CN109904988B - 制造用于电机的电子封装的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于交流发电机的电子封装，包括导电机架构件和接合机架构件的端子组件。机架构件包括内侧、外侧和从内侧延伸至外侧的至少一个通道。多个开关连接于机架构件。端子组件包括电绝缘部分和延伸穿过电绝缘部分的多个电迹线。电绝缘部分包括延伸穿过机架构件的至少一个通道的杆柱、接合机架构件外侧的第一台肩、以及接合机架构件内侧的第二台肩。杆柱、第一台肩和第二台肩全部形成为整体部件。

Description

制造用于电机的电子封装的方法

本申请是申请日为2015年04月07日、申请号为201580018879.5(PCT/US2015/024746)、发明名称为“带有组合绝缘子和端子组件的电机”的发明专利申请的分案申请。

相关申请

本申请是于2014年4月11日提交的美国专利申请No.14/250,688(现为美国专利No.9,627,948)的分案申请，其全部内容被通过引用结合于此。

背景技术

车辆交流发电机产生三相交变电流，其被整流为直流。相应的电压可被存储在车辆的电池内或被供以直流(DC)电压的车辆电路直接使用。可通过具有六个电源开关的整流器电桥获得三相交变电流的整流。可通过具有2*n个电源开关的整流器电桥获得n相交变电流。通常，在交流发电机内创立六相交变电流的整流并且因此这些交流发电机需要具有12个电源开关的整流器电桥。其它较小的常见交流发电机具有五相或七相交变电流因此分别需要具有10或14个电源开关的整流器电桥。本领域技术人员清楚，如果开关并联或如果开关用于整流定子绕组的中性点则可使用多于2*n个的开关。最常见地，电源开关的类型是二极管，但也可使用其它类型的开关，例如FETS、MOSFETS或任何其它类型的电开关。这些开关中三个是正开关，并且这些正开关连接于交流发电机的定子绕组的相端子与交流发电机的连接于电池和车辆电路的正极端子B+之间。另外三个开关即负开关连接于地线或车辆接地与定子绕组的上述相端子之间。

正和负开关构成了经受高电流的整流器电桥。因此，必须以尽可能最有效的方式冷却开关。为此，开关通常安装在设置在交流发电机外侧上的金属构件上。金属构件不仅用作固定构件，而且用作被设计成扩散开关所产生热量的散热器。开关典型地分组在两个机架构件上，其一专供正开关(即正机架构件)之用并且另一个用于负开关(即负机架构件)。整流器开关可通过机架构件/散热器的接收钻孔内的压力被插入，或可使用适宜的合金焊料焊接于机架构件。连接于整流器开关的端部金属线使得整流器开关能够连接于电机的定子绕组的导线。

在这种其中整流器电桥安装在机架构件上的交流发电机设备中，负机架构件连接于车辆接地/电池返回路径(battery return path)。车辆接地/电池返回路径经常通过发动机自身提供，包括穿过交流发电机外壳的路径。因此，可由交流发电机外壳自身提供负机架构件。另一方面，正机架构件连接于端子并且电缆将端子连接于车辆电池的正极端子。负机架构件必须与正机架构件电绝缘。因此，绝缘子必须被插入正机架构件与负机架构件之间。绝缘子典型地被构造为在正负机架构件之间提供电绝缘和期望的空间隔离。

图8示出典型的交流发电机端部(例如滑环端部)的截面图，该交流发电机包括用作负机架构件的交流发电机外壳112和用作正机架构件的散热器130。端子组件140安置于正机架构件顶部上并且包括贯穿正机架构件开口的杆柱。端子组件包括电迹线146，其提供形成从开关128至电机的定子绕组导线的连接的导电线路。如前所述，正机架构件130必须与负机架构件112电绝缘。因此，绝缘子200定位在正机架构件130与负机架构件112之间。绝缘子由绝缘材料例如聚硫化苯(polyphenylene sulfide，简称PPS)构成，并且必须足够厚以提供正机架构件与负机架构件之间期望的分离。绝缘子、端子组件、正机架构件和负机架构件被可从端子组件延伸至外壳的螺栓、铆钉或其它紧固件固定在一起。如图8所示，螺栓148具有紧靠端子组件的头部以及延伸穿过端子组件和正机架构件且螺接在负机架构件(即交流发电机外壳)中的插孔内的螺纹部。

