CN106471713B - 电机的定子 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电机的定子(2)，其包括铁芯结构(8)、带有多个绕轴线(X)沿周向相互错开定位的绕组(12)的绕组装置(9)和连接装置(13)，所述连接装置具有多个将分别至少两个绕组(12)以并联方式相连的连接器(14)。在此，连接器(14)包括分别由金属的扁平带材的区段(16)弯曲而成的连接弓形件(15)，从而使径向上的延伸量明显大于轴向上的延伸量。连接弓形件(15)分别在两个端部上(17)一体式地向至少区段性地大致沿径向指向内的、分别与绕组(12)相连的连接舌片(18)过渡。并且在每个连接弓形件(15)上安置独立预制的接线片(21)。
Description
本发明涉及一种电机的定子，其包括铁芯结构以及带有多个沿周向相互错开定位的绕组的绕组装置。本发明尤其涉及一种电机的按照权利要求1的前序部分详细阐述的定子，其包括铁芯结构、带有多个沿周向错开定位的绕组的绕组装置和具有分别使至少两个绕组以并联方式相连的连接器的连接装置。
在电动电机中，定子的相位同步的绕组通常通过连接器以串联方式相互耦连，其中，各个连接器的总成(作为组件)构成连接装置。针对这种连接装置已知多种实施方式。通常尤其连接装置带有多个沿轴向堆叠的、平面的、由板材冲制而成的连接弓形件(或圆形闭合的连接环)，所述连接弓形件分别具有成型在连接弓形件上的接线片(参照例如US6958560 B2，US 7205689 B2，US 6208056 B1，US 7498702 B2和JP 2002-153003 A)。连接弓形件(或者连接环)在此通常具有径向延伸量明显大于轴向延伸量的扁平的矩形横截面。
WO99/13552A1公开了一种上述在权利要求1的前序部分所述类型的定子。如在上面所列举的文献中的情况那样，在这里沿轴向堆叠的连接弓形件也是由板材冲制而成的，其中在每一个连接弓形件上不仅成型有连接舌片而且成型有作为相关冲制轮廓的组成部分的相应接线片。
其他应用更广泛的连接装置的特点在于，多个连接弓形件(其也分别具有一体式成型在连接弓形件上的接线片)沿径向相互套插，其中，连接弓形件在此情况下通常具有轴向延伸量明显大于径向延伸量的扁平的矩形横截面(参照例如US 7193345 B2，DE102011120984 A1，WO 2011/151692 A2，US 7557478 B2和DE 10128769 B4)。此外，已知由金属线弯曲而成的连接器(参照例如EP 1739808 A1，CN 101562373 B和EP 2562915 A2)局部地具有连接在连接器上的连接件。在这三个主族之内具有多种变型方案，并且也视作在以上提及的文献中公开。
大量针对上述类型的连接装置的结构设计的建议表明，非常需要满足全部关键的与实际相关的要求的连接装置。如何显示对改进的持续努力的理想技术方案尚未被发现，这进而带来了各种关键要求(具有低空间要求的紧凑结构、可靠性和长使用寿命、低材料消耗、低成本下的简单的可制造性)相互间的冲突和竞争关系。
基于上述现有技术，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种上述类型的定子，所述定子能够在具有高功率和可实用性的情况下特别成本低廉地制成，包括在制造连接装置方面特别高的材料效率。
根据本发明，上述技术问题通过上述类型的定子解决，采用分别由金属扁平带材区段弯曲而成的连接弓形件，在所述连接弓形件上安置独立的预制的接线片，连接弓形件在分别180°折叠的区域中向连接舌片过渡，其中，连接舌片和连接弓形件(15)与折叠(20)相邻地面状地相互贴靠。由于连接弓形件连同两个布置在其端侧上的连接舌片通过多级式变形从金属的扁平带材的区段伸出，由此能够在没有边角废料的情况下、也即在理想的材料利用的情况下实现对连接弓形件的制造。出于对较高经济性的考虑，此外还有效的是，允许使用相同的扁平带材制造针对不同定子设计方案的不同的连接弓形件。此外，通过将金属扁平带材弯曲成连接弓形件，显示出扁平带材在径向上的较大尺寸、相较而言扁平带材在轴向上的较小尺寸，这还形成了特别形状稳定的连接器。由此，连接弓形件能够在存在有短路风险的情况下相互间特别靠近地定位。这又允许连接装置的特别紧凑的实施方式。从另一方面考虑，这意味着，在用于连接装置的空间给定的情况下允许安置具有特别大横截面的连接器，这既迎合了定子的高功率又迎合了运行安全性。
