CN116210148A

CN116210148A - 用于制造偏斜定子的方法

Info

Publication number: CN116210148A
Application number: CN202180066793.5A
Authority: CN
Inventors: R·巴赫; S·比茨; B·多茨; C·芬格-艾伯特; C·西普克; S·韦德
Original assignee: Valeo eAutomotive Germany GmbH
Current assignee: Valeo eAutomotive Germany GmbH
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2021-09-21
Publication date: 2023-06-02
Also published as: US20230361660A1; JP2023543481A; KR20230058138A; WO2022069289A1; DE102020212358A1; EP4222847A1

Abstract

本发明涉及一种用于制造偏斜定子(103)的方法，该偏斜定子具有由成形导体(7)构成的定子绕组，该方法包括以下步骤：‑提供定子芯(1)，该定子芯包括多个槽(2)，这些槽从定子芯(1)的第一端面(3)延伸到定子芯(1)的相对的第二端面(4)并且在周向方向上具有偏斜，‑提供至少一个具有至少一个成形导体(7)的布置(10)，成形导体具有两个彼此平行取向的直的腿部部分(8)和连接两个腿部部分(8)的连接部分(9)，‑通过定子芯(1)和布置(10)之间沿轴向方向的相对移动，将其中成形导体包括直的腿部部分(8)的布置(10)插入到第一端面(3)处具有偏斜槽(2)的定子芯(1)中，使得至少一个成形导体(7)的腿部部分(8)由于相对移动而弯曲，使得插入定子芯(1)中的腿部部分(8)的形状获得与槽(2)的偏斜相对应的偏斜。

Description

用于制造偏斜定子的方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造偏斜定子的方法，该偏斜定子具有由成形导体构成的定子绕组。

背景技术

为了避免电机运行中不希望的齿槽转矩和转矩脉动，通常已知使用偏斜的定子和/或偏斜的转子。

CN 109 639 078公开了一种用于生产马达的具有发夹式绕组(hairpinwindings)的定子布置的方法，包括以下步骤：提供具有偏斜槽的定子芯；提供多个具有正方形横截面的发夹；扭转发夹的腿部以匹配偏斜槽的螺旋形式，使得腿部的角度对应于槽的角度；将几个扭转的发夹的腿部的自由端组合成笼；通过旋转将笼插入定子芯；以及将自由端电连接成对，以便形成绕组。

发明内容

本发明基于指出一种用于生产偏斜定子的简化方法的目的，该偏斜定子的定子绕组包括成形导体。

根据本发明，该目的通过一种用于生产偏斜定子的方法来实现，该偏斜定子具有由成形导体组成的定子绕组，该方法包括以下步骤：

-提供定子芯，该定子芯包括多个槽，这些槽从定子芯的第一端面延伸到定子芯的相对的第二端面，并且在周向方向上具有偏斜，

-提供至少一个具有至少一个成形导体的布置，该成形导体具有两个彼此平行取向的直的腿部部分和连接这两个腿部部分的连接部分，

-通过定子芯和布置之间沿轴向方向的相对移动，将其中成形导体包括直的腿部部分的布置插入到第一端面处具有偏斜槽的定子芯中，使得至少一个成形导体的腿部部分由于相对移动而弯曲，使得插入到定子芯中的腿部部分的形状获得与槽的偏斜相对应的偏斜。

根据本发明的方法，生产偏斜的定子。偏斜定子是这样一种定子，其中为定子绕组提供的槽不仅在轴向方向上延伸，而且在周向方向上偏斜。这些槽优选呈螺旋状延伸。

定子还包括作为定子绕组的成形导体。成形导体具有两个腿部部分和连接腿部部分的连接部分，该连接部分特别是导电地连接腿部部分。这种成形连接器特别被称为U形发夹或发夹式绕组。特别地，每个腿部部分包括自由端和连接到连接部分的一端。

为了制造偏斜定子，成形导体被设置成使得它们的腿部部分最初是直的。特别地，以这种方式提供的成形导体被插入到已经具有偏斜槽的定子芯中，使得插入到定子芯中的成形导体的腿部部分获得对应于槽的形状，特别是跟随螺旋槽的螺旋形状。

