CN109075639B - 设有具有端部环路布置的绕组的电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机(50)，所述电机包括转子(52)和定子(64)并具有第一绕组(70)。定子槽(68)限定多个层位置(98，100)，其中每个层位置相对于轴线(56)的径向距离不同。存在奇数个所选定子槽(68a)，其中对于设置在不同层位置的两个槽段而言，一对端部环路(96a，96b；96c，96d)使得槽段中的每个槽段与处于同一层位置中的不同槽段中的另一个槽段连接。在一些实施例中，至少60％的端部环路连接设置在不同层位置的槽段。对于一些实施例，在每个绕组中仅提供单个所选定子槽(68a)，其中，该端部环路被定位成降低空间冲突。

Description

设有具有端部环路布置的绕组的电机

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年4月21日提交的标题为“设有具有端部环路布置的绕组的电机”的序列号为15/135,320的美国专利申请的优先权，其公开内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及电机，更具体地涉及用于电机的绕组装置。

背景技术

很多电机采用具有芯的定子，所述芯具有多个轴向延伸的槽以接收一个或多个绕组。每个绕组皆由连续的电导体形成，该电导体延伸通过定子槽中的多个定子槽，其中，端部环路部分连接布置在定子槽中的绕组段。端部环路延伸超过定子芯的轴向端部。绕组的两个相对端部连接到电机的适当部件，该适当部件可以根据电机的设计而不同。

对于许多电机而言，例如具有Y形构造的电机，绕组的一端部将是相引线，所述相引线连接到电源或负载，而绕组的另一端部连接到中性连接件。绕组的两个端部通常从定子的相同轴向端部延伸。许多绕组还包括位于绕组中点处的换向环路。通常，每个端部环路将连接设置在不同层中的槽段，然而，传统的换向端部环路连接位于同一层中的两个槽段。绕组也可以在绕组的该中点处具有电连接件，例如，绕组可以具有适当的连接件以提供串联构造或并联构造。换向环路和连接件(例如串联连接件)通常也位于与绕组的两个端部相同的定子轴向端部处。绕组的这些各种特征可能难以适应定子轴向端部处的有限空间。多相电机(例如三相电机)包括的绕组数量与相位数量至少相等，其中，每个绕组均存在这样的空间困难。

图1示出了传统绕组图的一个相位。该图描绘了绕组，在所述绕组内每个槽保持两层绕组。这两层相对于中央轴线处于不同径向距离处，但位于从中央轴线向外延伸的共同径向线上。在该图中，绕组以实线和虚线示出。实线的使用表示绕组位于第一层中，而虚线表示绕组位于第二层中。圆22表示在其处两个发夹式线段已焊接在一起的焊缝。绕组的一端部24是相引线，所述相引线将被连接到整流器或其他部件。绕组的中性引线26连接到中性连接件28。换向环路30位于绕组的中点，并在绕组的两个半体之间形成串联连接。从该图中可以看出，中性连接件28和换向环路30位于同一层中。这要求中性连接件28或换向环路30轴向移位以在空间上容纳这两种结构。

图2是示出使用三个绕组的示意性绕组图，其中每个绕组具有与图1中所示相同的构造。这种布置适用于三相电机。如可以参照图2理解的那样，每个绕组在定子芯的每个槽中均未设置槽段。图2示出了在具有Y形构造的电机中如何使用中性连接件28将三个不同相中的每一相的中性引线26连接在一起。本领域普通技术人员将理解图2中所示的绕组的布置和功能。

对于一些电机设计而言，由换向环路和中性连接件在同一层中产生的空间冲突是显著问题。例如，利用通常被称为大“发夹”以形成定子绕组的电机可能在定子的轴向端部处遇到空间冲突。当在定子绕组的情形中使用时，大发夹通常是指横截面积为4mm²或更大的电线。这种发夹通常具有大致U形形状，具有中央端部环路部分和两个支腿。两个支腿插入穿过定子中的槽，然后在定子的一端部处被焊接到相邻的发夹支腿，从而形成来自多个发夹的连续绕组。

这种绕组及其各种特征必须装配到空间外壳中，该空间外壳通常由：1)对应于定子内径的转子和转子风扇限定；2)对应于壳体外径的壳体；3)轴向设置成超过绕组的端部环路的壳体端部面。

已经使用了若干种方法来解决在电机内的该位置处出现的空间冲突。例如，美国专利No.8,716,910B2公开了一种电机，其中绕组包括跨接段32，该跨接段32延伸到由定子限定的内圆柱形空间中，该专利以引用的方式并入本文。该布置在图4中示出并且对于有外部风扇或根本没有风扇的电机工作良好。然而，跨接线32的位置可能会与内部风扇的使用发生冲突，该内部风扇与转子联接并且位于由定子芯36的内径34限定的圆柱形空间内。

在总部位于密歇根州诺维的Prestolite Electric股份有限公司制造的交流发电机中利用了解决这些空间冲突的另一种已知方法，其以Prestolite Electric和Leece-Neville商标销售产品。在该方法中，如图3所示，在定子的一个轴向端部处，绕组40的一个端部38延伸以形成相位引线，并且存在换向环路42而且包括串联连接。绕组的相对端部44与中性连接件46联接。中性连接件46位于定子的相对轴向端部处，而不是在定子的与相引线38相同的轴向端部处设置中性连接46。通过将中性连接件放置在相对的轴向端部处，减轻了空间约束。然而，这种布置要求对于一个槽省略了绕组的一次通过。对于具有两层的定子绕组而言，这将导致一个槽仅由绕组填充一半。该半空槽减小了电机的输出并且可能在电机的操作期间产生磁噪声。

