CN110121831B - 包括具有从公共绕组层延伸的多根引线的定子的电机 - Google Patents

Abstract

一种电机(20)，其带有可操作地与转子(22)耦合的定子(26)。所述定子包括限定多个槽(32)的定子芯(28)。所述槽中的每一个限定多个位于距电机的旋转轴线(25)不同的径向距离处的层位置。至少三个绕组与电机的相中的每一个相关联。在第一极(P1)中，第一绕组(A，D)设置在第一层位置中。第二绕组(C，F)设置在第二层位置中。第三绕组(E，H)设置在第三层位置中。所述第一绕组包括从第一极延伸的第一外部引线(340)。所述第二绕组包括从第二极(P24)延伸的第二外部引线(340)。所述第三绕组包括从第三极(P23)延伸的第三外部引线(340)。外部引线(340)中的每一根都位于第一层位置。

Description

包括具有从公共绕组层延伸的多根引线的定子的电机

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年2月23日提交的题为“包括具有从公共绕组层延伸的多根引线的定子的电机(ELECTRIC MACHINE WITH STATOR HAVING A PLURALITY OF LEAD WIRESEXTENDING FROM A COMMON WINDING LAYER)”的美国临时专利申请系列No.62/462,507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。

背景技术

在现代车辆中，电机用于多种不同的用途。例如，电机通常用作起动装置、交流发电机、牵引电动机和其它用途。在这些应用中，电机可以充当电动机、发电机或可选择性地作为电动机或发电机运行。

对于用于车辆应用以及其它非车辆应用的电机，对于尺寸减小和效率提高的电机的需求日益增加。在满足现代车辆应用的日益严格的要求的同时允许成本有效的制造的电机设计的改进是所期望的。

图1是从现有技术的定子的叠片122沿轴向方向延伸的端匝120的示意图。叠片122具有径向外表面124和径向内表面126，并且限定了由径向内表面126环绕的中央开口。端匝120是绕组线的一部分，其中，不管绕线设置在哪一层，所有的绕组线都具有相同的长度。在本文中使用时，绕线是指绕组线的围绕定子芯延伸360度的那部分。在将绕组插入到叠片122的槽中之后，端匝120的高度从具有最小高度的径向最外端匝120a到具有最大高度的径向最内端匝120h逐渐变化。端匝120a可以说是在第一层中，而端匝120h可以说是在第八层中。端匝120的高度差异是由于绕组层设置的越径向向外，槽之间的周向距离越大。因此，径向最外层的绕组层跨越槽之间的最长周向距离，并且可用于端匝高度的长度最短。因为径向最外的绕组必须具有至少最小的端匝高度，以便清除叠片，所以跨越较短的圆周长度的更径向向内的绕组具有更大的端匝高度。结果，径向向内层的高度可能过大或大于理想值。

图2是从现有技术的另一个定子的叠片222沿轴向方向延伸的端匝220的示意图。叠片222具有径向外表面224和径向内表面226，并且限定了由径向内表面226环绕的中央开口。端匝220是绕组或导线的一部分，所有绕组或导线都具有不同的长度，使得在将绕组插入到叠片222的槽中之后，端匝220的高度都是相等的。径向最外层中的绕线具有最大长度，并且径向最内的绕组中的绕线具有最短长度。尽管从绕组材料的角度来看这种设计是有效的，但是不同长度的导线使得制造更加复杂和昂贵。

现有技术绕组的另一个问题是绕组的向外延伸以限定可以用于与另一个绕组或外部电路构件形成电气连接的引线的端部通常在定子上难以处理的位置延伸处，从而增加了制造电机的难度。

发明内容

本发明提供一种具有绕组图案的电机，该绕组图案使得能够廉价地制造紧凑且高效的电机，该电机包括多个引线，所述引线都从定子组件的同一绕组层延伸。这种布置有利于电机的有效制造。

本发明的一种形式包括多相电机，所述多相电机包括可操作地与转子耦合的定子，其中，转子相对于定子是可旋转的。所述定子包括定子芯和限定多个相的多个绕组。所述定子芯限定多个轴向和径向延伸的槽，所述槽围绕定子芯并环绕电机的旋转轴线。所述槽中的每一个限定位于距旋转轴线不同的径向距离处的多个层位置。所述多个绕组安装在定子芯的槽中，多个相的每个相限定围绕定子芯周向分布的多个极。每个相包括多个绕组中的至少三个。对于相中的一个，在第一极的第一槽中，第一绕组设置在第一层位置中，第二绕组设置在第二层位置中，第三绕组设置在第三层位置中，所述第一绕组限定从第一槽延伸的第一外部引线。所述第二绕组限定从第二极的第二槽延伸的第二外部引线，其中，所述第二绕组设置在第二槽中的第一层位置中，所述第三绕组设置在第二槽的第二层位置中。所述第三绕组限定从第三极的第三槽延伸的第三外部引线，其中，所述第三绕组设置在第三槽中的第一层位置中。所述第一极、第二极和第三极彼此相邻，所述第二极设置在第一与第三极之间，并且其中，第一层位置是径向最外层位置，第二层位置设置在所述第一层位置的径向内侧并且第三层位置设置在所述第二层位置的径向内侧。

在一些实施例中，第一、第二和第三绕组中的每一个分别由串联连接的第一导线和第二导线形成，其中，用于第一、第二和第三绕组的第一导线的第一端分别限定第一外部引线、第二外部引线和第三外部引线，并且其中，用于所述第一绕组的第一导线的第二端限定从第二极的径向最内层位置延伸的第一内部引线，用于所述第二绕组的第一导线的第二端限定从第三极的径向最内层位置延伸的第二内部导线，并且用于所述第三绕组的第一导线的第二端限定从第四极的径向最内层位置延伸的第三内部导线，所述第四极与第三极相邻，其中所述第三极设置在第四与第二极之间。在这样的实施例中，每个相的绕组可以限定至少六根内部引线，其中，第一、第二和第三内部引线各自连接到从径向最内层位置延伸的另一根内部引线，以限定反向端环，其中，每个反向端环将顺时针延伸的导线连接到逆时针延伸的导线。

