CN106041303A - 具刚性杆电机定子绕组的两相邻金属元件的激光焊接方法 - Google Patents

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Abstract

用于焊接具有刚性杆(9)的适于电机(1)的定子绕组(8)的两个相邻金属元件(10；18；28；30；32；34)的激光焊接方法；两个金属元件(10；18；28；30；32；34)布置成彼此相邻并具有相应的上表面(43)，这些上表面布置成彼此共面并具有至少一个公共边缘(44)；相继地，第一激光束(38)在两个金属元件(10；18；28；30；32；34)的上表面(43)的方向上瞄准，并沿着第一焊接线(45)馈送，第一焊接线垂直于公共边缘(44)并延伸通过公共边缘(44)本身；然后第二激光束(38)瞄准，第二激光束(38)沿着第二焊接线(47)馈送，第二焊接线垂直于公共边缘(44)并延伸通过公共边缘(44)本身，平行于第一线(45)并从第一线(45)间隔开，并且具有短于第一线(45)中之一的长度。

Description

具刚性杆电机定子绕组的两相邻金属元件的激光焊接方法
技术领域
本发明涉及用于焊接具有刚性杆的适于电机的定子绕组的两个相邻金属元件的激光焊接方法。
背景技术
专利申请EP2437378A1描述了一种具有定子绕组的电机，所述定子绕组具有刚性杆。由刚性杆制成的定子绕组中，使用一系列的刚性杆，它们最初形成“U”形，然后沿轴向插入到定子槽内，从而限定入口侧和出口侧，“U”形杆的尖端(cusp)放置于所述入口侧，“U”形杆的分肢(即笔直的部分)放置于出口侧。一旦杆已经插入到定子槽内，将在出口侧上的分肢弯曲，然后分肢的自由端部通过焊接连接到彼此以便形成定子绕组的电通路。
可用于将彼此相邻布置的两个分肢的端部焊接到一起的焊接技术是激光焊接，根据所述激光焊接，激光束瞄准到两个分肢的上表面处，所述激光束适于将构成分肢的金属熔融并沿着延伸通过两个上表面之间的公共边缘的焊接线馈送。
专利申请US2003159269A1描述了用于焊接具有刚性杆(在图4中示出)的适于电机的定子绕组(在图1和图3中示出)的两个相邻金属元件22和24的激光焊接方法。两个金属元件22和24布置成彼此相邻并且具有相应的上表面，所述上表面布置成彼此共面并具有至少一个公共边缘；该方法包括将激光束瞄准到两个金属元件22和24的上表面处的步骤，所述激光束适于将构成金属元件的金属熔融并集中到横跨公共边缘(即位于两个金属元件22和24的上表面的边界线上)的点上。
发明内容
本发明的目的是提供用于焊接具有刚性杆的适于电机的定子绕组的两个相邻金属元件的激光焊接方法，所述焊接方法容易且低成本地得以实施，同时是有效、高效和快捷的。
根据本发明，提供用于焊接具有刚性杆的适于电机的定子绕组的两个相邻金属元件的激光焊接方法；
其中两个金属元件布置成彼此相邻并具有相应的上表面，所述上表面布置成彼此共面并具有至少一个公共边缘；
所述焊接方法包括将第一激光束瞄准到两个金属元件的上表面处的步骤，所述第一激光束适于熔融构成金属元件的金属，并沿着第一笔直的焊接线馈送，第一笔直的焊接线垂直于公共边缘并延伸通过公共边缘；
所述焊接方法的特征在于其包括将第二激光束瞄准到两个金属元件的上表面处的步骤，所述第二激光束适于熔融构成金属元件的金属，并沿着第二笔直的焊接线馈送，第二笔直的焊接线垂直于公共边缘，延伸通过公共边缘，平行于第一线并从第一线间隔开，并且具有短于第一线中之一的长度。
附图说明
现在将参照附图描述本发明，所述附图示出本发明的非限制性实施例，其中：
·图1是根据本发明的电机的示意性剖视图，为了更清楚起见去除一部分；
·图2是图1所示电机定子的示意性透视图，为了更清楚起见去除一部分；
·图3是“U”形刚性杆的示意性透视图，其是图2所示定子的定子绕组的一部分；
·图4和图5是图3所示刚性杆的尖端的放大比例的两个不同的透视图；
·图6是重点表示图3所示刚性杆的尖端的曲率平面的透视图；
·图7是图2所示定子的入口侧的透视图；
·图8是在定子绕组的构建过程中的图2所示定子的透视图；
·图9和图10是图8相应细节的放大比例的两个视图；
·图11是示出定子绕组的两种不同的“U”形杆的相应分肢如何扭成“Z字”形的示意图；
·图12是在定子绕组的构建过程中图2所示定子的一部分的另一透视图；
·图13是耦联到定子绕组的连接桥的支撑元件的透视图；
·图14是图13所示支撑元件的分解透视图；
·图15至图18是在定子绕组的构建过程中图2所示定子的一部分的其它透视图；
·图19是在定子绕组的构建过程中所使用的焊接站的示意图；以及
·图20至图25是示出在定子绕组的两个相邻分肢的焊接过程中所涉及步骤的六幅示意图。
具体实施方式
