CN1068151C - 电动机终端板 - Google Patents

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Abstract

公开了一种电动机终端板，它便于控制元件和动力元件在无刷DC电动机中的互相连接。电动机终端板包括具有多个导电分路的第一冲压件(32)，第一冲压件(32)包括多个用于接纳来自控制元件的连接点和多个将电动机终端板连至电动机的电子控制上的控制终端(42)。第二冲压件(34)的位置与导电的第一冲压件相邻并还有多个导电的分路，第二冲压件包括多个用于接纳来自电动机绕组的引线的连接点(58)和多个将电动机终端板连至电动机的动机源的动力终端(64)。设有终端板外壳(36)，用于封装第一和第二冲压件(32、34)的导电分路并可包括一围绕控制终端(42)的第一插座(56)和围绕动力终端(64)的第二插座(68)。电动机终端板还包括多个与第一和第二冲压件(32、34)连接的开关装置(72)，其中，开关装置(72)在检测到其中有电短路时操作，以开通电动机绕组。

Description

电动机终端板
本发明涉及无刷直流电动机，更具体一些，涉及用于无刷直流电动机的终端板，它便于电子元件在其中互相连接。
由于其可靠的特性和耐久性，无刷直流(BLDC)电动机现在在许多环境和应用中被使用。BLDC电动机在其中未曾使用的一个特殊环境为车辆的电力系统中，这主要是受到价格的限制。不过，为了减少处于不利条件，车辆制造商求助于BLDC电动机，以用于某些应用，诸如车辆的动力转向。已经发现，电动机绕组中的电气短路可使电动机起着制动器的作用，这是因为，在这种情况下，难于使转子旋转。这就可能导致这样一种状况，即转向轮被锁住，由此造成安全事故。
为了消除电动机绕组的潜在短路，可在电路中安装继电器或其它开关装置，以在检测到短路时打通电动机绕组。不过，继电器不一定必须安装成尽可能靠近电动机绕组，以便减少电路电阻并使电动机保持尽可能高的效率。可惜，对将BLDC电动机放在车辆环境中的尺寸限制缓解了扩大其外壳，以容纳继电器或其它额外的元件。
此外，应当理解，BLDC电动机在其中含有与电动机的控制和动力需要有关的各种电子元件，它们需要例如与电动机绕组和动力源连接。当将起源于被向其供应的低电压(例如12V电池)的多个并联分路用于电动机绕组时，需要有特别多的数量的接头(互连)。这些引线接头不仅增加了电路的电阻，降低可靠性，提高了电动机的组装成本，而且还占据了电动机外壳中的空间。
因此，最好开发这样一种BLDC电动机，它减少其各个元件之间的接头(互连)数目。最好还希望开发这样一种BLDC电动机，它有非常有效的空间，以致能包括附加的开关装置，而不在给定的额定功率下显著地加大其总尺寸。
按照本发明的一个方面，公开了一种电动机终端板，它便于控制元件和动力元件在无刷DC电动机中的互相连接。电动机终端板包括具有多个导电分路的第一冲压件，在该处，第一冲压件包括多个用于接纳来自控制元件的连接点和多个将电动机终端板连至电动机的电子控制(器)上的控制终端。第二冲压件设置成与第一导电冲压件相邻并有多个导电的分路，在该处，第二冲压件包括多个用于接纳来自电动机绕组的引线的连接点和多个将电动机终端连至电动机的动力源的动力终端。设有终端板外壳，用于封装第一和第二冲压件的导电分路并可包括一围绕控制终端的第一插座和围绕动力终端的第二插座。电动机终端板可进一步包括多个与第一和第二冲压件连接的开关装置，其中，开关装置在检测到其中有电短路时操作，以接通电动机绕组。
在本发明的第二个方面，公开了一无刷DC电动机，它包括一具有多个线圈绕组的定子和含有多个场磁铁的转子，在该处，转子可旋转地装在穿过它的轴上。设有多个传感器，以检测转子的位置，并将转子的位置发送至电动机的电子控制，以提供正确的开关。包括一终端板，用于接纳来自电动机绕组和传感器的引线，终端板包括多个与动力源相连的动力终端和多个与电动机的电子控制相连的控制终端。一电动机外壳用于容装定子、转子和终端板，而控制和动力终端则从外壳中伸出。在终端板上，在电动机绕组附近，可以安装多个开关装置，其中，开关装置在检测到其中的电短路时开通(打通)定子绕组。