在一些实施例中，一个相包括第四绕组，所述第四绕组限定从第四极的第四槽延伸的第四外部引线，所述第四极与第三极相邻，其中所述第三极设置在所述第四与第二极之间，所述第四绕组设置在第四槽中的第一层位置中、第三槽中的第二层位置中、第二槽中的第三层位置中和第一槽中的第四层位置中，所述第四层位置设置在所述第三层位置的径向内侧。

在具有该第四绕组的实施例中，第一、第二、第三和第四绕组中的每一个可以分别由串联连接的第一导线和第二导线形成，其中，用于所述第一、第二、第三和第四绕组的第一导线的第一端分别限定第一外部引线、第二外部引线、第三外部引线和第四外部引线，并且其中，用于所述第一绕组的第一导线的第二端限定从第二极的径向最内层位置延伸的第一内部引线，用于所述第二绕组的第一导线的第二端限定从第三极的径向最内层位置延伸的第二内部引线，用于所述第三绕组的第一导线的第二端限定从第四极的径向最内层位置延伸的第三内部引线，并且用于所述第四绕组的第一导线的第二端限定从第五极的径向最内层位置延伸的第四内部引线，所述第五极与所述第四极相邻，其中所述第四极设置在所述第五与第三极之间。在这样的实施例中，每个相的绕组可以限定至少八根内部引线，并且所述第一、第二、第三和第四内部引线各自连接到从径向最内层位置延伸的另一根内部引线，以限定反向端环，其中，每个反向端环将顺时针延伸的导线连接到逆时针延伸的导线。

在电机的一些实施例中，每个极由足以填满两个槽的绕组限定，并且其中，每个极包括设置在三个相邻槽中的绕组。

在电机的一些实施例中，所述第一、第二和第三绕组中的每一个都包括在从径向最内层位置延伸的内部引线处串联连接的两根导线，内部引线之间的每一个串联连接限定反向端环，其中，每个反向端环将顺时针延伸的导线连接到逆时针延伸的导线。

在电机的一些实施例中，所述第一、第二和第三绕组中的每一个都由串联连接的两根导线形成，其中：

第一和第二导线从第一极的不同槽的第一层位置延伸，以限定外部引线；

第三和第四导线设置在第一极的不同槽的第二层位置中，并且从第二极的不同槽的第一层位置延伸，以限定外部引线；

第五和第六导线设置在第一极的不同槽的第三层位置中，并设置在第二极的不同槽的第二层位置中，并且从第三极的不同槽的第一层位置延伸以限定外部引线；并且

其中，所述第一导线形成第一外部引线和第一绕组的两根导线中的一根，所述第三导线形成第二外部引线和第二绕组的两根导线中的一根，所述第五导线形成第三外部引线和第三绕组的两根导线中的一根。

具有第一至第六导线的这种实施例可以被配置成使得第一和第二导线限定从第二极的槽的径向最内层位置延伸的内部引线，第三和第四导线限定从第三极的槽的径向最内层位置延伸的内部引线，并且第五和第六导线限定从第四极的槽的径向最内层位置延伸的内部引线，所述第四极与所述第三极相邻，所述第三极设置在所述第二与第四极之间；并且其中，第一至第六导线的内部引线中的每一根串联连接到另一根内部引线，以限定反向端环，其中，每个反向端环将顺时针延伸的导线连接到逆时针延伸的导线。这样的实施例可以被进一步配置成使得对于不包括外部引线或内部引线的每个极，所述极包括一个槽，其中，所述第一导线位于第一层位置，所述第三导线位于第二层位置，所述第五导线位于第三层位置，并且在所述极的另一个槽中，所述第二导线位于第一层位置，所述第四导线位于第二层位置，所述第六导线位于第三层位置。

在具有第一至第六导线的一些实施例中，所述一个相还可以包括由串联连接的两根导线形成的第四绕组，所述第四绕组限定从第四极的第四槽延伸的第四外部引线，所述第四极与第三极相邻，所述第三极设置在所述第四与第二极之间，所述第四绕组设置在第四槽中的第一层位置中、第三槽中的第二层位置中、第二槽中的第三层位置中和第一槽中的第四层位置中，所述第四层位置设置在所述第三层位置的径向内侧；并且其中，所述一个相的绕组还包括第七导线和第八导线，其中，所述第七和第八导线设置在第一极的不同槽的第四层位置中、设置在第二极的不同槽的第三层位置中并设置在第三极的不同槽的第二层位置中，并且从第四极的不同槽的第一层位置延伸，以限定外部引线；并且其中，所述第七导线形成第四外部引线和第四绕组的两根导线中的一根。这样的实施例还可以被配置成使得第一和第二导线限定从第二极的槽的径向最内层位置延伸的内部引线，第三和第四导线限定从第三极的槽的径向最内层位置延伸的内部引线，第五和第六导线限定从第四极的槽的径向最内层位置延伸的内部引线，并且第七和第八导线限定从第五极的径向最内层位置延伸的内部引线，所述第五极与所述第四极相邻，其中所述第四极设置在所述第三与第五极之间；并且其中，所述第一至第八导线的内部引线中的每一根串联连接到另一根内部引线以限定反向端环，其中，每个反向端环将顺时针延伸的导线连接到逆时针延伸的导线。

