CN103378696A - 制备用于电互连的条绕定子导体 - Google Patents

Abstract

一种用于制备多个条绕定子导体用于电互连的方法，包括将多个导体插入定子中，扭转导体使得第一排的第一导体邻近第二排的第二导体；使用修整装置修整邻近的第一导体和第二导体至相同的长度；且使用旋转切削工具将修整后的第一和第二导体打磨成预定的表面形状。

Description

制备用于电互连的条绕定子导体

技术领域

本公开涉及对条绕定子导体（bar-wound stator conductor）的端部定形的方法。

背景技术

诸如电机和发电机的具有固定在电机/发电机壳体中的定子的电子装置是众所周知的。安装在轴上的转子被共轴地布置在定子中，且可相对于定子绕轴的纵向轴线旋转，以传输电机的力容量。穿过定子的电流产生倾向于旋转转子和轴的磁场力。

一些定子通常布置为环状环，且通过堆叠高磁性钢薄片或叠层形成。特定图案的铜绕组通常配置在叠片组的槽中，通过其电流流动至定子组件的磁性段中，且产生使得定子转动的力作用。

条棒式定子（bar pin stator）是特定类型的定子，其包括由多个条棒或条棒线形成的绕组。条棒由大尺寸铜线形成，其具有矩形横截面且通常配置成具有弯曲段且在两个线端部中终止的发卡形状。条棒被精确地形成预定的形状，用于插入定子中特定的矩形槽中，且通常在插入前涂覆有绝缘材料，使得槽中棒的邻接表面彼此电绝缘。

通常，条棒的弯曲端部从叠片组的一个端部突出，且条棒的线端部从叠片组的相反的端部突出。在插入后，线从碟片组突出的部分被弯曲以形成从线至线的复杂编织图样，形成多个线端部对。邻近的线端部对通常被结合以形成电连接部，诸如通过焊接操作。产生的编织图样和多个结合部确定了通过电机的电流，且由此确定了转子的激励力。

发明内容

一种用于制备用于电互连的多个条绕定子导体的方法，包括将多个导体插入定子中，扭转该多个导体使得第一排的第一导体邻近第二排的第二导体；使用修整装置修整邻近的第一导体和第二导体至相同的长度；且使用旋转切削工具将修整后的第一和第二导体打磨成预定的表面形状。预定表面形状可例如包括内部倒角或多个沟槽。

多个导体中的每一个可包括布置在导体的表面附近的绝缘层，其中该方法还包括移除靠近相应的第一和第二导体的每一个的端部的区域中的绝缘层的步骤。

定子可包括多个槽，且将多个导体插入定子可包括将多个导体中的四个插入多个槽的每一个中。第一排和第二排的每一个可继而包括布置在相应的槽中的四个导体。

该方法特别适于自动加工技术，其中其还可包括感知定子的角位置，并可控制地旋转定子以将导体排和修整装置对齐。类似地，控制器可在控制地旋转定子之前将修整装置从操作位置转变至停靠位置（docked position）。如可理解的，停靠位置可较操作位置离定子更远。

在一种构造中，修整邻近的第一和第二导体至相同的长度可包括通过剪切移除相应的第一和第二导体的每一个的部分。以该方式修整第一和第二导体可形成从每一个相应的导体突出的毛刺（burr）。这样的话，打磨修整的第一和第二导体至预定的表面形状可包括移除毛刺。

在一种构造中，该方法还包括使用环固定件稳定多个导体，其中环固定件限定出多个孔，该孔延伸通过固定件且配置为接收导体。如可理解的，环固定件可包括面对定子的定子侧以及面向远离定子的非定子侧。为了促进导体在固定件中的定位，多个孔中的每一个可具有在定子侧较在非定子侧更大的横截面面积。