减轻电机轴向端部处存在的空间约束的进一步改进是令人期望的。

发明内容

本发明提供一种具有定子绕组布置的电机，该定子绕组布置减轻靠近定子端部环路的空间冲突。

在本发明的一种形式中，本发明包括电机，该电机包括转子，所述转子可绕轴线旋转并且可操作地与定子联接，其中，定子限定相对的第一轴向端部和第二轴向端部以及多个轴向延伸的定子槽。至少一个绕组限定至少一个相，并且所述至少一个绕组包括第一相的第一绕组。第一绕组包括从第一端部延伸到第二端部的导体，其中，在第一端部和第二端部之间，第一绕组限定多个槽段和多个端部环路。每个所述槽段设置在一个所述定子槽内，每个端部环路连接设置在不同定子槽中的槽段中的一对。每个所述定子槽限定多个层位置，其中每个层位置相对于轴处于不同径向距离处，由此槽段可定位在每个定子槽的多个层位置中。更具体地，至少一个槽段可定位在每个定子槽的多个层位置之一中。由第一绕组限定的端部环路的至少60％连接设置在多个层位置之一中的槽段，其中，另一个槽段设置在多个层位置中的另一个中。对于第一绕组而言，电机限定奇数个所选定子槽，其中，在所选定子槽中的每一个中，设置在所选定子槽中的第一槽段和第二槽段位于不同的层位置中，其中，第一槽段和第二槽段分别连接到第一端部环路和第二端部环路，其中，第一端部环路连接第一槽段和第三槽段，其中，第三槽段设置在与第一槽段相同的层位置中，第二端部环路连接第二槽段和第四槽段，其中，第四槽段设置在与第二槽段相同的层位置中。

在电机的一些实施例中，仅有一个所选定子槽。

在一些实施例中，第一端部环路限定第一对支腿和在第一对支腿之间延伸的第一中央部分，第二端部环路限定第二对支腿和在第二对支腿之间延伸的第二中央部分，第一端部环路的支腿和第二端部环路的支腿中的每一个与槽段连接，并且其中第一对支腿和第二对支腿中的一对支腿沿顺时针方向倾斜而第一对支腿和第二对支腿中的另一对支腿沿逆时针方向倾斜。

在一些实施例中，第一绕组的第一端部和第二端部设置在定子的第一轴向端部处，并且第一端部环路和第二端部环路设置在定子的第二轴向端部处。在这样的实施例中，可以只有一个所选定子槽。这样的实施例也可以构造成使得第一绕组的第一端部和第二端部与设置在不同层位置中的槽段连接。在这种实施例的又一变型中，第一绕组可包括多个发夹式段，其中每个发夹式段限定连接两个支腿的端部环路，两个支腿中的每一个限定一槽段，其中，支腿的远侧部分限定端部环路的一部分，并且其中独立且相邻的发夹式段的远侧部分焊接在一起以形成限定绕组的导体，并且其中焊缝都设置在定子的第二轴向端部上。

在其他实施例中，第一绕组的第一端部和第二端部以及第一端部环路和第二端部环路都设置在定子的第一轴向端部处。在这种实施例的变型中，可能只有一个所选定子槽。

在一些实施例中，电机限定三相电机，并且电机的第二相至少部分地由第二绕组限定，其中第二绕组包括从第三端部延伸到第四端部的第二导体。在第三端部和第四端部之间，第二绕组限定第二绕组的多个槽段和第二绕组的多个端部环路，其中，所述第二绕组的多个槽段中的每一个设置在定子槽之一中并且所述第二绕组的多个端部环路中的每一个连接设置在不同定子槽中的所述第二绕组的多个槽段中的一对。由第二绕组限定的第二绕组的多个端部环路中的至少60％连接设置在多个层位置之一中的槽段，其中，另一个槽段设置在所述多个层位置中的另一个中。对于第二相，电机限定奇数个第二相所选定子槽，其中，在第二相所选定子槽中的每一个处，设置在第二相所选定子槽中的第五槽段和第六槽段位于不同的层位置，其中，第五槽段和第六槽段分别连接到第三端部环路和第四端部环路，其中第三端部环路连接第五槽段和第七槽段，所述第七槽段设置在与第五槽段相同的层位置中，第四端部环路连接第六槽段和第八槽段，所述第八槽段设置在与第六槽段相同的层位置中。

在具有第二绕组的电机的一些实施例中，第一绕组的第一端部和第二端部以及第二绕组的第三端部和第四端部都设置在定子的第一轴向端部处，第一端部环路、第二端部环路、第三端部环路和第四端部环路都设置在定子的第二轴向端部处。电机还包括中性连接件，其中，中性连接件与第一绕组的第一端部和第二端部中的一个以及第二绕组的第三端部和第四端部中的一个连接。中性连接件由限定延伸小于360度的一圆形段的导体形成，并且设置成相对于轴线的径向距离与在定子的第一轴向端部处第一槽段和第二槽段中的一个相对于轴线的径向距离相同。

在这种具有中性连接件的电机中，电机可以具有第三相，该第三相至少部分地由第三绕组限定，该第三绕组包括从第五端部延伸到第六端部的第三导体，其中，第五端部和第六端部设置在定子的第一轴向端部处。在第五端部和第六端部之间，第三绕组限定第三绕组的多个槽段和第三绕组的多个端部环路，第三绕组的多个槽段中的每一个设置在定子槽中的一个，并且第三绕组的多个端部环路中的每一个连接设置在不同定子槽中的第三绕组的多个槽段中的一对。在定子的第一轴向端部处，并且对于由中性连接件限定的圆形段内的定子槽，由第三绕组限定的第三绕组的多个端部环路使得设置在多个层位置之一中的槽段与设置在多个层位置中的另一个中的另一个槽段连接。

