具有自支撑的跨接器的发卡电机的制作方法

本申请涉及具有发卡绕组的电机，并且更具体地涉及用于将发卡互连的跨接器的设计。

背景技术：

诸如电池电动车辆和混合动力电动车辆的车辆包含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驱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，或者反之亦然。

技术实现要素：

根据一个实施例，一种电机包括定子芯和附接到所述定子芯并限定路径的互连的发卡。一对所述互连的发卡分别具有第一端部和第二端部，并且彼此周向间隔开。跨接器在所述第一端部与所述第二端部之间互连。所述跨接器具有限定分别接收所述第一端部和所述第二端部的第一孔和第二孔的主体。所述第一孔由具有相对的第一壁和第二壁以及相对的第三壁和第四壁的周边限定。

根据另一个实施例，一种电机包括限定路径的互连的发卡。一对所述发卡分别具有第一端部和第二端部。挤出的跨接器在所述第一端部与所述第二端部之间互连。所述跨接器具有限定分别接收所述第一端部和所述第二端部的第一孔和第二孔的主体。所述孔中的每一者具有至少四个侧面以将所述跨接器自支撑到所述发卡。

根据又一个实施例，一种方法包括：将第一发卡和第二发卡插入定子芯的狭槽中，使得所述第一发卡和所述第二发卡的相应的第一端部和第二端部彼此间隔开。所述发卡中的每一者具有包裹在绝缘层中的导体。所述方法还包括：从所述第一端部和所述第二端部剥去所述绝缘层；以及借助于分别通过第一孔和第二孔接收所述第一端部和所述第二端部并且将主体的下表面安置在所述绝缘层上，将挤出的跨接器安装到所述定子芯，所述挤出的跨接器包括限定相对的上表面和所述下表面的所述主体以及各自具有有着相对的第一壁和第二壁以及相对的第三壁和第四壁的周边的所述第一孔和所述第二孔。

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是将一对发卡互连的跨接器的透视图。

图4是图3的跨接器的局部顶视图。

图5是沿着切割线5-5的局部横截面图。

图6是另一个跨接器的顶视图。

图7是又一个跨接器的顶视图。

图8是示出形成跨接器并且将跨接器组装到电机的方法的流程图。

图9是具有适合作为自支撑的跨接器的横截面轮廓的导电材料挤出件的透视图。

具体实施方式

本文描述本公开的实施例。然而，应当理解，所公开的实施例仅是示例，并且其他实施例可以采取各种形式和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为限制性的，而仅应解释为用于教导本领域技术人员以各种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的，参考附图中的任何一个示出和描述的各种特征可与一个或多个其他附图中示出的特征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，符合本公开教义的特征的各种组合和修改对于特定的应用或实现方式可能是期望的。

参见图1和图2，电机20可以用在诸如全电动车辆或混合动力电动车辆的车辆中。电机20可以称为电动马达、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以及诸如在再生制动期间用作发电机。

电机20可以由车辆的牵引电池供电。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储存的化学能转换成电能。电池单元可包括壳体、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，并且然后在再充电期间返回。端子允许电流流出电池单元以供车辆使用。

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的需要将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背景下进行了描述，但是电机20也可以用于非汽车应用中。例如，电机20可以用于制造装备中或用于发电机器中。

电机20包括壳体21，所述壳体21封闭定子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，所述绕组或永磁体在电机20通电时与定子22的绕组相互作用以产生转子24的旋转。转子24可以被支撑在延伸通过壳体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)耦接。

定子芯32限定定子狭槽34，所述定子狭槽34周向地布置并且从内径28向外延伸。狭槽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限定四十八个狭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狭槽和/或极点。例如，芯32可以限定七十二个狭槽并且具有八个极点。

电机20可以包括置于芯32的狭槽34中的发卡绕组40。发卡绕组是提高在车辆或其他背景中使用的电机的效率的新兴技术。发卡绕组40通过以下来提高效率：提供更大量的定子导体，以减小绕组40的电阻，而不会侵占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以u相、v相和w相进行布置。每个相包括布置在绕组的一个或多个路径中的相关联的导体(也称为引脚、发卡或条形导体)。每个路径可以是从端子引线延伸到中性桥的电路。所述路径由互连的发卡形成，其中一些可以通过一个或多个电桥连接。

