用于电机的定子及其制造方法与流程

本发明涉及一种定子，其用于电机、特别是三相电机(例如电动机和/或发电机)、特别是用于电动或混合动力车辆。此外，本发明还涉及一种用于制造这种定子的方法、一种具有这种定子的电动机或发电机以及一种具有这种电动机和/或发电机的车辆，即，机动车辆、船舶、水下车辆、飞行棋或航天器。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种用于电机的定子，其具有紧凑的结构并且通过使用较少的材料而实现较轻的重量，并且电机具有与现有技术中目前已知的定子相同或更高的性能潜能。

本发明由独立权利要求的特征得出。有利的进一步扩展和改进是从属权利要求的主题。本发明的其他特征、应用可能性以及优点可以从以下描述以及对附图中示出的发明的实施例的说明中得出。

本发明的第一方面涉及一种用于电机、特别是用于电动机和/或发电机的定子，其中，定子具有定子轭，定子轭沿其内周边缘具有沿着定子轭的纵向轴线la平行延伸的纵向凹槽，纵向凹槽分别与定子齿分开。有利地，该定子轭具有基本上圆柱形的形状。纵向凹槽和定子齿布置在该圆柱形形状的内侧。在纵向凹槽中(在定子齿之间)分别引入一个或多个成形绞线(formlitzen)，该成形绞线分别由多个彼此电绝缘的单线组成。成形绞线的各自的端部在相应的定子轭头处离开定子轭的纵向凹槽，并且以平行于纵向轴线la延伸的方式从定子轭分别突出预设的长度l。

成形绞线的单线有利地由铜或铜合金组成或者由铝或铝合金组成。有利地，引入到定子轭的纵向凹槽中的所有成形绞线都是相同的。此外，成形绞线的端部以平行于定子轭的纵向轴线la的取向或以垂直地竖立在定子轭头上的方式从定子轭突出。相应地，成形绞线在离开纵向凹槽之后不弯曲。因此，它们具有的总长度由定子轭的长度ls和在两个定子轭头上的相应突起l而确定。

在本发明中，术语“定子轭头”是指定子轭的端面。该端面通常垂直于定子轭的纵向轴线la。

在有利的变型中，成形绞线的总长度gl为gl＝2*l+ls，其中，ls表示定子轭沿轴向纵轴la的尺寸。在该变型中，成形绞线的相应的端部在两个定子轭头处从定子轭突出同样的长度l。在另一个有利的变型中，成形绞线的端部在第一定子轭头处从定子轭突出同样的长度l1并在第二定子轭头处从定子轭突出同样的长度l2。在这种情况下，成形绞线的总长度gl为gl＝l1+l2+ls。有利地，成形绞线的端部在相应的定子轭头上以恒定的长度l/l1/l2同样地从定子轭突出。有利地，长度l/l1/l2的尺寸被确定为，使得引入到定子轭中的成形绞线的相应的端部与相应的电气的连接元件的一端机械接合并电连接。这种情况下的优点在于，对此要求的突出长度l可以选择为尽可能小，但该突出长度l的大小足以使成形绞线的端部与相应的连接元件的接合过程以足够好的方式进行。

优选地，长度l/l1/l2选自2mm至50mm的范围，或者长度l/l1/l2为15mm、7mm、19mm、13mm、15mm、20mm、23mm、25mm、27mm、30mm、33mm、35mm、37mm、40mm、43mm、45mm或47mm。这些数值特别适用于在车辆、特别是机动车辆中使用的电机。

根据本发明，引入到纵向凹槽中的每个成形绞线的单线在其端部处导电连接。这意味着，在定子轭的内部单线在相应的纵向凹槽内中延伸的部分中，各个单线均具有绝缘体，该绝缘体使各个单线相对于成形绞线的其他单线、引入到纵向凹槽中的其他成形绞线和定子轭电绝缘。单线的电气连接因此有利地布置在定子轭的外部。

