CN102790451A - 用于电动机的定子 - Google Patents

Abstract

一种用于电动机的定子，包括在钢芯部内绕轴线同心地布置的第一和第二排导体。每个导体都包括连接端。定子还包括第一介电垫片环，其布置在两排导体之间。第一排的每个导体被沿顺时针或逆时针方向相对于所述轴线弯曲，且第二排的每个导体被沿反方向弯曲。在导体被弯曲之后，第一排的每个导体的连接端被附接到第二排的相邻导体的连接端。当导体被弯曲时，第一垫片环将第一和第二排导体隔离，且当连接端被弯曲时其至少部分地布置在第一和第二排导体之间。

Description

用于电动机的定子

技术领域

本发明涉及一种用于电机的定子。

背景技术

电动机是一种将电能转换为机械能的机器。电动机可以被配置为交流（AC）或直流（DC）类型。电动机通过使磁场和带电流导体相互作用而产生力。当前技术进展促进了用于大量应用的紧凑、高功率电动机的开发，譬如为车辆即混合动力或电动车辆提供动力的应用。

定子是存在于电动机中的转子系统的静止部分。定子可以包括永磁体或由磁棒或电线形成的电磁绕组。取决于电动机的配置，定子可以用做用于与电枢相互作用以产生运动的场磁体，或可以用作电枢，接收来自转子上的移动磁场线圈的影响。定子往往为了耐用而利用各种垫片来机械地分隔磁棒或电线，且通常，还使用介电绝缘体来隔离不同相的磁棒或电线。

发明内容

一种用于交流（AC）电动机的定子，该定子包括：绕轴线同心地布置的钢芯部。该定子还包括第一排导体，其绕轴线同心地布置在钢芯部中，以及第二排导体，其布置为与第一排导体相邻，使得第一排导体绕第二排导体同心地布置。该定子还包括第一介电垫片环，其绕轴线同心地布置在第一排导体和第二排导体之间。第一和第二排导体的每个导体都包括连接端。第一排的每个导体都被配置为相对于所述轴线沿顺时针和逆时针方向中的一个弯曲或扭曲，且第二排的每个导体都被配置为相对于所述轴线沿顺时针和逆时针方向中的另一个弯曲。在第一排和第二排的每个导体被弯曲之后，第一排的每个导体的连接端都被附接到第二排的相邻导体的连接端，从而AC相被限定。当第一和第二排导体被弯曲时，第一垫片环将第一排导体从第二排导体隔离。当相邻导体的连接端被附接时及之后，第一垫片环还被至少部分地布置在第一和第二排导体之间。

钢芯部可包括绕所述轴线同心地布置的一排槽。钢芯部可还包括第一排槽衬和第二排槽衬，其插入到该排槽中，使得第一排槽衬的一个槽衬和第二排槽衬的一个槽衬被插入到每个槽中。第一排槽衬可继而被绕第二排槽衬同心地布置且与第二排槽衬相邻。在这样的情况下，其中第一排导体可被插入穿过第一排槽衬，且第二排导体可被插入穿过第二排槽衬。

第一介电垫片环可以由先进聚合物膜形成。在这样的情况下，所述先进聚合物膜可为聚醚醚酮（PEEK）材料。

在相邻导体的连接端附近第一垫片环可被折叠为至少两层。

该定子还可包括第三排导体，其绕轴线同心地布置在钢芯部中，以及第四排导体，其布置为与第三排导体相邻，使得第三排导体绕第四排导体同心地布置。该定子还可包括第二介电垫片环，其绕轴线同心地布置在第三排导体和第四排导体之间。此外，该定子可包括第三介电垫片环，其绕轴线同心地布置在第二排导体和第三排导体之间。第三排导体的每个导体和第四排导体的每个导体都可包括连接端。第三排的每个导体都可被配置为相对于所述轴线沿顺时针和逆时针方向中的一个弯曲，且第四排的每个导体都可被配置为相对于所述轴线沿顺时针和逆时针方向中的另一个弯曲。因此，在第一排的每个导体和第二排的每个导体都被弯曲之后，第三排的每个导体的连接端都被附接到第四排的相邻导体的连接端。第三垫片环可将第二排导体从第三排导体完全隔离。

