电枢及用于电枢的端部模块的制作方法
【专利摘要】本实用新型的一个实施例提供了一种电枢，其包括：铁芯；多根独立的插线，每根所述插线分别布置于所述铁芯的相应的凹槽内；至少一个端部模块，所述端部模块内设有多条电路，并且所述端部模块安装至所述铁芯的轴向端部上，以使相应的插线通过所述端部模块内相应的电路相互形成电连接从而构成相应的绕组。本实用新型还提供一种用于电枢的端部模块。
【专利说明】
电枢及用于电枢的端部模块
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种电枢，尤其是使用插线来形成绕组的电枢。本实用新型还涉及一种用于电枢的端部模块。
【背景技术】
[0002]电枢是在电机实现机械能与电能相互转换过程中起着关键和枢纽作用的部件。对于发电机来说，它是产生电动势的部件，如直流发电机中的转子或者交流发电机中的定子；对于电动机来说，它是产生电磁力的部件，如直流电动机中的转子。电枢分直流电枢和交流电枢两大类，它们分别用于直流电机和交流电机。
[0003]电枢主要包括电枢绕组和电枢铁芯(铁芯)。电枢绕组是感生电势、产生电磁转矩进行机电能量转换的部分。电枢铁芯既是主磁路的一部分又是电枢绕组的支撑部件，电枢绕组嵌置在电枢铁芯的槽内。换句话说，电枢是电机中装有绕组导线的部件，导线相对磁场运动，从而在发电机中的导线将产生感应电动势，而在电动机中的通电导线将在磁场中受安培力作用而发生转动。
[0004]常用的电枢铁芯一般都是用硅钢片制做的。硅钢是一种含硅(硅也称矽)的钢，其含娃量在0.8?4.8%。米用娃钢来制作电枢的铁芯是因为娃钢本身是一种导磁能力很强的磁性物质，在通电线圈中，它可以产生较大的磁感应强度，从而可以使电枢的体积缩小。另夕卜，为了减小用于交变电流的电枢的涡流损耗，电枢的铁芯通常使用彼此绝缘的硅钢片叠成，使涡流在狭长形的回路中，通过较小的截面，以增大涡流通路上的电阻。此外，电枢铁芯中一般设置有众多凹槽，用于布置导线形成绕组线圈。
[0005]电枢绕组由一定数目的电枢线圈按一定的规律连接组成，其是直流电机的电路部分，也是感生电动势、产生电磁转矩进行机电能量转换的部分。线圈用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，分上下两层嵌放在电枢铁芯的凹槽内，上下层线圈之间以及线圈与电枢铁芯之间都要妥善地绝缘，并用槽楔压紧。线圈也称为元件，每一元件的两个位于凹槽中能切割磁通感生电动势的有效边称为元件边，元件的位于凹槽外的部分不切割磁通，不感生电动势，称为端部。每个元件有两根引出线，一根为首端，一根为尾端。在现有技术中，构成电枢绕组的线圈可以是由一根连续的导线沿着铁芯缠绕而成，也可以通过先将多根独立的插线插入铁芯的凹槽中再将插线相互电连接而形成。
[0006]对于现有技术的电枢，技术人员一直希望能够在保持其功率和性能的条件使其具有尽可能小的尺寸，这样就可以做出尽可能小的电机，因为当前妨碍电机被设计成小尺寸化的一个主要障碍就是电枢的尺寸。为此，技术人员已经从电枢材料的选择、电枢结构的设计等等多个方面进行了多种尝试，并且已经取得了一定的成就。但是，很明显，整个电机领域还是希望电枢能够被设计得更小，尤其是随着当前新的技术需求的产生，小尺寸大功率的电枢或电机更是成为了迫切需要解决的技术问题。甚至可以说，一些行业的技术突破正是取决于能够提供足够小的电枢或电机，比如电动车行业的独立四驱技术，如果想要实现完美的独立四驱，用于驱动每个车轮的电机必须足够小才能良好地被安装至车轮上并提供足够的驱动力。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型的目的之一在于提供一种新型的电枢，其能够在提供相同功率的情况下具有更小的尺寸。
