用于高铜填充的局部分段绕线转子组件和方法与流程

用于车辆的本公开涉及一种用于电马达的转子组件和方法。

背景技术：

车辆的电马达一般包括具有多个极的转子。绕线或填充转子的每个转子极一般缠绕有铜线。当更多的铜线被缠绕在每个转子极上时，即当获得更高的铜填充因子时，电马达可产生更多的扭矩和/或可更有效率。铜填充因子是缠绕在每个转子极上的铜线的面积与在铜线被缠绕之前每个转子极的空槽面积之间的比例。更高的铜填充因子可通过在每个转子极上缠绕更多圈的铜线和/或通过在每个转子极上缠绕更大规格的铜线而实现。可被缠绕在每个转子极上的铜线的圈数和/或规格被电线缠绕设备的余隙要求所限制，该电线缠绕设备诸如针型绕线机。期望增加每个转子上的铜填充因子，而同时维持马达速度、噪声和振动的性能。还期望消除或减少对使用针型绕线机用于将电线缠绕在转子极上的需求。

技术实现要素：

用于电马达的局部分段转子组件包括第一转子区段和多个第二转子区段。第一转子区段具有缠绕有电线的多个第一极，并且在第一极的每个相邻对的电线之间限定了第一周向间隔。每个第二转子区段具有缠绕有电线的第二极，并且在第一周向间隔的相应的一个中刚性地附接到第一转子区段，以在每个第一极的电线和相邻第二极的电线之间形成多个第二周向间隔。第一和第二转子区段配置为彼此协作以最小化第二周向间隔。

车辆具有包括局部分段转子组件的电马达。局部分段转子组件包括第一转子区段、多个第二转子区段和紧固件。第一转子区段具有缠绕有电线的多个第一极和附接特征。每个第二转子区段具有缠绕有电线的第二极和附接特征。第二转子区段附接特征、第一转子附接特征、和紧固件配置为彼此协作，使得第二转子区段刚性地附接至第一转子区段。

一种制造用于具有多个极的电马达的转子的方法包括：形成具有多个第一极的第一转子区段、和每个都具有第二极的多个第二转子区段，将电线缠绕在第一转子区段的第一极上，将电线缠绕在第二转子区段的每一个的第二极上，以及在将电线缠绕在所有的极上后将第二转子区段刚性地附接至第一转子区段。

该局部分段转子组件、车辆和方法使得能够实现提高的转子极铜填充因子而同时保持电马达速度、噪声和振动性能。它们还消除或减少了在转子制造过程中使用针型绕线设备的需求。

根据本发明的一个方面，提出一种用于电马达的局部分段转子组件，包括：

第一转子区段，具有每个都缠绕有电线的多个第一极，并且在相邻每对的第一极的电线之间限定第一周向间隔；以及

多个第二转子区段，每个都具有缠绕有电线的第二极，并且在第一周向间隔的相应的一个中刚性地附接到第一转子区段，以在每个第一极的电线和相邻第二极的电线之间形成多个第二周向间隔；

其中，第一和第二转子区段配置为彼此协作以最小化第二周向间隔。

优选地，其中第一和第二转子区段由相应的层压片制成。

优选地，其中第一转子区段具有包括形成在第一转子区段中的孔的附接特征，并且第二转子区段具有包括形成在第二转子区段中的孔的附接特征，

优选地，局部分段转子组件进一步包括紧固件，所述紧固件至少设置在形成在第一和第二转子区段的附接特征中的相应的孔中，使得第一转子区段和第二转子区段刚性地附接到彼此。

优选地，其中紧固件、形成在第一转子区段的附接特征中的孔、以及形成在第二转子区段的附接特征中的孔可被配置为使得紧固件与形成在第一和第二转子区段的附接特征中的孔的至少一个处于过盈配合关系。

优选地，其中第二转子区段附接特征包括互锁特征，并且第一转子区段附接特征包括互锁特征；并且其中第二转子区段互锁特征和第一转子区段互锁特征彼此协作。

优选地，其中第二转子区段互锁特征、第一转子区段互锁特征、和紧固件彼此协作。

优选地，其中紧固件是滚销。

优选地，其中紧固件包括过盈配合加强特征。

优选地，其中紧固件包括紧固件固持特征。

根据本发明的另一方面，提出一种具有电马达的车辆，其包括：

局部分段转子组件，包括：

第一转子区段，具有缠绕有电线的多个第一极和附接特征；

多个第二转子区段，每个都具有缠绕有电线的第二极和附接特征；以及

紧固件；

其中第二转子区段附接特征、第一转子区段附接特征、和紧固件配置为彼此协作，使得第二转子区段刚性地附接至第一转子区段。

优选地，其中第一转子区段和第二转子区段由相应的层压片制成；其中，第一转子区段附接特征包括形成在第一转子区段的层压片中的孔，并且第二转子区段附接特征包括形成在第二转子区段的层压片中的孔；其中，紧固件至少设置在形成于第一转子区段和第二转子区段的附接特征中的相应的孔中；且其中，紧固件、形成在第一转子区段的附接特征中的孔、和形成在第二转子区段的附接特征中的孔可被配置为使得紧固件与形成在第一和第二转子区段的附接特征中的孔的至少一个处于过盈配合关系。