由于根据本发明的接线片通过单独预制的、安置在连接弓形件上的部件实现，因此能够以特别简单的方式实现接线片具有由与连接舌片相比不同类型材料形成的表面，这尤其通过接线片优选在安置在相应的连接舌片上之前被电镀覆层(例如镀锌或镀银)来实现。通过该方式，本发明有助于简单且成本低廉地实现：为了将供电电缆与接线片相连而以理想方式使用与使绕组与连接舌片相连时不同的工艺。这样在本本发明的范畴内，绕组与连接舌片能够具体地通过硬钎焊或电阻焊接相连，就此而言电镀覆层是不符合期望的，然而针对优选使用的供电电缆与接线片的焊接来说，在此电镀敷设的覆层(锌、银或类似材料)是有利的。如上所述的一方面接线片和另一方面连接舌片的表面的可选择的不同的实施方式在本发明的变型中能够以特别简单的方式实现。为了使接线片与连接弓形件相连，在本发明的范畴内可以使用不同的接合方法。特别优选地，利用西尔福斯铜银合金材料(例如西尔福斯铜银合金粉末)完成硬钎焊。
在按照本发明的定子中沿轴向分级地相继设置连接弓形件，所有的连接弓形件可以以相同的半径弯曲。这在高效制造定子方面是一个要关注的方面。相应地也适用于根据本发明的合理转用所形成的可能性，即，连接装置的连接弓形件能够由相同长度的金属扁平带材的区段制成，其中，所述区段尤其可以由一个无端头条带切制而成。
这涉及表征本发明定子的特征，据此，连接弓形件在分别180°折叠的区域这样向连接舌片过渡，即，连接舌片和连接弓形件与折叠相邻地相互贴靠，因此在考虑到连接装置的特别紧凑的实施方式的可能性时，在此可以在连接装置的至少一部分连接器上实现连接舌片向相应的连接弓形件的不同侧的折叠，从而使一个连接舌片贴靠在连接弓形件的一个平整的侧面上，并且其他连接舌片贴靠在连接弓形件的其他相对置的平面的侧面上。
如果所述连接弓形件用于以并联的方式连接两个以上绕组，则在相应的连接弓形件上优选分别安置、例如钎焊或激光焊接至少一个其他的、单独预制的、大致沿径向指向内的连接舌片。而且该(设置在两个端侧的连接舌片之间的)额外的连接舌片具有优选大致沿径向延伸的第一区段和与第一区段成角度布置的、大致轴向定向的第二区段。
根据本发明的另一种优选改进方式规定，连接弓形件借助至少一个由绝缘材料制成的距离保持件而相互保持间距地固持，并且嵌入到由绝缘材料制成的承载体中。通过连接弓形件在绝缘材料中的嵌入，连接弓形件能够以相互间特别小的间距布置，而不会出现对可靠性产生损害的短路风险。针对连接装置具有连接弓形件之间的空气隙绝缘的实施方式来说，还可以将间距降低到约三分之一。这能够实现连接装置的特别紧凑的结构方式。连接弓形件在承载体中的嵌入在此特别优选通过注塑工艺完成。在此情况下，连接弓形件通过所述间距保持件相互间保持预设的间距，安插在注塑工具中并且被载体材料注塑包封。承载体在此特别优选具有闭合的环形形状，由此在尽可能低的材料使用量的情况下实现尽可能结构稳定的连接装置。
定子的绕组分别在其端部的其中一个上通过上述连接器成组地相互耦连，特别优选地能够在其各另一端部上总体上借助环结构相互连接。通过这种方式，本发明的再另一种优选改进方式的特征在于，设置使所有绕组相互耦连的环结构，所述环结构包括具有扁平横截面的圆弧，该横截面径向上的延伸量大于、优选明显大于轴向上的延伸量，其中，在圆弧上布置了数量上以匝数的数量相对应的连接舌片。圆弧的扁平的横截面轴向上的延伸量大于径向上的延伸量，这就尽可能小的空间而言实现了特别形状稳定的环结构。
根据一种特别优选的改进方式，环结构的圆弧通过180°折叠从包括两个相互连接的弓形区段的平面的板材截段(Blechzuschnitt)中伸出。在所涉及的截段中，两个弓形区段设计成长度不同，亦即一个弓形区段略长于另一个弓形区段，然而其中这两个弓形区段描绘相同的半径。在此，较短的弓形区段在板材截段中主要位于由较长的弓形区段所限定的区域内部。这在(根据特别优选的实施方式)环结构的连接舌片一体式地成型在圆弧上(亦即首先成型在两个圆弧区段上)时，实现了通过唯一一个截段构成的环结构的特别材料高效的、亦即带来相对较少边角废料的制造。由于圆弧的弓形区段一开始相互连接并且这样保持为，不需要借助接合工艺对起先相互分离的弓形区段实施在多个方面(电学和物理上不连续性)不理想的连接，其中，同时如上所述通过可折叠成为其最终有效形状的环结构能够实现最佳的材料利用(与已知由板材制成的环形闭合的环结构的冲制相比实现高达50％的材料节约)。
