用于电机的定子和用于将发卡式绕组施加到定子本体上的方法与流程

1.本发明涉及一种用于电机的定子，定子具有定子本体和施加到定子本体上的发卡式绕组，该定子本体具有多个沿定子本体的周向方向分布的凹槽，该发卡式绕组具有用于多个相的导体，其中，导体相应由多个导电连接的导条形成，导条相应具有两个凹槽区段，凹槽区段通过连接区段连接，其中，相应相的各个极由多个凹槽区段组形成，该凹槽区段组分别包括在由彼此相邻的凹槽形成的凹槽组中布置在发卡式绕组的同一层中的凹槽区段，其中，形成相应的凹槽区段组的凹槽区段的导条形成导条组，该导条组通过以下方式将各个相的相邻的极相连接，即，导条的连接区段分别将属于相应的相的相邻的极的凹槽区段组的凹槽区段相连接，其中，在各个导条的凹槽区段之间沿周向方向被跨过的凹槽的数量由一跨距规定，该跨距由相应的导条的夹子形状限定。本发明还涉及电机、机动车以及用于将发卡式绕组施加到定子本体上的方法。


背景技术：

2.用于呈发卡式结构形式的电机的定子现在经常出现在动力电机中，尤其是在机动车领域中。在这种生产技术中，首先将具有特定轮廓的线材——通常是矩形线材——弯曲成u形，其还可被称为导条或“发卡”。然后将发卡的腿部布置成圆形，并插入叠片定子组的凹槽中。在下一步中，使腿部的自由端部在定子的背侧同心地围绕定子轴线转动限定的角度，其中，位于确定的直径、即位于绕组的同一层的所有的自由端部均沿顺时针和逆时针交替地扭转。这个过程还被称为“扭头”。由于扭头而彼此相邻的自由端部被焊接，并且根据绕线图样将所谓的互连桥放置在绕组端部上并与自由端部相焊接，以便将导条互联成整个绕组。必要时，接着对自由端部进行绝缘处理，并且浸渍整个定子。该技术可高度自动化并实现高的铜填充率，即实现导体覆盖的面积与凹槽面积的高的比率。因此，这种技术特别适用于生产汽车领域的电机，尤其适用于生产动力电机。
3.所说明的方法中可能不利的是，针对最初建立的生产，绕线图样通常是固定不变的。然而，如果例如希望生产不同功率或扭矩等级的电动机，通过改变电机的轴向长度并因此改变定子的轴向长度来实现这种变化是一种常见且在经济上有利的解决方案。然而，在此，为了在模块化系统的框架内保持电气边界条件相同，应在电机的长度发生变化时调整定子的匝数。在没有针对每个电机利用其独有的半成品和/或模具构建自己独有的生产系统的情况下，通常的发卡式绕线技术几乎不能提供改变匝数的可能性。


技术实现要素：

4.因此，本发明的目的在于，避免传统的发卡式绕组的缺点，并且尤其能够实现在尽可能少地改变生产工艺的情况下实现匝数的调整。
5.该目的由此实现：对于各相的导条组中的至少两个导条组，相应导条组的导条的跨距/跨越宽度的变化或组合彼此不同。
6.在常规的绕组中，针对所有的极和各个极的所有凹槽组，所使用的跨距具有相同的组合或变化。例如可针对所有的导条使用相同的跨距，或者可将各导条的相同的跨距序列用于凹槽组中的每个凹槽组。因此形成绕组的高度对称性或者说高度对称的绕组端部。
7.在本发明中已经认识到，即使通过相对于这种对称性的相对小的偏差，例如通过采用以下方式来修改相应相的一个或两个极的凹槽区段组，即，针对至少一个导条组使用与其他导条组不同的跨距的变化或组合，可实现绕组的明显改动，即，例如，从例如一个相的导体区段的先前的并联变为这些导体区段的串联，并且因此例如可实现相应的相的匝数的变化。同时，在根据本发明的方案中，被改变的导条组的凹槽区段占据的凹槽保持相同，从而除了——例如对于相应相的一个或两个极连接——使用不同形状的导条之外，其他绕线图样可保持不变。这使得能够例如以相对小的技术花费实现通过相同的制造层施加具有不同匝数的绕组。
