CN114830472A - 用于旋转电机缠绕部件的电导体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于旋转电机缠绕部件的电导体(30)，包括由导电材料形成的主体(36)和由电绝缘材料形成的涂层(37)，所述涂层部分覆盖主体。导体由被称为主要部分(38)的第一部分、被称为中间部分(39)的第二部分和被称为剥离部分(40)的第三部分形成，在主要部分中主体(36)被涂层(38)覆盖，在中间部分中主体(36)覆盖有涂层的残留物，在剥离部分中主体(36)是裸露的，中间部分布置在主要部分和剥离部分之间。

Description

用于旋转电机缠绕部件的电导体

技术领域

本发明尤其涉及一种用于旋转电机的缠绕部件的电导体。

本发明特别有利地适用于旋转电机领域，例如交流发电机、起动机-交流发电机、甚至可逆电机或电动机。应该记得，可逆电机是旋转电机，其能够可逆地操作，一方面当用作交流发电机时作为发电机，另一方面作为电动机，例如用于起动机动车辆的内燃机。

背景技术

一种旋转电机包括能够绕轴线旋转的转子和固定的定子。在交流发电机模式下，当转子旋转时，它会在定子处感应出磁场，从而将其转化为电流，以便为车辆的用电设备供电并为蓄电池再充电。在电动机模式下，定子被供电并感应出驱动转子旋转的磁场，例如为了起动内燃机。

定子包括具有轭的主体，轭形成围绕穿过定子中心的轴线旋转对称的部件。该主体具有从轭朝向定子中心径向延伸的齿，并且电绕组围绕该齿定位。更特别地，这些齿在它们之间限定槽，电导体穿过这些槽形成定子的绕组。

绕组由多个电导体形成，这些电导体也称为导电引脚，它们部分地容纳在主体的槽中，并且通过它们的端部成对地电连接，以便形成连续的电路径，当电流流过齿时，该电路径沿着主体的齿产生磁场。换句话说，电导体成对连接，以便形成各种组件，并且每个组件可以特别地对应于电力供应相。

为了成对地连接电导体，通常使用焊接方法，尤其是激光焊接方法。该激光焊接步骤只有在电导体预先裸露的情况下才能进行。具体而言，每个电导体具有由导电材料形成的主体，该主体被也称为搪瓷的电绝缘涂层覆盖。在进行激光焊接步骤之前，必须局部去除该涂层。

有多种去除涂层的方法。例如，可以使用机械去除方法，例如通过刀片或研磨装置。这些机械方法具有长的循环时间，并且产生灰尘和/或大量的绝缘材料残留物，这可能在机器的操作过程中引起问题，并且可能不适用于小的导体横截面。

发明内容

本发明旨在通过提出一种用于裸露电导体的方法来避免现有技术的缺点，该方法是廉价的，适用于具有有限循环时间的过程，同时限制剩余绝缘涂层燃烧的风险或导体焊接在一起的故障风险，并且不会产生大量的灰尘和/或残留物。

为此，本发明的一个主题因此是一种用于旋转电机的缠绕部件的电导体，其具有由导电材料形成的主体和由电绝缘材料形成的涂层，所述涂层部分地覆盖主体。根据本发明，导体由以下部分形成：称为主要部分的第一部分，其中主体被涂层覆盖；称为中间部分的第二部分，其中主体被涂层的残留物覆盖；以及称为裸露部分的第三部分，其中主体是裸露的，中间部分布置在主要部分和裸露部分之间。“裸露”的意思是主体完全没有涂层。

在主要部分和裸露部分之间布置有中间部分使得可以在所述区域之间，特别是在涂层和将要进行焊接的位置之间产生分离。这使得可以不损坏主要部分的涂层，从而不产生电短路的风险。

紧邻裸露部分(其将随后被焊接)的导体的中间部分没有完全裸露不妨碍后续激光焊接步骤，该步骤仅在裸露部分上进行。因此，中间部分不会降低焊接过程的功效。此外，不完全裸露电导体端部的整个表面积使得可以优化裸露过程的循环时间，并且使用激光裸露方法使得可以限制灰尘的释放，灰尘的释放会损害机器的操作并干扰焊接步骤。