一种使用上述定子和组装用于电动机的定子的方法的AC电动机也被提供。

当结合附图时，从下面的用于执行如所附权利要求限定的本发明的一些最佳方式和其它实施例的具体描述可容易地明白本发明的上述特征和优点，以及其它特征和优点。

附图说明

图1是具有转子和定子的交流（AC）电动机的示意性透视图；

图2是图1中所示的电动机的定子部分的透视图；

图3是图1中所示的定子的横截面的一部分的放大视图，示出了插入到定子槽中的四排导体；和

图4是示出了图1-3中示出的组装定子的方法的流程图。

具体实施方式

参考附图，其中相同的参考标号表示相同的部件，图1示出了交流（AC）电动机10。电动机10可以被用作诸如混合动力或电动车辆这样的机动车的推进系统或动力传动系的一部分。电动机包括转子12，该转子绕轴线14同心地布置在相对于定子16的内部。类似于转子12，定子16被绕轴线14同心地布置。转子12被配置为绕轴线14相对于定子16旋转。

如图1和2所示，定子16包括绕轴线14同心地布置的钢芯部18。钢芯部18是薄钢板（例如硅-碳类型的）的层叠堆。定子16还包括第一排导体20，其绕轴线14同心地布置在钢芯部18中直径22上，和第二排导体24，其布置在直径26上并与第一排导体20相邻，使得第一排导体绕第二排同心地布置。定子16附加地包括第三排导体28，其绕轴线14同心地布置在钢芯部18中直径30上。此外，定子16包括第四排导体32，其布置在直径34上并与第三排导体28相邻，使得第三排导体绕第四排同心地布置，同时第二排导体24绕第三排导体28同心地布置。如所示，使用在第一、第二、第三和第四排导体20、24、28、32中的导体是电线或棒材的方截面段，其涂覆有保护性釉。第一排导体20的每个导体都具有第一连接端36；第二排导体24的每个导体都具有第二连接端38；第三排导体28的每个导体都具有第三连接端40；且第四排导体32的每个导体都具有第四连接端42。

图3示出了沿图2中所示的线3-3截图的定子16的横截面的一部分。从图2中可以看出，钢芯部18包括绕轴线14同心布置的一排槽46。第一排槽衬48，第二排槽衬50，第三排槽衬52，和第四排槽衬54每个都被插入到该排槽46中。如图2所示，第一排槽衬48中的一个槽衬，第二排槽衬50中的一个槽衬，第三排槽衬52中的一个槽衬，和第四排槽衬54中的一个槽衬的每一个都被插入到该排槽46中的每一个槽中。因此，第一、第二、第三和第四排槽衬48、50、52、54每一个都被同心地布置且布置为彼此相邻。第一、第二、第三和第四排导体20、24、28、32分别通过第一、第二、第三和第四排槽衬48、50、52、54插入。

第一介电垫片环56绕轴线14同心地布置，且被布置在第一排导体20和第二排导体24之间。相似地，第二介电垫片环58绕轴线14同心地布置，且被布置在第三排导体28和第四排导体32之间。第一和第二介电垫片环56，58可以由先进聚合物膜形成，譬如聚醚醚酮（PEEK）材料。PEEK材料是半晶态有机聚合物热塑性材料，其经常被用于工程应用中，因为它能够在高温下保持机械耐用性和耐化学性。PEEK材料的杨氏模量是约3.6GPa，且它的拉伸强度在90-100MPa的范围。PEEK具有约143℃（289℉）的玻璃化转变温度，和约343℃（649℉）的熔化温度。PEEK材料是第一和第二介电垫片环56、58的适当候选材料，因为它对热降解、以及有机和水性两者的环境（譬如在电动机10用于车辆动力传动系中时定子16可以被暴露用于冷却的自动变速器流体（ATF））的冲击具有高耐受性。PEEK材料还是有效的电绝缘体，且由此可以被用于从第二排导体24隔离第一排导体20，以及从第四排导体32隔离第三排导体28，以防止在相应导体之间的电短路。