虽然上述设备提供了用于将电子封装安装于交流发电机的有效设备，但是许多零件相对昂贵，并且这些零件中每个都必须在制造工艺期间被维护和处理。因此，期望提供一种交流发电机设备，其具有可以更少的零件安装于交流发电机的电子封装。如果该交流发电机设备导致部件成本降低并且减少了制造工艺期间的复杂性，这也是有利的。

发明内容

根据本发明的至少一个实施例，提供了用于交流发电机的电子封装，其包括导电机架构件和接合所述机架构件的端子组件。机架构件包括内侧、外侧和从内侧延伸至外侧的至少一个通道。多个开关连接于机架构件。端子组件包括电绝缘部分和延伸穿过电绝缘部分的多个电迹线。电绝缘部分包括延伸穿过机架构件的至少一个通道的杆柱、接合机架构件外侧的第一台肩、以及接合机架构件内侧的第二台肩。杆柱、第一台肩和第二台肩全部形成为整体部件。

依据本发明的另一个实施例，提供了制造用于交流发电机的电子封装的方法。所述方法包括将端子组件的杆柱贯穿导电机架构件中的孔，使得端子组件定位在机架构件的第一侧上并且杆柱的端部从机架构件的第二侧延伸。所述方法进一步包括使延伸穿过机架构件第二侧上的孔的杆柱变形，使得端子组件接合所述机架构件的第二侧并且所述机架构件连接于所述端子组件。

根据本发明的又一个实施例，提供了一种交流发电机，其包括多个绕组和电连接于所述绕组的整流器，整流器包括多个开关。交流发电机进一步包括机架构件，在机架构件上安装有多个开关。机架构件包括第一表面、与所述机架构件上的所述第一表面相反的第二表面，以及从所述第一表面至所述第二表面延伸穿过所述机架构件的至少一个孔。整体的端子组件耦接于机架构件。整体的端子组件包括绝缘部分，电迹线延伸穿过绝缘部分。电迹线提供了所述多个开关与所述多个绕组之间的连接。整体的端子组件接合机架构件的第一表面和第二表面二者并且延伸穿过机架构件中的至少一个孔。

通过参照以下详细说明和附图，上述以及其它特征和优点将对本领域普通技术人员来说更为显而易见。虽然期望提供带有提供一个或多个这些或其它有利特征的电子封装的电机，此处公开的教导扩展到落在所附权利要求范围内的那些实施例，不论它们是否实现一个或多个上述优点。

附图说明

图1示出包括具有电子封装的电机的车辆电气系统的原理图；

图2示出包括机架和整体绝缘子以及端子组件的图1的电机的端部的透视图；

图3示出包括机架和整体绝缘子以及端子组件的图2的电机的端部的截面图；

图4示出在端子组件的杆柱变形之前图3的机架和整体绝缘子以及端子组件的截面图；

图5示出用于组装包括机架和整体绝缘子以及端子组件的图2的电机的端部的方法的流程图；

图6示出在端子组件的杆柱变形之后图4的机架和整体绝缘子以及端子组件的截面图；

图7示出图5的机架和整体绝缘子以及端子组件的内透视图；并且.

图8示出现有技术的端子组件和绝缘子的截面图。

具体实施方式

此处公开的是用于车辆的交流发电机10。大致如图2所示，交流发电机10包括具有正机架构件30、负机架构件32、端子组件40和将正机架构件30和端子组件40连接于负机架构件32的至少一个紧固件48的电子封装。下面参照图1和2首先论述交流发电机10的总体配置，随后论述公开了以将正机架构件30与负机架构件32分开的方式构造和配置的端子组件的特定实施例的图3-7。

