电机导体的绝缘的制作方法

电机导体的绝缘的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种包括具有多个槽的芯部的电机。定位在槽中的多个电导体。所述多个电导体中的每个包括在两个入槽部分之间延伸的一U型转折部分和从入槽部分处延伸的连接端。连接端定位在芯部中与U型转折部分相反的端部上。定位在多个槽中的多个绝缘管。电导体的入槽部分延伸通过绝缘管。
【专利说明】电机导体的绝缘
【技术领域】
[0001]本申请涉及电机领域，且特别是涉及电机的导体。
【背景技术】
[0002]例如混合电动车辆的现代电机应用中通常使用分段绕组。所述绕组一般包括多个包含在槽部分中的分段导体和相互连接的端部。导体定位在电机的叠片芯部部分的槽(例如,定子槽)中，并且连接导体的端部以形成电机的绕组。
[0003]电机的分段导体通常设置成包括两个支腿和在支腿之间延伸的一中心U形转折部分的“U形”导体的形式。此处，所述U形导体还可能被称为“U形条”或者具有“U形转折部分”的导体。本文中使用的术语“U形导体”、“U形条”和“U形转折部分”是指其中导体的轴线方向在大约180°内变化的电导体或者导体。然而，所述术语不限于形成理想的“U”形的导体或者导体部分。
[0004]一般通过将金属线条弯曲成具有两个支腿和支腿之间的U形转折的U形导体来形成U形导体。所述两个支腿被分开假定的跨距，这允许导体仅借助于U形转折部分而延伸过多个定子槽。然后将导体的支腿从芯部的插入端插入到芯部的槽中。紧随着导体插入到芯部的槽中，将弯曲部分(即，U形转折部分)定位在芯部的一侧(B卩，“插入侧”)上，并且使支腿端从芯部的另一侧(即，“连接侧”或者“焊接侧”)延伸。可以将支腿端弯曲至合适的位置，经常将第一支腿弯向一个方向且另一支腿弯向相反的方向从而使整个分段延延伸给定的槽跨距(例如，12个槽)。最后，使支腿的末端在定子的连接侧处相互连接到一起以加工完成绕组。所述连接包括直接定位并联接到一起(例如，通过焊接)的邻近支腿、通过跳线连接的非邻近支腿和终端接线。连接好的导体一起形成了成品的绕组配置。
[0005]虽然导体在其端部处连接到一起，但是必须小心操作以确保邻近导体不会相互接触并且使所设计的绕组配置短路。因此，一般在定子的槽内部设置由电绝缘材料组成的槽衬以便使导体与定子芯部电力地绝缘。导体自身也可以具有覆盖在导体内侧和定子芯部外侧的绝缘涂层。
[0006]当将绕组组装到定子上时，必须小心操作，以避免在导体之间或者在导体与定子芯部的叠片钢之间发生电气短路。导体与叠片钢之间的电气短路经常是由叠片槽几何形状的制造缺陷、导体的缺陷和/或槽衬绝缘不充分引起的。在其中使用U形导体的电动机应用中，槽衬可能采取“S”的形式，如图1OA所示。利用该配置，将导体设置在“S”的各凹穴中，以便使各导体与邻近导体绝缘。然而，在槽衬与定子槽的内表面之间存在开口。如果导体已经被破坏或者具有制造缺陷，则所述开口形成了发生短路的可能的电弧路径。
[0007]已经使用的另一槽衬结构是“B”形槽衬，如图1OB所示。然而，该形状因素需要在导体之间使用多余的槽衬纸的附加层(例如，参见图1OB中的双层99)。该附加衬层占据了可能已经用于较高的槽填充比所需的铜的增加体积的空间，这是提高机械性能所希望的。还注意到，当在每个槽中定位四个或更多个导体时，在导体之间也需要具有“S”形槽衬的附加层，并且每个导体必须与其邻近导体绝缘(例如，参见图1OA中的双层99)。[0008]因此，为具有分段导体的电机提供绝缘配置是有利的，这提供了对电气接地短路的增大保护同时也考虑到了较高的槽填充比。如果厂家可以容易且相对低成本地提供所述绝缘配置则是有利的。