优选地，其中第二转子区段附接特征包括互锁特征，并且第一转子区段附接特征包括互锁特征；以及，其中第二转子区段互锁特征、第一转子区段互锁特征、和紧固件彼此协作。

根据本发明的另一方面，提出一种制造用于电马达且具有多个极的转子的方法，包括：

形成具有多个第一极的第一转子区段、和每个都具有第二极的多个第二转子区段；

将电线缠绕在第一转子区段的第一极上；

将电线缠绕在第二转子区段的每一个的第二极上；以及

在将电线缠绕在所有的极上后，将第二转子区段刚性地附接至第一转子区段。

优选地，其中将电线缠绕在第二转子区段的每一个的第二极上包括将第二转子区段从第一转子区段分离，使得将电线缠绕在每个第二级上不包括使用针型绕线机缠绕。

优选地，其中形成第一转子区段包括将第一极充分地隔开，使得将电线缠绕在第一转子区段的每个第一极上不包括使用针型绕线机缠绕。

优选地，其中附接包括将第二转子区段销钉连接到第一转子区段。

优选地，其中附接包括将第二转子区段的每一个上的特征与第一转子区段上的特征互锁。

优选地，方法进一步包括：

层压多个片以形成第一转子区段和多个第二转子区段；以及

从一个坯料切割用于第一转子区段和所述多个第二转子区段的每个相应层的所有片。

优选地，方法进一步包括，针对第一转子区段和多个第二转子区段的每个后续层，交替坯料的取向，使得层压片形成平行堆叠结构。

当结合附图时，本教导的上述的特征和优势以及其他的特征和优势可从以下用于实施本教导的最优模式的详细描述显而易见。

附图说明

图1是具有包括局部分段转子组件的电马达的车辆的示意图；

图2是图1的局部分段转子组件的示意性分解视图，示出了在电线缠绕在第一和第二转子区段的极上之前的第一转子区段、多个第二转子区段和紧固件；

图3是在电线已经被缠绕在第一和第二转子区段的极上后、图2的局部分段转子组件的示意性分解视图；

图4是在电线已经绕每个极缠绕的转子区段的组装之后的图3的局部分段转子组件的示意图；

图5是图2的分段转子组件的局部示意图，示出了在第一转子区段中的附接特征和多个层压片或层；

图6A-F是用于图2的分段转子组件的紧固件的替代实施例的示意图；

图7是制造多极电马达的方法的流程图；以及

图8是坯料的示意图，示出了用于第一转子区段和多个第二转子区段的层的所有片可如何从相同坯料切割。

具体实施方式

参考附图，其中在所有这些附图中，相同的附图标记代表相同的部件，图1示出了具有车轮12和电马达14的车辆10。电马达14可操作地连接到车轮12，以为车辆10推进提供动力。操作连接可包括但不限于，变速器、齿轮组、万向节、驱动轴和轴承。替代地，电马达14可用于向其他车辆10功能提供动力，例如起动内燃机、为挡风玻璃雨刮器提供动力、为座椅调节提供动力、为车门锁提供动力、为车门打开和关闭提供动力、以及为车窗打开和关闭提供动力。电马达14可被安装在变速器(未示出)内部，例如在动力分离混合动力车辆中。电马达14包括局部分段转子组件20。

总体上参考图2-4，该局部分段转子组件20包括第一转子区段22和多个第二转子区段24。第一转子区段22具有缠绕有电线28的多个第一极26。第一转子区段22被配置为在第一极26的每个相邻对之间限定第一周向间隔32，如在图3中最优地示出的。每个第二转子区段24具有缠绕有电线28的第二极34。第二转子区段24在第一周向间隔32中的相应的一个中刚性地附接至第一转子区段22，以在每个第一极26的电线28和相邻第二极34的电线28之间形成多个第二周向间隔36，如在图4中最佳地示出的。第一和第二转子区段22、24配置为彼此协作以最小化第二周向间隔36。转子组件20被局部地分段，因为极26、34中的一些被包括在第一转子区段22上。如果转子组件20被完全分段，那么所有的极26、34将被包括在第二转子区段24上，并且极26、34都不被包括在第一转子区段22上。