[0008]为解决上述解决问题，本实用新型的一个实施例提供的电枢包括:铁芯；多根独立的插线，每根所述插线分别布置于所述铁芯的相应的凹槽内；至少一个端部模块，所述端部模块内设有多条电路，并且所述端部模块安装至所述铁芯的轴向端部上，以使相应的插线通过所述端部模块内相应的电路相互形成电连接从而构成相应的绕组。
[0009]本实用新型的做出基于发明人对现有技术缺陷的独特认识。在现有技术中，为了将电枢中的独立插线相互连接起来构成线圈或绕组，需要通过人工将每一根插线的端部弯折排布好并将相应的插线焊接起来。可以明白，现有技术中的将插线相互连接起来的过程无法实现机械化或自动化，效率低下，并且废品率很高。更为不利的是，由于插线必须保持绝缘，所以插线的端部在弯折排布时其弯折的角度不能太大，否则很容易损坏插线的绝缘层。然而，太小的弯折角度会使得插线的端部在铁芯轴向上的尺寸过大，从而使得电枢的整体体积很大。本实用新型人认识到，在特定的条件下，对于电枢线圈而言，为了保持电枢的功率或者切割磁通量，插线的有效边不得减小，只能减小端部的尺寸。
[0010]为此，本实用新型创造性地在电枢中设置了端部模块，所述端部模块内设有多条电路，所述端部模块安装至所述铁芯的轴向端部上，以使相应的插线通过所述端部模块内相应的电路相互形成电连接从而构成相应的绕组。可以明白，该端部模块内的电路可以提供现有技术中的插线端部之间的电路，从而实现与现有技术相同的电路功能。尤其重要的是，由于端部模块是事先制作好的，其内部的电路可以通过现有技术中的各种成熟的技术来布置，比如集成电路技术，从而使得端部模块可以被制造成具有特别小的尺寸(铁芯轴向上)，这可以有效地减小电枢的尺寸。此外，由于可以通过现有技术中的各种成熟的技术在端部模块与插线之间形成电连接，比如自动焊接技术，无需对插线实施任何的弯折，所以可以有效提高生产效率和成品率。
[0011]优选地，所述端部模块具有一体化的结构，从而提供更为紧凑且可靠的结构。更进一步地，所述端部模块优选呈扁平状，以提供在铁芯轴向上的尽可能小的尺寸。
[0012]优选地，所述端部模块设置有多个焊盘，每个焊盘对应于相应的一根插线，每根插线通过相应的焊盘与相应的电路形成电连接。进一步地，所述焊盘优选通过焊接而连接至相应的插线。进一步地，所述焊盘优选包括焊接端和电路端，所述焊接端露出于所述端部模块的表面并通过焊接而与所述插线形成电连接，所述电路端在所述端部模块内部与相应的电路形成电连接。
[0013]优选地，所述端部模块还包括导热层，当端部模块安装至铁芯上时，所述导热层紧靠所述铁芯。
[0014]优选地，所述端部模块设有多个开孔，每根所述插线穿过相应的一个开孔。
[0015]优选地，所述插线大致呈直长条形。进一步地，所述至少一个端部模块优选包括第一端部模块和第二端部模块，该第一端部模块和第二端部模块分别安装在所述铁芯的两个轴向端部。
[0016]优选地，所述插线大致呈U形，并且包括两个直线段和一个弯曲段，其中所述直线段插入所述铁芯的相应的凹槽的内部，所述弯曲段位于所述凹槽的外部。更近一步地，所述至少一个端部模块优选为安装在所述铁芯的一个轴向端部上的一个端部模块。
[0017]根据本实用新型的一个实施例还提供一种用于电枢的端部模块，所述电枢包括:铁芯;多根独立的插线，每根所述插线分别布置于所述铁芯的相应的凹槽内；所述端部模块内设有多条电路，并且所述端部模块安装至所述铁芯的轴向端部上，以使相应的插线通过所述端部模块内相应的电路相互形成电连接从而构成相应的绕组。
[0018]优选地，所述端部模块具有一体的结构。更进一步地，所述端部模块优选呈扁平状。
[0019]优选地，所述端部模块设置有多个焊盘，每个焊盘对应于相应的一根插线，每根插线通过相应的焊盘与相应的电路形成电连接。更进一步地，所述焊盘优选通过焊接而连接至相应的插线。
[0020]优选地，所述焊盘包括焊接端和电路端，所述焊接端露出于所述端部模块的表面并通过焊接而与相应的插线形成电连接，所述电路端在所述端部模块内部与相应的电路形成电连接。
[0021]优选地，所述端部模块还包括导热层，当端部模块安装至铁芯上时，所述导热层紧靠所述铁芯。
