CN109075624B - 用于在电机中容纳多种导体几何形状的公共层叠部件 - Google Patents

Abstract

通常在需要高槽填充的交流发电机应用中使用矩形导体导线(38)以使输出和效率最大化。然而，对于较低输出和效率的应用，圆形导体(40)导线可提高这些交流发电机的成本竞争力。一种用于芯(110)的公共层叠，其可选地容纳矩形导线(38)和圆形导线(40)以用于不同应用，而无需任何其它部件改变。该叠片具有槽(112)，该槽(112)与在槽内呈单列的圆形导线(40)对齐并且提供与槽开口(126)的预定间隙。当用圆形导线(40)缠绕时，由这些叠片形成的定子芯(110)具有相对高的槽填充因子。相同的定子芯(110)能够可选地用方形导线(38)缠绕，以甚至更高地增加槽填充因子。这种公共层叠导致两种定子构型：高槽填充型式(圆形导线)和极高槽填充型式(方形导线)。

Description

用于在电机中容纳多种导体几何形状的公共层叠部件

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年4月15日提交的美国临时专利申请第62/323，313号的权益，其内容通过引用并入本文。

技术领域

本申请涉及电机领域，尤其涉及在旋转电机中容纳多种导体几何形状。

背景技术

旋转电机通过利用彼此相对旋转的转子和定子的磁场的相互作用来运行。在常见应用中，转子设置在定子内并且能够相对于定子旋转。转子通常被固定到轴，该轴被安装用于通过设置在围绕定子的罩壳中的轴承来中心地旋转。这些电机包括在定子中的绝缘导线线圈或绕组的构型，这些绝缘导线线圈或绕组绕着定子中心轴线分布。这些绕组通常以渐进顺序布置，以限定不同的电相。定子绕组通常缠绕在定子芯的铁磁极周围，以增强定子磁场的强度。定子极通常为通常矩形或梯形的齿状横截面，并且经常由定子芯中的槽限定。

在多相电动机中，使不同相的电流流经定子中渐进顺序的导线绕组在定子中产生旋转磁场，该旋转磁场施加机电转矩到转子及其轴。相反，在多相发电机或交流发电机中，轴和转子的外部强制旋转施加旋转到磁场，该磁场在定子绕组中感生电流。

定子芯可由互锁铁叠片的堆叠形成，这些铁叠片通常由电工钢板形成。每个叠片具有中心孔，所有叠片的孔在叠片堆叠中对准，以形成具有中心轴线的定子芯中心孔。因此，定子芯可以是整体环形构件，其中心孔限定大体圆筒形并且绕着中心轴线居中的径向内孔面。该径向内孔面设置有大体轴向延伸的细长槽，其由限定定子极的叠片孔的对准的槽口部分形成。由于定子槽在叠片堆叠的整个轴向长度上延伸，并且在内侧和相反的两个轴向端上径向地开口，因此定子槽轴向地穿过邻近中心孔的叠片堆叠。

由叠片堆叠形成的槽通常位于沿着定子中心轴线交叉并且包含定子中心轴线的平面中，但这些槽也可以相对于中心轴线倾斜。定子槽通常以均匀的间距绕着定子中心轴线分布。相对于定子，在此提及的径向方向和轴向方向是相对于定子中心轴线的，并且定子槽通常从中心孔面径向地延伸到定子芯中，并且沿着孔长度轴向地延伸。因此，每个定子芯槽具有沿着定子芯孔的长度延伸的大体轴向的长度尺寸、在相邻的一对定子芯齿之间绕着中心轴线周向地延伸的宽度尺寸、以及在接近定子芯中心孔的槽开口和槽底部之间延伸的径向深度尺寸。

限定定子线圈绕组的细长电导体设置在定子槽内并沿着定子槽延伸。由于导体通过定子槽布线，它们绕着定子极缠绕。通常，定子槽绝缘体插设件位于导体和定子槽的壁之间，以确保定子绕组与定子芯电绝缘。通常，绝缘体插设件由柔性、电绝缘的片材形成，诸如纸或塑料，绝缘体插设件在导体被安装在槽中之前插设在该槽内。该片材在导体及它们相应的定子槽之间形成电绝缘层。

在多相旋转电机中，定子线圈绕组包括多个(通常为三个、五个、六个或七个)不同的相绕组，各自由诸如铜磁导线或棒的细长电导体材料形成。导体横截面通常为圆形或矩形(包括方形)，或者椭圆形。常规尺寸的圆形导线可用于这些导体。可选地，厚棒导体可用于制造线圈，该线圈具有这样的设计载流能力：与更小尺寸的圆形导线可能的匝数相比，该线圈需要更少的匝数。