在图1中，附图标记1表示作为一个整体的适于汽车行业的可逆类型的同步电机(即其可通过吸收电能并产生机械驱动扭矩而用作电动机以及可通过吸收机械能并产生电能而用作发电机)。电机1包括：轴2，它以可旋转的方式安装以便围绕中心旋转轴线3旋转；永磁体转子4，其通过花键接合到轴2以便随轴2本身一起旋转；以及圆筒形管状定子5，其围绕转子4布置以便环绕转子4本身。
定子5包括磁芯6，它由结合成组的一系列叠片构成，并具有带有中心孔的管形状；磁芯6由三十六个定子槽7纵向穿过，所述定子槽7均匀地沿磁芯6的内侧分布并容纳三相的定子绕组8(图2中示出)；显然，槽7的数量可以是不同的(例如，四十八个或七十二个定子槽7)。在附图中示出的实施例中，三相定子绕组8分布在三十六个定子槽7中以及永磁体转子4包括六个磁极；因此，同步电机1具有适于每个磁极和每相的两个槽。
根据图2，三相定子绕组8包括一系列的“U”形刚性杆9，每一个刚性杆9包括两个分肢10，分肢10由尖端11连接到彼此(如在图3、图4和图5中更详细地所示)；同一杆9的两个分肢10构成定子绕组8的两个相应的导体。
如在图6中更详细地所示，每个“U”形杆9的尖端11具有“三维”折叠，即在彼此垂直的两个平面A和B上的折叠。具体地，每个“U”形杆9的尖端11具有沿着平面A的折叠，所述平面A基本上平行于由“U”形杆9所限定的横躺平面(lying plane)并且是“S”形的；此外，每个“U”形杆9的尖端11具有沿着平面B的另一折叠，所述平面B基本上垂直于由“U”形杆9所限定的横躺平面(即它基本上垂直于平面A)并且是“U”形的。
如在图6中清楚地示出的那样，平面A在侧向上由圆筒形表面的两个部分构成，所述两个部分定中在电机1的中心旋转轴线3上并具有略微不同的半径(因为“U”形杆9的一个分肢10被插入到置于更靠内位置处即对应于较小半径的定子槽7内，而“U”形杆9的另一分肢10被插入到置于更靠内位置处即对应于较大半径的定子槽7内)；此外，在平面A中布置在两侧上的圆筒形表面的两个部分通过“S”形中心部分定中地结合到彼此。如图6中清楚地示出的那样，平面B具有“U”形形状，其使得相应的杆9采取“U”形形状。沿着平面A的“S”形折叠使得相应的杆9采取下述形状，需要所述形状以允许两个分肢10在不同的位置(更靠内和更靠外的位置)插入到相应的定子槽7内并允许所有“U”形杆9的尖端11布置成彼此相邻，而不会与彼此有任何机械干涉(如图7中所示)。应当指出的是，在每个“U”形杆9中，两个分肢10相对于彼此倾斜(即两个分肢10在它们之间形成锐角)以及每个分肢10取向成“面对”电机1的中心旋转轴线3。
由于上述“U”形杆9的结构，可在将杆9插入到相应的定子槽7内之前，通过在在单一弯曲步骤中将杆9对应尖端11弯曲以构建整个定子绕组8；换言之，一旦“U”形杆9被插入到相应的定子槽7内，则尖端11就不受到任何进一步的弯曲。此外，由于上述“U”形杆9的结构，可特别容易地(即通过很小的力)将“U”形杆9插入到相应的定子槽7内，因为所述结构防止“U”形杆9之间的所有机械干扰，而在“U”形杆9之间的所有机械干扰要求用力插入杆(即得用力推压杆)以使得“U”形杆9本身轻微变形；以这种方式，定子绕组8的构建是快速和容易的，而且重要的是，不存在损坏“U”形杆9的外绝缘的风险。
此外，由于上述“U”形杆9的结构，能够减小尖端11的长度(因此减小总重量)，换言之，能够减少在定子槽7外侧存在的铜量(在定子槽7的外侧上存在的铜是使得电流能够在定子绕组8中循环所需要的，但它对于用于将机械扭矩传送到轴2的目的而言完全无用)。换言之，上述“U”形杆9的结构允许尖端11的长度(和因此总重量)被优化(最小化)。
根据图2，“U”形杆9插入通过定子槽7，槽限定入口侧12和出口侧13，“U”形杆9的尖端11放置于入口侧12，“U”形杆9的分肢10放置于出口侧13。具体地，每个槽容纳属于彼此不同的四个相应“U”形刚性杆9的四个分肢10(即定子绕组8的四个导体)。“U”形杆9的分肢10的端部电连接到彼此(焊接)，以便形成定子绕组8的电通路。
根据图2，三相定子绕组8包括三个电源端子14，其构成与定子绕组8的外侧连接的电接口并电连接到控制同步电机1的电子功率转换器(未示出)。
根据图2中示出的优选(但非限制性的)实施例，具有环形形状并由电绝缘材料(通常为“诺迈柯斯”绝缘纸)制成的绝缘层S间置于从定子磁芯6的出口侧13出来的分肢10的两个内圈和两个外圈之间。备选地，可将具有环形形状并由电绝缘材料制成的三个绝缘层S间置于分肢10的四个圈之间，或者具有环形形状并由电绝缘材料制成的绝缘层S可根本不存在。
参照图8至图18，下文描述定子绕组8的构建方式。
首先(并且如上所述)，杆9在中部弯曲180°以便成为“U”形，并且采取附图3至图6中所示的形状。该弯曲操作优选通过电子控制的加工工具执行，加工工具在一个单一操作中赋予每个杆9其最终形状。“U”形杆9的尖端11以如此的方式配置以至于它们由相同数量的槽(即在附图中所示的实施例中为六个定子槽)间隔开；换言之，同一“U”形杆9的两个分肢10之间总是越过六个定子槽7。此外，“U”形杆9的分肢10都可具有相同的长度，或者它们可具有不同的长度(即一些“U”形杆9的分肢10比其它“U”形杆9的分肢10稍微更长或更短)；根据其“U”形杆9的分肢10都具有相同长度的解决方案涉及铜的较高消耗，但是它比较容易处理，因此通常在较小生产量的情况下是优选的。
