专利名称：改进的分段定子电机的互连方法
技术领域：
本发明涉及电机，更具体地说，涉及改进的用于分段定子电机的相线的互连方法。
背景技术：
诸如发动机和发电机之类的电机通常包括安装在外壳内的定子和受支持以便相对该定子旋转的转子。有若干种传统方法用于将绕组线放置在非分段电机的定子齿上。转移成形绕组方法包括初始地缠绕线，然后将预缠绕的线转移到定子齿上。转移成形绕组会在定子齿的轴向端周围剩余多余的绕组线或回线。转移成形绕组通常可以利用大约60-65％的可用定子槽区域。
当使用转移成形绕组来互连电机的多个相时，与某一相的某一极性关联的齿的绕组线通常使用连续线来进行缠绕，然后转移到对应的定子齿上。结果，可以避免分别将各相线连接到绕组线带来的成本。
针成形绕组(needle winding)方法采用直接将线缠绕在定子齿上的针。但是，针会占用一些定子槽区域，这将非分段定子的槽填充降低到大约50％。当使用针成形绕组来互连电机的多个相时，与某一相的某一极性关联的齿的绕组线通常也使用连续线来进行缠绕，以消除将各相线连接到绕组线带来的成本。
为了改进槽填充以及电机的其他特性，某些制造商将定子分成多个定子段组件。每个定子段组件通常包括一个定子齿。通常单独地缠绕分段定子电机的各个定子段组件。例如，某些无刷永磁电机的定子段组件包括连接到分段定子铁芯的端帽组件。绕组线缠绕在端帽组件和定子铁芯上。某些开关磁阻电机也包括分段定子。
每个定子段组件的绕组线的相对端通常缠绕在与端帽组件一体的端子周围。当使用分段定子时，手工地互连定子段组件，以形成电机的第一、第二和第三相。这种方法具有相对较高的人工成本。
其他方法包括使用印刷电路板(PCB)或焊接框架(lead frame)来连接各端子或IDC。PCB和IDC都具有相对较高的成本。PCB还具有有限的散热，这会给具有较高电流级别的低压电机带来问题。焊接框架需要大量空间并需要诸如冲压或浇注之类的多步骤制造过程。
发明内容
根据本发明的连接分段定子电机的各相的方法包括提供定子铁芯。端帽组件与所述定子铁芯相邻。绕组线缠绕在所述端帽组件和所述定子铁芯周围以形成定子段组件。多个所述定子段组件被装配成定子。相线接合装置用于互连每个所述定子段组件的所述绕组线的相对端，以便形成所述定子的第一、第二和第三相。
在其他特征中，第一和第二端子被连接到所述定子段组件的所述端帽组件。所述绕组线的相对端被连接到所述第一和第二端子。使用所述相线接合装置将所述相线连接到所述定子段组件的所述第一和第二端子。
仍在其他特征中，单面绝缘压穿连接器(IDC)(insulationdisplacement connector)被连接到所述定子段组件的所述端帽组件。所述绕组线的相对端被连接到所述IDC。同样使用所述相线接合装置将所述相线连接到所述定子段组件的所述IDC。
仍在其他特征中，具有第一和第二面的双面绝缘压穿连接器(IDC)被连接到所述定子段组件的所述端帽组件。所述绕组线的相对端被连接到所述IDC的所述第一面。使用所述相线接合装置将所述相线连接到所述定子段组件的所述IDC的所述第二面。
仍在其他特征中，第一和第二钩形端子被连接到所述定子段组件的所述端帽组件。所述绕组线的相对端被连接到所述第一和第二钩形端子。使用所述相线接合装置将所述相线连接到所述定子段组件的所述第一和第二钩形端子。
仍在其他特征中，在连接所述相线时，相对于所述定子来调整所述相线接合装置的位置。可替代地，在连接所述相线时，相对于所述相线接合装置来调整所述定子的位置。
从以下提供的详细说明，本发明的其他应用领域将变得显而易见。应当理解，在指出本发明的优选实施例的同时，详细说明和特定实例只是出于示例目的并且并非旨在限制本发明的范围。