每个定子槽可以容纳多种小直径导线段，其批量地缠绕且相当随机地定向和定位，并且通常在槽内彼此交叉。这种绕组的示例对于相关技术领域中的普通技术人员来说众所周知。可选择地，定子槽可在槽的径向和/或周向方向上具有以下深度和/或宽度：该深度和/或宽度是导体横截面尺寸的倍数。在三相定子的示例中，多种电导体段可被容纳在定子槽中的每个内，电导体呈预定绕组图案布置以形成定子绕组。

定子绕组的特定绕组图案在不同的电机设计之间可具有相当大的差异，并且包括例如标准缠绕构型、S型缠绕构型或分段导体构型。S型缠绕构型通常包括缠绕在定子的各槽的出口中的连续长度的导线，在该处端环将一层中的槽中部分(in-slot portion)连接到同一层中的槽中部分，以形成完整的绕组。该导线包括被定位在芯部分的槽内的相对平直长度，以及在位于芯部分端部处的槽中部分之间延伸的弯曲长度。类似地，在分段绕组构型中，这些绕组通常包括多个分段导体，其包括连接在一起的槽中部分和端部。导体的槽中部分被定位在定子槽中，并且导体的端部被连接以形成电机的绕组。

众所周知，增加定子槽中的导体材料的填充提高了电机的性能和效率。这种高槽填充定子通常包括矩形导体，这些矩形导体在每个槽中呈一个径向列单列地对齐，并且与绝缘矩形芯槽的宽度紧密配合。然而，在高槽填充定子应用中使用矩形导线会增加将绕组放置在定子中的复杂性。此外，矩形导线的每千克成本明显大于圆形导线的每千克成本。因此，对于需要较低输出和效率的应用，通过利用现有技术，诸如当前的S型缠绕技术，在同一电机中使用圆形导线来代替矩形或方形导线可提供明显的成本节省。然而，现有的高槽填充应用包括通常仅接受矩形导线的定子槽几何形状。

因此，为电机提供以下公共层叠部件将很有利：对于不同应用，这种公共层叠部件可选地容纳矩形或方形导线和圆形导线，而在电机中不需要任何其它部件改变。

发明内容

在一个实施例中，一种用于电机的定子芯，其包括具有多个齿的芯体，所述多个齿中的相邻齿在所述芯体中限定相应的槽，每个所述槽具有在所述齿从所述芯体沿着其延伸的相应方向上的槽深度以及在所述齿沿着其彼此周向地间隔的相应方向上的槽宽度，所述芯体具有以下构型，在所述构型中具有圆形横截面的多个细长导线段在每个所述槽内呈单列地布置，所述圆形横截面具有接近所述槽宽度的直径，所述槽深度具有公式

限定的范围，其中N等于所述槽中的所述第二导线段的数量，并且

等于所述第二导线段的直径。

在一个实施例中，用于相应电机的两种定子芯组件，包括第一定子芯以及与所述第一定子芯等同的第二定子芯，每个所述定子芯具有多个齿，所述多个齿中的相邻齿限定相应的槽，所述第一定子芯具有在每个槽内呈单列地布置的多个细长的第一导线段，所述第一导线段具有矩形横截面，以及，所述第二定子芯具有在每个槽内呈单列地布置的多个细长的第二导线段，所述第二导线段具有圆形横截面。

在一个实施例中，一种制造多种定子组件的方法，包括：形成多个等同的芯，每个芯具有多个齿，所述多个齿中的相邻齿在芯体中限定多个槽；用多个细长的第一导线段缠绕所述多个芯中的第一芯，所述第一导线段具有矩形横截面并且呈单列地布置在每个槽内，所述矩形横截面具有接近所述槽的槽宽度的横截面尺寸；用多个细长的第二导线段缠绕所述多个芯中的第二芯，所述第二导线段具有圆形横截面并且呈单列地布置在每个槽内，所述圆形横截面具有接近所述槽宽度的直径，经缠绕的所述第一芯具有第一槽填充因子，并且经缠绕的所述第二芯具有第二槽填充因子，所述第二槽填充因子在所述第一槽填充因子的10％以内。