现在参见图1，交流发电机10被示为定位在车辆8内的示意性形式。车辆8包括发动机50和被车辆底盘所支撑的电池22。此处使用的单词“车辆”指的是被设计成能承载或运输某物或某人的任何装置，包括但不局限于汽车、卡车、小船、火车和飞机。发动机50提供了用于移动车辆8的驱动力矩。

发动机50可操作地耦接于交流发电机10的转子14从而发动机50的运转导致转子14及其励磁线圈的旋转。特别地，当点火开关52闭合时，来自电池22的电流被传送至启动马达(未示出)。当启动马达被激发时，它用曲柄转动发动机50。当发动机50点火时，转子14旋转并且交流发电机10在节点54处产生输出电压。交流发电机10的输出电压用于为电池22充电并且也被车辆8的其它电气装置(由车辆负载56表示)使用。

如图1所示，交流发电机10可被限定为包括定位在交流发电机外壳12内部或连接于交流发电机外壳12的那些部件(由图1中的虚线框示出)。因此，交流发电机10包括转子14、定子18、整流器24和电压调节器58。交流发电机外壳12典型地为金属壳，例如铁壳或铸铝壳。但是，要认识到，外壳12也可由任何其它适宜的材料构成。

转子14定位在可旋转轴上并且定子18固定在外壳12内。交流发电机10的转子14包括励磁线圈60，励磁线圈60接收来自调节器58的电流，通过操作励磁电流控制程序的调节器控制。

定子18在交流发电机内是固定的并且包括围绕转子14定位的绕组62。定子18产生输出电流，输出电流具有基于穿过励磁线圈60的电流的大小。定子18电力地耦接于整流器24，整流器24在节点54处输送交流发电机输出电流。

如图1和2所示，电子封装20安装在外壳12的末端上并且连接于车用电池22。电子封装包括调节器58和整流器24。调节器58通常包括被构造为接收输入且控制至励磁线圈60的电流的处理器或芯片。因此，调节器58包括提供信号的电压输入(B+或S)，所述信号指示电池22的正极端子处的电压。至少部分基于该信号，调节器58控制穿过励磁线圈60的电流，因此控制来自交流发电机10的相应输出电压和输出电流。调节器基于各种调节器输入确定适当的励磁线圈电流，所述调节器输入例如可包括来自发动机控制模块(ECM)70、温度传感器72、电流传感器64、点火开关52、定子绕组、电池22的信号和任何其它不同的信号。

电子封装20的整流器24包括多个正开关26和多个负开关28。本领域普通技术人员将认识到，可通过二极管、FET、MOSFETS或任何其它类型的电开关来提供正开关26和负开关28。特别参照图2和3，通过正机架构件30保持正开关26并且通过负机架构件32保持负开关28。端子组件40提供了正开关26与负开关28以及定子绕组62之间的电连接。此外，下面将进一步详述，端子组件40也将正机架构件30与负机架构件32分开和电绝缘。

继续参照图2和3，通过交流发电机外壳12的端部提供负机架构件32。负机架构件32被设计成导电并且也用作用于整流器的负开关28的散热器。因而，负机架构件32大致由具有良好导电和导热特性的材料组成。例如，负机架构件32可由材料例如铝或钢组成。负机架构件32可被设置为板形的相对薄的构件，其可具有带不同表面特征的轮廓表面以有利于安装和热传递。但是，本领域技术人员要认识到，负机架构件32也被设置为不被认为是板的形式。负机架构件32上的热传递特征的示例包括翼片、凸肋或提供热传递特性的其它特征，使得负机架构件32能够更好地用作用于负开关28的散热器。在负机架构件32上的安装特征的示例包括如图3所示形成于负机架构件32外表面上的凸起部78。本领域技术人员将认识到，表面特征例如凸起部78和传热特征是可选的。凸起部78可为圆柱形的并且在负机架构件的大部分外表面之上延伸。螺纹孔94形成于凸起部78的中心处。开关28可以多种方式例如与负机架构件32的表面特征摩擦配合或使用粘着剂或环氧材料中任意一个被保持在负机架构件32的表面上。包括负机架构件32的交流发电机外壳12电连接于用于车辆8的底盘接地。因而，负机架构件32电连接于电池22的负极端子。

