CN103904790B - 发针式绕组电机的定子总成 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发针式绕组电机的定子总成。根据本发明的一个方面，能够提供发针式绕组电机的定子总成，其包括：定子铁芯，其沿着圆周方向具有多个插槽，各所述插槽沿径向方向具备多个层；以及多个发针，结合于各所述插槽并相互连接而形成线圈绕组，其中，各所述发针，包括：一对接脚部，插入结合于各所述插槽内的各层；接头部，其连接一对所述接脚部；并且，在所述定子铁芯的一侧，多个所述发针结合于各所述插槽，并沿所述定子铁芯的径向方向配置多个接头部，其中，多个所述接头部从所述定子铁芯的端部向前方突出的突出长度形成得各不相同。

Description

发针式绕组电机的定子总成

技术领域

本发明涉及定子总成(stator assembly)，尤其涉及一种多个发针(hairpin)结合于定子铁芯的插槽(stator core slot)并依次连接而形成定子的线圈绕组的发针式绕组电机(hairpin winding motor)的定子总成。

背景技术

随着油价的飙升及环境问题，人们在探索能够提升车辆的燃油效率的各种方法。例如，目前出现了电子式四轮驱动系统(electric4wheeldrive:e-4WD)。众所周知，机械式四轮驱动系统通过引擎驱动前轮，并通过传动轴（propeller shaft）及联轴器（coupling）将引擎的驱动力传输至后轮，以驱动后轮。电子式四轮驱动系统作为通过电机完善如上所述的传统的机械式四轮驱动系统而得出的方式，前轮由引擎驱动，后轮由电机驱动。因此，电子式四轮驱动系统具有如下效果：可去除用于传输引擎驱动力的传动轴或联轴器，并且与再生制动系统等相结合，从而提高车辆的燃油效率。

为了有效运用如上所述的电子式四轮驱动系统或充分提高燃油效率，需开发大功率小型化的电机。这对于以电为动力源的电动汽车(electricvehicle)，或各类混合动力汽车(hybrid vehicle)均如此。

一般而言，电机的输出功率与缠绕于定子铁芯的线圈匝(turn)数成正比。但是增加线圈的匝数，必然会加大定子铁芯或电机的尺寸，从而难以实现电机的小型化。因此，为了不增加电机尺寸的同时提高电机的输出功率，可考虑增加缠绕于定子铁芯上的线圈的占空系数(space factor)的方案。换言之，考虑尽可能缩小定子铁芯与所缠绕的线圈之间的死空间或各线圈之间的死空间，从而提高线圈占空系数的方案。由此，目前在积极研究使用具有四角截面的扁平线圈(flat coil)的方案，以代替使用线圈绕组上具有圆形截面的环形线圈。就扁平线圈而言，由于其截面形状，与环形线圈相比，能够缩小死空间并可提高占空系数。

但是扁平线圈与环形线圈相比，进行线圈绕线作业时存在困难。因为扁平线圈为了将占空系数极大化，与环形线圈相比，制造成较宽的截面，从而，导致刚性增大，使得难以使用绕线机。因此，作为便于进行扁平线圈的线圈绕线的方法，提出将多个分离的发针分别插入结合于定子铁芯之后，依次焊接接合各发针而形成线圈绕组的方法。以上述方法形成线圈绕组的电机(以下称为‘发针式绕组电机’)，将类似U字或V字形的多个发针插入结合于定子铁芯的各插槽之后，依次焊接接合配置在各插槽上的发针的空隙，由此形成定子铁芯的线圈绕组。因此发针式绕组电机能够克服绕线机的装置性限制，即使是扁平线圈，也能够比较容易地进行线圈绕线作业，同时提高线圈的占空系数，从而能够实现大功率小型化的电机。