8.在一个相的两个凹槽组之间的凹槽典型地承载其他相的导体凹槽区段。因此，导条的跨距必须如此来选择，即，至少可跨过该凹槽。例如，如果使用三个相以及凹槽组的数量为二，则必须通过相应的导条组的导条跨过至少四个凹槽，即，一个导条必须具有的跨距至少是四。在这种情况下，该导体组的剩余导条必须附加地跨过被第一导条的凹槽区段占据的凹槽，从而剩余导条必须具有六的跨距。因此，在这种情况下，跨距的可行的组合是四的跨距和六的跨距。在这种情况下，第二可行的组合是，对于相应的导条组的两个导条跨距为五。因此，在这种情况下，在根据本发明的定子中，使用不同的导条组，其中，至少一个导条组具有四和六的跨距组合，而一个仅使用五的跨距。
9.如稍后将参照示例阐述的那样，通过使用根据本发明的跨距的不同变化或组合，实现将原本并联的相应各相的导体区段串联。结果，能够实现匝数的可以简单实施的变化。如果使用包括两个以上的导条的导条组，显然还会有更多不同的跨距的变化或组合可行性，对此，稍后将阐述一些示例。
10.在很多绕线图样中，为相应的极分配固定的凹槽组，从而极由在该凹槽组中布置在不同的层中的那些凹槽区段组形成。然而，还已知这样的绕线图样，在其中，为不同层中的极分配不同的凹槽组，从而形成极的不同的层的各不同凹槽区段组可沿周向方向彼此略微错位，尤其错开一个或两个凹槽。
11.相应的相可由单个导体形成。然而，相应的相还可包括多个并联和/或串联的导体，这些导体相应由多个导电连接的、例如焊接的导条形成。
12.导条中的不同导条的凹槽区段相应堆叠在凹槽中，从而凹槽区段中的相应一凹槽区段的径向位置由其在相应的堆叠中的位置限定。总之，将在不同的凹槽中布置在相同的径向位置或布置在相应堆叠中的相同位置的所有那些凹槽区段称为层。
13.在发卡式绕组中，导条典型地轻微倾斜地布置，使得一个导条的两个凹槽区段布置在不同的层中。通常，导条如此布置，即，相应两个层通过导条的连接区段连接，并且与其他层的连接通过该导条中的一个或多个导条的凹槽区段的导电连接的、例如焊接的自由端部形成。通过连接区段连接的两个层还被称为筐部/笼(korb)。
14.术语“变化和组合”在这里以组合学的意义来使用。因此，如果仅仅改变跨距出现的顺序，例如沿顺时针方向从导条中的第一导条开始，则这是一种跨距的置换/换位/排列(permutation)或通常而言的跨距变化。如果相应的导条组例如包括三个导条，并且使用三
个相，则典型地需要八的平均跨距。因此，作为不同的置换或变化，一方面可使用的跨距是九、七、八，另一方面可使用的跨距为八、九、七。在组合的情况下，顺序无关紧要，从而上述两种变化或置换是跨距的相同的组合。因此，一方面九、九、六的跨距和另一方面十、八、六的跨距可用作跨距的不同组合。这些不同的组合也是不同的变化，但不是不同的置换，因为使用了不同的元素。
15.关于可能的变化的数量，针对导条组的导条中的第一导条，例如导条中的在第一极中占据凹槽组的第一凹槽的那些导条，可自由选择在第二极的凹槽组中的凹槽。因此，对于第一导条的跨距，在导条组的组数量为n的情况下，则有n种可能性。对于第二导条，得到n-1种可能性、对于第三导条(如果有的话)，有n-3种可能性，等等。因此，对于具有n个导条的导条组，有n！种变化可能性。例如，对于两个导条的组数量的情况，则恰好有两种可能性；对于三个导条的组数量，则有六种可能性；对于四个导条的组数量，则有24种可能性。导条组的数量对应于相应凹槽组的数量，并且也被称为孔数。
16.至少一个相的至少一个导体可在由发卡式绕组的两个层形成的发卡式绕组筐部中沿定子的周向方向两次沿相同的方向围绕定子的中心轴线延伸。导体尤其可在每个筐部、即在每对相邻的、由连接区段连接的层中两次在相同的方向上围绕定子的中心轴线延伸。
17.在常规的绕线图样中，在环绕一圈之后转变到另一筐部中。如果现在使用由导条形成一个相的多个并联导体的绕组，如稍后还将举例阐述的那样，该绕组可通过使用用于确定的极连接或多个极连接的跨距的不同的变化或组合来如此进行修改，使得该绕组多次围绕定子的中心轴线延伸，由此可通过根据本发明的变化以很低的花费实现并联的导体区段转变成串联的导体区段。