[0022]优选地，所述端部模块设有多个开孔，每根所述插线穿过相应的一个开孔。
[0023]本实用新型的优点尤其在于可以有效地减小电枢的尺寸，并且可以有效提高生产效率和成品率。
[0024]本实用新型的其他特征及有益效果可以通过以下的详细描述及附图内容而变得清楚明白。
【附图说明】
[0025]以下将结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行详细的描述。
[0026]图1和图2示出了根据本实用新型的一个具体实施例的电枢的立体示意图，其中图1示出的电枢处于组装状态，而图2为该电枢的分解示意图。
[0027]图3和图4示出了图1所示电枢的铁芯，其中图3是铁芯的立体示意图，图4是该铁芯的俯视图。
[0028]图5和图6示出了图1的电枢中的插线的排布示意图，其中图5为插线排布的立体示意图，而图6为其俯视图。
[0029]图7和图8示出了图1的电枢中的绝缘纸的排布示意图，其中图5为绝缘纸排布的立体示意图，而图8为其俯视图。
[0030]图9和图10示出了图1的电枢的端部模块的示意图，其中图9为端部模块的立体示意图，图10为端部模块的俯视图。
[0031]图11示出了图9所示端部模块的轴向剖视图的放大示意图，其中的部分内容被省略以能清晰而简明地示出端部模块的内部构造，尤其示出了插线与端部模块内相应的电路之间的电连接关系。
[0032]图12示出了图9所示端部模块的一个径向剖视图。
[0033]图13a_13d示出了可用于图1所示电枢的多种例示的插线。
[0034]图14a_14e示出用于装配图1所示电枢的一种例示的方法。
[0035]图15示出了根据本实用新型的另一个实施例的电枢。
[0036]图16示出了根据本实用新型的又一个实施例的电枢。
【具体实施方式】
[0037]参见图1和图2，其示出了根据本实用新型的一个具体实施例的电枢60的立体示意图，其中图1示出了电枢60处于组装状态，而图2为该电枢60的分解示意图。从图中可以看出，该电枢60包括铁芯10，铁芯10的两个轴向端部各设置有一个端部模块30(30 ’)。图1所示的电枢60还包括众多插线20，这些插线20布置于铁芯10的凹槽11(图3)中并在两端分别穿过相应的端部模块30(30’)。这些插线20通过所述端部模块内的相应的电路相互电连接而构成完整的绕组，其中每个绕组均包括两根伸出端部模块较多的插线，该插线用作每个绕组的引出线。从图中可以看到，该电枢具有六根引出线，也就是说，图示的电枢具有三个绕组，每个绕组由多根插线通过两个端部模块内相应的电路相互电连接而构成线圈，其中每个绕组的具有两根引出线。从图2中还可以看出，每根插线20在铁芯10的凹槽中不是直接与铁芯接触的，还是被绝缘纸40包覆，这在下文中还将做进一步说明。
[0038]进一步参见图3和图4，其示出了图1所示电枢的铁芯10，其中图3是铁芯10的立体示意图，图4是该铁芯10的俯视图。该铁芯10由多个硅钢片叠合而成，每个硅钢片相互绝缘。每个硅钢片设置有多个凹槽11，用于布置插线20。铁芯10的材料也可以使用除硅钢片之外的其他合适的材料，比如:纯铁、软钢、无硅钢、铁镍合金、铁铝合金、非晶态合金、微晶合金等。本领域技术人员明白，不同的材料可以使得铁芯10具有不同的性能，进而可以根据电枢的具体使用环境而选择合适的材料来制作。
[0039]进一步参见图5和图6，其示出了图1所示电枢中的插线20的排布示意图，其中图5为插线20排布的立体示意图，而图6为其俯视图。从图中可以看出，这些插线20大致同轴地布置，并且插线20之间具有大致均匀的间距。但是，本领域技术人员可以明白，这些插线的排布也可以具有其他不同的构型。
