定子及用于制造定子的方法与流程

1.本发明涉及用于电机的定子，该定子具有包括多个互连的导体的绕组，这些导体被分配给一个或更多个相，其中，导体中的至少一部分的端部轴向或径向地突出超过绕组，并且其中，具有至少一个支承环的互连环轴向放置到绕组上，在所述至少一个支承环上布置有至少一条母线，并且该支承环由塑料形成并具有同心延伸的环形凹槽，所述环形凹槽中的每个环形凹槽中布置有至少一条母线，其中，导体的至少一个端部连接至母线。本发明还涉及用于制造定子的方法。


背景技术：

2.永久励磁同步电机(psm)用于许多工业应用中，并且也越来越多地用于汽车工业中。这种psm包括待通电的定子和永久励磁的转子。
3.在这种类型的电机中，围绕圆周分布的各个绕组的互连例如可以借助于一个或多个互连环来实现。在此，通常由铜制成的母线可以布置在由塑料制成的共同的支承环或单独的支承环上或者布置在共同的支承环或单独的支承环中。有时，这种类型的互连环也被称为交换环或接触桥。这样的互连环通常轴向放置在绕组封装件上。
4.de102008007409a1例如描述了一种用于定子的三部分式交换环，其中，三个母线和一个星形点环布置在平面中，彼此并排平放在由耐高温塑料制成的支承环中。母线和星形点环的接触点从支承环突出并连接至定子的部分绕组的线材端部。
5.将母线固定在支承环中或支承环上通常被证明是非常困难的，因为用于此的安装空间有限。在现有技术中，母线通常用塑料包覆成型在支承环中，或者放置在支承环的壳状接纳部中，然后用盖子封闭。这种集成方法通常是昂贵的，并且在涉及安装空间的使用时不能被认为是中立的。


技术实现要素：

6.因此，本发明的目的是在不使用附加部件的情况下并且同时以不需要附加安装空间的方式将母线集成到支承环中。
7.该目的通过一种用于电机的定子实现，该定子具有包括多个互连的导体的绕组，这些导体被分配给一个或更多个相，其中，导体中的至少一部分的端部轴向或径向地突出超过绕组，并且其中，具有至少一个支承环的互连环轴向放置到绕组上，所述至少一个支承环上布置有至少一条母线，并且该支承环由塑料形成并具有同心延伸的环形凹槽，所述环形凹槽中的每个环形凹槽中布置有至少一条母线，其中，导体的至少一个端部连接至母线，其中，布置在环形凹槽中的至少一条母线借助于母线固定元件被捕获地保持在环形凹槽中，该母线固定元件在径向方向上与环形凹槽至少部分地重叠，其中，母线固定元件通过铆固元件的塑性变形而成形，该铆固元件在相邻的两个环形凹槽之间以在轴向方向上从支承环突出的方式与支承环一体成型。可以以实现母线在环形凹槽中的安全且不可拆卸的固定而不需要附加的固定部件的这种方式提供定子。塑性变形还可以借助于具有成本效益且可
靠的成型工艺而成为可能。
8.首先，对本发明的要求保护的主题的各个元件按照其在权利要求集中命名的顺序进行解释，并且下面描述了本发明的主题的特别优选的实施方式。
9.电机用于将电能转换为机械能以及/或者将机械能转换为电能，并且电机通常包括被称为定子、支架或电枢的静止部分以及被称为转子或转轮并且相对于静止部分以可移动的方式布置的部分。
10.在电机被设计为旋转机器的情况下，特别地在径向通量型机器与轴向通量型机器之间进行区分。径向通量型机器的特征在于，磁场线在形成于转子与定子之间的气隙中沿径向方向延伸，而在轴向通量型机器的情况下，磁场线在形成于转子与定子之间的气隙中沿轴向方向延伸。结合本发明，优选的是提供用于径向通量型机器的定子。
11.马达壳体封围电机。马达壳体还可以容纳控制和电力电子器件。马达壳体还可以是用于电机的冷却系统的一部分，并且马达壳体可以被设计成使得冷却流体可以经由该马达壳体供应至电机以及/或者热量可以经由壳体表面消散至外部。此外，马达壳体保护电机和可能存在的任何电子器件免受外部影响。