发明内容

技术问题

本发明实施例的目的在于提供发针式绕组电机的定子总成，通过最小化发针式各发针之间的接触，从而能够确保绝缘性能。

技术方案

根据本发明的一实施例，发针式绕组电机的定子总成可以包括：定子铁芯，其沿着圆周方向具有多个插槽，各所述插槽沿径向方向具备多个层；以及多个发针，其结合于各所述插槽并相互连接而形成线圈绕组。其中，各所述发针可以包括：一对接脚部，其插入结合于各所述插槽内的各层；及接头部，其连接所述一对接脚部。其中，在所述定子铁芯的一侧部，多个所述发针可以结合于各所述插槽，并沿所述定子铁芯的径向方向配置多个接头部。其中，多个所述接头部从所述定子铁芯的端部向前方突出的突出长度可以各不相同。

根据本发明的另一实施例，发针式绕组电机的定子总成可以包括：定子铁芯，其沿着圆周方向具有多个插槽，各所述插槽沿径向方向具备多个层；以及多个发针，其结合于各所述插槽并相互连接而形成线圈绕组。其中，各所述发针可以包括：一对接脚部，其插入结合于各所述插槽内的各层；接头部，其连接一对所述接脚部。其中，在所述定子铁芯的一侧，多个所述发针可以结合于各所述插槽上，并沿所述定子铁芯的径向方向配置多个接头部。其中，多个所述接头部中，配置于所述定子铁芯的外周侧的接头部，向所述定子铁芯的外周方向可以弯曲预定程度。

技术效果

本发明的实施例的发针式绕组电机的定子总成，使向定子铁芯的接头侧突出的各接头部的突出长度各不相同，或使各接头部的弯曲方向或角度各不相同，从而能够确保配置各接头部的空间充足，由此，各接头部之间的接触得以最小化，从而能够得到卓越的绝缘性能。

附图说明

图1为显示发针式绕组电机的定子铁芯的立体图；

图2为显示发针式绕组电机的发针的立体图；

图3为显示将发针结合于定子铁芯的立体图；

图4为显示本发明的一个实施例的发针式绕组电机的定子总成的示意图；

图5为显示各接头部的突出程度形成得各不相同的情况的示意图；

图6为显示各接头部的弯曲方向或角度形成得各不相同的情况的示意图。

附图标记说明

100:定子铁芯 110:插槽

200:发针(Hair-pin) 210:接脚部

220:接头部

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的实施例。但以下的实施例用于帮助理解本发明，本发明的权利范围并非限制于以下实施例。并且，以下实施例是为了向本领域的技术人员更全面地说明本发明而提供，对于可能导致本发明的的技术性要旨模糊的公知的构成要素，省略其详细的叙述。

图1为显示发针式绕组电机的定子铁芯的立体图。

参照图1，发针式绕组电机可具有定子总成及转子总成，其中定子总成可包括定子铁芯100。定子铁芯100可大致形成为圆圈形或环形。虽未图示，在定子铁芯100的内侧可配置转子总成(rotor assembly)。转子总成可形成得具有旋转轴并可旋转，公知地，与缠绕在定子铁芯100的线圈发生电磁作用而旋转。

并且，定子铁芯100能够具有多个插槽110。各插槽110可从定子铁芯100的内周向外周侧延伸而形成，或各插槽110可向定子铁芯100的径向方向延伸而形成。并且，朝向定子铁芯100的内周侧的各插槽110的端部，可以为缠绕线圈而不封口。

参照图1的放大图，各插槽110可形成为多层(multi-layer)结构。换言之，各插槽110上可沿着定子铁芯100的径向方向形成多个层111。图1例示了一个插槽110上形成四个层111的情况。但是形成于各插槽110的层111的个数可根据电机的输出功率，绕组设计方法等而变化。例如，根据需要，一个插槽110上具有的层111的个数可形成两个，8个等。为便于说明，下面以图1中所示的内容为中心进行说明，并且，以配置在定子铁芯100的内周侧的顺序，将各层111称之为第一层111a、第二层111b、第三层111c及第四层111d。