附图说明

图1示出了现有技术电机的高槽填充芯的透视图；

图2示出了图1的芯的一部分的横截面视图，该芯的至少一个槽包括多个矩形导体；

图3示出了图2的槽的放大视图，其更详细地说明槽和矩形导体的特征；

图4示出了图2的芯，其交迭有圆形导体以说明该芯可选地容纳矩形和圆形导体的不兼容性；

图5示出了根据本发明的芯的横截面部分，该芯的至少一个槽包括多个圆形导体；

图6示出了图5的槽的放大视图，其更详细地说明了槽和圆形导体的特征；

图7示出了图2的芯和图5的芯交迭，其中图2的芯的槽的底部以虚线示出；以及

图8示出了使用图5的芯生产具有矩形导体的第一芯组件和具有圆形导体的第二芯组件的方法的流程图。

具体实施方式

图1和图2描绘了用于三相旋转电机的现有技术的定子芯10。芯10具有芯体11，该芯体11包括绕着中心轴线14布置的多个芯槽12，芯槽12中的每个与三个电流相中的一个相关联。这种相关联绕着芯10的周向内表面16顺序地逐渐自身重复，这限定通过芯10的大致圆筒形孔18。芯槽12在其第一端15和第二端17之间在由箭头13指示的方向上平行于芯10的中心轴线14延伸。如本文所使用的，“轴向向上方向”被限定为朝着芯10的第一端15移动，“轴向向下方向”被限定为朝着芯10的第二端17移动。

芯槽12绕着定子芯10的周向内表面16等距地间隔，并且芯槽12的相应内表面19大致平行于中心轴线14。如下更详细地讨论的，芯槽12具有沿着由箭头23指示的径向轴线的深度D_C，并且被构造成接收定子绕组。如本文所使用的，“径向向内方向”被限定为朝着芯10的中心轴线14移动，“径向向外方向”被限定为远离中心轴线14移动。

芯10由对齐互连的电工钢叠片的堆叠形成，其限定周向内表面16和芯槽12。由于叠片的堆叠形成该芯，因此参照“芯”或“芯体”描述的以下特征也描述了单独叠片的特征。类似地，描绘“芯”或“芯体”的横截面的本申请附图可被解释为描绘单独叠片的横截面。芯槽12通过由该叠片堆叠形成的定子极或齿20彼此分隔开。如沿着箭头13轴向地观察的，芯槽12的纵向内表面19为具有大约平行的侧面22、24的大体U形。芯槽侧面22、24在径向向外方向上从在周向内表面16中的槽开口26延伸。如图3最佳地示出的，每个芯槽12的深度D_C从在周向内表面16处的槽开口26延伸到在径向向外方向上与槽开口26隔开的芯槽底部28。

参照图2和图3，芯槽12各自装配有相应的绝缘套筒21，绝缘套筒21使被定位在芯槽12中的一个或多个细长段铜磁导线导体38a-h与芯10电绝缘。图2和图3所示的导线导体38a-h各自具有矩形横截面形状，其长度L_RCS大致平行于径向轴线23延伸，宽度W_RCS在平行侧面22、24之间大致垂直于径向轴线23延伸。矩形导体38a-h中的每个的横截面积大致相等。矩形导体38a-h通过芯槽12的相应平行侧面22、24呈单列对齐。如图所示，常见的是，矩形导体可包括在两个相邻边缘中间的角部上的倒圆(radii)。

图3示出了芯10的芯槽12中的一个芯槽的放大横截面视图，在该芯槽中定位有八个矩形导体38a-h。矩形导体38a-h可呈任何构型布置，包括S型缠绕构型或分段导体构型。在所示的构型中，每个导体38a-h通过至少一个绝缘层30与芯槽12中的相邻导体分隔开，并且通过绝缘套筒21与芯10分隔开。绝缘层30和绝缘套筒21各自具有大致均匀的厚度。如本文所使用的，“大致均匀的厚度”是指厚度跨越从其测得该厚度的元件的整体表面的偏差通过已知制造方法被最小化。本文提到的每个矩形导体38a-h的长度L_RCS和宽度W_RCS包括绝缘层30的厚度。如图3所示，绝缘套筒21沿着平行侧面22、24和芯槽底部28定位，以便在每个槽12中大致围绕导体38a-h，从而限定具有套筒槽宽度W_S和套筒槽深度D_S的套筒槽32。

在槽开口26处的套筒槽宽度W_S略大于矩形导体38a-h的宽度W_RCS，以便允许导体38a-h径向地插设到芯槽12中。相邻齿20之间的周向间隔可沿着深度D_C一致，或者该周向间隔可在径向向外方向上从开口26稍微加宽到在周向相邻的齿20的对接平行侧面22、24之间限定的芯槽12的宽度W_C。可以使用适于矩形导线的传统技术的任何变型来制备定子绕组，并且矩形导体38a-h单独地或者成组地通过芯槽12的开口26插设到其相应的芯槽12中。

当沿着垂直于中心轴线14定向的横截面平面观察时，每个芯槽12和套筒槽32以及到它们的公共开口26都绕着槽径向中心线34居中地定位(图2)。芯槽宽度W_C和套筒槽宽度W_S的差值大致等于绝缘套筒21厚度t的两倍(即，2t)，该绝缘套筒21内衬于芯槽12并且限定套筒槽32的内部。绝缘套筒21是已知的柔性介电材料层，其具有适于在矩形导体38a-h和芯10之间传导地传热的热特性。如上所述，套筒21可由塑料或纸张制成。如图所示，每个套筒21沿着其相应的芯槽12的周边连续地延伸，并且终止于周向内表面16。