在具有这种第三绕组的实施例的一些变型中，由第三绕组限定的第三绕组的多个端部环路中的至少60％可以连接设置在多个层位置之一中的槽段与设置在多个层位置中的另一个中的另一个槽段。另外，对于这样的第三相，电机可以限定奇数个第三相所选定子槽，其中，在第三相所选定子槽中的每一个处，设置在第三相所选定子槽中的第九槽段和第十槽段位于不同层位置中，其中，第九槽段和第十槽段分别连接到第五端部环路和第六端部环路，其中第五端部环路连接第九槽段与第十一槽段，所述第十一槽段设置在与第九槽段相同的层位置中，第六端部环路连接第十槽段与第十二槽段，所述第十二槽段设置在与第十个槽段相同的层位置中。在一些变型中，仅存在一个所选定子槽，仅存在一个第二相所选定子槽，仅存在一个第三相所选定子槽，并且第五端部和第六端部环路设置在定子的第一轴向端部处。

在本发明的另一种形式中，本发明包括一种电机，该电机包括转子，所述转子可绕轴线旋转并且可操作地与定子联接，其中定子限定相对的第一轴向端部和第二轴向端部以及多个轴向延伸的定子槽。电机还包括限定至少一个相的至少一个绕组，所述至少一个绕组包括第一相的第一绕组，其中第一绕组包括从第一端部延伸到第二端部的导体。在第一端部和第二端部之间，第一绕组限定多个槽段和多个端部环路，每个槽段设置在定子槽中的一个内，并且端部环路中的每一个连接设置在不同定子槽中的槽段中的一对。定子槽中的每一个限定多个层位置，其中，层位置中的每一个相对于轴线处于不同的径向距离处，由此槽段可定位在每个定子槽的所述多个层位置中。更具体地，至少一个槽段可定位在每个定子槽的所述多个层位置中的每一个中。第一绕组在第一绕组的中点处、在定子的第一轴向端部处限定串联连接。第一绕组的中点设置在用来连接设置在不同层位置中的槽段中的一对的端部环路中。对于第一绕组，电机限定奇数个所选定子槽，其中，在每个所选定子槽中，设置在所选定子槽中的第一槽段和第二槽段位于不同的层位置，其中，第一槽段和第二槽段分别连接到第一端部环路和第二端部环路，其中第一端部环路连接第一槽段和第三槽段，所述第三槽段设置在与第一槽段相同的层位置中，第二端部环路连接第二槽段和第四槽段，所述第四槽段设置在与第二槽段相同的层位置中。

在这种电机的一些实施例中，由第一绕组限定的至少60％的端部环路连接设置在多个层位置之一中的槽段与设置在多个层位置中的另一个中的另一个槽段。

在一些实施例中，第一端部环路限定第一对支腿和在第一对支腿之间延伸的第一中央部分，并且第二端部环路限定第二对支腿和在第二对支腿之间延伸的第二中央部分，其中，第一端部环路的支腿和第二端部环路的支腿中的每一个与一槽段连接，并且其中第一对支腿和第二对支腿中的一对支腿沿顺时针方向倾斜，而第一对支腿和第二对支腿中的另一对支腿沿逆时针方向倾斜。

在电机的又一实施例中，电机限定三相电机，并且电机的第二相至少部分地由第二绕组限定，所述第二绕组包括从第三端部延伸到第四端部的第二导体。在第三端部和第四端部之间，第二绕组限定第二绕组的多个槽段和第二绕组的多个端部环路，其中第二绕组的多个槽段中的每一个设置在定子槽中的一个内，并且第二绕组的多个端部环路中的每一个连接设置在不同定子槽中的第二绕组的多个槽段中的一对。第二绕组在第二绕组的中点处、在定子的第一轴向端部处限定串联连接，并且第二绕组的中点设置在连接布置在不同层位置中的槽段中的一对的端部环路中。对于第二相，电机限定奇数个第二相所选定子槽，其中，在第二相所选定子槽中的每一个处，设置在第二相所选定子槽中的第五槽段和第六槽段位于不同的层位置中，其中，第五槽段和第六槽段分别连接到第三端部环路和第四端部环路，其中，第三端部环路连接第五槽段与第七槽段，所述第七槽段设置在与第五槽段相同的层位置中，第四端部环路连接第六槽段和第八槽段，所述第八槽段设置在与第六槽段相同的层位置中。

在这种包括第二绕组的电机的一些实施例中，电机还可包括第三相，该第三相至少部分地由第三绕组限定，该第三绕组包括从第五端部延伸到第六端部的第三导体，其中，第五端部和第六端部设置在定子的第一轴向端部处。在第五端部和第六端部之间，第三绕组限定第三绕组的多个槽段和第三绕组的多个端部环路，其中，所述第三绕组的多个槽段中的每一个设置在定子槽中的一个内，并且所述第三绕组的多个端部环路中的每一个连接设置在不同定子槽中的所述第三绕组的多个槽段中的一对。第三绕组在第三绕组的中点处、在定子的第一轴向端部处限定串联连接，其中，第三绕组的中点设置在连接设置在不同层位置中的槽段中的一对的端部环路中。对于第三相，电机限定奇数个第三相所选定子槽，其中，在每个第三相所选定子槽中，设置在第三相所选定子槽中的第九槽段和第十槽段位于不同的层位置，第九槽段和第十槽段分别连接到第五端部环路和第六端部环路，其中第五端部环路连接第九槽段和第十一槽段，所述第十一槽段设置在与第九槽段相同的层位置中，第六端部环路连接第十槽和第十二槽段，所述第十二槽段设置在与第十个槽段相同的层位置中。