发卡可以包括涂有绝缘层的导电条(例如，铜或铝)。条可以具有大致矩形的横截面。(术语“大致矩形”或“基本上矩形”确认包括圆角的拐角)。发卡弯曲成大致u形并且包括由冠部连结的一对支腿。通过将支腿插入通过狭槽34中的对应的狭槽中，将发卡安装在定子芯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个端部(例如，端部36)上，并且支腿的端部位于另一个端部(例如，端部38)上。一旦进行安装，发卡的支腿就远离彼此弯曲以形成与其他发卡的扭绕部连接的扭绕部。对应发卡的端部通过诸如焊接部48的连接部连结。所述连接部可以布置成行。端部36可以称为冠部端部，并且端部38可以称为焊接部端部。每条路径都包括相关联的发卡，所述相关联的发卡在扭绕部的端部处连接(例如，焊接)以在端子与中性连接部之间形成连续的导电导管。一些发卡可能间隔得太远而无法直接连结，并且可能需要电桥60(例如，跨接器)来将这些发卡互连并完成路径。

在示出的实施例中，每个相包括单个跨接器。即，u相具有跨接器62，v相具有跨接器64，并且w相具有跨接器66。当然，其他绕组布置可以具有更多或更少的跨接器。每个跨接器可以在一对发卡之间进行连接。可以通过焊接(例如，激光焊接)将跨接器连结到发卡的端部。

由于必须制成的大量连接部，因此制造发卡电机(诸如电机20)是复杂的。这些连接部通常通过激光焊接操作制成。典型的制造过程可以包括两个主要焊接工位，制成发卡焊接部的第一焊接工位和制成特殊焊接部的第二焊接工位。特殊焊接部包括跨接器、端子凸耳、端子引线等。在第二焊接工位处，跨接器、端子凸耳、端子引线等必须在焊接操作期间固持以保持就位，因为这些部件通常不是自支撑的。固持所有这些部件可能需要复杂且昂贵的工具，这些工具可能会增加制造的成本和周期时间。由于这些部件的复杂几何形状以及需要固持的不同部件的数量，因此需要简化固持过程以提高效率并降低成本。

典型的发卡绕组包括具有开放狭槽的跨接器，每个开放狭槽从跨接器的边缘向内延伸，从而形成大小被设置成在其中接收矩形发卡的三侧狭槽。三侧狭槽围绕发卡的三个侧面，但是不封闭第四侧面。由于第四侧面未被封闭，因此典型的跨接器无法在发卡滑动通过开放狭槽时自支撑到发卡。因此，跨接器必须在焊接过程期间固持。

虽然不理想，但是由于冲压技术的限制，通常使用开放狭槽跨接器设计。发卡通常由金属冲压件形成，并且由于开口与跨接器的厚度相比较小，因此难以将小的、完全或大部分封闭的开口冲压到冲压的跨接器中。作为一般的冲压设计规则，冲孔冲头(形成开口的零件)的横截面应当大于材料厚度。违反此规则可能导致冲压损坏。在跨接器的边缘上冲压开放狭槽是非常可行的，因为冲头可以包括提供足够冲压强度的较大的非切割区域。与冲压完全或大部分封闭的开口相关联的另一个问题是开口的边界壁的剪切。这可以通过增加边界壁的厚度来克服，但是，增加厚度会扩大跨接器的整体大小，从而导致间隙问题。

提供可以在不固持和扩大的情况下自支撑到发卡的跨接器可以降低制造成本并提高效率。在跨接器中提供封闭的或大部分封闭的开口(而非开放狭槽)允许跨接器借助于通过开口(其将跨接器保持就位)接收发卡来自支撑。这种类型的跨接器可以通过挤出件制造，所述挤出件不具有上述制造限制。

参见图3、图4和图5，示例性自支撑的跨接器100包括由诸如铜或铝的导电材料形成的主体102。主体102可以是诸如挤出的铜或铝的挤出件。主体102可以具有大致狗骨的形状，所述形状具有一对相对的连结部分104和相对于连结部分104较细长的互连部分106。连结部分104被配置为连接到发卡。跨接器100将第一发卡108与第二发卡110物理地且电气地互连。

第一发卡108包括围绕在绝缘层114中的导体112，诸如铜或铝。从发卡108的端部116剥去绝缘层114以暴露导体112。第二发卡110可以类似地构造，其中第二发卡110的端部118也是暴露的导体。端部116和118通过焊接或其他手段连结到连结部分104。

连结部分104中的每一个具有由周边121限定的孔120。孔120可以称为具有直径，在本文中，所述直径是指孔的直径地相对的点之间的最大距离。孔120是完全封闭的(如图所示)或者是大部分封闭的。孔120可以是大致矩形的，以接近在其中接收的发卡的大小和形状。孔120可以具有相对的第一壁122和第二壁124以及相对的第三壁126和第四壁128。第一壁122和第二壁124间隔开第一距离d1，并且第三壁126和第四壁128间隔开大于第一距离d1的第二距离d2。孔120从上表面130延伸到下表面132，使得孔120完全延伸通过跨接器100的厚度t。在一或多个实施例中，距离d1小于厚度t。例如，d1可以是1.0毫米(mm)，并且t可以是2.5mm至3.0mm。因此，如上文所解释的，冲压不太可能是用于生产跨接器100的候选项。作为替代，可以使用挤出件来制造跨接器100。