上述环结构优选在定子上与连接装置相邻地定位。这样，环结构和连接装置尤其能够构成标准的组件，其中，环结构例如可以插入如上所述的承载体中。
具体地在具有多个相位数(例如六相)的电动机器中可以考虑，设置两个连接装置，亦即在定子装置的两个端侧的每一个上都分别设置一个连接装置(例如用于三个相)。
由以下对附图所示的优选实施例的描述和阐述得出其他有利方面。
以下借助附图所示的优选实施例进一步阐述本发明。附图中
图1以部分示意性剖视图示出具有根据本发明实施的连接装置的三相无电刷直流电机(BLDC电机)；此外
图2至图7示出在根据图1的BLDC电机中使用的连接装置的三个连接器中的一个的制造情况；
图8示出在根据图1的BLDC电机中使用的连接装置的连接器组，其包括三个共同组成组合的连接器；
图9和图10以两个视图示出被承载体注塑包封的根据图8的连接器组。
图11至图13示出由平面式截段制成的环结构的制造情况；
图14和图15以两个视图示出将根据图9和图10的被注塑包封的连接器组和根据图13的环结构接合的组件；
图16和图17以两个视图示出在连接舌片沿轴向卷边之后的根据图14和图15的组件；
图18示出盖部在根据图16和图17的组件上的安装和
图19和图20以两个视图示出完全组装好的、安装完成的组件。
图1示出设计为三相无电刷的直流电机1的电机，其具有定子2和在定子中绕轴线X可旋转地支承的永磁激励的转子3。定子2位置固定地布置在壳体4中，所述壳体包括罩壳件5和两个在端侧与罩壳件相连的盖部6、7；定子还通过已知的方式仅具有铁芯结构8和绕组装置9。两个轴承10、11承担转子3的可旋转支承，所述轴承布置在壳体4的两个盖部6、7中。
绕组装置9包括六个围绕轴线X均匀布置的、沿周向相互错开定位的绕组12。借助连接装置13分别将两个相位同步的绕组12以并联方式相互连接，所述连接装置包括三个相互间绝缘的连接器14。根据图1的BLDC电机在此范围内与长久以来的现有技术相对应，因此不需具体阐述。
连接装置13的结构方式以及多种技术上的细节可以从图2至图20以及以下阐述得出。
连接装置13的三个连接器14中的每一个都具有圆弧段状弯曲的连接弓形件15，所述连接弓形件由金属的扁平条材的区段16弯曲而成，该区段的扁平的矩形横截面的特点在于明显不同的边长。连接弓形件15在此这样弯曲，从而使沿径向R上的延伸量r明显大于沿轴向上的延伸量。换言之，连接弓形件15的轴向厚度d明显小于径向延伸量r。连接弓形件15在其两个端部17上分别一体式地向沿径向指向内的连接舌片18过渡。为此，区段16的两个(未变形的笔直的)端部区段19分别沿(与其原本的延伸成45°调转的)折叠棱边20指向内地折叠180°，从而使连接舌片18和连接弓形件15紧邻折叠部、也即紧邻折叠棱边20面状地相互贴靠。
在连接弓形件15上安置有独立预制的、电镀覆层的接线片21。接线片利用西尔福斯铜银合金粉末朝向外对接地自外部钎焊在连接弓形件15上。接线片21的位置在此选择为，使得制成后的连接装置13的三个接线片21相互并排地布置。连接装置13的三个连接弓形件15相互间所保持的轴向间距p在此通过由绝缘材料制成的间距保持件2预设。间距保持件22为此具有三个槽，三个连接弓形件15为了构成连接器组24而插入在所述槽中。通过安置在两个外部的连接弓形件15上的接线片21的小曲拐25能够实现的是，所有三个接线片21布置在同一个平面内、也即通过中间的连接弓形件15所定义的平面内。
连接器组24则插入注塑工具中，在注塑工具中由绝缘材料注塑成圆形的闭合的承载体26，三个连接器14埋置在所述承载体中。三个接线片21仅从环形的承载体26向外突伸出来，而总共六个连接舌片18向内突伸出来。定子的六个绕组12中的每一个都稍后以其一个端部与六个连接舌片18中的一个相连。
六个绕组12的其他的未与连接舌片相连的端部则与金属的环结构27相连。环结构包括完整闭合的圆弧28和六个在圆弧上一体式成型的、基本上沿径向指向内的连接舌片29。圆弧28具有扁平矩形的横截面，其具有与轴向延伸量(厚度)相比明显更大的径向上的延伸量。为了制造环结构27，用金属板材冲制出平整的板材截段30，所述板材截段包括两个弓形区段31、32，所述弓形区段分别带有三个成型在所述弓形区段上的连接舌片29，其中，两个弓形区段31、32通过两个连接区段33相互连接。较短的弓形区段31在此从某种程度上说位于由较长的弓形区段32所定义的、由较长的弓形区段所限定的面积之内。在两个连接区段33的区域中，板材截段30沿折叠棱边34折叠180°，从而使两个弓形区段31、32相互补充地成为闭合的圆弧。连接区段33的两个相邻的部分面状地贴靠在折叠棱边34的两侧。