一旦“U”形杆9准备好(具体地，在附图中所示的定子绕组8中有七十二个“U”形杆9)，每个“U”形杆9分别(即单独地)插入到相应的两个定子槽7内(即“U”形杆9的两个分肢10轴向地插入到相应的两个定子槽7内)。换言之，一次只有一个“U”形杆9插入到两个非相邻的定子槽7内。优选地，在“U”形杆9插入到定子槽7内之前，每个定子槽7在内部“覆”有由电绝缘材料(通常为“诺迈柯斯”绝缘纸)制成的绝缘层(未示出)。
一旦所有的七十二个“U”形杆9已经插入到定子槽7内，则从磁芯6的出口侧13出来的相应分肢10扭曲通过相关的双折叠以便采取如图8中所示的“Z”字形。备选地，首先只有“U”形杆9的一部分(通常一半)插入，并且一旦“U”形杆9的该第一部分插入，则从磁芯6的出口侧13出来的相应分肢10扭曲通过相关的双折叠以便采取“Z”字形形状；随后，“U”形杆9的剩余部分(通常剩余的一半)也插入，并且一旦“U”形杆9的剩余部分插入，则从磁芯6的出口侧13出来的相应分肢10扭曲通过相关的双折叠以便采取“Z”字形形状。
根据一个优选实施例，在“U”形杆9的分肢10扭曲的过程中，分肢10不是全部一次扭曲，而是它们成组地扭曲；换言之，“U”形杆9的分肢10分成至少两个组，这些组在两个相继的操作中(即，不同时地)扭曲。在第一组分肢10被扭曲的同时，将在稍后的时间被扭曲的第二组分肢10暂时沿着定子槽7轴向移动，以便减少在出口侧13上从定子槽7出来的部分的长度(典型地直到分肢10在出口侧13上从定子槽7出来的部分的长度为零或几乎为零)。以这种方式，属于第二组的分肢10不妨碍第一组分肢10被扭曲，同时第二组分肢10接合定子槽7，以便协助仍保持在扭曲的过程中的第一组分肢10。一旦第一组分肢10已扭曲，则第二组分肢10在相反的方向上轴向移动，以便返回到其原始位置且也被扭曲。以这种方式，第一组分肢10的扭曲变得更容易，因为所述扭曲的发生不受到第二组分肢10所造成的障碍。第二组分肢10的扭曲无论如何都是更容易的，因为在第一组分肢10一旦已被扭曲并且因此占用更少的轴向空间时，第二组分肢10的扭曲才发生。
一旦从磁芯6的出口侧13出来的分肢10的扭曲已经完成，并且仅在必要时，某些分肢10被切断(即修整)，以便赋予它们所需的长度。
如在图9和图10中的放大图中更详细地示出的那样，分肢10的每个双折叠包括在一个方向上(即更靠近定子5的磁芯6)的内部折叠15和在相反方向上(即更远离定子5的磁芯6)的外部折叠16。通过示例的方式，对于每个分肢10而言，内部折叠15在一个方向上具有约60°的宽度，以及外部折叠15在相反方向上具有约60°的宽度。每个定子槽7容纳四个相应的分肢10(属于四个不同的相应的“U”形杆)，所述分肢10在交替的相反方向上扭曲通过相关的“Z”字形双折叠。换言之，分肢10的一半以给定的角度沿顺时针方向扭曲，而分肢10的另一半以相同的角度在逆时针方向上(即在相反方向上)扭曲。
根据图11，一旦“Z”字形双扭曲已经执行，则每个分肢10具有轴向取向(即，平行于电机1的中心旋转轴线3，因此平行于定子槽7)的起始段10a，倾斜的中间段10b和也轴向取向的最后段10c；中间段10b将彼此平行的起始段10a和最后段10c结合在一起。在每个分肢10中，中间段10b相对于起始段10a和相对于最后段10c均倾斜相同的角度α(在所示的实施例中，约60度)；换言之，从笔直的分肢10开始，分肢10最初在底部扭曲角度α，从而形成内部折叠15(在起始段10a和中间段10b之间)，然后分肢10在顶部扭曲角度α，以便形成外部折叠16(中间段10b和最后段10c之间)。
在每个分肢10中，由于“Z”字形双折叠，起始段10a和最后段10c相互平行(即，它们都轴向取向)并且从彼此间隔开间距，该间距可采取较高值P1或较低值P2(在附图中示出的实施例中，间距P1对应于三个定子槽7之间存在的距离，而间距P2对应于两个半定子槽7之间存在的距离)。为了将间距P1从间距P2区分，不是改变扭曲的角度α(事实上，所有的分肢10始终扭曲相同的角度α以便形成双折叠)，而是使得中间段10b的延伸长度变化(以及相应地，最后段10c也具有不同的长度)；换言之，为了获得较长的间距P1，使用较长的中间段10b，而为了获得更短的间距P2，使用较短的中间段10b，同时始终保持用于形成双折叠的扭曲角度α不变。
