CN101179213A - 一种电机的线圈架和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电机线圈架。所述线圈架包括：一个中心套筒，所述中心套筒在其轴向末端具有径向表面，所述轴向末端可以接收端罩，所述端罩可以附着到所述径向表面上，所述中心套筒可以接收一个导线绕组；至少一个从所述径向表面中的一个径向地向外延伸的径向突起，所述径向突起可以接收所述导线绕组的一个缠绕的末端。

Description

一种电机的线圈架和方法
背景技术
近来，大多数如今行驶的车辆使用含有Lundell型转子的前端附属驱动发电机，所述Lundell型转子也称为“爪极”转子。所述转子提供所述发电机的磁场并且在所述电机内旋转。所述转子包括一个场线圈或者一个线圈组件，该线圈组件由绕一个电绝缘的线圈架缠绕的数个绝缘铜导线制造而成。所述线圈架包绕一个钢套筒，并且把所述场线圈与夹持所述场线圈以形成北极和南极的钢极靴绝缘开。当向所述场线圈供电并且电流流过所述导线时产生磁场。
在这样的爪极转子中，优选的是把所述钢芯或者套筒结合进所述极靴中。换言之，每个极靴包括所述钢的中心套筒的一半，从而形成一个单一的面对面接触区。通过减少接触区域或者表面的数量，所述转子的磁场强度增加了，而所述转子的磁场强度与所述发电机可以为所述车辆系统提供的功率量成正比，所以这样一种设计是优选的。在这些设计中，需要强化所述绝缘线圈架以支持将所述场线圈的绕组直接绕在不由所述套筒支承的所述线圈架上。因此一个典型的发电机的所述线圈架制造得相对地厚。
一个传统的线圈架的端罩也制造得较厚，典型地在0.6至1.5mm的范围，以允许把导线扎线头整合在所述端罩中。把所述导线的一端或者双端扎结到所述端罩上保持绕制的导线中的张力。需要厚的端罩以防止端罩在所述导线中的张力的作用下变形。这种张力对把绕制的导线的相邻层之间的气隙降低到最小从而最大化可用容积中铜的封装密度是重要的。保持所述场线圈绕紧的另一个理由是防止一层的导线相对于其它层的导线运动。如果允许这种运动发生，就会因为磨擦而造成绝缘的失效，这会导致电短路和机器的故障。另外，在所述线圈架上具有扎线头使得能够从绕线机上退出绕好的线圈架而不会使绕制的导线松散。带有集成进端罩中的扎线头的线圈架的共性驱使人们设计常规的自动绕线机，从而许多绕线机自动地绕着端罩中的扎线头缠绕导线的一端或者两端。
遗憾的是，厚的线圈架端罩减少了转子中的散热并且占据了本可以更好地用于附加的场线圈或者钢芯的空间。转子设计的新近进展通过使用薄的叠层的材料层减少了线圈架端罩的厚度，所述薄的叠层的材料层通过例如胶合、焊接或者热熔(heat staking)突伸经过端罩中的狭槽的接片附着到所述线圈架的一个圆柱形部分的末端上。这样薄而挠性的端罩的刚性不足以通过将扎线头集成在其中来保持导线张紧，因此，所述线圈架与常规的绕线机不兼容。
因此，存在与常规绕线机兼容的带有薄的端罩的线圈架的需要。
发明内容
本发明揭示一种涉及电机的一种线圈架的装置。所述线圈架包括：一个中心套筒，该中心套筒在其轴向末端具有径向表面，所述轴向末端可以接收端罩，所述端罩可以附着到所述径向表面上，所述中心套筒可以接收一个导线绕组；及至少一个从所述径向表面中的一个径向地向外延伸的径向突起，所述径向突起可以接收所述导线绕组的一个缠绕的末端。
本发明还揭示一种涉及保持一绕制的导线中的张力的方法，该方法包括：形成一个没有端罩的线圈架；将端罩附着到所述线圈架的轴向末端上；将导线圆周地围绕所述线圈架在所述端罩之间绕制成许多完整的线圈以形成一个绕组；及将绕制的导线的一个末端围绕所述线圈架的一个径向突起缠绕，以借此保持所述绕组中的张力。
附图说明
以下的说明不应当以任何形式认为是限制性的。参照附图，相同的元件用相同的附图标记指代：
图1示出本发明揭示的一种场线圈的立体图；