根据一实施例，裸露部分仅在所述导体的周边的一部分上延伸。这也使得可以通过仅提供对焊接真正有用的部分完全裸露来优化裸露过程的循环时间。

根据一实施例，裸露部分小于中间部分。这使得可以优化焊接激光将指向的裸露部分与包括涂层的主要部分之间的距离。

根据一实施例，中间部分延伸超过至少1mm的轴向高度。

根据一实施例，导体具有由主要部分和两个端部形成的中心部分，每个所述端部具有中间部分和裸露部分。

根据一实施例，电导体的主体由铜形成。

根据一实施例，涂层由有机材料形成。

根据一实施例，导体具有矩形横截面。在该实施例中，裸露部分仅在导体的三个侧面中的至少一些上延伸。换句话说，导体的一个侧面没有裸露部分。

根据一实施例，裸露部分形成导体的一部分的侧端。

根据一实施例，裸露部分是圆柱部分的形状。这种形状使得可以尽可能地最小化裸露区域，因此优化了过程的循环时间，同时消除了涂层。

根据一实施例，导体的轴向端面由裸露主体形成。

本发明的另一个主题是一种用于旋转电机的缠绕部件，其具有形成槽的主体和多个容纳在所述槽中的如前所述的电导体。缠绕部件可以有利地形成旋转电机的定子或转子。

本发明的另一个主题是一种具有如前所述的缠绕部件的旋转电机。旋转电机可以有利地形成交流发电机、起动机-交流发电机、可逆电机或电动机。

本发明的另一个主题是一种用于裸露至少一个如前所述的电导体的方法，包括：裸露中间部分和裸露部分的第一步骤，所述步骤用具有第一波长的第一激光束进行，以及仅裸露裸露部分的第二步骤，所述步骤用具有不同于所述第一波长的第二波长的第二激光束进行。

这种过程使得可以优化裸露导体的循环时间，同时限制灰尘的释放，灰尘的释放会损害机器的操作并干扰焊接步骤。

根据一实施例，第一波长大于第二波长。

根据一实施例，第一裸露步骤使用红外激光器、比如二氧化碳或氩激光器进行。

根据一实施例，第二裸露步骤使用YAG(钇铝石榴石)型激光器进行。

根据一实施例，导体具有矩形横截面，并且所述导体的一个面布置成相对于发射第一激光束或第二激光束的激光头形成20°至70°之间的角度。这使得由所述激光头发射的激光束能够到达导体的至少两个面。因此，在同一个裸露步骤中，在导体或激光头不移动的情况下，可以裸露导体的多个面。

根据一实施例，该过程还包括定向第一激光束或第二激光束的步骤，所述步骤通过定向装置执行，以便将相应的激光束朝向导体的相关部分定向。

根据一实施例，激光头配备有用于定向激光束的定向装置，使得激光束在同一裸露步骤中扫过导体的至少两个面。在该实施例中，激光头在扫描过程中保持静止。

根据一实施例，定向装置布置成将相应的激光束一个接一个地朝向多个电导体的相应部分定向。

根据一实施例，定向装置具有至少一个反射镜，其使得可以定向激光束。

根据一实施例，定向装置还具有至少一个望远镜，其使得可以修改激光束的焦距。这使得可以裸露布置在离激光头不同距离的多个导体。

根据一实施例，第一激光束由第一激光头发射，第二激光束由第二激光头发射。这也使得可以通过避免为了执行两个裸露步骤而必须改变激光头的设置来优化裸露导体的循环时间。

根据一实施例，定向装置布置在激光头和待裸露的导体之间。

附图说明

通过阅读以下对本发明的非限制性示例性实施方式的详细描述以及研究附图，可以更好地理解本发明。

图1示出了根据本发明一示例性实施方式的旋转电机的示意性局部剖视图。

图2示出了根据图1示例的定子的示意性局部透视图。

图3示出了根据本发明的示例性电导体的示意性局部透视图。

图4示出了焊接在一起的不同电导体的两端的示意性局部侧视图。

图5示出了图4的电导体的一部分的示意性局部侧视图。

图6示出了用于裸露过程的示例性设备的示意性局部透视图。

具体实施方式

从各幅图中，相同、相似或类似的元件保持相同的附图标记。还将注意到，不同的附图不一定是相同的比例。此外，下面描述的示例性实施例决不是限制性的。特别有可能设想本发明的变型，其仅包括下述特征的选择，与所述的其他特征相分离。

图1示出了特别用于机动车辆的示例性紧凑多相旋转电机10。该电机10在交流发电机模式下将机械能转换成电能，并且可以在电动机模式下操作，以便将电能转换成机械能。该旋转电机10例如是交流发电机、起动机-交流发电机、可逆电机或电动机。