按照本发明，突出于定子轭头中的一个的第一成形绞线的至少一个第一端部与突出于相同的定子轭头、来自另一个纵向凹槽的另外的第二成形绞线的至少一个第二端部经分开的导电的连接元件彼此导电地接合，以形成电气绕组，其中，第一端部和第二端部没有机械接触。

因此，这种连接元件在定子轭头处与从定子轭的不同的纵向凹槽中出来的两个成形绞线的至少两个端部连接。另外，根据定子的绕组的设计方案，还可以使用这样的连接元件，即，其在定子轭头处与从多个不同的纵向凹槽中的一个出来的两个或多个成形绞线的两个或三个端部电连接。有利地，连接元件中的一个或多个具有连接接口，用于对由成形绞线和连接元件分别形成的电绕组进行电控制。

有利地，导电的连接元件是金属弓(metallbügel)，其特别是由铜、铜合金、铝或铝合金制成。导电的连接元件有利地沿其纵向方向弯曲。有利地，连接元件具有腹板状、订书针、梁状(balkenartiges)或u形的纵向轮廓。有利地，连接元件沿其纵向方向具有的横截面等于或小于与连接元件直接连接的成形绞线的所有单线的横截面之和。在一个替代实施方式中，连接元件沿其纵向方向(在电流流动方向上)具有的横截面大于与连接元件直接到的成形绞线的所有单线的横截面之和。在一个替代的实施方式中，连接元件沿其纵向方向(在电流流动方向)上具有变化的横截面，相比于与连接元件直接连接的成形绞线的所有单线的横截面之和，该横截面沿着纵向方向局部地更大、相同或更小。因此，可以相应地调整连接元件上的电阻和与之相关的局部发热。如后面所述，有利的是，在局部更高的热量产生位置上形成与散热器的热接触，以便排散产生的热量。特别地，横截面的尺寸作为与连接元件直接连接的成形绞线的所有单线的横截面之和可用于减小电阻。该连接元件沿其纵向延伸范围具有垂直于该纵向延伸范围的宽度b以及垂直于该纵向沿范围和该宽度b的厚度d。有利的是d＜b/2。有利地，连接元件沿其纵向延伸范围具有至少两个部分，这两个部分的(垂直于纵向轴线la的)横截面是不同的。

有利地，连接元件有利地由至少单折叠的金属板、特别是由铜板制成。

定子的一个特别有利的扩展方案的特征在于，连接元件以及成形绞线的与其机械或电气连接的端部在各个定子头处从定子轭总共突出长度l/l1/l2，该长度小于极限值g1，其中，极限值g1小于成形绞线的横截面直径d的十倍，即，g1＜10*d。

特别地，通过在相应的定子轭头处成形绞线的端部的最小突出以及在相应的定子轭头处两个或多个成形绞线的端部的经导电的、分开的连接元件的上述类型的电连接，实现了具有绕组的定子的结构长度的减小。相应地促使材料节省，并因此减轻了按照本发明的定子的重量。

优选地，布置在定子的纵向凹槽中的每个成形绞线的单线在成形绞线的两个端部处借助超声波焊接机械地压紧并电气连接。当然，本发明构思还包括用于相应的单线的端部的电气连接的其他方法。例如，电阻焊接方法或钎焊方法也适合于简单地在成形绞线的端部处产生单线的稳定且导电的连接。

有利地，突出于定子轭头中的一个的第一成形绞线的第一端部与连接元件的第一端连接，并且突出于该定子轭头、来自与另一个纵向凹槽的第二成形绞线的第二端部与元件的第二端接合。在本发明中，接合或接合过程应理解为：熔焊、锡焊、胶合、夹紧、拧紧等。特别有利的是，成形绞线的端部牢固地连接到连接元件。特别有利的是，第一成形绞线的第一端部与连接元件的第一端的接合以及第二成形绞线的第二端部与连接元件的第二端的接合借助激光焊接完成。

有利地，引入到纵向轴线中的每个成形绞线至少在相应的成形绞线在纵向槽中延伸的区域中具有电绝缘护套，该电绝缘的护套使相应的成形绞线相对于引入到相应纵向槽中的任何其他成形绞线以及定子轭电绝缘。