12.马达壳体可以特别地由金属材料形成。有利地，马达壳体可以由铸造金属材料、比如灰铸铁或铸钢形成。原则上，还可以设想完全地或部分地由塑料形成马达壳体。
13.结合本发明，优选的是定子布置在马达壳体内。
14.径向通量型机器的定子通常以柱形的方式构造并且通常包括电叠片，所述电叠片彼此电绝缘并且分层构造并被封装以形成叠片铁芯。通过该结构，定子中的由定子磁场引起的涡流保持较低。分布在圆周上的凹槽或在周向上封闭的凹部嵌入到平行于转子轴延伸的电叠片中，并容纳定子绕组或定子绕组的一部分。根据朝向表面的构造，凹槽可以用封闭元件、比如封闭楔形件或覆盖件等封闭，以防止定子绕组分离。
15.支承环可以容纳一个母线或多个母线，并且特别地以电绝缘的方式彼此相距一定距离地布置母线。
16.支承环通常具有基本的圆环形状，具有多个圆形且同心布置的接纳部、比如凹槽，相应的母线布置在这些接纳部中。优选地，支承环由塑料材料制成。原则上，可以设想将支承环设计为一件式或多件式。
17.在本发明的一个同样优选的实施方式中，环形凹槽也可以具有横截面为u形的轮廓。
18.根据本发明的主题的另一优选实施方式，定子可以具有定子承载件，定子的至少一部分容纳在该定子承载件中并且定子的转矩可以借助于该定子承载件被传递至电机的机器壳体。电机中的定子承载件的基本功能是承载定子本身以及将电机的转矩从定子传递至电机的马达壳体。转矩可以例如借助于定子承载件上的紧固凸耳从定子承载件传递至马达壳体，紧固凸耳可以被设计为拉制钣金件。也可以设想的是，定子承载件可以借助于夹紧爪、即支架被轴向预加载。转矩也可以例如借助于榫槽系统以及经由夹紧爪的附加轴向预加载来传递。
19.优选的是，母线固定元件5从环形壁径向接合在相邻的两个环形凹槽4中，并且因此一个母线固定元件5将两个母线29捕获地保持在其相应的环形凹槽4中，从而相应地降低制造成本。
20.根据本发明的有利的实施方式，布置在环形凹槽中的母线中的每个母线均可以借助于母线固定元件被捕获地保持在相应的环形凹槽中。
21.本发明的目的进一步通过一种用于制造电机所用的定子的方法来实现，该定子具有包括多个互连的导体的绕组，这些导体被分配给一个或更多个相，其中，导体中的至少一部分的端部轴向或径向地突出超过绕组，该方法包括以下步骤：
22.a)提供具有至少一个支承环的互连环，其中，支承环由塑料形成并具有同心延伸的环形凹槽以及至少一个铆固元件，在环形凹槽中的每个环形凹槽中可以布置有至少一条母线，铆固元件在相邻的两个环形凹槽之间以在轴向方向上从支承环突出的方式与支承环一体成型，
23.b)将至少一条母线插入到环形凹槽中的一个环形凹槽中，
24.c)通过在相邻的两个环形凹槽之间以在轴向方向上从支承环突出的方式与支承环一体成型的铆固元件的塑性变形形成母线固定元件，使得布置在环形凹槽中的至少一条母线借助于母线固定元件被捕获地保持在环形凹槽中，母线固定元件通过在径向方向上的塑性变形与环形凹槽至少部分地重叠。
25.此外，根据本发明的一个同样有利的实施方式，铆固元件的塑性变形可以通过轴向方向上的铆固来实现。根据本发明的另一特别优选的实施方式，铆固过程可以作为冷铆固或热铆固来执行。热铆固是特别优选的，因为塑料材料可以通过供热而熔化并且因此可以更准确地进行铆固并且具有更高的过程稳定性。
26.此外，还优选的是，铆固形成母线固定元件，使得母线固定元件与在轴向方向上插入环形凹槽中的母线接触，从而使得母线以力配合的方式在径向方向上固定在环形凹槽中。这可以进一步改进母线在环形凹槽中的固定和捕获保持。
27.此外，本发明还可以进一步发展，因为支承环具有限定环形凹槽的同心延伸的环形壁，其中，铆固元件从支承环在轴向方向上从至少一个环形壁突出。
28.在本发明的一个同样优选的实施方式中，环形壁可以在铆固元件的区域中具有环形壁部段，该环形壁部段相对于环形壁轴向向内后缩。这允许铆固的材料流入到这些环形壁部段中，从而可以实现在轴向方向上的安装空间方面优化的环形壁。就此而言，铆固元件和铆固过程构造成使得在铆固元件被铆固之后，铆固元件不会轴向突出超过环形壁。
