CN108141084B - 具有用于绕组接线的电路板组件的电动机器和制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动机器(1)，该电动机器具有：具有电绕组的定子(2)，该电绕组具有多个可导电的棒(5)，这些棒被安排在该定子(2)的多个凹槽(4)中且这些棒中的每个棒在这些凹槽(4)的区域中具有第一横截面(21)，以及用于受控地给该绕组供应电流的逆变器电路(9)，其中，该逆变器电路(9)与该绕组和/或与这些棒经由至少一个电路板组件(8)相互电连接。本发明提出：该至少一个电路板组件(8)具有通孔(11)，该通孔具有比该第一横截面(21)的最大尺寸(12)更小的直径，这些棒(5)中的一个棒的棒端部(10)相应地插入穿过一个通孔(11)，其中，插入穿过的该棒端部(10)在该通孔(11)的区域中具有第二横截面(22)，该第二横截面具有小于该通孔(11)的直径或等于该通孔(11)的直径的最大尺寸(13)。

Description

具有用于绕组接线的电路板组件的电动机器和制造方法

技术领域

本发明涉及一种具有定子的电动机器，该定子具有电绕组，该电绕组由多个可导电的棒构成。电绕组与逆变器电路经由至少一个电路板组件电连接。绕组的这些棒也可以相互成对地经由电路板组件电连接。用于制造该电动机器的方法也属于本发明。

背景技术

电动机器的定子的绕组通常与逆变器电子设备（即，逆变器电路）分开地由线材制成且接着与逆变器电路相连接。如果绕组由可导电的棒构成（棒绕组），则通过在印刷电路板中的插接连接件、压配合触点或套筒实现将绕组的相接线端与逆变器电路的印刷电路板连接。这些附加的接触元件与相应的接线端棒焊接或钎焊。因此通过这些单独的部件获得对机械力的吸收，但是为此必须高耗费地将这些单独的部件与绕组的棒连接。引入用于电连结的金属孔眼也是高耗费的、附加的制造步骤，该制造步骤与高成本和时间消耗相关联。

从DE 10 2012 201 499 A1中已知一种用于将电汇流条与功率开关的电路板相连的方法。在此将汇流条与电路板机械连接且电连接，其方式为：穿过穿通开口将该汇流条插接在该电路板中。根据穿通开口的直径，在此产生力配合，该力配合将电路板保持在汇流条处。但是开口的直径必须与汇流条的横截面适配，以便使汇流条完全穿过该开口。

发明内容

在此，当汇流条具有矩形的横截面时产生特别的问题。于是，在电路板中的穿通开口必须具有对应的形状，这通常要求铣切，该铣切要求电路板的单独的制造步骤。

本发明的基本目的在于，在电动机器中将逆变器电路与定子的电绕组接线并机械连接。

通过本发明提供一种电动机器，该电动机器以已知的方式具有带有电绕组的定子和逆变器电路。该绕组具有可导电的汇流条或棒，这些汇流条或棒被安排在定子的凹槽中且这些汇流条或棒中的每个汇流条或棒在凹槽的区域中具有第一横截面积。每个棒可以例如设计为单独的线材，该单独的线材在定子的前部的轴向端部和后部的轴向端部处与另一个棒或直接与逆变器电路电接线。还可以由U形形状的线材形成两个棒，从而在一个轴向端部处不需要这两个棒的附加的电接线。所提及的轴向方向对应于电动机器的安排在定子中的转子根据预期的转动轴线。

逆变器电路（即，换流器）被配置成用于受控地给绕组供应电流，如从现有技术中本身已知的那样。在此，逆变器电路与绕组的棒（直接或间接地）经由至少一个电路板组件电连接。此外或替代于此提出的是，这些棒中的至少一些棒经由至少一个电路板组件分别相互成对地电连接。电路板组件可以是电路板或印刷电路板（PCT–Printed CircuitBoard），如从现有技术中本身已知的那样。这可以例如是其上还安排有逆变器电路的电子结构元件的电路板或者单独的或附加的电路板。但是结合本发明，电路板组件还可以被理解为不具有附加的电绝缘的载体基底的单独的、可导电的板，例如铜板。此外，电路板组件还可以被理解为具有可导电的板中的多个板的堆叠的组件，这些可导电的板被电绝缘的介质（例如，空气或者由电绝缘的材料形成的一个或多个板或层）分离。