在图1所示的定子中，环结构27与连接装置13相邻地定位。为此，环结构27支承在为此准备的承载体26的环形面35上，所述环形面已经具有相对于圆弧28和连接舌片29相适配的、容纳圆弧和连接舌片的凹空36。
无论是配属于环结构27的连接舌片29还是配属于连接装置13的连接舌片18都随后弯折约90°(参照图16)，从而使连接舌片除了大致沿径向指向内的区段37之外还包括大致沿轴向定向的区段38。
通过安装环形盖部39，最终完成组件的装配。环形盖部39为此具有销钉40，所述销钉嵌入到适配孔41中，所述适配孔设置在承载体26上所设的凸耳42中。随后，为了使环形盖部39持久地与承载体26相连，销钉40和凸耳42相互焊接。环形盖部39通常具有分别配属于连接舌片18、29的导引部43，所述导引部容纳相应绕组12的端部。
Claims (11)
1.一种电机的定子(2)，其包括铁芯结构(8)、带有多个绕轴线(X)沿周向相互错开定位的绕组(12)的绕组装置(9)和连接装置(13)，所述连接装置具有多个将分别至少两个绕组(12)以并联方式相互连接的连接器(14)，所述连接器(14)分别包括连接弓形件(15)，所述连接弓形件的径向上的延伸量(r)明显大于轴向上的延伸量(R)，其中，连接弓形件(15)分别在两个端部(17)处一体式地向至少区段性地大致沿径向指向内的、分别与绕组(12)相连的连接舌片(18)过渡，其特征在于，设置分别由金属的扁平带材的区段(16)弯曲而成的连接弓形件(15),在所述连接弓形件(15)上分别安置独立预制的接线片(21)，连接弓形件(15)在分别180°折叠的区域中向连接舌片(18)过渡，其中，连接舌片(18)和连接弓形件(15)与折叠(20)相邻地面状地相互贴靠。
2.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，所述连接舌片(18)分别除了大致沿径向指向内的区段(37)之外还包括与该区段成角度的、大致沿轴向定向的区段(38)。
3.根据权利要求1或2所述的定子，其特征在于，所述接线片(21)粘接或利用西尔福斯铜银合金材料硬钎焊在定子上。
4.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，接线片(21)具有由与连接舌片(18)不同类型的材料制成的表面，这通过接线片在其安置在相应的连接弓形件(15)上之前被电镀涂覆而实现。
5.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，在连接弓形件(15)上分别安置至少一个其他的独立预制的、大致沿径向指向内的、与其他绕组相连的连接舌片(18)。
6.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，所述连接弓形件(15)借助至少一个由绝缘材料制成的间距保持件(22)相互间保持间距地固持，并嵌入到由绝缘材料制成的、环形的承载体(26)中。
7.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，设有使所有的绕组(12)相互耦连的环结构(27)，所述环结构包括圆形闭合的圆弧(28)，其带有扁平的横截面，所述横截面在径向上的延伸量明显大于在轴向上的延伸量，其中，在圆弧(28)上布置数量上与绕组(12)的数量相对应的连接舌片(29)。
8.根据权利要求7所述的定子，其特征在于，所述环结构(27)的连接舌片(29)一体式地成型在圆弧(28)上。
9.根据权利要求7或8所述的定子，其特征在于，所述环结构(27)的圆弧(28)通过180°的折叠(34)从平面的、包括两个通过连接区段(33)相互连接的弧形区段(31、32)的板材截段(30)伸出，其中较短的弧形区段(31)在一定程度上位于由较长的弧形区段(32)所定义的、由较长的弧形区段所限定的面积之内。
10.根据权利要求7或8所述的定子，其特征在于，所述环结构(27)与连接装置(13)相邻地定位。
11.一种BLDC电机，其包括根据权利要求1至10中任一项所述的定子(2)和相对于定子可旋转地支承的永磁激励的转子(3)。
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