在定子铁芯100上可具有多个插槽110。多个插槽110可沿着定子铁芯100的圆周方向放射状配置。形成于定子铁芯100上的插槽110的个数可根据电机的输出功率，绕组设计方法等而变化。例如，根据需要，定子铁芯100上沿着圆周方向可形成60个或72个插槽110。

图2为显示发针式绕组电机的发针的立体图。

图2(a)显示发针200插入结合于定子铁芯100的插槽110之前的形态，图2(b)显示发针200插入结合于定子铁芯100的插槽110内，并弯曲(bending)后的形态。

参照图2，发针式绕组电机的定子总成，可包括用于在定子铁芯100上形成线圈绕组的多个发针200。如后面所述，通过在定子铁芯100的插槽110上插入结合多个发针200，结合于插槽110的多个发针200经过弯曲过程而相互依次连接，从而形成线圈绕组。

如图所示，各发针200可全部形成为U字形或V字形。发针200用于形成线圈绕组，可由铜等电导体形成，外层可涂覆绝缘涂层。

并且，发针200可具备一对接脚部210及接头部220。一对接脚部210，可分别沿长度方向延伸而形成，相互之间保持预定间隔配置。一对接脚部210的一端部可通过接头部220连接。此时，接头部220可形成为扭曲(twisting)预定程度的形态。这是因为在加工发针200时，将各接脚部210以预定程度扭曲加工，以使各接脚部210能够分别插入结合于插槽110内不同的层111。

更为具体地说明将发针200加工成如图2(a)所示的形状的过程，首先，将直线型的扁平线圈(flat coil)截断(cutting)加工成适当的长度，并将所截断的扁平线圈弯曲加工成U字形或V字形。通过弯曲加工，形成接头部220及一对接脚部210(但如图2(a)所示，是扭曲之前的步骤)。此时，接头部220与一对接脚部210配置在同一平面上。在此状态下，通过扭曲夹具，向相反方向拉各接脚部210预定程度，使之变形，此时接头部220发生交错或扭曲，最终加工成如图2(a)所示形态的发针200。

并且，各接脚部210插入结合于定子铁芯100的插槽110，一部分容纳于插槽110内，末端部的一部分向插槽110外露出。并且如后面所述，各接脚部210向插槽110外露出的部位将进行弯曲加工及焊接接合。即，参照图2(b)，各接脚部210邻近接头部220侧的部位211以直线形态容纳于插槽110中，露出于插槽110外的部位212进行弯曲加工，经弯曲加工的末端部213通过焊接接合，与其它的发针连接。为便于以下的说明，将各接脚部210中容纳于定子铁芯100的插槽110的部分称为容纳部211，向定子铁芯100的插槽110外侧露出的部分称为露出部212，与其它的发针的接脚部连接的部分称为连接端部213。

另外，发针200大致可形成为具有四边形态的截面的扁平线圈(flatcoil)。如上所述的扁平线圈提高插槽110内线圈的占空系数，从而能够实现大功率，小型化的电机。

图3为显示将发针结合于定子铁芯的立体图。

参照图3，发针式绕组电机的定子总成，向图1中说明的定子铁心100结合多个图2中说明的发针200，并依次焊接各发针200而形成线圈绕组。

更具体而言，发针200的两侧接脚部210能够分别插入并结合于定子铁芯100上形成的插槽110。此时，发针200的两侧接脚部210可间隔预定数量的插槽结合于定子铁芯100的各插槽110。例如，发针200的一侧接脚部210结合于1号插槽时，另一侧的接脚部210可结合于从所述1号插槽沿着定子铁芯100的圆周方向间隔6个插槽的7号插槽。但发针200的两侧接脚部210之间间隔的插槽个数可根据绕组设计方法进行各种变更。

并且，发针200的各接脚部210分别填充各插槽100的一个层111。换言之，在各插槽110的各层111上分别插入结合接脚部210。参照图1所示的内容进一步说明，在第一至第四层111a、111b、111c及111d上分别插入结合发针200的接脚部210，因此，在一个插槽110上可沿着径向方向配置四个接脚部210。