在具有限定这种内部引线的第一至第八导线的实施例中，该实施例可以被配置成使得第一导线的内部引线串联连接到第四导线的内部引线，第二导线的内部引线串联连接到第七导线的内部引线，第三导线的内部引线串联连接到第六导线的内部引线，第五导线的内部引线串联连接到第八导线的内部引线。这样的实施例还可以被配置成使得对于不包括外部引线或内部引线的每个极，所述极包括一个槽，其中，所述第一导线位于第一层位置，所述第三导线位于第二层位置，所述第五导线位于第三层位置，所述第七导线位于第四层位置，并且在所述极的另一个槽中，所述第二导线位于第一层位置，所述第四导线位于第二层位置，所述第六导线位于第三层位置，所述第八导线位于第四层位置。这样的实施例可以被进一步配置成使得每个极由足以填满两个槽的绕组限定，并且其中，每个极包括设置在三个相邻槽中的绕组。这样的实施例还可以被进一步配置成使得所述第一至第八导线中的每一根本身不提供电气平衡的绕组，但是所述第一至第四绕组中的每一个提供电气平衡的绕组。

附图说明

通过参考以下结合附图对本发明的一个实施例的描述，本发明的上述和其它特征以及实现它们的方式将变得更加明显，并且将更好地理解本发明本身，其中：

图1是现有技术定子的端匝的示意图。

图2是另一现有技术定子的端匝的示意图。

图3是带有改进的绕组图案的定子的端匝的示意图。

图4是图3的定子的导线和导线段的长度的图表。

图5是图3的定子的绕组图。

图6是电机的剖视图。

图7是定子图的俯视图，示出了图3的定子的导线的布置。

图8是图7的定子图的一部分的详细视图。

图9A是图3的定子的一相的线性盒负载的图。

图9B是图3的定子的三相的线性盒负载的图。

对应的附图标记表示多个视图中的对应的部分。尽管本文阐述的示例以一种形式说明了本发明的一个实施例，但是下面所公开的实施例并非旨在是穷举的或者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3是从具有有效端匝配置的定子的叠片322沿轴向方向321延伸的端匝320的示意图。叠片322具有径向外表面324和径向内表面326。端匝320是绕组线的一部分，其中，绕组线都具有相同的长度。

在装配期间，绕组线在插入到叠片322的槽中之前可以沿着它们的长度在精确的点处在固定装置(未示出)中弯曲，从而设有端匝320。在将绕组插入到叠片322的槽中之后，端匝320的高度具有两组或两层，包括包含层1-4的外组328和包含层5-8的内组330。在组328内，层1中的最外端匝320具有最小高度，并且层4中的最内端匝320具有最大高度。类似地，在组330内，层5中的最外端匝320具有最小高度，并且层8中的最内端匝320具有最大高度。

图4示意性地描绘了图3的定子的导线和导线段的长度，导线呈线性长度铺开，没有任何弯曲。定子包括八根导线A-H，导线A和D串联连接以形成第一绕组；导线B和G串联连接以形成第二绕组；导线C和F串联连接以形成第三绕组；并且导线E和H串联连接以形成第四绕组。每根导线A-H围绕定子限定两个完整的360度绕线。

每根导线具有相等的总线性长度2x+y，包括具有线性长度为x+y的导线段i和具有线性长度为x的导线段ii。这两个导线段中的每一个都对应于围绕定子的一个完整的360度绕线。换句话说，导线段i中的每一个形成360度绕线，并且导线段ii中的每一个形成360度绕线。

如图5的绕组图所示，较长的导线段i主要位于层1、2、3或4中，而较短的导线段ii主要位于层5、6、7或8中。即，较长的导线段i中的每一个的长度的大部分位于层1、2、3或4中，并且较短的导线段ii中的每一个的长度的大部分位于层5、6、7或8中。如图3所示，层1是径向最外层，层8是径向最内层。还如图3所示，层1-4中的每一层比层5-8中的每一层更径向向外。

转到图3，可以看出，绕组线端部高度从层1增加到层4。这是因为用于围绕定子芯的绕组线的单个360度绕线的层1-4中的每个绕组线端部由相应的导线段i形成，其中，每个导线段i具有相同的长度，但是由于较小的周向距离与更径向向内的层相关联，导线端部跨越的距离从层1到层4减小。从层5开始，导线端部高度下降到与层1相同的高度，这是因为主要设置在层5-8中的绕组线的每个360度绕线由相应的较短但等长的导线段ii形成。然而，由于较小的周向距离与更径向向内的层相关联，绕组线端部高度从层5到层8增加，正如它们从层1到层4一样。比较图1和图3示出，本发明有利地提供了比图1的现有技术定子更小的最大导线端部高度，其中，无论是哪层，每个绕线都是由等长的导线段形成的。进一步有利地，本发明提供了等长的导线A-H，这简化了制造，尽管每根导线A-H包括两个不等长的导线段i和ii。同样有利的是，每根导线A-H的端匝形成在同一夹具中，由此所有导线A至H在制造过程中都是可互换的。应注意的是，导线中的每一根的层之间的移位可能不同，然而，当将导线加载到线性盒中然后将布置的导线形成圆柱体并将它们插入到定子的槽中时考虑到这一点。这些制造效率与图2的现有技术定子相比是有利的。

关于图5，还应注意的是，由导线段i形成的绕线与由导线段ii形成的绕线之间的长度差异是由于不同绕线在其中形成不同长度的端匝。当在夹具中形成导线时，较长的端匝可以采用较宽或者较高的端匝的形式。当将导线插入定子芯中时，导线可能会进一步弯曲，径向外层中的端匝的较长长度能够考虑到径向外层的槽之间的较大周向距离。在所示的实施例中，在导线已经在夹具中弯曲以形成端匝之后，具有较长长度的绕线的端匝高于另一绕线的端匝。