在该示例中，电机10具有外壳11。在该外壳11内，它还具有轴13、与轴13一体旋转的转子12和围绕转子12的定子15。转子12的旋转运动是围绕轴线X进行的。在说明书的其余部分中，轴向方向对应于穿过轴13的中心的轴线X，而径向方向对应于与轴线X重合、特别是垂直的平面。对于径向方向，标签“内部”对应于朝向轴线定向或相对于第二元件更靠近轴线的元件，标签“外部”表示与轴线分离。

在该示例中，外壳11具有连接在一起的前端板16和后端板17。这些端板16、17在形式上是中空的，并且每个端板都在中心支承轴承，该轴承联接到相应的滚珠轴承18、19，用于轴13的旋转安装。此外，外壳11具有固定装置14，使得可以将旋转电机10安装在车辆中。

诸如滑轮或链轮的驱动构件20可以固定到轴13的前端。该构件使得可以将旋转运动传递到轴或轴可以传递其旋转运动。在说明书的其余部分，标签“前”/“后”指的是该构件。因此，前面是朝向构件方向定向的面，而后面是朝向与所述构件相反方向定向的面。

在这种情况下，前端板16和后端板17布置成形成用于诸如水或油的冷却剂流过的室。可替代地，端板可以具有用于冷却空气流通过的开口，该冷却空气流由至少一个风扇的旋转产生，该风扇与转子或轴一体旋转。

在该示例中，转子12由容纳形成磁极的永磁体的叠片堆形成。可替代地，转子可以是具有两个极轮和一个转子线圈的爪形转子。

在该示例性实施例中，在图2中更精确地示出的定子15具有由叠片堆形成的定子主体21，其设置有槽22，该槽22配备有用于安装电绕组24的槽绝缘体23。绕组穿过主体21的槽，并在定子主体的任一侧形成前绕组悬部25a和后绕组悬部25b。此外，绕组24由具有至少一个电导体30并且电连接到电子组件26的一个或多个相形成。

在这种情况下安装在外壳11上的电子组件26具有至少一个电子功率模块，使得可以控制绕组24的至少一相。功率模块形成桥式电压整流器和逆变器，以便将产生的AC电压转换成DC电压，反之亦然。可替代地，电子组件可以远离电机。

定子主体21由围绕轴线X的环形轭27和从轭沿定子中心方向径向延伸的多个齿28形成，特别是在这种情况下，从形成轭27内壁的侧面延伸。齿28均匀地成角度分布在环形主体的周边上，在它们之间形成连续的空间，以便限定在定子的环形主体的周边上连续延伸的槽22，每个槽由两个连续的齿限定。根据本示例，齿限定了沿着定子主体的圆周分布的48个槽，这些槽布置成形成用于电绕组24的支撑件。作为变型，可以使用不同数量的槽，例如96、84、72、60。应当理解，该数量尤其取决于电机的应用、定子的直径和转子的极数。

在轴向方向上，即平行于轴线X的方向上，槽22在定子主体21的第一轴向端面29a和第二轴向端面29b上开口。换句话说，槽轴向穿过主体，并通向定子的两个相对的轴向端面。术语“轴向端面”是指垂直或基本垂直于定子旋转轴X的面。

绕组24由多个电导体30形成，通常称为引脚，它们电连接在一起，以便形成形成绕组相的电路径。图3示出了示例性电导体30。以下描述是参考一个电导体给出的，但应该理解，这优选地适用于形成绕组24的所有电导体。

导体30由中心部分31和两个端部32形成，端部在中心部分的任一侧延伸。中心部分可以是部分地在槽22中延伸的基本直I形。可替代地，中心部分可以是U形，具有两个直部分，每个在相应槽22中部分地延伸。对于绕组24的同一相的不同导体，可以存在上述两种替代方案。

每个槽22具有多个径向对齐的中心部分31，形成不同的层，同一槽的中心部分属于不同的电导体30。每个中心部分31在定子主体21的任一侧沿两个相反的轴向方向突出。每个导体的端部32在任一侧延伸定子主体21外部的相应导体的中心部分。待连接在一起的导体的端部彼此相邻布置，例如在径向方向上。

如图4所示，属于不同导体的两端连接在一起。更具体地，导体30的每个端部32电连接到形成该相的其他导体之一的相应端部。两端之间的电连接特别是通过焊接实现的。因此，在两端32之间形成点焊33。点焊提供电导体30之间的电连接，以便形成绕组24。

在图4所示的示例中，电导体的每个端部32都具有减小导体横截面的倒角35。点焊33形成在端部32的不包括倒角的部分上。例如，每个点焊穿透在焊接步骤中形成的大致矩形的窗口34，在待焊接的两个导体30的倒角35之间延伸。