芯槽宽度W_C和绝缘套筒厚度t是这样，使得矩形导体38a-h能在由其相应的绝缘套筒21的对接平行表面部分限定的槽壁之间不受限制地径向插设到每个芯槽12中。因此，W_S＝W_C-2t，并且接近矩形导体38a-h的宽度W_RCS。在套筒槽宽度Ws和矩形导体38a-h的宽度W_RCS之间通常存在例如从约0.1到0.8mm的间隙，与矩形导体38a-h的宽度W_RCS相比，所述间隙相当地小。在图2和图3所示的实施例中，绝缘套筒厚度t约为0.125mm，芯槽宽度W_C约为2mm，使得套筒槽宽度为1.75mm(2mm-(2*0.125mm))。具有约1.6mm的宽度W_RCS的矩形导体在绝缘套筒21的平行壁之间将具有大约0.15mm(1.75mm-1.6mm)的间隙。因此，沿着套筒槽32的深度D_S保持矩形导体38a-h的单列布置，所布置的矩形导体38a-h的表面彼此邻接地平行于导体的宽度W_RCS延伸。

图1至图3描绘的芯10的一个问题是，芯槽12被具体地构造成接收特定数量的矩形导线导体，以实现期望的性能特性。由于矩形导线通常用于高槽填充应用以便实现机器的最大输出和效率，因此这种限制对于S型缠绕电机的一些应用是可接受的。然而，存在要求较低输出和效率的许多应用，在这些应用中可以使用圆形导线来代替矩形或方形导线，从而利用与使用普通S型缠绕技术和层叠设计相关联的成本节省。

在使可选地容纳矩形导线和圆形导线的层叠槽设计标准化时，存在许多设计考虑。例如，由于圆形导线更容易绝缘并因此制造成本显著更低，因此圆形导线会比方形导线更理想。正如已知的，由于方形导线横截面面积更高并因此槽填充更高，这在降低定子温度的同时提高了性能和效率，因此在某些应用中方形导线会比某些圆形导线更理想。具有过宽的槽宽度的层叠是不期望的，这是由于齿会变薄并且很容易对磁通饱和。具有过窄的槽宽度的层叠是不期望的，这是由于导线会变得太窄并且导线的电流密度会太高。

已确定每个槽的期望导线数量为五到七。然而，具有奇数条导线的绕组可能难以制造，因此每个槽的导线的特别期望数量是六。对于12V系统，公式V＝N*d(phi)/d(t)，其中V＝感生电压，N＝电气匝数的数量，phi＝磁通量，以及t＝时间，表明对于电机来说六个电气匝数可能是过多的匝数。此外，由于制造限制，转子极通常为十二至十六个极。众所周知，极的数量和转子的表面线性速度确定了d(phi)/d(t)。因此，为了实现12V系统的适当V，对于高槽填充Y型缠绕(wye-wound)电机，极的数量乘以匝数的数量通常为约48，并且电气匝数的数量通常为3或4。为了利用槽中六个导线(six wire-in-a-slot)的定子实现三或四个电气匝数，绕组可以是导致三个匝数的双线型，或者绕组可以是导致三个半有效Y型匝数的三角形接线，这是由于三角形有效Y型匝数等于匝数/1.734。

此外，已经确定的是，对于具有圆形导线的槽中六个导线的定子，期望从周向内表面16到在径向向外方向上的最内导体(即，图2和图3中的矩形导体38a)具有约0.5mm的间隙。图4描绘了图2的芯10在套筒槽32中交迭有六个圆形导体40a-f。为了清楚起见，矩形导体38a-h用实线表示，而圆形导体用虚线表示。圆形导体40a-f各自具有大约等于矩形导体38a-h的宽度W_RCS的直径

如本文所使用的，“大约等于”或“接近”第二尺寸的第一尺寸是指第一尺寸在从第二尺寸测量的窄尺寸范围内。例如，直径

为2.0mm的圆形导体40a-f并不大约等于宽度W_RCS为1.6mm的矩形导体38a-h，而直径

为1.575mm的圆形导体40a-f大约等于宽度W_RCS为1.6mm的矩形导体38a-h。如图4所示，最内的圆形导体40a在径向向外方向上与周向内表面16没有间隙。代替地，最内的圆形导体40a在径向向内方向上从周向内表面16延伸。因此，在上述的优选条件下，现有技术芯10的槽设计在可选的应用中不能充分地容纳矩形导线和圆形导线。