在具有第三绕组的这种实施例中，电机可以构造成使得包含第一绕组的中点的端部环路、包含第二绕组的中点的端部环路和包含第三绕组的中点的端部环路的形状皆类似于紧邻的端部环路，从而与紧邻的端部环路嵌套。

附图说明

通过结合附图参照本发明实施例的下述描述，本发明的上述特征和其他特征以及实现它们的方式将变得更加明显，并且本发明本身将被更好地理解，在所述附图中：

图1是现有技术构造的示意性绕组图；

图2是现有技术构造的示意性绕组图；

图3是现有技术构造的示意性绕组图；

图4是现有技术定子组件的俯视图；

图5是描绘用于降低空间冲突的单个绕组的一个实施例的示意性绕组图；

图6是示出了三个绕组的示意性绕组图；

图7是描绘三个绕组的可替代示意性绕组图；

图8是描绘三个绕组的另一可替代示意性绕组图；

图9是定子组件的透视图；

图10是图9的定子组件的另一透视图；

图11是电机的剖视图；

图12是图11的横截面的细节图；

图13是定子组件的透视图；

图14是图13的定子组件的另一透视图；

图15是单个定子槽的示意图；

图16是发夹式段的示意图；

图17是描绘单个绕组的示意性绕组图。

在若干视图中，对应的附图标记表示对应部件。尽管这里阐述的示例以几种形式说明了本发明的实施例，但是下面公开的实施例并不旨在是穷举的或者并不被解释为将本发明的范围限制为所公开的精确形式。

具体实施方式

图11中描绘了电机50并且电机50包括转子52，该转子52安装在转子轴54上并且可绕轴线56旋转。示例性实施例是电机50，其适于用作车辆的交流发电机，转子52通常被称为蛤壳式转子。轴承58、60支撑轴54，皮带轮62安装在轴54的一端部处。皮带(未示出)使得皮带轮62与车辆的曲轴联接。整流器组件将由电机50产生的交流电转换为直流电，以对车辆的电池充电或为车辆的电气部件供电。

转子52与定子64可操作地联接。定子64包括定子芯66，该定子芯66具有围绕定子芯66的内径周向设置的多个轴向延伸的槽68。多个绕组70设置在槽68中并轴向延伸超出定子芯66的相对端部。风扇72与转子52联接并与转子52一起旋转，以在操作期间冷却电机50。第二风扇73安装在转子52的相对侧上，并且也有助于在操作期间散热。壳体组件74包括位于定子芯66的相对端部上的端盖76、78。

如在图12中可见的，可用于绕组70的端部环路的空间是有限的。在定子64的一端部处，用于端部环路的空间在径向向内的方向上受到风扇72的限制，并且在轴向方向和径向向外的方向上受到端盖78的限制。类似地，在定子64的相对侧上，可用于端部环路的空间在径向向内的方向上受到风扇73的限制，并且在轴向方向和径向向外的方向上受到端盖76的限制。

图示的电机50是三相电机，然而，各种可替代实施例也是可能的。例如，它可以是具有多于或少于三相的单相或多相电机。电机将包括用于每相的至少一个绕组，并且可以包括用于每相的多个绕组。

定子具有两个相对的轴向端部104、106。每个绕组70采用从第一端部84延伸到第二端部86的连续电导体的形式。第一端部84形成定子引线85，该定子引线85联接到相位连接件88，诸如端子组件。连接件88导电联接第一端部84与电机组件或外部电路的适当部件。在所示实施例中，连接件88采用端子组件的形式，该端子组件将第一端部84/定子引线85与整流器91导电地联接，如图5中示意性地示出。在三相电机中，端子组件可以采用三个导电迹线的形式，这三个导电迹线用聚合物材料包覆成型，其中，每个不同的导电迹线将来自不同相的相引线连接到整流器中的适当二极管。使用这种端子组件将相引线连接到整流器在本领域是已知的。

绕组70的第二端部86限定中性引线87，该中性引线与中性连接件90导电联接。中性连接件90是导电构件，所述导电构件将绕组70的每个中性引线87导电地联接在一起。中性连接件90也可以连接到外部中性引线或接地。

在第一端部84和第二端部86之间，绕组70限定多个槽段94和多个端部环路96。每个槽段94是绕组70的轴向延伸部分，它们设置在定子芯66的槽68中的一个槽内。每个端部环路96连接一对槽段94。

在所示实施例中，每个槽限定两个层位置，其中第一层98位于相对于轴线56的第一径向距离处，第二层100位于相对于轴线56的第二径向距离处。通过提供具有为两层提供的径向深度的槽68，每个槽68可以接收定位在第一层位置98中的第一槽段94和定位在第二层位置100中的第二槽段94，并且其中两个槽段位于从轴线56伸出的公共径向线102上。在图15中示意性地示出了在第一层位置和第二层位置中的两个这种槽段94的布置。在所示实施例中，每个定子槽68具有：圆周宽度，其尺寸设计成在每层中仅允许单股绕组70；和径向深度，其允许两层绕组70。然而，可替代实施例可设置有具有更大径向深度的槽以提供给更多数量的层和/或设置有具有更大圆周宽度的槽以允许每层中有多股绕组70。还应注意的是，虽然在本申请中使用术语第一层和第二层，但是这些术语的使用并不意味着槽中的特定位置，而是仅表示位于第一层中的槽段与位于第二层中的槽段所处的层不同。例如，绕组可以包括处于四个不同层中的槽段，其中，所述第一层是四个层中的任何一层，所述第二层是其他三层中的任何一层。