[0040]进一步参见图7和图8，其示出了图1的电枢中的绝缘纸40的排布示意图，其中图5为绝缘纸40排布的立体示意图，而图6为其俯视图。如前文所述，每根插线被布置于铁芯的凹槽中，但是为了保证插线之间以及插线与铁芯之间的绝缘，每根插线均被绝缘纸40包扎。通常情况下，绝缘纸40由单张具有绝缘性质的薄片折叠成具有与插线20大致相同的横截面。绝缘纸40的材料以及折叠方法为本领域技术所公知。从图中可以看出，这些折叠好的绝缘纸40大致同轴地布置，并且绝缘纸40之间具有大致均匀的间距，这与插线20在铁芯10中的布置是一致的。同样地，本领域技术人员可以明白，这些绝缘纸40的排布与插线20对应地也可以具有其他不同的构型。
[0041 ]进一步参见图9和图10，其示出了图1所示的电枢60的端部模块30的示意图，其中图9为端部模块30的立体示意图，图10为端部模块30的俯视图。由于图1所示的端部模块30和端部模块30’虽然在具体的电路设计上具有差异，但是两者具有相同的原理和结构方案，所以本领域技术人员在明白其中一个端部模块的结构和原理后，也当然能够明白另一个端部模块的设计要求和具体内容。为此，为了简洁起见，仅仅介绍其中一个端部模块30。如图所示，端部模块30—体形成为大致呈扁平形的环状，其内径和外径与铁芯10大致一致。端部模块30上设置有众多沿轴向的开孔31，这些开孔31用于插线20从中穿过。各个开孔31的位置与插线20在铁芯10中的位置对应。每个开孔31均设置有一个焊盘32，该焊盘32用于与插线20通过焊头33(图11)形成电连接，从而进一步经由焊盘32与端部模块30内的电路34(图11)形成电连接，本文之后的内容将对此做进一步详细的描述。
[0042]进一步参见图11，其示出了图9所示端部模块30的轴向剖视图的放大示意图，其中的部分内容被省略以能清晰而简明地示出端部模块30的内部构造，尤其是插线20与端部模块内相应的电路34之间的电连接关系。如图所示，在端部模块30的轴向上，从上至下分别包括焊盘层、电路层、导热层35。焊盘层由多个独立的焊盘32组成，焊盘32由导电材料组成。如图所示，所述焊盘32包括焊接端36和电路端37，所述焊接端36露出于所述端部模块30的表面，以能在装配电枢时通过由焊接形成的焊头33而与所述插线20形成电连接，所述电路端37在所述端部模块30内部与相应的一个电路34形成电连接。图中仅仅示出了两个电路层，每个电路层包括多个独立的电路34，但是电路层的数量可以根据需要而不同，这取决于插线20之间的连接需要。各个层之间设置有绝缘层，绝缘层根据需要可以是绝缘胶，或者选择为绝缘纤维以在提供电绝缘的同时还能防止因为过热而导致绝缘的丧失。所述导热层35位于端部模块30的与焊盘32层相对的另一个表面，当端部模块30安装至铁芯10上时，所述导热层35紧靠所述铁芯10。
[0043]进一步参见图12，其示出了图9所示端部模块30的一个径向剖视图。从图中可以看出，端部模块30内布置有众多电路34，这些电路34分别与相应的焊盘32的电路端36电连接，从而当两根插线20分别与相应焊盘32的焊接端36通过焊头33形成电连接时，这两根插线20即通过端部模块30内的该电路34相互连接起来。由于所述电枢60的铁芯10的两端分别设置有一个端部模块，插线20的一个端部将通过该端部所对应的端部模块内相应的电路与其他的插线形成电连接，而该插线的另一个端部将通过对应的另一个端部模块内的相应的电路与另一根插线形成电连接，从而，多根插线可通过两个端部模块30和30’内的相应的电路依次连接起来，直至连接至用作引出线的两根较长的插线20(见图1)，从而构成一个完整的线圈(绕组)。端部模块30内部的电路34可以通过现有技术中的各种技术来布置，比如印刷电路或集成电路技术，从而使得端部模块30可以被制造成具有特别小的尺寸(铁芯10轴向上)，这可以有效地减小电枢60的尺寸。此外，由于可以通过现有技术中的各种成熟的技术使端部模块与插线形成电路连接，比如自动焊接技术，无需对插线实施任何的弯折，所以可以有效提高生产效率和成品率。