图5和图6示出了用于三相电机并且被构造成在可选的应用中接收矩形导体(即，图2和图3所示的38a-h)和圆形导体40a-f的芯110。缠绕有矩形导体的芯在本文中有时称为“第一构型”，而缠绕有圆形导体的芯在本文中有时称为“第二构型”，但是该芯的结构在第一构型和第二构型中相同。芯110还具有如下优点，在周向内表面16和最内导体(即，图2和图3中的矩形导体38a以及图5和图6中的圆形导体40a)之间的期望间隙适于(result with)任一导体几何形状。在图5和图6中，与图1至图4的芯10中的那些元件类似的芯110的元件被以相同的附图标记标识，而新的或改变的元件用单撇符号标识或者通过将先前的附图标记增加100来标识。如以下所使用的，术语“矩形导体”、“矩形导线”等是指当沿着垂直于芯110的中心轴线14定向的横截面平面观察时具有矩形而非方形横截面几何形状的导体。

芯110具有芯体111，该芯体111包括绕着中心轴线14布置的多个芯槽112，芯槽112中的每个与三个电流相中的一个相关联。这种相关联绕着芯110的周向内表面16顺序地逐渐自身重复，这限定通过芯10的大致圆筒形孔18。芯槽112在其第一端15和第二端17之间平行于芯110的中心轴线14延伸。芯槽112绕着定子芯110的周向内表面16等距地间隔，并且大致平行于中心轴线14。芯槽112具有沿着径向轴线23(图1)的深度D_C′(图6)。

在所示实施例中的芯110由对齐互连的电工钢叠片的堆叠形成，其限定周向内表面16和芯槽112。在其它实施例中的芯可以任何其它已知的方式形成。由于叠片的堆叠形成该芯110，因此参照“芯”或“芯体”描述的以下特征也描述了单独叠片的特征。芯槽112通过由该叠片堆叠形成的定子极或齿120彼此分隔开。如沿着箭头13(图1)轴向地观察的，芯槽112的纵向内表面119为具有大约平行的侧面122、124的大体U形。芯槽侧面122、124在径向向外方向上从在周向内表面16中的槽开口126延伸。如图6最佳地示出的，每个芯槽112的深度D_C′从在周向内表面16处的槽开口126延伸到在径向向外方向上与槽开口126隔开的芯槽底部128。

芯槽112各自装配有相应的绝缘套筒121，绝缘套筒121使被定位在芯槽112中的圆形导体40a-f与芯110电绝缘。如参考图4所讨论的，圆形导体40a-f的直径

大约等于在图1至图3中描绘的矩形导体38a-h的宽度W_RCS。类似地，圆形导体40a-f中的每个的横截面积大致相等。圆形导体40a-f通过芯槽112的相应平行侧面122、124呈单列对齐。

图6示出了芯110的芯槽112中的一个芯槽的放大横截面视图，在该芯槽定位有六个圆形导体40a-f。在所示的构型中，每个导体40a-f通过至少一个绝缘层130与芯槽112中的相邻导体分隔开，并且通过绝缘套筒121与芯110分隔开。绝缘层130和绝缘套筒121各自具有大致均匀的厚度。本文提及的圆形导体40a-f中的每个的直径

包括绝缘层130的厚度。在所示的实施例中，直径

为大约1.6mm。如图6所示，绝缘套筒121沿着平行侧面122、124和芯槽底部128定位，以便大致围绕槽112中的每个中的导体40a-f，从而限定具有套筒槽宽度W_S和套筒槽深度D_S'的套筒槽132。

由于圆形导体40a-f的直径

大约等于矩形导体38a-h的宽度W_RCS，槽开口26处的套筒槽宽度W_S对于芯10和芯110可以相同。与芯10类似，在芯110的相邻齿120之间的周向间隔可沿着深度D_C一致，或者该周向间隔可在径向向外方向上从开口26稍微加宽到在周向相邻的齿120的对接平行侧面122、124之间限定的芯槽112的宽度W_C。可以使用适于圆形导线的传统技术的任何变型来制备定子绕组，并且圆形导体40a-h单独地或者成组地通过芯槽112的开口26插设到其相应的芯槽112中。

当沿着垂直于中心轴线14定向的横截面平面观察时，每个芯槽112和套筒槽132以及到它们的公共开口26绕着槽径向中心线34居中地定位(图5)。芯槽宽度W_C和套筒槽宽度W_S的差值大致等于绝缘套筒121厚度t的两倍(即，2t)，所述绝缘套筒121内衬于芯槽112并且限定套筒槽132的内部。图5和图6的绝缘套筒121由与图2和图3的绝缘套筒32相同的材料形成。如此，套筒槽宽度W_S大约等于芯槽宽度W_C减去绝缘套筒121的厚度t的两倍(即，W_S＝W_C-2t)，并且以与关于矩形导体38a-h所述的间隙类似的间隙接近圆形导体40a-f的直径