并且，发针200具备的一对接脚部210可插入结合于各插槽110内不同的层111。例如，一侧接脚部210结合于1号插槽的第一层111a时，另一侧的接脚部210则可结合于7号插槽的第二层111b。或者，一侧接脚部210结合于1号插槽的第三层111c时，另一侧接脚部210则可结合于6号插槽的第四层111d。多个发针200可根据绕组设计方法，按如上所述的方式填充于各插槽110内的各层111。

并且，如上所述，将多个发针200结合于定子铁芯100的各插槽110时，各发针200的向插槽110外露出的露出部212沿着定子铁芯100的圆周方向进行弯曲加工。此时，各发针200的接脚部210或露出部212弯曲的方向或程度，可根据绕组设计方法而变化。例如，各发针200的露出部212可沿着定子铁芯100的圆周方向弯曲3个插槽的程度。并且，各发针200上具备的一对接脚部210可，向相同方向或相反方向弯曲。前述的图2(b)中，例示了发针200的各接脚部210向互为相反的方向弯曲的情况。

根据绕组设计方法等完成各发针200的弯曲，最终形成如图3所示的形态。即，在定子铁芯100的一侧，发针200的连接端部213沿着定子铁芯100的圆周方向以圆圈或环形连续配置；在相反侧，发针200的接头部220沿定子铁芯100的圆周方向以圆圈或环形连续配置。为便于说明，将配置有发针200的连接端部213的一侧称为‘接脚侧’，配置有发针200的接头部220的一侧称为‘接头侧’。

并且，在接脚侧发针200的连接端部213可根据插槽110上形成的层111的个数，沿定子铁芯100的径向方向配置多个。换言之，由于各发针200的接脚部210分别插入结合于插槽110上形成的第一至第四层111，因此，在接脚侧形成连接端部213沿径向方向各配置四个的形态。为便于说明，以配置在定子铁芯100的内周侧的顺序，将各连接端部213称为第一至第四连接端部213a、213b、213c及213d。

发针式绕组电机的定子总成，连接如上所述的连接端部213而形成线圈绕组。例如，通过连接第一、第二连接端部213a、213b，连接第三、第四连接端部213c、213d，电性连接各发针200，从而形成一个线圈绕组部。通常，如上所述的连接端部213之间通过焊接而连接。即，在第一，第二连接端部213a，213b与第三，第四连接端部213c，213d之间放入绝缘纸，并将第一，二连接端部213a、213b之间或第三、四连接端部213c、213d之间进行焊接接合，从而电性连接各发针200。

并且，配置有发针200连接端部213的接脚侧的相反侧，即，在接头侧发针200的接头部220沿着定子铁芯100的圆周以圆圈或环形配置。并且，在接头侧各发针200的接头部220可沿定子铁芯100的径向方向配置多个。例如，如所述例示，各插槽110具有第一至第四层111时，在接头侧可沿定子铁芯110的径向方向各配置两个各发针200的接头部220。与前述的在接脚侧沿定子铁芯110的径向方向配置四个连接端部213的情况不同，在接头侧仅配置两个接头部220，这是由于一个发针200由两个接脚部210与一个接头部220形成。

最终，接头侧也与图3中图示的接脚侧类似，多个发针200的接头部220沿定子铁芯110的圆周方向紧密地配置成多层结构。但在此类接头侧，由于各发针200的接头部220紧密地配置，因此相邻的接头部220之间易发生接触，由此可发生电机的绝缘性能下降的问题。尤其，在发针200的制造过程中，由于接头部220通过扭曲加工发生交错或扭曲，因此与直线型的接脚部210相比，绝缘涂层脱落或减弱的可能性很大。因此绝缘涂层的损伤可能性相对较高的接头部220之间的接触，可成为降低电机的绝缘性能的主要因素。进一步讲，所述图1至图3中，例示说明了各插槽110上仅形成四个层111的情况，但是在各插槽110上形成更多数量的层111的情况下，在接头侧将会更加紧密地配置更多数量的接头部220，此时各接头部220之间的接触及绝缘性能降低的问题会加剧。