图2示出本发明揭示的一种线圈架的立体图。
具体实施方式
参见图1，根据本发明的一个实施方式本文中还称为线圈组件的一个场线圈总体上用10指代。线圈组件10包括一个线圈架14，所述线圈架大体上做成一个空心圆柱体形状，一个第一端罩18和一个第二端罩20附着到所述空心圆柱体相反的轴向末端上。导线22围绕线圈架14于端罩18、20之间绕制以形成一个绕组24。一个该图中未示出的供选用的金属套管可以衬在线圈架14的内圆周表面上以进行附加的结构支撑。
参见图1和图2，所述线圈架14具有一个中心套筒26，所述中心套筒包括一个在第一末端并具有第一径向表面29的第一法兰缘28的和一个位于相对于所述第一末端的第二末端并具有第二径向表面31的第二法兰缘30，所述第一和第二法兰缘径向地延伸超过中心的圆柱形部分。所述第一端罩18通过粘接、超声焊接、旋转焊接或者类似方法附着到第一径向表面29上。通过类似的方法第二端罩20附着到第二径向表面31上。每个端罩18、20包括许多径向地向外突出并且绕着端罩18、20等距离间隔开的片状物34、38。片状物34、38对应于线圈组件10安装于其上的一个转子的极靴的爪编号、定尺寸和构造，所述极靴的爪未示出。每个端罩18、20包括一个切口的中心部分42、46，所述部分对应于线圈架14的内径50确定尺寸和形状。
端罩18、20由与制造线圈架14不同的材料制造，譬如用由MylarTM和NomexTM材料组成的叠层板结构制造。然而也可以接受数种其它的叠层板，譬如纸叠层板或者Mylar或者其它材料的单层片。此外，还可以使用冲压的或者模制的聚合物端罩。优选叠层结构是因为其能够抵抗撕扯和剌扎。就是说叠层板可以设计得展现出比其塑性聚合物对应物高的抗撕强度。这使得场线圈10能够以较大的力在极靴之间受“挤压”，由于增加接触面积和接触力改善热传导。因为夹在极靴之间或者在极靴之间受挤压时场线圈10尺寸减少，可以在场线圈10中绕制更多的导线22。
然而，在0.1至0.5mm的范围内，端罩18、20的薄的、挠性的特性却防碍把端罩18、20用作可以紧固导线22以保持绕组24中的张力的锚固点。因此，在本发明的一个实施方式中，线圈架14包括从第一法兰缘28既轴向地也径向地延伸出的一个扎线头(tie-off)54。通过轴向地延伸，扎线头54不侵入绕组24占据的容积并且这使得扎线头54能够穿过图中未示出的端罩20中的一个开口装配。通过径向地延伸，扎线头54形成一个在完成绕制过程后导线末端56可缠绕在其上的突起。线圈架14的刚性对扎线头54提供在完成绕线作业后保持绕组24中张力的足够的稳定性。扎线头54具有一个头部58，所述头部具有比一个中部62大的横截面积以防止缠绕在扎线头54上的导线22不注意地从扎线头54上滑脱。
扎线头54可以注模成线圈架14本身的一个整体部分，也可以是借助于焊接、胶合等等附着的一个单独的部件。把扎线头54一体地注模成线圈架14的一部分消除了形成和附着一个单独的扎线头54的附加工艺步骤，因此，出于经济原因可能是有利的。
扎线头54的存在使得常规的自动绕线机能够在切断导线22以前把导线22的末端在扎线头54上缠绕几圈。导线22的弹性和塑性记忆防止所述末端从扎线头54上松脱，从而保持围绕线圈架14的套筒26的绕组24的张力。
在开始绕线工序以前，导线22的第一末端66由绕线机沿相对于线圈架14的轴向方向自动地定位，通过一个狭缝70进入形成在第二端罩20上的一个孔74中。孔74根据(in line with)第二法兰缘30的外径78径向地定位，以适当地定位导线22，用于开始所述绕线工序。在整个绕线工序中，绕线机保持第一末端66相对于第一端罩20和套筒26固定。完成绕线工序时第一末端66夹在套筒26与绕组24的外层之间，借此，磨擦力将第一末端66锁定在线圈架14上。