大致上，为了生产偏斜定子，通过定子芯和布置之间沿轴向方向的相对移动，将该布置插入定子芯中，该布置的成形导体最初包括直的腿部部分，该定子芯在第一端面具有偏斜槽，使得至少一个成形导体的腿部部分由于相对移动而被弯曲，使得插入到定子芯中的腿部部分的形状获得与槽的偏斜相对应的偏斜。特别是，相对移动只发生在轴向方向。优选地，定子芯不动，并且该布置相对于不动的定子芯在轴向方向上移动，特别是仅在轴向方向上移动。

因此，特别地，可以实现连续偏斜的定子，其特别是具有对电机运行期间齿槽转矩和转矩脉动的减小的最大优化。实际上，实现了具有成形导体的定子绕组的优点，特别是与由圆导线制成的绕组相比，实现了简单的生产和高度自动化的可能性。用根据本发明的方法获得的定子还有利地允许使用无偏斜的转子，这大大降低了电机的生产成本。此外，根据本发明的方法有利地允许在插入槽之前省略在单独的方法步骤中的腿部部分的弯曲，这简化了生产过程。

在将该布置(即成形导体的直的腿部部分)插入槽中之前，特别地，将准备好的布置(其中成形导体具有直的腿部部分)相对于定子芯取向，使得直的腿部部分取向为平行于定子芯的纵向延伸范围或纵向轴线。

特别地，腿部部分的自由端插入定子芯第一端面处的槽中。

也可以被描述为发夹式导体的成形导体的特别之处在于，它是由固体金属特别是铜形成的。典型地，成形导体具有矩形横截面，在某些情况下是圆化的。成形导体优选不是柔软的。成形导体的腿部部分可以是杆状的。优选地，腿部部分的横截面被构造成使得在槽内径向层叠的预定数量的腿部部分，例如最多16个腿部部分，优选最多12个腿部部分，特别优选最多8个腿部部分，填充槽的横截面积的至少40％，特别是至少60％，优选至少80％。

还可以提供偶数个腿部部分插入相应的槽中，特别是至少两个腿部部分，优选至少四个腿部部分，进一步优选至少六个腿部部分，特别优选至少八个腿部部分。特别地，利用根据本发明的方法，优选地直接在执行相对移动的步骤之前，腿部部分和槽在轴向方向上笔直延伸，并且仅在执行相对移动的步骤期间获得相应的偏斜。典型地，腿部部分和连接它们的连接部分形成为一体。

优选地，定子芯包括多个轴向层叠的定子芯元件，例如盘状定子叠片或单独的叠片。定子芯特别是叠片芯。优选地，定子芯的定子芯元件旋转固定地连接在一起。定子芯元件可以通过物质结合连接在一起，特别是通过焊接，优选激光焊接。定子芯元件例如每个都具有0.27mm至0.5mm的厚度。定子芯元件优选彼此电绝缘。

利用根据本发明的方法，提供定子芯的步骤可以特别包括以下子步骤：提供多个定子芯元件；布置定子芯元件，使得形成定子芯的槽的定子芯元件的通道开口是偏斜的；以及连结定子芯元件，使得它们旋转固定地连接在一起。

作为定子芯元件布置的一部分，可以设置成它们轴向层叠，彼此偏移，从而形成偏斜。替代地，可以设置成定子芯元件轴向地彼此层叠布置，使得形成定子芯的槽的定子芯元件的通道开口在轴向方向上笔直延伸。这里可以获得偏斜，因为通道开口共同彼此偏移。为此，沿着所有层叠的定子芯元件轴向延伸的偏移工具可以从内部径向插入到一个或多个槽中并被枢转，从而产生偏斜。这种偏移工具也可以称为刀片。

优选地，槽的偏斜是螺旋形的。螺旋或螺纹偏斜的特点尤其是恒定的螺距高度和/或在轴向方向上恒定的偏斜角度。

利用根据本发明的方法，进一步优选的是，第一端面处的相应槽的轴向开口位于周向方向上的角位置处，第二端面处的直接相邻的槽的轴向开口位于该角位置处。因此，可以实现围绕槽螺距的偏斜，这在电磁方面特别有利，并且有利于减小齿槽转矩和转矩脉动。