为了在逆变器电路与绕组之间实现所提及的连接，该至少一个电路板组件具有多个通孔，这些通孔具有比所提及的棒的第一横截面积的最大尺寸更小的直径。这些棒中的一个棒的棒端部相应地插入穿过一个通孔。插入穿过的棒端部在此在通孔的区域中具有第二横截面积，该第二横截面积具有小于通孔的直径或等于通孔的直径的最大尺寸。在此应注意的是，由此得出：与棒在凹槽的区域中（在此该棒具有第一横截面积）相比，该棒端部还以其第二横截面积具有更小的横截面积。第二横截面积与第一横截面积的比为例如小于80%，尤其小于70%。所提及的最大尺寸对于矩形或正方形的横截面积而言相应地为对角线的长度；对于正圆形的横截面而言为直径。此外应注意的是，棒端部在此表示棒本身的固定的组成部分。棒端部和棒因此是单件式地制造的。棒端部不是附装件或中间件。替代于此，棒在棒端部的区域中变形或通过分割方法在横截面积中变小。所描述的横截面积在此描述了垂直于相应的棒的纵向延伸方向的截面积的大小。印刷电路板具有这样的通孔作为穿通开口：即，该通孔为圆形形状，尤其是正圆形的穿通开口或正圆形的孔。

通过本发明得到如下优点：即，该至少一个电路板组件可以以标准工艺制造，在该标准工艺中通孔可以独立于棒的横截面积地制造。不同于现有技术，不是使该通孔适配于这些棒，而是通过提供具有第二横截面积的棒端部使这些棒在其棒端部的区域中适配于该通孔，该第二横截面积一方面穿过这些通孔且另一方面小于在凹槽的区域中的第一横截面积。

因此通过本发明得到如下优点：通过使这些棒的导体端部对应地在其横截面积中减小或进行适配，在凹槽的区域中具有矩形横截面形状的棒也可以在没有所述铣切的情况下插入穿过在该至少一个电路板组件中的正圆形的通孔。为了将棒与该至少一个电路板组件连接，也不需要高耗费的铣切件或附加的构件。这些棒尤其从凹槽起、直至各自的通孔笔直地成形。因此，该至少一个电路板组件可以在轴向方向上插接到这些棒上。

可选的改进方案也属于本发明，通过这些可选的改进方案的特征得到附加的优点。

如已经实施的，这些棒端部分别为这些棒中的一个棒的组成部分。为了使每个棒端部的横截面成形，相应的棒通过分割方法或变形方法朝第二横截面积变窄。例如，棒可以在棒端部的区域中被轧制或拉伸。作为分割方法可以提出，棒端部通过冲压或铣削而产生。这可以是在制造棒时的整体的制造步骤，其方式为：通过例如冲压工具执行对棒端部的分割和成型，使例如线材被分割且在分割的同时使棒端部成型。

一种改进方案提出，棒在凹槽中具有带有长边和短边的矩形横截面。换句话说，这些棒是具有矩形形状的横截面的线材，但是该矩形形状不是正方形的。这种棒可以由四边形线材制造。与此不同，棒端部在通孔的区域中具有正方形或正圆形的横截面。由此得出如下优点：即，棒端部可以插入穿过正圆形的通孔且在此得到可靠的力配合和/或可靠的电连接。

一种改进方案提出，这些棒中的至少一个棒分叉地形成。换句话说，该棒具有多个棒端部，该多个棒端部中的每个棒端部插入穿通过这些通孔中的一个通孔。因此可以由具有矩形成形的横截面的线材例如形成具有正方形的横截面的多个棒端部。由此得出如下优点：即，该棒可以以足够大的可导电的横截面联接到该至少一个电路板组件。