在每个第一极26的电线28和相邻的第二极34的电线28之间的第二周向间隔36可在极26、34的内基部处最小，并且可在极26、34的外端部处更大，如图所示。替代地，每个第一极26的电线28和相邻第二极34的电线28之间的第二周向间隔36可从极26、34的内基部到外端部是均匀的，或可以是任意其他合适的配置。最小化第二周向间隔36被限定为将第二周向间隔36降低至小于在转子未被局部分段时使用针型绕线机可获得的最小间隔的间隔。当转子未被局部分段时使用针型绕线机可获得的最小间隔大约为5到8mm。该5到8mm的间隔由于针型绕线机的余隙要求和由于使用针型绕线机缠绕而导致的较不整齐或较不均匀的缠绕而成为必须。该最小化的第二周向间隔36可以是约为1到4mm。替代地，该最小化的第二周向间隔36可以是约为1mm。

第一和第二转子区段22、24可由相应的层压片或层38制成，如可在图 5中最佳的看出的。层压片或层38可由磁性材料制成。层压片或层38可通过粘接剂、通过互锁或机械钉牢(mechanical clinch)、通过紧固件、或通过任意其他合适的附接方式而被附接到彼此。电线28可由导电材料制成。导电材料可以是铜或可以是任意其他合适的金属或非金属。

返回到图2-4，第一转子区段22可具有附接特征40，其包括形成在第一转子区段22中的孔42、43。每个第二转子区段24可具有附接特征44，其包括形成在第二转子区段24中的孔46、47。

局部分段转子组件20可包括紧固件48，所述紧固件48至少设置在形成在第一和第二转子区段22、24的附接特征40、44中的相应的孔43、46中，使得第一转子区段22和第二转子区段24刚性地并且永久地附接到彼此。局部分段转子组件20可包括紧固件54，所述紧固件54至少设置在形成在第一和第二区段22、24的附接特征40、44中的相应的孔42、47中，使得第一转子区段22和第二转子区段24刚性地并且永久地附接到彼此。

紧固件48、54可以是柱形销，如图2-4所示，或可以是任何其他合适的紧固件替代物，如将在下面参考图6A-F更详细地描述的。紧固件，诸如48、54，可以在安装后被铆固或锻造(swaged)。紧固件48、54可由磁性材料制成。

再次参考图2，紧固件48、形成在第一转子区段22的附接特征40中的孔43、以及形成在第二转子区段24的附接特征44中的孔46可被配置以使得紧固件48与形成在第一和第二转子区段22、24的附接特征40、44中的孔43、46中的至少一个处于过盈配合关系，使得第一转子区段22和第二转子区段24刚性地且永久地附接到彼此。紧固件54、形成在第一转子区段22的附接特征40中的孔42、以及形成在第二转子区段24的附接特征44中的孔47可被配置以使得紧固件54与形成在第一和第二转子区段22、24的附接特征40、44中的孔42、47中的至少一个处于过盈配合关系，使得第一转子区段22和第二转子区段24刚性地且永久地附接到彼此。

第二转子区段附接特征44可包括互锁特征52，并且第一转子区段附接特征40可包括互锁特征50。第二转子区段互锁特征52和第一转子特征互锁特征50可彼此协作，使得第一转子区段22和第二转子区段24刚性地且永久地附接到彼此。例如，第二转子区段互锁特征52可包括凸片55、57。第一转子区段22可配置为在第一转子区段互锁特征50中形成槽51、53。凸片 55、57可被配置为嵌入相应的槽51、53。类似地，第二转子区段互锁特征52、第一转子特征互锁特征50和紧固件48可彼此协作，使得第一转子区段22和第二转子区段24刚性地且永久地附接到彼此。

再次参考图5，第一转子区段22附接特征40被更详细地示出。附接特征40可包括形成在第一转子区段22中的孔42、43。附接特征40可包括形成在第一转子区段22中的互锁特征50。互锁特征50可包括形成在第一转子区段22中的槽51、53。互锁特征50可包括凸片59、61。第二转子区段24附接特征44可包括相应的孔、槽和凸片，该孔、槽和凸片与第一转子22附接特征40孔42、43、槽51、53和凸片59、61协作，使得第一转子区段22和第二转子区段24刚性地且永久地附接到彼此。