因此，本发明的一个主要目的为提供一无刷DC电动机的终端板，它减少了电动机中的电动机绕组、电动机电子控制、动力引线和电子元件之间的接头数目。
本发明的另一目的为提供一无刷DC电动机的终端板，它减少了电动机中的电动机绕组、电子控制、动力引线和电子元件之间的连接所需要的空间大小。
本发明的又一目的为提供一无刷DC电动机的终端板，它可以处理比通常被现有的印刷电路板技术处理的量大的电流水平。
本发明的又一目的为提供一无刷DC电动机的终端板，它在现有的电动机外壳中提供用于开关装置的空间，如果检测到电短路，则开关装置开通电动机绕组。
本发明的又一目的为提供一无刷DC电动机的终端板，它降低了电动机的组装成本。
本发明的又一目的为提供一无刷DC电动机的终端板，它使电动机的总尺寸为最小。
本发明的又一目的为提供一无刷DC电动机的终端板，它提高了电动机的效率和可靠性。
本发明的又一目的为提供一无刷DC电动机的终端板，它允许将开关装置装在电动机绕组附近，以减少电路电阻并保持高的电动机效率。
本发明的又一目的为提供一无刷DC电动机的终端板，它促进了(霍尔)Hall效应传感器与转子的场磁铁的正确对齐。
本发明的另一目的为提供一无刷DC电动机，用于与车辆的电动力转向系统一起使用。
本发明的另一目的为提供一无刷DC电动机，用于与辆的电动力转向系统一起使用。其中，电动机绕组中的作为制动器的作用和锁住转向轮得以防止。
在结合附图并参考下列说明时，本发明的目的和其它特色将变得非常清楚。
虽然本说明以特别地指出并清楚地规定本发明的权利范围的权利要求书结束，但是可以相信，根据下列说明并结合附图，它们将可以得到更好的理解。在附图中：
图1是含有本发明的终端板的无刷DC电动机的剖视图；
图2是图1中的终端板的分解透视图；
图3是图1和2中的电动机终端板的透视图；
图4是图3中的电动机终端板的侧视图。
图5A是包含在电动机终端板中的第一冲压件的放大的俯视图，其中，示出了在形成终端板之前就存在的导电分路(导向通路)之间的桥；
图5B是图5所示的第一冲压件的放大的俯视图，其中，在形成终端板时，某些桥已被贯穿，某些导电分路已被断开，以使电机有一三角形接线；
图5C是图5A所示的第一冲压件的放大的俯视图，其中，在形成终端板时，某些桥已被贯穿，某些导电分路已被断开，以使电机有-Y形接线；
图6A是包含在电机机修终端板中的第二冲压件的放大的俯视图，其中，示出了在形成终端板之前就存在的导电分路之间的桥；
图6B是图6A所示的第二冲压件的放大的俯视图，其中，在形成终端板时，某些桥已被贯穿，某些导电分路已被断开，以使电机有一三角形接线；
图6C是图6A所示的第二冲压件的放大的俯视图，其中，在形成终端板时，某些桥已被贯穿，某些导电分路已被断开，以使电机有-Y形接线；
现在详细参看附图，其中，在所有图中，同样的标号代表相同的元件，图1示出了用10代表的无刷DC电动机。电动机10通常有一标准设计，它包括具有包在其中的线圈绕组14的定子12和一含有多个场磁铁18的同心地位子定子12内的转子16。应当理解，转子16装在一可旋转的轴20上，该轴穿过电动机10的中心轴线22。这样，当转子旋转时，在转子和定子之间诱导出磁场。这些磁场(由于线圈绕组14的电压激励)以后就转变成轴20的旋转和转矩，以致可由其输出端21做功。在例如车辆的电力转向系统中，轴的输出端21被用于驱动一装在转向杆上的齿轮减速装置。
如同在本技术中已经熟知的那样，多个传感器例如Hall效应传感器被用于连续地检测转子16的位置，并将此转子位置信息送至与电动机10相连的电子控制(未示出)上，以在其中提供合适的开关。从图1和2可以看出，最好用一具有多个恰当地位于其环形壁31中的缺口29的环形夹持器28来在其中包含传感器26的主体25。Hall效应传感器26的引线27可穿过夹持器28伸出，以使其可与后面要说的那样与第一冲压件32相连。重要的是，Hall效应传感器26可恰当地位于电动机10中，以使其对场磁铁18的极对齐，由此，它们可以提供转子16的准确的定位信息。还可以在图2中看出，夹持器28在其中含有轴承插件33，轴20穿过插件33伸出。应当明白，在轴20上装有轴承(未示出)，以使轴承的外径与轴承插件33接合。