返回参考图1和2，第一排导体20的每一个单个导体被配置为沿顺时针和逆时针方向中的一个相对于轴线14弯曲或扭曲角度θ，如所示。此外，第二排导体24的每一个单个导体都被配置为被沿顺时针和逆时针方向中的另一个或与第一排导体20的弯曲方向相反的方向弯曲。相似地，第三排导体28的每一个单个导体都被配置为沿顺时针和逆时针方向中的一个相对于轴线14弯曲或扭曲。相应地，第四排导体32的每一个单个导体都被配置为被沿顺时针和逆时针方向中的另一个或与第三排导体28的弯曲方向相反的方向弯曲。

在第一排和第二排的每个导体都被弯曲之后，第一排导体20的每一个导体的第一连接端36被附接或焊接到第二排导体24的相邻导体的第二连接端38。相似地，在第三排和第四排的每个导体都被弯曲之后，第三排导体28的每一个导体的第三连接端40被附接或焊接到第四排导体32的相邻导体的第四连接端42。如本领域技术人员可以理解的，这样的连接端36和38之间的附接以及连接端40和42之间的附接建立在相应导体之间的连续连接，以便于产生或限定电动机10的特定AC相。

由于第一和第二垫片环56、58以显著的机械耐用性为特征，第一和第二垫片环可以在第一、第二、第三、和第四排导体被弯曲时，承受并保持在第一和第二排导体20、24之间和第三和第四排导体28、32之间而不会失效。这样被定位在相应排的导体之间，第一和第二垫片环56、58有助于第一和第二排导体20、24及第三和第四排导体28、32被弯曲而不会对导体的釉质涂层有任何损坏。此外，由于第一和第二垫片环56、58的高耐热降解性，在适当的相邻连接端被附接的同时，各第一和第二垫片环在第一和第二连接端36、38及第三和第四连接端40、42的附近可以承受并保持。此外，在电动机10的运行期间，第一和第二垫片环56、58可以用于将第一排导体20从第二排导体24电绝缘，并防止在相应导体之间电短路。

第一和第二介电垫片环56、58的每个还可以在相邻导体的连接端36、38、40、42的附近被折叠为至少两层。这样折叠的垫片环可以增加在相应相邻导体之间的间隙并进一步改善该具体垫片环的电绝缘效果。

图1和2还示出了第三介电垫片环60，其绕轴线14同心地布置在第二排导体24和第三排导体28之间。第三垫片环60完全隔离第二排导体24和第三排导体28，用于目标排导体的有效电绝缘。类似于第一和第二介电垫片环56、58，第三垫片环60可以由先进聚合物膜形成，譬如聚醚醚酮（PEEK）材料，如上所述。然而，第三垫片环60比第一和第二垫片环56、58更高，因为第一和第二垫片环仅需要隔离相应排电线到连接端的高度的同时，第三垫片环完全隔离第二和第三排导体24、28。

因此，当第一、第二、第三和第四排导体各自被弯曲时，第一垫片环56将第一排导体20从第二排导体24隔离，且第二垫片环58将第三排导体28从第四排导体32隔离。此外，当相邻导体的连接端被附接时，第一垫片环56保持至少部分地布置在第一和第二排导体20、24之间，且第二垫片环58保持至少部分地布置在第三和第四排导体28、32之间。第一和第二垫片环56、58在定子16完全组装到电动机10中之后在相应排导体之间保持在位，并在电动机的运行期间执行它们的电绝缘功能。第三垫片环60相似地在电动机10组装完成后在第二和第三排导体24、28之间保持在位，以完全隔离相应排导体，以在电动机的运行期间执行它的电绝缘功能。

图4示出了组装定子16的方法70，该定子16在上文中参考图1-3进行了描述。方法始于框72，在此它包括提供钢芯部18，且然后行进到框74，在此它包括将第一排导体20和第二排导体24插入穿过该排槽46。在框74之后，该方法行进到框76。在框76中，该方法包括将第一介电垫片环56插入在第一和第二排导体20、24之间使得第一垫片环将第一排导体与第二排导体隔离。

