具有單形或雙形繞組配置的電機和方法
2023-06-23 01:51:21
具有單形或雙形繞組配置的電機和方法
【專利摘要】一種製造第一定子繞組和第二定子繞組的方法，所述方法包括：在第一定子芯上形成開路繞組布置，所述開路繞組布置包括被定位在定子槽中的導體分段，每一槽中具有至少四層導體分段，所述開路繞組布置還包括至多個導體分段的多個引線。該方法還包括在第二定子芯上形成開路繞組布置。此外，該方法包括通過將該多個引線與第一附加導體連接來閉合在第一定子芯上的開路繞組布置，以形成處於單形配置的三相繞組。此外，該方法包括通過將該多個引線與第二附加導體連接來閉合在第二定子芯上的開路繞組布置，以形成處於多形配置的三相繞組。
【專利說明】具有單形或雙形繞組配置的電機和方法
【技術領域】
[0001 ] 本申請涉及電機領域，並且更具體地涉及用於電機的繞組布置。
【背景技術】
[0002]多組分段繞組通常使用在現代電機應用中，諸如用在混合電力車輛中。這些繞組通常包括多個導體分段，多個導體分段包括兩條腿以及腿之間的中心U形轉彎部分。該U形導體常常形成有矩形截面。該U形導體被定位在電機的芯部的槽中，諸如定子槽中，以形成電機的繞組。如本文使用的術語「U形導體分段」指的是改變軸方向超過90° (諸如大約180° )的導體分段，但不限於形成完整「U」形的導體分段。此外，術語「導體分段」和「分段導體」在本文可互換使用，並指的是具有兩端的導體，而無論U形部是否被包括在兩端之間，並且這樣的術語不限於U形導體分段。
[0003]通過將導體分段的腿從定子芯的一端插入到定子芯的槽中，來形成包括U形導體分段的定子繞組。在將腿插入槽中之後，將U形轉彎部分定位在定子的一側(「插入側」)，並且腿端部從定子的另一側(「連接側」或「焊接側」)延伸出。腿端部隨後被彎曲至合適的位置，其中，U形導體分段的第一條腿通常在一個方向上被彎曲，而第二條腿在相反方向上被彎曲。在腿端部被彎曲之後，整個分段的導體延伸了給定的槽跨度(例如，12個槽)。接下來，每一腿端部連接到定子的連接側上的另一腿端部，以完成繞組。這些連接包括直接對準和焊接在一起的相鄰腿端部、通過跳線連接的非相鄰腿端部、以及導致繞組相位的端子連接。總之，連接的導體形成完整的定子繞組布置。
[0004]工程師在繞組裝配前確定了分段導體在特定槽中的合適設置。針對在特定的定子芯上的單個繞組配置來設計這些繞組布置。當期望不同的繞組配置時，工程師針對槽中的導體分段認真計劃新的布置。然而，期望提供一種電機繞組配置，其可容易地被配置為兩個或更多不同繞組配置中的一個以用於不同的電機應用。具體來說，如果可以將單個繞組配置設置在定子芯上並被選擇性完成以產生多個可能的繞組布置之一，則將是有利的。如果可以在期望的繞組布置的選擇之前完成繞組布置上的大部分連接，則也將是有利的。此外，如果完成繞組連接需要在任何剩餘未連接的分段導體之間的相對較少的連接，則將是有利的。
【發明內容】
[0005]根據本公開內容的一個實施例，提供一種形成電機的繞組的方法。所述方法包括將多個導體分段插入芯構件中的多個槽中，所述芯構件具有插入端和連接端。每一個導體分段包括延伸通過多個槽中的一個的槽部和從在所述芯構件的連接端上的槽部延伸的腿端部。至少四個導體分段被插入到多個槽的每一個中。至少四個導體分段的每一個都限定了導體層，以使得至少四個導體層被設置在多個槽中。該方法還包括將第一導體層中的導體分段的腿端部在第一方向上彎曲並將第二層中的導體分段的腿端部在第二方向上彎曲，以使得多個第一相鄰腿端部形成在第一導體層中的導體分段與第二導體層中的導體分段之間。此外，該方法包括將第三層中的導體分段的腿端部在第一方向上彎曲並且將第四層中的導體分段的腿端部在第二方向上彎曲，以使得多個第二相鄰腿端部形成在第三層中的導體分段與第四層中的導體分段之間。接下來，該方法包括在芯構件的連接端處連接多個第一相鄰腿端部和多個第二相鄰腿端部。此外，該方法包括連接在芯構件的插入端上的多個腿端部，其中(i)在所述芯構件的插入端上的多個腿端部之間的連接、(ii)多個第一相鄰腿端部之間的連接、以及(iii)多個第二相鄰腿端部之間的連接形成具有電路開路(opening)的部分繞組。因此，所述電路開路被配置為(a)選擇性閉合以提供具有單形繞組布置的完整繞組，以及(b)選擇性閉合以提供具有雙形繞組布置的完整繞組。該方法還包括選擇是否應當閉合所述電路開路，以提供具有單形繞組布置或雙形繞組布置的完整繞組。最後，該方法包括閉合所述電路開路，以向所選擇的彎曲繞組提供所述單形繞組布置或所述雙形繞組布置。
[0006]依照本公開內容的另一實施例，提供一種製造第一定子繞組和第二定子繞組的方法。所述方法包括在第一定子芯上形成開路繞組布置，所述開路繞組布置包括被定位在定子槽中的導體分段而在每一槽中具有至少四層導體分段，所述開路繞組布置還包括至多個導體分段的多個引線。該方法還包括在第二定子芯上形成開路繞組布置。此外，該方法包括通過將該多個引線與第一附加導體連接來閉合在第一定子芯上的開路繞組布置，以形成處於單形配置的三相繞組。此外，該方法包括通過將該多個引線與第二附加導體連接來閉合在第二定子芯上的開路繞組布置，以形成處於多形配置的三相繞組。