【发明内容】

[0009]根据本公开的一个实施例，提供了一种包括芯部的电机，该芯部带有多个槽。在槽中定位多个电导体。所述多个电导体中的每个包括在两个入槽部分之间延伸的U形转折部分和从入槽部分处延伸的连接端。连接端定位在芯部的与U形转折部分相反的端部上。在多个槽中定位多个绝缘管。电导体的入槽部分延伸通过绝缘管。
[0010]在至少一个实施例中，多个绝缘管中的每个包括多个通道，并且仅导体的单个入槽部分延伸通过多个通道中的每个。多个绝缘管中的每个在电导体的入槽部分与芯部之间没有开口。多个绝缘管中的每个可能是由聚酯薄膜或者聚酰亚胺薄膜构成的。在至少一个实施例中，每个绝缘管包括由聚酰亚胺材料构成的外层和由偏芳族聚酰胺材料构成的内层。
[0011 ] 在一个实施例中，一种制造电机的方法包括将多个绝缘管插入定子芯部的多个槽中。然后，将多个电导体插入定子芯部的槽中的多个绝缘管中，从而将多个导体的入槽部分定位在多个槽中。所述多个电导体中的每个包括在两个入槽部分之间延伸的U形转折部分和从入槽部分延伸的连接端。连接端从定子芯部的与U形转折部分相反的端部延伸。该方法还包括联接所述多个电导体的邻近连接端以在定子铁心上形成绕组布置。
[0012]在至少一个实施例中，电机包括具有多个槽的定子芯部。在所述槽中定位多个电导体，所述多个槽中的每个包括两个连接端和至少一个入槽部分，连接端从定子芯部的至少一端延伸。在多个槽中定位多个绝缘管，而电导体的入槽部分延伸通过绝缘管。多个绝缘管中的每个包括多个通道，多个电导体中的一个的入槽部分延伸通过多个通道中的每个。多个通道中的每个具有矩形横截面并且从绝缘管的第一端至第二端没有开口。
[0013]参考以下详细说明及附图，上述特征和优点及其他事项对本领域技术人员来说变得显而易见。虽然希望为电机设置能提供所述或其他有益特征中的一个或多个的导体绝缘系统，但是本文公开的教导扩展了落入到所附权利要求的范围内的所述实施例，而与其是否获得一个或多个以上优点无关。
【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1显示了一种具有定位在芯部上的绕组的电机的芯部的实施例的侧视图；
[0015]图2显示了图1的芯部的图解顶视图；
[0016]图3显示了用于图1的电机绕组的分段导体的透视图；
[0017]图4显示了图1的芯部中的槽的图解剖视图；
[0018]图5显示了用于图1的电机的绝缘管的透视图；
[0019]图6显示了图解图5的绝缘管的螺旋形卷缠实施例的图示；
[0020]图7显示了图6的绝缘管的剖视图；
[0021]图8A显示了图5的绝缘管的另一实施例的透视图；
[0022]图8B显示了图8A的绝缘管的剖视图；[0023]图9显示了一槽的剖视图，其具有定位在槽中的图5的绝缘管的另一实施例；
[0024]图1OA显示了其中定位有“S”形槽衬的一槽的剖视图；以及
[0025]图1OB显示了其中定位有“B”形槽衬的一槽的剖视图。
【具体实施方式】
[0026]总得参见图1和2，电机10包括定子12和转子14 (在图2中由虚线表示)。定子12包括芯部16和定位在定子芯部16上的绕组配置18。定子12通过绕组配置18磁性地联接到转子上。如以下进一步详述中说明的，绕组配置18通过多个绝缘构件40和50与芯部10电力地绝缘。
[0027]定子芯部16是由铁磁材料构成的并且一般是由多个被冲压成芯状并相互堆垛在彼此上以形成叠片堆的钢片形成的。定子芯部16 (在本文中其可能还被称为“定子叠片”或者“叠片堆”)通常是由中心轴线22所限定出的圆柱形，并且包括内周表面24和外周表面26。当从端部20沿轴向观察定子芯部16时，如图2所示，定子芯部16具有基本上圆形或者圆盘形状。