因此，沿着套筒槽132的深度D_S'保持圆形导体40a-f的单列布置，所布置圆形导体40a-f的周向表面沿着槽径向中心线34对齐并且彼此邻接。

如上所述，期望从芯110的周向内表面16到在径向向外方向上的最内导体(即，图5和图6中的矩形导体40a)具有约0.5mm的间隙。为了接近芯110中的这种间隙，套筒槽深度D_S'(图6)在圆形导线直径的N倍加上0.2((N*导线直径)+0.2)和圆形导线直径的N+1倍((N+1)*导线直径)之间，其中N＝芯槽112中的导线数量。因此，在圆形导体40a-h的直径

和套筒槽深度D_S'之间的关系可以表述为：

(N*导线直径)+0.2≤D_S'≤(N+1)*导线直径。

因此，对于需要用直径为1.6mm的圆形导体缠绕、每个槽六个导体的芯110，套筒槽深度D_S'在9.8mm((6*1.6)+0.2)和11.2mm((6+1)*1.6)之间。类似地，对于用较小直径(例如，1.3mm)的圆形导体缠绕、每个槽具有较少导体(例如每个槽5个导体)的芯110，套筒槽深度D_S'在6.7mm((5*1.3)+0.2)和7.8mm((5+1)*1.3)之间。基于这种关系，包括如下圆形导体的芯110具有比芯10中的套筒槽深度D_S长大约10％的套筒槽深度DS'：每个槽具有6个导体，并且直径大约等于也可被容纳的矩形导体的宽度。

通过这种槽设计，圆形导线可以呈单列地插设在芯110中，并且与具有大约0.62(或62％槽填充)(图3)的矩形导线的芯10相比，槽填充因子将相当高地保持在大约0.56(或56％槽填充)(图6)。处于第二构型的芯的槽填充因子是处于第一构型的芯的槽填充因子的9.7％((0.62-0.56)/0.62)，或者处于第二构型的芯的槽填充因子在处于第一构型的芯的槽填充因子的10％以内。在没有通过外力作用使芯中导线变形的情况下确定了所述实施例中的槽填充因子。因此，芯110的槽设计为两种单独的定子设计提供了单个层叠设计：使用圆形导线的高槽填充型式和使用方形导线的极高槽填充型式。如本领域已知的，槽填充因子等于导体面积(或体积)与总槽面积(或体积)之比。例如，0.5的槽填充因子表示导体占据了槽面积(或体积)的一半(50％)。槽面积(或体积)的另一半由导体绝缘、槽绝缘以及在导体之间和在导体与槽侧面之间的间隙占据。

图7示出了图2的芯10与图5的芯110的交迭，芯10的芯槽底部28用虚线示出。如图7所示，以上建立的套筒槽深度D_S与圆形导体直径之间的关系导致芯槽112在外径向方向上是细长的。具体而言，芯10的芯槽底部28从由虚线描绘的位置被调整到芯110的芯槽底部128的位置。如上所讨论的，细长的芯槽112使芯110能够在可选应用中接受矩形导体(即，图2和图3所示的38a-h)和圆形导体40a-f(即，图5和图6所示的40a-f)。

一种用于形成电机的定子组件的方法200的流程图在图8中示出并参照图2至图6进行描述。该方法开始于形成包括第一定子芯110₁和第二定子芯110₂的多个等同定子芯，每个定子芯110₁、110₂限定多个定子槽112₁、112₂，多个定子槽112₁、112₂绕着芯的中心轴线14周向地间隔并且根据公式(N*导线直径)+0.2≤D_S'≤(N+1)*导线直径在径向向外方向上从芯的周向内表面16延伸深度D_S'到芯槽底部128₁、128₂(框202)。在方法200的这种描述中，在附图标记之后使用下标以区分第一定子芯和第二定子芯的相同特征。

第一绕组38a-h被组装在第一定子芯110₁上，当沿着垂直于第一芯110₁的中心轴线14定向的横截面平面观察时第一绕组具有矩形横截面(框204)。第二绕组40a-f被组装在第二定子芯110₂上，当沿着垂直于第二芯110₂的中心轴线14定向的横截面平面观察时第二绕组具有圆形横截面(框206)。第一绕组38a-h呈单列地设置在第一芯110₁的第一槽112₁内，而第二绕组40a-f呈单列地设置在第二芯110₂的第二槽112₂内。相应的第一绕组38a-h和第二绕组40a-f的最内导体38a、40a与第一芯110₁和第二芯110₂的周向内表面16间隔预定距离。与第一绕组组装的第一定子芯具有第一槽填充因子，与第二绕组组装的第二定子芯具有第二槽填充因子。第二槽填充因子在第一槽填充因子的10％以内。