导体30具有由导电材料、比如铜制成的主体36。主体36至少部分被涂层37覆盖，涂层37由电绝缘材料制成，例如搪瓷或电绝缘有机材料。

图5示出了导体30的一部分，更具体地说是中心部分31的一部分，以及延伸所述中心部分的端部32。中心部分31形成导体的主要部分38，在该部分中，主体36被涂层37覆盖。端部32具有中间部分39和裸露部分40，在中间部分39中，主体36被来自涂层37的残留物覆盖，在裸露部分40中，主体36是裸露的。因此，在裸露部分40中，主体36没有被涂层37覆盖。因此，主要部分38的外表面是电绝缘的，而裸露部分40的外表面是导电的。多个导体30的主要部分38可以彼此接触，特别是在槽22中，而不会在绕组24中产生短路。

每个端部32沿着基本平行于电机10的轴线X的轴线延伸。主要部分38的总横截面积大于裸露部分40的总横截面积，所述横截面均取自相对于轴线的径向平面。

中间部分39可以布置在主要部分38和裸露部分40之间。更具体地，在这种情况下，中间部分39轴向插入主要部分38和裸露部分40之间。

裸露部分40可以形成导体30的一部分的侧端。优选地，第一导体30的裸露部分40、尤其是所述侧端与第二导体的裸露部分、尤其是侧端相对布置，这两个导体旨在彼此焊接。

裸露部分40的表面积小于中间部分39的表面积。

在这个示例中，裸露部分40仅在导体端部32的部分周边上延伸。例如，导体30在径向平面中的横截面包括对应于裸露部分40的部分和对应于中间部分39的部分。

在图4和5的示例中，端部32以周向方向的侧视图示出。

仍在该示例中，导体30在径向平面中具有大致矩形的横截面。因此，相对于轴线X沿圆周方向测量的裸露部分40的厚度小于同样沿圆周方向测量的主要部分38的厚度。类似地，相对于轴线X沿径向方向测量的裸露部分40的宽度小于同样沿径向方向测量的主要部分38的宽度。

在这个示例中，裸露部分40在导体30的三个侧面上延伸。换句话说，导体的一个侧面没有裸露部分，也就是说，所述侧面没有导体主体36裸露的部分。例如，裸露部分40是圆柱部分的形状。

应当理解，裸露部分的形状和尺寸取决于应用、主体36的材料和导体30的尺寸。

下面描述了用于生产导体30以及简单来说电绕组24的示例性过程。

在将导电段30安装在定子主体21的槽22中的步骤之后，进行裸露导体30的端部32的步骤。可替代地，该裸露步骤可以在将导体30插入定子主体21之后执行。

在这种情况下描述的示例中，第一步骤包括生产导电线圈。线圈由被绝缘涂层覆盖的导电材料制成的主体形成。

第二步骤包括在导电线圈中切割导体30。导电线圈由导电线的连续链形成，一旦被切割就会变得统一。由于该切割步骤，导体的轴向端面由裸露主体形成。导体30的侧面由涂层形成。

在可以执行焊接步骤之前，必须裸露导体30的端部，也就是说，从所述涂层去除电绝缘涂层以及残留物。具体地，如果焊接步骤不是在裸露的导电材料上进行的，则这会导致焊缝中的孔隙，这会削弱导体端部之间的电连接。

裸露步骤是激光裸露步骤。所述裸露步骤将在下面更详细地描述。在导体30的每一端重复裸露步骤。

导体然后被弯曲和/或插入定子主体21的槽22中。导体然后可被第二次折叠，以便将待焊接的导体的端部32成对地集合在一起。最后，所述相邻端部电连接在一起，以便产生电绕组24。相邻端部32之间的这种电连接是通过激光焊接产生的。更具体地，激光束在裸露部分40的轴向端面的方向上发射。仅由导电材料制成的主体形成的裸露部分40然后将熔化并与相邻导体的裸露部分混合，以便形成点焊33。

前述裸露步骤包括：裸露中间部分和裸露部分的第一步骤，随后是仅裸露裸露部分的第二步骤。

第一裸露步骤由第一激光束执行，该第一激光束特别是通过燃烧去除涂层37的一部分。第一裸露步骤大部分去除了涂层37，同时在主体36上留下一薄层涂层残留物。该层残留物主要由来自涂层37的灰尘形成。因此，在该第一裸露步骤之后，中间部分39和裸露部分的主体36被来自涂层37的残留物覆盖。