[0007]根據本公開內容的另一實施例，提供一種將定子中的繞組布置從單形配置轉換為雙形配置的方法。所述定子包括多個槽，而在每一槽中具有至少四個導體。所述方法包括去除第一槽中的導體與第二槽中的導體之間的第一電連接。此外，該方法包括去除第三槽中的導體與第四槽中的導體之間的第二電連接。該方法還包括去除第五槽中的導體與第六槽中的導體之間的第三電連接。該方法還包括將第一相連接提供到在所述第一槽中的導體。此外，該方法還包括將第二相連接提供到第三槽中的導體。此外，該方法包括將第三相連接提供到在所述第五槽中的導體。該方法還包括將中性連接提供到在第二、第四和第六槽中的導體。
[0008]對於本領域技術人員來說，通過參照以下詳細描述和附圖，上述特徵、優點以及其它內容將變得更加清楚。儘管期望提供提供了這些或其它有利特徵中的一個或多個的電機繞組布置和方法，然而本文所公開的教導擴展到落入所附權利要求的範圍內的那些實施例，而不管它們是否實現上述優點中的一個或多個。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1示出包括具有分段導體的繞組布置的定子的側視圖；
[0010]圖2示出在將繞組布置插入到槽之前的圖1的定子芯的頂視圖；
[0011]圖3示出定子芯的槽的截面圖，示出了槽中的導體的布置；
[0012]圖4示出用於圖1的定子的繞組布置的分段導體的透視圖；
[0013]圖5A-5C示出用於圖1的定子的包括多個開路連接的繞組布置；
[0014]圖6A示出可如何完成圖5A-5C的開路連接以產生單Y形繞組布置的實施例；
[0015]圖6B示出圖6A的單Y形繞組布置的定子的插入端上的特殊連接；[0016]圖7A示出可如何完成圖5A-5C的開路連接以產生雙Y形繞組布置的實施例；
[0017]圖7B示出圖7A的雙Y形繞組布置的定子的插入端上的特殊連接；
[0018]圖8示出了利用圖5A-5C的繞組布置製造定子的示例性方法；以及
[0019]圖9示出用於完成圖5A-圖5C的繞組布置的開路連接的方法的可選實施例。
【具體實施方式】
[0020]普通定子配置
[0021]參照圖1，示出了包括定子10的示例性電機的側視圖。定子10包括被定位在電機的芯構件12 (即，定子芯)上的繞組布置12。定子芯14包括其中形成有多個槽16 (參見圖2)的主體部分。多個分段導體18 (其在本文也可以被稱為「導體分段」)被設置在定子10的槽中，以形成電樞繞組布置12。分段導體18限定了定子10的插入側20，該分段導體從該插入側20插入槽中。與定子的插入側20相對的是定子10的焊接側22。
[0022]圖2示出在分段導體18未設置在定子槽16中的情況下的圖1的示例性定子芯14的插入側20的頂視圖。如圖2所示，定子芯14通常是被成形有內圓周長24和外圓周長26的圓盤。圖2的示例性定子芯14包括60個槽16。通過內周長24以及定子的插入側20和焊接側22來提供至定子槽的開路17。開路17部分閉合(或半閉合)，如由在開路17處的減小的槽尺寸所示那樣。
[0023]圖3示出定子10的槽16中的一個的放大的截面圖，其中分段導體18設置在定子中。如圖3所示，每一槽16包括總共四個導體分段18，每一導體分段18具有通常矩形截面的形狀。該矩形導體分段18被布置在每一個槽16中的四個層中。層一 31被定位為最接近定子芯14的內周長24。在每個槽中，層一 31之後為層二 32、層三33以及層四34，其中層四34被定位為最接近定子的外周長26。在槽16中以這種方式布置的矩形導體18是有用的，以便併入具有高的槽填充率的半閉合或全閉合電樞槽的優點。這種形式的分段導體被配置為進一步減小AC電阻，如美國專利申請系列N0.11/187118中所描述的那樣，該美國專利申請的全部內容通過引用的方式併入本文。
[0024]如以下進一步詳細描述的，分段導體18的端部被連接在一起，以形成定子芯14上的兩個繞組集合。來自層一 31和層二 32的導體18形成第一繞組集合28，而來自層二 33和層四34的導體18形成第二繞組集合30。如以下進一步詳細示出的，給定槽中的每一繞組集合的導體對可以承載相同相或不同相的電流。例如，如圖3所示，第一繞組集合28的導體對包括A相的兩個導體，而第二繞組集合30的導體對包括B相的兩個導體。然而，在其它槽中，第一繞組集合28的導體對可以與第二繞組集合30的導體對具有相同相。本文所公開的示例性繞組布置12是三相繞組布置，包括A、B和C相。然而，應認識到，本文所公開的原理也可以應用到其它多相布置。
[0025]現在參照圖4，示出了矩形截面的示例性分段導體18。分段導體18包括由U形轉彎部分40分開的兩條腿41和42。每條腿41、42包括相關聯的腿端部43、44。導體18的方向在U形轉彎部分40處改變，以使得由導體提供的電路徑在U形轉彎部分40處實現「U形轉彎」或基本上180°的轉彎。
[0026]由具有矩形截面的直導體分段來形成圖4的分段導體18。然而，在將直導體分段插入定子之前，機器彎曲導體分段，以生成具有兩個基本上為直的腿41、42的U形轉彎。在生成U形轉彎部分40之後，將分段導體18從定子芯14的插入側20插入到定子芯14中(首先是腿)。將兩條腿41、42插入到定子芯的不同槽16中，其中兩條腿41、42在不同的槽層中。導體18的U形轉彎部分40跨越預定數量的定子槽，如圖4中由指示Y1所標註的那樣，示出了腿之間的距離等於橫越給定數量的槽的距離。使得腿41、42穿過相應的定子槽16，直到它們從定子的焊接側22延伸出。在被插入定子中之後，由機器在相反方向上彎曲腿端部43、44預定距離，由此將導體的腿端部43、44移動另一預定數量的槽。在圖4中，由Y2槽示出了該距離。