图5示意性地描绘了减小在定子64的轴向端部处的空间冲突的绕组图。出于图形清楚的目的，图5中仅示出了单个绕组70。在定子64的第一轴向端部104处，每个端部环路96将设置在第一层98中的槽段94连接到设置在第二层100中的槽段94。绕组70的两个端部84、86也位于定子64的第一轴向端部104处。如在图5中可见的，形成定子引线85的绕组70的第一端部84与位于第一层98中的槽段连接，形成中性引线87的绕组70的第二端部86与位于第二层100中的槽段连接。中性连接件90相对于轴线56的径向距离与第二层100相对于轴线56的径向距离相同并且中性连接件90限定圆的一段。这种布置将定子引线85安置成相对于轴线56的径向距离与中性引线87和中性连接件100相对于轴线56的径向距离不同，从而允许定子引线85在定子64的第一轴向端部104处轴向延伸超过中性引线87和中性连接件100。

为了允许这种布置，所选定子槽68a中的槽段与定子64的第二轴向端部106处的两个特殊端部环路联接。在所选定子槽68a处，位于第一层98中的槽段94通过端部环路96a连接到设置在第一层98中的另一个槽段94。类似地，位于所选槽68a的第二层100中的槽段94通过端部环路96b连接到位于第二层100中的另一个槽段94。如在图5中可见的，当每个端部环路96a、96b与所选槽68a中的槽段连接时，端部环路96a、96b连接到位于所选槽68a的相对圆周侧上的槽段94。位于定子64的第二轴向端部106上的每个剩余的端部环路96使得位于第一层98中的槽段94与位于第二层100中的槽段94连接。注意术语“所选”定子槽仅仅意味着已经选择该特定定子槽具有上述端部环路布置。

进一步注意的是，该所选定子槽68a布置可以被描述为涉及第一槽段和第二槽段94，所述第一槽段和第二槽段94设置在所选定子槽68a中并且位于不同的层位置中，该第一槽段和第二槽段分别连接到第一端部环路96a和第二端部环路96b，其中，第一端部环路96a连接第一槽段和第三槽段，所述第三槽段设置在与第一槽段相同的层位置，第二端部环路96b连接第二槽段和第四槽段，其中，所述第四槽段设置在与第二槽段相同的层位置。

端部环路96a、96b可以位于任何一个槽处的第二轴向端部106处。然而，如果绕组70的端部84、86中的一个从所选槽68a中的槽段94中的一个延伸并且与定子64的相对侧上的端部环路96a、96b中的一个连接，则组装定子64通常会更有效。在图5中，中性引线87的第二端部86从槽68a中的定子段94延伸，该槽68a是包含与端部环路96a、96b中的每一个连接的槽段94的槽。

还应注意的是不是将端部环路96a、96b定位在第二轴向端部106处，类似的端部环路可替代地定位在定子的第一轴向端部处，如下文参照图17进一步讨论的那样。此外，虽然通常希望限制具有端部环路布置的所选定子槽68a的数量，其中槽段中的两个与位于相同层位置的槽段连接，但是通过提供更多数量的这种所选定子槽能够实现使得绕组的两个端部附接到位于不同层位置中的槽段的能力，只要存在奇数个这样的所选定子槽即可。而且，与这种所选定子槽相关的特殊端部环路可以定位在定子的任一轴向端部处。

如上所述，可能使用多于一个所选定子槽68a并且仍然具有连接到不同层中的槽段的两个绕组端部，只要采用奇数个所选定子槽68a即可。虽然通常希望采用仅一个或少量有限数量的这种所选定子槽68a，但对于特定应用而言，可能希望使用相对更大的数量。然而，随着这种所选定子槽68a的数量增加，存在对电机性能产生负面影响的可能性，并且认为由具有一个或多个所选定子槽的任何一个绕组限定的端部环路的至少60％应连接设置在不同层位置中的槽段。

在图5中描绘的实施例中，绕组70在第一轴向端部104处限定了串联连接。在这方面，应注意绕组70围绕定子两次并且它位于串联连接所在的中点110处。换句话说，在串联连接的一侧，绕组70完全环绕定子，然后在第一端部84处结束，而在串联连接的另一侧，绕组70完全环绕定子，然后终止于第二端部86。在中点110处绕组70的两个半体之间的连接可以采用可替代形式。例如，虽然示出了串联连接，但是一些电机采用并联连接(未示出)。在最传统的电机中，在换向环路中的绕组的中点处提供串联连接，该换向环路连接处于同一层中的两个槽段。相对照地，图5中所示的绕组的中点110可以位于端部环路96中，所述端部环路96将第一层98中的槽段94中的一个连接到第二层100中的槽段94中的一个。这允许包含中点110的端部环路具有与另一个端部环路96相同的构造并且因此嵌套在毗邻端部环路96的界限内。换言之，包含中点110的端部环路96的形状类似于紧邻的端部环路96，从而允许具有中点110的端部环路与紧邻的端部环路96嵌套。对于三相电机，这种布置可以与三相中的每一相一起使用。

图6示意性地示出了包括三个绕组70的绕组图，每个绕组70均具有与图5中所示的绕组相同的构造。三个不同的绕组周向偏置并限定电机的三个不同相。图1-3和图5-8的示意图是圆柱形定子的完整360度的线性图示。鉴于这种格式，图6示出了中性连接件90能够连接三个绕组70的中性引线87中的每一个，而中性连接件90不需要围绕定子64的圆周延伸完整360度。