如上面已经提及的那样，所有的“U”形杆9由相同数目的槽间隔开，即在所有“U”形杆9的两个分肢10之间越过六个定子槽7；因此，为了形成定子绕组8的电通路，有必要使得“U”形杆9的分肢10在它们的“Z”字形双折叠上有所区分：如上面参照图11所述，“U”形杆9的大多数分肢10具有带有间距P1(对应于三个定子槽7之间存在的距离)的标准“Z”字形双折叠，而“U”形杆9的一小部分分肢10具有带有间距P2(对应于两个半定子槽7之间存在的距离)的缩短的“Z”字形双折叠。作为带有间距P2(对应于两个半定子槽7之间存在的距离)的缩短的“Z”字形双折叠的替代，可以使用带有间距P1(对应于三个定子槽7之间存在的距离)的“Z”字形双折叠的延伸形式。
如图8中所示，“U”形杆9的具有缩短的“Z”字形双折叠(间距P2)的分肢10集中在定子绕组8的互连区域17内，其具有整个定子绕组8的约四分之一的延伸长度且其还容纳功率端子14。
一旦“U”形杆9的分肢10已被扭曲，则“U”形杆9的分肢10的上端部电连接到彼此(通过激光焊接，如下面更详细地描述的那样)，以便形成定子绕组8的电通路。
对应于定子绕组8的互连区域17，一些分肢10具有更长(延伸地更长)的端子末端10c，以便形成定子绕组8的一些电连接，如下文所述。
如图12中所示，为了允许定子绕组8的电通路形成于定子绕组8的对应于各相的一部分内，至少一对非相邻(因此其不能直接焊接到彼此)的分肢10的端部由连接桥18电连接到彼此。如图12中所示，在附图描绘的定子绕组8中，各相包括两个相应的连接桥18，所以整个定子绕组8具有一个共六个连接桥18。根据一个优选实施例，每个连接桥18由垂直于电机1的中心旋转轴线3布置的平板构成并具有接合相应分肢10的两个相对的座19。一旦分肢10的端部已耦联到相应的连接桥18，则各分肢10的端部通过激光技术焊接到相应的连接桥18(如下文更详细地描述的那样)。
根据图12、图13和图14中所示的优选实施例，每个连接桥18包括座19，每个座是“U”形的且适于接收和容纳相应的分肢10的端部。每个座19最初具有比相应的分肢10的横截面更大的横截面，以使分肢10本身可以一定的间隙插入到座19内；换言之，每个座19最初大于相应的分肢10以便以一定的间隙容纳分肢10，因此允许分肢10的端部能够容易地插入。一旦分肢10的端部已被插入到连接桥18的相应座19中，则座19通过塑性变形导致收缩，从而使其紧密围绕分肢10(即牢固地附着到分肢10)；具体地，座19通过合适的夹持器朝向分肢10变形，以便与分肢10本身紧密接触(也在分肢10上施加一定的压力)。
以这种方式，在一方面，可容易地将分肢10的端部插入到相应的座19内，以及在另一方面，能够确保牢固的机械耦联，而在分肢10的端部和相应的座19之间没有任何间隙，以便确保随后分肢10的端部和相应的座19被适当地焊接到彼此。换言之，由于每个连接桥18的座19最初大于相应分肢10的这一事实，将连接桥18耦联到定子绕组8被证实是简单而快速的(因此可容易地自动化)；此外，由于每个连接桥18的座19塑性变形以便使其紧密围绕相应的分肢10的这一事实，可获得连接桥18和相应的分肢10之间的最佳接触(机械接触并因此电接触)。
为了使得座19容易围绕相应分肢10的端部变形，连接桥18由具有基本上恒定横截面的中心体和一系列附件构成，所述附件从中心体突出并垂直于中心体本身；每个座19在后侧由中心体界定，且在侧向由一对附件界定，该对附件布置成一个在另一个的前面。优选地，在每个座19中，一个附件是直线形的(即它在其平面视图中具有直线形状)，以及另一附件是“L”形的(即它在其平面视图中是“L”形的)；以这种方式，“L”形附件可在两侧上围绕相应分肢10的端部。首先(即，在相应的分肢10的端部插入之前)，一个附件(在附图中所示的实施例中为直线形附件)与中心体形成直角(即90度的角度)，而另一附件(在附图中所示的实施例中为“L”形附件)起初与中心体形成钝角(即大于90度的角度)；每个座19的变形基本上(但非排他性地)涉及起初与中心体形成钝角的附件。换言之，起初与中心体形成钝角的附件具有较宽的变形裕度，因为发生变形之前，与中心体形成钝角的附件相比较于起初与中心体形成直角的附件稍微更加远离相应分肢10的端部。
在两个分肢10的两个相邻端部之间的电连接通常是在由六个定子槽7从彼此间隔开的两个分肢10之间建立的(即，由带有等于三个槽的间距P1的标准“Z”字形双折叠获得的越过六个定子槽7)；此外，在定子磁芯6每次进行完整的旋转时，必须越过五个定子槽7(由带有等于两个半槽的间距P2的缩短的“Z”字形双折叠获得)或越过七个定子槽7(由连接桥18获得)，以便遵从定子绕组8的电通路。
根据图12至图15中所示的优选实施例，提供一种绝缘支撑件20，其容纳所述连接桥18并且布置在连接桥18之下。根据一个优选的实施例，绝缘支撑件20由电绝缘塑料材料制成。绝缘支撑件20包括基座21，它成形为圆弧形并具有下表面和上表面，所述下表面抵靠布置在其之下的分肢10的端部，连接桥18搁置于上表面上。绝缘支撑件20的基座21具有多个通孔22，一些分肢10插入到通孔22中，所述分肢10必须穿过绝缘支撑件20以连接到连接桥18或连接到布置在所述连接桥18上方的其它元件(下文描述)。
