CN112217307A - 电动马达的定子及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动马达的定子及其制造方法。对于电动马达的定子(1)，其具有带多个压制的定子极(3)的定子芯(2)、绝缘帽(4)、由绕组线材(5)构成的定子绕组(6)和带有多个绕组线材容纳部(8)的互连器件(7)。本发明的任务是示出一种电动马达的具有非常高的质量和精度的定子，从而能够实现大电流应用。此外，它应尽量在径向和轴向上节省结构空间并简单地构建。定子应能够与不同的绕组互连相组合，而无需进行较大的匹配，并且应灵活地能与其余马达和可能的电子装置设计相匹配。制造方法应能够灵活地与不同的线材直径相匹配。

Description

电动马达的定子及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种电动马达的定子(1)，该定子具有带多个压制的定子极(3)的定子芯(2)、绝缘帽(4)、由绕组线材(5)构成的定子绕组和具有多个绕组线材容纳部(8)的互连器件(7)。

背景技术

由EP 3 442 100 A1公知有具有互连单元的定子。该互连单元由具有绕组线材容纳部的三个不同成形和经折弯的冲压板材构成。由于不同的几何形状，为了制造它们需要多种冲压工具。折弯部附加地需要具有弯曲功能的工具。此外，这些折弯部需要较大的轴向结构空间。

发明内容

本发明的任务是示出一种电动马达的定子，其具有非常高的质量和精度，从而能够实现大电流应用。此外，它应尽量在径向和轴向上节省结构空间并简单地构建。定子应能够与不同的绕组互连相组合，而无需进行较大的匹配，并且应能灵活地与其余马达和可能的电子装置设计相匹配。制造方法应能够灵活地与不同的线材直径相匹配。

根据本发明，该任务通过权利要求1的特征来解决。由于绕组线材(5)被绕组线材容纳部(8)的材料所包围并且与该材料紧密地连接和焊上，因此线材横截面被保持并且通过绕组线材容纳部的进行包围的材料被牢固地机械固定。

本发明的改进方案在从属权利要求中示出。为了获得尽可能小的轴向结构，互连器件由接触板材件构成。

另外设置的是，绕组线材(5)在板材平面中被绕组线材容纳部(8)的材料全周长地包围，其中，绕组线材(5)在整个板材厚度上穿透板材平面。在此，绕组线材容纳部(8)不通过机械改形而是通过熔化过程来包围绕组线材(5)。

在多相的马达中，设置有多个扁平的板材，它们通过同样扁平的纸绝缘体彼此电绝缘。代替纸绝缘体地，互连器件的板材也可以经涂漆或用其他具有良好绝缘性能的扁平材料覆盖。

另外设置的是，每个互连器件(7)都设置有端子(9)。该端子可以简单对接地焊接到互连器件的板材平面上。激光焊接适用于此，这是因为可以对激光束进行非常精确地引导和配量。端子应具有柱体形的形状。由此，如在许多应用所要求那样可以实现明显更简单和更可靠的穿引密封部。在要求并不高的情况下，可以从板材材料也折弯出部分区域作为端子器件。

已经证明适宜的是，将互连器件装配在载体件上。由此能够形成紧凑且能容易校准的结构组件。该结构组件利用突起部或凹部与绝缘帽的形状相匹配。

在使用多个互连器件时，则这些互连器件可以相同或不同地构成。

适宜地，绕组线材(5)和互连器件(7)由相同的材料、尤其是铜构成。

本发明的任务还通过具有以下特征的方法来解决：

a)提供定子芯(2)、绝缘帽(4)、端帽(39)、绕组线材(5)、载体件(10)和互连器件(7)或具有集成的载体件和互连器件的互连单元、绕卷装置和激光焊接装置；

b)将绝缘帽(4)和端帽(39)分别装配在定子芯(2)的轴向的端部区域(11)上；

c)用绕组线材(5)缠绕定子(1)的定子极(3)，其中，绕组线材(5)在两个极之间利用径向的部分超出定子芯的直径地围绕悬臂(16)并且在形成导体回线(12)的情况下相对于后续所要缠绕的定子极(3)被角度错开地径向向内引导；

d)在通过悬臂(16)实现自由的可接近性且定位保持的情况下，对导体回线(12)的绕组线材区域(40)进行剥离；

e)位置正确地装配载体件(10)和互连器件(7)或具有集成的载体件和互连器件的互连单元，其中，绕组线材容纳部(8)的角度位置相应于向外或向内延伸的绕组线材的角度位置；