在根据本发明的方法的有利实施例中，可以规定，该布置包括足够的成形导体，用于径向层叠的成形导体的腿部部分来填充、特别是完全填充定子芯的所有槽。这种布置也可以被称为成形导体筐。因此，提供了一种布置，其中成形导体根据定子绕组的预定绕组模式布置，并且在一个插入过程中完全填充槽，或者填充到仅需要插入单独的附加成形导体以便连接定子绕组，例如形成相连接和/或形成一个或多个星形点连接器。该实施例的一个优点是将成形导体快速引入定子芯。

替代地，利用根据本发明的方法，可以提供多个布置，每个布置具有若干个成形导体，并且依次地插入定子芯中，其中径向层叠的多个布置的成形导体的腿部部分填充定子芯的所有槽。这种布置也可以被称为成形导体部件筐。因此，提供了多种布置，其中成形导体根据定子绕组的预定绕组模式布置，并且在若干个插入过程中完全填充槽，或者填充到仅需要插入单独的附加成形导体以便连接定子绕组，例如形成相连接和/或形成一个或多个星形点连接器。

相应的布置可以包括足够的成形导体，用于径向层叠的成形导体的腿部部分在周向方向上最大180°，优选最大120°，特别优选最大90°的角度区域中填充定子芯的槽。在这个程度上，腿部部分可以在周向方向上仅填充槽的一个扇区。替代地或附加地，相应的布置可以包括足够的成形导体，用于成形导体的腿部部分径向地层叠在槽中，以填充相应槽的径向延伸范围的最大一半，优选最大三分之一，特别优选最大四分之一。因此，这种布置可以在为成形导体的布置而提供的槽中仅填充部分层。

原则上，上述布置可以在径向方向和/或周向方向上重叠。这里使用多个布置使得甚至复杂的定子绕组也能被容易地处理，从而以模块化的方式插入到槽中，而这种复杂的定子绕组通过单一的布置只能被困难地制造。

原则上，利用根据本发明的方法，每个布置还可以精确地包括一个成形的导体，使得这些导体可以单独地和依次地插入槽中。

利用根据本发明的方法，可以规定定子芯设置有电绝缘槽衬件，这些槽衬件布置在定子芯的相应槽中。替代地，作为根据本发明的方法的一部分，电绝缘槽衬件可以插入相应的槽中。槽衬件具体是指这样一种装置，该装置在槽的整个轴向延伸范围上延伸，并在周向方向上完全给槽加衬，以便将槽的内部与定子芯电绝缘。通常，这种衬件由绝缘纸制成。优选的是，槽衬件的材料被选择成使得在插入偏斜槽时，它遵循偏斜槽的轮廓。

在根据本发明的方法的有利改进中，可以规定，在执行相对移动之前，引导工具被布置在定子芯的第一端面上，其中在执行相对移动时，相应的腿部部分在到达槽之前抵靠在引导工具上，并且因此被弯曲，从而形成偏斜。因此，腿部部分不直接在定子芯本身上弯曲，而是在到达第一端面之前不久弯曲，以避免损坏腿部部分或槽的内表面。引导工具尤其具有比成形导体更高的机械强度。因此，可以获得足够高的强度来吸收弯曲过程中的弯曲力。

优选地，对于每个腿部部分，引导工具具有一个表面，腿部部分抵靠在该表面上，并且切向弯曲。替代地或附加地，可以规定，对于每个腿部部分，引导工具具有该腿部部分抵靠在其上并沿径向方向弯曲的表面。在插入过程中，相应的表面使腿部部分沿周向方向或径向方向弯曲，从而跟随槽的偏斜。优选地，引导工具的表面或相应表面由金属制成，特别是钢。