按照本发明，用总体用标号30表示的终端板便于绕组引线24、传感器26、电动机10的电子控制和电动10的动力源的相互连接。终端板30还可用于连接电动机电路中的开关装置，以防止线圈绕组14中的电短路起着转子16的旋转的制动器的作用，这将在以后更详细地讨论。更具体一些，如图2所示，终端板30包括一具有多个导电分路的第一冲压件32，一具有多个导电分路的第二冲压件34，和一用于封装第一和第二冲压件32和34的导电分路的终端板外壳36。
从图5A～C可以看出，最好用半硬的预先镀锡的黄铜制造的第一冲压件32有多个用于接纳来自各个传感器26的引线27的连接点38、39和41，以及多个使终端板30与电动机10的电子控制相连的控制终端42。控制终端42最好采取连接销的形式，它通过卷曲终端42形成。连接销42以后就按平行的两排52和54，每排四个设置，这从图2～4可最清楚地看出。其做法是在某些终点42A、42B、42C和42D上做成规定的弯曲的地方53，将其放在第一冲压件32(见图5A)下面的平面中。应当指出。排54的终端42E、42F、42G和42H位于与第一冲压件32相同的平面内，基本与终端42A～D平行。另一种方案为，终端42A～H可以设计成与能延伸至电子控制或中间连接装置的引线相连。
第一冲压件32还包括多个与开关装置相连的连接点44，这将在以后讨论。在图5A中示出了作为连接相邻的导电分路(例如导电分路48和45)的多个桥46，由此，第一冲压件32可以作为单个的一块被保持，以易于搬运(掌管)。应当明白，从图5B和5C可以看出，在制造终端板30的过程中，某些桥46将被去掉，同样也可在某些导电分路上(包括中间的环形导电分路49和外环形导电分路51)断开，这要取决于电动机10是有三角形接线还是Y形接线。这样，便利于第一冲压件32的合适的导电分路之间的介电绝缘。
最好用半硬的预先镀锡的铜做的第二冲压件34可从图6A～C最清楚地看出，该处，设有多个用于接纳线圈绕组14的引线24的连接点或终端58。可以看出，每个终端58通过切割共同的端部57(见图6A)，留下三个T形构件59、61和63而形成，以后将其各个端部卷曲(从图2可最清楚地看出)。终端58最好从第二冲压件34所处的平面基本弯曲90°，以较好地放置绕组引线24并在电动机10中提供有效的间隔。在第二冲压件34上包括多个动力终端64A、64B和64C，用于与动力源(未示出)连接，动力源最好提供三相动力。终端64A～C最好如图2～4所示做成平销的形状，位于第二冲压件34的同一平面内，但是也可以设计成与能延伸至动力源或中间连接装置的引线相连。
第二冲压件34还包括将第二冲压件34与以后要描述的开关装置连接起来的连接点60、62和74。还应当指出，图6A中所示的桥66和67分别将相邻的导电分路与相邻的终端组58连接起来，并用于使第二冲压件34能在制造过程中被作为单个的一块被搬运(掌管)。如同对第一冲压件32指出的那样，从图6B和6C可以看出，某些桥66将在制造终端板30的过程中被去掉，同时在某些导电分路(包括内环形导电分路65)上断开。此外，位于相邻的终端组58之间的较大的桥67被去掉。
应当明白，第一和第二冲压件32和34的形状做成具有其各自的导电分路、连接点和终端，以使所需要的冲压件数为最少。这不仅使终端板30的尺寸较小，从而减小在电动机10中所需要的空间的大小，而且还降低了按所需材料和装配时间计算的成本。不过，如果需要，也可以用多于两个的冲压件与终端板30配合而且仍然在本发明的范围之内。例如，可以用两个单独的冲压件代替第一冲压件32，由此，每一排的控制连接销42可以与单独的冲压件配合，以便消除终端42A～D中的弯曲点53。