图4为显示本发明的一实施例的发针式绕组电机的定子总成的示意图。

图4图示在接头侧各发针的接头部的配置情况，显示了从图3的A方向观察的各发针接头部的配置情况。不过另外要声明的是，虽然图3例示的是各插槽由四个层构成的情况(此类情况下，在接头侧各发针的接头部可沿定子铁芯的径向方向配置两个)，但是在图4中各插槽由八个层构成，在接头侧各发针的接头部沿定子铁芯的径向方向各配置有四个的情况。

参照图4，本实施例的定子总成可包括结合于定子铁芯100，及结合于定子铁芯100的插槽的多个发针200。定子铁芯100可形成得与参照所述图1说明的内容类似(但本实施例的定子铁芯100不同于所述图1中的例示，各插槽可由八个层构成)。

多个发针200可分别插入结合于定子铁芯100上具备的插槽上。此时，各发针200的接头部220a、220b、220c及220d可沿定子铁芯100的径向方向配置多个。即，以图4所示为基准进行说明，从定子铁芯100的内周侧(图4的下侧)向外周侧(图4的上侧)可依次配置第一至第四接头部220a、220b、220c及220d。各接头部220a、220b、220c及220d向图4的左侧延伸形成接脚部，各所述接脚部插入于定子铁芯100的插槽内并在相反侧形成连接端部。

另外，在图4中定子铁芯100的下端表示的虚线P为定子铁芯100或插槽的内周侧端部的延长线，在所述虚线P的下侧表示的中心线C为转子总成的旋转轴。

此时，本实施例的定子总成，其特征在于，使各接头部220a、220b、220c及220d具有不同的突出程度，或使各接头部220a、220b、220c及220d向不同的方向或角度弯曲，以使配置在定子铁芯100的接头侧的各发针200的的接头部220a、220b、220c及220d互不接触。

图5为显示各接头部的突出程度形成得各不相同的情况的示意图。

参照图5，本实施例的定子总成，使配置于定子铁芯100的内周侧或外周侧的接头部220a、220d，与配置于所述内外周侧接头部220a、220d的里侧的接头部220b、220c之间，可形成突出程度不同。或者形成得从定子铁芯100的内周侧或外周侧越趋向定子铁芯100的中心部侧，接头部220a、220b、220c及220d越突出。

更具体而言，以图5图示为中心进行说明，配置于定子铁芯100的内周侧的第一接头部220a与配置于定子铁芯100的外周侧的第四接头部220d，可形成得从定子铁芯100的端部向前方突出第一突出长度L1。相反，配置于第一，第四接头部220a、220d之间的第二，第三接头部220b、220c，可形成得从定子铁芯100的端部向前方突出第二突出长度L2。如上所述，使得配置于内外周侧的第一，第四接头部220a、220d，与配置于中心部侧的第二，第三接头部220b，220c的突出量不同，能够为各接头部220a、220b、220c及220d的配置提供充足空间，从而最小化各接头部220a、220b、220c及220d之间的接触。

图6为显示各接头部的弯曲方向或角度形成得各不相同的情况的示意图。

参照图6，本实施例的定子总成使配置于定子铁芯100的内周侧的接头部220a，与配置于定子铁芯100的外周侧的接头部220d向彼此相反的方向弯曲预定程度，以最小化各接头部220a、220b、220c及220d之间的接触。或者，本实施例的定子总成可形成得使各接头部220a、220b、220c及220d向定子铁芯100的内周方向或外周方向弯曲预定角度，而越趋向定子铁芯100的内周侧或外周侧，各接头部220a、220b、220c及220d的弯曲角度越大。

更具体而言，以图6图示为中心进行说明，配置于定子铁芯100的内周侧的第一接头部220a可向定子铁芯100的内周方向弯曲预定角度，配置于定子铁芯100的外周侧的第四接头部220d可向与所述第一接头部220a相反的方向，即向定子铁芯100的外周方向弯曲预定角度。如上所述的第一，第四接头部220a，220d的弯曲为配置于中心部侧的第二，第三接头部220b，220c提供充足空间，从而最小化各接头部220a、220b、220c及220d之间的接触。

