CN1027206C - 旋转电机的定子 - Google Patents

Abstract

一种旋转电机的定子包括：安装在定子铁芯上的一个绝缘铁芯保持件，从所述的定子铁芯径向伸出的多个凸极，缠绕在每个凸极上的绕组，用于保持所述绕组起端和终端的保持装置，所述保持装置设在所述铁芯保持件中，及用于将所述绕组的起端与终端焊接到待焊的端子部分上并在其中提供焊料的连接装置，所述连接装置是在所述铁芯保持件上与所述端子部分相应的位置上构成的。

Description

本发明涉及具有铁芯的旋转电机的定子，更具体地涉及绕制在凸极上的绕组的端接结构。

在普通的旋转电机中应用导管型绕线机（nozzle-type）将串联绕组结构绕制到凸极上。因为一个绕组的起端及终端必须连接到另外绕组的端部或外部电路上，已经出现了许多技术用于在用绕线机绕线操作的过程中末端接这些端部。图27及28表示在旋转电机定子上传统地实现绕组端接的例子。

在图27所示的例中，具有绕组的铁芯组件是这样准备的：将多个端子43用在厚度方向穿过一个环状保持件42的方式竖立起来，该保持件42组装在铁芯组件41的内表面上，利用绕线机交替地进行在凸极上绕制绕组的操作和将绕组44的端部缠在由铁芯组件41的一侧上伸出的端子部分43上的操作，并利用焊接将绕组44的端部牢固地固定到端子43上。当将这样绕制的铁芯组件安装到电路板45上时，预先将软焊料或类似物施加到电路板45的焊接区46上，从铁芯组件41另一侧伸出的端子43的部分与这个焊接区46对齐，然后在这个状态下利用软熔焊接使端子43与焊接区46形成电连接。

在图28所示的例中，这样地准备具有绕组的铁芯组件：将具有多个钩件53的保持件52安装到铁芯组件51的内园周上，将绕组55绕制到凸极上并同时将导线挂在钩件53上使导线伸延，并依次地将伸延在钩件之间的导线粘结在一起。当将这样绕有绕组的铁芯组件安 装到电路板上时，伸延在钩件之间的标号为54的某些导线被焊接到电路板57上的焊接区58上，在个别钩件53之间伸延的导线56，在图示例中也即在V相与W相之间的导线被切开并被除去。

根据图27所示的旋转电机的定子，端子从保持件上伸出来的布置方式使带有绕组的铁芯组件的尺寸增大，故妨碍了旋转电机尺寸的减小。

其次，根据图28所示的旋转电机的定子，在钩件之间延伸的导线在绕制后必须剥去外壳，以便能使这些导线焊接在一起，并且，此外这些伸延的导线悬浮在电路板上，故不能进行熔焊焊接。这就使得安装程序难以实现自动化。

本发明的目的在于提供一种旋转电机的定子，它不仅在绕制绕组及连接导线时不需要使用诸如端子一类的部件能有效地进行，而且能有效地组装绕有绕组的铁芯组件。

本发明的另一个目的在于提供一种旋转电机的定子，它不使用诸如端子这样的部件就可以绕制绕组及连接导线从而能减小其尺寸，并且利用减少绕制程序及连接程序之间的步骤数目及使焊接自动化开辟降低成本的路径。

图1：根据本发明第一实施例的端接部分外形的放大透视图;

图2：根据本发明第一实施例的在绕制绕组前的一个定子铁芯的外形透视图;

图3：绕有绕组的图2所示定子铁芯的铁芯组件外形透视图;

图4（a）及（b）：分别表示绕有绕组的铁芯组件安装到电路板上的状态的局部放大侧视图;

图5：表示根据本发明第二实施例的端接部分的局部放大透视图;

图6：图5中所示端接部分的侧视图;

图7至13：依次为说明第一至第四实施例中绕制绕组程序步骤的透视图;

图14：表示在上述绕制程序后形成的绕组连接的电路图;

图15：表示应用上述绕有绕组的铁芯组件的一个旋转电机例子的正视剖面图;

图16：表示本发明第三实施例的旋转电机定子主要部分的正视图;

图17：表示本发明第三实施例的旋转电机定子所使用的铁芯组件例子的透视图;

图18：上述例中铁芯组件绕有绕组时的透视图;

图19：根据本发明第三实施例的端接部分的透视图;

图20：表示一个绕组的端部固定到端接部分上的状态的透视图;