绝缘支撑件20包括多个定位元件23，所述定位元件23从基座21的下表面向下突出并被互锁在布置在它们之下的分肢10的端部之间提供的间隙内(如图12中所示)，以便确保绝缘支撑件20的正确定位并且将绝缘支撑件20机械地约束到定子绕组8的在下面的部分。在附图中所示的优选实施例中，定位元件23垂直于基座21布置。绝缘支撑件20包括多个柱24，所述柱24从基座21的上表面(即从相对侧且在相对于所述定位元件23的相反方向上)向上突出，并给布置在绝缘支撑件20上方的其它元件(下文描述)提供机械支撑。在附图中所示的优选实施例中，柱24沿周向布置在绝缘支撑件20的内边缘和外边缘上。
在绝缘支撑件20的内部具有座25(图14中所示)，座25中的每一个适于以没有任何实质性间隙的方式接收相应的连接桥18，并将相应的连接桥18机械地锁定在正确的位置。每个座25由约束元件26构成，所述约束元件26从基座21的上表面向上突出，并布置成对应于相应的连接桥18的边缘；约束元件26的至少一部分具有齿27，在约束元件26本身弹性变形之后，所述齿27搁置于相应连接桥18的上表面上。换言之，每个连接桥18被迫插入到相应座25中，以便确定所述约束元件26的至少一部分的弹性变形；相应地，为了从相应的座25拔出连接桥18，有必要使得约束元件26的至少一部分弹性变形。
使用绝缘支撑件20使得将连接桥18耦联到定子绕组8显著地更容易；具体地，能够将连接桥18远离定子绕组8预先组装(并以互锁方式锁定)到绝缘支撑件20的相应座25内，因此通过单一操作将绝缘支撑件20连同所有的连接桥18一起耦联到定子绕组8。此外，绝缘支撑件20允许连接桥18在构建定子绕组8的过程中(即在连接桥18的座19围绕相应分肢10的端部紧固之前以及将连接桥18焊接到相应的分肢10的端部之前)牢固地保持在所需的位置。
根据图15，形成定子绕组8的星形中心的相应分肢10的三个端部由连接桥28电连接到彼此，所述连接桥28由垂直于电机1的中心旋转轴线3布置的平板构成并具有三个座，所述座接合相应分肢10的端部。连接桥28类似于上述的连接桥20并因此包括相应的座，一旦相应分肢10端部插入到所述座之内则所述座塑性变形。如图15中所示，在附图中示出的定子绕组8包括两个星形连接部，星形连接部又并联连接到彼此(如下文更详细描述的那样)。两个连接桥28布置于六个连接桥18的上方。根据附图中所示的优选实施例，提供绝缘支撑件29，其容纳所述连接桥28，布置在连接桥28之下，并且类似于绝缘支撑件20。
具体地，绝缘支撑件29在下侧搁置于绝缘支撑件20的柱24的顶部上。绝缘支撑件29和绝缘支撑件20之间的唯一显著区别(明显除了座25的形状和布置之外)是绝缘支撑件29不具有定位元件23的事实，因为它搁置于下方的绝缘支撑件20的柱24上。除此之外，绝缘支撑件29包括基座，其由通孔穿过，类似于绝缘支撑件20，它包括类似于绝缘支撑件20的柱，并且它具有设置有约束元件的座，所述约束元件在这种情况下可具有齿，类似于绝缘支撑件20。
根据图16，提供连接桥30，连接桥30具有功率端子14，布置在连接桥28的上方，并且由垂直于电机1的中心旋转轴线3布置的平板构成，并具有两个座，所述座接合相应分肢10的端部。连接桥30类似于上述的连接桥20，因此包括相应的座，一旦相应的分肢10的端部已经插入到所述座内，则所述座塑性变形。根据在附图中示出的优选实施例，设置绝缘支撑件31，其容纳所述连接桥30，布置在连接桥30的下方，并且类似于绝缘支撑件20和29。具体地，绝缘支撑件31在下侧搁置于绝缘支撑件29的柱24的顶部上。绝缘支撑件31和绝缘支撑件20之间的唯一显著区别(明显除了座25的形状和布置之外)是绝缘支撑件31不具有定位元件23的事实，因为它搁置于下方的绝缘支撑件29的柱上。除此之外，绝缘支撑件31包括基座，其由通孔穿过，类似于绝缘支撑件20，它包括类似于绝缘支撑件20的柱，并且它具有设置有约束元件的座，所述约束元件在这种情况下可具有齿，类似于绝缘支撑件20。
根据图17，提供连接桥32，其具有功率端子14，布置在连接桥30的上方，并且由垂直于电机1的中心旋转轴线3布置的平板构成，并具有两个座，所述座接合相应分肢10的端部。连接桥32类似于上述的连接桥20，因此包括相应的座，一旦相应的分肢10的端部已经插入到所述座内，则所述座塑性变形。根据在附图中示出的优选实施例，设置绝缘支撑件33，其容纳所述连接桥32，布置在连接桥32的下方，并且类似于绝缘支撑件20、29和31。具体地，绝缘支撑件33在下侧搁置于绝缘支撑件31的柱的顶部上。绝缘支撑件33和绝缘支撑件20之间的唯一显著区别(明显除了座25的形状和布置之外)是绝缘支撑件33不具有定位元件23的事实，因为它搁置于下方的绝缘支撑件31的柱上。除此之外，绝缘支撑件33包括基座，其由通孔穿过，类似于绝缘支撑件20，它包括类似于绝缘支撑件20的柱，并且它具有设置有约束元件的座，所述约束元件在这种情况下可具有齿，类似于绝缘支撑件20。