通过将第一发卡108的端部116插入孔120a中并且将第二发卡110的端部118插入孔120b中，可以将跨接器100安装到电机20上。跨接器100可以在不固持的情况下被支撑，其中下表面132安置在绝缘层114的端部表面134上。周边121完全环绕导体112，从而防止跨接器100过度移动，使得可以不需要固持。

挤出的跨接器100还允许边界壁136、138和140比类似构造的冲压的跨接器薄。例如，壁可以具有1.5mm至3mm的宽度w。将宽度为w的边界壁冲压到具有厚度t的跨接器中可能导致剪切。挤出件不会造成这种风险。

参见图6，与跨接器100中示出的完全封闭的孔相反，另一个跨接器150可以包括大部分封闭的孔152。孔152包括具有五个侧壁156(第四侧壁被切成两个，从而形成五个侧壁)的周边154。孔152是大致矩形的，其具有从边界壁158切出的狭槽160。周边154被配置为：围绕接收在其中的发卡的所有四个侧面，以使得跨接器是自支撑的，从而降低焊接过程期间的固持成本和时间。可以提供狭槽160以降低跨接器150的材料成本和重量。

参见图7，又一个跨接器170也包括大部分封闭的孔172。孔172具有被配置为围绕接收在其中的发卡的所有四个侧面的周边174。跨接器170包括短壁176，所述短壁176与发卡的第四侧面接合，使得跨接器170在焊接期间可以是自支撑的。

虽然显示为矩形，但发卡和孔可具有其他横截面形状。例如，发卡和孔可以是圆形的。尽管圆形孔具有连续的圆柱形侧壁，但出于本申请和权利要求的目的，所述圆柱形侧壁具有多个相对的侧面。圆形孔可以是完全封闭的或者可以包括开放狭槽。

以下描述和相关附图描述了用于制造挤出的跨接器和使用挤出的跨接器以减少固持的组装发卡电机的示例性方法。这些方法可以由一个或多个附图中的流程图或类似图表示。这些附图提供了可以被实现来制造上述设备的代表性方法或过程。所示的各种步骤可以按所示顺序执行、并行地执行、按不同的顺序执行或者在一些情况下被省略。尽管不总是明确示出，但是本领域普通技术人员将认识到，可根据特定过程重复执行所示步骤中的一者或多者。

参见图8，方法200包括在步骤202处将导电材料挤出成具有适合作为自支撑的跨接器的横截面轮廓。横截面轮廓可以是上述如图3、图6或图7所示的横截面轮廓中的任一者。例如，图9示出了一个此类挤出件220，所述挤出件是具有图3至图5所示的实施例的横截面轮廓的铜或铝挤出件。在步骤204处，以期望的厚度切割挤出件以形成跨接器。例如，如上所述，跨接器可被切割成使得它们为2.5mm厚。当然，根据电机的设计，跨接器可以在不同的实施例中具有其他厚度。

在步骤206处，将第一发卡和第二发卡安装在定子芯中。可以通过将发卡的支腿插入适当的狭槽中来安装发卡。所有发卡都可以从定子芯的同一端部安装，使得所有冠部都位于定子的一个端部上，并且支腿的端部位于另一个端部上。一旦进行安装，发卡的支腿就远离彼此弯曲以形成大致周向延伸的扭绕部。第一发卡和第二发卡的扭绕部的端部彼此周向间隔开，从而需要跨接器来桥接间隙。在步骤208处，从第一发卡和第二发卡的端部剥去绝缘层，使得它们可以电连接到跨接器。剥去可以在发卡安装在定子芯中之前或之后发生。

在步骤210处，借助于分别通过跨接器的第一孔和第二孔接收第一端部和第二端部并且将跨接器主体的下表面安置在发卡的绝缘层上，将跨接器安装到定子芯。跨接器的孔将跨接器自支撑就位，使得在连结期间可能无需固持。通过将第一发卡连结到围绕第一孔的区域以及将第二发卡连结到围绕第二孔的区域，将跨接器固定到绕组。在一个或多个实施例中，通过诸如激光焊接的焊接将跨接器连结到发卡。在其他实施例中，跨接器可以通过硬钎焊或软钎焊来连结。

方法200具有优于用于制造跨接器的传统冲压方法的许多优点，因为方法200的跨接器可以是自支撑的，而先前的跨接器由于冲压技术的限制而不是自支撑的。这减少了组装电机的绕组所需的固持量，这可以提高效率并降低与构造发卡电机相关联的成本。