从详细说明和附图，可以更完整地理解本发明，这些附图是图1是示出了典型电机的分段定子、转子和外壳的部分截面视图；图2是省略了转子的组装后的分段定子电机的透视图；图3是用于使用相线接合机器将相线连接到各定子段组件的定子段组件端子的透视图；图4是包括使用相线接合机器将相线连接到各定子段组件的绕组线的定子段组件的透视图；图5A和5B示出了使用相线接合机器将相线连接到各定子段组件的定子段组件钩形端子；图6示出了使用相线接合机器将相线连接到各定子段组件的定子段组件的单面IDC；图7示出了可选择的使用相线接合机器将相线连接到各定子段组件的定子段组件的双面IDC；图8和9示出了典型的定子以及相线到绕组线的连接，以及；图10A、10B和10C示出了在接合相线期间定位相线接合装置和/或定子。
具体实施例方式
以下对(多个)优选实施例的说明本质上只是示范性的并且绝非旨在限定本发明及其应用或使用。为清晰起见，在附图中使用相同的标号来标识相似的元件。
现在参考图1，其中示出了典型的无刷永磁电机10。电机10包括外壳12和安装在外壳12中的分段定子14。转子16受支持以便相对于分段定子14旋转。虽然将结合无刷永磁电机对本发明进行描述，但是，本发明也可以用于诸如开关磁阻电机之类的其他类型的分段定子电机。有关分段定子开关磁阻电机的其他详细信息，请参见申请日为2001年3月12日的美国专利No.09/803,876“Segmented Stator Switched Reluctance Machine”(分段定子开关磁阻电机)以及申请日为2001年1月4日的美国专利No.09/754,537“End Cap Assembly for a Switched Reluctance ElectricMachine”(开关磁阻电机的端帽组件)，在此引入作为参考。
现在参考图2，分段定子14包括多个装配在外壳12中的定子段组件18-1、18-2…以及18-n(总称为18)。定子段组件18-1、18-2…以及18-n包括定子段铁芯20-1、20-2…以及20-n和端帽组件22-1、22-2…以及22-n。绕组线24-1、24-2…以及24-n缠绕在定子段铁芯20-1、20-2…以及20-n和端帽组件22-1、22-2…以及22-n周围。
定子段铁芯20包括实心铁芯或层叠的单个定子片。尽管定子片优选地具有在图1的30处标识的形状，但是可以使用其他形状。每个定子片30包括弓形外边缘部分32和齿形极部分34。外边缘部分32的外边沿表面36在形状上与外壳12的内壁面38相配合。外边缘部分32的内边沿表面通常为弓形，且大致与外边沿表面36同心。外边缘部分32可选地包括在一个边沿表面上形成的舌状凸出40和在其相对边沿表面上形成的凹口42。定子片的极部分34具有弓形内边沿表面44和一对周向延伸的凸出46。
每个端帽组件22都可以被单独造型，然后使用机械紧固件、粘合剂以及其他适合的紧固件将其连接到定子铁芯20。可选择地，可以层叠定子片30以形成第一定子铁芯20，并且端帽组件22可以被过压成型在定子铁芯20上。可选择地，可以将定子段组件的多个定子铁芯20插入夹具中，并同时过压成型多个端帽组件。对于本领域的技术人员而言，更多其他的定子段组件装配方法是显而易见的。
转子16包括圆形边缘部分54和多个沿边缘部分54连接的永磁体56。在转子16内形成圆孔58。转子轴(未示出)被容纳在转子16的圆孔58中。在示出的特定实施例中，转子16具有八个等距的永磁体56，并且分段定子14具有十二个等距的极部分。还构想了其他转子极和定子极组合。此外，永磁体56具有弓形外边沿表面62，该表面相对于定子片的极部分34上的弓形内边沿表面44限定了气隙63。端帽组件22可以采用IDC连接器，以便将相线连接到绕组线，如以下的详细描述。
现在参考图3，绕组线24被连接到和/或缠绕在位于定子段组件18上的端子70上。由相线接合机器将相线连接到和/或缠绕在端子70上。可以借助浸焊(dip solder)、微焰焊接(micro flame solder)、超声波焊接、电阻焊或其他任何适合的方法进行到端子70的电连接。