e)对导体回线(12)的绕组线材区域(40)进行剥离；

f)在借助载体件(10)的情况下将导体回线(12)径向向内弯曲，直到导体回线(12)的绕组线材区域(40)嵌入到互连器件(7)的由接触舌形件(24)界定的绕组线材容纳部(8)中；

g)在将导体回线(12)分开之前、之后或期间，借助激光束加热绕组线材容纳部(8)两侧的接触舌形件(24)，直到接触舌形件熔化并且使熔化物(37)与绕组线材(5)紧密连接并焊上；

h)同时或依次地对一个或多个悬臂(16)或者用于暂时支持导体回线(12)的辅助器件进行事先或随后的去除；

i)装配另外的结构元件或结构组件。

可以将一个或多个互连器件(7)装配在载体件(10)上，其中，载体件(10)已经预先装配在绝缘帽(4)上。替选地，可以将一个或多个互连器件(7)与载体件(10)预装配成结构组件。载体件(10)是必需的，以便形成用于将导体回线(12)进行限定弯曲的弯曲棱边(38)。

在剥离绝缘漆时，优选让激光束在待剥离的绕组线材区域(40)上扫描。在此，要么使激光束偏转要么使定子相应地运动。

悬臂(16)被设置为绝缘帽(4)的一体式的组成部分，并且用于将处于张力下的导体回线(12)临时固定。该固定是必需的，以便确保之后方法步骤具有足够的流程可靠性。

根据本发明的重要特征，尤其是让夹紧舌形件(24)被激光束加热，由此使这些夹紧舌形件局部熔化。然而，绕组线材5也被激光束加热，但是强度较低。由此不存在因焊接造成的横截面损失的风险。在焊接过程之后，将最初径向敞开的绕组线材容纳部(8)闭合，并且让绕组线材(5)被熔化物包围，该熔化物是从接触舌形件(24)的材料获得的。焊接时，激光束交替地偏转到两个接触舌形件(24)片上，并且也短暂地偏转到绕组线材(5)上。由此，使得所要熔化的区域被均匀地加热。这导致焊接连接部的高质量。

通过径向向外铺设导线区段，可以在缠绕定子之后容易地放入互连器件而无需费力地穿线。绝缘帽中的凹槽防止了待焊上的绕组线材的区段出现不利的位移。此外，载体件(10)可以通过相互协调的成形部或回缩部可靠地取向。

为了节省结构空间的目的值得推荐的是，在焊接后去除导体回线(12)。在使用脉冲激光时，也可以借助激光束去除导体回线(12)。替选地，导体回线(12)可以简单地用切割工具切除。

为了确保焊接连接部的高质量设置的是，在焊接过程期间将导体回线(12)径向向内以贴靠的方式保持到绕组线材容纳部(8)中。由此总是得到相同的条件，并且因此得到始终如一的高焊接质量。

互连器件(7)可以通过绝缘层彼此电绝缘。该绝缘层可以牢固地与互连器件(7)连接，或者可以松动地放置在两个互连器件(7)之间。在后一种情况下，必须提供附加的绝缘环，然后在装配第一互连器件(7)之后，将其交替地与另外的互连器件(7)堆叠。