[0027]在所有分段導體18被插入到芯14的槽16中，並且腿端部被彎曲之後，相鄰腿端部的對被設置在定子芯14的連接側22上。每一對相鄰腿端部包括被定位在一個槽中的第一腿端部和被定位在不同槽中的第二腿端部。這些相鄰的腿端部在定子的連接端22上結合在一起，以形成基本完整的定子繞組布置。儘管大部分導體分段18包括在定子芯14的插入側上的U形轉彎部分40，然而一些導體分段並未包括U形轉彎部分，以使得未連接的腿端部從定子芯的插入側延伸出來。如以下進一步詳細描述的那樣，在定子芯14的連接側22上的剩下的腿端部然後連接到跳線、中性連接或相端子，以完成定子繞組布置。
[0028]在所有導體分段18被定位在定子芯上並被連接在一起之後，每一分段導體18的U形轉彎部分40將從定子10的插入側20延伸出一段距離Ud (參見圖1)。相似地，腿端部43,44將從定子10的焊接側22延伸出一段距離LD(參見圖1)。在本文所公開的實施例中，電機的大部分導體具有與圖4所示相同的形狀。然而，應認識到，形成第一繞組集合28的導體在尺寸上可略小於形成第二繞線組合30的導體，因為第二繞組集合的導體必須延伸出略微較長的距離。而且，即使大部分導體具有相同的一般性尺寸和形狀，也應認識到一些導體可以具有不同的形狀和尺寸。例如，在本文所公開的實施例中的大部分導體是U形導體，然而應認識到在槽中的導體中的至少一些並非U形導體，並相反包括在定子不同側上的相對腿端部。
[0029]部分繞組布置
[0030]現在參照圖5A-5C，所提供的繞組圖示出了用於60個槽的定子的示例性繞組布置
12。繞組布置12是三相繞組布置。圖5A示出構成A相繞組50的導體18的布置，圖5B示出構成B相繞組60的導體18的布置，以及5C示出構成C相繞組70的導體18的布置。在圖5A-5C的每一個中，在頂視圖中示出了被定位在層一和層二中的導體以及在底視圖中示出了被定位在層三和層四中的導體。每一相繞組50、60、70包括多個繞組部。如本文所使用的，術語「繞組部」指的是完成一部分相繞組的一組導體18。
[0031]圖5A-5C中所示的相繞組50、60、70包括被保持在定子槽16內並環繞定子芯14數次的波形繞組。圖5A-圖5C中所示的相繞組50、60、70包括四個繞組部，其中每個繞組部大致環繞定子芯兩次。例如，如圖5A所示，將兩個繞組部52、53定位在定子槽16的層一和層二中，並且將兩個繞組部51、54定位在定子槽16的層三和層四中。相似地，如圖5B所示，將兩個繞組部62、63定位在定子槽16的層一和層二中，並且將兩個繞組部61、64定位在定子槽16的層三和層四中。同樣，如圖5C所示，將兩個繞組部72、73定位在定子槽16的層一和層二中，並且將兩個繞組部71、74定位在定子槽16的層三和層四中。應認識到，本文所使用的術語「繞組部」指的是相繞組的某些部分。因此，如圖5A-5C的實施例中所示，「繞組部」可以包括基本完成繞定子芯的多個圈的一部分相繞組，但也可以包括未完成繞定子芯的圈的一部分相繞組。
[0032]如從圖5A-5C可以看出，在定子10的連接側22上的相鄰腿端部之間的所有連接是標準連接46。可以由本領域已知的各種方法中的任意方法(包括焊接、熱熔等)來實現這些標準連接46。為在定子的連接側上的相鄰腿端部之間的非標準連接的所有連接可以被稱為「特殊連接」。在本文公開的實施例中，將所有特殊連接(包括跳線、中性點以及端子連接)設置在定子10的插入側20上。這些特殊連接包括下列項:(i)被需要串聯或並聯連接給定相中的繞組分段的連接(即，在相路徑之間的連接);(?)被需要連接繞組集合的連接(即，層二 33和層三33中的導體之間的連接)；(iii)不同相繞組之間的中性連接；以及(iv)用於每一相繞組的端子連接。
[0033]圖5A-5C中的每一個標識了實現特殊連接的多個引線48。引線48僅僅是使用特殊連接被電連接以完成繞組布置12的導體分段18的端部。在圖5A中，在引線Lai至La8之間實現特殊連接；在圖5B中，在引線Lbi至Lb8之間實現特殊連接；在圖5C中，在引線Lci至Lc8之間實現特殊連接。如以下進一步詳細描述的那樣，取決於如何將這些引線48連接在一起，繞組布置12可以被配置為單形繞組布置(例如，單Y或單Λ繞組布置)或雙形繞組布置(例如，雙Y或雙Λ繞組布置)。
[0034]單Y繞組布置
[0035]現在參照圖6Α，在第一連接布置中，圖5A-5C所示的引線48連接在一起，使得繞組部51-54、61-64和71-74以單形繞組布置(其在本文也可以稱為「單形配置」)完成繞組布置12。具體來說，在圖6Α中，將引線48連接，以形成單Y形配置。在A相繞組50中，將引線Lai經由端子連接Ta連接至A相端子。將引線La2連接至La3以便將繞組部51與繞組部52串聯連接。相似地，將引線La4連接至La5以便將繞組部52與繞組部53串聯連接。同樣，將引線La6連接至La7以便將繞組部53與繞組部54串聯連接。最後，將引線La8連接到跳線J1，跳線J1提供用於圖6Α的單Y形配置的中性點(neutral)。