[0028]在定子芯部16中的内周表面24与外周表面26之间形成了多个轴向槽28。在图2的实施例中，定子芯部16包括总计六十个槽28 (其在图2的图示中标上1-60的数字)。在其他实施例中，定子芯部16可能包括更多的槽或者更少的槽。如图2和4所示，槽28可能是定子芯部16中的半封闭的槽，以便每个槽28在靠近内周表面24处具有比靠近外周表面26的直径更小的直径。为半封闭的定子槽28设置穿过内周表面24以及定子芯部16的端部20的开口。
[0029]在定子10的槽28中定位多个分段导体30。当导体30被连接到一起时，它们在定子芯部16上形成了绕组配置18。将导体从定子芯部16的插入侧20a (本文中可能还称为“插入端”)插入到定子芯部16中，并且将导体18焊接在定子芯部16的焊接侧20b (本文中可能还称为“焊接端”)上或者以其他方式联接到一起。
[0030]图3中示出了矩形横截面的示例性U形分段导体30。分段导体18包括通过U形转折部分31连接的两个入槽部分32和33。每个入槽部分32、33联接到关联的连接端34、35上。各连接端34、35上设有末端36、37。每个末端36、37连接到另一导体的顶端上，从而所述导体一起在定子芯部16上形成绕组配置18。2009年11月24日授权的美国专利号7，622，843中示出了一示例性绕组配置，其内容作为参考结合到本文中。
[0031]每个导体30涂有一薄层绝缘材料40 (在图4的剖视图中最佳地示出)。可以通过例如釉质的树脂材料来提供绝缘材料40，可以通过现有技术中已知的各种方法中的任一种来将所述树脂材料结合(bonded)到导体30的表面。所述树脂材料提供了覆盖从一个连接端34到另一连接端35的整个导体30的绝缘材料的涂层40。然而，釉质涂层30未覆盖住导体30的末端36、37以便于末端的连接。
[0032]每个分段导体30通常是由直导体段形成的，所述直导体段在被插入到芯部16的槽中之后弯成图3中所示的形状。特别是，在导体段被插入定子槽28之前，机器弯曲一大致直导体段以形成U形转折部分31，该U形转折部分具有平行地定位在U形转折部分31的相反侧处的入槽部分32、33。在这时，连接端34、35直接从入槽部分33、34延伸。在形成U形转折部分31之后，将导体30插入到定子芯部16的槽中。首先将连接端34、45从定子芯部16的插入侧20a插入到槽28中(参见图1)，入槽部分32、33跟随连接端34、35通过槽28。一旦被放置到定子芯部16中，则一给定导体30的入槽部分32、33被定位在定子的不同槽16中。连接端34、35从定子的焊接侧20b延伸(参见图1)，相反于从插入侧20a延伸的U形转折部分31。在插入到定子中之后，通过机器沿相反方向以预定距离弯曲连接端34、35。此后，将导体30的各连接端34、35的末端36、37直接连接到另一导体30上的邻近末端36、37上。可以通过例如焊接、钎焊或者现有技术已知的其他方法来完成末端36、37的连接。通过按该方式连接分段导体，在定子芯部16上形成了成品的绕组18。虽然本文已经将导体段30描述成大致U形并且在定子芯部16的一端20b处连接，但是应认识到，在其他实施例中，可以提供不同形式的导体段，包括仅具有单个入槽部分和在定子芯部16的相反侧处连接的两个连接端的导体段。此外，在单个实施例中，可以利用U形导体与非U形导体段一起来完成所述绕组配置。