最好用高介电材料(例如聚酯(PET)(TP))做的终端板外壳36有一基本为平的主体部分37，它具有使轴20穿过伸出的中间开口43和一构形成能恰当地放在电动机10中的外周边。此外，终端板外壳36最好包括一第一插座56和第二插座68，第一插座围绕着用于接纳连接插头的控制连接销42，该插头使电动机10与其电子控制连接，第二插座围绕着动力连接销64形成，以使可以接纳合适的插头，以与动力源连接。终端板外壳36还可包括多个与终端58相邻的壁70，它从平面经过终端板外壳36基本按90°向上伸。可有助于定位开关装置72的壁70每一个都包括一对肋71和73，它们在相邻的终端58之间延伸，以防止与其相连的绕组引线24短路。
虽然优先用继电器作为开关装置72，但是在检测到其中有电短路时，也可以用其它开关装置如晶体管执行开通电动机绕组14的功能，不过，应当明白，第一冲压件32的连接点44是用钎焊或其类似物与继电器72的终端相连的，而第二冲压件34的连接点60、62和74则使电动机绕组引线24与继电器72的触点终端相连。此外，根据电动机10是用三角形还是Y形接线，用第二冲压件34上的连接点74与继电器72进行动力连接。这样，终端板30就能在一个整体封装件中提供动力连接销或终端64、继电器72、Hall效应传感器26和控制连接销或终端42之间的所有必需的相互连接，该封装件使电动机10中的空间要求为最小。事实上，这种使空间为最小的装置使继电器72能位于电动机10之内而不必显著地加大其总体尺寸。
在图1中可清楚地看出，电动机10包括一其位置为包围定子12和夹持(保持)定子12的电动机外壳76、终端板30和与法兰80在一起的夹持器(保持器)28。终端盖78装在电动机外壳76上，其位置在终端板30的反向侧。应当明白，动力连接销64和控制连接销42，以及包围这些各自的销的插座68和56都向外伸出外壳76和终端盖78。
对于制造终端板30，将第一和第二冲压件32和34(见图5A和6A)放在模子中，在该处，它们分别用连接点44和连接点60、62和74的孔中的成对的相对的销保持住。成对的相对的销还位于桥46和66被穿透，使第一和第二冲压件32和34中的各个导电分路分开的位置。此后，将用于终端板外壳36的高介电材料注入模子中，以封装第一和第二冲压件32和34的导电分路，同时在控制连接销42和动力连接销64的周围形成插座56和68。最好还形成带肋71和73的壁70，以保持绕组终端58的定位。一旦终端板外壳36已经固化，就从模子中取出终端板30，从第二冲压件34中去掉桥67，将终端58弯曲到位。终端板30的结构和用于第一冲压件32、第二冲压件34和终端板外壳36的材料使之能处理大于25A的电流，它比由印刷电路板技术处理的电流大得多。
虽然示出了并描述了本发明的优选实施例，但可通过本领域的普通技术人员的合适改进而实现用于无刷DC电动机的终端板的进一步应用而不脱离本发明的范围。特别是，夹持器28的环形壁31可例如结合入终端板外壳36的底面中。

Claims (22)

1．便于无刷DC电动机的控制元件和动力元件相互连接的电动机终端板，电动机包括绕组，该绕组和控制元件包括引线，其特征是，该电动机终端板包括：
(a)具有多个导电分路的第一冲压件，上述第一冲压件包括多个用于接纳来自上述控制元件的引线的连接点和多个用于将上述电动机终端板与上述电动机电子控制连接起来的控制终端；
(b)具有多个导电分路的第二冲压件，上述第二冲压件包括多个用于接纳来自上述电动机的绕组的引线的连接点和多个用于将上述电动机终端板与上述电动机的动力源连接的动力终端；以及
(c)用于封装上述第一和第二冲压件的导电分路的终端板外壳；
其中，上述第一和第二冲压件位于基本平行的、隔开的平面中，上述终端板外壳将上述第一和第二冲压件分开；以及
还包括多个装在上述终端板上并与上述第一和第二冲压件相连的开关装置，其中，上述开关装置在检测到其中的电短路时操作，开通上述电动机绕组。