有利的是，至少一根成形绞线的单线被绞合。有利的是，所有成形绞线的单线均被绞合。有利地，单线以这样的方式绞合，即，单线的绞合的绞合长度等于或小于定子轭的长度ls。在这种情况下，术语“绞合长度表示例如沿着所涉及的绞合的单线的绞合轴的长度，其中，单线对应于360°绞合。有利地，单线的绞合的绞合长度等于定子轭的长度ls的整数除数。有利地，沿长度ls的捻数，即，沿长度ls的360。捻和的数量分别为整数。在另一个有利的设计方案中，可以通过加捻(unterverdrillung)将多个绞合长度分配给一个单线。

有利的是，成形绞线的一个或多个端部与电动机接线(motorklemmbrett)电连接。电动机接线用于由成形绞线和连接元件组成的定子的绕组的电气连接。有利地，一个或多个连接元件具有与电动机接线的电连接。

有利的是，定子轭头的所有连接元件中的至少三分之一(优选所有连接元件)的端面位于垂直于纵向轴线la的平面中。在此，连接元件的端面是沿着纵向轴线la相对于相应的定子轭头突出最高处的连接元件的面。

有利的是，连接元件有利地具有电绝缘，该电绝缘防止连接元件之间的短路，即，连接元件中的每一个相对于在相应的定子轭头处相邻布置的另一个连接元件电绝缘。为此，连接元件本身优选地具有电绝缘的表面。替代地或额外地，在相邻的连接元件之间引入绝缘材料。

有利的是，一个或多个连接元件与散热器热连接。通过这种热耦合，可以冷却连接元件，从而可以排散在具有定子的电机的运行过程中产生的大部分热能。

本发明的另一个方面涉及一种具有如上所述的定子的电动机和/或发电机。

本发明的另一个方面涉及一种具有如上所述的电动机和/或发电机的车辆、特别是机动车辆、、船舶、水下车辆、飞行器或航天器。

本发明的最后一个方面涉及一种用于制造具有定子轭的定子的方法，该定子用于电机、特别是用于电动机和/或发电机。该方法包括以下步骤。

在一个步骤中，制备定子轭，该定子轭沿其内周边缘具有沿着定子轭的纵向轴线la平行延伸的纵向凹槽，纵向凹槽分别与定子齿分开。

在另一个步骤中，制备成形绞线，成形绞线分别由多个彼此电绝缘的单线组成。

在另一个步骤中，将一个或多个成形绞线引入到相应的纵向凹槽中，其中，成形绞线的相应的端部在相应的定子轭头处离开定子轭的纵向凹槽，并且以平行于所述纵向轴线la延伸的方式分别从定子轭上突出预设的长度l。

在另一个步骤中，将突出于定子轭头中的一个的第一成形绞线的至少一个第一端部与突出于相同的定子轭头、来自另一个纵向凹槽的另一个第二成形绞线的至少一个第二端部经分开的导电的连接元件以机械和电气的方式连接，从而形成电气绕组，其中，第一端部和第二端部没有机械接触。

有利的是，在将成形绞线引入到纵向凹槽中之前，每个制备的成形绞线的单线在其端部处以导电的方式连接。为此，单线有利地在成形绞线的端部处借助超声焊接而被机械压紧并随后通过接合方法、优选借助激光焊接而导电地连接。

替代地，在被引入到定子轭的纵向凹槽中之后才将每个制备的成形绞线的单线在其端部处以导电的方式连接。这如上所述地可以优选借助于超声压紧和随后的激光焊接完成。

有利地，为了形成电气绕组，突出于一个定子轭头的第一成形绞线的至少一个第一端部与突出于相同的定子轭头、来自另一个纵向凹槽的另一个第二成形绞线的至少一个第二端部经分开的导电的连接元件的机械和电气的连接借助于焊接方法、特别是激光焊接或者钎焊方法而实现，随后，将第一和第二成形绞线引入到定子轭中。