正机架构件30在交流发电机外壳12末端上定位为紧邻负机架构件32但与其分离。类似于负机架构件32，正机架构件30也被设计成导电同时也用作用于整流器24的正开关26的散热器。因而，正机架构件30通常由具有良好导电和导热特性的材料组成。例如，正机架构件30可由材料例如铝或铜组成。正机架构件30可被设置为相对较薄的板形构件，其具有不同表面特征的轮廓表面以利于安装和传热。但是，本领域技术人员将认识到，正机架构件30也可设置为不认为是板形的形式。在至少一个实施例中，正机架构件30可被设置为相对平坦和薄且具有大致半圆形占地区域的C形板。包括在正机架构件30上的传热特征的示例包括翼片、凸肋或提供附加热传递特性的其它特征，使得正机架构件30能够更好地用作用于正开关26的散热器。正机架构件30包括负机架构件32的相反侧上的外表面36以及面对负机架构件32的内表面38。内表面38可基本平滑和平坦。相反，外表面36相对异形(contoured)。

多个孔66、67、68设置在正机架构件30上。这些孔66、67、68提供了从正机架构件30的外表面36至内表面38的通道。孔66被构造为接纳端子组件40；孔67被构造为通过冷却空气；孔68被构造为接纳正开关26或令导线通过至负开关28。开关26可以多种方式被保持在正机架构件30的表面上，例如在正机架构件30的孔68中或其它表面特征摩擦配合或使用粘着剂或环氧材料。正机架构件30也可连接于B+端子74，从而将正开关26连接于电池22的正极端子。

端子组件40连接于正机架构件30。端子组件包括C形板部分42，C形板部分42提供带有内侧/内表面和外侧/外表面的基本弓形的主体。多个杆柱44从板部分42的内表面延伸。板部分42和杆柱44主要由绝缘材料组成，例如PPS或其它绝缘塑料。多个电迹线46延伸穿过板部分42，嵌入在绝缘材料中。这些电迹线46被构造为提供开关26、28与定子绕组62之间的连接。因此，本领域普通技术人员将认识到，电迹线46在开关导线96与绕组导线98之间延伸且提供连接。

如图3所示，端子组件40的杆柱44被构造为延伸完全穿过正机架构件30中的孔66，其中杆柱44从正机架构件30的外表面36延伸至内表面38。端子组件的每个杆柱44包括若干个具有不同直径的不同部段82、84、86。杆柱44的第一部段82具有的直径大于正机架构件30中的孔66的直径。该第一部段82定位在正机架构件30的外侧上。杆柱44的第二部段84具有小于正机架构件30中的孔66的直径。该第二部段84延伸穿过其中一个孔66。杆柱44的第三部段86具有的直径大于正机架构件30中的孔66的直径。该第三部段86定位在正机架构件30的内侧上。第一台肩90形成于杆柱44的第一部段82与第二部段84之间。第二台肩92形成于杆柱44的第二部段84与第三部段86之间。第一台肩90接合正机架构件30的外表面36。第二台肩92接合正机架构件30的内表面38。

继续参照图3，端子组件40包括从正机架构件30的外侧至杆柱44的末端完全延伸穿过端子组件的形式为孔的多个通道80。通道80被构造为接纳螺栓48或其它紧固件的螺纹部分。台肩88形成于每个通道80内使得螺栓48的头部接合台肩88并且防止螺栓48完全穿过通道80。正机架构件30、负机架构件32和端子组件40由延伸穿过端子组件40内的孔80和正机架构件30的孔66并进入负机架构件32上(即交流发电机外壳12的末端)的螺纹孔94的紧固件48全部保持在交流发电机外壳12的末端上。