图21：与上述相同部件的平面视图;

图22：表示将在端接部分的一绕组端部与作为导电件的导电板相连接的工序例的正视图;

图23：表示将经由上述绕制程序的绕有绕组的铁芯组件与电路板之间连接的分解透视图;

图24：根据本发明第四实施例的铁芯保持件主要部分的透视图;

图25：表示一绕组端部插入到铁芯保持件中状态的主要部分的透视图;

图26：与上述相同部分的正视图;

图27：表示传统的旋转电机定子例的分解透视图;及

图28：表示传统的旋转电机定子另一例的分解透视图。

作为本发明实施例的旋转电机的定子，将参照附图对其进行描述。首先将一种主轴电动机（spindle    motor）作为本发明旋转电机定子应用的一个例子。在图15中，一个轴承保持架12安装在铁制的电路板11上，一个定子铁芯13（以下还要详述）用机械螺钉14安装在轴承保持架12外园周上的环形部分12a上。标号15a表示接头部分，而15b是一个焊接连接部分，它设置在电路板11上所设电路图形与该接头部分15a之间。标号15c表示一个预压力弹簧。定子铁芯13是由叠层铁芯件构成的并且在叠片的表面涂有一层绝缘涂层，它还具有一个铁芯保持件131，该保持件131是由一种绝缘树脂作成的环件，如图2及3所示它被组装在其中心位置上。由定子铁芯13的中心沿径向伸出多个凸极132（在图15的例中为18个）。每三个相邻的凸极132组成一组，总共为6个组，即第一到第六组201，202……206，如图3中所示。三相绕组15利用以下所描述的方法绕制。

在图15中，在轴承保持架12中心的中空园柱部分中，一个转轴17通过一对滚珠轴承16，16安装在其中。一个盘状的主轴毂18固定到转轴17的输出侧上，从图15观察的话，该侧是其上端侧，而在转轴17的下端侧上利用机械螺钉21固定着一个板状转子壳19。一个环状磁铁22被设置在转子壳19外园周折边部分19a上，该磁铁22的内园周面通过一气隙与定子铁芯13的外园周面相对置。

现在将详细地描述用于上述主轴电动机的定子的构成与组装程序。如图1至4所示，固定在定子铁芯13内园周上的铁芯保持件131上在分别与第一及第六组凸极对应的部位处设有端接部分133，该端接部分133是沿径向伸延开槽的。每个端接部分133用于安放与保持一个绕组15的起端及终端，如图1中所示地，每个端接部分由：一 个设在径向内园周处的连接部分133a;一个从连接部分133a径向外延的槽沟133b，作为保持部分，用于保持住绕组的起端与终端;以及一个在槽沟133b最外端处构成的插入部分133c所组成。

连接部分133a具有其接受焊接材料的预定空间，并且其位置与用作端子部分的电路板焊接区部分（这在下面还要描述）相对应。该连接部分133a的深度设定为比绕组导线直径大0.1至0.2毫米。作为保持部分的槽沟133b以一定的宽度径向地相外伸延，其宽度与从外园周径由插入部分133c插入的受锥度变形后的绕组导线直径基本相同。槽沟133b的深度设定为比绕组导线的直径大0.1至0.2毫米，以使得在连接部分133a的底面与槽沟133b中所保持的绕组导线之间不形成间隙或是形成的间隙小于绕组导线的直径。被插入到端接部分133中的绕组导线是至少在与连接部分133a对应的部分上被剥去外壳的裸导线，而插进槽沟133b中的绕组导线既可是裸导线也可是带外壳的导线。放置在连接部分133a内的绕组15的端部部分被切成预定的长度，插入到槽沟133b中的绕组导线利用冲压机或机或类似物的压力埋入到该保持部分中，关于这点后面还要谈及。

现在来描述使用该种构造的铁芯组件的每个凸板132上绕组15的设置程序。如图7所示，从三个绕组导管31中抽出的三相绕组15的交叉点设在铁芯13的中心处。该交叉点用夹钳32保持住，以使得该三个绕组导管31被放置在铁芯13上侧的第一组位置上。然后，如图8所示地，绕组导管31被向下拉到铁芯13的下侧，以使裸导线放置到铁芯保持件131的端接部分133中的槽沟133b中。接着用冲压机33下压使端接部分133变形，这时导线被压入并被牢固地固定在端接部分133中。图21中打斜线的部分就是用冲压机33形成变形的 部分。