作为可供选择的替代方案，第一末端66可以围绕一个第二扎线头缠绕，以从绕线工序的开始保持绕组24中的张力，而不偏离本发明的精神和范畴，所述第二扎线头在图中未示出并且可以附着到端罩18、20中的任一个上。
在把导线22绕制在线圈架14上并且围绕扎线头54固定以后，可以把端罩18、20的片状物34、38向下折叠到场线圈10上，然后用图中未示出的带子将它们固定在位。通过带子的方式，用片状物34、38把端罩18、20连接在一起阻止绕组24克服薄的端罩侧壁而引起线圈10凸出或凹陷。作为可供选择的替代方案，可以用粘合剂替代带子机械地互锁片状物34、38或者用其它的紧固装置把对置的端罩18、20的片状物34、38固定在一起。然而在允许线圈在组装前凹陷的应用中也可以取消所述带子。
尽管参照实施例描述了本发明，所属领域技术人员将会理解可以进行各种改变并且可以对其元件有等效的替代而不偏离本发明的范畴。另外可以对本发明的教示进行许多修改以适应一个特定的情况或者材料而不偏离其实质范畴。因此本发明并不限于作为实施本发明的最佳方式揭示的具体实施方式，相反本发明将包括落入权利要求书范围内的所有实施方式。

Claims (20)

1.一种电机线圈架，包括：
一个中心套筒，所述中心套筒在其轴向末端具有径向表面，所述轴向末端可以接收端罩，所述端罩可以附着到所述径向表面上，所述中心套筒可以接收一个导线绕组；及
至少一个从所述径向表面中的一个径向地向外延伸的径向突起，所述径向突起可以接收所述导线绕组的一个缠绕的末端。
2.如权利要求1所述的线圈架，其中，所述线圈架用于电机的转子。
3.如权利要求1所述的线圈架，其中，所述中心套筒是塑性树脂模制的。
4.如权利要求1所述的线圈架，其中，所述至少一个径向突起与所述中心套筒一体地形成。
5.如权利要求1所述的线圈架，其中，所述突起具有足够的刚性以对抗所述导线中因绕线所产生的张力。
6.如权利要求1所述的线圈架，其中，所述端罩缺乏足以对抗所述导线中因绕线所产生的张力的刚性。
7.如权利要求1所述的线圈架，其中，所述端罩通过焊接附着到所述中心套筒上。
8.如权利要求7所述的线圈架，其中，所述焊接工序是超声地进行。
9.如权利要求1所述的线圈架，其中，所述径向突起轴向地延伸穿过所述端罩中的一个上的一开口。
10.如权利要求1所述的线圈架，其中，所述端罩是叠层的。
11.如权利要求1所述的线圈架，其中，所述径向突起轴向地定位在绕线容积的外部。
12.如权利要求1所述的线圈架，其中，所述径向突起与所述中心套筒一体地模制。
13.如权利要求1所述的线圈架，其中，所述径向突起是焊接到所述中心套筒上的。
14.如权利要求1所述的线圈架，其中，所述径向突起是胶接到所述中心套筒上的。
15.一种保持一个绕组中的张力的方法，包括：
形成一个没有端罩的线圈架；
将端罩附着到所述线圈架的轴向末端上；
将导线圆周地围绕所述线圈架在所述端罩之间绕制成许多完整的线圈以形成一个绕组；及
将绕制的导线的一个末端围绕所述线圈架的一个径向突起缠绕，以借此保持所述绕组中的张力。
16.如权利要求15所述的方法，其还包括：将导线的相对于围绕所述径向突起缠绕的末端的第二末端固定到所述线圈架上，所述固定是在所述第二末端附近的导线上径向地缠绕至少一层导线。
17.如权利要求15所述的方法，其还包括：将导线的相对于围绕所述径向突起缠绕的末端的第二末端固定到所述线圈架上，所述固定是围绕所述线圈架的一个第二径向突起缠绕所述第二末端。
18.如权利要求15所述的方法，其还包括：用一种机器自动地将所述导线绕制在线圈架上。
19.如权利要求15所述的方法，其还包括：用一个机器自动地将所述导线缠绕在所述径向突起上。
20.如权利要求15所述的方法，其中，所述把端罩附着到线圈架的轴向末端上是通过焊接。
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