根据图18，提供连接桥34，其具有功率端子14，布置在连接桥32的上方，并且由垂直于电机1的中心旋转轴线3布置的平板构成，并具有两个座，所述座接合相应分肢10的端部。连接桥34类似于上述的连接桥20，因此包括相应的座，一旦相应的分肢10的端部已经插入到所述座内，则所述座塑性变形。根据在附图中示出的优选实施例，设置绝缘支撑件35，其容纳所述连接桥34，布置在连接桥34的下方，并且类似于绝缘支撑件20、29、31和33。具体地，绝缘支撑件35在下侧搁置于绝缘支撑件33的柱的顶部上。绝缘支撑件35和绝缘支撑件20之间的唯一显著区别(明显除了座25的形状和布置之外)是绝缘支撑件35不具有定位元件23的事实，因为它搁置于下方的绝缘支撑件33的柱上。除此之外，绝缘支撑件35包括基座，其由通孔穿过，类似于绝缘支撑件20，它包括类似于绝缘支撑件20的柱，并且它具有设置有约束元件的座，所述约束元件在这种情况下可具有齿，类似于绝缘支撑件20。
由于连接桥30、32和34，每个功率端子14电连接到两个分肢10的端部，两个分肢10的端部构成定子绕组8的星形连接的各端子且其突出到相应的支撑元件31、33和35之外；以这种方式，连接桥30、32和34在定子绕组8的两个星形连接部之间建立并联的连接。
在附图中所示的实施例中，使用五个连接桥18、28、30、32和34，它们布置成一个在另一个的顶部上(即，堆积在彼此的顶部上)；根据其它完全等同的实施例，可以使用不同数目的(例如，四个或六个)连接桥。
参照图19至图25，下文描述在定子绕组8的内部执行焊接的方式，即其中将“U”形杆9的分肢10连接到彼此或连接到连接桥18、28、30、32和34。图19至图25示出两个相邻的分肢10的端部之间的焊接操作，但是以类似的方式执行分肢10和相应的连接桥18、28、30、32或34之间的焊接操作。
根据图19，在焊接站36中执行焊接操作，焊接站36包括发射装置37，其设计成产生并发射激光束38，所述激光束38适于熔融铜，即构成定子绕组8的金属。焊接站36还包括摄像机39，其设计成捕捉有待焊接到一起的元件(在图19中所示的实施例中“U”形杆9的分肢10)的数字图像。根据一个优选的实施例，焊接站36包括照明装置40，其适于照亮有待焊接到一起的元件(在图19中所示的实施例中“U”形杆9的分肢10)；优选地，照明装置40具有环形形状，围绕摄像机39的镜头布置，并适于通过LED阵列发射红光(其使得在焊接操作过程中对有待焊接的元件的视像能够被优化)。
根据图19中所示的优选实施例，提供压缩装置41，其被机械地耦联到有待被焊接到彼此的分肢10，以便将分肢10朝向彼此推压，并且因此将分肢10本身布置成彼此紧密接触，以便有助于建立最佳的电气连接。压缩装置41包括两个夹爪42，其布置在一组分肢10的相对侧上并且机械地连接到彼此，从而将分肢10在它们之间夹紧。
图20至图25示出两个相邻的分肢10的端部在焊接站36中如何被焊接；有待被焊接到彼此的两个金属元件，即两个分肢10，布置成彼此相邻并具有相应的上表面43，所述上表面布置成彼此共面并具有至少一个公共边缘44。
首先，并根据图20，通过压缩装置41的夹爪42将有待被焊接到彼此的两个相邻的分肢10朝向彼此推压。图20示意性地仅示出两个分肢10，它们有待被焊接到彼此，以及夹爪42直接压靠两个分肢10，而夹爪42通常压缩一组四个分肢10，如图19中所示。如图21中所示，通过压缩装置41的夹爪42的作用，两个分肢10紧密接触，因此消除了不希望的间隙，如果两个分肢10之间存在对应于公共边缘44的任何间隙的话。
接着，并如图22中所示，摄像机39捕捉两个分肢10的两个上表面43的数字图像。然后，控制单元分析数字图像，以确定两个上表面43的外边缘的位置(在图22中以虚线高亮显示)，并确定两个上表面43的外边缘的拐角位置。通过使用两个上表面43的外边缘的拐角位置，控制单元确定两个上表面43的中心(即重心)位置(在图22中由十字虚线表示)。上表面43的外边缘和两个上表面43的中心构成几何参考，控制单元使用所述几何参考来控制激光束38的位置(即控制激光束38照射上表面43的位置)。
通过使用从两个分肢10的两个上表面43的数字图像的分析所获得的几何参考并如图23中所示，控制单元控制发射装置37，以将激光束38瞄准到两个分肢10的上表面43处，所述激光束38适于熔融铜(即构成分肢10的金属)并沿着焊接线45馈送，所述焊接线45垂直于公共边缘44并通过公共边缘44本身延伸。根据一个优选的实施例，焊接线45的取向基于两个上表面43的中心位置来确定，而焊接线45的取向基于两个上表面43的外边缘确定(具体地，激光束38的产生以如此的方式控制以至于激光束38平行于两个上表面43垂直于所述公共边缘44的外边缘)。激光束38将焊接线45划出到两个分肢10的上表面43上使得构成分肢10的金属部分熔融，从而确定熔融金属浴46的形成，所述熔融金属浴46将其本身置于焊接线45的两侧上。
