CN103181064A - 用于电机的导体绝缘配置 - Google Patents

Abstract

一种电机，包括具有多个狭槽的芯部。电导体位于所述狭槽中，同时连接端从所述狭槽中部分延伸出。多个绝缘套分隔多个电导体。每个绝缘套基本覆盖包括导体的狭槽中部分和连接端的一整个导体。每个连接端上的梢部保持未被绝缘套覆盖并且电连接于其它导体的另一梢部。气道在多个电导体的狭槽中部分处和连接端处形成于多个绝缘套之间。

Description

用于电机的导体绝缘配置

技术领域

本申请涉及电机领域特别是电机导体领域。

背景技术

分段绕组（segmentedwindings）通常用于现代电机应用中，例如混合动力电动汽车。这些绕组典型地包括具有狭槽中部分和连接在一起的端部的多个分段导体。这些导体位于电机的层压芯部的狭槽（例如定子狭槽）中，并且导体的端部连接以形成用于电机的绕组。

用于电机的分段导体常常被设置为U形导体，其包括两个腿部和在所述腿部之间延伸的中央U形弯部。这些U形导体此处也可称为“U形杆”或具有“U形弯部”的导体。此处使用的术语“U形导体”、“U形杆”和“U形弯部”指的是电导体或导体部分，其中导体的轴向变化超过90°例如大约180°。但是，这些术语不局限于形成完美的“U”形的导体或导体部分。

典型地通过将线锭（wire bars）弯曲和扭曲为具有两个腿部和腿部之间的U形弯部的U形导体来形成U形导体。这两个腿部分隔开预定间隔，使得导体仅通过U形弯部就跨越若干定子狭槽。导体的腿部随后从芯部的插入端插入芯部的狭槽。在导体插入芯部的狭槽后，弯曲部（即U形弯部）被设置在芯部的一侧（即所述的“插入侧”）上并且腿部端部从芯部的另一侧（即所述的“连接侧”或“焊接侧”）延伸出。腿部端部随后可弯曲至适当位置，常常上第一腿部典型地沿一个方向弯曲并且另一腿部沿相反方向弯曲，这样整个的分段导体延伸给定的狭槽跨度（例如12个狭槽）。最终，腿部端部的梢部在定子的连接侧连接在一起以完成绕组。这些连接包括相邻腿部端部直接对齐和焊接在一起、不相邻的腿部端部通过跳线连接以及终端连接。总之，连接的导体形成了完整的绕组设备。

虽然导体在它们的端部处连接在一起，要考虑确保相邻导体不彼此接触并且所设计的绕组设备不会短路。因此，电绝缘典型地位于导体上从而令导体彼此电绝缘。分段导体绝缘系统典型地包括由电线制造商直接施加和接合于裸铜线上的漆包覆层（enamel coating）。不同的材料分级和温度等级可用于初始绝缘层。电机制造商还典型地施加沿着层压叠层中的狭槽壁定位的狭槽衬垫。该狭槽衬垫防止导体与芯部短路。

除了导体上的漆包覆层和芯部狭槽中的狭槽衬垫外，某些绕组设备还包括在导体端部上一体焊接成形的绝缘材料带。这些带通常用于高压电机，例如与混合动力电动汽车一同使用的电机。在这些机器中，绝缘材料带常常在芯部的插入端或连接端处导体的相邻层之间延伸。具有额外绝缘带的该设备在导体的U形弯部或连接端处提供了额外的电绝缘保护。该额外的电绝缘保护可能是很重要的，因为焊接工艺有时候可能对电线的基础漆包绝缘系统产生热损伤。但是，这种绝缘带的缺点在于它们明显降低了在焊接侧上端部弯曲冷却的热性能，因为这些带阻挡了冷却流体穿过导体表面。

因此，提供这样一种用于电机的绝缘配置是有利的，其具有提供高完整绝缘性的分段导体、同时还避免了在端部弯曲区域内添加绝缘带而产生的热问题。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供了一种包括具有多个狭槽的芯部的电机。电导体位于所述狭槽中。每个电导体包括在两个狭槽中部分之间延伸的U形弯部，具有从所述狭槽中部分延伸出的连接端。所述多个绝缘套分隔所述多个电导体。每个绝缘套基本覆盖包括导体的U形弯部、狭槽中部分和连接端的一整个电导体。连接端上的梢部保持未被绝缘套覆盖。气道在所述多个电导体的U形弯部处和连接端处形成于所述多个绝缘套之间。