然后，如图9所示，利用夹钳32夹持及冲压机33压下保持定位将导线绕到第一组凸极132上以形成绕组15。在绕组绕完时，将一个切割器34降下在预定的位置上切割每个线组的起端，然后将冲压机33及切割器34升起。重复使用同样的操作来绕制第二至第五组的绕组。

如图9所示，在每个绕组导管31的后方设置了一个外壳剥脱装置35。将导线从图中未示出的绕线机的线圈架上抽拉出并引向绕组导管31，并如图14所示地，在第六组中的绕组的终端线头与用于下一个铁芯13的绕组的起端线头利用剥壳装置35剥去导线外壳，然后将绕组绕到第六组中的凸极132上。同时，从绕组的终端的线头到另外绕组起端的线头之间的壳皮可以同时地被剥去。

当用于第六组的绕组绕制操作完成时，如图10所示，三个绕组导管31被停在铁芯13上方，然后如图11中所看到的顺时针地转动整个铁芯，使其到达图11中所示的状态。然后将这三个导管31降低到铁芯13的下侧。相应地，用于三相的导线在径向相交叉，如图12所示。将裸导线放置到端接部分133中，这时将三个绕线导管31降低到铁芯13的下侧;并从图12中所示状态出发使端接部分133变形以牢固地固定导线，这时利用降低冲压机33将导线压入。接着，导线的交叉点利用降低夹钳32被夹持住，并用降下切割器34（如图13所示）以及使冲压机33保持在降下的位置上使每根导线切成预定的长度。以上即为将绕组绕制到单个铁芯组件上的程序。对于下一个铁芯组件，利用重复进行从图7至图13的同样操作，同时绕制三个极的绕组，则三相绕组15就自动地绕制到18个极的铁芯上。

具有这样绕制好的绕组的铁芯组件被定位地置于电路板11上， 如图23所示。该电路板11具有焊接区部分11C，11U，11V，11W。焊接区部分11C是由三个焊接区部分电连接在一起形成的，它是被三相绕组15共用的。相应于带有绕组的铁芯组件第一组的端接部分133被定位成与电路板11上的焊接区部分11U，11V，11W相对应，而与第六组相应的端接部分133定位成与电路板11上的公共焊接区部分11C相对应。每个端接部分133中的导线被焊接到相对应的焊接区部分上。

这时，如图4（a）所示地，对电路板11上的每个焊接区部分11U（V，W，C）使用软焊料，并且焊接区部分与端接部分133彼此对齐，在将带有绕组的铁芯组件放到电路板11上以后，利用软熔焊接使它们电连接在一起。图4（b）表示图4（a）的变型。在绕组15与挠性印刷电路板110之间放置了一个由磷铜或铜作的导电板133h。也可使用一个接线框架代替对挠性印刷电路板及导电板构型的确定。

在图5及6所示的第二实施例中，在每个端接部分133径向内园周上的连接部分133a是在轴向贯通的，并如图6所示地，每个端接部分利用软焊相似地连接到电路板11上的每个焊接区部分11U（V，W，C）上。在此情况下，可以利用软焊烙铁手工或自动地从带有绕组的铁芯组件上方将该铁芯组件与电路板连接起来。

以下将描述本发明的第三实施例。如图19所示，作为用于保持绕组15的起端及终端的保持部分的槽沟133b被形成在连接部分133f的底部，并且连接部分133f被彼此面对着凸出的隔件133g分隔成铁芯保持件的内园周侧与外园周侧两部分。此外，在铁芯保持件131内园周附近的位置上自槽沟133b向铁芯保持件131的厚度方向钻有一个园孔133C。该铁芯保持件是由耐热树脂或类似物作成的。

每个连接部分133f具有在其中容纳焊接材料的空间，该空间被布置在与电路板上的焊接区相对应的位置上，正如以下将要谈及的。该槽沟133b的深度被设定为比绕组15的直径约大0.1至0.2毫米，并且设置得使固定在槽沟133b中绕组15的端部与连接部分133f底部之间的间隙小于绕组15的直径。槽沟133b的宽度基本上与绕组15的直径相同，并且该宽度从铁芯保持件131的外园周开始向内变小形成锥形。绕组15的端部被剥去外壳成为裸线插入端接部分133的区域，而插入到端接部分133中的绕组15的端部被切割成预定长度，在铁芯保持件131连接部分133f外园周部分的导线利用冲压机或类似物的压力被埋入到铁芯保持件131中。作为导电件的导电板133h延伸越过在铁芯保持件的连接部分133f的内园周处、插入到槽沟133b的绕组15的端部。该导电板133h不仅与绕组15的端部相连接，而且也被焊接到下文要描述的焊接区部分上。