然而，一旦所示实施例的导线已经安装在定子中，则每根单独导线的端匝具有相等的高度。例如，导线A和B使其较长的导线段在层1中形成360度绕线并且其较短的导线段ii在层5中形成360度绕线。类似地，导线C和D使其较长的导线段i在层2中形成360度绕线并且使其较短的导线段ii在层6中形成360度绕线；导线E和F使其较长的导线段i在层3中形成360度绕线并且使其较短的导线段ii在层7中形成360度绕线；导线G和H使其较长的导线段i在层4中形成360度绕线并且使其较短的导线段ii在层8中形成360度绕线。

该示例性绕组图案提供了电气平衡的定子，并且在下面借助于图5-8进一步描述。图5示出了八根分开的导线A、B、C、D、E、F、G和H，其中，导线A和B共用相同的绕组图；导线C和D共用相同的绕组图；导线E和F共用相同的绕组图；以及导线G和H共用相同的绕组图。此外，如上所述，导线A与导线D串联连接以形成第一绕组；导线B与导线G串联连接以形成第二绕组；导线C与导线F串联连接以形成第三绕组；导线E与导线H串联连接以形成第四绕组。导线A-G中的每一根都包括两个绕线。即，导线A-H中的每一根围绕定子两次。然后，第一、第二、第三和第四绕组并联连接以形成电机20(图6)的一相。电机20是三相电机，因此，电机20还采用了具有与由导线A-H形成的绕组布置相同的绕组布置的两个附加相。

在所示的实施例中，电机20是能够作为电动机或发电机运行的汽车混合动力电动机，然而，替代性的实施例可以采用仅仅可作为电动机运行或仅仅可作为发电机运行的电机的形式。电机20包括安装在轴24上的转子22，所述轴24均相对于定子26旋转并限定电机20的旋转轴线25。定子26具有定子芯28和多个绕组30。定子芯28是由一叠叠片322形成的，并限定多个槽32(图8)。绕组30包括轴向延伸的段34和端匝320，所述段34设置在槽32内，每个端匝320连接一对槽段34。

所示的实施例是每个绕组具有四匝或四个绕线的三相电机。此外，每个相包括并联布置的四个绕组。换句话说，每个绕组围绕定子芯的整个圆周延伸四次，并且每个相有四个这样的绕组。为了实现这种布置，每个绕组使用两个分开的导线或丝线，由此每个相使用总共八个分开的绕线。单独的导线A-H中的每一根围绕定子形成两匝并且与导线A-H中的另一根串联连接，从而形成每个相的四个绕组中的一个。例如，导线A与导线D串联连接以形成四个绕组中的一个。

可以用于描述绕组布置的一个参数是每极每相槽数。如果每个这样的槽仅仅由一相的绕组填充，则这等于绕组的每个槽组中每极的槽数。例如，在所示的实施例中，每个极中有16个槽段，每个槽容纳8个槽段。因此，所示的布置具有每极每相两个槽。然而，所示的实施例具有所谓的相移，并且一些槽容纳两个不同相的槽段。

使用这种相移可以减少所谓的趋肤效应。作为一般规则，当特定槽中的导体携带不同的相电流时，这种导体中的趋肤效应将小于槽中的所有导体携带相同相电流的情况。虽然这种相移减小了趋肤效应，但是使用这种相移可以使电气平衡绕组更加困难。

为了避免或最小化绕组中的再循环电流，期望绕组是电气平衡的。对于具有多个并联连接的导线的绕组尤其如此。

所示的实施例提供了定子绕组图案，该定子绕组图案为定子提供相移，并且为每个相提供并联布置的绕组。如上所述，所示的绕组图案包括用于每个相的四匝和四个分开的绕组。该图案具有足够的槽段以填满每极每相两个槽，但是绕组占据每个极或槽组的三个物理槽。在每个槽组中，中心槽具有八个导体，它们都来自同一相。两个外槽均具有来自一相的四个导体和来自不同相的四个附加导体。为了使定子电气平衡，槽组的每个槽需要具有来自四个绕组中的每一个绕组的相同数量的导体。还期望不同径向层中的每一个具有来自四个绕组中的每一个绕组的相等数量的导体。然而，这种径向平衡不如槽之间的平衡重要。示例性绕组图案可以用于提供电气平衡定子，并且在下面借助于图5、7和8进一步描述。虽然这种电气平衡通常是有益的，但是对于本文所教导的绕组布置的所有实施例都不是必需的。

从图7中可以看出，定子组件的每个相限定24个极，即极P1至P24，每个极由定子芯中的三个物理槽32形成。八根导线配合在每个轴向延伸的定子槽32内。在本文中使用时，径向最外侧的导线位于层1中，层2是下一个径向向内的导线位置，依此类推，其中径向最内侧的导线位置是层8。

从图7以及图8中还可以看出，每一个极由一组三个槽形成，其中，中心槽完全填充有绕组(在所示的实施例中为八个绕组)，两个外槽仅填充有来自特定相的绕组(在所示的实施例中为四个绕组)，从而形成4-8-4绕组图案。在本文中使用时，并且如图8中对于极P21和极P4所标记的那样，对于形成每个极的三个槽，最逆时针槽标记为槽AA，中心槽为BB，最顺时针槽为CC。换句话说，从每个极的逆时针侧的外槽开始顺时针移动，槽被称为槽AA、槽BB和槽CC，其中槽BB形成中心槽，槽AA和CC形成外槽。