对此替选地，也可以将载体件(10)和多个互连器件(7)预制成结构组件并作为结构组件进行装配。

为此，可以将载体件(10)和多个互连器件(7)作为放入件在注塑机中利用绝缘的塑料材料包封。如果各个互连器件在注塑模具中以较小的间距保持，则不需要附加的绝缘部。

然而，载体件(10)不必一定要预先制造并作为放入件与一个或多个互连器件(7)联接，而是在一个互连器件/多个互连器件(7)被包封时可以一起成形。

定子可以被实施为所有的互连类型。

本发明并不限于一件式的定子，而是包括极链(Polketten)或单极(Einzelpole)。

附图说明

下面参考附图更详细地阐述本发明的实施例。其中：

图1示出定子在缠绕之后的空间图；

图2示出具有在互连过程之前的互连器件的定子的俯视图；

图3示出具有在互连过程之前的互连器件的定子的侧视图(两个视图)；

图4示出改形过程之后的定子的侧视图；

图5示出在焊接过程之后的定子的侧视图；

图6示出互连器件的侧视图和俯视图；

图7示出载体件的俯视图和侧视图；

图8示出载体件的仰视图；

图9示出具有绕组线材的载体件的剖视图；

图10示出具有分开的悬臂的在改形过程之后定子的侧视图；

图11示出具有分开的悬臂的在焊接过程之后定子的侧视图；

图12示出图10的俯视图；

图13示出图11的俯视图；

图14示出在焊接过程之前的导体回线的详细图示；并且

图15示出在焊接过程之后的导体回线的详细图示。

具体实施方式

图1示出了在用绕组线材5对多个定子极3进行缠绕以形成定子绕组6的定子线圈之后的电动马达的定子1的空间图，该定子具有定子芯2、绝缘帽4和端帽39。悬臂16从绝缘帽4倾斜向外延伸到悬臂的轴向且径向向外引导的导体回线12，导体回线表示定子绕组6的相邻线圈之间的线材连接部地摆放。绕组始端22围绕起始销18地铺设，并经由附加悬臂26引向定子极3。在将所有定子极3缠绕好之后，将绕组末端23围绕末端销19地铺设并切断。起始销18和末端销19与横向载体20、附加悬臂26和绝缘帽4是一体式的。还可以看到轴向突起的引导器件27，这些引导器件布置在定子极3的角度弧段中。这些引导器件在制造过程期间形成用于导体回线12的侧向的引导部。

图2示出了具有在互连过程之前的互连器件7的定子的俯视图，该定子具有定子芯2、绝缘帽4、载体件10和定子绕组的导体回线12。绝缘帽4具有引导器件27、悬臂16、横向载体20、起始销18和终止销19。引导器件27布置在定子极的角度区域中并且在装配载体件10期间对该载体件10进行引导，并且该载体件相对于定子极取向。载体件10具有中央的凹部28，该中央的凹部在外部由加固环29界定。加固环29界定回缩部21，互连器件7的保持舌形件17嵌入到这些回缩部中。由此，实现了位置正确地装配到载体件10上。每个互连器件7都与端子9连接，并且通过保持销13与载体件10连接。每个互连元件7都具有汇流环30，该汇流环设有用于保持销13或端子9的凹入部15。互连器件7分别具有三对径向向外延伸的叉状的接触舌形件24，这些接触舌形件作为接触叉形件以向外敞开的绕组线材容纳部8结束。还示出了附加悬臂26、绕组线材5、绕组线材区域40、绕组始端22和绕组末端。

图3示出了缠绕好的定子1的两个侧视图，该定子具有互连器件7，互连器件具有径向并轴向向外引导的定子绕组6的导体回线12。导体回线12放置在悬臂16上，这些悬臂与绝缘帽4是一体式的。定子绕组的绕组始端22围绕起始销18绕卷数圈。定子绕组的绕组线材4从起始销18分别围绕一个定子极(不可见)随后围绕悬臂16并围绕另外的定子极等绕卷。绕组末端23围绕末端销19绕卷数次。起始销18和末端销19经由横向载体20与附加悬臂26成为一体。出于绕卷技术的原因，绕组始端22和绕组末端(见图2)在不同平面中与起始销18或末端销19连接。实施为简单的板材切片的三个互连器件7借助保持销13以绝缘的方式装配在载体件10上。保持销13与载体件10是一体式的。载体件10由电绝缘的材料构成并且借助注塑成型过程来制造。由载体件10和多个互连器件7构成的结构组件被装配在绝缘帽4上。绝缘帽4、载体件10和互连器件7具有形状锁合地(formschlüssig)交错嵌接的几何形状，通过这些几何形状，能够实现位置正确的布置，其中，互连器件7的叉状的接触舌形件24(见图2)与绕组线材走向和定子极的角度位置相对应。绝缘帽4装配在定子芯2的端部区域11上，该定子芯由经冲压的叠片组构成。定子芯2在其周长上具有夹紧舌形件25，借助夹紧舌形件，使得定子可以无间隙地卡在马达壳体中。定子绕组能经由端子9与印刷电路板连接。给每个互连器件7都配属有端子9。端子和互连器件7通过激光焊接彼此机械连接。此外，示出了与绝缘帽4一件式的引导器件27和端帽39。

图4示出了在改形过程之后的定子1的侧视图，其具有定子芯2、绝缘帽4、端帽39、互连器件7、导体回线12、悬臂16和端子9。导体回线12在改形过程之后被放入到互连器件7的绕组线材容纳部8中，绕组线材容纳部由叉形的接触舌形件24界定。悬臂16现在不再具有任何功能并且可以被去除。

图5示出了在焊接过程之后的定子1的侧视图，在该焊接过程中，接触舌形件24(见图4)已经被激光束加热并且使其熔化。各两个相邻的接触舌形件24的突出的材料在此闭合成环并且与绕组线材5连接起来。在焊接之前，将绕组线材5的绝缘漆去除。剥离可以机械地或通过激光束进行。