[0036]繼續參照圖6A，在B相繞組60中，將引線Lbi經由端子連接Tb連接至B相端子。將引線Lb2連接至Lb3以便將繞組部61與繞組部62串聯連接。相似地，將引線Lb4連接至Lm以便將繞組部62與繞組部63串聯連接。同樣，將引線Lb6連接至Lb7以便將繞組部63與繞組部64串聯連接。最後，將引線Lb8連接到中性跳線Λ。
[0037]在C相繞組70中，將引線La經由端子連接Tc連接至C相端子。將引線Lc2連接至Lc3以便將繞組部71與繞組部72串聯連接。相似地，將引線Lc4連接至Lc5以便將繞組部72與繞組部73串聯連接。同樣，將引線Le6連接至Le7以便將繞組部73與繞組部74串聯連接。最後，將引線Lra連接到中性跳線Λ。
[0038]現在參照圖6B，針對圖6A所示的繞組布置12的單Y配置，引線48之間的特殊連接的位置被示出在定子10的插入側20上。如前所介紹的，特殊連接包括各種跳線、中性連接以及端子連接。特殊連接的第一集合被設置在從定子槽16中的第一層導體延伸處的引線之間，該第一層最接近於定子芯14的內周長24。特殊連接的該第一集合包括跳線J2、J3和J4。跳線J2連接引線La5和引線LA4。跳線J3連接引線Lb5和引線Lb4。跳線J4連接引線Lc5和引線Lc4。
[0039]特殊連接的第二集合被設置在從定子芯的內周長24與外周長26之間的中心位置處的層2和層3中延伸 出的引線之間。特殊連接的該第二集合包括將從層2延伸的引線接合至從層3延伸的引線的六個跳線或其它連接。具體來說，如圖6B所示，第一跳線將從層2延伸出的La6連接至從層3延伸出的La7。第二跳線將從層2延伸出的Lb6連接至從層3延伸出的LB7。第三跳線將從層2延伸出的La3連接至從層3延伸出的La2。第四跳線將從層2延伸出的Lce連接至從層3延伸出的L?。第五跳線將從層2延伸出的Lb3連接至從層3延伸出的Lb2。第六跳線將從層2延伸出的Lc3連接至從層3延伸出的Lc2。
[0040]繼續參照圖6B，特殊連接的第三集合被設置在從定子槽16中的導體18的第四層延伸出的引線之間。特殊連接的第三集合包括跳線J1和端子連接TA、Tb和T。。跳線J1連接三個引線LA8、Lb8和LC8，從而提供圖6A所示的Y形繞組布置的中性連接。將端子連接Ta連接到Lai，將端子連接Tb連接到Lbi，將端子連接T。連接到La。
[0041]當如圖6B所示完成圖5A-5C的開路繞組布置的所有引線時，可以看到所得到的單Y形繞組布置包括每相圍繞定子八次的繞組部。例如，對於圖5B所示的B相，示出了環繞定子的以下八個路徑:
[0042]環繞#1
[0043]-經由引線Lbi在槽#1開始的進入的相引線
[0044]-繞組在逆時針方向上(如從插入側觀看)開始
[0045]-節距為6的導體用於圍繞電機I次(在層3中的第一腿，在層4中的第2腿)
[0046]-節距為5的導體用於偏移一個槽(短節距導體)
[0047]環繞#2
[0048]-用於圍繞電機I次的6節距導體(在層3中的第一腿，在層4中的第2腿)
[0049]-以8節距導體跨越在層3和層2之間(即，可以通過具有在層2和層3之間延伸的U形轉彎的單個U形導體提供Lb2和Lb3)
[0050]環繞#3
[0051]-用於圍繞電機I次的6節距導體(在層I中的第一腿，在層2中的第2腿)
[0052]-用於偏移一個槽的5節距的導體(短節距導體)
[0053]環繞#4
[0054]-用於圍繞電機I次的6節距導體(在層I中的第一腿，在層2中的第2腿)
[0055]-在層I內的通過使用6節距導體以反轉繞組方向的跳線(B卩，連接Lb4和Lb5的跳線J3)
[0056]環繞#5
[0057]-繞組以順時針方向開始
[0058]-用於圍繞電機I次的6節距導體(在層2中的第一腿，在層I中的第2腿)
[0059]-用於偏移一個槽的5節距的導體(短節距導體)
[0060]環繞#6
[0061]-用於圍繞電機I次的6節距導體(在層2中的第一腿，在層I中的第2腿)
[0062]-以8節距導體跨越在層#2之間(即，可以通過具有在層2和層3之間延伸的U形轉彎的單個U形導體來提供Lb6和Lb7)`
[0063]環繞#7
[0064]-用於圍繞電機I次的6節距導體(在層4中的第一腿，在層3中的第2腿)
[0065]-用於偏移一個槽的5節距導體(短節距導體)[0066]環繞#8
[0067]-用於圍繞電機I次的6節距導體(在層4中的第一腿，在層3中的第2腿)
[0068]-在中性(B卩，J1)處結束
[0069]雙Y形繞組布置