本发明提出的方法的其他有利的实施方式类似于以上针对定子的描述。

附图说明

其他优点、特征和细节可由以下借助附图对至少一个实施例的详细描述中得出。相同的、类似的和/或功能相同的部分标记有相同的附图标记。其中：

图1为具有电气和机械连接的成形绞线的定子(现有技术)；

图2为根据本发明的一个实施例的定子的示意图；

图3为根据图1的定子的定子轭头110a的俯视图；

图4为根据图1的定子的定子轭头110b的俯视图；

图5a为连接元件114的端面上的示意性俯视图；

图5b以第一变型示出了根据图5a的连接元件114的示意性侧视图；

图5c以第二变型示出了根据图5a的连接元件114的示意性侧视图；

图6为用于制造定子的按照本发明的方法的示意图。

具体实施方式

图1示出了根据现有技术的用于电机、尤其是电动机和/或发电机的定子，该定子具有电气和机械连接的成形绞线。示出的定子具有基本为圆柱形的定子轭100，该定子轭沿其内周边缘具有平行于定子轭100的纵向轴线la延伸并且分别与定子齿(未示出)分开的左槽(linksnuten)(未示出)。

在此，两根成形绞线106分别引入到纵向凹槽中，成形绞线分别由多个分别电绝缘的单线(未示出)组成。相应的成形绞线106在相应的定子轭头110a、b处离开定子轭100的纵向凹槽，然后呈一定角度延伸，从而为了形成定子绕组分别与另一个纵向凹槽的另一个成形绞线在成形绞线的相应的端部112a、112b处机械地和电气地连接。

例如，为了形成绕组，成形绞线106a的端部112b与成形绞线106b的端部112b(在外圈可见的成形绞线的后面延伸)电气地和机械地连接。另外，成形绞线106b的端部112a直接与成形绞线106c的端部112a电气地和机械地连接等等。通过这种成形绞线106、106a-c的端部112a、112b的电气连接，这些连接构造从定子轭头上突出长度ll。

图2示意性示出了根据本发明的一个实施例的用于电机、尤其是电动机和/或发电机的定子，其中，类似于图1，该定子具有定子轭100，该定子轭沿其内周边缘具有平行于定子轭100的纵向轴线la延伸的纵向凹槽101，这些纵向凹槽分别于定子齿102分开。同样类似于图1，一个或多个成形绞线106被引入到纵向凹槽101中，成形绞线106分别由多个分别电绝缘的单线(未示出)组成。成形绞线106的单线在其端部112a、b处以导电的方式连接。

与图1相反，成形绞线106的各自的端部112a、b在相应的定子轭头110a、b处以平行述纵向轴线la的方式离开定子轭100的纵向凹槽101，并因此按照本发明地以相对于纵向轴线la平行的取向从相应的定子轭头突出预设的长度l。因此，成形绞线106从一个端部112a到与之相对的端部112b以基本上直线的方式延伸。在这种情况下，该长度l在左侧的定子轭头110a中对于所有的成形绞线106是一致的l1而在右侧的定子轭头110b中对于所有的成形绞线106是一致的l2。在本发明中，l1≠l2。但是，在本发明中，所有的成形绞线106可以是等长的。在按照本发明的另一种实施例中，还适用的是l1＝l2＝l。在特殊的应用中，在定子轭头110a、b处的长度l也可以对于至少两根成形绞线是不同的。

另外与图1不同的是，为了形成电气绕组，从定子轭头110a、b中的一个突出的第一成形绞线106的至少一个第一端部112a、b与从相同的定子轭头110a、b突出的、来自另一个纵向凹槽104的另一个第二成形绞线106的至少一个第二端部112a、b经分开的导电的连接元件114以导电的方式彼此接合，其中，第一端部112a、b和第二端部112a、b没有机械接触。

另外，从图2中还可以看出，一些连接元件114在其端面119处具有相对于纵向轴线la共轴的、从定子轭100上升的连接销118，这些连接销118用于在定子100中实现的绕组的电接触。一些连接元件114用于两个成形绞线端部112a、b的电连接。同样，在当前情况下，一些连接元件114用于三个成形绞线端部112a、b的电连接。