图6示出了互连器件7的侧视图和俯视图。如可以清楚地看到地，互连器件7仅由扁平的板材切片构成，而没有弯曲或压弯的部分。由此，可以以非常节省空间的方式将多个互连器件相继依次地装配。每个互连器件7都与端子9焊上。

互连器件7具有蜿蜒曲折的汇流环30、设有孔14的且向内指向的保持舌形件17、凹入部15和三个径向向外指向的接触舌形件24，这些接触舌形件具有绕组线材容纳部8。绕组线材容纳部8如下这样地设计，即，使得至少两个绕组线材可以容纳在其中。超出部在焊接过程中用作熔化物。接触舌形件经由V形的轮廓与汇流环30成一体。互连器件7由铜构成。汇流环30在其周长上很大程度地保持其横截面。在具有内部的凹入部15的位置上在外部地存在有相应的凸出部31。

图7示出了载体件10的俯视图和侧视图，其具有中央的凹部28、在外部界定该中央的凹部的加固环29、保持销13、回缩部21和径向向外敞开的空出部33，空出部用于容纳绝缘帽4的引导器件27(见图2)。空出部33之间的区域用作针对导体回线的间隔保持器36。与空出部33联接有弯曲棱边38，该弯曲棱边被用于在制造过程中支持用于导体回线的向回弯曲过程。

图8示出了载体件10的仰视图，该载体件具有中央的凹部28、径向的留空部33，弯曲棱边38和间隔保持器36。

图9示出了载体件10的截面图，该载体件装配在绝缘帽4和已被放入的绕组线材5上，绕组线材贴靠在载体件10的弯曲棱边38上。绝缘帽4具有引导器件27和引导轮廓35，引导轮廓用作绕组线材5的侧向支撑和引导。

图10示出了在导体回线12的弯曲过程之后的定子1。导体回线12被如下这样地引导穿过引导轮廓35，即，使得导体回线分别占据限定的位置。载体件10的间隔保持器36形成附加的引导部。各自的引导轮廓35和间隔保持器36彼此对应，并且它们的侧面通过要分别进行贴靠的部分延长。引导轮廓35以及间隔保持器36还用作针对要分别进行联接的部分的轴向止挡。最后，引导轮廓35的和间隔保持器36的侧面通过互连器件7的绕组线材容纳部8延长。以此方式，可以毫无问题地通过如下方式将导体回线12接合到绕组线材容纳部8中，即，将导体回线12从折弯的定位弯曲成与轴线平行的定位中。导体回线12被固定保持在该定位中，并且接触舌形件24通过激光束加热至熔点。在图10中，还示出了定子芯2、保持销13和端子9、绝缘帽24和端帽39。用于容纳导体回线12的悬臂16已经被去除。

该过程的结果在图11中示出。接触舌形件24的探伸超过被放入在绕组线材容纳部8中的绕组线材的区域被熔化。现在，熔化物37闭合了先前敞开的绕组线材容纳部，并且其自身围绕着绕组线材置放并与之形成紧密的材料锁合的连接。所产生的电连接部能用于高电流的应用。图11还示出了载体件10、保持销13、引导轮廓35、间隔保持器36、导体回线12、端子9、绝缘帽4和端帽39。

图12示出了图10的俯视图，其具有载体件10、绝缘帽4、互连器件7、保持销13、保持舌形件17、导体回线12、绕组导线材容纳部8、间隔保持器36、加固环29和径向突出的接触舌形件24。

图13示出了图11的俯视图，其具有载体件10、绝缘帽4、互连器件7、保持销13、保持舌形件17、导体回线12、间隔保持器36、加固环29和熔化物37，熔化物围绕着绕组线材置放。

图14示出了在焊接过程之前的导体回线12的详细图示，其具有载体件10、互连器件7、保持销13、保持舌形件17和绕组线材容纳部8。在该状态下，导体回线12的绕组线材区域40没有绝缘漆。借助激光束执行剥离。保持销13被热改形，以便保持互连器件7。还示出了接触舌形件24，该接触舌形件明显探伸超过导体回线12的被放入的绕组线材。由此，有足够的材料可以在熔化之后围绕绕组线材置放。

图15示出了在焊接过程之后的导体回线12的详细图示。绕组线材5和互连器件7由铜制成，并且因此可以被最佳地焊上。此外，示出了保持销13和保持舌形件17。随后，为了节省轴向方向上的结构空间，将导体回线去除，这可以机械地通过剪切或同样借助激光束来进行。在焊接过程中，激光束在两个接触舌形件片24上逐行引导，在此，绕组线材5也以配量方式被一起加热。