[0044]进一步参见图13a_13d，其示出了可用于图1所示电枢60的多种例示的插线20。如图所示，这些插线均大致呈直线，不同之处在于其端部的构型，其中图13a的插线具有鱼钩状端部，13b的插线具有双眼型端部，13c的插线具有Y型端部，13d的插线具有鱼眼型端部。这些端部构型可以用于插线的一个端部，也可以用于插线的两个端部，而且插线也可以选择为其他合适的端部构型以满足特定的需要，比如方便焊接等。此外，本领域技术人员将明白，插线具有各种合适的横截面，但是优选为具有方形横截面的扁插线。
[0045]接下来参见图14a_l4e，其示出用于装配图1所示电枢的一种例示的方法。图14a中，提供铁芯10;图14b中，在铁芯10的各个凹槽11中分布布置绝缘纸40;图14c中，将各根插线20分别插入对应的绝缘纸40内；图14d中，将一个端部模块30安装至铁芯10的一个端部，其中每根插线20分别插入端部模块30中对应的开孔31内，并且将插线20的对应端部与端部模块30上的对应的焊盘32的焊接端焊接；图14e中，将另一个端部模块30’安装至铁芯10的另一个端部，同样地，每根插线20分别插入端部模块30’中对应的开孔内，并且将插线20的对应端部与端部模块30 ’上对应的焊盘的焊接端焊接。每个端部模块的电路设置是根据所需形成的绕组进行设计的，并且本领域技术人员可以根据所述的绕组而设计相应的电路。可以明白，基于端部模块内的电路设置，相应的插线可通过所述端部模块内相应的电路相互形成电连接从而构成相应的绕组。可以通过现有技术中的各种成熟的技术将端部模块与插线形成电路连接，比如自动焊接技术。由于该方法无需对插线实施任何的弯折，所以可以有效提高生产效率和成品率。
[0046]图15示出了根据本实用新型的另一个实施例的电枢60ο如图所示，该电枢60与图1所示实施例类似，也具有铁芯10、布置于铁芯10凹槽中的插线20和端部模块30。其中，图15所示的电枢60中的铁芯10和端部模块30与图1所示的电枢具有相同的构型和功能。然而，图15所示电枢与图1所示电枢的主要区别在于，插线20为大致为U型，其包括两个直线段21和一个弯曲段22，其中每个直线段21被布置于一个所述凹槽内，弯曲段22位于凹槽外，相应地，该电枢只在所述铁芯10的一个轴向端部上安装有一个端部模块30。可以明白，由于该电枢所使用的是U型插线，插线仅仅需要在一个端部被相互连接起来就可以构成完整的线圈或绕组，所以该电枢只需在一个端部上设置一个端部模块就可以了。
[0047]图16不出了根据本发明的又一个实施例的电枢60。如图所不，该电枢60与图15所示实施例类似，也具有铁芯10、布置于铁芯10凹槽中的插线20和端部模块30。其中，图16所示的电枢中的铁芯和插线与图15中所示出的具有相同的构型和功能。然而，图16所示电枢与图15所示电枢的主要区别在于，插线20的端部之间并没有通过端部模块来相互连接，而是通过通常的比如扭头、焊接等方式在插线的端部相互连接起来。相反地，在铁芯10的一个端部上设置有一个端部模块30’，该端部模块30 ’仅仅用于将若干特定插线通过特定的电路连接起来，起到异型线(如星点线、过桥线等)的作用。
[0048]上文通过附图和优选实施例对本实用新型进行了详细展示和说明，然而本实用新型不限于这些实施例，本领域技术人员从中推导出来的其他方案也在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种电枢(60)，包括: 铁芯(10); 多根独立的插线(20)，每根所述插线(20)分别布置于所述铁芯(10)的相应的凹槽(11)内； 其特征在于，还包括: 至少一个端部模块(30，30’)，所述端部模块(30，30’)内设有多条电路(34)，并且所述端部模块(30，30’)安装至所述铁芯(10)的轴向端部上，以使相应的插线(20)通过所述端部模块(30，30 ’)内相应的电路(34)相互形成电连接从而构成相应的绕组。2.根据权利要求1所述的电枢，其特征在于，所述端部模块(30，30’)被设置成具有一体的结构。3.根据权利要求2所述的电枢，其特征在于，所述端部模块(30，30’)呈扁平状。4.