对于电动机器而言可以提出：在绕组（例如三相绕组或六相绕组）的每个相中对于每个相而言这些相接线端以所描述的方式与该至少一个电路板组件电连接。于是，对于每个相而言，两个棒与该至少一个电路板组件连接。改进方案提出，此外绕组的单独的卷绕回路或线圈经由至少一个电路板组件相互电接线。换句话说，通过电路板组件实现各两个棒的成对接线。因此，在该改进方案中，该电绕组具有多个线圈且一些或所有线圈借助于至少一个电路板组件相互电接线。即由此各两个棒可以成对地串联连接。该改进方案具有如下优点：即，为了形成绕组，这些单独的线圈不必例如通过成对钎焊这些棒来形成，而是这些棒可以以其棒端部插入穿过至少一个电路板组件的通孔且经由该至少一个电路板组件电接线。这尤其节省了弯曲过程，借助于该弯曲过程在其他情况下必须将相应地待连接的棒的棒端部聚集在一起。

本发明的一些改进方案涉及将这些棒与该至少一个电路板组件机械连接的可能性。

根据一种改进方案，棒端部中的至少一些棒端部相对于凹槽而言在通孔的另一边弯曲或弯折。换句话说，这些棒端部插入穿过通孔并且之后折弯或弯成弧形。这产生可靠的形状配合，该形状配合防止该至少一个电路板组件从这些棒滑落。

一种改进方案提出，这些棒端部中的至少一些棒端部相对于定子的凹槽而言在通孔的另一边具有第三横截面积，该第三横截面积大于第二横截面积。换句话说，这些棒端部在其插入穿过的侧边处在通孔的另一侧再次变厚。这可以通过棒端部的材料的挤压或材料堆积来实现。换句话说，棒端部受到压制或铆接。由此得出如下优点：即，如此形成的形状配合在该至少一个电路板组件上无附加的空间需求，如这在弯曲导体端部时是这样的情况。

关于棒与逆变器电路的电连接或这些棒的相互电连接，一种改进方案提出，这些棒端部中的至少一些棒端部与该至少一个电路板组件的可导电的外层相连接。例如它们可以与外层焊接或钎焊。外层可以作为铜层来提供。该改进方案具有如下优点：即，电连接可以通过在该至少一个电路板组件上的导轨来限定。与此不同，一种改进方案提出，这些棒端部中的至少一些棒端部与安排在该至少一个电路板组件上的汇流条材料配合地连接。汇流条尤其基于SMD技术（SMD–Surface Mounted Device，表面贴装器件）钎焊在该至少一个电路板组件上。所描述的材料配合的连接可以再次通过焊接或钎焊来提供。该改进方案具有如下优点：即，可导电的横截面可以与该至少一个电路板组件的外层的厚度无关地通过汇流条的选择来确定。

一种用于制造根据本发明的电动机器的方法也属于本发明。该方法提出，提供具有第一横截面积的线材。该线材可以例如在卷筒上供应或提供。该线材分割成线材段，以便由此提供用于电动机器的定子的电绕组的多个棒。线材段可在此形成单独的棒或成弧形地弯成U形的双棒。现在为了使线材段（即，棒或双棒）与至少一个电路板组件连接以用于与逆变器电路接线，在每个线材段的至少一个线材端部处相应地制造或设计一个棒端部或多个棒端部。每个棒端部的横截面在此以所描述的方式具有第二横截面积，该第二横截面积小于第一横截面积。棒端部因此相比于原始的线材的横截面变窄。在该至少一个电路板组件上制造通孔，其中，这些通孔具有小于第一横截面积的最大尺寸的直径。换句话说，未加工的线材无法以其第一横截面积插入穿过通孔。替代于此，这些棒端部中的各一个棒端部以第二横截面积插入穿过通孔中的各一个通孔。由此得到在这些棒与该至少一个电路板组件之间的所描述的连接。

如已经实施的，可以提出，为每个线材端部设计多个棒端部，使得该线材端部分叉。叉的每个尖齿在此对应于一个棒端部。这具有如下优点：即，在通孔的区域中可导电的横截面可以由棒端部的数量确定。

该方法的一种改进方案提出，这些棒端部通过分割方法、尤其冲压方法或铣削来制造。借助于冲压方法可以与分割线材在同一制造步骤中实现棒端部。分割方法（冲压、铣削）具有如下优点：即，实际上去除了多余的横截面积（即，在第一横截面积与第二横截面积之间的差），且不由于变形而在棒的另一位置处对其产生挤压。