再次参考图2-4，当第一和第二转子区段22、24被组装时，第二转子区段24附接特征44互锁特征52可被设置在第一转子区段22互锁特征50之间。当第一和第二转子区段22、24被组装时，第一转子区段22中的孔43可与第二转子区段24中的孔46同轴。当第一和第二转子区段22、24被组装时，紧固件48可被至少设置在相应的孔43、46中。当第一和第二转子区段22、24被组装时，第一转子区段22中的孔42可与第二转子区段24中的孔47同轴。当第一和第二转子区段22、24被组装时，紧固件54可被至少设置在相应的孔42、47中。

紧固件48、54可以是柱形销，如图2所示。现在参考图6A-F，在其他实施例中，紧固件48、54可为开口滚销58、卷绕滚销60、滚花销62、带刺销64、或任意其他合适的紧固件。紧固件48可以在安装后被铆固或锻造(swaged)。紧固件48、54可包括过盈配合加强特征56。过盈配合加强特征56可包括，但不限于开口滚销58的弹簧力、卷绕滚销60的弹簧力、滚花销62的滚花和带刺销64的倒刺。紧固件48、54也可包括紧固件固持特征66。紧固件固持特征66可包括，但不限于，在紧固件48的一端上的盖或头部68、在紧固件48、54的一端或两端上的铆钉或锻造部(swage)(未示出)、以及附接到紧固件48、54的一端或两端中的特征72的固持夹74。

现在参考图7，用于制造多极电马达14的方法100包括：形成102具有多个第一极26的第一转子区段22、和每个都具有第二极34的多个第二转子区段24，将电线28缠绕110在第一转子区段22的第一极26上，将电线28缠绕112在第二转子区段24的每一个的第二极34上，以及在将电线28缠 绕110、112在所有的极26、34上后将第二转子区段24刚性地附接114至第一转子区段22。

将电线28缠绕112在第二转子区段24的每一个的第二极34上可包括将第二转子区段24从第一转子区段22分离，使得将电线28缠绕在每个第二级34上不包括使用针型绕线机缠绕。形成102第一转子区段22可包括将第一极26充分地隔开，使得将电线28缠绕110在第一转子区段22的每个第一极26上不包括使用针型绕线机缠绕。缠绕110、112可包括使用针型绕线机缠绕，该针型绕线机具配置为足够硬以形成电线28的均匀和整齐的缠绕并且配置为足够耐用以可靠地操作的针。

在将电线28缠绕110、112在所有的极26、34上后将第二转子区段24附接114到第一转子区段22上可包括将第二转子区段24销钉连接到第一转子区段22。在将电线28缠绕110、112在所有的极26、34上后将第二转子区段24附接114到第一转子区段22上可包括第二转子区段24的每一个上的特征52与第一转子区段22上的特征50的互锁。

方法100可包括将多个片或层38进行层压108，以形成第一转子区段22和多个第二转子区段24。层压108可包括堆叠片或层38，并且可包括经由粘接剂、机械钉牢、紧固或任何其他合适的附接方法而附接片或层38。

现在参考图8，片或层38可从坯料78切割。坯料78是未切割的材料片，其随后将被切成用于第一转子区段22和多个第二转子区段24的片或层38。坯料78可具有与其制造工艺相关联的制造方向80，该制造工艺诸如滚压、挤出或机加工。坯料78可具有第一取向82，限定为平行于制造方向80且与第一制造方向80在相同方向上。坯料78可具有第二取向84，限定为与第一取向82的相反方向。坯料78可具有与制造方向80相关联的其他的取向。例如，坯料78可具有相对于制造方向80旋转90度的取向、从制造方向旋转270度的取向、以及从制造方向80旋转其他角度的其他取向。

再次参考图7，方法100可包括从一个坯料78上切割104用于第一转子区段22和多个第二转子区段24的每个相应层的所有片38。切割104可包括冲切、激光切割、或其它任意合适的切割方法。方法100可包括，对于第一转子区段22和多个第二转子区段24的每个后续层，交替106坯料78的取向82、84，使得层压片形成平行堆叠结构。交替106取向被限定为将取向反转180度。

提供的局部分段转子组件20、车辆10和方法100也可应用至用于车辆的发电机的转子。

尽管已经对执行本教导的很多方面的最佳模式进行了详尽的描述，但是熟悉这些教导的相关领域的技术人员可认识到用来实施本发明的各个替换方面在所附的权利要求的范围内。

交叉引用

本发明是在美国政府的支持下在由能源局授权的美国电驱动制造中心—全球RWD电子合约：DE-EE0002629下产生的。美国政府可在本发明中具有一定的权利。