旋轉電機的定子的製作方法
2023-09-21 19:15:15
專利名稱：旋轉電機的定子的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有鐵芯的旋轉電機的定子，更具體地涉及繞制在凸極上的繞組的端接結構。
在普通的旋轉電機中應用導管型繞線機(nozzle-type)將串聯繞組結構繞制到凸極上。因為一個繞組的起端及終端必須連接到另外繞組的端部或外部電路上，已經出現了許多技術用於在用繞線機繞線操作的過程中末端接這些端部。圖27及28表示在旋轉電機定子上傳統地實現繞組端接的例子。
在圖27所示的例中，具有繞組的鐵芯組件是這樣準備的將多個端子43用在厚度方向穿過一個環狀保持件42的方式豎立起來，該保持件42組裝在鐵芯組件41的內表面上，利用繞線機交替地進行在凸極上繞制繞組的操作和將繞組44的端部纏在由鐵芯組件41的一側上伸出的端子部分43上的操作，並利用焊接將繞組44的端部牢固地固定到端子43上。當將這樣繞制的鐵芯組件安裝到電路板45上時，預先將軟焊料或類似物施加到電路板45的焊接區46上，從鐵芯組件41另一側伸出的端子43的部分與這個焊接區46對齊，然後在這個狀態下利用軟熔焊接使端子43與焊接區46形成電連接。
在圖28所示的例中，這樣地準備具有繞組的鐵芯組件將具有多個鉤件53的保持件52安裝到鐵芯組件51的內園周上，將繞組55繞制到凸極上並同時將導線掛在鉤件53上使導線伸延，並依次地將伸延在鉤件之間的導線粘結在一起。當將這樣繞有繞組的鐵芯組件安裝到電路板上時，伸延在鉤件之間的標號為54的某些導線被焊接到電路板57上的焊接區58上，在個別鉤件53之間伸延的導線56，在圖示例中也即在V相與W相之間的導線被切開並被除去。
根據圖27所示的旋轉電機的定子，端子從保持件上伸出來的布置方式使帶有繞組的鐵芯組件的尺寸增大，故妨礙了旋轉電機尺寸的減小。
其次，根據圖28所示的旋轉電機的定子，在鉤件之間延伸的導線在繞制後必須剝去外殼，以便能使這些導線焊接在一起，並且，此外這些伸延的導線懸浮在電路板上，故不能進行熔焊焊接。這就使得安裝程序難以實現自動化。
本發明的目的在於提供一種旋轉電機的定子，它不僅在繞制繞組及連接導線時不需要使用諸如端子一類的部件能有效地進行，而且能有效地組裝繞有繞組的鐵芯組件。
本發明的另一個目的在於提供一種旋轉電機的定子，它不使用諸如端子這樣的部件就可以繞制繞組及連接導線從而能減小其尺寸，並且利用減少繞製程序及連接程序之間的步驟數目及使焊接自動化開闢降低成本的路徑。
圖1根據本發明第一實施例的端接部分外形的放大透視圖;
圖2根據本發明第一實施例的在繞制繞組前的一個定子鐵芯的外形透視圖;
圖3繞有繞組的圖2所示定子鐵芯的鐵芯組件外形透視圖;
圖4(a)及(b)分別表示繞有繞組的鐵芯組件安裝到電路板上的狀態的局部放大側視圖;
圖5表示根據本發明第二實施例的端接部分的局部放大透視圖;
圖6圖5中所示端接部分的側視圖;
圖7至13依次為說明第一至第四實施例中繞制繞組程序步驟的透視圖;
圖14表示在上述繞製程序後形成的繞組連接的電路圖;
圖15表示應用上述繞有繞組的鐵芯組件的一個旋轉電機例子的正視剖面圖;
圖16表示本發明第三實施例的旋轉電機定子主要部分的正視圖;
圖17表示本發明第三實施例的旋轉電機定子所使用的鐵芯組件例子的透視圖;
圖18上述例中鐵芯組件繞有繞組時的透視圖;
圖19根據本發明第三實施例的端接部分的透視圖;
圖20表示一個繞組的端部固定到端接部分上的狀態的透視圖;
