定子组件、发夹式绕组电机及定子线圈绕组方法与流程

本公开涉及一种包括使用发夹件的线圈绕组部的定子组件、包括该定子组件的发夹式绕组电机以及利用发夹件将定子线圈进行绕组的方法。

背景技术：

1、众所周知，作为环保型车辆的电池电动车辆(bev)、混合动力电动车辆(hev)和燃料电池电动车辆(fcev)在广义上是电机驱动车辆(ev)。这些环保型车辆包括：电机，作为驱动源，被配置为驱动车辆；以及逆变器，被配置为通过将来自高压电源的直流电(dc)转换为交流电(ac)并将ac电流施加到电机来驱动和控制电机。

2、如上所述，在环保型车辆中，电机用于产生用于驱动车辆的驱动力。对于设置为驱动环保型车辆的电机(即，驱动电机)，需要高效率和高功率密度。

3、通常，电机的输出与绕组在定子芯上的线圈的匝数成比例。因此，为了在不增加电机大小的情况下提高电机的效率和输出，可以考虑增加绕组在定子芯上的线圈的占空系数(space factor)的方法。

4、最近，为了减少绕组的焦耳损耗并增加线圈的占空系数，已经积极研究利用具有大致矩形横截面形状的扁平线圈而不是利用具有圆形横截面形状的环形线圈的线圈绕组方法。

5、然而，扁平线圈比环形线圈更难进行绕组。因此，作为便于扁平线圈的绕组的一种方式，已经提出使用发夹形导体的定子线圈绕组式电机(在下文中称为“发夹式绕组电机”)。在以下描述中，电机中使用的发夹形导体简称为“发夹件”。

6、在发夹式绕组电机中，定子芯中的线圈绕组部可以通过将形成为近似u形的多个发夹件中的每一个插入定子芯的槽中的相应一个槽中、焊接分别设置在槽的各层中的发夹件并将发夹件电连接来形成。

7、当使用这种发夹式绕组方法时，不仅可以克服由于绕组机带来的设备限制，而且即使在扁平线圈的情况下也可以容易地将线圈进行绕组。特别地，当使用发夹式绕组方法时，实现了线圈绕组工作的完全自动化，从而可以获得提高生产率、降低成本、稳定工艺和提高质量等多个优点。

8、另外，当使用发夹式绕组方法时，不仅可以减少绕组的焦耳损耗并增加电机中线圈的占空系数，还可以增加槽中线圈的热导率，从而改善电机的冷却功能以及效率和输出。

9、在典型的发夹式绕组电机中，用于形成定子的线圈绕组部的发夹件具有在u形线圈导体的表面上涂覆具有预定厚度的绝缘膜的构造。

10、制造发夹件的过程和通过将发夹件插入到定子芯的槽中来制造定子的过程可以通过自动化设备或自动化过程来执行。

11、例如，在常规的发夹件制造过程中，将具有在线圈导体的表面上涂覆绝缘膜的构造的连续扁平线圈切割到所需长度，然后将切割的线圈弯曲，或者弯曲和扭曲以形成u形，从而制造具有所需的形状的发夹件。

12、在下文中参照图1a至图5b对典型的发夹式绕组电机的定子进行更详细的描述。

13、图1a-图1b是示出已知的发夹件的示图。图2是示出在定子芯的每个槽中设置多个层的示例的示图。

14、如图1a-图1b所示，发夹件20包括分别设置在发夹件20的相对的两侧的两个支腿部21和将两个支腿部21相互连接的头部22。发夹件20的支腿部21可以具有矩形横截面形状，并且发夹件20总体上可以具有u形形状。

15、每个发夹件20中的一对支腿部21可以形成为在平行的方向上延伸。两个支腿部21的一个端部通过头部22相互连接。在图1a-图1b所示的示例中，头部22形成v形，并且包括支腿部21和头部22的发夹件20的总体形状形成为u形。

16、头部22可以形成扭曲预定程度的形状，使得一个发夹件20中的两个支腿部21分别插入并固定到预定槽中的不同层中。为了模制和制造发夹件20，头部22可以弯曲成v形并且扭曲成扭曲的形状。

17、虽然图中未详细显示，但绝缘膜从每个发夹件20的相对的端部被去除。更具体地，从分别设置在每个发夹件的相对的两侧的两个支腿部21的每个端部去除绝缘膜，从而允许线圈(发夹件)的导体部分暴露在外部。