在每个端接部分133中的导线用以下的方式被焊接到相应的焊接区部分上。如图20及21中所示地，将导电板133h放置到具有绕组15端部的连接部分133f中，绕组15的该端部被保持在端接部分133的槽沟133b中，并被作为带有整套绕组的铁芯组件中导电件的导电板133h压住。并如图22所示，将单根电极38放置在导电板133h上，并将另一根电极38通过铁芯保持件131上的园孔133C放置到绕组15的端部，以使得利用这对电极38，38从上、下夹着导电板133h及绕组15时电极对之间的通电及发热，将导电板133h及绕组15的端部硬焊在一起。这个操作也称作“熔焊”。相应地，导电板133h与绕组15的端部被形成电连接。

另一方面，将软焊料预先施加到电路板11上的焊接区11C，11U， 11V，11W上，如图23所示，再将这些焊接区部分11C，11U，11V，11W与相应端接部分133对齐，由此将绕有绕组的铁芯组件安装到电路板上。将这样准备的组件放置到软熔焊炉（reflow    furnace）中，在那里软焊料熔化将导线焊住。图16表示在这个焊接工艺后端接部分133的状态。预先施加在电路板11每个焊接区部分上的软焊料36被熔化并将导电板133h与相应的焊接区部分焊接在一起。因为绕组15的端部已经用熔焊与导电板133h焊连在一起，因而，绕组15的端部经由导电板133h与焊接区部分连接起来。

根据上述的第三个实施例，不仅构成了用于在铁芯保持件131中保持绕组15起端与终端的端接部分133，而且也使用了放置在布置到该端接部分133的绕组起端与终端上的导电板133h，并且使该导电板133h与电路板11上的焊接区部分11C，11U，11V，11W连接在一起。因此，该实施例能消除旋转电机的厚度随在传统类型电机中使用的端子凸出部分成比例地加厚的问题，该端子的凸出部分是涉及将绕组焊到对应的焊接区部分时由铁芯组件上凸出的端子。于是，本发明可以使得旋转电机在结构上被制造得更薄些。此外，因为所有的工艺过程：从将绕组15的起端和终端保持在端接部分中同时绕制凸极绕组的工艺步骤开始，经由将绕组15的端部连接到导电板133h的工艺步骤，及将导电板133h与电路板11的焊接区部分11C，11U，11V，11W相连接的工艺步骤，均能自动化地进行，这种自动化又使得制造成本下降。

在铁芯保持件上形成的每个端接部分的形状不一定受到根据第三实施例方案的限制，只要能作到保持绕组的端部，放置导电板及将导电板与相应的电路板上的焊接区部分相连接即可。图24至26表 示第四实施例。如图24及25所示地，铁芯保持件135的端接部分136具有：在该保持件135的径向上形成的作为保持部分的一个槽沟136a;利用削去与槽沟136a相邻处保持件135的大部分内园周部分形成的一个连接部分136b;及从连接部分136b的底部136C向该保持件136的厚度方向钻出的一个园孔136d。作为导电件的一个导电板放置在该连接部分的底部上，以及将绕组15的端部插入到槽沟136a中并将它保持在槽沟中。

对于具有图24及25所示这种形状的端接部分136，绕组15端部的保持基本上按照与第三实施例中相同的步骤。也就是，在将绕组15的终端插入到槽沟136a中后，利用冲压机使端接部分136变形以使绕组15的端部被牢固地固定。然后，将一个电极放置到绕组15的端部上，而将另一电极穿过园孔136d放置到导电板137上，相应地，由此使电流流经两电极之间，就利用熔焊使绕组15的端部与导电板137形成电连接。图26表示绕组15的端部是怎样与导电板连接起来的。接着，端接部分136被定位地放置到电路板上的预定焊接区部分上，并利用软熔焊接将绕组15的端部及导电板137焊接到焊接区部分上。铁芯保持件135相对图26所示状态是倒置地安装在电路板上，以及将电路板上的焊接区部分与端接部分对齐，并用软熔焊接法焊接。因此，不仅绕组15的端部被软焊料包裹住，而且导电板137及焊接区部分也被软熔焊料焊接在一起。