18.仅仅所选择的、将相应相的极中的恰好两个极或恰好三个极相连接的导条组可具有与该相的导条组中的其他导条组不同的跨距的变化或组合。因此在很大程度上保留本身所期望的绕组对称性，并且仅局部地有少许偏差，以实现所期望的连接变化。
19.所选择的导条组的所有导条可具有相同的跨距，并且其他导条组的每两个导条的跨距可相差二，或反之。因此，如果对于导条组的导条例如需要n的平均跨距，则对于所选择的导条组，所有的导条可具有跨距n，而对于其他导条组，导条中的一个可具有跨距n 1，而导条中的另一个可具有跨距n-1。如果在相应的导条组中含有多于两个的导条，则其余的导条又可具有跨距n。这引起，相比于没有进行这种修改的绕组，通过针对所选择的导条组的跨距的不同的组合，有效交换两个凹槽区段在相应的凹槽组中的位置，由此例如实现在没有修改的情况下将并联线路改成串联，诸如此类。
20.在相应的导条组相应包括至少三个导条的情况下，所选择的导条组的两个导条的跨距可相差四或更多，并且其他导条组的导条的跨距可最大相差三，或相反。例如，如果每个导条组使用三个导条，并且使用三个相，则导条组的平均跨距可等于八。在这种情况下，例如，对于所选择的导条组可以使用的跨距为十、八、六，而对于其他导条组可使用的跨距为九、九、六。类似于上文所述，通过其他变化或组合实现了凹槽区段在确定的凹槽组中以不同的顺序排列，因此导条可不同地连接，以便例如从导体区段的并联变成串联。
21.除了根据本发明的定子之外，本发明还涉及一种电机，其包括根据本发明的定子。
22.本发明还涉及一种机动车，该机动车包括根据本发明的电机，其尤其作为动力电
机。
23.本发明还涉及一种用于在生产电机的情况下将发卡式绕组施加到定子本体上的方法，发卡式绕组具有用于多个相的导体，该方法包括以下步骤：
[0024]-提供定子本体和多个导条，该定子本体具有多个沿定子本体的周向方向分布的凹槽，所述多个导条各自具有通过连接区段连接的两个凹槽区段，其中，导条中的至少两个导条具有彼此不同的夹子形状，
[0025]-将凹槽区段沿轴向引入到凹槽中，使得相应相的各个极由多个凹槽区段组来形成，该凹槽区段组包括在由彼此相邻的凹槽形成的凹槽组中布置在发卡式绕组的同一层中的凹槽区段，其中，形成相应凹槽区段组的凹槽区段的导条形成导条组，该导条组通过以下方式连接相应相的相邻的极，即，所述导条的连接区段相应地将属于相应相的相邻极的凹槽区段组的凹槽区段相连接，其中，在相应的导条的凹槽区段之间沿周向被跨过的凹槽的数量由一跨距规定，该跨距由相应的导条的夹子形状限定，其中，对于相应相的导条组中的至少两个导条组，所使用的相应导条组的导条的跨距具有彼此不同的变化或组合，并且
[0026]-使导条导电连接，以形成相应相的至少一个导体。
[0027]
根据本发明的方法可尤其用于制造根据本发明的定子，或在生产根据本发明的定子的情况下用于将发卡式绕组施加到定子本体上。针对根据本发明的定子阐述的特征连同所提到的优点可转用于根据本发明的方法，或相反。
[0028]
尤其是在将第一发卡式绕组施加到第一定子本体上之后，为了将第二发卡式绕组施加到第二定子本体上，可重复该方法步骤，然而，其中，为了施加其他发卡式绕组，按如下方式修改用于将凹槽区段沿轴向插入到凹槽中的步骤，即，针对相应相的导条组中的至少一个导条组，使用与针对第一发卡式绕组的跨距不同的跨距的变化或组合，和/或针对相应相在其他发卡式绕组中的所有导条组，所使用的跨距具有相同的变化或组合。
[0029]