所述电机的导体可包括由树脂材料构成的绝缘覆层。所述树脂材料提供了在U形弯部、狭槽中部分和连接端上接合于导体的漆包覆层。所述漆包覆层不覆盖导体的梢部。所述多个绝缘套的每个基本覆盖导体的其中之一上的漆包覆层。每个绝缘套可与相关的电导体摩擦配合以将套在导体上保持就位。

在至少一个实施例中，所述多个绝缘套的每个被构造为螺旋缠绕所述多个电导体的其中之一的绝缘材料延展片材。在另一实施例中，多个绝缘套的每个被构造为连续管部件，例如挤出管或收缩缠绕管。每个电导体的U形弯部和狭槽中部分位于这些管的其中之一内。

本领域普通技术人员参照下面的详述和附图将更容易理解上述以及其它特征和优点。虽然优选提供用于电机的具有一种或多种这些或其它优选特征的导体绝缘系统，此处公开的教导将扩展到所附权利要求范围内的那些实施例，而不论它们是否实现了上述一种或多种优点。

附图说明

图1示出电机的芯部的实施例的侧视图，其具有位于具有导体绝缘配置的芯部上的绕组；

图2示出图1的芯部的示意性顶视图；

图3示出图1的芯部中的狭槽的示意性截面图；

图4示出用于图1的电机绕组的分段导体的透视图；

图5示出用于图1的电机绕组的分段导体的侧视图，其中导体绝缘配置设置在所述导体上；

图6示出具有图1的一个实施例的导体绝缘配置的分段导体的部分透视图；

图7示出具有图2的另一实施例的导体绝缘配置的分段导体的部分透视图。

具体实施方式

参照图1，示出了示例性电机芯部10，其具有定位于所述芯部上的绕组设备12。图1实施例的芯部10是通过绕组设备12磁性地结合于转子（未示出）的定子。虽然芯部10在图1的实施例中代表定子，要认识到在其它实施例中，绕组设备12可设置在转子上。定子10包括主体部14，主体部14具有形成于其中的多个狭槽16（参见图2）。多个分段导体18被放置在定子10的狭槽中以形成电枢绕组设备12。分段导体18限定了定子10的插入侧20（此处也称为“插入端”），并且导体18被从插入侧20插入狭槽16。与定子的插入侧相反的是定子10的焊接侧22（也称为“焊接端”）。

图2示出图1的示例性电机芯部10的插入侧20的顶视图，其中电枢绕组18未被放置在定子狭槽16中。如图2所示，定子通常为盘形，具有内周缘24和外周缘26。图2的示例性定子10包括60个狭槽16。在其它实施例中，定子10可包括更多狭槽或更少狭槽。通过内周缘24以及定子的插入侧20和焊接侧22提供至定子狭槽16的开口。

图3示出定子10的狭槽16的其中之一的放大截面图，其中分段导体18位于定子中。在图3的示例性实施例中，分段导体18具有矩形截面并且四个导体18被放置在每个狭槽16中。在其它实施例中，导体18可具有不同形状并且可在每个狭槽16中放置更多或更少的导体。每个导体18与狭槽16中的相邻导体被绝缘层30、32分隔开，下面将进一步详述。

矩形截面的示例性U形分段导体18如图4所示。分段导体18包括由U形弯部40连接的两个狭槽中部分41和42。每个狭槽中部分41、42连接于相关的连接端43、44。梢部45、46设置在每个连接端43、44上。每个梢部45、46连接于其它导体的梢部从而导体一起在定子10上形成绕组设备12。一个示例性绕组设备在2009年11月24日公布的美国专利号7622843中示出，其内容在此并入作为参考。

分段导体18通常由弯曲为图4所示形状的直导体部段形成。特别地，在导体18插入定子之前，机器弯曲导体部段以形成U形弯部40，其具有平行定位于U形弯部的相对侧处的狭槽中部分。此时，连接端43、44直着延伸出狭槽中部分41、42（参见图5）。在形成U形弯部40并且绝缘层30、32被放置在导体18上后，导体18被插入定子10。连接端43、44首先从定子的插入侧20被插入狭槽，同时狭槽中部分41、42在连接端43、44之后被插入。一旦被放置在定子10上，给定导体18的狭槽中部分41、42位于定子的不同狭槽16中。连接端43、44从定子的与U形弯部40相反的焊接侧24延伸出。在插入到定子中后，连接端43、44被机器沿相反方向弯曲预定距离。随后，每个连接端的梢部45、46直接连接于另一导体18上的相邻梢部。梢部45、46的连接可以多种方式进行，例如焊接、铜焊或现有技术已知的其它方法。通过以这种方式连接分段导体，在定子10上形成了完整的绕组12。