[0070]現在參照 圖7A，示出用於圖5A-5C的繞組布置的第二可能的連接布置。在圖7A的第二繞組布置中，將引線48連接在一起，以使得繞組部51-54,61-64和71-74以雙形繞組布置(其在本文中也可以被稱為「雙形配置」)來完成繞組布置12。具體來說，在圖7A中，連接引線48，以形成包括第一 Y部80a和第二 Y部80b的雙Y配置。A相繞組包括在第一 Y部80a中的分支50a和第二 Y部80b中的分支50b。分支50a的引線Lai經由端子連接Ta連接到A相端子。分支50a的引線La2連接到LA3，以便將繞組部51與繞組部52串聯連接。將引線La4連接到為第一 Y部80a提供了中性的跳線J5。分支50b的引線La5也經由端子連接Ta連接到A相端子。分支50b的引線La6連接到LA7，以便將繞組部53與繞組部54串聯連接。將引線La8連接到為第二 Y部80b提供了中性的跳線丄。應認識到，因為跳線J1和J5並未連接，因此A相繞組的分支50a和50b並不是並聯的。然而，也將認識到，在其他實施例中，可以通過接合跳線J1和J5來並聯連接分支50a和50b，得到還包括並聯分支(諸如分支50a和50b)的雙形繞組布置。
[0071 ] 繼續參照圖7A，B相繞組包括在第一 Y部80a中的分支60a和第二 Y部80b中的分支60b。分支60a的引線Lbi經由端子連接Tb連接到B相端子。分支60a的引線Lb2連接到LB3，以便將繞組部61與繞組部62串聯連接。將引線Lb4連接到為第一 Y部80a提供了中性的跳線J5。分支60b的引線Lb5也經由端子連接Tb連接到B相端子。分支60b的引線Lb6連接到LB7，以便將繞組部63與繞組部64串聯連接。將引線Lb8連接到為第二 Y部80b提供了中性的跳線J1。
[0072]C相繞組包括在第一 Y部80a中的分支70a和在第二 Y部80b中的分支70b。分支70a的引線La經由端子連接T。連接到C相端子。分支70a的引線Le2連接到Lra，以便將繞組部71與繞組部72串聯連接。將引線Le4連接到為第一 Y部80a提供了中性的跳線J5。分支70b的引線Lc5也經由端子連接Tc連接到C相端子。分支70b的引線Lai連接到L?，以便將繞組部73與繞組部74串聯連接。將引線Le8連接到為第二 Y部80b提供了中性的跳線J1。
[0073]再一次應認識到，因為跳線J1和J5並未連接，因此第一 Y部80a的分支與第二 Y部80b的分支不是並聯的。然而，也將認識到，在其它實施例中，可以通過連接跳線J1和J5來並聯連接這些分支，得到還包括並聯分支(包括並聯分支50a和50b、60a和60b以及70a和70b)的雙Y形繞組布置。
[0074]現在參照圖7B，針對圖7A所示的繞組布置12的雙Y形配置，在定子10的插入側20上示出了在引線48之間的特殊連接的位置。再一次，特殊連接包括各種跳線、中性連接以及端子連接。特殊連接的第一集合被設置在從定子槽16中的第一層導體延伸出的引線之間，該第一層最接近於定子芯14的內周長24。該特殊連接的第一集合包括跳線J5和端子引線TA、Tb和Tc。跳線J5連接引線LA4、Lb4和Lc4,並為圖7A所示的雙Y形繞組布置的第一 Y部80a提供中性。端子引線Ta連接到引線La5，端子引線Tb連接到引線Lb5，以及端子引線T。連接到Lc5。[0075]特殊連接的第二集合被設置在從定子芯的內周長24與外周長26之間的中心位置處的層2和層3中延伸出的引線之間。該特殊連接的第二集合包括將從層2延伸的引線接合至從層3延伸的引線的六個跳線或其它連接。具體來說，如圖7B所示，第一跳線將從層2延伸出的La6連接至從層3延伸出的La7。第二跳線將從層2延伸出的Lb6連接至從層3延伸出的LB7。第三跳線將從層2延伸出的La3連接至從層3延伸出的La2。第四跳線將從層2延伸出的Lce連接至從層3延伸出的L?。第五跳線將從層2延伸出的Lb3連接至從層3延伸出的Lb2。第六跳線將從層2延伸出的Lc3連接至從層3延伸出的Lc2。
[0076]繼續參照圖7B，特殊連接的第三集合被設置在從定子槽16中的導體18的第四層延伸出的引線之間。特殊連接的第三集合包括跳線J1和端子連接TA、Tb和T。。跳線J1連接三個引線LA8、Lb8和LC8，從而提供圖7A所示的雙Y形繞組布置的第二 Y部80b的中性連接。端子連接Ta連接到Lai，端子連接Tb連接到Lbi，端子連接T。連接到Lci。
[0077]當如圖7B所示完成圖5A-5C的開路繞組布置的所有引線時，可以看到所得到的雙Y形繞組布置包括每相圍繞定子八次的繞組部。例如，對於圖5B所示的B相，示出了環繞定子的以下八個路徑:
[0078]環繞#1
[0079]-經由引線Lbi在槽#1開始的進入的相引線
[0080]-繞組在逆時針方向上(從插入側觀看)開始
[0081]-具有6節距的導體用於圍繞電機I次(在層3中的第一腿，在層4中的第2腿)
[0082]-用於偏移一個槽的5節距的 導體(短節距導體)
[0083]環繞#2
[0084]-用於圍繞電機I次的6節距導體(在層3中的第一腿，在層4中的第2腿)
[0085]-以8節距導體跨越在層#3&層#2之間(即，可以通過具有在層2和層3之間延伸的U形轉彎的單個U形導體提供Lb2和Lb3)
[0086]環繞#3
[0087]-用於圍繞電機I次的6節距導體(在層I中的第一腿，在層2中的第2腿)
[0088]-用於偏移一個槽的5節距的導體(短節距導體)
[0089]環繞#4
[0090]-用於圍繞電機I次的6節距導體(在層I中的第一腿，在層2中的第2腿)
[0091]-在中性(J5)處結束
[0092]環繞#5
[0093]-經由引線Lb5在槽#1開始的進入的相引線