一个极的槽AA与相邻极的槽AA之间的距离是6个槽。类似地，一个极的槽BB与相邻极的槽BB之间的距离为6个槽，一个极的槽CC与相邻极的槽CC之间的距离为6个槽。形成相邻极的槽组的相应槽之间的该距离限定了电机的标准节距。在所示的实施例中，标准节距是6个槽。

返回图5，绕组图标记了槽段之间的非标准节距。在本实施例中，形成非标准节距的端环位于定子的同一轴向端部。还应注意的是，图5的绕组图还指示导线位于哪一层位置。从图5中可以看出，每根导线包括一个节距为7的端环，所有其它端环的标准节距为6。非标准端环将绕组从AA、BB或CC中的一个移位到这些槽中的另一个，如本领域普通技术人员所认识到的那样。这种类型的非标准端环通常被称为相移端环，并且可以用来电气平衡绕组。

如图7和8中最容易看到的那样，槽AA中的绕组定位在径向最外层，即层1-4，而槽CC中的绕组定位在径向最内层，即层5-8。因为所有相都具有该相同的图案，所以一相的槽AA对应于相邻相的槽CC并与之重叠，从而使外槽完全被八个绕组填充。图7和8示出了仅一相的绕组，除了图8的极P3与P4之间的空间之外。图8的该部分示出了第二相绕组的位置(由填充方格表示)和第三相绕组的位置(由空心圆圈表示)。这清楚地示出了每个相的外槽如何重叠，使得每个外槽包括来自两个不同相的绕组。

进一步注意的是，虽然所示的实施例的外槽具有绕组，其中，来自一相的绕组全部定位在径向最外层中，而来自另一相的绕组全部定位在径向最内层中，但是其它配置也是可能的。例如，来自不同相的绕组可以交替。在所示的实施例中，这可以通过将来自同一相中的绕组插入槽AA中的层1、3、5和7中和槽CC中的层2、4、6和8中来实现。然而，这种布置可能比所示的实施例更难以制造，并且可能需要更复杂的绕组图案。

为了控制绕组在极槽中的位置，使用了在此称为相移端环的特殊的非标准节距端环。相移端环都是比所示的实施例中的标准节距端环大的一个槽，从而将导线从AA槽移位到BB槽或从BB槽移位到CC槽。

例如，在图5中，在导线A、B、C、D、E、F、G和H在层4与层5之间过渡的点处，端环具有7节距端环，其功能为相移端环。换句话说，当绕组在层4与层5之间移位时，导线也在填充每个极的两个最逆时针槽(AA与BB)与填充每个极的两个最顺时针槽(BB和CC)之间移位。这也可以在图8中看到，其中，在层4中的极21处，导线G位于槽AA中，导线H位于槽BB中。由于7节距相移端环，在层5中的极P22处，导线G位于槽BB中，导线H位于槽CC中。在所示的示例中，这些相移端环发生在绕组从层4过渡到层5的点处。这对于维持绕组位于层1-4中的槽AA和BB中以及位于层4-8中的槽BB和CC中的图案是必要的。如果对外槽中的两个不同相采用交替模式，则需要更多数量的相移端环。还应注意的是，可以采用具有不同于7的节距的相移端环。例如，9节距端环将绕组从槽AA移动到槽CC，并且具有5或6节距的端环可以沿相反方向移动绕组。

为了提供电气平衡的绕组图案，并联绕组中的每一个需要在中心槽BB中相等的次数并且需要在每个外槽AA、CC中相等的次数。对于所示的实施例，中心槽BB与外槽AA、CC之间的填充比为2：1，因此，每个绕组需要设置在中心槽中的次数两倍于设置在外槽AA中的次数，并且它需要在外槽CC中设置与在外槽AA中相同的次数。对于每极每相具有更多槽的定子，同样的一般原则也适用于并联导线以电气平衡。

虽然所描述的相变端环用于电气平衡绕组，但应注意的是，导线A、B、C、D、E、F、G和H不是单独电气平衡的，而是一旦它们成对地串联连接，由此产生的四个并联绕组是电气平衡的。换句话说，每个绕组是由两个单独的不平衡的导线之间的串联连接形成的，以形成平衡的绕组。

导线在其内部或终端处连接在一起，终端在图8中由层8中的圆圈字母标识。如图8中的连接线342所示，在极P24处从层8延伸的导线A的端部与在极P23处从层8延伸的导线D的端部串联连接；在极P24处从层8延伸的导线B的端部与在极P21处从层8延伸的导线G的端部串联连接；在极P23处从层8延伸的导线C的端部与在极P22处从层8延伸的导线F的端部串联连接；在极P22处从层8延伸的导线E的端部与在极P21处从层8延伸的导线H的端部串联连接。还应注意的是，在所示的实施例中，串联连接，即A与D之间、B与G之间、C与F之间，以及E与H之间中的每一个，也是反向连接，其中一根导线从串联连接围绕定子沿顺时针方向延伸，另一根导线从串联连接围绕定子沿逆时针方向延伸。

导线中的每一根的外部或起始引线340在图8中由层1中的圆圈字母表示，并在极P22、P23、P24和P1处找到。起始引线与外部电路构件连接。外部电路构件可以是中性连接、调节器、逆变器或其它电路构件，这取决于将使用电机的应用。A和B导线的起始引线都从极P1的层1延伸，其中导线A位于极P1的槽AA中，并且导线B位于极P1的槽BB中，E和F导线的起始引线都是从极P23的层1延伸，其中导线E位于极P23的槽AA中，并且导线F位于极P23的槽BB中。类似地，C和D导线的起始引线都是从极P24的层1延伸，其中导线C位于极P24的槽AA中，并且导线D位于极P24的槽BB中，G和H导线的起始引线都是从极P22的层1延伸，其中导线G位于极P22的槽AA中，并且导线H位于极P22的槽BB中。在所示的实施例中，这些外部起始引线旨在连接成使得它们形成每相四个并联的绕组。绕组包括第一绕组(由串联连接的一对导线A和D形成)、第二绕组(由串联连接的一对导线B和G形成)、第三绕组(由串联连接的一对导线E和H形成)，以及第四绕组(由串联连接的一对导线C和F形成)。