现在参考图4，各个定子段组件18上的绕组线24的端部72用作端子。相线被连接到和/或缠绕在绕组线24上。这种方法对于诸如低压直流电机之类的粗线设计尤为有用，这种电机的线尺寸所决定的刚性足以使其用作端子。相线可以具有与绕组线24的尺寸近似相同的尺寸。可选择地，相线可以包括多个线股，以便于缠绕、连接相线和/或为相线选定路线。
现在参考图5A和5B，借助钩形端子90进行到绕组线24的连接。钩形端子90用作绕组线24和相线的绕接端。钩形端子优选地以类似于电刷直流电枢的方式，使用电阻焊与绕组线24进行连接。此过程不需要剥离电磁线。钩形端子非常适合于无法使用绝缘压穿装置(IDC)的具有较粗线尺寸的电机。
在图6和图7中，使用单面和双面绝缘压穿装置(IDC)进行到定子段组件18的绕组线24的连接。在图6中，使用单面IDC 100。单面IDC 100与定子段组件18一体地成型或被连接到定子段组件18。绕组线24和相线102都被插入公共凹槽104，以便与单面IDC 100进行连接。
图7中示出了双面IDC 110。IDC 110的一面112被连接到绕组线24(在凹槽114中)。在定子段组件18被装配成定子14后，相线接合机器将相线102连接到IDC 110的另一面(在凹槽118中)。使用这些IDC方法，无需在绕组线阶段和相线缠绕阶段剥离线。
在图8和图9中，示出了典型的六极/九槽电机的相线102-1、102-2…以及102-6和绕组线24的连接。在图10A、10B和10C中，示出了各种定位相线接合装置130以及分段定子14的方法。在图10A中，相线接合装置130由接合装置定位器132来定位，定子14保持固定。在图10B中，相线接合装置130固定，定子14由定子定位器138来定位。在图10C中，相线接合装置130由接合装置定位器132来定位，定子14由定子定位器138来定位。
可以使用若干不同的方法来为相线102选定路线。可以围绕分段的背面为相线102选定路线。相线102可以穿过定子14的内部。可以借助齿形分段的孔上的保持功能来围绕中心孔为相线102选定路线。如果希望进行相间隔离，也可以提供用于分隔交叉相线的通道。
所述相线接合装置类似于用来缠绕单个定子段组件的绕线设备。在一个优选实施例中，所述相线接合装置是计算机数控(CNC)机器。缠绕线(并且如果需要则进行剥离)的机制类似于将线缠绕在所述端帽组件和所述定子铁芯上的过程。通过以可编程的方式移动针和/或定子，可以完成相线从引线到引线或从齿到齿的运动。
根据本发明的所述方法的产量相对较高。所述相线接合装置可以具有多个针和锭子。将相线连接到定子所需的时间对于大量生产而言足够低。与手工连接、PCB、焊接框架和其他传统解决方法相比，本发明显著降低了连接相线的成本。
本领域的技术人员从上述说明现在可以理解，可以以各种形式实现本发明的广泛教导。因此，虽然结合特定实例描述了本发明，但是本发明的真实范围不应被限定于此，因为在研究附图、说明书以及下面的权利要求书后，其他修改对于本领域的技术人员是显而易见的。
权利要求
1.一种连接分段定子电机的各相的方法，所述方法包括提供定子铁芯；将端帽组件连接到所述定子铁芯；将线缠绕在所述端帽组件和所述定子铁芯上以形成定子段组件；将多个所述定子段组件装配成定子；以及使用相线接合装置互连每个所述定子段组件的所述绕组线的相对端，以便形成所述定子的第一、第二和第三相。
2.根据权利要求1的方法，进一步包括将第一和第二端子连接到所述定子段组件的所述端帽组件；将所述绕组线的所述相对端连接到所述第一和第二端子；以及将所述相线连接到所述第一和第二端子。
3.根据权利要求1的方法，进一步包括将单面绝缘压穿连接器(IDC)连接到所述定子段组件的所述端帽组件；将所述绕组线的所述相对端连接到所述IDC；以及将所述相线连接到所述IDC。
4.根据权利要求1的方法，进一步包括将具有第一面和第二面的双面绝缘压穿连接器(IDC)连接到所述定子段组件的所述端帽组件；将所述绕组线的所述相对端连接到所述IDC的所述第一面；将所述相线连接到所述IDC的所述第二面。