[0094]-繞組開始於順時針方向上(從插入側觀看)
[0095]-用於圍繞電機I次的6節距導體(在層2中的第一腿，在層I中的第2腿)
[0096]-用於偏移一個槽的5節距導體(短節距導體)
[0097]環繞#6
[0098]-用於圍繞電機I次的6節距導體(在層2中的第一腿，在層I中的第2腿)
[0099]-以8節距導體跨越在層#2之間(即，可以通過具有在層2和層3之間延伸的U形轉彎的單個U形導體提供Lb6和Lb7)
[0100]環繞#7[0101]-用於圍繞電機I次的6節距導體(在層4中的第一腿，在層3中的第2腿)
[0102]-用於偏移一個槽的5節距導體(短節距導體)
[0103]環繞#8
[0104]-用於圍繞電機I次的6節距導體(在層4中的第一腿，在層3中的第2腿)
[0105]-在中性(J1)處結束
[0106]到單Y形或雙Y形繞組布置的轉換
[0107]圖6B和7B的比較揭露了對於圖6B的單Y形布置和圖7B的雙Y形布置，特殊連接是非常相似的。具體來說，對於圖6B的單Y形布置的特殊連接和圖7B的雙Y形布置的特殊連接之間的差別僅在於層I中的特殊連接。因此，為了將繞組布置從單Y形繞組布置(如圖6A所示)改變為雙Y形繞組布置(如圖7A所示),僅需要進行的改變為改變導體的最內層的特殊連接，這些特殊連接位於定子10的插入側20上。因此，為了將圖6A和圖6B的單形繞組布置修改為圖7A和圖7B的雙形繞組布置，採用下列步驟:
[0108](i) 去除引線La5和La4之間的J2電連接；
[0109](ii)去除引線Lb5和Lb4之間的J3電連接；
[0110](iii)去除引線Lc5和Lc4之間的J4電連接；
[0111](iv)將A相端子連接Ta連接到引線La5 ；
[0112](V) 將B相端子連接Tb連接到引線Lb5;
[0113](vi)將C相端子連接Tc連接到引線Lc5 ；以及
[0114](vii)將以跳線J5的形式的中性連接提供給引線LA4、Lb4和Lc4。
[0115]當然，可以採用相反的過程來將圖7A和圖7B的雙形繞組布置修改為圖6A和圖6B的單形繞組布置。
[0116]如上所述，繞組布置12可有利地被配置為通過僅改變到起源自定子槽的第一層的引線的連接，來快速且容易地在圖6A的單Y形布置和圖7A的雙Y形布置之間進行變換，或反之亦然。這為製造商提供了易於在不同配置之間轉換現有存貨的能力。此外，在該領域使用的定子可易於通過簡單地切換在定子槽的第一層中的引線上的連接，來重新配置為不同的繞組布置。
[0117]定子製造方法
[0118]除了前述內容，上述定子布置允許靈活的生產線，其中可基本上預先裝配定子，並隨後在稍後時間快速且容易地以單形繞組配置(例如，單Y配置)或雙形繞組配置(例如，雙Y形配置)來配置該定子。具體來說，可預先基本上完成多個定子，其中層I的特殊連接未完成。之後，通過簡單地完成至定子芯的插入側上的層I的引線的特殊連接，來選擇性完成具有單形繞組布置或雙形繞組布置的每一定子。
[0119]參照圖8，示出形成用於多個電機的多個定子的方法。該方法開始於步驟91，其中，接收定子芯，並將多個導體分段插入定子芯的槽中。如上所述，導體分段中的每一個包括通過多個槽中的一個延伸的槽部和從定子芯的連接端上的槽部延伸的腿端部。將至少四個導體分段插入到定子芯的多個槽中的每一槽中。至少四個導體分段中的每一個都限定了導體層，以使得將至少四個導體層設置在多個槽中。
[0120]接下來，在步驟92中，相鄰的腿端部被形成，並被連接在定子10的連接側22上。為了實現這個，第一導體層中的導體分段的腿端部在第一方向上彎曲，並且第二層中的導體分段的腿端部在第二方向上彎曲，以使得多個第一相鄰的腿端部形成在第一導體層和第二導體層中的導體分段之間。同時，第三層中的導體分段的腿端部也在第一方向上彎曲，並且第四層中的導體分段的腿端部在第二方向上彎曲，以使得多個第二相鄰的腿端部形成在第三層和第四層中的導體分段之間。
[0121]在腿端部被彎曲之後，將定子的連接端上的相鄰腿端部焊接、焊合、熱熔或以其它方式連接在一起。具體來說，將多個第一相鄰腿端部連接，並將多個第二相鄰腿端部連接。相鄰腿端部的這種連接形成了具有電路開路的部分定子繞組，諸如圖5A-5C的實施例中所示那樣，其中，引線48保持未連接，並導致該電路開路。具有電路開路的這樣的繞組在本文中也可以被稱為「開路繞組布置」。
[0122]接下來，在步驟93中，在定子10的插入側20上進行一些特殊連接。具體來說，如圖6B和7B所示，完成從層二、層三和層四延伸出的所有引線。然而，包括所有從層一中的導體延伸(即，最接近定子芯的內直徑的層)的La4、Lb4、Lc4、La5、Lb5和Lc5的其它引線未連接，並保持斷開。在此時，定子僅具有部分繞組，其中，在定子繞組上的電路開路(即，從層一延伸的未連接的引線)被配置為(i)選擇性閉合以提供以單形繞組布置的形式的完整定子繞組，以及(ii)選擇性閉合以提供以雙形繞組布置的形式的完整定子繞組布置。
[0123]在步驟94中，確定是應當完成具有不完整繞組的定子還是將具有不完整繞組的定子移動至庫存。如果將定子移動到庫存，則定子被擱置以輸送到庫存，如步驟95中所標出那樣。隨後，在步驟96中，決定是否應構建具有部分繞組的附加定子。如果回答為是，則方法返回到步驟91，並且來構建具有部分繞組的另一定子。如果回答為否，則方法結束。