如图8中的极P1的槽AA所示，导线A设置在第一层位置中，导线C设置在第二层位置中，导线E设置在第三层位置中，导线G设置在第四层位置中。导线A包括从极P1中的槽AA延伸的外部引线340。导线C包括从极P24中的槽AA延伸的外部引线340。导线E包括从极P23中的槽AA延伸的外部引线340。导线G包括从极P22中的槽AA延伸的外部引线340。极P1、P24、P23和P22是连续的并且彼此相邻。

从图8中还可以看出，类似于槽AA，在极P1的槽BB中，导线B设置在第一层位置中，导线D设置在第二层位置中，导线F设置在第三层位置中，导线H设置在第四层位置中。导线B包括从极P1中的槽BB延伸的外部引线340。导线D包括从极P24中的槽BB延伸的外部引线340。导线F包括从极P23中的槽BB延伸的外部引线340。导线H包括从极P22中的槽BB延伸的外部引线340。极P1、P24、P23和P22是连续的并且彼此相邻。

在极P1处，在槽AA和BB中，导线A和B位于第一层位置，导线C和D位于第二层位置，导线E和F位于第三层位置，导线G和H位于第四层位置。如上所述，导线A和B的外部引线340位于极P1中，导线C和D的外部引线340位于极P24中。导线E和F的外部引线340位于极P23中。导线G和H的外部引线位于极P22中。外部引线340中的每一根位于层1中。

在极P24中，在槽AA和BB中，导线A和B位于第四层位置，导线C和D位于第一层位置，导线E和F位于第二层位置，导线G和H位于第三层位置。在极P23中，在槽AA和BB中，导线A和B位于第三层位置，导线C和D位于第四层位置，导线E和F位于第一层位置，导线G和H位于第二层位置。

这种布置在极P22的第一层位置具有导线G和H，然后，这些导线在极P23处移位到层2，然后在极P24处移位到层3，最后在极P1处移位到层4。从极P1开始，导线G和H保持在层4中直到极P21(包括极P21)，然后在极P22处移位到层5。导线G和H在从极P21移动到极P22时也具有相移，导线G从槽AA移动到槽BB并且导线H从槽BB移动到槽CC。导线G和H在极P23处移位到层6，然后在极P24处移位到层7，最后在极P1处移位到层8。参考图5和8，可以最容易地理解导线G和H的这些运动。

应注意的是，图5仅示出了用于G和H的单根导线，这是因为这些导线中的每一根都具有相同的图案，但在每个极中仅移位一个槽。换句话说，导线G总是与每个极中的导线H位于同一层位置，导线G和H位于相邻的物理槽中，其中导线G位于导线H的槽的逆时针方向设置一个槽的槽中。类似地，导线A和B位于每个极的相邻槽的同一层中，导线C和D位于每个极的相邻槽的同一层中，并且导线E和F位于每个极的相邻槽的同一层中。

参考图5和8也可以理解，当移位层位置时，导线每极移动一层。例如，当导线A和B从层1移动到层5时，导线首先从极P21处的层1移动到极P22处的层2，移动到极P23处的层3，移动到极P24处的层4，移动到极P1的层5。其它导线在极P21-P24处从层2-4到层6-8形成类似的进展。导线还包括在该层移位的7槽相移端环，由此它们从槽AA和BB移动到槽BB和CC。对于所有导线，该7槽相移端环在极P24与P1之间发生。在这方面，应注意的是，不同的导线在图5中没有竖直对准。换句话说，导线C和D的外部引线显示在导线A和B的外部引线正下方，然而，C和D的外部引线从极P24延伸，而导线A和B的引线从极P1延伸。类似地，导线E和F从极P23延伸，并且G和H从极P22延伸。因此，导线中的每一根的多步层移动发生在同一极，即使图5未示出竖直对准中的这些步骤。

在导线中的每一根的端部，导线移位层位置，使得每根导线的内部引线从径向最内层(即在所示的实施例中的层8)延伸。导线G和H不需要任何层移位并且具有从极P21延伸的内部引线。导线E和F在极P22处从层7移位到层8，在那里它们具有内部引线。导线C和D从极P21处的层6逐渐移位到极P23处的层8，在那里它们限定内部引线，并且导线A和B从极P21处的层5逐渐移位到极P24处的层8，在那里它们限定内部引线。电机20的其它两相具有相同的绕组图案。

图9A示出了用于图3至8的定子的一相的相移、不分层线性盒负载。图9B示出了用于图3至8的定子的所有三相的相移、不分层线性盒负载。

在图9A中，M22表示与极P22相关联的槽，M23表示与极P23相关联的槽，M24表示与极P24相关联的槽，M1表示与极P1相关联的槽，M2表示与极P2相关联的槽。

当将导线A-H放置在线性盒中时，导线A和B首先与外部引线340一起安装在位于M1处的槽中，并且对于整个盒保留相同层位置。然后，将导线C和D与其外部引线340一起安装在M24处。由于在槽M1中存在导线A和B，导线C和D向前移位一层。然后，将导线E和F与其外部引线340一起安装在M23处。由于导线C、D和A、B的存在，导线E和F在M24处移位一层并且在M1处移位附加层。然后，将导线G和H与其外部引线340一起安装在M22处。导线G和H在从M23移动到M1时逐渐移位一层。导线在盒中的布置保持与M1和M2相同的布置，直到绕组到达其终端或内部端。在内部端，导线G和H首先终止于对应于极P21的盒槽，然后导线E和F终止于对应于极P22的盒槽，然后导线C和D终止于对应于极P23的盒槽，并且导线A和B终止于对应于极P24的盒槽。