一种改进方案提出，这些棒端部通过变形方法从第一横截面积朝第二横截面积变窄。这可以例如通过拉长实现。换句话说，可以为了将线材分割成线材段而拉断线材。这自动地使在断裂位置处的横截面变窄。替代的可能性是轧制线材段，以便由此产生棒端部。所提及的线材段可以在其线材端部处还通过一次纵向切割或多次纵向切割呈扇状散开成或分割成两个或多个棒端部。

一种改进方案提出，在至少一个通孔的一侧安排有引导元件，例如具有隆起部的金属体。这些线材端部中的一个线材端部从通孔的相反的另一侧插入穿过通孔且在插入穿过时压靠该引导元件。在此，该线材端部在引导元件处成弧形。因此获得所描述的形状配合，在该形状配合中线材端部在通孔另一侧弯曲或折弯。

如已经实施，还可能的是，在插入穿过之后使这些棒端部中的至少一个棒端部成弧形。此外或替代于此可以提出，将这些棒端部中的至少一个棒端部挤压到第三横截面积上，该第三横截面积大于在通孔中的第二横截面积。由此得到这些棒端部与至少一个电路板组件的所描述的铆接。

根据本发明的方法的改进方案也属于本发明，这些改进方案具有如已经结合根据本发明的电动机器的其余改进方案所描述的特征。出于这个原因，根据本发明的方法的对应的改进方案在此不再再次描述。

附图说明

图1示出了根据本发明的电动机器的实施方式的示意图，

图2示出了具有多个分叉的棒端部的图1的电动机器的电绕组的棒的侧视示意图，

图3示出了穿过电动机器的纵截面示意图，并且

图4示出了棒端部与电动机器的电路板组件的形状配合示意图。

具体实施方式

下文阐述的实施例为本发明的优选实施方式。在这些实施例中，这些实施方式的所描述的部件展示了本发明的单独的、可彼此独立考虑的特征，这些特征还分别彼此独立地改进本发明且因此还可以单独地或以与所示出的组合不同的组合被视作为本发明的组成部分。此外所描述的实施方式还可以通过本发明的其他已经描述的特征补充。

在图中，功能相同的元件分别设有相同的附图标记。

图1示出了电动机器1，其中，该电动机器例如可以是用于机动车辆的电力启动机或电力启动机-发电机。在定子2中展示了定子的金属片组3。金属片组3的本身已知的层叠在图1中通过水平线象征性地表示。在定子2的凹槽4中各自安排有（短）棒5的一个或多个可导电的导体棒，这些导体棒一起以本身已知的方式形成定子2的电绕组。每个棒5可以具有电绝缘件6，棒5的可导电的材料7通过该电绝缘件相对于金属片组3电绝缘。棒5可以例如由铜形成，电绝缘件6例如由聚合物形成。棒5是实心的。

此外在图1中展示了电路板组件8。在该实例中，电路板组件8例如可以是印刷电路板（PCB–Printed Circuit Board）。在电路板组件8上可以例如安排有逆变器电路9的多个电子部件。但是逆变器电路9也可以安排在另一个电路板组件（未展示）上。

为了将棒5与逆变器电路9接线，棒5直接与电路板组件8连接。为此每个棒5具有一个棒端部10或多个棒端部10，这些棒端部中的每个棒端部相应地插入穿过电路板组件9的通孔11。每个棒端部10只插入在另一个通孔11中。通孔11可以利用钻孔器被钻孔。穿通开口11可以尤其具有正圆形的孔横截面。

通孔11具有如下直径，该直径小于相应的棒5在凹槽4的区域中的最大尺寸12。与此不同，棒端部10具有小于或等于相应的通孔11的直径的最大尺寸13。为了清晰起见，在图1中只展示了一些直径13。

为了将棒5保持在电路板组件8处，棒端部10在与电路板组件8的定子侧的侧边15相反的另一侧14成弧形或弯曲。为了可以在电路板组件8上导引来自棒5的电流，可以在电路板组件上安排汇流条16。在图1中展示的组件此外可以被焊接或钎焊（未展示）在电路板组件8的另一侧14，以便由此在棒端部10与汇流条16之间提供材料配合的连接。