2．如权利要求1的电动机终端板，其特征是，上述终端板外壳进一步包括一包围上述控制终端的第一插座。
3．如权利要求2的电动机终端板，其特征是，上述终端板外壳进一步包括一包围上述动力终端的第二插座。
4．如权利要求1的电动机终端板，其特征是，上述第一冲压件用黄铜制造。
5．如权利要求1的电动机终端板，其特征是，上述第二冲压件用铜制造。
6．如权利要求1的电动机终端板，其特征是，上述终端板外壳用高介电材料制造。
7．如权利要求1的电动机终端板，其特征是，动力按Y接线分布至上述第一和第二冲压件的上述导电分路中。
8．如权利要求1的电动机终端板，其特征是，动力按三角形接线分布至上述第一和第二冲压件的上述导电分路中。
9．如权利要求1的电动机终端板，其特征是，上述控制元件包括用于检测转子在上述电动机中的位置的Hall效应传感器，其中，用于上述Hall效应传感器的上述连接点的位置要使上述Hall效应传感器与上述电动机转子中的场磁铁的极对齐。
10．如权利要求1的电动机终端板，其特征是，上述控制元件包括多个用于检测转子在上述电动机中的位置的Hall效应传感器，其中，上述终端板外壳进一步包括一基本垂直于上述第一和第二冲压件伸出的法兰，它在与上述转子的场磁铁对齐的位置上具有用于保持上述Hall效应传感器的隔室。
11．如权利要求1的电动机终端板，其特征是，一预定数量的上述控制终端位于由上述第一冲压板限定的平面中，而其它上述控制终端则位于与由第一冲压件限定的上述平面不同的平面中。
12．如权利要求1的电动机终端板，其特征是，用于上述电动机绕组的上述第二冲压件的上述连接点的位置基本垂直于穿过上述第二冲压件的平面。
13．如权利要求1的电动机终端板，其特征是，上述电动机终端板能接收大于25安培的电流。
14．如权利要求1的电动机终端板，其特征是，上述开关装置是具有触点和线圈的继电器。
15．如权利要求14的电动机终端板，其特征是，上述继电器线圈与上述第一冲压件的连接点相连。
16．如权利要求14的电动机终端板，其特征是，上述继电器线圈与上述第二冲压件的连接点相连。
17．如权利要求14的电动机终端板，其特征是，上述继电器的位置与上述绕组引线相邻，以使电路电阻为最小。
18．如权利要求14的电动机终端板，其特征是，上述继电器设置在上述电动机终端板的表面上，用于上述电动机绕组的上述第二冲压件的上述连接点的位置基本垂直于穿过上述继电器附近的上述第二冲压件的平面。
19．一种无刷DC电动机，其特征是，它包括：
(a)一定子，它含有多个包括引线的定子绕组；
(b)一含有多个场磁铁的转子，上述转子装在可转动的轴上；
(c)多个传感器，它们用于检测上述转子的位置并向上述电动机的电子控制发送上述转子的位置，以提供合适的开关，上述传感器包括引线；
(d)用于接纳来自上述定子绕组和上述传感器的引线的终端板，上述终端板包括多个用于与动力源相连的动力终端和多个用于与上述电子控制相连的控制终端；
(e)用于收容上述定子、上述转子和上述终端板的电动机外壳，其中，上述控制和动力终端伸至上述外壳外面，以及
还包括多个装在上述终端板上的开关装置，其中，上述开关装置在检测到其中有电短路时开通上述定子绕组。
20．如权利要求19的无刷DC电动机，其特征是，上述终端板进一步包括：
(a)具有多个导电分路的第一冲压件，上述第一冲压件包括多个用于接纳来自上述传感器和上述控制终端的引线的连接点；
(b)具有多个导电分路的第二冲压件，上述第二冲压件包括多个用于接纳来自上述电动机的绕组和上述动力终端的引线的连接点；和
(c)用于封装上述第一和第二冲压件的导电分路的终端板外壳。
21．如权利要求20的无刷电动机，其特征是，上述终端板外壳进一步包括包围上述控制终端的第一插座和包围上述动力终端的第二插座。
22．如权利要求20的无刷电动机，其特征是，上述第一和第二冲压件位于基本平行的平面中。
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