现在特别参照图5，示出在插入定子10的狭槽之前的导体18。第一绝缘层30和第二绝缘层32基本设置在导体18的整个长度上，包括U形弯部40、狭槽中部分41、42和连接端43、44。但是，导体18的梢部45、46保持没有电绝缘，这样导体可在梢部45、46处连接在一起。第一和第二绝缘层30、32可在形成U形弯部40之前或之后添加于导体。

第一绝缘层30是通过现有技术已知的各种方法中任意一种被接合于导体表面的薄树脂材料层。树脂材料提供了沿整个导体18延伸的漆包覆层，从一个连接端43沿狭槽中部分41、42和U形弯部40延伸至另一连接端44。漆包覆层30不覆盖导体18的梢部45、46。

第二绝缘层32被设置成覆盖第一绝缘层30和相关导体18但不覆盖梢部43、46的绝缘材料套。用于第二绝缘层32的材料例如可包括聚酰亚胺、聚酰胺、聚酯、聚酰胺酰亚胺（polyamideimide）、拉伸的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜（stretched polyethylene terephthalate film）或其它绝缘材料。绝缘套32可以不同方式设置在第一绝缘层30上。例如，如图6所示，绝缘套32可被设置为螺旋缠绕在电导体18和第一绝缘层30上的绝缘材料延展片材34。在本实施例中，当绝缘材料围绕导体18缠绕时延展片材34的相反侧可搭接。

绝缘套32的另一示例性实施例如图7所示。在本实施例中，绝缘套32可被设置为连续的管部件36，其置于导体18和第一绝缘层30上并且基本沿导体18的整个长度延伸。在一个实施例中，连续的管部件可被设置为挤出管（extrusion tube）并且导体18在被弯曲前可滑入管内。在另一实施例中，连续的管部件可被设置为收缩缠绕管，其中导体滑入该管，被弯曲为所需形状，并且被加热，使得收缩缠绕材料被设置为与导体18上的漆包覆层30紧密接触。

套32可绕导体18和第一绝缘层30形成，或者可替换地，套32可被预成型为使得在套形成后导体18被置于套32中。例如，在图6的实施例中，片材34可包括一侧上的粘合剂，当片材绕着导体18缠绕时粘合剂将片材34接合于第一绝缘层30。可替换地，片材34可预成型为比导体和第一绝缘层稍大的尺寸，从而允许导体和第一绝缘层滑入套32。在不同实施例中，套32可接合于导体18或可在电导体上摩擦配合。此处使用的术语“摩擦配合”是指套32由于其形状而在导体18上被保持就位或与导体紧密接触，而不粘合于导体。

再参照图5，可以看出绝缘套32基本沿导体18的整个长度延伸，不限于狭槽中部分（in-slot portions）41、42（即图5中虚线之间的部分）。因此，套32基本沿导体的整个长度提供第二绝缘层（除第一漆包层30外）。因此，在绕组内的任意两个相邻导体18之间具有四个绝缘层。相邻导体18之间的这四个绝缘层在图3中可清楚看出（即两层的漆包覆层和两层的绝缘套32）。但是，因为第一和第二绝缘层30、32基本沿导体18的整个长度延伸，相邻导体之间的四个绝缘层不限于图3所示的狭槽中部分，而是进一步延伸至绕组的端部弯曲区域。因此，四个绝缘层还在U形弯部40（即定子10的插入侧20上）中存在于相邻导体之间以及在连接端43、44上存在于相邻导体之间（即定子10的连接侧22上）。

根据此处公开的实施例，即使通过层30和32为每个导体增加附加的绝缘性能，每个绝缘层的厚度上很小的，例如几千分之一英寸（afew thousands of an inch）（要注意图3不是按比例绘制的）。因此，与每个导体18相关的双绝缘层30、32实际上允许电机具有更大的冷却效率。特别地，因为绝缘层30、32相对较薄并且紧密地粘附于导体，气道50存在于定子10的插入侧22和定子的连接侧22上的每个导体18之间。这些气道使得冷却流体能够在导体之间流动而不需要过去使用的会堵塞气道的厚环形绝缘带。这就为电机提供了显著的热效益。

前述对导体绝缘配置的一个或多个实施例的详述此处仅通过示例进行呈现而非限定。要认识到，优选获得此处所述的某些个别特征和功能而不此处所述的其它特征或功能合并。此外，要认识到，对上述公开的实施例和其它特征和功能或其可替换地方式的各种可替换地方式、改进、改变或改善优选地合并在许多其它不同的实施例、系统或应用中。本领域技术人员随后可进行当前未预见或预期的可替换地方式、改进、改变或改善，都在所附权利要求涵盖的范围内。因此，所附权利要求的精神和范围不应当局限于对此处含有的实施例的描述。

Claims (20)