在加载用于第一相的绕组之后，用于第二相的绕组以及然后用于第三相的绕组被加载到线性盒中。在将所有三相的绕组加载到盒之后，绕组被移除并弯曲成大致圆柱形的形状，以便它们可以插入到定子芯的中央开口中。然后，将具有外部引线340的绕组的端部插入到槽32中，并且插入过程围绕定子芯进行，以随后插入绕组的第二绕线。对于极P22至P24，这些槽将仅由形成外部引线340的导线的前端部分地填充，并且这些槽的其余部分由形成内部端的绕组的尾端填充。然后，如图8中的附图标记342所示焊接这些内部端，以完成绕组的安装。

虽然本发明已经描述为具有示例性设计，但是本发明可以在本公开的精神和范围内进一步修改。因此，本申请旨在使用本发明的一般原则涵盖本发明的任何变化、使用或修改。

Claims (17)

1.一种多相电机(20)，包括：

可操作地与转子(22)耦合的定子(26)，其中，转子能够相对于定子旋转，所述定子包括定子芯(28)和限定多个相的多个绕组(30)，

所述定子芯限定多个轴向和径向延伸的槽(32)，所述槽围绕定子芯并环绕电机的旋转轴线(25)，所述槽中的每一个限定位于距旋转轴线不同的径向距离处的多个层位置，以及

所述多个绕组安装在定子芯(28)的槽(32)中，多个相中的每个相限定围绕定子芯周向分布的多个极，每个相包括所述多个绕组中的至少三个，

其中，对于所述相中的一个相，在第一极(P1)的第一槽中，第一绕组(A，D)设置在第一层位置中，第二绕组(C，F)设置在第二层位置中，第三绕组(E，H)设置在第三层位置中，所述第一绕组限定从第一槽延伸的第一外部引线(340)；

所述第二绕组(C，F)限定从第二极(P24)的第二槽延伸的第二外部引线(340)，其中，所述第二绕组设置在第二槽中的第一层位置中，所述第三绕组设置在第二槽的第二层位置中；并且

所述第三绕组(E，H)限定从第三极(P23)的第三槽延伸的第三外部引线(340)，其中，所述第三绕组设置在第三槽中的第一层位置中；并且

其中，所述第一极(P1)、第二极(P24)和第三极(P23)彼此相邻，所述第二极设置在所述第一极与第三极之间，并且其中，第一层位置是径向最外层位置，第二层位置设置在所述第一层位置的径向内侧，第三层位置设置在所述第二层位置的径向内侧，

其中，第一槽、第二槽和第三槽的每一个分别是第一极、第二极和第三极的最逆时针方向的槽。

2.根据权利要求1所述的电机，其中，所述第一绕组、第二绕组和第三绕组中的每一个分别由串联连接的第一导线(A，C，E)和第二导线(D，F，H)形成，其中，用于所述第一绕组、第二绕组和第三绕组的第一导线的第一端部分别限定第一外部引线、第二外部引线和第三外部引线，并且其中，用于所述第一绕组的第一导线(A)的第二端部限定从第二极(P24)的径向最内层位置延伸的第一内部引线，用于所述第二绕组的第一导线(C)的第二端部限定从第三极(P23)的径向最内层位置延伸的第二内部引线，用于所述第三绕组的第一导线(E)的第二端部限定从第四极(P22)的径向最内层位置延伸的第三内部引线，所述第四极与所述第三极相邻，所述第三极设置在所述第四极与第二极之间。

3.根据权利要求2所述的电机，其中，每个相的绕组限定至少六根内部引线，并且所述第一内部引线、第二内部引线和第三内部引线各自连接到从径向最内层位置延伸的另一根内部引线，以限定反向端环(342)，其中，每个反向端环将顺时针延伸的导线连接到逆时针延伸的导线。

4.根据权利要求1所述的电机，其中，所述一个相包括第四绕组(G，B)，所述第四绕组限定从第四极(P22)的第四槽延伸的第四外部引线(340)，所述第四极与第三极相邻，所述第三极设置在所述第四极与第二极之间，所述第四绕组设置在第四槽中的第一层位置中、第三槽中的第二层位置中、第二槽中的第三层位置中和第一槽中的第四层位置中，所述第四层位置设置在所述第三层位置的径向内侧。

5.根据权利要求4所述的电机，其中，所述第一绕组、第二绕组、第三绕组和第四绕组中的每一个分别由串联连接的第一导线(A，C，E，G)和第二导线(D，F，H，B)形成，其中，用于所述第一绕组、第二绕组、第三绕组和第四绕组的第一导线的第一端部分别限定第一外部引线、第二外部引线、第三外部引线和第四外部引线，并且其中，用于第一绕组的第一导线(A)的第二端部限定从第二极(P24)的径向最内层位置延伸的第一内部引线，用于第二绕组的第一导线(C)的第二端部限定从第三极(P23)的径向最内层位置延伸的第二内部引线，用于第三绕组的第一导线(E)的第二端部限定从第四极(P22)的径向最内层位置延伸的第三内部引线，用于第四绕组的第一导线(G)的第二端部限定从第五极(P21)的径向最内层位置延伸的第四内部引线，所述第五极与所述第四极相邻，所述第四极设置在所述第五极与第三极之间。

6.根据权利要求5所述的电机，其中，每个相的绕组限定至少八根内部引线，并且所述第一内部引线、第二内部引线、第三内部引线和第四内部引线各自连接到从径向最内层位置延伸的另一根内部引线，以限定反向端环(342)，其中，每个反向端环将顺时针延伸的导线连接到逆时针延伸的导线。