通过使用来自两个分肢10的两个上表面43的数字图像的分析所获得的几何参考并如图24中所示，控制单元控制发射装置37，以将激光束38瞄准到两个分肢10的上表面43处，所述激光束38适于熔融铜(即构成分肢10的金属)并沿着焊接线47馈送，所述焊接线47垂直于公共边缘44，通过公共边缘44本身延伸，平行于线45并且从线45间隔开，并具有小于线45之一的长度。根据一个优选的实施例，焊接线47的位置基于两个上表面43的中心位置来确定，而焊接线47的取向基于两个上表面43的外边缘确定(具体地，激光束38的产生以如此的方式控制以至于激光束38平行于两个上表面43的垂直于所述公共边缘44的外边缘)。激光束38将焊接线47划出到两个分肢10的上表面43上使得构成分肢10的金属部分熔融，从而确定熔融金属浴48的形成，所述熔融金属浴48将其本身置于焊接线47的两侧上并与先前生成的熔融金属浴46合并(由此形成一个单一的熔融金属浴)。
焊接线47短于焊接线45的事实允许焊接被良好地平衡，因为即使存在较短的焊接线47，熔融金属浴48也具有与熔融金属浴46大致相同的体积；作为事实，当两个分肢10的上表面43已经由先前的焊接线45加热时，执行焊接线47，因此即使它提供较少的总热量，它也会导致金属的基本上等量的融化。由于两个熔融金属浴46和48的正确平衡(通过区分两个焊接线45和47的长度获得)，可执行大的焊接(因此是机械上坚固且电气上低电阻的焊接)，而没有在两个分肢10的上表面43的外侧形成熔融金属毛刺的风险；所述熔融金属毛刺可能是非常危险的，因为它们可能会导致定子绕组8内的不希望的和潜在破坏性的短路。
根据本发明的未示出的另一实施例，在一些情况下，也可以使用另外的(第三)焊接线，另外的(第三)焊接线垂直于公共边缘44，延伸通过公共边缘44本身，平行于焊接线47并且从焊接线47间隔开，并具有小于焊接线47之一的长度。
根据一个优选的实施例，焊接线45和47不相对于彼此居中。具体地，焊接线45由公共边缘44对称地划分，而焊接线47由公共边缘44不对称地划分；以这种方式，可进一步减小在两个分肢10的上表面43的外侧形成熔融金属毛刺的风险。在附图中所示的实施例中，每条焊接线45和47从布置在分肢10上布置的起点延伸到布置在另一分肢10的终点，这两条焊接线45和47的起点布置在从公共边缘44相距相同的距离，并且两条焊接线45和47的终点布置在从公共边缘44相距不同的距离处。
由于上述情况，显然的是，产生两条焊接线45和47的激光束38由单个发射装置37相继(快速)生成。
如图25中所示，一旦熔融金属浴46和48已充分冷却，压缩装置41的夹爪42从分肢10脱开，从而结束焊接操作。当正在执行焊接时，压缩装置41的夹爪42将两个分肢10朝向彼此沿着垂直于公共边缘44的推压方向推压并保持它们被推压。所述推压在开始发射激光束38之前产生并通常保持继续，直到熔融金属浴46和48已经至少部分地冷却下来。
根据一个优选的实施例，压缩装置41的两个夹爪42具有环形形状，在开始焊接之前安装到定子绕组8上并在焊接过程结束时从定子绕组8去除。内部夹爪42布置在定子绕组8的内部，与最内部的分肢10直接接触，而外部夹爪42布置在定子绕组8的外部，与最外部的分肢10直接接触，以便将最外部的分肢10朝向最内部的分肢10推压，以及反之亦然。
已经参照附图19至图25对其中执行焊接两个相邻分肢10的端部的激光焊接的方式进行了描述，但也可使用类似的方式将分肢10焊接到相应的连接桥18、28、30、32或34；参照其中执行激光焊接的上述方式，不使用压缩装置，因为连接桥18、28、30、32或34的座19在之前塑性变形，从而使得它们紧密围绕相应的分肢10的端部。
其中执行激光焊接的上述方法有许多优点，因为它们允许焊接过程有效(即该过程导致机械上坚固、电气上低电阻且持久的焊接)、高效率(即具有非常有限的处理时间)和简单(即它可容易地自动化并以高精度执行而不采取任何特殊的措施)。其中执行激光焊接的上述方法不需要对应于上表面43事先剥离分肢10的最后端部(即，去除外部绝缘层)；换言之，为了进行如上所述的激光焊接，没有必要剥离对应于上表面43的分肢10的最后端部(即，去除外部绝缘层)。
在附图中所示的电机1是具有永磁体转子的同步电机，但是显然的是，电机1可为任何其它类型的(例如异步电机，因而在转子中没有永磁体)。

Claims (13)

1.用于焊接适于电机(1)的具有刚性杆(9)的定子绕组(8)的两个相邻金属元件(10；18；28；30；32；34)的激光焊接方法；
其中两个金属元件(10；18；28；30；32；34)布置成彼此相邻并具有相应的上表面(43)，所述上表面(43)布置成彼此共面并具有至少一个公共边缘(44)；