[0124]如果來自步驟94的確定是應當完成具有部分繞組的定子，則方法移動至步驟97。如上所述，在定子繞組上的剩餘電路開路(即，從層一延伸出的引線48)被配置為(i)選擇性閉合以提供以單形繞組布置的形式的完整定子繞組，以及(ii)選擇性閉合以提供以雙形繞組布置的形式的完整定子繞組布置。因此，在步驟97中決定是應當以單形繞組布置(例如，單Y形配置)還是以雙形繞組布置(例如，雙Y形配置)來完成定子繞組。
[0125]基於在步驟97中的決定，方法繼續到步驟98或步驟99中的一個。在步驟98中，以諸如圖6A所示的單形繞組布置來完成定子繞組。為完成該繞組，僅來自層一的那些特殊連接需要如圖6B所示那樣被連接，以便完成單Y形繞組(即，如圖6B所示那樣完成引線LA4、Lb4> Lc4, LA5、Lb5 和 Lc5 的特殊連接)。
[0126]可替換地，如果以雙形繞組布置來代替單形繞組布置來完成定子繞組，該方法進行至步驟99。在該步驟中，以諸如圖7A所示的雙Y形繞組之類的雙形繞組布置來完成定子繞組。為了完成該繞組，僅來自層一的那些特殊連接需要如圖7B所示那樣被連接，以便完成雙Y形繞組(即，如圖7B所示完成引線LA4、Lb4、Lc4, La5, Lb5和Lc5的特殊連接)。
[0127]在與圖8所示的方法相關的方法中，存在具有開路繞組布置的定子的現有庫存。因此，在該相關方法中，具有開路繞組布置的許多定子被選擇性完成，以具有單形繞組布置或雙形繞組布置。該方法類似與圖8所示的方法，但去除了步驟91-95，這是因為已完成具有開路繞組布置的定子。在該方法中，根據步驟96-99來完成來自庫存的定子，其中，來自步驟96的「是」響應導致回到步驟97。
[0128]上述布置在生產定子組件的生產線中提供了顯著的靈活性。具體來說，單個定子線可被用於預先裝配定子，該定子稍後可易於利用單形繞組布置或雙形繞組布置來配置。這樣的製造布置對於高生產量是特別有利的，其中可將定子配置在不同的產品中，諸如用在將用作混合電力車輛的電源的電機中的定子的生產。
[0129]使用切換構件的單形或雙形繞組布置[0130]在至少一個可選實施例中，可將開關定位在引線48之間，使得能夠執行切換的定子繞組操作。例如，如圖9所示，可以通過控制切換裝置100(在圖9的實施例中，其被設置作為MOSFET裝置)，來選擇性地在圖6的布置和圖7B的布置之間改變層I中的特殊連接。將每一切換裝置100被定位在跳線或端子連接中，以使得切換裝置的控制將使能或去使能跳線或端子連接。在圖9的實施例中，將切換裝置定位在端子連接TA2、Tb2和Ira的每一個中。此外，將切換裝置100定位在跳線J2、J3、JdP J5中。在引線C1-C8處控制切換裝置100，該引線(^-(:8均連接到控制器(諸如微處理器或其它邏輯裝置)。控制器電子控制切換裝置，以提供單形繞組布置或雙形繞組布置。例如，如果繞組布置將要稱為諸如圖6A所示的單形繞組布置，則控制器去使能切換裝置C1-C5,因此斷開用於相關聯的端子連接TA2、TB2和Tc2和跳線J5的連接，並使能切換裝置C6-C8,因此閉合跳線J2、J3和J4的連接。這得到如圖6B所示的連接布置。可選地，如果繞組布置將要稱為諸如圖7A所示的雙形繞組布置，則控制器使能切換裝置C1-C5,因此閉合用於相關聯的端子連接TA2、Tb2和Tc2和跳線J5的連接，並去使能切換裝置C6-C8,因此斷開跳線J2、J3和J4的連接。這得到如圖7B所示的連接布置。
[0131]本文已僅通過示例而非限制的方式來介紹了具有單形或雙形繞組布置的電機的一個或多個實施例的先前詳細描述。應認識到，有利的是，在無需併入本文描述的其它特徵和功能的情況下可以獲得本文描述的特定的某些特徵和功能。而且，應認識到，上述公開的實施例和其它特徵及功能或其替代形式的各種替換、修改、變型或改進可被有利地組合成許多其它不同實施例、系統或應用。本領域技術人員隨後可進行目前無法預料或無法預期的替換、修改、變型或改進，這些也旨在由所附權利要求所涵蓋。因此，任何所附權利要求的精神或範圍不應被限制為本文包含的實施例的描述。
【權利要求】
1.一種形成用於電機的繞組的方法，所述方法包括: 將多個導體分段插入芯構件中的多個槽中，所述芯構件具有插入端和連接端，所述導體分段中的每一個包括經由所述多個槽中的一個延伸的槽部和從在所述芯構件的所述連接端上的所述槽部延伸出的腿端部，其中，至少四個導體分段被插入到所述多個槽中的每一個中，所述至少四個導體分段中的每一個都限定了導體層； 將第一導體層中的所述導體分段的所述腿端部在第一方向上彎曲，並且將第二層中的所述導體分段的所述腿端部在第二方向上彎曲，以使得多個第一相鄰腿端部形成在所述第一導體層的導體分段與所述第二導體層的導體分段之間； 將第三層中的所述導體分段的所述腿端部在所述第一方向上彎曲，並且將第四層中的所述導體分段的所述腿端部在所述第二方向上彎曲，以使得多個第二相鄰腿端部形成在所述第三層的導體分段與所述第四層的導體分段之間； 在所述芯構件的所述連接端處連接所述多個第一相鄰腿端部和所述多個第二相鄰腿端部； 連接所述芯構件的所述插入端上的多個腿端部，其中(i)在所述芯構件的所述插入端上的所述多個腿端部之間的連接、(ii)所述多個第一相鄰腿端部之間的連接、以及(iii)所述多個第二相鄰腿端部之間的連接形成了具有電路開路的部分繞組，所述電路開路被配置為(a)選擇性閉合以提供具有單形繞組布置的完整繞組，以及(b)選擇性閉合以為所述完整繞組提供雙形繞組布置； 選擇是否應當閉合所述電路開路，以提供具有所述單形繞組布置或所述雙形繞組布置的所述完整繞組；以及` 閉合所述電路開路，以提供所選擇的具有所述單形繞組布置或所述雙形繞組布置的完整繞組。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述單形繞組布置是單Y形繞組布置，並且其中，所述雙形繞組布置是雙Y形繞組布置。