图5至图8中描绘的绕组70由多个发夹式段112形成，并且圆圈用于表示焊缝108。在图16中示意性地示出单个发夹式段112及其与两个相邻的发夹式段112的连接。参照图16可以容易地理解，发夹式段112限定了连接两个支腿114的端部环路96。每个支腿114均限定了槽段94，其中，支腿114的远端部116限定了端部环路96的一部分。将独立且相邻的发夹式段112的远侧部分116焊接在一起(焊缝108)，以形成限定绕组70的连续导体。

在图6中，发夹式段112已插入槽68中，使得所有焊缝108都位于定子64的第一轴向端部104处。图7是可替代绕组布置的示意图。图7的实施例与图6的实施例非常相似，但是，代替插入发夹式段112以使得必须在第一轴向端部104处焊接发夹式段112的是，它们被布置成使得焊缝108形成在定子64的第二轴向端部106上。这种布置可以提供制造效率，这是因为它允许在不干扰位于定子64的第一轴向端部104上的定子引线85和中性引线87的情况下形成焊缝。然而，对于某些应用，电机的其它特征可以使得更希望在第一轴向端部104处形成焊缝108，如图6所示。

图8是另一可替代绕组布置的示意图。如上所述，对于中性连接件90，不必围绕定子64的圆周延伸完整360度。换句话说，中性连接件90由限定延伸小于360度的一圆形段的导体形成并且该导体布置在相对于轴线的径向距离与第一层98和第二层100之一相对于轴线的径向距离相同的位置处。

在图8的实施例中，三个绕组用于提供三相电机。绕组70中的两个的构造与图5中所示的构造相同，其中，绕组70中的每一个在第二轴向端部106处具有端部环路96a、96b。第三绕组118具有不同的构造。该第三绕组118在第一轴向端部104处具有换向端部环路120，该换向端部环路120从中性连接件90周向偏置，由此中性连接件90和换向端部环路120可位于同一层中并位于相同的轴向位置处。在图8所示的实施例中，换向端部环路120和中性连接件90位于第二层中。在图8的实施例中，换向端部环路120在第一轴向端部104处形成串联连接件122，其中，换向端部环路120连接设置在相同层位置中的两个槽段94。在第二轴向端部106处的绕组118的端部环路将第一层98中的槽段94中的一个连接到第二层100中的槽段94中的一个。绕组118的第一端部118a形成类似于引线85的定子引线，绕组118的第二端部118b形成中性引线，该中性引线连接到与中性引线87相同的中性连接件90。

参照图13和图14，可以理解端部环路96a、96b的有助于制造端部环路的另一个方面。在该实施例中，端部环路96a限定了中央部分97a和一对支腿99a。类似地，端部环路96b限定中央部分97b和一对支腿99b。两对不同的支腿沿相反方向倾斜，以增强两个端部环路之间的间隙，并便于制造端部环路。更具体地，在所示实施例中，支腿99a沿顺时针方向倾斜，而支腿99b沿逆时针方向倾斜。

图17是可以在另一个实施例中采用的绕组的示意图。在该实施例中，与所选定子槽68a相关联的特殊端部环路位于与绕组的第一端部和第二端部84、86相同的定子轴向端部上。如图17所示，所选定子槽68a中的槽段中的一个与端部环路96c连接，所述端部环路96c连接位于同一层位置中的两个定子槽段，而位于所选定子槽68a中并设置在不同层位置中的第二定子槽与端部环路96d连接。环路96d连接两个定子槽段，所述两个定子槽段都处于相同的层位置中。在这种布置中，希望所选定子槽68a从绕组端部84、86偏移大约180度。图17中仅示出了单相的单个绕组。图17的这种布置可以与在单个电机中形成附加相的附加绕组组合。例如，三相电机可以采用具有图5所示的构造以形成两相的两个绕组和具有图17所示构造以形成第三相的第三绕组。任何数量的其他组合也是可能的，并且对于特定应用可能是期望的。还应注意的是虽然图17仅示出了单个所选定子槽68a，但是可以采用更多数量的奇数个所选定子槽68a，并且仍然使绕组的端部设置在不同的层位置，并减少定子轴向端部处的空间冲突。此外，如果需要，奇数个所选定子槽68a中的一些可以在定子的一个轴向端部处具有端部环路96a，96b，而其他所选定子槽68a可以在定子的另一个轴向端部处使用端部环路96c、96d。

虽然已经将本发明描述为具有示例性设计，但是可以在本公开的精神和范围内进一步修改本发明。因此，本申请旨在涵盖使用本发明一般原理的本发明的任何变化、应用或改编。

Claims (15)

1.一种电机(50)，包括：

转子(52)，所述转子能够围绕轴线(56)旋转并能够与定子(64)操作地联接，其中，所述定子限定相对的第一轴向端部和第二轴向端部(104，106)以及多个轴向延伸的定子槽(68)；

至少一个绕组(70)，所述至少一个绕组限定至少一个相，所述至少一个绕组包括第一相的第一绕组，其中，所述第一绕组包括：

导体，所述导体从第一端部(84)延伸到第二端部(86)，其中，在所述第一端部和所述第二端部之间，所述绕组限定多个槽段(94)和多个端部环路(96)，所述多个槽段(94)中的每一个设置在所述定子槽(68)之一内，并且所述多个端部环路(96)中的每一个连接设置在不同定子槽(68)中的槽段(94)中的一对；并且