因此，如已经针对根据本发明的定子阐述的那样，可实现，例如在第一发卡式绕组中，绕组在筐部内沿定子的周向方向两次在相同的方向上围绕定子的中心轴线延伸，而在第二发卡式绕组中，相反可产生如下两个导体区段，在相应的导体转变到另一筐部中之前，两个导体区段在筐部内沿定子的周向方向仅仅一次在相同的方向上围绕定子的中心轴线延伸。概括地说，可通过所述方案尤其是在除了这种小的修改之外相同的制造方法中，形成第一发卡式绕组和第二发卡式绕组的不同的匝数。因此在制造定子时获得提高的灵活性。
[0030]
第一定子本体和第二定子本体可沿定子的轴向方向具有不同的长度。如开头已经阐述的那样，使用电机和因此定子本体的不同的长度，以便可在模块化系统中，例如在机动车的生产系列中，提供不同的功率或扭矩。第一发卡式绕组和第二发卡式绕组的不同的设计能够实现匝数的调整，以匹配电气边界条件，从而绕制的第一定子本体和第二定子本体或包括它们的电机可在没有复杂地调整周边电子件的情况下例如用于相同的车辆系列中。
附图说明
[0031]
本发明的其他优点和细节在以下实施例以及相关附图中示出。其中：
[0032]
图1示出了根据本发明的定子的实施例的详细视图，定子可通过根据本发明的方法的实施例来生产，
[0033]
图2示出了图1所示的定子的绕组图样的一部分，
[0034]
图3和图4示出了在根据本发明的定子的另一实施例中的用于两个导体的绕组图样的一部分，以及
[0035]
图5示出了根据本发明的机动车辆的一个实施例，其包括根据本发明的电机的实施例。
具体实施方式
[0036]
图1示出了电机的定子1的详细视图，该定子具有定子本体2和施加到定子本体上的发卡式绕组5。在图1中部分展开地示出了筒状的定子2，从而在图1中沿定子本体2的径向方向突出的定子齿3和位于定子齿之间的凹槽4在横向方向上交替示出。为了清楚起见，在图1中仅仅示出了一个相6的两个导体区段7、8，这两个导体区段如在后面还将参考图2阐述的那样串联。虽然存在其他的导体或相，但是没有将其示出。
[0037]
导体32或导体区段7、8相应由多个导电连接的导条9至12形成。如导条9的示例所示，相应的导条9至12包括：两个凹槽区段15、16，这些凹槽区段穿过定子本体2的相应的凹槽4延伸；和连接区段17，其连接凹槽区段15、16。在施加发卡式绕组期间，凹槽区段15、16最初是直的，使得导条9至12可沿轴向插入到定子本体2中。在插入之后，首先提供导条9至12的自由端部，其中，使在一层中的所有自由端部始终沿相同的方向弯曲，并且使在相邻的层中的自由端部沿不同的方向弯曲。接着，如在连接点13、14处示意性地示出的那样，将自由端部导电连接，例如焊接。
[0038]
相应相6的不同的极22、23、27、28各自由多个凹槽区段组20、21形成，其中，相应的凹槽区段组20、21分别包括凹槽区段15、16，这些凹槽区段在发卡式绕组5的相同的层中布置在凹槽4的确定的凹槽组18、19中。在此，如在图1中可看出的那样，相应的导条9至12的连接区段17分别连接不同的凹槽区段组20、21或不同的极22、23、27、28的凹槽区段15、16。位于凹槽组18、19之间的凹槽33可容纳用于形成其他相的凹槽区段。
[0039]
相应的导条9至12的形状相应地规定了跨距24、25、26，跨距表示在相应的导条9至12的凹槽区段15、16之间所跨过的凹槽的数量。因此，导条9的跨距相应为四，导条11的跨距相应为六，而导条10、12的跨距相应为五。将相邻的极、即极22和23或27和28相连接的那些导条9和11或10和12被认为是导条组。定子1的基本特征是，包括导条9、11的导条组具有与包括导条10、11的导条组相比不同的跨距组合，即，跨距的四和六的组合。因此，如将在下面参考图2所阐述的那样，这使得能够将导体区段7、8串联连接，以形成导体32。
[0040]