[0033]特别是参见图4，示出了具有放入定子12中的分段导体30的定子芯部16的槽28中的一个的放大剖视图。在图4的示例性实施例中，分段导体30具有矩形横截面并且在每个槽28中放置四个导体30a-30d。在其他实施例中，导体30可能具有不同形状，并且可以在每个槽28中放置更多或更少的导体。槽16中的每个导体30被至少一个绝缘层与邻近导体分开，如以下进一步详细描述的。
[0034]继续参见图4，槽28中的每个导体被槽28内的至少一层绝缘材料与邻近导体30和定子芯部16分开。在包括图4的实施例的某些实施例中，每个导体30被槽内的至少两个绝缘材料层与邻近导体分开。如上所述，可以通过结合到导体30表面上的釉质或者其他绝缘涂层40来提供第一绝缘材料层。可以通过定位在槽内的槽衬42来提供第二绝缘材料层。
[0035]现在参见图4和5，以绝缘管50的形式示出了槽衬42。绝缘管50为槽28中的导体30提供了第二绝缘层。绝缘管50具有大致区块形状，有矩形截面外周。绝缘管50包括两个环向外周壁51、52和两个径向外壁53、54。在图4和5的实施例中，绝缘管50还包括多个内壁55、56和57。所述周向外周壁51、52、径向外壁53、54和内壁55、56及57 —起在绝缘管50内提供了四个伸长通道58a-58d。每个细长通道58a_58d从管子的一端60延伸至相反端62。在绝缘管50的第一端60和该管子的相反端62两者处都设置至通道58a_58d的开口。在端部60与62之间沿管子50的长度未设置开口。因此，壁51-54是完整的并且没有开口。另外，通道58a-58d之间的壁55-57也是完整的并且没有开口。
[0036]绝缘管50设置在槽28中，从而壁51-57在轴向方向(B卩，在图1中所示的轴线22的方向)上沿槽28的整个长度(即，从定子芯部16的插入端20a至焊接端20b)延伸。所述多个绝缘管中的每个可以在轴向方向上稍微从关联的槽中延伸。例如，各绝缘管50可能从槽中延伸小于绝缘管总长度的10%的长度。槽28的各导体30a-30d延伸通过绝缘管50的通道58a-58d中的一个。因此，绝缘管50使导体30a_30d与槽28内的定子芯部16绝缘。另外，因为在图4和5的实施例中绝缘管50包围槽28内部的导体的所有轴向侧/边缘，所以绝缘管50也使单独的导体30a-30d相互绝缘。
[0037]如上所述，利用槽衬42的管式结构，使槽中的多个导体30a_30d在所有侧面上与槽28的壁100%的绝缘，因为在壁51-57中没有如一些典型的现有技术的槽衬有的开口(参见图10A)。此外，槽衬42的绝缘材料没有如可能是典型的现有技术的槽衬有的重叠(参见图1OA和IOB中的99)，并且不需要多余材料。这允许得到最大化的形状因数/槽填料，同时所有都隔离槽内的导体。
[0038]虽然在图4和5的实施例中的绝缘管50示出了四个通道，应理解，槽衬可以包括更多或更少的通道，例如六个通道、两个通道、或仅单个通道。另外，可以按不同方式来构造绝缘管50。例如，可以由挤出成型工艺来形成绝缘管50以提供均匀的整体零件。如另一实例，可以通过将用于槽衬42的绝缘材料片卷缠成螺旋管以形成管子50来形成绝缘管50，如图6中所示。螺旋管卷缠的实施例一般包括对应层之间的重叠部以构造出本申请所需介电强度的适当壁厚。可以使用各种粘合剂和填料纸来协助将片材的边缘固定到其自身上以形成管子或者协助固定邻近的管子以形成完整管。还可以使用粘合剂和填料纸来为在上漆步骤(例如，滴流、浸溃、真空浸溃或者其他类似工艺)期间清漆渗入到管子中提供通路。