29.还可以有利地进一步发展本发明，因为在支承环的与环形凹槽相对的一侧，至少一个支承元件设置在铆固元件的区域中，以用于在铆固元件的塑性变形期间吸收轴向力，以避免支承环的可能的损坏或不必要的塑性变形。
30.根据本发明的主题的另一优选实施方式，塑性变形可以用具有平坦或波状表面的冲头实现，铆固元件经由该平坦或波状表面在轴向方向上受力。
31.最后，本发明还可以有利地实施，因为以力控制和/或位移控制的方式通过冲头实现铆固元件的塑性变形，这可以进一步提高铆固过程的过程可靠性。
附图说明
32.在不限制本发明的总体构思的情况下，下面将参照附图更详细地解释本发明。
33.在附图中：
34.图1以立体截面图示出了具有支承环的定子，
35.图2以立体截面图示出了具有铆固元件的定子的支承环，以及
36.图3以立体截面图示出了具有母线的定子的支承环，母线由母线固定元件固定。
具体实施方式
37.图1示出了用于电机的定子1，该定子具有包括多个互连的导体3的绕组2，这些导体被分配给一个相或更多个相，其中，导体3中的至少一部分的端部轴向或径向地突出超过绕组2。
38.定子1具有带有至少一个支承环7的互连环28，至少一条母线29布置在该支承环上。支承环7轴向放置到绕组2上。由塑料制成的支承环7具有同心延伸的环形凹槽4，这些环形凹槽中的每个环形凹槽中布置有至少一条母线29。导体3的至少一个端部例如借助于焊接或钎焊连接至母线29。
39.布置在环形凹槽4中的母线29借助于母线固定元件5被捕获地保持在环形凹槽中，该母线固定元件在径向方向上与环形凹槽4至少部分地重叠。母线固定元件5通过铆固元件6的塑性变形而成形，该铆固元件在相邻的两个环形凹槽4之间以在轴向方向上从支承环7突出的方式与支承环7一体成型，这将在下文更详细地讨论。
40.在图1中所示出的实施方式中，布置在环形凹槽4中的母线29中的每个母线借助于母线固定元件5被捕获地保持在相应的环形凹槽4中。母线固定元件5在周向方向上彼此偏移地布置在环形壁9上。
41.图1中所示出的电机设计有集中式绕组2。这意味着绕组2围绕定子1的各个齿缠绕若干次。每个齿有一个相输入端和一个相输出端。输入端耦接至电力电子器件的母线29并且相输出端相互连接以形成所谓的星形点。此连接也被称为互连。
42.在图1中所示出的实施方式中，互连环28包含三个母线29，这些母线直接耦接至电力电子器件的相。定子1的各个齿的所有相输入端都与这三个母线29并联地互连。此外，互连环28具有形成所谓的星形点的第四母线29。该母线29可以根据极对数来划分。在十二个极对的情况下，这导致十二个分散的星形条29或一个共同的星形条29。通常使用所谓的分散式星形条来避免环流。
43.一种用于制造电机所用的定子1的方法，该定子具有包括多个互连的导体3的绕组2，这些导体被分配给一个或更多个相，其中，导体3中的至少一部分的端部轴向或径向地突出超过绕组2，例如如图1至图3中所示出的，该方法可以包括以下步骤：
44.a)提供具有至少一个支承环7的互连环28，其中，支承环7由塑料形成并具有同心延伸的环形凹槽4以及至少一个铆固元件6，在环形凹槽中的每个环形凹槽中可以布置至少一条母线29，铆固元件在相邻的两个环形凹槽4之间以在轴向方向上从支承环7突出的方式与支承环7一体成型，
45.b)将至少一条母线29插入到环形凹槽4中的一个环形凹槽中，
46.c)通过在相邻的两个环形凹槽4之间以在轴向方向上从支承环7突出的方式与支承环7一体成型的铆固元件6的塑性变形形成母线固定元件5，使得布置在环形凹槽4中的至少一条母线29借助于通过在径向方向上的塑性变形而与环形凹槽4至少部分地重叠的母线固定元件5被捕获地保持在环形凹槽4中。
47.特别是方法步骤c)从图2至图3的概要变得清楚。图2示出了具有尚未塑性变形的