定子芯的一个或多个实施例的上述详细描述在本文中仅以示例以及非限制的方式给出。将会认识到，在不结合本文描述的其它特征和功能的情况下可以获得的本文描述的某些单独特征和功能具有优点。此外，将会认识到，以上公开实施例的多种替代、修改、变型或改进以及其它特征和功能或其替代，可期望地组合成许多其它不同的实施例、系统或应用。本领域技术人员随后可作出也旨在由所附权利要求涵盖的目前不可预见或未预料的替代、修改、变型或改进。因此，任何所附权利要求的精神和范围都不应限于本文所包含的实施例的描述。

Claims (18)

1.一种用于电机的定子芯，包括：

具有多个齿(120)的芯体(111)，所述多个齿(120)中的相邻齿(120)在所述芯体(111)中限定相应的槽(112)，每个所述槽(112)具有在所述齿(120)从所述芯体(111)沿着其延伸的相应方向(23)上的槽深度(D_C')以及在所述齿(120)沿着其彼此周向地间隔的相应方向上的槽宽度(W_C)，

其中，所述芯体(111)具有第一构型，在所述第一构型中，具有矩形横截面的多个细长的第一导线段(38)呈单列地布置在每个所述槽(112)内，所述矩形横截面具有接近所述槽宽度(W_C)的横截面尺寸(W_RCS)；

其中，所述芯体(111)具有第二构型，在所述第二构型中，具有圆形横截面的多个细长的第二导线段(40)在每个所述槽(112)内呈单列地布置，所述圆形横截面具有接近所述槽宽度(W_C)的直径

所述芯体(111)在所述第一构型和所述第二构型中的所述槽深度(D_C')具有由以下公式限定的范围

其中，N等于所述槽(112)中的所述第二导线段(40)的数量，并且

等于所述第二构型中的所述第二导线段(40)的直径。

2.根据权利要求1所述的定子芯，其特征在于：

呈所述第一构型的所述芯体(111)具有第一槽填充因子，并且呈所述第二构型的所述芯体(111)具有第二槽填充因子，所述第二槽填充因子在所述第一槽填充因子的10％以内。

3.根据权利要求1所述的定子芯，其特征在于，所述多个齿(120)的远端面限定所述芯体(111)的周向表面(16)，所述第二导线段(40)中的最远段(40a)具有到所述周向表面(16)的最小间隙。

4.根据权利要求1所述的定子芯，其特征在于，所述定子芯还包括多个绝缘套筒(121)，所述多个绝缘套筒(121)相应地布置在所述槽(112)中的每个中，所述绝缘套筒具有大致均匀的厚度(t)，所述圆形横截面的直径

接近所述槽宽度(W_C)、尤其接近所述槽宽度(W_C)减去所述绝缘套筒的厚度(t)的两倍(W_C-2t)。

5.根据权利要求4所述的定子芯，其特征在于：

所述第一导线段(38)具有厚度大致均匀的第一绝缘层(30)，所述第一导线段(38)的横截面尺寸(W_RCS)包括所述第一绝缘层(30)的厚度，以及

所述第二导线段(40)具有厚度大致均匀的第二绝缘层(130)，所述第二导线段(40)的直径

包括所述第二绝缘层(130)的厚度。

6.根据权利要求5所述的定子芯，其特征在于，每个所述绝缘套筒(121)限定套筒槽(132)，所述套筒槽(132)具有在槽宽度方向上的套筒槽宽度(W_S)以及在槽深度方向(23)上的套筒槽深度(D_S')，所述套筒槽宽度(W_S)大约等于所述槽宽度(W_C)减去所述绝缘套筒的厚度(t)的两倍(W_C-2t)，所述套筒槽深度(D_S')具有由以下公式限定的范围

7.根据权利要求2所述的定子芯，其特征在于，所述槽(112)中的每个中的第一导线段(38)的数量在所述芯体(111)的第一构型中为八个，所述槽(112)中的每个中的第二导线段(40)的数量在所述芯体(111)的第二构型中为六个。

8.根据权利要求7所述的定子芯，其特征在于，所述第一槽填充因子为0.62，所述第二槽填充因子为0.56。

9.根据权利要求3所述的定子芯，其特征在于，所述第二导线段(40)中的最远段(40a)到所述周向表面(16)的最小间隙为0.5mm。

10.用于相应电机的两种定子芯组件，包括：

第一定子芯(110₁)以及与所述第一定子芯(110₁)等同的第二定子芯(110₂)，每个所述定子芯具有多个齿(120)，所述多个齿(120)中的相邻齿(120)限定相应的槽(112)，