[0039]可用于构造绝缘管50的示例性材料包括具有高介电强度的那些材料，例如，聚酯薄膜和聚酰亚胺薄膜。当制造薄膜时，使用高介电材料，可以提高从导体30至叠片堆16的热传递。另外，可以使用例如偏芳族聚酰胺材料等的填料纸来与高介电材料组合。所述材料能帮助提供一种用于使清漆粘附在导体30与槽衬42之间或者槽衬42与定子叠片16之间的器件。这些材料可以放置在高介电材料的内表面、外表面或者两个表面上。例如，图7显示了具有由聚酰胺材料构成的外层70和由偏芳族聚酰胺材料构成的内层72的螺旋绕组的管状槽衬42的剖视图。填料纸材料72可能有助于增加绝缘管50的机械裂断强度，以协助防止该衬在导体30的操作或插入期间扭转到定子槽28内和绝缘管50的通道中。
[0040]本文所公开的管状槽衬42特别适用于汽车应用中，包括混合电动车辆的电驱动马达。在所述电驱动马达中，图4的矩形槽衬的尺寸可能为大约5.15_ xl4.3mm,各通道58为大约4.60mm x3.26mm。该尺寸允许槽衬42装配到定子芯部的槽中，所述槽构造成接收四个各具有大约4.5mm x3.1mm矩形横截面的导体。
[0041 ] 虽然已经利用图4和5中的示例性实施例来描述了绝缘管50，但是意识到，在其他实施例中，可以按不同形式提供绝缘管。例如，虽然绝缘管50在图4和5的实施例中具有矩形横截面，但是绝缘管50在图6和7的实施例中具有圆形横截面。在其他实施例中，绝缘管可能具有其他横截面形状，例如正方形或者椭圆形横截面。另外，虽然管状槽衬42在图4和5的实施例中包括多个通道(即，四个通道58a-d)，但是管状槽衬42在图6和7的实施例中仅包括一个通道。因此，在不同实施例中，管状槽衬42可能包括不同数量的通道。
[0042]电机10中使用的槽衬的不同实施例可能至少部分地依赖所使用的特殊绕组配置，包括不同导体30在槽内的位置和它们以多相机器表不的相应位相。例如,在图8A和8B的实施例中，管状槽衬42仅包括单通道66，并且槽中的所有导体可能定位在该单个通道66中并且与多相机器中的单相关联。然而，在图9的实施例中，在单个槽28中使用两个单通道管状槽衬50a和50b，以使多个导体的两个不同组绝缘，其中各导体组与多相机器中的不同相关联。可替换地，图9的实施例中的双槽衬50可以由类似于图4和5的实施例的槽衬来代替，但是仅包括两个通道而不是四个通道58。
[0043]现在描述一种利用如上所述的管状槽衬来组装电机的定子的方法。所述方法包括将多个绝缘管50插入到定子芯部16的多个槽28中。然后，将多个电导体30插入到定子芯部16的槽28中的多个绝缘管50中，以便将多个导体30的入槽部分32、33定位在多个槽28中。多个电导体30中的每个还包括在两个入槽部分32、33之间延伸的U形转折部分31和从入槽部分32、33处延伸的连接端34、35。连接端34、45自U形转折部分31从定子芯部16的相反端延伸。方法还包括联接所述多个电导体的邻近连接端32、33以在定子芯部16上形成绕组配置。
[0044]在所公开方法的至少一个实施例中，多个绝缘管中的每个包括多个通道，并且将多个导体插入所述多个绝缘管中。在方法的至少一个实施例中，将单个导体插入所述多个通道的每个中。在另一实施例中，将至少两个导体插入所述多个通道的每个中。
[0045]本文已经通过唯一的且非限制性的实例来介绍了导体绝缘配置的一个或多个实施例的前述详细说明。将意识到，优点是，可能在不结合本文所描述的其他特征和功能的情况下获得本文所描述的某些独特特征和功能。此外，将认识到，可能希望将以上所公开的实施例及其特征和功能或者备选方案的各种替代、修改、改变或者改进结合到多个其他不同的实施例、系统或者应用中。不久，本领域技术人员随后可能进行无法预料或者意想不到的替代、修改、变动或者改进，其也被所附权利要求包含。因此，任何所附权利要求的精神和范围不限于本文包含的实施例的说明。