铆固元件6的支承环7，而图3示出了具有塑性变形以形成母线固定元件5的铆固元件6的支承环7。
48.铆固元件6的塑性变形通过在轴向方向上进行铆固来实现。图2还示出了支承环7具有限定环形凹槽4的同心延伸的环形壁9，其中，铆固元件6从支承环7在轴向方向上从至少一个环形壁9突出。
49.环形壁9在铆固元件6的区域中具有环形壁部段8，该环形壁部段相对于环形壁9轴向向内后缩，并且在塑性变形期间流动的塑料材料可以被压入到该环形壁部段中。图3清楚地示出了后缩的环形壁部段8在塑性变形后填充有塑料材料，并且因此母线固定元件5在轴向方向上不突出超过环形凹槽4的环形壁9，使得支承环7具有特别紧凑的轴向设计。
50.在所示出的实施方式中，母线固定元件5具有蘑菇头空间形状。布置在环形凹槽4中的母线29因此借助于母线固定元件5被捕获地保持在环形凹槽4中，该母线固定元件在径向方向上与环形凹槽4部分地重叠。就此而言，母线固定元件5可以在轴向方向上接触母线29，这也允许母线29以力配合的方式在径向方向上固定在凹槽4中。
51.还可以看出，母线固定元件5从环形壁9径向接合在相邻的两个环形凹槽4中，并且因此一个母线固定元件5将两个母线29捕获地保持在其相应的环形凹槽4中。
52.铆固元件6的塑性变形可以用具有平坦或波状表面的冲头实现，铆固元件6经由该平坦或波状表面在轴向方向上受力。这允许限定由铆固元件6的塑性变形形成的母线固定元件5的空间形状。可以以力控制和/或位移控制的方式通过冲头实现铆固元件6的塑性变形。
53.在支承环7的与环形凹槽4相对的一侧，至少一个支承元件可以设置在铆固元件6的区域中，以用于在铆固元件6的塑性变形期间吸收轴向力，但这在图1至图3中没有示出。
54.本发明不限于附图中示出的实施方式。因此，以上描述不应被视为是限制性的，而应被视为是说明性的。所附权利要求应当理解为意味着在本发明的至少一个实施方式中存在命名的特征。这不排除其他特征的存在。如果专利权利要求和以上描述限定了“第一”特征和“第二”特征，则这种命名用于在相同类型的两个特征之间进行区分，而不限定优先顺序。
55.附图标记列表
56.1 定子
57.2 绕组
58.3 导体
59.4 环形凹槽
60.5 母线固定元件
61.6 铆固元件
62.7 支承环
63.8 环形壁部段
64.9 环形壁
65.28 互连环
66.29 母线

技术特征：
1.一种用于电机的定子(1)，所述定子具有包括多个互连的导体(3)的绕组(2)，所述导体被分配给一个或更多个相，其中，所述导体(3)中的至少一部分的端部轴向或径向地突出超过所述绕组(2)，并且其中，具有至少一个支承环(7)的互连环(28)轴向地放置到所述绕组(2)上，所述至少一个支承环上布置有至少一条母线(29)，并且所述支承环(7)由塑料形成并具有同心延伸的环形凹槽(4)，在所述环形凹槽中的每个环形凹槽中布置有至少一条母线(29)，其中，所述导体(3)的至少一个端部连接至所述母线(29)，其特征在于，布置在环形凹槽(4)中的至少一条母线(29)借助于母线固定元件(5)被捕获地保持在所述环形凹槽(4)中，所述母线固定元件在径向方向上与所述环形凹槽(4)至少部分地重叠，其中，所述母线固定元件(5)通过铆固元件(6)的塑性变形而成形，所述铆固元件在相邻的两个环形凹槽(4)之间以在轴向方向上从所述支承环(7)突出的方式与所述支承环(7)一体成型。2.根据权利要求1所述的定子(1)，其特征在于，布置在所述环形凹槽(4)中的所述母线(29)中的每个母线均借助于所述母线固定元件(5)被捕获地保持在相应的所述环形凹槽(4)中。3.一种用于制造电机所用的定子(1)的方法，所述定子具有包括多个互连的导体(3)的绕组(2)，所述导体被分配给一个或更多个相，其中，所述导体(3)中的至少一部分的端部轴向或径向地突出超过所述绕组(2)，所述方法包括以下步骤：a.