图2展示了单独的棒5，其具有在棒5的端部处的多个棒端部10。棒5由此具有分叉的形状。棒5在凹槽4的区域中具有横截面17，该横截面具有带有长边18和短边19的矩形形状。长边18的尺寸可以例如在2毫米至15毫米的范围内。短边19的尺寸可以在0.5毫米至10毫米的范围内。在此短边19小于长边18。尤其短边19最大为长边18的一半。最大尺寸12对应于矩形形状的对角线的长度。

与此不同，棒端部10具有横截面积20，该横截面积具有正方形形状。此外，棒5的在凹槽4的区域中的横截面17的第一横截面积21大于棒端部10的每个横截面积22。棒5可以由四边形线材形成，其中，为了形成棒端部10，该线材可以借助于冲压工具分开成单独的线材段且冲压工具在分割时已经同时使棒端部10成型。最大尺寸13对应于正方形形状的对角线的长度。

为了形成定子2的电绕组的多个单独的线圈或回路，多个单独的棒5必须分别相互成对地电连接。图3为此示出了，如何可以在定子2的轴线端部23处通过以下方式连接两个棒5：即，使得这两个棒5由U形的线材段24形成，从而在轴向端部23处由此获得棒5的电连接。在相反的轴向端部25处可以通过电路板组件8将这些棒5相应地与另一个棒（未展示）电连接。还可以提出，棒5与逆变器电路9直接接线。

图4展示了如例如为了建立根据图1的连接可以提供的弯曲过程。在将棒端部10插入穿过电路板组件8的穿通开口11时，可以在另一侧14安排引导元件26，例如金属体，棒端部10在插入穿过时压靠该引导元件。通过引导元件26的弯曲的表面26’，棒端部10沿期望的方向成弧形。在移除引导元件26之后，可以利用激光器27例如在枢转方向29上引导激光束28经过棒端部10和汇流条16并由此将棒端部10的材料与汇流条16的材料焊接在一起。

具有接线的棒端部10的电路板组件8总体上形成电动机器1的绕组的绕组头30。绕组头30由于所描述的安排是特别扁平的。为了接线用于电绕组的棒5，此外仅需要电路板组件8上的导轨，从而不需要为了使棒5聚集的复杂的弯曲过程。

总体上通过该实施例实现下文的根据本发明的原理。电路板组件8具有小于汇流条或棒5的横截面的一个或多个开口。通过减小在每个棒5的棒端部10处的原始的横截面17，棒端部10在插入穿过这些开口之后已经用作电路板组件8的支承件。在相反侧14上，棒5要么与电路板组件8本身、要么与附加的汇流条16电连接且机械连接。电路板组件8的两个可导电的外层（例如铜层）理想地在通孔11的区域中导电，且使棒端部10与在电路板组件8上的一个或多个部件相连接或还相互连接。另一种可能性是弯折从电路板组件8中伸出的棒端部10（参见图1）。这可以以所描述的方式（图4）在插入穿过期间或还在之后实现。因此产生形状配合。与棒5本身相比，在棒端部10的区域中减小横截面17理想地如此来形成：使得产生的待插入穿过的形状包含至少一个正方形或圆形的元素。由此在制造电路板时省去了铣切，因为圆形、尤其正圆形的孔口始终足以使棒端部10可以插入穿过。在横截面17中为矩形的棒5可以因此在没有在电路板组件8中进行矩形铣切的情况下仅插入穿过电路板组件8中的圆形的孔且与该电路板组件连接。具有用于贯穿接触的力配合的附加的套筒元件或中间元件是不必要的。为了将棒5与电路板组件8连接，在电路板组件8上不需要其他部件。

在电动机器1中，根据本发明的原理因此完全可以在如下情况下使用，其中，可导电的棒（例如汇流条）必须与功率电子设备连接或者必须经由电路板组件来提供多个棒的较复杂的相互接线。

该实例总体上示出了：通过本发明可以如何在电路板组件上提供定子绕组的相接线端的分叉的连接。

附图标记清单

1 电动机器

2 定子

3 金属片组

4 凹槽

5 棒

6 绝缘件

7 材料

8 电路板

9 逆变器电路

10 棒端部

11 通孔

12 最大尺寸

13 最大尺寸

14 侧边

15 侧边

16 汇流条

17 横截面

18 长边

19 短边

20 横截面

21 第一横截面积

22 第二横截面积

23 轴向端部

24 U形线材段

25 轴向端部

26 引导元件

26’ 弯曲的表面

27 激光器

28 激光束

29 枢转运动

30 绕组头

Claims (11)