继续参照图3，端子组件40形成为整体部件。术语“整体部件”此处用于指这样的部件，即，其中部件的组成部分不可拆卸地接合在一起从而组成部分不能在不破坏部件情况下被分离为一个或多个组成部分。端子组件40的绝缘部分从C形板部分42延续至杆柱44的末端(即，至杆柱44的第三部段86)。因此，端子组件40的绝缘部分可通过工艺形成，例如注射成型或使得部件基本整个是一体的且在不破坏所述部件情况下所述部件不可被分离为组成部分的任何其它工艺形成。电迹线46附接于端子组件40的绝缘部分。如果端子组件40由成型工艺形成，则端子组件40的电迹线46可与绝缘部分共成型(co-molded)，即在形成绝缘部分的树脂注射之前电迹线46定位在模具内。电迹线46也可通过粘合、扣合或类似工艺附接于端子组件的绝缘部分。

如前面的段落所述，端子组件40是包括杆柱44的整体部件。该杆柱44接合正机架构件30的外表面36和正机架构件30的内表面38二者。如图3所示，形成于杆柱44的第一部段82与第二部段84之间的台肩90接合正机架构件30的外表面。形成于杆柱44的第二部段84与第三部段86之间的台肩92接合正机架构件30的内表面。图4从正机架构件30的内侧(即交流发电机侧)示出正机架构件30和端子组件40的透视图，从而示出正机架构件30的内表面38，其中杆柱44的第三部段86接合内表面38。从图4可看出，端子组件40的杆柱44的第三部段86具有大于正机架构件30的孔66直径的直径，并且因而杆柱44的第三部段86从图4的角度覆盖孔66。

再次参照图3，杆柱44的第三部段86被夹在正机架构件30与负机架构件32之间。因此，杆柱44的第三部段86接合正机架构件的内表面和负机架构件32的外表面二者。杆柱的第三部段86可在凸起部78处接合负机架构件32的外表面。凸起部78延伸高出负机架构件32的大部分外表面，因此使得负机架构件32的大部分外表面与正机架构件30的内表面38具有距离。此外，端子组件杆柱44的第三部段86进一步将正机架构件30与负机架构件32间隔开并且将正机架构件30与负机架构件32电绝缘。在至少一个实施例中，期望正机架构件30与负机架构件32之间(沿轴向)具有至少3mm的间隙从而减少构件30、32上侵蚀的可能性并且进一步使得构件30与32电绝缘。因此，凸起部78可大约为2.5-5mm高，端子组件杆柱44的第三部段86可大约为0.5-3mm高。当设计中使用更高的凸起部78时，可使用端子组件杆柱44的更短的第三部段86。如前所述，凸起部78是可选的。如果设计方案没有凸起部78，那么端子组件杆柱44的第三部段86可以是2.5-6mm。但是，期望更短的第三部段86以便减少形成第三部段86的塑料的蠕变。

现在参照图5，现在描述形成端子组件的杆柱44的方法。所述方法导致接合正机架构件的内表面和外表面二者的整体端子组件的杆柱44。所述方法始于步骤202，其中端子组件40初始形成为每个杆柱44仅具有两个部段，包括第一部段82(具有第一直径)和第二部段84的扩展形式(具有小于第一直径的第二直径)。在该步骤202期间，还形成正机架构件30，其包括被构造为接纳杆柱44的孔66。每个孔66具有的直径尺寸能够穿过杆柱44的第二部段84但阻挡杆柱44的第一部段82通过。

在步骤204中，杆柱44被插入正机架构件30中的孔66中。当杆柱44被插入孔66中时，第一部段82在台肩90处接合正机架构件30的外表面36，并且第二部段84延伸穿过正机架构件30中的孔66。因此，第二部段84的端部85延伸经过正机架构件30的内表面38，如图6所示。接下来在步骤206，第二部段84的端部85被热熔桩(heat staked)或变形。该变形导致形成端子组件的杆柱44的第三部段86，如图7所示。该第三部段86在杆柱44上设置有头部，该头部具有大于正机架构件30中的孔66直径的直径。当所有杆柱44用这样的方式被热熔桩时，端子组件40连接于正机架构件30，产生如图4所示的设备。

继续参照图5，在步骤208中，正机架构件30和端子组件40设备随后与提供了负机架构件32的交流发电机外壳的末端接合。接下来在步骤210中，螺栓48或其它紧固件贯穿端子组件中的通道80，导致螺栓的螺纹部分穿过杆柱44和正机架构件30中的孔66并且进入负机架构件32中的螺纹孔94。当螺栓被紧固时，正机架构件30和端子组件40在交流发电机10的末端上被固定到位到负机架构件32上。