当结合附图时，本发明的上述特征和优势以及其他特征和优势从下文中用于实施本发明的最佳模式的详尽描述中是轻易地明显的。

附图说明

图1是在接合定子绕组的线端部之前的定子组件的示意性透视图。

图2是图1中的定子组件的线端部部分的局部示意性透视图。

图3是定子组件的线端部部分的局部示意性透视图，其示出了未剪切的线端部、修整后的线端部以及表面处理后的线端部。

图4是图3中的定子组件的线端部部分的局部示意性透视图，其和修整装置以及表面处理装置连通。

图5A是靠近旋转切削工具的多个线端部对的示意性横截面视图，该旋转切削工具被配置为剪裁出平的表面形状。

图5B是靠近旋转切削工具的多个线端部对的示意性横截面视图，该旋转切削工具被配置为切削具有内部倒角的表面形状。

图5C是靠近旋转切削工具的多个线端部对的示意性横截面视图，该旋转切削工具被配置为切削具有外部倒角的表面形状。

图5D是靠近旋转切削工具的多个线端部对的示意性横截面视图，该旋转切削工具被配置为切削具有多个沟槽的表面形状。

图6是靠近定子组件的线端部部分的环固定件的局部示意性透视图。

图7是延伸通过环固定件的多个导体的局部示意性横截面视图。

具体实施方式

参见附图，其中相同的附图标记在若干幅附图中用于标明相似或相同的构件，图1示意地示出了具有多个条绕电导体绕组（总体地在12处）的电机的定子组件10。定子10可通常配置为环状环，且可由叠片组16（即，以有序的方式堆叠的多个单个叠片）形成（也称作“定子体部16”）。每一个叠片可包括多个径向分布的槽，其可在叠片组16的装配期间取向为限定出通过定子10的多个大致矩形的槽18。每一个槽18可特别地适于接收一个或多个导体绕组12。

如图1大致示出的，定子10可配置为条棒定子，其中导体绕组12由多个条棒24（也称作“条棒线24”）形成。导体绕组12可进一步包括端子或连接部20a、20b和20c，用于将绕组12的各个相连接至诸如功率逆变模块的电控制器。条棒线24通常由具有矩形横截面的大尺寸、高导电率铜线形成。每一个条棒线24可通常构造成发夹式形状，其在一个端部具有弯曲段22，且可在相对的端部以两个线端部28终止。在插入前，条棒24可精确地形成预定的形状，以在插入进入槽18之后构造预定的编织图样。在一种构造中，条棒24可在插入前涂覆有绝缘材料26，使得槽18内的条棒24的邻近表面彼此电绝缘。为了便于线端部28的结合以形成电连接部，条棒24的线端部28可在插入叠片组16的槽18之前且在弯曲以形成编织图样之前剥除绝缘层26，该编织图样例如图1示出且在图2中进一步示出的编织图样。每一个槽18可衬有槽衬件，以将条棒24从叠片组16绝缘，且阻止在将条棒24插入槽18期间对绝缘层26的损坏。

图1示出了从叠片组16的一个端部突出的条棒24的弯曲端部22，以及从叠片组16的相对的端部突出的条棒24的线端部28（即，定子10的线端部部分14）。如上所述，在插入后，从叠片组16突出的线端部28可被弯折，以在定子10的线端部部分14上形成条棒24的复杂编织。在这种编织中，每一个相应的线端部28可根据绕组12的连接要求而和不同的线端部28配对和结合。

通过非限制性示例的方式，图2示出了定子10的线端部部分14的透视图。如所示，条棒24的集合的线端部28可布置成四层，其每一层都从前一层径向向外地设置。例如，最外层可包括最靠近叠片组16的外直径的多个线端部28，且最内层可包括最靠近叠片组16的内直径的多个线端部28。此外，线端部28可以对齐为多个排30，每一排从定子10的中心径向向外地延伸。如图2所示，形成绕组12的第一层或最内层的多个线端部标识为线端部34。靠近第一层的绕组12的第二层由标识为线端部36的多个线端部形成。绕组12的第三层由标识为线端部44的多个线端部形成。第四层或最外层由识别为线端部46的多个线端部形成。

图2示出了第一层中的每一个线端部34，其被弯折为使得其靠近第二层中的线端部36且和其配对（即，形成第一、或内部线端部对32）。一旦被恰当地准备，如将在下文中描述的，内部线端部对32的线端部34、36可被熔接在一起，诸如通过电焊接工艺（例如，气体钨电弧焊（GTAW或TIG焊接）、等离子电弧焊（PAW）、或电阻焊（ERW）、钎焊）或通过其他可形成线34、36之间的机械和电邦定的类似工艺。