以上描述的第一至第四实施例中使用的是18极的三相铁芯，但铁芯的极数与相数可以任意选择。

此外，将绕组15绕制到每个凸极上的工艺过程不受本发明第一至第四实施例的限制。本发明可以使用另外的工艺程序将绕组安装 到每个凸极上。

根据本发明，在绕制绕组时，在铁芯保持件的端接部分中保持绕组端部，再利用焊接将所获得的绕有绕组的铁芯组件与端接部分电连接。因此，不仅是绕组及连接导线的操作而且安装带有绕组的铁芯组件的操作能有效地实现，而不用涉及一些部件，例如传统例子中使用的端子，这样就不仅能提供更薄一些的旋转电机，而且也提高了产量。

此外根据本发明，连接绕组起端及终端的导电件设置在铁芯保持件上形成的每个端接部分上，并且这个导电件是与端部相焊接的。因此本发明能消除旋转电机的厚度随在传统类型电机中涉及的端子凸出部分成比例地加厚的问题，在传统类型的电机中绕组是通过由铁芯组件凸出的端子的焊接使绕组连接到端子部分的，本发明能使旋转电机制造得更薄一些。再者，由于本发明仅需要作到：在将绕组的起端与终端保持在端接部分中的同时将绕组绕制到凸极上，及与这些起端与终端连接的导电件被连接到端子部分上，故不用说，从绕制程序到连接程序的所有程序均可自动化地进行，该连接程序涉及到绕组的端部连接端与焊接区部分及端接部分的连接，由此可使制造成本下降。

Claims (10)

1、一种旋转电机的定子，其特征在于包括：一个定子铁芯，该定子铁芯有多个从其环形部分径向伸出的凸极；安装在所述定子铁芯的环形部分内的绝缘的铁芯保持件；以及缠绕在每个所述凸极上的线圈，所述铁芯保持件是由位于相对面朝电路板平面的平面上的线圈端处理部分所形成的，电路板上形成有用以在其上安装所述铁芯保持件的焊接区部分，各所述线圈端处理部分包括：用以保持所述线圈的绕线始端或绕线末端的保持部分，以及宽度大于所述保持部分宽度的耦合部分，其中所述耦合是要把所述线圈的绕线始端或绕线末端的一部分露出来，这一部分与同所述电路板相关联的所述焊接区部分相连接，其中所述耦合部分还围绕所述绕线始端或绕线末端的所述部分，用以形成相对地面向所述电路板的所述焊接区部分、所述线圈位于其间的平面，所述耦合部分还形成一个凹部，该凹部大到足以容纳先前供给所述电路板的所述焊接区部分的预定量焊料，及允许在其内把所述绕线始端和绕线末端与所述电路板的所述焊接区部分相焊接。

2、根据权利要求1的旋转电机定子，其特征在于，所述耦合部分相对地面向所述电路板的所述焊接区部分的所述平面有一部分与所述电路板的所述焊接区部分相焊接，其反面则与所述线圈相接触。

3、根据权利要求1的旋转电机定子，其特征在于，所述保持部分的宽度与所述线圈的导线直径基本相同，且所述保持部分是深度大于所述线圈的导线直径的槽沟。

4、根据权利要求1的旋转电机定子，其特征在于，所述耦合部分的深度定为大于所述线圈导线的直径。

5、根据权利要求1的旋转电机定子，其特征在于，在所述保持部分的一侧形成有宽度大于所述线圈导线直径的插入部分，所述导线就从该插入部分插入。

6、根据权利要求1的旋转电机定子，其特征在于，一块导电板事先固定到所述电路板的所述焊接区部分。

7、根据权利要求1的旋转电机定子，其特征在于，在所述耦合部分布置了导电构件，所述导电构件事先与所述线圈的所述绕线始端和绕线末端的一部分电连接，所述导电构件与对应的端子部分相焊接，所述线圈的所述绕线始端和所述绕线末端通过所述导电构件而与所述对应端子部分电连接。

8、根据权利要求7的旋转电机定子，其特征在于所述导电构件是板状的。

9、根据权利要求7的旋转电机定子，其特征在于所述保持件设有一个隔离部分，用于将所述导电构件定位到所述耦合部分中。

10、根据权利要求1的旋转电机定子，其特征在于所述铁芯保持件安装在所述定子铁芯的中心部分。

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