18、此外，如图2所示，定子芯10设置有多个齿11和槽12，多个齿11和槽12沿定子芯10的圆周方向布置并且形成在定子芯10的内圆周部上。在定子芯10中，每个齿11形成为朝向定子芯的内圆周部径向延伸。在这种情况下，在形成两个相邻齿11之间的空间的每个槽12中，朝向定子芯的内圆周部的端部可以具有敞开的结构。

19、另外，如图2所示，每个槽12可以具有包括多个层(层1至层4)的多层结构。每个槽12可以设置有在定子芯的径向方向上设置的多个层(层1至层4)。

20、为此，在发夹式绕组电机的定子芯10中，两个槽12之间的空间被划分为使得多个层(层1至层4)在定子芯的径向方向上设置。图2示出在一个槽12中四个层(层1至层4)在空间上彼此分隔的情况。

21、形成在每个槽中的层的数量可以根据电机的输出、绕组设计方法等而改变。例如，可以根据需要在每个槽中形成两层、八层或十层。

22、另外，每个发夹件20的两个支腿部21插入以规则间隔设置在定子芯10中的两个槽12中。每个发夹件的两个支腿部插入定子芯中的槽之间的间隔可以被定义为发夹式绕组的间距。

23、在与发夹件20的两个支腿部21中的一个支腿部插入的槽12直接相邻的相邻槽称为第一个槽的情况下，当发夹件20的另一支腿部插入第p个槽(“p”是自然数)时，作为发夹件的两个支腿部分别插入的两个槽之间的间隔的间距(发夹式绕组的间距)变为p。

24、另外，当每个发夹件20的两个支腿部21分别插入定子芯10的预定槽12中时，即，每个发夹件的两个支腿部分别插入彼此间隔p间距的两个槽中时，每个发夹件20的两个支腿部21可以插入不同的层(层1至层4)。

25、例如，当一个发夹件20的两个支腿部21中的一个插入定子芯10的预定槽12中的层1中时，另一支腿部可以插入与预定槽12间隔预定间距的另一槽中的层2中。

26、在这种情况下，每个支腿部21的一部分容纳在槽12中，并且每个支腿部的端部暴露在槽的外部。另外，每个支腿部的暴露在槽的外部的部分在通过弯曲或扭曲处理之后，通过焊接电连接到另一发夹件的支腿部。

27、另外，发夹件20可以以相同的间距分别插入到定子芯10的槽12中，并且以这种方式以相同的间距插入槽12中的发夹件20可以形成定子的线圈绕组部。

28、参照图1b，每个支腿部21的与头部22相邻的直线部分21a容纳在槽12中，暴露在槽的外部的剩余部分21b被加工成弯曲状。另外，每个支腿部21的弯曲端部21c在去除绝缘膜的状态下通过焊接电连接到另一发夹件。

29、在下文中，为了便于描述，每个支腿部21的插入并容纳在定子芯10的槽12中的部分21a称为“插入部分”，每个支腿部21的暴露在定子芯的槽的外部的部分21b称为“暴露部分”，并且每个支腿部21的连接到另一发夹件的支腿部的部分21c称为“连接端部”。

30、为了利用如上所述制造的发夹件20形成定子的线圈绕组部，在将绝缘纸(未示出)插入定子芯10的每个槽12中之后，将每个发夹件20的支腿部21分别插入插入绝缘纸的定子芯10中的槽12中，分别插入槽中的两个相邻发夹件的支腿部通过焊接等相互电连接。

31、图3是示出发夹件20被插入定子芯10的槽12中的状态的示图。当支腿部21插入定子芯10的槽12中时，每个支腿部21的插入部分21a(图1b)插入相应的槽12中，从而容纳在预定层中。

32、在这种情况下，虽然图3中未示出，但在定子芯10的相对的一侧(未示出)，每个发夹件20的支腿部21的暴露部分21b(图1b)暴露在槽12的外部。

33、在发夹件20的每一个中，两个支腿部21插入在定子芯10中彼此间隔开预定间距的两个槽12中，这两个支腿部21设置在发夹件20的相对的两侧并被构造为每一个均包括被去除绝缘膜的连接端部21c(图1b)。发夹件的相对的两侧的两个支腿部插入到定子芯的两个槽中的不同层中。

34、此外，在插入槽12中的两个发夹件20的支腿部21中，连接端部21c(即，去除了绝缘膜中的每一层的相邻导体部分)以弯曲(或扭曲)的状态焊接，以便相互电连接。

35、另外，当定子的线圈绕组部如上所述地利用发夹件形成时，端子组件连接到线圈绕组部的端子部。端子组件是一种被构造为引出线圈绕组部的三相线圈、连接三相线圈的中性点并形成三相线圈的并联电路构造的导线连接结构。