3.如權利要求1所述的方法，其中，由到達未連接到其它導體的六個導體分段的至少六個引線來提供電路開路，所述六個導體分段包括被定位在所述至少四個導體層中的同一層中的槽部。
4.如權利要求3所述的方法，其中，所述同一層是所述至少四個導體層中的徑向上最向內的層。
5.如權利要求4所述的方法，其中，閉合所述電路開路包括提供在所述導體分段中的第一對之間的第一連接，提供在所述導體分段中的第二對之間的第二連接，以及提供在所述導體分段中的第三對之間的第三連接，以提供具有所述單形繞組布置的完整繞組。
6.如權利要求5所述的方法，其中，所述第一連接、所述第二連接和所述第三連接包括第一跳線、第二跳線和第三跳線。
7.如權利要求3所述的方法，其中，閉合所述電路開路包括向所述導體分段中的第一個提供第一相端子連接，向所述導體分段中的第二個提供第二相端子連接，向所述導體分段中的第三個提供第三相端子連接以及向所述導體分段中的第四個、第五個和第六個提供中性連接，以提供具有所述雙形繞組布置的完整繞組。
8.如權利要求1所述的方法，其中，通過從所述芯構件的所述插入端上的所述至少四個導體層中的單個層延伸出的至少六個引線，而不具有導體耦合至所述至少六個引線的一端，來形成所述電路開路。
9.如權利要求8所述的方法，其中，閉合所述電路開路包括提供在所述至少六個引線中的第一對之間的第一跳線、提供在所述至少六個引線中的第二對之間的第二跳線、以及提供在所述至少六個引線中的第三對之間的第三跳線，以提供具有所述單形繞組布置的完整繞組。
10.如權利要求1所述的方法，其中，所述完整繞組是三相繞組。
11.如權利要求10所述的方法，其中，所述電機是用於混合電力車輛的電源。
12.如權利要求1所述的方法，其中，在選擇是否應當閉合所述電路開路以提供具有所述單形繞組布置或所述雙形繞組布置的完整繞組之前，執行在所述芯構件的所述連接端處連接所述多個第一相鄰腿端部和所述多個第二相鄰腿端部。
13.如權利要求1所述的方法，其中，所述電路開路被設置在所述芯構件的所述插入端處。
14.如權利要求1所述的方法，其中，所述電路開路均被設置在從同一導體層延伸出的導體分段之間。
15.如權利要求14所述的方法，其中，所述導體層是最接近所述芯構件的內直徑的導體層。
16.如權利要求1所述的方法，其中，所述多個導體分段是具有基本為矩形的截面的U形導體。
17.—種製造第一定子繞組和第二定子繞組的方法，所述方法包括: 在第一定子芯上形成開路繞組布置，所述開路繞組布置包括被定位在定子槽中的導體分段，每一槽中具有至少四層導體分段，所述開路繞組布置還包括到達多個所述導體分段的多個引線； 在第二定子芯上形成所述開路繞組布置； 通過將所述多個引線與第一附加導體連接來閉合在所述第一定子芯上的所述開路繞組布置，以形成處於單形配置的三相繞組；以及 通過將所述多個引線與第二附加導體連接來閉合在所述第二定子芯上的所述開路繞組布置，以形成處於多形配置的三相繞組。
18.如權利要求17所述的方法，其中，所述第一附加導體包括在所述多個引線之間延伸的跳線，並且其中，所述第二附加導體包括至少一個跳線和至少三個相引線。
19.如權利要求17所述的方法，其中，所述開路繞組布置包括六個引線； 其中，閉合在所述第一定子芯上的所述開路繞組布置包括將所述六個引線連接至三個跳線，以使得所述三個跳線中的每一個均連接所述引線中的一對；並且 其中，閉合在所述第二定子芯上的所述開路繞組布置包括將所述六個引線連接至三個相引線和一個跳線，以使得所述一個跳線連接所述六個引線中的三個，並且所述三個相引線每一個均連接到所述六個引線中的一個。
20.一種將定子中的繞組布置從單形配置轉換為雙形配置的方法，所述定子包括多個槽，在每一槽中具有至少四個導體，所述方法包括: 去除第一槽中的導體與第二槽中的導體之間的第一電連接；去除第三槽中的導體與第四槽中的導體之間的第二電連接；去除第五槽中的導體與第六槽中的導體之間的第三電連接；將第一相連接提供到所述第一槽中的導體；將第二相連接提供到所述第三槽中的導體； 將第三相連接提供到所述第五槽中的導體；以及將中性連接提供到所述第二槽、所述第四槽和所述第六槽中的導體。
【文檔編號】H02K3/28GK103580403SQ201310339289
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年8月6日 優先權日:2012年8月6日
【發明者】B·D·錢伯林, S·伯頓 申請人:雷米技術有限公司