并且，使配置于定子铁芯100的相对外周侧的第三，第四接头部220c，220d向定子铁芯100的外周方向弯曲，并且与第三接头部220c相比，配置得更临近外周侧的第四接头部220d，能够以大于第三接头部220c的弯曲角度θ1的弯曲角度θ2弯曲形成。虽然图6中未显示，但其同样适用于第一，二接头部220a、220b。

并且，根据需要，参照所述图5说明的各接头部220a、220b、220c及220d的突出程度的调节，或参照所述图6说明的各接头部220a、220b、220c及220d的弯曲方向或角度的调节，可同时适用于本实施例的定子总成。即，可形成得第一，第四接头部220a，220d分别向定子铁芯100的内周或外周方向弯曲的同时，向前方突出的长度小于中心部侧的第二，第三接头部220b、220c。

并且，本实施例的定子总成，由于配置于定子铁芯100的内周侧的第一接头部220a弯曲，从而向定子铁芯100的内周侧占用部分空间。即在所述图5及所述图6中，第一接头部220a可占用定子铁芯100的内周侧端部P预定程度。但通常来讲，转子总成与定子铁芯100的内周面分隔预定间隔而设置，因此如上所述的第一接头部220a的占用不会对电机的正常驱动造成大的影响。

如上说明，本实施例的定子总成，使形成得向定子铁芯的接头侧突出的各接头部的突出长度不同，或形成得各接头部的弯曲方向或角度不同，从而可确保配置各接头部的空间充足，并由此最小化各接头部之间的接触，因此能够获得卓越的绝缘性能。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种发针式绕组电机的定子总成，其特征在于，包括：

定子铁芯(100)，其沿着圆周方向具有多个插槽，各所述插槽沿径向方向具备多个层；以及

多个发针(200)，其结合于各所述插槽并相互连接而形成线圈绕组，

其中，各所述发针(200)包括：

一对接脚部(210)，其相隔预定距离并插入结合于各所述插槽内不同的层；及

接头部(220)，其连接所述一对接脚部(210)，

其中，在所述定子铁芯(100)的一侧部，多个所述发针(200)结合于各所述插槽，并沿所述定子铁芯(100)的径向方向配置多个接头部(220a、220b、220c及220d),

其中，多个所述接头部(220a、220b、220c、220d)从所述定子铁芯(100)的端部向前方突出的突出长度各不相同，

其中，多个所述接头部(220a、220b、220c、220d)越趋向所述定子铁芯(100)的内周侧或外周侧，形成得从所述定子铁芯(100)的端部向前方突出的长度越小，

其中，多个所述接头部(220a、220b、220c、220d)中，配置于所述定子铁芯(100)的外周侧的接头部(220c、220d)向所述定子铁芯(100)的外周方向弯曲预定程度；多个所述接头部(220a、220b、220c、220d)中，配置于所述定子铁芯(100)的内周侧的接头部(220a、220b)向所述定子铁芯(100)的内周方向弯曲预定程度；

其中，越趋向所述定子铁芯(100)的外周或内周侧，多个所述接头部(220a、220b、220c、220d)的弯曲角度越大。

2.根据权利要求1所述的发针式绕组电机的定子总成，其特征在于：

配置于最邻近所述定子铁芯(100)的内周侧的接头部(220a)或配置于最邻近所述定子铁芯(100)的外周侧的接头部(220d)，形成得从所述定子铁芯(100)的端部向前方突出的突出长度最小。

3.根据权利要求1或2所述的发针式绕组电机的定子总成，其特征在于：

多个所述接头部(220a、220b、220c、220d)中，配置于最邻近所述定子铁芯(100)的内周侧的接头部(220a)，形成得至少一部分占用所述定子铁芯(100)的内周侧端部的内侧。