7.根据权利要求1所述的电机，其中，每个极由足以填充两个槽的绕组限定，并且其中，每个极包括设置在三个相邻槽(AA，BB，CC)中的绕组。

8.根据权利要求1所述的电机，其中，所述第一绕组、第二绕组和第三绕组中的每一个都由串联连接的两根导线形成，其中：

第一导线(A)和第二导线(B)从第一极(P1)的不同槽的第一层位置延伸，以限定外部引线(340)；

第三导线(C)和第四导线(D)设置在第一极的不同槽的第二层位置，并且从第二极(P24)的不同槽的第一层位置延伸，以限定外部引线(340)；

第五导线(E)和第六导线(F)设置在第一极的不同槽的第三层位置中并设置在第二极的不同槽的第二层位置中，并且从第三极(P23)的不同槽的第一层位置延伸，以限定外部引线(340)；并且

其中，所述第一导线形成第一外部引线和第一绕组的两根导线中的一根，所述第三导线形成第二外部引线和第二绕组的两根导线中的一根，所述第五导线形成第三外部引线和第三绕组的两根导线中的一根。

9.根据权利要求8所述的电机，其中，所述第一导线和第二导线限定从所述第二极的槽的径向最内层位置延伸的内部引线，所述第三导线和第四导线限定从所述第三极的槽的径向最内层位置延伸的内部引线，所述第五导线和第六导线限定从第四极的槽的径向最内层位置延伸的内部引线，所述第四极与所述第三极相邻，所述第三极设置在所述第二极与第四极之间；并且

其中，第一导线至第六导线的内部引线中的每一根串联连接到另一根内部引线以限定反向端环，其中，每个反向端环(342)将顺时针延伸的导线连接到逆时针延伸的导线。

10.根据权利要求9所述的电机，其中，对于不包括外部引线或内部引线(P2-P20)的每个极，所述极包括一个槽，其中，所述第一导线(A)位于第一层位置，所述第三导线(C)位于第二层位置，所述第五导线(E)位于第三层位置，而在所述极的另一个槽中，所述第二导线(B)位于第一层位置，所述第四导线(D)位于第二层位置，以及所述第六导线(F)位于第三层位置。

11.根据权利要求8所述的电机，其中，所述一个相包括由串联连接的两根导线(G，B)形成的第四绕组，所述第四绕组限定从第四极(P22)的第四槽延伸的第四外部引线，所述第四极与第三极相邻，所述第三极设置在所述第四极与第二极之间，所述第四绕组设置在第四槽中的第一层位置中、第三槽中的第二层位置中、第二槽中的第三层位置中和第一槽中的第四层位置中，所述第四层位置设置在所述第三层位置的径向内侧；

其中，所述一个相的绕组还包括第七导线(G)和第八导线(H)，其中，所述第七导线和第八导线设置在第一极(P1)的不同槽的第四层位置中，并设置在第二极(P24)的不同槽的第三层位置中，并设置在第三极(P23)的不同槽的第二层位置中，并且从第四极(P22)的不同槽的第一层位置延伸以限定外部引线(340)；并且

其中，所述第七导线(G)形成第四外部引线和第四绕组的两根导线中的一根。

12.根据权利要求11所述的电机，其中，所述第一导线(A)和第二导线(B)限定从第二极(P24)的槽的径向最内层位置延伸的内部引线，所述第三导线(C)和第四导线(D)限定从第三极(P23)的槽的径向最内层位置延伸的内部引线，所述第五导线(E)和第六导线(F)限定从第四极(P22)的槽的径向最内层位置延伸的内部引线，并且所述第七导线(G)和第八导线(H)限定从第五极(P21)的径向最内层位置延伸的内部引线，所述第五极与所述第四极相邻，所述第四极设置在所述第三极与第五极之间；并且

其中，所述第一导线至第八导线的内部引线中的每一根串联连接到另一根内部引线，以限定反向端环(342)，其中，每个反向端环将顺时针延伸的导线连接到逆时针延伸的导线。

13.根据权利要求12所述的电机，其中，所述第一导线(A)的内部引线串联连接到所述第四导线(D)的内部引线，所述第二导线(B)的内部引线串联连接到所述第七导线(G)的内部引线，所述第三导线(C)的内部引线串联连接到所述第六导线(F)的内部引线，以及所述第五导线(E)的内部引线串联连接到所述第八导线(H)的内部引线。

14.根据权利要求13所述的电机，其中，对于不包括外部引线或内部引线(P2-P20)的每个极，所述极包括一个槽，其中，所述第一导线(A)位于第一层位置，所述第三导线(C)位于第二层位置，所述第五导线(E)位于第三层位置，所述第七导线(G)位于第四层位置，而在所述极的另一个槽中，所述第二导线(B)位于第一层位置，所述第四导线(D)位于第二层位置，所述第六导线(F)位于第三层位置，以及所述第八导线(H)位于第四层位置。

15.根据权利要求14所述的电机，其中，每个极由足以填充两个槽的绕组限定，并且其中，每个极包括设置在三个相邻槽(AA，BB，CC)中的绕组。

16.根据权利要求15所述的电机，其中，所述第一导线至第八导线中的每一根本身不提供电气平衡的绕组，但是所述第一绕组至第四绕组中的每一个提供电气平衡的绕组。

17.根据权利要求2所述的电机，其中，所述第一绕组、第二绕组和第三绕组中的每一个都包括在从径向最内层位置延伸的内部引线处串联连接的两根导线，所述内部引线之间的每一个串联连接限定反向端环(342)，其中，每个反向端环将顺时针延伸的导线连接到逆时针延伸的导线。

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