36、当像传统的发夹式绕组电机那样仅通过焊接连接发夹件而形成线圈绕组部时，存在的问题是：无法优化绕组绝缘以应对具有相同相位的线圈之间的电压差。

37、另外，在应用开放式绕组(open-end winding，oew)型的逆变器-电机系统的定子线圈绕组部中，具有相同相位的线圈之间的电压差(一个相位的第一匝和最后一匝之间出现最大电压差“vdc”)增加。因此，有必要采用针对绝缘而优化的新的绕组结构。

38、图4是示出应用了oew型的逆变器-电机系统的电路图的示图。特别地，图4示出逆变器和定子线圈绕组部之间的连接状态。图5a-图5b是示出传统的发夹式绕组电机中相同相位之间的电压差的示图。特别地，图5a-图5b示出一个相位具有24匝的示例。

39、在图5a中，在oew类型的情况下，当u相的线圈绕组具有24匝和双并联(u1，u2)构造时，最大电压差“vdc”出现在相同相位的第一匝和最后一匝之间。

40、此外，根据图5b的示例，在包括发夹件的定子的线圈绕组部中，具有相同相位的线圈之间出现最大电压差的线圈部分是第一匝的线圈和最后一匝的线圈彼此相邻的部分。在这种情况下，两个线圈具有相同的相位。此处，如图5b所示，最大电压差可以出现在相同槽中最内两层(层1和层2)的线圈之间的部分和相同槽中最外两层的线圈(层5和层6)之间的部分。

41、参照图5b，可以看出，最大电压差“vdc”出现在作为第一匝和最后一匝的组合的相同槽中的层5(u1)和层6(u2)之间，并且最大电压差值“vdc”出现在作为第一匝和最后一匝的另一组合的相同槽中的层1(u2)和层2(u1)之间。

42、如上所述，在oew类型的情况下，出现最大电压差“vdc”，并且在逆变器pwm切换期间，可能瞬间产生高于稳态电压的电压。因此，对于每个槽，都需要交叉插入绝缘纸，并且需要诸如更优化的绝缘膜或绝缘纸的绝缘材料。

43、在上述传统绕组结构中，当考虑到仅使用发夹件的具有相同相位的线圈之间的最大电压差来执行绕组优化时，由于结构缺点，端部线圈(暴露在槽的外部的发夹件的部分)的高度可能增加，或者批量生产率可能降低。

44、另外，需要加强绝缘设计规范，以应对具有相同相位的线圈之间电压差的增加(需要进行绝缘加强设计)。当绝缘膜或绝缘纸等绝缘材料的厚度增加或添加绝缘材料时，过度的绝缘可能导致诸如线圈的占空系数降低、批量生产率降低和价格增加的问题。

45、本背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本公开背景的理解。因此，本背景技术部分可能包含不构成本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本公开致力于解决与现有技术相关的上述问题。本公开的目的是提供一种能够实现绕组绝缘优化以应对线圈绕组部中具有相同的槽的线圈之间的电压差的定子组件、包括该定子组件的发夹式绕组电机以及将发夹式绕组电机的定子线圈进行绕组的方法。

2、本公开的另一目的是提供一种定子组件和对定子线圈进行绕组的方法，其能够可靠地解决与被优化以减小应用开放式绕组(oew)型的逆变器-电机系统的定子线圈绕组部中的相同槽中具有相同相位的线圈之间的电压差的传统绕组方法相关的问题，诸如与绝缘增强设计相关的问题、过度绝缘、线圈的占空系数降低、批量生产率降低、价格增加等。

3、本公开的目的不限于上述目的，通过对实施例的详细描述，本公开所属领域的普通技术人员应清楚地理解本文未提及的其它技术目的。

4、在实施例中，提供一种定子组件。该定子组件包括定子芯，定子芯具有在圆周方向上形成的多个槽。多个槽设置在定子芯的内圆周部上。定子组件还包括线圈绕组部，线圈绕组部具有分别插入定子芯的槽中的发夹件。发夹件串联连接以形成u相、v相和w相中的每一相的线圈。槽中的每一个具有分隔成在定子芯的径向方向上布置的多个层的空间。每一相的线圈包括通过在定子芯的径向方向上的最外层和最内层之间串联连接各个发夹件而形成的第一半部线圈绕组和第二半部线圈绕组。在第一半部线圈绕组和第二半部线圈绕组中，在第一半部线圈绕组和第二半部线圈绕组中的一个中设置在定子芯的径向方向上最外层中的线圈端部和在第一半部线圈绕组和第二半部线圈绕组中的另一个中设置在定子芯的径向方向上最内层中的线圈端部通过导电构件串联连接。