和内部线对32类似，第三层的线端部44可被弯折为使得其每一个都靠近第四层中的线端部46且和其配对（即，形成第二、或外部线端部对42）。外部线端部对42的线端部44、46可通过和用于形成内部线端部对32的工艺类似的工艺熔接在一起。

在将线对32、44熔接一起之前，可能希望准备线以更好地接收熔接装置（例如，焊接或钎焊）。图3示意地示出了三个线端部组60、62、64，其中每个组分别代表在将线端部熔接在一起之前的各个制造阶段中的导体。

第一组60示意地示出了在插入定子10和扭转以形成编织图案之后的线28。这些线可有意地较最终设计所要求的要长，以计入插入前弯折过程中的制造变动，以及降低当线被编织在一起进入用于插入的转子槽中时线上的应变量。由此，第一组60的线具有从初始插入起基本未变动的长度。

第二线端部组62示意地示出了已经通过修整装置从其初始长度（即，组60）修剪的多个线28。修整操作可确保线端部都布置为相对于转子和/或彼此具有大致相同的长度。尽管这样的修整操作可提供修整后的线端部的大致均一的平面，但由于铜的延展性，其还可产生难以焊接（取决于使用的工艺）和/或可从线至线不均匀的突起的小块（nip）/毛刺。

第三线端部组64示意地示出了已经被定形/表面处理以移除由修整工艺产生的突起的小块/毛刺的多个线28。这样的定形/表面处理可产生沿垂直于定子体部16的中心轴线的平面基本对齐、且位于相对于定子体部16受控的距离处的多个线端部。这些定形的端部（例如，组64）可特别适于接收熔接装置（例如，焊接或钎焊），诸如在自动焊接/钎焊工艺中。

图4示意地示出了图3中示出的定子10，其和包括修整装置70以及表面处理装置72的制造设备68连通。修整装置70可通常被配置为剪切线端部（即，产生线端部组62），而表面处理装置72可总体地配置为打磨/成形修整后的端部，以产生精确定形的端部（即，如通常以组64示出的）。在一个实施例中，修整装置70和表面处理装置72可布置在定子组件10之下，使得重力可辅助将由操作产生的全部游离颗粒从定子移除。制造设备68还可包括真空系统74，其可从定子抽取空气，以进一步阻止修整和表面处理产物落入定子10中。这些预防措施可辅助降低后续的电短路的可能性，该电短路的可能性由损坏/带缺口的线绝缘或卡在定子中的碎屑造成。

如图4所示，在一种构造中，修整装置70和表面处理装置72可各自选择地在相应的操作位置（大致位于80、82处）和停靠位置（大致在84、86处以虚线示出）之间切换。当修整和表面处理装置70、72处在其相应的停靠位置84、86中时，定子组件10可被允许相对于制造设备68更自由地转动和/或更方便地加载至制造设备68和/或从制造设备68卸载。

在操作中，定子体部16可布置在分度转盘上，或夹在邻近制造设备68的类似的受控可旋转固定件中。初始地，修整装置70和表面处理装置72两者可处在其相应的停靠位置84、86中。传感装置90可监测装置10相对于制造组件68的角位置，且可与制造控制器92通讯以控制转盘的分度。控制器92可初始地对齐定子10，使得被修整的第一线进入用于修整的恰当位置中（即，垂直地布置于修整装置70之上）。一旦在位，则修整装置70可升起至操作位置80，以通过修整头94修整两个线对32、42中的四个线端部。

在一种构造中，如图4大致所示，修整头94可包括两个剪切刀片，该两个剪切刀片在刀片的一端被彼此铰接。类似地，可使用其他刀片构造和/或剪切机构以完成线端部的修整。如可理解的，修整头可以一方式被液压、气动或电动地促动，该方式使得两个剪切刀片协作地作用，以剪切线端部。

一旦修整头94剪去线端部，线修整装置70可返回至停靠位置84，以允许控制器92将转盘沿方向95旋转，使得相邻的线对组进入修整装置70之上的位置。再次地，一旦邻近的线对组进入恰当的位置，修整装置70可升起至操作位置80中，以重复修整工艺。该分度和修整可继续直至全部线被切削。