所述焊接方法包括将第一激光束(38)瞄准到两个金属元件(10；18；28；30；32；34)的上表面(43)处的步骤，所述第一激光束(38)适于熔融构成金属元件(10；18；28；30；32；34)的金属，并沿着第一笔直的焊接线(45)馈送，第一笔直的焊接线(45)垂直于公共边缘(44)并延伸通过公共边缘(44)；
所述焊接方法的特征在于其包括将第二激光束(38)瞄准到两个金属元件(10；18；28；30；32；34)的上表面(43)处的步骤，所述第二激光束(38)适于熔融构成金属元件(10；18；28；30；32；34)的金属，并沿着第二笔直的焊接线(47)馈送，第二笔直的焊接线(47)垂直于公共边缘(44)，延伸通过公共边缘(44)，平行于第一线(45)并从第一线(45)间隔开，并且具有短于第一线(45)中之一的长度。
2.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，还包括将第三激光束(38)瞄准到两个金属元件(10；18；28；30；32；34)的上表面(43)处的步骤，所述第三激光束(38)适于熔融构成金属元件(10；18；28；30；32；34)的金属，并沿着第三焊接线馈送，第三焊接线垂直于公共边缘(44)，延伸通过公共边缘(44)，平行于第二焊接线(47)并从第二焊接线(47)间隔开，并且具有短于第二焊接线(47)中之一的长度。
3.根据权利要求1的所述的焊接方法，其特征在于，所述第一焊接线(45)和第二焊接线(47)不相对于彼此居中。
4.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：
第一焊接线(45)由公共边缘(44)对称地划分；以及
第二焊接线(47)由公共边缘(44)非对称地划分。
5.根据权利要求3所述的焊接方法，其特征在于：
每条焊接线(45，47)从布置在金属元件(10；18；28；30；32；34)上的起点延伸到布置在另一金属元件(10；18；28；30；32；34)上的终点；
两条焊接线(45，47)的起点布置在从公共边缘(44)相距相同的距离之处；以及
两条焊接线(45，47)的终点布置在从公共边缘(44)相距不同的距离之处。
6.根据权利要求1至5任一项所述的焊接方法，其特征在于，所述激光束(38)由单个发射装置(37)相继产生。
7.根据权利要求1至5任一项所述的焊接方法，其特征在于，还包括在产生第一激光束(38)之前将两个金属元件(10；18；28；30；32；34)沿着垂直于所述公共边缘(44)的推压方向朝向彼此推压并保持它们被推压的步骤。
8.根据权利要求7所述的焊接方法，其特征在于，还包括步骤：保持两个金属元件(10；18；28；30；32；34)朝向彼此推压，直到在激光束(38)作用之后熔融金属的至少部分冷却。
9.根据权利要求7所述的焊接方法，其特征在于，两个金属元件(10；18；28；30；32；34)通过两个夹爪(42)朝向彼此推压，所述两个夹爪(42)机械地连接到彼此，在开始焊接之前安装到定子绕组(8)上，并且在焊接过程结束时候从定子绕组(8)去除。
10.根据权利要求9所述的焊接方法，其特征在于，每个夹爪(42)具有环形形状。
11.根据权利要求9所述的焊接方法，其特征在于：
定子绕组(8)具有多个相，并且包括一系列的刚性杆(9)，所述刚性杆(9)为“U”形的，并被插入通过定子槽(7)，限定入口侧(12)和出口侧(13)，“U”形杆(9)的尖端(11)放置于所述入口侧(12)，“U”形杆(9)的分肢(10)放置于出口侧(13)；
“U”形杆(9)的从磁芯(6)的出口侧(13)出来的分肢(10)扭曲通过相关的双折叠，每个双折叠包括在一个方向上的内部折叠(15)和在相反方向上的外部折叠(16)；
“U”形杆(9)的分肢(10)的端部通过激光焊接电连接到彼此以形成定子绕组(8)的电通路；
内部夹爪(42)布置在定子绕组(8)的内部上与最内部的分肢(10)直接接触；以及
外部夹爪(42)布置在定子绕组(8)的外部上与最外部分肢(10)直接接触，以便将最外部分肢(10)朝向所述最内部的分肢(10)推压，以及反之亦然。
12.根据权利要求1至5任一项所述的焊接方法，其特征在于，还包括下述步骤：
捕捉两个金属元件(10；18；28；30；32；34)的两个上表面(43)的数字图像；
分析数字图像以确定两个上表面(43)的外边缘的位置；以及
控制激光束(38)的产生，以便使得激光束(38)平行于两个上表面(43)的外边缘，所述外边缘垂直于公共边缘(44)。
13.根据权利要求12所述的焊接方法，其特征在于，还包括下述步骤：
分析数字图像以确定两个上表面(43)的外边缘的拐角位置；
使用拐角位置确定两个上表面(43)的中心位置；以及
使用两个上表面(43)的中心位置来确定激光束(38)的位置。
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