1.一种电机，包括：

具有多个狭槽的芯部；

位于所述狭槽中的多个电导体，所述多个电导体的每个都包括在两个狭槽中部分之间延伸的U形弯部和从所述狭槽中部分延伸出的连接端，所述连接端从所述芯部的与所述U形弯部相反的端部延伸出；以及

分隔所述多个电导体的多个绝缘套，所述多个绝缘套的每个至少覆盖所述多个电导体的其中之一的U形弯部。

2.根据权利要求1所述的电机，其中所述多个电导体的每个包括接合于所述U形弯部、所述狭槽中部分和所述连接端的树脂绝缘覆层，其中所述多个绝缘套的每个覆盖所述U形弯部、所述狭槽中部分和所述连接端上的所述树脂绝缘覆层。

3.根据权利要求2所述的电机，其中在所述多个电导体的U形弯部和连接端处的所述多个绝缘套中的任意两个绝缘套之间具有气道。

4.根据权利要求1所述的电机，其中所述多个绝缘套的每个与所述多个电导体的其中之一摩擦配合。

5.根据权利要求1所述的电机，其中每个连接端包括与所述多个电导体中的另一电导体的梢部直接结合的梢部，使得所述多个电导体在所述芯部上形成绕组。

6.根据权利要求5所述的电机，其中所述多个绝缘套的每个基本覆盖所述连接端但不覆盖所述连接端的梢部。

7.根据权利要求1所述的电机，其中所述多个绝缘套的每个被构造为绕着所述多个电导体的其中之一螺旋缠绕的绝缘材料延展片材。

8.根据权利要求1所述的电机，其中所述多个绝缘套的每个被构造为连续管部件，所述多个电导体的其中之一的U形弯部和狭槽中部分位于所述管内。

9.根据权利要求8所述的电机，其中所述连续管部件是挤出管。

10.根据权利要求8所述的电机，其中所述连续管部件是收缩缠绕管。

11.根据权利要求1所述的电机，其中所述多个绝缘套包括聚酰亚胺、聚酰胺、聚酯、聚酰胺酰亚胺、或拉伸的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜。

12.一种电机，包括：

具有多个狭槽的芯部；

位于所述狭槽中的多个导体，所述多个导体的每个在梢部处连接于所述多个导体的另一个；以及

设置在所述多个导体上的多个绝缘套，所述多个绝缘套的每个基本覆盖所述多个导体的其中之一的整个长度但不覆盖所述梢部。

13.根据权利要求12所述的电机，其中所述芯部限定第一轴向端部和第二轴向端部，其中所述多个导体的每个包括：位于所述多个狭槽内的两个狭槽中部分；在所述芯部的第一轴向端部上所述两个狭槽中部分之间延伸的U形弯部；以及在所述芯部的第二轴向端部上从所述两个狭槽中部分延伸出的两个连接端，所述梢部设置在每个连接端的端部处。

14.根据权利要求13所述的电机，还包括位于导体的U形弯部处的绝缘套之间的多个气道。

15.根据权利要求12所述的电机，其中所述多个绝缘套在所述多个导体上摩擦配合。

16.根据权利要求12所述的电机，其中所述多个电导体的每个包括接合于U形弯部和狭槽中部分的树脂绝缘覆层，其中所述多个绝缘套的每个覆盖所述U形弯部和狭槽中部分上的树脂绝缘覆层。

17.一种电机，包括：

具有多个狭槽的芯部，所述芯部限定了第一轴向端部和第二轴向端部；

位于所述狭槽中的多个导体，所述多个导体包括从所述芯部的第一轴向端部延伸出的第一部分、在所述芯部的所述多个狭槽中的第二部分、以及从所述芯部的第二轴向端部延伸出的第三部分；

多个第一绝缘层，每个第一绝缘层在导体的所述第一、第二和第三部分处接合于所述多个导体的其中之一；

多个第二绝缘层，每个第二绝缘层覆盖所述多个导体的其中之一上的第一绝缘层；以及

形成于所述多个第二绝缘层之间的多个气道。

18.根据权利要求17所述的电机，其中所述多个第二绝缘层包括设置于所述多个导体上的多个绝缘套，所述多个绝缘套的每个基本覆盖所述多个导体的其中之一的整个长度但不覆盖所述导体的梢部。

19.根据权利要求17所述的电机，其中所述多个气道形成于所述导体的第一部分和第二部分二者处的所述多个第二绝缘层之间。

20.根据权利要求17所述的电机，其中所述多个第一绝缘层包括接合于所述导体的树脂材料，并且其中，所述多个第二绝缘层包括聚酰亚胺、聚酰胺、聚酯、聚酰胺酰亚胺或拉伸的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜。

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