表面处理装置72可使用旋转切削工具96以精确地定形修整后的线端部或使其成平面。和可针对每排而在操作和停靠位置80、84之间切换的修整装置70不同，在一种构造中，表面处理装置72可在整个制造工艺中保持在操作位置82中。在定子10被旋转以使得下一组线对进入修整位置中时，该旋转跨表面处理机构的旋转切削工具96馈送下一组修整后的线对。

旋转工具96通常可为圆柱形切削头，诸如端铣刀，和/或可包括诸如研磨石的摩擦表面。当定子的最后一组线对已经被修整之后，定子组件10可继续分度旋转，直至最后一组修整后的线对被表面处理，尽管在这最后的一些分度中不需要进行修整。当全部的线对组已经被修整和表面处理后，修整和表面处理装置70、72可返回至其停靠位置84、86，且完成的定子10可从制造设备68移除。

在一种构造中，旋转切削工具96可配置为以一方式定形线端部，以更方便地接收熔焊或钎焊联接。例如，且非限制性地，如图5A-5D所示，旋转切削工具96可使得线端部成平面（图5A）、切削内部倒角（图5B）、切削外部倒角（图5C），和/或切削多个沟槽（图5D）在线端部中。附加地，多个外形可结合在单个工具96中。

更具体地，图5A示出了平坦表面外形100，其可在端部跨切削工具96的表面分度旋转时使得线对端部成平面。在该实施例中，旋转切削工具96可具有纯圆柱形外形。线的平坦平面外形100可提供良好受控且可预测的表面，用于焊珠的机械化放置。

图5B示出了线表面外形，其具有内部倒角102，该内部倒角被经由从切削工具96延伸出的凸起104机加工。如所示，凸起104可和线对的结合的边沿面对齐，以在线界面处形成倒角。倒角可辅助限制熔融焊接材料的流动和/或促进在结合的线对的匹配面处的更深的焊料渗透。

图5C示出了一表面形状，该表面形状由具有定形的凹口108的切削工具96机加工，该凹口设计为使线对的外部边沿具有倒角，而同时对线端部进行表面处理。这样的外部倒角可确保焊珠布置为靠近结合的线对的匹配面，且可进一步降低焊接区域的尺寸，以降低焊接后的线对区域中的定子组件10的总体封装尺寸。

最终，图5D总体地示出了由类似地设计的切削工具96切削出的锯齿状或带有沟槽的表面形状110。锯齿状表面110可提供内部倒角102和外部倒角106的优势，而同时增加线端部的表面积，以改进焊接工艺中的热传输。锯齿的沟槽也可限制熔融焊珠材料的流动，以将焊珠收纳在线端部上。

如图6和7总体地示出的，在一种构造中，环固定件120可在上述的修整、定形、和焊接过程中用于稳固线端部。图6中总体地示出了在定子组件10安装前位于定子组件10之下的环固定件120的局部段。在一种构造中，环固定件120可包括矩形孔122、124的两个同心环，其可分别地和线对中的每一个的目标位置对齐。

图7是其中环固定件120布置在线附近的定子组件10的局部横截面。该截面剖切通过若干未标示的线，该些线位于其螺旋路径上以和其特定的线对搭档相交，且剖切通过位于被该截面剖切的特定的定子槽18的线。

环固定件120的矩形孔122、124可具有锥形横截面，其在固定件120的定子侧126上具有较在非定子侧128上更大的横截开口。锥形孔可基于很多原因是有优势的。如可理解的，锥形可总体地降低通过有效地引导线端部进入孔中而插入环固定件所需要的努力。以该方式，固定件可由于环被强迫在定子组件10上而将线对齐在恰当的位置中。最终，该锥形还可迫使线对的匹配表面形成紧密接触，用于修整、表面处理以及可选地用于焊接。