根据权利要求1所述的电枢，其特征在于，所述端部模块(30，30’)设置有多个焊盘(32)，每个焊盘(32)对应于相应的一根插线(20)，每根插线(20)通过相应的焊盘(32)与相应的电路(34)形成电连接。5.根据权利要求4所述的电枢，其特征在于，所述焊盘(32)通过焊接而连接至相应的插线(20)。6.根据权利要求4所述的电枢，其特征在于，所述焊盘(32)包括焊接端(36)和电路端(37)，所述焊接端(36)露出于所述端部模块(30，30’)的表面并通过焊接而与所述插线(20)形成电连接，所述电路端(37)在所述端部模块(30，30 ’)内部与相应的电路(34)形成电连接。7.根据权利要求1所述的电枢，其特征在于，所述端部模块(30，30’)还包括导热层(35)，当端部模块(30，30’)安装至铁芯(10)上时，所述导热层(35)紧靠所述铁芯(10)。8.根据权利要求1所述的电枢，其特征在于，所述端部模块(30，30’)设有多个开孔(31)，每根所述插线(20)穿过相应的一个开孔(31)。9.根据权利要求1所述的电枢，其特征在于，所述插线(20)大致呈直长条形。10.根据权利要求9所述的电枢，其特征在于，所述至少一个端部模块(30，30’)包括第一端部模块(30)和第二端部模块(30’)，该第一端部模块(30)和第二端部模块(30’)分别安装在所述铁芯(1)的两个轴向端部。11.根据权利要求1所述的电枢，其特征在于，所述插线(20)大致呈U形，并包括两个直线段(21)和一个弯曲段(22)，其中所述直线段(21)插入所述铁芯(10)的相应的凹槽(11)的内部，所述弯曲段(22)位于所述凹槽(11)的外部。12.根据权利要求11所述的电枢，其特征在于，所述至少一个端部模块(30，30’)为安装在所述铁芯(1)的一个轴向端部上的一个端部模块(30 ’)。13.—种用于电枢(60)的端部模块(30,30’)，所述电枢(60)包括: 铁芯(10); 多根独立的插线(20)，每根所述插线(20)分别布置于所述铁芯(10)的相应的凹槽(11)内；其特征在于，所述端部模块(30，30’)内设有多条电路(34)，并且所述端部模块(30，30’)安装至所述铁芯(10)的轴向端部上，以使相应的插线(20)通过所述端部模块(30，30’)内相应的电路(34)相互形成电连接从而构成相应的绕组。14.根据权利要求13所述的端部模块，其特征在于，所述端部模块(30，30’)具有一体的结构。15.根据权利要求14所述的端部模块，其特征在于，所述端部模块(30，30’)呈扁平状。16.根据权利要求13所述的端部模块，其特征在于，所述端部模块(30，30’)设置有多个焊盘(32)，每个焊盘(32)对应于相应的一根插线(20)，每根插线(20)通过相应的焊盘(32)与相应的电路(34)形成电连接。17.根据权利要求16所述的端部模块，其特征在于，所述焊盘(32)通过焊接而连接至相应的插线(20)。18.根据权利要求16所述的端部模块，其特征在于，所述焊盘(32)包括焊接端(36)和电路端(37)，所述焊接端(36)露出于所述端部模块(30，30’)的表面并通过焊接而与相应的插线(20)形成电连接，所述电路端(37)在所述端部模块(30，30 ’)内部与相应的电路(34)形成电连接。19.根据权利要求13所述的端部模块，其特征在于，所述端部模块(30，30’)还包括导热层(35)，当端部模块(30，30’)安装至铁芯(10)上时，所述导热层(35)紧靠所述铁芯(10)。20.根据权利要求13所述的端部模块，其特征在于，所述端部模块(30，30’)设有多个开孔(31)，每根所述插线(20)穿过相应的一个开孔(31)。
【文档编号】H02K1/06GK205647047SQ201620387573
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】杨飞
【申请人】上海浦赛动力科技有限公司