提供具有至少一个支承环(7)的互连环(28)，其中，所述支承环(7)由塑料形成并具有：同心延伸的环形凹槽(4)，所述环形凹槽中的每个环形凹槽中能够布置有至少一条母线(29)；以及至少一个铆固元件(6)，所述铆固元件在相邻的两个环形凹槽(4)之间以在轴向方向上从所述支承环(7)突出的方式与所述支承环(7)一体成型，b.将所述至少一条母线(29)插入到所述环形凹槽(4)中的一个环形凹槽中，c.通过在相邻的两个环形凹槽(4)之间以在轴向方向上从所述支承环(7)突出的方式与所述支承环(7)一体成型的所述铆固元件(6)的塑性变形形成母线固定元件(5)，使得布置在环形凹槽(4)中的至少一条所述母线(29)借助于通过在径向方向上的塑性变形而与所述环形凹槽(4)至少部分地重叠的母线固定元件(5)被捕获地保持在所述环形凹槽(4)中。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述铆固元件(6)的所述塑性变形通过在轴向方向上进行铆固来实现。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述铆固形成所述母线固定元件(5)，使得所述母线固定元件与在轴向方向上插入所述环形凹槽(4)中的所述母线(29)接触，从而使得所述母线(29)以力配合的方式在径向方向上固定在所述凹槽(4)中。6.根据权利要求3至5中的一项所述的方法，其特征在于，所述支承环(7)具有限定所述环形凹槽(4)的同心延伸的环形壁(9)，其中，所述铆固元
件(6)从所述支承环(7)在轴向方向上从至少一个所述环形壁(9)突出。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述环形壁(9)在所述铆固元件(6)的区域中具有环形壁部段(8)，所述环形壁部段相对于所述环形壁(9)轴向向内后缩。8.根据权利要求3至7中的一项所述的方法，其特征在于，在所述支承环(7)的与所述环形凹槽(4)相对的一侧，在所述铆固元件(6)的所述区域中提供至少一个支承元件，所述支承元件用于在所述铆固元件(6)的所述塑性变形期间吸收轴向力。9.根据权利要求3至8中的一项所述的方法，其特征在于，所述塑性变形通过具有平坦或波状表面的冲头实现，所述铆固元件(6)经由所述平坦或波状表面在轴向方向上受力。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，以力控制和/或位移控制的方式通过所述冲头实现所述铆固元件(6)的所述塑性变形。

技术总结
本发明涉及一种用于电机的定子(1)，该定子具有包括多个互连的导体(3)的绕组(2)，这些导体被分配给一个或更多个相，其中：导体(3)中的至少一部分的端部轴向或径向地突出超过绕组(2)；具有至少一个支承环(7)的互连环(28)轴向地放置到绕组(2)上，该至少一个支承环上布置有至少一条母线(29)，并且支承环(7)由塑料形成并具有同心延伸的环形凹槽(4)，该环形凹槽中的每个环形凹槽中布置有至少一条母线(29)；导体(3)的至少一个端部连接至母线(29)；布置在环形凹槽(4)中的至少一条母线(29)借助于母线固定元件(5)被捕获地保持在环形凹槽(4)中，该母线固定元件在径向方向上与环形凹槽(4)至少部分地重叠；并且母线固定元件(5)通过铆固元件(6)的塑性变形而成形，该铆固元件在相邻的两个环形凹槽(4)之间以在轴向方向上从支承环(7)突出的方式与支承环(7)一体成型。从支承环(7)突出的方式与支承环(7)一体成型。从支承环(7)突出的方式与支承环(7)一体成型。


技术研发人员：安德烈亚斯
受保护的技术使用者：舍弗勒技术股份两合公司
技术研发日：2021.12.09
技术公布日：2023/8/16