5、在一个方面，可以将每个槽中在定子芯的径向方向上向内和向外彼此相邻的两个层定义为一组，并且可以将形成每一相的线圈的每个发夹件的两个支腿部分别插入到在定子芯的圆周方向上彼此间隔开预定间距(p)间隔的同一组的两个槽中的不同层中。

6、在一个方面，每一相的线圈的第一半部线圈绕组和第二半部线圈绕组可以包括通过串联连接分别插入到多个槽中的同一组的层中的发夹件而形成的各个组的线圈绕组。各个组的线圈绕组可以通过跳线与另一相邻组的线圈绕组串联连接，以形成第一半部线圈绕组和第二半部线圈绕组。

7、在一个方面，跳线可以包括具有y间距间隔的跳线，其中该跳线连接在定子芯的圆周方向上彼此间隔开y间距间隔的两个槽中进行绕组的不同组的线圈绕组。跳线还可以包括具有(y-1)间距间隔的跳线，其中该跳线连接在定子芯的圆周方向上彼此间隔开(y-1)间距间隔的两个槽中进行绕组的不同组的线圈绕组。跳线还可以包括具有(y+1)间距间隔的跳线，其中该跳线连接在定子芯的圆周方向上彼此间隔开(y+1)间距间隔的两个槽中进行绕组的不同组的线圈绕组。

8、在一个方面，可以将y间距间隔设置为等于插入有形成每一相的线圈的每个发夹件的两个支腿部的槽之间的间距(p)间隔。

9、在一个方面，导电构件可以将第一半部线圈绕组的线圈端部连接到第二半部线圈绕组的线圈端部，其中线圈端部分别插入到彼此间隔开y间距间隔的两个槽中。

10、在一个方面，定子芯可以具有在定子芯的圆周方向上布置并形成在定子芯的内圆周部上的总共48个槽。形成每一相的线圈的每个发夹件的两个支腿部可以分别插入到彼此间隔开六间距(p)间隔的槽中。跳线可以包括具有五间距间隔的跳线、具有六间距间隔的跳线以及具有七间距间隔的跳线。

11、在一个方面，每一相的线圈可以具有通过利用端子组件将两个线圈绕组并联连接而形成的双并联导线连接结构，并且可以通过利用导电构件将第一半部线圈绕组串联连接到第二半部线圈绕组而形成两个线圈绕组。

12、在另一实施例中，提供一种包括定子组件的发夹式绕组电机。定子组件包括定子芯，该定子芯具有在定子芯的圆周方向上形成的多个槽。多个槽设置在定子芯的内圆周部上。定子组件还包括线圈绕组部，线圈绕组部具有分别插入到定子芯的槽中的发夹件。发夹件串联连接以形成u相、v相和w相中的每一相的线圈。槽中的每一个具有分隔成在定子芯的径向方向上布置的多个层的空间。每一相的线圈包括通过在定子芯的径向方向上最外层和最内层之间串联连接各个发夹件而形成的第一半部线圈绕组和第二半部线圈绕组。在第一半部线圈绕组和第二半部线圈绕组中，在第一半部线圈绕组和第二半部线圈绕组中的一个中设置在定子芯的径向方向上最外层中的线圈端部和在第一半部线圈绕组和第二半部线圈绕组中的另一个中设置在定子芯的径向方向上最内层中的线圈端部通过导电构件串联连接。

13、在一个方面，可以将在每个槽中在定子芯的径向方向上向内和向外彼此相邻的两个层定义为一组。可以将形成每一相的线圈的每个发夹件的两个支腿部分别插入到在定子芯的圆周方向上彼此间隔开预定的间距(p)间隔的同一组的两个槽中的不同层中。

14、在一个方面，每一相的线圈的第一半部线圈绕组和第二半部线圈绕组可以包括通过串联连接分别插入到多个槽中的同一组中的层中的发夹件而形成的各个组的线圈绕组。各个组的线圈绕组可以通过跳线与另一相邻组的线圈绕组串联连接，以形成第一半部线圈绕组和第二半部线圈绕组。