引导工具的表面优选是圆化的和/或比定子芯的槽内表面更光滑。这种非常光滑和圆化的表面允许腿部部分沿着表面比沿着定子芯更容易滑动。

此外，优选的是，该表面或相应表面相对于中心轴线的倾斜比槽的偏斜角更陡。因此，腿部部分的弯曲之后的任何回弹可以得到补偿，从而腿部部分可以容易地插入到槽中。

特别有利的是，还可以提供由多个部段形成的引导工具，其中在弯曲期间，部段可以处于定子芯上的径向接合位置，并且可以被径向向外移动以移除引导工具。每个部段可以具有两个径向突起，其中腿部部分在一个部段的突起之间以及两个相邻部段的相应突起之间被交替地从一个槽引导到另一个槽。

为了避免损坏槽衬件，特别优选的是执行相对移动，使得槽衬件的腿部部分的自由端不接触。为此，可以通过引导工具来固定槽衬件。

利用根据本发明的方法，优选使用成形导体，其中连接部分被弯曲，使得成形导体的腿部部分在周向方向上产生若干个槽的偏移和/或在径向方向上产生一个或多个层的偏移。提供至少一个布置可以包括弯曲细长的导电杆，以便形成两个平行的腿部部分和/或连接部分，这在周向方向和/或径向方向上形成偏移。

此外，可以在提供至少一个布置的过程中，通过旋转拉伸弯曲，例如借助于3D弯曲设备，来形成成形导体。

在执行相对移动之后，可以提供以下进一步的步骤作为根据本发明的方法的一部分：在第二端面处弯曲相应腿部部分的自由端，使得不同形状的导体的自由端彼此抵靠。此外，可以提供以下步骤：将彼此抵靠的自由端导电地连接。连接优选通过连结工艺进行，特别是通过焊接，优选激光焊接。

附图说明

本发明的更多优点和细节可以从下面描述的示例性实施例中并借助附图得到。后者是示意图，其中：

图1示出了本发明方法的示例性实施例的流程图；

图2示出了在该方法中使用的定子芯的正视图；

图3示出了在该方法中使用的成形导体的示意图；

图4示出了槽的示意图，其中布置有成形导体的腿部部分；

图5示出了在该方法期间将成形导体的布置插入定子芯中的过程的示意图；

图6和7分别示出了在本发明方法中使用的引导工具的透视图；和

图8示出了示例性车辆的示意图，该示例性车辆具有电机的示例，该电机具有通过本发明的方法获得的定子。

具体实施方式

图1是用于生产偏斜定子的本发明方法的示例性实施例的流程图。

该方法包括第一步骤S10，在该步骤中，提供定子芯1，该定子芯1尤其被配置为叠片芯。

图2是定子芯1的正视图。

在本例中，定子芯1包括例如54个槽2，这些槽从图2所示的第一端面3延伸到相对的第二端面4(见图3)。槽2具有围绕槽螺距的螺旋偏斜。因此，第一端面3处的相应槽2的轴向开口位于周向方向上的一个角位置处，第二端面4处的直接相邻的槽的轴向开口位于该角位置处(见图3)。

在该示例性实施例中，提供定子芯1的步骤S10包括五个子步骤S11至S15：

在第一子步骤S11中，提供多个定子芯元件5，这些定子芯元件特别地分别形成为单独的叠片或定子叠片，例如具有0.27mm至0.5mm的厚度，并且具有用于形成槽2的通道开口。图2示出了轴向最外侧的定子芯元件5。典型地，定子芯元件5通过冲压形成。在接下来的子步骤S12中，定子芯元件5被布置成轴向彼此层叠，使得定子芯元件5的通道开口在轴向方向上直线延伸。在接下来的子步骤S13中，由于通道开口共同地彼此偏移，所以产生了定子芯1的偏斜。为此，沿着所有层叠的定子芯元件5延伸的偏移工具从内部径向插入到一个或多个槽2中，并且被枢转以产生偏斜。在接下来的子步骤S14中，定子芯元件5连结在一起，使得它们旋转固定地连接在一起。为此，在如此提供的定子芯1的外侧上产生若干轴向焊缝。这优选通过激光焊接来完成。在子步骤S15中，绝缘纸的电绝缘槽衬件6(见图4)被插入每个槽2中，并且在轴向方向上完全在端面3、4之间延伸，并且在周向方向上完全给槽2加衬。