按照本发明地，示出的连接元件114是在纵向方向上弯曲的铜带，其具有在5至40mm范围内的带宽度δ1或δ2以及0.2至5mm的带厚度。在该实施例中，所示出的定子的整个构造长度bl为bl＝δ1+l1+ls+l2+δ2。与图1所示的定子相比，图2中的定子就定子轭100外部的绕组引导而言更加紧凑，并因此节省了材料并减少了重量。

通过连接元件114与散热器的热接触可以排散在电机运行中产生的大部分热量。对于散热的热耦合有利的是，连接元件114的端面119在相应的定子轭头110a、110b处基本上位于垂直于纵向轴线la的平面中。就结构方面而言，这可以容易地实现各种已知的热耦合。在此重要的是，热耦合由不导电的材料制成。

从定子轭100突出的成形绞线端部112a、b与相应的连接元件的连接有利地借助于超声压紧和随后的激光焊接而完成。

图3示出了根据图1的定子轭100的定子轭头110a的俯视图。在该俯视图中，可以清楚地看到分别沿纵向方向弯曲的连接元件114的端面。多个连接元件114**/114***连接在定子轭头110a处从定子轭110突出的两个成形绞线的端部。一些连接元件114*连接在定子轭头110a处从定子轭110突出的三个成形绞线的端部。此外，成形绞线的一些端部与连接销118电连接，该连接销118用于连接在定子轭100中实现的电绕组。

图4示出了根据图1的定子轭的定子轭头110b的俯视图。在该俯视图中还可以清楚地看到分别在纵向上弯曲的连接元件114的端面。

图5a示出了优选由铜制成的连接元件114的端面的示意性俯视图。

图5b以第一变型示出了根据图5a的连接元件114的示意性侧视图。图5c以第二变型示出了根据图5a的连接元件的示意性侧视图。

图6示出了根据本发明的方法的示意图，该方法用于制造具有定子轭100的定子，该定子轭用于电机、特别是用于电动机和/或发电机。该方法包括以下步骤。

在步骤201中，进行定子轭100的制备，该定子轭沿其内周边缘具有沿着纵向定子轭(100)的轴线la平行延伸的纵向凹槽(101)，纵向凹槽分别与定子齿(102)分开。在步骤202中，进行成形绞线106的制备202，成形绞线分别由多个彼此电绝缘的单线组成。在步骤203中，将一个或多个成形绞线106引入到相应的纵向凹槽101中，其中，成形绞线106的各自的端部112a、b在相应的定子轭头110a、b处离开定子轭100的纵向凹槽101，并且以沿着纵向轴线la的方式从定子轭100分别突出预设的长度l。在步骤204中，突出于定子轭头110a、b中的一个的第一成形绞线106的至少一个第一端部112a、b与突出于相同的定子轭头110a、b的、来自另一个纵向凹槽104的另一个第二成形绞线106的至少一个第二端部112a、b经分开的导电的连接元件114彼此导电地接合，以形成电气绕组，其中，第一端部(112a、b)和第二端部112a、b没有机械接触。

尽管以上通过优选的示例性的实施例对本发明进行了详细的解释和说明，但是本发明并不局限于所公开的示例，并且本领域技术人员在不脱离本发明的保护范围的条件下可以从中得出其他的变型。因而显然还存在多种可能的变型。同样清楚的是，示例性实施例实际上仅表示示例，其不应以任何方式理解为对本发明的范围、应用可能性或配置的限制。以上的描述和对附图的描述目的在于使本领域技术人员能够具体地实施示例性实施例，在不离开权利要求及其合法等同物所定义的保护范围的条件下，本领域技术人员在了解所公开的发明构思的情况下能够做出例如关于示例性实施例中提到的各个元件的功能或布置等方面的各种改变。

附图标记

100定子轭

101定子轭的内部的纵向凹槽

102定子齿

103两个成形绞线的两个端部的机械和电气的连接

106成形绞线

106a、b、c成形绞线

110a、b定子轭头

112a、b成形绞线的端部，其优选具有紧实的并且电连接的单线

114连接元件

118连接销

119端面

201-204方法步骤