在框76之后，该方法行进到框78，在此它包括将第一排导体20的每个导体相对于轴线14沿顺时针和逆时针方向中的一个弯曲。在框78中，方法还包括将第二排导体24的每个导体沿与第一排导体20的方向相反的方向弯曲。在框78之后，方法行进到框80，在此该方法包括在第一排和第二排的每个导体都被弯曲之后将第一排导体20的第一连接端36附接到第二排导体24的相邻连接端38。

从框80，该方法行进到框82，在此它包括在第一和第二排导体的每个被弯曲时将第一垫片环56保持在第一排导体20和第二排导体24之间以将第一排导体从第二排导体隔离。在框82之后，该方法行进到框84，在此它包括在相邻导体的连接端36和38被附接时保持第一垫片环56至少部分地布置在第一和第二排导体20、24之间。

此外，在将第一排导体20和第二排导体24插入穿过该排槽46之前，该方法可以包括将第一和第二排槽衬48、50插入该排槽46中。因此，这样的操作将确保第一排槽衬48的一个槽衬和第二排槽衬50的一个槽衬被插入到每个槽中，且第一排槽衬被布置为同心地围绕第二排槽衬并且与第二排槽衬相邻。该方法可还包括在相邻导体的连接端36和38附近将第一垫片环56折叠为至少两层。

如针对图1-3所述，该方法还可以包括将槽衬52和54及第三和第四排导体28和32插入到该排槽46中。这样的操作将第三排导体28布置为与第四排导体32相邻并且绕第四排导体32同心地布置。此外，该方法可包括将第二介电垫片环58插入在第三和第四排导体28、32之间使得第二垫片环将第三排导体与第四排导体隔离。此外，该方法可包括将第三排导体28的每个导体相对于轴线14沿顺时针和逆时针方向中的一个弯曲，以及将第四排导体32的每个导体沿与第三排导体28的方向相反的方向弯曲。

在第三和第四排导体28、32的每一个都被弯曲之后，该方法可以包括将第三和第四排的相邻导体的连接端40、42附接。此外，在连接端40和42已经被附接之后，该方法可以包括将第三介电垫片环60插入在第二排导体24和第三排导体28之间，使得第三垫片环完全隔离第二和第三排导体24、28。该方法还可以包括将第三垫片环60保持在第二排导体和第三排导体之间，以完全隔离第二排和第三排导体24、28。

虽然用于执行本发明的最佳方式已经被详细描述，与本发明相关的本领域技术人员应认识到在所附的权利要求的范围内的执行本发明的各种替换设计和实施例。

Claims (10)

1.一种用于交流（AC）电动机的定子，该定子包括：

钢芯部，绕轴线同心地布置；

第一排导体，绕轴线同心地布置在钢芯部中；

第二排导体，布置为与第一排导体相邻，使得第一排导体绕第二排导体同心地布置；和

第一介电垫片环，绕轴线同心地布置在第一排导体和第二排导体之间；

其中：

第一排导体的每个导体和第二排导体的每个导体都包括连接端；

第一排的每个导体都被配置为相对于所述轴线沿顺时针和逆时针方向中的一个弯曲，且第二排的每个导体都被配置为相对于所述轴线沿顺时针和逆时针方向中的另一个弯曲；

在第一排和第二排的每个导体被弯曲之后，第一排的每个导体的连接端被附接到第二排的相邻导体的连接端，从而AC相被限定；以及

当第一和第二排的每个导体被弯曲时，第一垫片环将第一排导体从第二排导体隔离，当相邻导体的连接端被附接时，第一垫片环被至少部分地布置在第一和第二排导体之间。

2.如权利要求1所述的定子，其中钢芯部包括绕所述轴线同心地布置的一排槽，且该定子还包括第一排槽衬和第二排槽衬，所述第一排槽衬和第二排槽衬被插入到该排槽中，使得第一排槽衬的一个槽衬和第二排槽衬的一个槽衬被插入到每个槽中，且第一排槽衬被绕第二排槽衬同心地布置且与第二排槽衬相邻。