15、在一个方面，跳线可以包括具有y间距间隔的跳线，其中该跳线连接在定子芯的圆周方向上彼此间隔开y间距间隔的两个槽中进行绕组的不同组的线圈绕组。跳线还可以包括具有(y-1)间距间隔的跳线，其中该跳线连接在定子芯的圆周方向上彼此间隔开(y-1)间距间隔的两个槽中进行绕组的不同组的线圈绕组。跳线还可以包括具有(y+1)间距间隔的跳线，其中该跳线连接在定子芯的圆周方向上彼此间隔开(y+1)间距间隔的两个槽中进行绕组的不同组的线圈绕组。

16、在一个方面，可以将y间距间隔设置为等于插入有形成每一相的线圈的每个发夹件的两个支腿部的槽之间的间距(p)间隔。

17、在另一优选实施例中，每一相的线圈可以具有通过利用端子组件将两个线圈绕组并联连接而形成的双并联导线连接结构，其中，两个线圈绕组通过导电构件将第一半部线圈绕组串联连接到第二半部线圈绕组而形成。

18、在另一实施例中，提供一种将发夹式绕组电机的定子线圈进行绕组的方法。该方法包括设置定子芯，该定子芯具有在圆周方向上形成的多个槽，其中多个槽设置在定子芯的内圆周部上。该方法还包括将定子芯的每个槽中的空间分隔成在定子芯的径向方向上布置的多个层，并且将发夹件分别插入到定子芯的槽中。该方法还包括执行定子线圈绕组以将插入到槽中的发夹件串联连接，以形成u相、v相和w相中的每一相的线圈。每一相的线圈包括通过在定子芯的径向方向上最外层和最内层之间串联连接各个发夹件而形成的第一半部线圈绕组和第二半部线圈绕组。在第一半部线圈绕组和第二半部线圈绕组中，在第一半部线圈绕组和第二半部线圈绕组中的一个中设置在定子芯的径向方向上最外层中的线圈端部和在第一半部线圈绕组和第二半部线圈绕组中的另一个中设置在定子芯的径向方向上最内层中的线圈端部通过导电构件串联连接。

19、在一个方面，可以将在每个槽中在定子芯的径向方向上向内和向外彼此相邻的两个层定义为一组。可以将形成每一相的线圈的每个发夹件的两个支腿部分别插入到在定子芯的圆周方向上彼此间隔开预定的间距(p)间隔的同一组的两个槽中的不同层中。

20、在一个方面，每一相线圈的第一半部线圈绕组和第二半部线圈绕组可以包括通过串联连接分别插入到多个槽中的同一组中的层中的发夹件而形成的各个组的线圈绕组。各个组的线圈绕组可以通过跳线与另一相邻组的线圈绕组串联连接，以形成第一半部线圈绕组和第二半部线圈绕组。

21、在一个方面，跳线可以包括具有y间距间隔的跳线，其中该跳线连接在定子芯的圆周方向上彼此间隔开y间距间隔的两个槽中进行绕组的不同组的线圈绕组。跳线还可以包括具有(y-1)间距间隔的跳线，其中该跳线连接在定子芯的圆周方向上彼此间隔开(y-1)间距间隔的两个槽中进行绕组的不同组的线圈绕组。跳线还可以包括具有(y+1)间距间隔的跳线，其中该跳线连接在定子芯的圆周方向上彼此间隔开(y+1)间距间隔的两个槽中进行绕组的不同组的线圈绕组。

22、在一个方面，可以将y间距间隔设置为等于插入有形成每一相的线圈的每个发夹件的两个支腿部的槽之间的间距(p)间隔。

23、在一个方面，每一相的线圈可以具有通过利用端子组件将两个线圈绕组并联连接而形成的双并联导线连接结构，其中，两个线圈绕组通过导电构件将第一半部线圈绕组串联连接到第二半部线圈绕组而形成。

24、在下文中更详细地描述本公开的这些和其它方面以及实施例。

25、应当理解的是，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似的术语通常包括机动车辆，例如，包括运动型多用途车(suv)、公共车辆、卡车、各种商用车辆的乘用车，包括各种轮船和船舰的水运工具，航空器等，并且包括混合动力车辆，电动车辆，插电式混合动力车辆，氢动力车辆和其它替代燃料车辆(例如，来自除石油以外的的资源的燃料)。如本文所指，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如由汽油和电力提供动力的车辆。

26、在下文中更详细地描述本公开的上述和其它特征。