图2示出了定子1的绕组图样的详细视图，其中，仅仅示出了用于导体32的层a和层b、即最外面的两个绕组层或绕组的最外面的筐部的方案。方框中给出的数字相应从用1标记的相接头开始按照其相互连接的顺序对凹槽区段进行编号。这里，在方框或数字之间的直线表示通过在弯曲侧的连接区段17的连接，而阶梯式的连接表示通过在焊接侧的焊接连接等的连接。相应的列表示各个凹槽，而相应的行代表层。在此，仅仅示出了针对被一个相的凹槽区段占据的凹槽的方框，而容纳其他相的导体的凹槽则抽象地显示为水平间隙。示出的空置的方框引导同一相的使用相同绕线图样的第二导体。在未示出或仅仅部分地示出的层c至层f中，继续实施相同的绕线图样。
[0041]
对于导条或者说连接区段，除了虚线所示的导条或者说连接区段之外，始终使用用于内导条的跨距为四和用于外导条的跨距为六的组合。对于用虚线示出的两个导条或者
说连接区段，使用的跨距是五。这引起在通常的扭头过程中，层b中的凹槽区段8和层a中的凹槽区段9的自由端部彼此相邻，并且因此可以导电连接，以便将包括凹槽区段1至8的导体区段与包括凹槽区段9至16的导体区段导电连接。因此实现，在绕组的由两层a和b形成的筐部内所得到的导体沿定子的周向方向在相同的方向上围绕定子的中心轴线引导两次。在到达凹槽区段16之后，导体通常通过将凹槽区段16与凹槽区段17导电连接的方式被引导到另一筐部中，即被引导到层c中。
[0042]
如果对图2中示出的绕线图样进行修改，使得针对用虚线示出的连接区段或导条也使用与在两个极之间所使用的其他的导条组相同的跨距的组合，即，在该示例中是跨距为六和四的组合，则这将导致在图2中用附图标记8和16表示的凹槽区段互换。由于基于扭头过程在焊接侧的固定的跨距，这导致第八个凹槽区段的自由端部与层c中的在图2中用附图标记17表示的凹槽区段的自由端部相邻，因此导体在围绕定子的中心轴线环绕一圈后直接被引导到下一筐部中，即被引导到层c中。在这种情况下，在图2中包括凹槽区段9至16的第二导体区段同样被直接引导到第二筐部中，从而代替导体区段的串联连接，该导体区段是并联引导的导体的部分。
[0043]
换言之，通过选择用虚线示出的导条的跨距的组合，可选地实现更长的单独线匝或两个并联线匝。因此，在制造中，可用更少的花费实现例如可使用的匝数的修改，可使不同长度的定子与分别要使用这些定子的系统的电气边界条件相匹配。
[0044]
图3和图4示出了另一电机的相同的相的两个导体的绕组图样的部段。一般来说，关于所选择的绕线图样的图示方法也同样适用于图2。在此，正如已经在图2中所示出的，方框中的数字表示从相接头开始是第几个凹槽区段。在这种情况下，在图3和图4中，相应的导体从层a引导到未示出的层f，并从那里回引到层a，从而凹槽区段72也位于层a中，该凹槽区段72离相接头最远，并且例如可连接到地电位或星形汇接点。由于这种设计，连接极中的两个极的相应导条组的三个导条被分布到两个导体上，因此两个附图应一起考虑以讨论所使用的跨距的组合。
[0045]
在该示例中，除了用虚线示出连接三个极的导条之外，相应连接每两个极的所有导条组合具有九、九、六的跨距组合。用虚线示出的两个导条组具有十、八、六的跨距组合。由此实现在图1中从凹槽区段61延伸到凹槽区段72的导体区段或在图4中从凹槽区段1延伸到凹槽区段12的导体区段相应在相同的方向上围绕定子的中心轴线被引导两次。
[0046]
如果对于用虚线示出的导条也使用和其他导条相同的跨距组合，则将产生三个并联的导体，其在相应的筐部内沿周向方向围绕定子的中心轴线仅引导一次。因此，类似于已经结合图1和图2讨论的实施例，通过使用至少两个导条组的跨距的不同的变化或组合，与将相同的跨距的组合用于所有的导条组的情况相比，可实现不同的匝数。相应地，可通过很少的技术花费调整匝数。
[0047]
图4示出了机动车29的实施例，该机动车辆29包括由上述定子1中的一种和转子31形成的电机30。电机30可尤其是电动车辆或混合动力车辆的动力电机。