尽管上文描述了示例性实施例，但是并不意图使这些实施例描述权利要求所涵盖的所有可能的形式。说明书中使用的用词是描述用词而非限制用词，并且应当理解，可在不背离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如前所描述，可以组合各种实施例的特征以形成可能未明确描述或示出的本发明的另外的实施例。虽然各种实施例就一个或多个期望的特性而言可能已经被描述为提供优点或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，这取决于具体应用和实现方式。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。这样，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不在本公开的范围之外，并且对于特定应用而言可能是理想的。

根据本发明，提供了一种电机，所述电机具有:定子芯；附接到所述定子芯并限定路径的互连的发卡，一对所述互连的发卡分别具有彼此周向间隔开的第一端部和第二端部；以及在所述第一端部与所述第二端部之间互连的跨接器，所述跨接器包括限定分别接收所述第一端部和所述第二端部的第一孔和第二孔的主体，其中所述第一孔由具有相对的第一壁和第二壁以及相对的第三壁和第四壁的周边限定。

根据一个实施例，所述第二孔由具有相对的第一壁和第二壁以及相对的第三壁和第四壁的周边限定。

根据一个实施例，所述第一孔和所述第二孔是完全封闭的。

根据一个实施例，所述主体具有相对的上表面和下表面，并且所述第一孔和所述第二孔从所述上表面延伸到所述下表面。

根据一个实施例，在所述上表面与所述下表面之间测量的所述主体的厚度大于相对的所述第一壁与所述第二壁之间的距离并且大于相对的所述第三壁与所述第四壁之间的距离。

根据一个实施例，所述第一孔的所述周边还具有第五壁，所述第五壁与所述第四壁相同地与所述一对中的一者的一个侧面接合。

根据一个实施例，所述跨接器还包括连结部分，所述孔位于所述连结部分中，所述连结部分中的每一者具有壁，每个壁具有形成所述第一孔的所述周边的一部分的内表面和形成所述主体的外部的一部分的外表面，其中在所述内表面与所述外表面之间测量的所述壁的宽度在2毫米至3毫米之间，包括端值。

根据一个实施例，所述孔是基本上是矩形的。

根据本发明，提供了一种电机，所述电机具有：限定路径的互连的发卡，一对所述发卡分别具有第一端部和第二端部；以及在所述第一端部与所述第二端部之间互连的挤出的跨接器，所述跨接器包括限定分别接收所述第一端部和所述第二端部的第一孔和第二孔的主体，所述孔中的每一者具有至少四个侧面以将所述跨接器自支撑到所述发卡。

根据一个实施例，所述主体具有相对的上表面和下表面，并且所述第一孔和所述第二孔从所述上表面延伸到所述下表面。

根据一个实施例，在所述上表面与所述下表面之间测量的所述主体的厚度大于所述第一孔的直径。

根据一个实施例，所述第一孔是完全封闭的。

根据一个实施例，所述第一端部和所述第二端部具有矩形横截面，并且所述第一孔和所述第二孔是矩形的。

根据一个实施例，所述一对具有绝缘体和金属导体，所述金属导体设置在所述绝缘体内并且从所述绝缘体延伸，使得所述端部是裸露的，并且其中所述第一孔和所述第二孔的大小被设置成接收所述裸露的端部，并且所述互连的发卡安置在所述绝缘体的端部表面上。

根据一个实施例，所述跨接器还包括连结部分，所述孔位于所述连结部分中，所述连结部分中的每一者具有壁，每个壁具有形成所述孔的周边的一部分的内表面和形成所述主体的外部的一部分的外表面，其中在所述内表面与所述外表面之间测量的所述壁的宽度在2毫米至3毫米之间，包括端值。

根据本发明，提供了一种方法，所述方法具有：将第一发卡和第二发卡插入定子芯的狭槽中，使得所述第一发卡和所述第二发卡的相应的第一端部和第二端部彼此间隔开，其中所述发卡中的每一者具有包裹在绝缘层中的导体；从所述第一端部和所述第二端部剥去所述绝缘层；以及借助于分别通过第一孔和第二孔接收所述第一端部和所述第二端部并且将主体的下表面安置在所述绝缘层上，将挤出的跨接器安装到所述定子芯，所述挤出的跨接器包括限定相对的上表面和所述下表面的所述主体以及各自具有有着相对的第一壁和第二壁以及相对的第三壁和第四壁的周边的所述第一孔和所述第二孔。

根据一个实施例，本发明的进一步特征在于：将所述第一端部和所述第二端部连结到所述跨接器。

根据一个实施例，所述孔是完全封闭的。

根据一个实施例，在所述上表面与所述下表面之间测量的所述主体的厚度大于所述第一孔的相对的所述第一壁与所述第二壁之间的距离并且大于所述第一孔的相对的所述第三壁与所述第四壁之间的距离。

根据一个实施例，所述第一端部和所述第二端部具有矩形横截面，并且所述第一孔和所述第二孔是矩形的。