其中，所述第一定子芯(110₁)具有在每个槽(112)内呈单列地布置的多个细长的第一导线段(38)，所述第一导线段具有矩形横截面，以及

所述第二定子芯(110₂)具有在每个槽(112)内呈单列地布置的多个细长的第二导线段(40)，所述第二导线段具有圆形横截面；

每个槽(112)具有在所述齿(120)从相应的定子芯沿着其延伸的相应方向(23)上的槽深度(D_C')，所述槽深度(D_C')具有由以下公式限定的范围

其中，N等于所述槽(112)中的所述第二导线段(40)的数量，并且

等于所述第二导线段(40)的直径。

11.根据权利要求10所述的定子芯组件，其特征在于：

每个槽(112)具有在所述齿(120)沿着其彼此周向地间隔的相应方向上的槽宽度(W_C)，

所述第一定子芯的所述第一导线段的矩形横截面具有接近所述槽宽度(W_C)的横截面尺寸(W_RCS)，以及

所述第二定子芯的所述第二导线段的圆横截面具有接近所述槽宽度(W_C)的直径

12.根据权利要求10所述的定子芯组件，其特征在于，所述槽宽度(W_C)被构造成使得所述第一导线段(38)能不受限制地径向插设在所述第一定子芯(110₁)中，以及使得所述第二导线段(40)能不受限制地径向插设在所述第二定子芯(110₂)中。

13.根据权利要求10所述的定子芯组件，其特征在于，所述多个齿(120)中的每个齿具有与所述槽(112)的底部间隔的远端，并且所述第二定子芯(110₂)中的所述第二导线段(40)的最远段(40a)具有到相邻齿(120)的所述远端的预定最小间隙。

14.一种用于形成电机的芯的叠片，包括：

具有盘状形状的叠片本体(111)，所述叠片本体(111)具有多个齿(120)，所述多个齿(120)中的相邻齿(120)限定相应的槽(112)，每个所述槽(112)具有在所述齿(120)从所述叠片本体(111)沿着其延伸的相应方向(23)上的槽深度(D_C')以及在所述齿(120)沿着其彼此周向地间隔的相应方向上的槽宽度(W_C)，

其中，所述叠片本体(111)被构造成容纳具有矩形横截面的多个第一细长导线段(38)，所述矩形横截面具有接近所述槽宽度(W_C)的横截面尺寸(W_RCS)，使得所述槽(112)将所述第一细长导线段(38)呈单列地对齐在所述槽(112)内，

其中，所述叠片本体(111)被构造成可选地容纳具有圆形横截面的多个第二细长导线段(40)，所述圆形横截面具有接近所述槽宽度(W_C)的直径

使得所述槽(112)将所述第二细长导线段(40)呈单列地对齐在所述槽(112)内，以及

其中，所述槽深度(D_C')具有由以下公式限定的范围

其中，N等于所述槽(112)中的所述第二导线段(40)的数量，并且

等于所述第二导线段(40)的直径

15.一种制造用于电机的定子的方法，所述定子包括具有多个齿的芯体，所述多个齿中的相邻齿在所述芯体中限定相应的槽，每个所述槽具有在所述齿从所述芯体沿着其延伸的相应方向上的槽深度(D_C')以及在所述齿沿着其彼此周向地间隔的相应方向上的槽宽度，所述方法包括：

确定第一芯体构型，在所述第一芯体构型中，具有矩形横截面的多个细长的第一导线段呈单列地布置在每个所述槽内，所述矩形横截面具有接近所述槽宽度的横截面尺寸；

确定第二芯体构型，在所述第二芯体构型中，具有圆形横截面的多个细长的第二导线段在每个所述槽内呈单列地布置，所述圆形横截面具有接近所述槽宽度的直径；

计算所述芯体在所述第一芯体构型和所述第二芯体构型中的槽深度(D_C')，所述槽深度(D_C')具有由以下公式限定的范围

其中，N等于所述槽中的所述第二导线段的数量，并且

等于所述第二构型中的所述第二导线段的直径；

制造具有所述第一芯体构型的第一芯体，其中，所述第一导线段中的每个具有将导体与在所述槽中的相邻导体隔开的第一绝缘层，所述第一导线段的横截面尺寸包括所述第一绝缘层的厚度，所述第一芯体具有第一槽填充因子；以及

制造具有所述第二芯体构型定子具有所述第二芯体构型的第二芯体，其中，所述第二导线段中的每个具有将导体与所述槽中的相邻导体隔开的第二绝缘层，所述第二导线段的直径包括所述第二绝缘层的厚度，所述第二芯体具有第二槽填充因子，所述第二槽填充因子在所述第一槽填充因子的10％以内。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，八个第一导线段被定位在所述第一芯体构型中的所述槽中的每个中，并且在所述第二芯体构型中，所述槽中的每个中的第二导线段的数量为六个。

17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一槽填充因子为0.62，所述第二槽填充因子为0.56。

18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第二导线段中的最远段到周向表面的最小间隙为0.5mm。

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