5.根据权利要求1的方法，进一步包括将第一和第二钩形端子连接到所述定子段组件的所述端帽组件；将所述绕组线的所述相对端连接到所述第一和第二钩形端子；以及将所述相线连接到所述第一和第二钩形端子。
6.根据权利要求1的方法，进一步包括在连接所述相线时，相对于所述定子来调整所述相线接合装置的位置。
7.根据权利要求1的方法，进一步包括在连接所述相线时，相对于所述相线接合装置来调整所述定子的位置。
8.根据权利要求1的方法，进一步包括在连接所述相线时，调整所述定子和所述相线接合装置的位置。
9.根据权利要求1的方法，其中所述电机为无刷永磁电机。
10.根据权利要求1的方法，其中所述电机为开关磁阻电机。
11.一种连接分段定子电机的各相的方法，所述方法包括提供包括多个定子段组件的分段定子电机，其中所述定子段组件包括定子铁芯、端帽组件以及绕组线；以及使用相线接合机器互连每个所述定子段组件的所述绕组线的相对端，以便形成所述定子的第一、第二和第三相；将第一和第二端子连接到所述定子段组件的所述端帽组件；将所述绕组线的所述相对端连接到所述第一和第二端子；以及使用所述相线接合机器将所述相线连接到所述第一和第二端子。
12.根据权利要求11的方法，其中所述电机为无刷永磁电机。
13.根据权利要求11的方法，其中所述电机为开关磁阻电机。
14.一种连接分段定子电机的各相的方法，所述方法包括提供包括多个定子段组件的分段定子电机，其中所述定子段组件包括定子铁芯、端帽组件以及绕组线；使用相线接合机器互连每个所述定子段组件的所述绕组线的相对端，以便形成所述定子的第一、第二和第三相；将单面绝缘压穿连接器(IDC)连接到所述定子段组件的所述端帽组件；将所述绕组线的所述相对端连接到所述IDC；以及使用所述相线接合机器将所述相线连接到所述IDC。
15.根据权利要求14的方法，其中所述电机为无刷永磁电机。
16.根据权利要求14的方法，其中所述电机为开关磁阻电机。
17.一种连接分段定子电机的各相的方法，所述包括提供包括多个定子段组件的分段定子电机，其中所述定子段组件包括定子铁芯、端帽组件以及绕组线；使用相线接合机器互连每个所述定子段组件的所述绕组线的相对端，以便形成所述定子的第一、第二和第三相；将具有第一和第二面的双面绝缘压穿连接器(IDC)连接到所述定子段组件的所述端帽组件；将所述绕组线的所述相对端连接到所述IDC的所述第一面；以及使用所述相线接合机器将所述相线连接到所述IDC的所述第二面。
18.根据权利要求17的方法，其中所述电机为无刷永磁电机。
19.根据权利要求17的方法，其中所述电机为开关磁阻电机。
20.一种连接分段定子电机的各相的方法，所述方法包括提供包括多个定子段组件的分段定子电机，其中所述定子段组件包括定子铁芯、端帽组件以及绕组线；使用相线接合机器互连每个所述定子段组件的所述绕组线的相对端，以便形成所述定子的第一、第二和第三相；将第一和第二钩形端子连接到所述定子段组件的所述端帽组件；将所述绕组线的所述相对端连接到所述第一和第二钩形端子；以及使用所述相线接合机器将所述相线连接到所述第一和第二钩形端子。
21.根据权利要求20的方法，其中所述电机为无刷永磁电机。
22.根据权利要求20的方法，其中所述电机为开关磁阻电机。
全文摘要
一种连接分段定子电机的各相的方法包括提供定子铁芯。端帽组件被连接到所述定子铁芯。绕组线缠绕在所述端帽组件和所述定子铁芯上以形成定子段组件。多个所述定子段组件被装配成包括第一、第二和第三相的定子。相线接合机器用于连接每个所述定子段组件的所述绕组线的相对端，以便形成所述定子的第一、第二和第三相。可以使用端子、IDC、钩形端子将所述相线连接到所述定子段组件和/或将所述相线直接连接到所述绕组线。
文档编号H02K3/52GK1666401SQ03816150
公开日2005年9月7日 申请日期2003年7月8日 优先权日2002年7月11日
发明者R·E·哈茨弗里德, G·E·霍斯特, D·M·赫斯特, K·A·希兰 申请人:美国艾默生电气公司