环固定件120可用于针对定子制备和装备的多种目的。如上所述，当固定件120被安装时，其可确保线对的恰当的布置，以及线对的匹配表面的对齐。环固定件120也可强化线对，用于修整和表面处理操作。图6示出了线对32、42，其已经从环固定件120中其相应的孔122、124中探出。在环固定件120被安装后，线对32、42可被从初始线长度130修整至修整后的长度132，并最终地被表面处理至焊接预备长度和表面处理状况134。环固定件120的力的反作用能力辅助修整和表面处理操作两者，这是由于其在被修整或表面处理的特定线对（一个或多个）上赋予线对的整个组的刚度（即，强度值（strength in numbers））。环固定件120也可用作保护物，阻止在修整和表面处理操作中产生的颗粒和尘埃被朝向定子叠片组16推动。

在一种构造中，环固定件120可被移除，且在此后的定子组件10中重复使用。替换地，环固定件120可在线对32、34的焊接过程中保持在位，以确保表面处理后的线对的精确定位（即，辅助机械化焊接）。在焊接工艺中，环固定件可进一步用作保护物，以阻止焊接颗粒朝向定子叠片组16落入/溅入。附加地，环固定件120可用作热保护物，以降低焊接造成的对条棒线的未剥除部分的绝缘的损坏。

最终，在一种构造中，环固定件120可保持在定子10上用作永久构件。作为定子组件10的永久构件，环固定件120可由绝缘材料制成，使得其可作为绝缘支架，以将线彼此隔离开。经由环固定件的受控的线对位置还确保线的复杂编织图案将不随时间在定子叠片组16和成对焊接的端部之间移动。

环固定件120中的线对32、42的结构刚度和位置精确度还可进一步允许其他非焊接的线对结合方法被使用。例如，在通过环固定件120增强线对结合部的整体性的情况下，可将压接环（crimp ring）用于结合线。类似地，也可使用焊料浴以电联接线对（由于环固定件120的增加的刚度而不考虑焊料结合部的结构稳定性）。

尽管已经对用于实施本发明的最佳模式进行了详尽的描述，对本发明所涉及的领域熟悉的技术人员将辨识出在所附的权利要求内用于实施本发明的各种可替换设计和实施例。应将包含在上述描述或在附图中示出的全部内容理解为仅作说明目的，而非限制性的。

联邦资助研发项目声明

本发明在DOE/NETL项目号为DE-EE0002629的政府支持下完成。此处描述的发明可由美国政府制造和使用，用于美国政府的目的（即，非商业性的），而不需对其支付特许金。

Claims (10)

1.一种制备用于电互连的多个条绕定子导体的方法，其包括：

将多个导体插入定子中；

扭转该多个导体，使得第一排的第一导体和第二排的第二导体邻近；

使用修整装置将邻近的第一导体和第二导体修整至相同的长度；

使用旋转切削工具将第一和第二导体打磨至预定的表面形状。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述多个导体中的每一个都包括在导体的表面布置的绝缘层；和

该方法还包括移除靠近每个相应的第一导体和第二导体的端部的绝缘层。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述定子包括多个槽，且其中将多个导体插入定子包括将多个导体中的四个插入多个槽的每一个中；和

其中第一排和第二排的每一个都包括布置在相应的槽中的四个导体。

4.如权利要求3所述的方法，还包括感测定子的角位置；和

可控地旋转定子，以将导体排和修整装置对齐。

5.如权利要求4所述的方法，还包括在可控地旋转定子之前将修整装置从操作位置转变至停靠位置；其中停靠位置较操作位置离定子更远。

6.如权利要求1所述的方法，其中将邻近的第一和第二导体修整至相同的长度包括通过剪切移除相应的第一和第二导体的每一个的部分。

7.如权利要求1所述的方法，其中修整第一导体和第二导体形成从每一个相应的导体突起的毛刺；且其中将修整后的第一导体和第二导体打磨至预定的表面外形包括移除毛刺。

8.如权利要求1所述的方法，其中预定的表面外形包括内部倒角。

9.如权利要求1所述的方法，其中预定的表面外形包括多个沟槽。

10.如权利要求1所述的方法，还包括使用环固定件稳固所述多个导体，其中环固定件限定出多个孔，该孔延伸通过固定件且配置为接收导体；

其中环固定件包括面对定子的定子侧以及面向远离定子的非定子侧；和

其中所述多个孔中的每一个都在定子侧具有较在非定子侧更大的横截面面积。

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