根据替代的示例性实施例，如果定子芯元件5已经轴向层叠，并且彼此偏移形成偏斜，则省略步骤S13。

图3示出了在该方法中使用的成形导体7的示意图。图4示出了槽2的示意图，其中接收有成形导体7。

成形导体7包括两个等距离延伸的直的腿部部分8以及导电地连接腿部部分7的连接部分9。连接部分8被构造成使得当腿部部分7被插入槽2中时，它们被布置在不同的槽2中，并且位于相应槽2内的不同径向层中，特别是通过形状配合。图4示出了槽2的八个层中的八个腿部部分8，其由槽衬件6加衬，填充了槽2的大约80％的横截面积。如图所示，腿部部分8具有圆化矩形横截面。每个成形导体7由铜制成，其中腿部部分8与连接部分9一体形成。

图5示出了在该方法期间将成形导体7的布置10插入定子芯1的过程的示意图。

在该方法的步骤S20中，布置10由多个成形导体7提供，其中腿部部分是直的并且彼此平行取向。该示例性实施例中的步骤S20包括三个子步骤S21至S23：

在子步骤S21中，提供铜杆。在子步骤S22中，其被弯曲以首先形成连接部分9，其次形成腿部部分8，腿部部分8笔直延伸且彼此平行。连接部分9被弯曲，使得成形导体7的腿部部分8在周向方向上偏移若干个槽，在径向方向上偏移一个层或多个层。连接部分9通过旋转拉伸弯曲形成，例如通过3D弯曲设备。

在子步骤S23中，布置用于成形导体筐形式的布置10的足够的成形导体7，使得径向层叠的成形导体的腿部部分完全或几乎完全填充定子芯1的所有槽2。在布置10中，所有连接部分9位于布置10的一个轴向端，并且腿部部分8的所有自由端位于布置10的另一个轴向端。

图6和7分别示出了本发明方法中使用的引导工具11的透视图。引导工具11由多个部段11a形成，这些部段在数量上对应于定子芯1的槽2的数量的一半。部段11a在图6中处于接合位置，在图7中处于释放位置。每个部段11a具有两个径向突起11b。在本示例性实施例中，引导工具11例如由钢制成，并且具有比成形导体7更高的机械强度。

在步骤S30中，引导工具11被布置在定子芯1的第一端面3上。为此，部段11a被布置在定子芯1上它们的接合位置，使得每隔一个槽2(every second slot)位于相应部段11a的突起11b之间，而另一个槽2位于两个相邻部段11a的突起11b之间。引导工具11或相应的部段11a在这里固定槽衬件6。

如图5所示，在步骤S40中，在定子芯1和布置10之间沿轴向方向执行相对移动。仅执行在布置10的轴向方向上的线性移动，其中定子芯1保持不动。相对移动导致成形导体7插入槽2中。这里，相应的腿部部分8抵靠引导工具11的表面12(见图7)，并且切向弯曲。相应的表面12相对于定子芯1的中心轴线比槽2的偏斜角倾斜得更陡，因此腿部部分8在弯曲后可以弹回。表面12也形成得比定子芯1的在槽2内的表面更光滑，使得腿部部分8可以容易地在表面12上滑动。在一些情况下，轴向方向上的相对移动可以被周向方向上的相对移动覆盖。

执行相对移动，直到第二端面4上的腿部部分8的自由端伸出定子芯1。相对移动发生，使得腿部部分8的自由端不接触槽衬件6，以避免损坏槽衬件6。为此，如上所述，槽衬件6由引导工具11固定。此外，表面12在轴向上比槽衬件6更靠外。

在进一步的示例性实施例中，在相对移动期间，布置10可以保持不动并且定子芯1在轴向方向上移动。此外，在相对移动期间，布置10和定子芯1都可以被移动。

在下一步骤S50中，将引导工具11从定子芯1移除。为此，如图7所示，部段11a径向向外移动。

在下一步骤S60中，腿部部分8在第二端面4处的自由端被弯曲，使得两个不同腿部部分的自由端彼此抵靠。在下一个步骤S70中，借助于激光焊接通过物质结合将彼此抵靠的自由端导电地连接在一起。