其中，所述定子槽(68)中的每一个限定多个层位置(98，100)，所述多个层位置中的每一个相对于所述轴线(56)处于不同的径向距离处，由此所述多个槽段能够定位在每个定子槽的所述多个层位置中；

其中，由所述第一绕组(70)限定的所述端部环路中的至少60％使得设置在所述多个层位置之一中的槽段(94)与设置在所述多个层位置中的另一个中的另一个槽段(94)连接；并且

其中，对于所述第一绕组(70)，所述电机限定奇数个所选定子槽(68a)，其中，在所述所选定子槽(68a)中的每一个中，设置在所述所选定子槽中的第一槽段和第二槽段位于不同的层位置中，所述第一槽段和第二槽段分别连接到第一端部环路和第二端部环路(96a，96b；96c，96d)，其中，所述第一端部环路(96a，96c)使得所述第一槽段与设置在与所述第一槽段相同的层位置中的第三槽段连接，并且所述第二端部环路(96b，96d)使得所述第二槽段与设置在与所述第二槽段相同的层位置中的第四槽段连接。

2.根据权利要求1所述的电机，其中，所述第一绕组的所述第一端部和第二端部(84，86)设置在所述定子的所述第一轴向端部(104)处，并且所述第一端部环路和第二端部环路(96a，96b)设置在所述定子的第二轴向端部(106)处。

3.根据权利要求2所述的电机，其中，仅有一个所选定子槽(68a)。

4.根据权利要求2所述的电机，其中，所述第一绕组的所述第一端部和第二端部(84，86)与设置在不同层位置(98，100)中的槽段连接。

5.根据权利要求2所述的电机，其中，所述第一绕组包括多个发夹式段(112)，其中，每个所述发夹式段限定连接两个支腿(114)的端部环路(96)，所述两个支腿中的每一条支腿限定一槽段(94)，其中，所述支腿的远侧部分(116)限定端部环路的一部分，并且其中，独立且相邻的发夹式段的远侧部分焊接在一起以形成限定所述绕组的所述导体，并且其中，焊缝都设置在所述定子的所述第二轴向端部上。

6.根据权利要求1所述的电机，其中，所述第一绕组的所述第一端部和第二端部(84，86)以及第一端部环路和第二端部环路(96c，96d)都设置在所述定子的所述第一轴向端部处。

7.根据权利要求6所述的电机，其中，仅有一个所选定子槽(68a)。

8.根据权利要求1所述的电机，其中，仅有一个所选定子槽(68a)。

9.根据权利要求1所述的电机，其中，所述第一端部环路(96a)限定第一对支腿(99a)和在所述第一对支腿之间延伸的第一中央部分(97a)，并且所述第二端部环路(96b)限定第二对支腿(99b)和在所述第二对支腿之间延伸的第二中央部分(97b)，所述第一端部环路和第二端部环路的支腿中的每一条支腿与一槽段连接，并且其中，所述第一对支腿和第二对支腿中的一对支腿沿顺时针方向倾斜，而所述第一对支腿和第二对支腿中的另一对支腿沿逆时针方向倾斜。

10.根据权利要求1所述的电机，其中，所述电机限定三相电机，并且所述电机的第二相至少部分地由第二绕组限定，所述第二绕组包括：

从第三端部延伸到第四端部的第二导体，其中，在所述第三端部和第四端部之间，所述第二绕组限定第二绕组的多个槽段(94)和第二绕组的多个端部环路(96)，所述第二绕组的多个槽段中的每一个设置在所述定子槽(68)之一内，所述第二绕组的多个端部环路中的每一个连接设置在不同定子槽中的所述第二绕组的多个槽段中的一对；并且

其中，由所述第二绕组限定的所述第二绕组的多个端部环路中的至少60％连接设置在所述多个层位置(98，100)之一中的槽段和设置在所述多个层位置中的另一个中的另一个槽段；并且

其中，对于第二相，所述电机限定奇数个第二相所选定子槽(68a)，其中，在每一个所述第二相所选定子槽处，设置在所述第二相所选定子槽中的第五槽段和第六槽段位于在不同的层位置中，所述第五槽段和第六槽段分别连接到第三端部环路和第四端部环路，其中，所述第三端部环路连接所述第五槽段和第七槽段，所述第七槽段设置在与所述第五槽段相同的层位置中，并且所述第四端部环路连接所述第六槽段和第八槽段，所述第八槽段设置在与所述第六槽段相同的层位置中；

其中，所述第一绕组的所述第一端部和第二端部以及所述第二绕组的第三端部和第四端部都设置在所述定子的所述第一轴向端部(104)处，并且其中，所述第一端部环路、第二端部环路、第三端部环路和第四端部环路都设置在所述定子的所述第二轴向端部(106)处，并且其中，所述电机还包括中性连接件(90)，所述中性连接件使得所述第一绕组的所述第一端部和第二端部中的一个与所述第二绕组的所述第三端部和第四端部中的一个连接，所述中性连接件由一导体形成，所述中性连接件的导体限定了圆的延伸小于360度的一圆形段，并且相对于所述轴线的径向距离与在所述定子的所述第一轴向端部处的所述第一槽段和第二槽段中的一个相对于所述轴线的径向距离相同；

其中，第三相至少部分地由第三绕组(70)限定，所述第三绕组包括：

第三导体，所述第三导体从第五端部延伸到第六端部，所述第五端部和第六端部设置在所述定子的所述第一轴向端部处，并且其中，在所述第五端部和第六端部之间，所述第三绕组限定第三绕组的多个槽段(94)和第三绕组的多个端部环路(96)，所述第三绕组的多个槽段中的每一个设置在所述定子槽(68)之一内，并且所述第三绕组的多个端部环路中的每一个连接设置在不同的定子槽中的所述第三绕组的多个槽段中的一对；并且