带有组合的绝缘子和端子组件的电机的一个或多个实施例的上述详细说明此处已经仅仅经由示例呈现而非限定。此外，优点在于可获得此处描述的各个进步而不结合如上所述的其它方面。因此，所附权利要求的精神和范围不应该局限于此处包含的优选实施例的描述。

Claims (13)

1.一种制造用于交流发电机的电子封装的方法，所述方法包括：

将端子组件的杆柱从正机架构件的第一侧插入穿过所述正机架构件中的孔，使得将所述端子组件定位在所述正机架构件的第一侧上，并且所述杆柱的端部从所述正机架构件的与所述第一侧相反的第二侧延伸；

使延伸穿过所述正机架构件的所述第二侧上的孔的杆柱变形，使得所述端子组件接合所述正机架构件的所述第二侧，并且所述正机架构件被连接于所述端子组件，其中，使所述杆柱变形包括于所述杆柱的端部处形成头部，所述头部具有比所述正机架构件中的孔大的直径；以及

使接地构件与形成于所述杆柱的端部处的所述头部接合，使得所述头部使所述接地构件与所述正机架构件绝缘。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括通过模制电绝缘部分来形成所述端子组件，所述电绝缘部分中嵌入有多个电路径，所述电绝缘部分包括主体，所述杆柱从所述主体的一侧延伸。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述杆柱变形包括向所述杆柱的所述端部施加热量。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述头部包括背向所述正机架构件的基本平坦的表面。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括将紧固件穿过所述端子组件的所述杆柱插入到所述接地构件中，以便将所述端子组件和所述正机架构件紧固到所述接地构件。

6.一种制造用于电机的电子封装的方法，所述方法包括：

将端子组件的延伸构件从机架构件的第一侧插入穿过所述机架构件中的开口，使得将所述端子组件的主体定位在所述机架构件的第一侧上，并且将所述延伸构件定位在所述机架构件的与所述第一侧相反的第二侧上；

通过于所述延伸构件的端部处形成头部并使所述头部接合所述机架构件的第二侧，使所述延伸构件在所述机架构件的第二侧上变形，所述头部具有比所述机架构件中的所述开口大的直径；以及

使接地构件与形成于所述延伸构件的端部处的所述头部接合。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述方法还包括通过模制电绝缘部分来形成所述端子组件，所述电绝缘部分中嵌入有多个电路径，所述电绝缘部分包括主体，所述延伸构件从所述主体的一侧延伸。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，使所述延伸构件变形包括向所述延伸构件的端部施加热量。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述头部包括背向所述机架构件的基本平坦的表面。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述方法还包括将紧固件穿过所述端子组件的所述延伸构件插入到所述接地构件中，以便将所述端子组件和所述机架构件紧固到所述接地构件。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述机架构件是正机架构件。

12.一种制造用于电机的电子封装的方法，所述方法包括：

形成机架构件，所述机架构件上安装有多个二极管，所述机架构件包括第一表面、与所述第一表面相反的第二表面以及从所述第一表面穿过所述机架构件延伸到所述第二表面的至少一个开口；

形成整体式的端子组件，所述整体式的端子组件包括从绝缘部分延伸的延伸构件和延伸穿过所述绝缘部分的电迹线；

将所述端子组件的所述延伸构件从所述机架构件的第一侧插入穿过所述机架构件的所述开口，使得所述端子组件的绝缘部分被定位在所述机架构件的第一侧上，并且所述延伸构件被定位在所述机架构件的与所述第一侧相反的第二侧上；

使所述延伸构件在所述机架构件的第二侧上变形使得将所述机架构件连接于所述端子组件，其中，使所述延伸构件变形包括于所述延伸构件的端部处形成头部，所述头部具有比所述机架构件中的所述开口大的直径；以及

使接地构件与形成于所述延伸构件的端部处的所述头部接合。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述延伸构件是杆柱，并且使所述杆柱变形包括向所述杆柱的端部施加热量。

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