第一裸露步骤例如使用红外激光器、比如二氧化碳激光器或氩激光器进行。在这个示例中使用的激光束的波长在2.7微米和15微米之间，特别是4.3微米或9.4微米或者甚至10.6微米。

第二裸露步骤由第二激光束执行，该激光束从裸露部分40上的涂层37去除并清除薄层残留物。因此，裸露部分仅由主体36形成，并且不再具有涂层37或残留物。

第二裸露步骤例如使用YAG(钇铝石榴石)型激光器进行。在这个示例中使用的激光束的波长在60纳米和1070纳米之间，特别是在1030纳米和1060纳米之间。

应当理解，两个激光束的波长取决于应用和主体36的材料。

每个激光束45由相应的激光头41发射。

前面描述的裸露步骤可以在导体的面上进行，特别是在与发射相关激光束45的激光头41相对延伸的导体30的面上进行。

可替代地，为了改善裸露过程的循环时间，矩形横截面的导体可以布置成使得所述导体的面相对于发射与进行中的所述裸露步骤相关的激光束45的激光头41形成20°至70°之间的角度。该角度优选在40°和50°之间，特别是等于45°。激光头然后可以配备有定向装置44，用于定向激光束，使得激光束45在不移动导体或激光头的情况下，在同一裸露步骤中扫过导体30的两个面。

定向装置44具有至少一个反射镜43，使得可以在不移动激光头41的情况下将激光束45定向在正确的方向上，使得激光束可以到达同一导体30的多个面，特别是两个相邻的侧面。定向装置44也可以使用反射镜43布置成将相应的激光束一个接一个地朝向多个电导体的端部32定向。然后，在导体或激光头41不移动的情况下，可以在多个导体30上执行裸露步骤之一。优选地，导体30在这种情况下彼此平行布置。

定向装置44还可以具有至少一个望远镜42，使得可以改变激光头41和待裸露的导体30之间的距离，而这些元件中的一个不移动。优选地，望远镜42比反射镜43更靠近激光头41。优选地，各种导体彼此平行布置，以便能够通过限制定向装置44的运动来裸露所述导体。

本发明特别适用于交流发电机或可逆电机的定子领域，但也可以应用于任何类型的旋转电机。类似地，本发明可以应用于旋转电机的转子。

当然，前面的描述仅仅是作为示例给出的，并不限制本发明的范围，通过用任何其他等同物替换各种元件不会偏离本发明的范围。

Claims (10)

1.一种用于旋转电机的缠绕部件的电导体，具有由导电材料形成的主体(36)和由电绝缘材料形成的涂层(37)，所述涂层部分地覆盖所述主体；所述导体的特征在于，它由以下形成：

a.称为主要部分(38)的第一部分，其中所述主体(36)被所述涂层(37)覆盖，

b.称为中间部分(39)的第二部分，其中所述主体(36)被来自所述涂层的残留物覆盖，以及

c.称为裸露部分(40)的第三部分，其中所述主体(36)是裸露的，所述中间部分布置在所述主要部分和所述裸露部分之间。

2.如权利要求1所述的电导体，其特征在于，所述裸露部分(40)仅在所述导体(30)的周边的一部分上延伸。

3.如前述权利要求之一所述的电导体，其特征在于，所述裸露部分(40)小于所述中间部分(39)。

4.如前述权利要求之一所述的电导体，其特征在于，所述裸露部分(40)形成所述导体(30)的一部分的侧端。

5.如前述权利要求之一所述的电导体，其特征在于，所述电导体具有矩形横截面，并且所述裸露部分(40)仅在所述导体(30)的三个侧面中的至少一些侧面上延伸。

6.一种用于旋转电机的缠绕部件，具有形成槽(22)的主体(21)和容纳在所述槽中的多个如前述权利要求中任一项所述的电导体(30)。

7.一种旋转电机，包括如权利要求6所述的缠绕部件(15)。

8.一种用于裸露至少一个如权利要求1至5中任一项所述的电导体(30)的方法，包括：

a.裸露所述中间部分(39)和所述裸露部分(40)的第一步骤，所述步骤用具有第一波长的第一激光束执行，以及

b.仅裸露所述裸露部分(40)的第二步骤，所述步骤用具有不同于所述第一波长的第二波长的第二激光束执行。

9.如权利要求8所述的裸露方法，其特征在于，所述第一波长大于所述第二波长。

10.如权利要求8或9所述的裸露方法，其特征在于，所述导体(30)具有矩形横截面，并且所述导体的一个面布置成相对于发射所述第一激光束或所述第二激光束的激光头(41)形成20°至70°之间的角度。

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