3.如权利要求2所述的定子，其中第一排导体被插入穿过第一排槽衬，且第二排导体被插入穿过第二排槽衬。

4.如权利要求1所述的定子，其中第一介电垫片环由先进聚合物膜形成。

5.如权利要求4所述的定子，其中所述先进聚合物膜为聚醚醚酮（PEEK）材料。

6.如权利要求1所述的定子，其中在相邻导体的连接端附近第一介电垫片环被折叠为至少两层。

7.如权利要求1所述的定子，还包括：

第三排导体，绕所述轴线同心地布置在所述钢芯部中；

第四排导体，布置为与第三排导体相邻，使得第三排导体绕第四排导体同心地布置；

第二介电垫片环，绕所述轴线同心地布置在第三排导体和第四排导体之间；和

第三介电垫片环，绕所述轴线同心地布置在第二排导体和第三排导体之间；

其中：

第三排的每个导体和第四排的每个导体都包括连接端,且第三排的每个导体都被配置为相对于所述轴线沿顺时针和逆时针方向中的一个弯曲，且第四排的每个导体都被配置为相对于所述轴线沿顺时针和逆时针方向中的另一个弯曲；以及

在第一排的每个导体和第二排的每个导体被弯曲之后，第三排的每个导体的连接端都被附接到第四排的相邻导体的连接端;以及

第三垫片环将第二排导体从第三排导体完全隔离。

8.一种交流（AC）电动机，包括

转子，

定子，绕轴线同心地布置，该定子包括：

钢芯部，绕轴线同心地布置；

第一排导体，绕轴线同心地布置在钢芯部中；

第二排导体，布置为与第一排导体相邻，使得第一排导体绕第二排导体同心地布置；

第一介电垫片环，绕轴线同心地布置在第一排导体和第二排导体之间；

其中：

转子绕所述轴线同心地布置，且相对于定子处于内部，且被配置为绕所述轴线旋转。

第一排导体的每个导体和第二排导体的每个导体都包括连接端；

第一排的每个导体都被配置为相对于所述轴线沿顺时针和逆时针方向中的一个弯曲，且第二排的每个导体都被配置为相对于所述轴线沿顺时针和逆时针方向中的另一个弯曲；

在第一排和第二排的每个导体都被弯曲之后，第一排的每个导体的连接端都被附接到第二排的相邻导体的连接端，从而AC相被限定；以及

当第一和第二排导体被弯曲时，第一垫片环将第一排导体从第二排导体隔离，当相邻导体的连接端被附接时，第一垫片环被至少部分地布置在第一和第二排导体之间。

9.如权利要求8所述的电动机，其中所述钢芯部包括绕所述轴线同心地布置的一排槽，且还包括第一排槽衬和第二排槽衬，所述第一排槽衬和第二排槽衬被插入到该排槽中，使得第一排槽衬的一个槽衬和第二排槽衬的一个槽衬被插入到每个槽中，且第一排槽衬被绕第二排槽衬同心地布置且与第二排槽衬相邻，且其中第一排导体被插入穿过第一排槽衬，第二排导体被插入穿过第二排槽衬。

10.如权利要求8所述的电动机，还包括：

第三排导体，绕所述轴线同心地布置在所述钢芯部中；以及

第四排导体，布置为与第三排导体相邻，使得第三排导体绕第四排导体同心地布置；

第二介电垫片环，绕所述轴线同心地布置在第三排导体和第四排导体之间；

第三介电垫片环，绕所述轴线同心地布置在第二排导体和第三排导体之间；

其中：

第三排的每个导体和第四排的每个导体都包括连接端,且第三排的每个导体都被配置为相对于所述轴线沿顺时针和逆时针方向中的一个弯曲，且第四排的每个导体都被配置为相对于所述轴线沿顺时针和逆时针方向中的另一个弯曲；

在第一排和第二排的每个导体被弯曲之后，第三排的每个导体的连接端都被附接到第四排的相邻导体的连接端;以及

第三垫片环将第二排导体从第三排导体完全隔离。

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