【权利要求】
1.一种电机,包括: 具有多个槽的芯部； 定位在所述槽中的多个电导体，所述多个电导体中的每个包括在两个入槽部分之间延伸的U形转折部分和从所述入槽部分延伸的连接端，所述连接端从所述芯部的与所述U形转折部分相反的端部延伸；以及 定位在所述多个槽中的多个绝缘管，所述电导体的入槽部分延伸通过所述绝缘管。
2.如权利要求1所述的电机,其中所述多个绝缘管中的每个仅包括单个通道。
3.如权利要求2所述的电机，其中仅单个入槽部分延伸通过所述单个通道。
4.如权利要求2所述的电机，其中多个入槽部分延伸通过所述单个通道。
5.如权利要求1所述的电机,其中所述多个绝缘管中的每个包括多个通道。
6.如权利要求5所述的电机，其中所述多个绝缘管中的每个包括四个通道。
7.如权利要求5所述的电机，其中仅单个入槽部分延伸通过所述多个通道中的每个。
8.如权利要求5所述的电机，其中多个入槽部分延伸通过所述多个通道中的每个。
9.如权利要求1所述的电机，其中所述多个绝缘管中的每个在所述电导体的入槽部分与芯部之间没有开口。
10.如权利要求1所述`的电机，其中所述多个绝缘管中的每个是由聚酯薄膜或者聚酰亚胺薄膜构成。
11.如权利要求1所述的电机，其中所述多个管子中的每个具有基本上矩形横截面。
12.如权利要求1所述的电机,其中所述多个绝缘管中的每个配置成围绕至少一个入槽部分螺旋地缠绕的伸长绝缘材料片。
13.如权利要求1所述的电机，其中所述绝缘管中的每个的横截面是均一的并且从所述管的第一端至第二端没有开口。
14.如权利要求13所述的电机，其中所述绝缘管中的每个包括多个通道。
15.如权利要求1所述的电机，其中所述多个绝缘管中的每个从所述多个槽的一个延伸并且从所述槽的一端延伸小于所述绝缘管的长度的10%。
16.一种制造电机的方法，包括: 将多个绝缘管插入定子芯部中的多个槽中； 将多个电导体插入所述定子芯部的槽中的多个绝缘管内，从而所述多个导体的入槽部分定位在所述多个槽中，所述多个电导体中的每个包括在两个入槽部分之间延伸的U形转折部分和从所述入槽部分延伸的连接端，所述连接端从所述定子芯部的与所述U形转折部分相反的端部延伸；以及 联接所述多个电导体的邻近的连接端。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述多个绝缘管中的每个包括多个通道。
18.如权利要求17所述的方法，其中将所述多个导体插入所述多个绝缘管中包括将至少两个导体插入到所述多个绝缘管的每个中。
19.如权利要求16所述的方法，还包括在将所述多个绝缘管插入到所述定子芯部的多个槽内之前形成聚酯薄膜或者聚酰亚胺薄膜的所述多个绝缘管。
20.—种电机,包括: 具有多个槽的定子芯部；定位在所述槽中的多个电导体，所述多个电导体中的每个包括两个连接端和至少一个入槽部分，所述连接端从所述定子芯部的至少一端延伸；以及 多个绝缘管定位在所述多个槽中，电导体的入槽部分延伸通过所述绝缘管，所述多个绝缘管中的每个包括多个通道，所述多个电导体中的一个的入槽部分延伸通过所述多个通道中的每个，其中所述多个通道中的每个具有矩形横截面并且从所述绝缘管的第一端至第二端没有 开口。
【文档编号】H02K3/34GK103518315SQ201280022477
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年2月28日 优先权日:2011年3月18日
【发明者】B·D·钱伯林, K·H·阮, A·克里温斯顿 申请人:雷米技术有限公司