根据替代的示例性实施例，在步骤S20中，在子步骤23中提供或布置多个布置10作为成形导体部件筐。这里，相应的布置10包括用于其腿部部分的足够的成形导体7，其径向层叠，以在最大定子芯元件的周向方向上的预定角度区域90°中填充定子芯1的槽2，和/或在槽2中径向层叠以填充相应槽2的径向延伸范围的四分之一。在步骤S40中，这些布置10被依次插入槽2中。

图8示出了具有电机101的车辆100的示意图，电机101具有使用上述方法生产的定子103。

在电机101的定子103内部，相对于定子103可旋转地安装有无偏斜的转子102，在本例中，电机101被配置为永久励磁同步电机。显然，只有成形导体7的连接部分9位于定子芯1的第一端面3上，且只有成形导体7的腿部部分8的焊接自由端位于定子芯1的第二端面4上。

电机101被设计成驱动车辆100。这被配置为部分或完全电力驱动的车辆，例如电池电动车辆(BEV)或混合动力车辆。

Claims

1.一种用于制造偏斜定子(103)的方法，所述偏斜定子具有由成形导体(7)构成的定子绕组，所述方法包括以下步骤：

-提供定子芯(1)，该定子芯包括多个槽(2)，所述槽从定子芯(1)的第一端面(3)延伸到定子芯(1)的相对的第二端面(4)并且在周向方向上具有偏斜，

-提供至少一个具有至少一个成形导体(7)的布置(10)，所述成形导体具有两个彼此平行取向的直的腿部部分(8)和连接所述两个腿部部分(8)的连接部分(9)，

-通过所述定子芯(1)和所述布置(10)之间沿轴向方向的相对移动，将其成形导体包括所述直的腿部部分(8)的所述布置(10)插入到在所述第一端面(3)处具有偏斜槽(2)的所述定子芯(1)中，使得所述至少一个成形导体(7)的腿部部分(8)由于所述相对移动而弯曲，使得插入所述定子芯(1)中的腿部部分(8)的形状获得与所述槽(2)的偏斜相对应的偏斜。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述槽(2)的偏斜是螺旋形的。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述布置(10)具有使所述成形导体(7)的腿部部分(8)径向层叠地填充所述定子芯(1)的所有槽(2)的数量的成形导体(7)。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，提供依次插入所述定子芯的多个布置(10)，其中，所述多个布置(10)的成形导体(7)的腿部部分(8)径向层叠地填充所述定子芯(1)的所有槽(2)。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，相应的布置(10)具有使所述成形导体(7)的腿部部分(8)满足下述情况的数量的成形导体(7)：

-径向层叠地在周向方向上最大180°，优选最大120°，特别优选最大90°的角度区域中填充所述定子芯(1)的槽(2)，和/或

-在所述槽(2)中，径向层叠地填充相应槽(2)的径向延伸范围的至多一半，优选至多三分之一，特别优选至多四分之一。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在执行所述相对移动之前，引导工具(11)被布置在所述定子芯(1)的第一端面(3)上，其中，在执行所述相对移动期间，相应的腿部部分(8)在到达所述槽(2)之前抵靠在所述引导工具(11)上，并且因此被弯曲，从而形成所述偏斜。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，

对于每个腿部部分(8)，所述引导工具(11)具有

-表面(12)，所述腿部部分(8)抵靠在该表面上并被切向弯曲，和/或

-表面(13)，所述腿部部分(8)抵靠在该表面上并沿径向方向被弯曲。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，所述引导工具(11)由多个部段(11a)形成，其中在弯曲过程中，所述部段处于所述定子芯(1)上的径向接合位置，并且被径向向外移动以移除所述引导工具。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中

-为所述定子芯(1)提供电绝缘槽衬件(6)，所述电绝缘槽衬件布置在所述定子芯(1)的相应槽(2)中，或者

-将电绝缘槽衬件(6)插入所述相应的槽(2)中。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述相对移动被执行为使得所述腿部部分(8)的自由端不接触所述槽衬件(6)。