附图标记列表

1 定子

2 定子芯

3 定子极

4 绝缘帽

5 绕组线材

6 定子绕组

7 互连器件

8 绕组线材容纳部

9 端子

10 载体件

11 端部区域

12 导体回线

13 保持销

14 孔

15 凹入部

16 悬臂

17 保持舌形件

18 起始销

19 末端销

20 横向载体

21 回缩部

22 绕组始端

23 绕组末端

24 接触舌形件

25 夹紧舌形件

26 附加悬臂

27 引导器件

28 中央的凹部

29 加固环

30 汇流环

31 凸出部

32 容纳部

33 径向的空出部

34 轴向的空出部

35 引导轮廓

36 间隔保持器

37 熔化物

38 弯曲棱边

39 端帽

40 绕组线材区域

Claims (14)

1.电动马达的定子(1)，所述定子具有带多个压制的定子极(3)的定子芯(2)、绝缘帽(4)、由绕组线材(5)构成的定子绕组(6)和带有多个绕组线材容纳部(8)的互连器件(7)，其特征在于，所述绕组线材(5)被绕组线材容纳部(8)的材料包围，并且与所述绕组线材容纳部的材料紧密地连接并焊接。

2.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，所述互连器件(7)由接触板材件构成。

3.根据权利要求2所述的定子，其特征在于，所述绕组线材(5)在板材平面中被所述绕组线材容纳部(8)的材料全面地包围并焊上，其中，所述绕组线材(5)在整个板材厚度上穿透过所述板材平面。

4.根据权利要求1、2或3所述的定子，其特征在于，所述定子(1)多相地实施，并且为每个相都设置互连器件(7)，其中，所述互连器件(7)彼此电绝缘。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的定子，其特征在于，每个互连器件(7)都与端子(9)电地且机械地连接。

6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的定子，其特征在于，一个或多个互连器件(7)由载体件(10)保持。

7.根据权利要求6所述的定子，其特征在于，多个互连器件(7)彼此电绝缘地容纳且固定在载体件(10)上。

8.根据前述权利要求中至少一项所述的定子，其特征在于，存在多个相同地或不同地构造的互连器件(7)。

9.用于制造电动马达的定子的方法，所述定子具有带多个压制的定子极(3)的定子芯(2)、绝缘帽(4)、由绕组线材(5)构成的定子绕组(6)和带有多个绕组线材容纳部(8)的互连器件(7)，其特征在于具有以下处理步骤：

a)提供定子芯(2)、绝缘帽(4)、端帽(39)、绕组线材(5)、载体件(10)和互连器件(7)或具有集成的载体件和互连器件的互连单元、绕卷装置和激光焊接装置；

b)将所述绝缘帽(4)和所述端帽(39)分别装配在所述定子芯(2)的轴向的端部区域(11)上；

c)用所述绕组线材(5)缠绕定子(1)的定子极(3)，其中，所述绕组线材(5)在两个极之间利用径向的部分超出所述定子芯的直径地围绕悬臂(16)并且在形成导体回线(12)的情况下相对于后续所要缠绕的定子极(3)被角度错开地径向向内引导；

d)在通过所述悬臂(16)实现自由的可触及性且定位保持的情况下，去除所述导体回线(12)的绕组线材区域(40)的绝缘层；

e)位置正确地装配所述载体件(10)和所述互连器件(7)或所述具有集成的载体件和互连器件的互连单元，其中，所述绕组线材容纳部(8)的角度位置相应于向外或向内延伸的绕组线材的角度位置；

f)在借助载体件(10)的情况下将所述导体回线(12)径向向内弯曲，直到所述导体回线(12)的绕组线材区域(40)嵌入到所述互连器件(7)的由接触舌形件(24)界定的绕组线材容纳部(8)中；

g)在将所述导体回线(12)分开之前、之后或期间，借助激光束加热所述绕组线材容纳部(8)两侧的接触舌形件(24)，直到所述接触舌形件熔化并且使熔化物(37)与所述绕组线材(5)紧密连接并焊上；

h)同时或依次地对一个或多个悬臂(16)或者用于暂时支持所述导体回线(12)的辅助器件进行事先或随后的去除；

i)装配另外的结构元件或结构组件。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述导体回线(12)在焊接过程中被径向向内以贴靠方式保持到所述绕组线材容纳部(8)中。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，附加地提供绝缘环，其中，在装配第一互连器件(7)之后，交替地将所述绝缘环和另外的互连器件(7)彼此堆叠。

12.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述载体件(10)和多个互连器件(7)被预制为结构组件。

13.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述载体件(10)和多个互连器件(7)被包封以形成结构组件。

14.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，多个互连器件(7)被包封并且在此将所述载体件(10)成形。

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