叠层具有在定子芯内形成的多个槽，使得槽 围绕定子芯的内表面径向延伸。而且在优选实施例中，定子对应于图3-8的定子56，并且多 个槽对应于图3-7的槽78。多个导体设置绝缘层(步骤904)。在优选实施例中，每个导体被绝缘衬垫环绕。 在优选实施例中，导体对应于图3-8的导体100，并且绝缘层对应于图3-7的衬垫95。在一 个优选实施例中，每个导体包括铜导线。在到槽中的任何插入之前，导体被弯曲(步骤906)。在优选实施例中，每个导体被 弯曲多次，次数取决于每个导体将插入的槽的数量。在一个优选实施例中，每个导体被弯曲 十三次，使得每个导体可以随后根据图3-8的示例性实施例插入四个不同的槽中。导体然后连接在一起(步骤908)。在优选实施例中，同一相位的全部导体以串联 连接方式连接起来。而且在优选实施例中，导体在到槽中的任何插入之前被连接起来。导体然后被插入相应的槽中(步骤910)。在优选实施例中，导体通过槽中的开口 被滑动到相应的槽中。每个导体优选地插入到两个或更多相应的槽中，使得导体连续地延 伸通过每个相应的槽。例如，在对应于图3-8的定子56的一个优选实施例中，每个导体被 插入四个相应的槽中。但是，在不同的实施例中一个或多个导体可以放置在不同数量的槽 中。而且在优选实施例中，导体成对地或者每次两个导体地一起滑动到相应的槽中，例如在 图5-7中所示的那样。但是，在不同的实施例中每个特定时间一起插入的导体的数量可以 不同，例如取决于所使用槽和导体的尺寸。导体然后在它们被插入槽中之后焊接在一起(步骤912)。在优选实施例中，同一 相位的导体在沿着定子的各个焊接位置处被焊接在一起。而且在优选实施例中，类似于上 述讨论，与传统定子所要求的数量相比，方法900的焊接位置的数量被减小。例如，在一个 优选实施例中，方法900的焊接位置的数量接近每槽具有六个导体的传统定子的焊接位置 的数量的一半。由于减小数量的焊接位置，图9的方法900和图3-8的伴随定子56及其部件与传 统定子相比可以大大减小焊接成本、时间和人力以及任何相关焊接误差。错误，因为导体连 续地布置在多个槽中，这还减小了不同导体连接在一起的次数，由此与传统定子相比减小 了将导体连接起来的成本、时间以及任何相关误差。此外，在导体放置到相应开口中之前导体的弯曲和连接也可以减小成本、时间和人力，以及与连接导体相关的任何误差。因此，改进的定子提供有改进的放置、弯曲、连接和/或接头的焊接。改进的方法 还提供用于制造这样的改进的定子。此外，提供了具有这样的改进的定子的改进的电动机。 定子、方法和电动机可以实现成本、时间和人力和节约，并且可以用更少的接头、更少的焊 接位置和潜在提高的准度和精度来制造。将认识到，所公开的方法和系统可以从附图和此处描述的那样进行改变。例如，导 体可以在各种实施例中布置在不同数量的槽中。此外，将认识到，方法900的某些步骤可 以从图9描述的和/或结合图9在此处描述的那些步骤进行改变。类似地将认识到，方法 900的某些步骤可以同时发生或者以不同于图9描述的和/或结合图9在此处描述的顺序 发生。类似地将认识到，所公开的定子、方法和电动机可以结合任意数量的不同类型的汽 车、轿车、运动多用途车、卡车和/或多种不同类型车辆的任何一种及其他可能应用而被实 现和/或利用。虽然已经在上述详细描述中阐述了至少一个示例性实施例，但应当理解存在大量 的变型。还应当理解的是，示例性实施例或多个示例性实施例仅仅是示例，并不意在以任何 方式限制本发明的范围、应用或配置。相反，上述详细描述将为本领域的技术人员提供实施 示例性实施例或多个示例性实施例的便捷路径。应当理解的是，可对元件的功能及设置进 行各种改变而不脱离由所附权利要求及其合法等同方案界定的本发明的范围。
权利要求
一种定子，包括定子芯；在所述定子芯内形成的多个槽；和连续地布置在所述多个槽中的至少两个内的导体。
2.根据权利要求1所述的定子，还包括连续布置在所述多个槽内的多个导线。
3.根据权利要求2所述的定子，其中所述多个导线中的每个连续地布置在所述多个槽 中的至少两个内。
4.根据权利要求3所述的定子，其中所述多个导线中的每个连续地布置在所述多个槽 中的四个内。
5.根据权利要求4所述的定子，其中所述多个导线中的每个在至少八个位置被弯曲。
6.根据权利要求1所述的定子，其中 所述定子芯包括内表面；和所述多个槽围绕所述内表面大体径向延伸。
7.根据权利要求1所述的定子，其中所述定子芯包括堆叠层。
8.—种制造定子的方法，所述方法包括以下步骤 提供定子芯；在所述定子芯内形成多个槽；和将导体滑动到所述定子芯中，使得所述导体连续延伸通过所述多个槽中的至少两个。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括以下步骤将多个导线滑动到所述定子芯中，使得所述多个导线中的每个连续延伸通过所述多个 槽中的至少两个。
10.一种电动机，配置为结合车辆使用，所述电动机包括 转子；和磁耦合到所述转子的定子，所述定子包括 定子芯；在所述定子芯内形成的多个槽；和布置在所述定子芯内的多个导线，其中所述多个导线中的至少一个连续地布置在所述 多个槽中的两个内。
全文摘要
本发明涉及具有改进的导体组件的定子及制造定子的方法。具体而言，一种定子，包括定子芯、多个槽和导体。多个槽在所述定子芯内形成。导体连续地布置在所述多个槽中的至少两个内。
文档编号H02K15/02GK101958587SQ201010231818
公开日2011年1月26日 申请日期2010年7月15日 优先权日2009年7月15日
发明者D·D·党, D·肖尔, E·黑奇, J·沃特尔沃思, M·米拉尼, R·布利森巴赫 申请人:通用汽车环球科技运作公司