1.一种电动机器(1)，该电动机器具有：

具有电绕组的定子(2)，该电绕组具有多个可导电的棒(5)，这些棒各自部分地安排在该定子(2)的多个凹槽(4)中且这些棒中的每个棒在这些凹槽(4)的区域中具有第一横截面(21)，以及

用于受控地给该绕组供应电流的逆变器电路(9)，其中，该逆变器电路(9)与该绕组的这些棒中的至少一些棒经由至少一个电路板组件(8)相互成对地电连接，

其特征在于，

该至少一个电路板组件(8)具有通孔(11)，该通孔具有比该第一横截面(21)的最大尺寸(12)更小的直径，并且

这些棒(5)中的一个棒的棒端部(10)相应地插入穿过每个通孔(11)，其中，插入穿过的该棒端部(10)在该通孔(11)的区域中具有第二横截面(22)，该第二横截面具有小于该通孔(11)的直径的或等于该通孔(11)的直径的最大尺寸(13)，其中，这些棒(5)中的至少一个棒是分叉地设计的并且由此具有多个棒端部(10)，该多个棒端部中的每个棒端部插入穿过这些通孔(11)中的一个通孔，每个棒端部(10)相对于这些凹槽(4)而言在该通孔(11)的另一侧(14)弯曲设置使得其与电路板组件(8)连接，这些棒端部(10)中的至少两个相对弯曲设置；

其中，这些棒端部(10)中的至少一些棒端部与该至少一个电路板组件(8)的可导电的外层和安排在该至少一个电路板组件(8)上的汇流条(16)材料配合地连接。

2.根据权利要求1所述的电动机器(1)，其中，每个棒端部(10)的横截面(20)通过分割方法或成形方法朝该第二横截面(22)变窄。

3.根据权利要求1或2所述的电动机器(1)，其中，这些棒(5)在这些凹槽(4)中具有带有长边(18)和短边(19)的矩形横截面(17)并且这些棒端部(10)在该通孔(11)的区域中具有正方形横截面(20)或正圆形横截面。

4.根据权利要求1或2所述的电动机器(1)，其中，该电绕组具有多个线圈并且一些或所有线圈借助于至少一个电路板组件(8)相互电连接。

5.根据权利要求1或2所述的电动机器(1)，其中，这些棒端部(10)中的至少一些棒端部相对于这些凹槽(4)而言在该通孔(11)的另一侧(14)具有第三横截面，该第三横截面大于该第二横截面(22)。

6.一种用于制造根据前述权利要求之一所述的电动机器(1)的方法，该方法具有以下步骤：

提供线材，该线材在横截面上具有第一横截面(21)，

将该线材分割成线材段(24)以提供用于该电动机器(1)的定子(2)的电绕组的多个棒(5)，

在每个线材段的至少一个线材端部形成多个棒端部(10)，使得该线材端部进行分叉，其中，每个棒端部(10)的横截面(20)具有小于该第一横截面(21)的第二横截面(22)，

在至少一个电路板组件(8)中制造多个通孔(11)，其中，这些通孔(11)具有比该第一横截面(21)的最大尺寸(12)更小的直径，

将各一个棒端部(10)插入穿过这些通孔(11)中的各一个通孔，其中，每个棒端部(10)弯曲设置使得其与电路板组件(8)连接，这些棒端部(10)中的至少两个相对弯曲设置。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，这些棒端部(10)通过分割方法来制造。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，这些棒端部(10)通过冲压方法或铣削来制造。

9.根据权利要求6所述的方法，其中，为了制造这些棒端部(10)，每个线材段的相应线材端部通过变形方法从该第一横截面(21)朝该第二横截面(22)变窄。

10.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中，在至少一个通孔(11)的一侧(14)处安排有引导元件(26)，棒端部(10)从该通孔(11)的相反的另一侧(15)插入穿过该通孔且在插入穿过时压靠该引导元件(26)且由此成弧形。

11.根据权利要求6所述的方法，其中，这些棒端部(10)中的至少一个在插入穿过所述通孔(11)之后成弧形和/或被挤压成第三横截面，该第三横截面大于该第二横截面(22)。

Images