其中，在所述定子的所述第一轴向端部处并且对于由所述中性连接件限定的所述圆形段内的所述定子槽，由所述第三绕组限定的所述第三绕组的多个端部环路使得设置在所述多个层位置之一中的槽段与设置在所述多个层位置中的另一个中的另一个槽段连接；

由所述第三绕组限定的所述第三绕组的多个端部环路中的至少60％连接设置在所述多个层位置之一中的槽段和设置在所述多个层位置中的另一个中的另一个槽段；并且

其中，对于第三相，所述电机限定奇数个第三相所选定子槽(68a)，其中，在所述第三相所选定子槽中的每一个中，设置在所述第三相所选定子槽中的第九槽段和第十槽段位于不同层位置中，所述第九槽段和第十槽段分别连接到所述第五端部环路和第六端部环路，其中，所述第五端部环路使得所述第九槽段与第十一槽段连接，所述第十一槽段设置在与所述第九槽段相同的层位置中，所述第六端部环路使得第十槽段与第十二槽段连接，所述第十二槽段设置在与所述第十槽段相同的层位置中。

11.根据权利要求10所述的电机，其中，只有一个所选定子槽(68a)，只有一个第二相所选定子槽(68a)，只有一个第三相所选定子槽(68a)，并且其中，所述第五端部环路和第六端部环路设置在所述定子的所述第一轴向端部处。

12.根据权利要求1所述的电机，其中，所述第一绕组在所述定子的所述第一轴向端部处、在所述第一绕组的中点(110)处限定串联连接，并且其中，所述第一绕组的所述中点形成于用来连接设置在不同层位置的槽段中的一对的端部环路中。

13.根据权利要求12所述的电机，其中，所述电机限定三相电机，并且所述电机的第二相至少部分地由第二绕组(70)限定，所述第二绕组包括：

从第三端部延伸到第四端部的第二导体，其中，在所述第三端部和所述第四端部之间，所述第二绕组限定第二绕组的多个槽段(94)和第二绕组的多个端部环路(96)，所述第二绕组的多个槽段中的每一个设置在所述定子槽(68)之一内，并且所述第二绕组的多个端部环路中的每一个连接设置在不同定子槽中的所述第二绕组的多个槽段中的一对；

其中，所述第二绕组在所述定子的所述第一轴向端部处、在所述第二绕组的中点(110)处限定串联连接，并且其中所述第二绕组的所述中点形成于用来连接设置在不同层位置中的槽段中的一对的端部环路中；并且

其中，对于所述第二相，所述电机限定奇数个第二相所选定子槽(68a)，其中，在所述第二相所选定子槽中的每一个处，设置在所述第二相所选定子槽中的第五槽段和第六槽段位于不同层位置处，所述第五槽段和第六槽段分别连接到第三端部环路和第四端部环路，其中，所述第三端部环路使得所述第五槽段与第七槽段连接，所述第七槽段设置在与所述第五槽段相同的层位置中，所述第四端部环路使得所述第六槽段和第八槽段连接，所述第八槽段设置在与所述第六槽段相同的层位置中；

其中，第三相至少部分地由第三绕组(70)限定，所述第三绕组包括：

第三导体，所述第三导体从第五端部延伸到第六端部处，所述第五端部和第六端部设置在所述定子的所述第一轴向端部，并且其中，在所述第五端部和第六端部之间，所述第三绕组限定第三绕组的多个槽段(94)和第三绕组的多个端部环路(96)，所述第三绕组的多个槽段中的每一个设置在所述定子槽之一内，并且所述第三绕组的多个端部环路中的每一个连接设置在不同定子槽中的所述第三绕组的多个槽段中的一对；

其中，所述第二绕组在所述定子的所述第一轴向端部处、在所述第二绕组的所述中点(110)处限定串联连接，并且其中，所述第二绕组的所述中点形成于用来连接设置在不同层位置中的槽段中的一对的端部环路中；并且

其中，对于第三相，所述电机限定奇数个第三相所选定子槽(68a)，其中，在所述第三相所选定子槽中的每一个处，设置在所述第三相所选定子槽中的第九槽段和第十槽段位于在不同层位置中，所述第九槽段和第十槽段分别连接到第五端部环路和第六端部环路，其中，所述第五端部环路使得所述第九槽段与第十一槽段连接，所述第十一槽段设置在与所述第九槽段相同的层位置中，所述第六端部环路使得所述第十槽段与第十二槽段连接，所述第十二槽段设置在与所述第十槽段相同的层位置中。

14.根据权利要求13所述的电机，其中，包含所述第一绕组的所述中点(110)的所述端部环路、包含所述第二绕组的所述中点(110)的所述端部环路以及包含所述第三绕组的中点(110)的所述端部环路的形状都类似于紧邻的端部环路，从而与所述紧邻的端部环路嵌套。

15.根据权利要求12所述的电机，其中，所述第一端部环路限定第一对支腿(99a)和在所述第一对支腿之间延伸的第一中央部分(97a)，并且所述第二端部环路限定第二对支腿(99b)和在所述第二对支腿之间延伸的第二中央部分(97b)，所述第一端部环路的支腿和第二端部环路的支腿中的每个支腿与一槽段连接，并且其中，所述第一对支腿和第二对支腿中的一对支腿沿顺时针方向倾斜，而所述第一对支腿和所述第二对支腿中的另一对支腿沿逆时针方向倾斜。

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