圖21與上述相同部件的平面視圖;
圖22表示將在端接部分的一繞組端部與作為導電件的導電板相連接的工序例的正視圖;
圖23表示將經由上述繞製程序的繞有繞組的鐵芯組件與電路板之間連接的分解透視圖;
圖24根據本發明第四實施例的鐵芯保持件主要部分的透視圖;
圖25表示一繞組端部插入到鐵芯保持件中狀態的主要部分的透視圖;
圖26與上述相同部分的正視圖;
圖27表示傳統的旋轉電機定子例的分解透視圖;及圖28表示傳統的旋轉電機定子另一例的分解透視圖。
作為本發明實施例的旋轉電機的定子，將參照附圖對其進行描述。首先將一種主軸電動機(spindle motor)作為本發明旋轉電機定子應用的一個例子。在圖15中，一個軸承保持架12安裝在鐵製的電路板11上，一個定子鐵芯13(以下還要詳述)用機械螺釘14安裝在軸承保持架12外園周上的環形部分12a上。標號15a表示接頭部分，而15b是一個焊接連接部分，它設置在電路板11上所設電路圖形與該接頭部分15a之間。標號15c表示一個預壓力彈簧。定子鐵芯13是由疊層鐵芯件構成的並且在疊片的表面塗有一層絕緣塗層，它還具有一個鐵芯保持件131，該保持件131是由一種絕緣樹脂作成的環件，如圖2及3所示它被組裝在其中心位置上。由定子鐵芯13的中心沿徑向伸出多個凸極132(在圖15的例中為18個)。每三個相鄰的凸極132組成一組，總共為6個組，即第一到第六組201，202……206，如圖3中所示。三相繞組15利用以下所描述的方法繞制。
在圖15中，在軸承保持架12中心的中空園柱部分中，一個轉軸17通過一對滾珠軸承16，16安裝在其中。一個盤狀的主軸轂18固定到轉軸17的輸出側上，從圖15觀察的話，該側是其上端側，而在轉軸17的下端側上利用機械螺釘21固定著一個板狀轉子殼19。一個環狀磁鐵22被設置在轉子殼19外園周折邊部分19a上，該磁鐵22的內園周面通過一氣隙與定子鐵芯13的外園周面相對置。
現在將詳細地描述用於上述主軸電動機的定子的構成與組裝程序。如圖1至4所示，固定在定子鐵芯13內園周上的鐵芯保持件131上在分別與第一及第六組凸極對應的部位處設有端接部分133，該端接部分133是沿徑向伸延開槽的。每個端接部分133用於安放與保持一個繞組15的起端及終端，如圖1中所示地，每個端接部分由一個設在徑向內園周處的連接部分133a;一個從連接部分133a徑向外延的槽溝133b，作為保持部分，用於保持住繞組的起端與終端;以及一個在槽溝133b最外端處構成的插入部分133c所組成。
連接部分133a具有其接受焊接材料的預定空間，並且其位置與用作端子部分的電路板焊接區部分(這在下面還要描述)相對應。該連接部分133a的深度設定為比繞組導線直徑大0.1至0.2毫米。作為保持部分的槽溝133b以一定的寬度徑向地相外伸延，其寬度與從外園周徑由插入部分133c插入的受錐度變形後的繞組導線直徑基本相同。槽溝133b的深度設定為比繞組導線的直徑大0.1至0.2毫米，以使得在連接部分133a的底面與槽溝133b中所保持的繞組導線之間不形成間隙或是形成的間隙小於繞組導線的直徑。被插入到端接部分133中的繞組導線是至少在與連接部分133a對應的部分上被剝去外殼的裸導線，而插進槽溝133b中的繞組導線既可是裸導線也可是帶外殼的導線。放置在連接部分133a內的繞組15的端部部分被切成預定的長度，插入到槽溝133b中的繞組導線利用衝壓機或類似物的壓力埋入到該保持部分中，關於這點後面還要談及。
現在來描述使用該種構造的鐵芯組件的每個凸板132上繞組15的設置程序。如圖7所示，從三個繞組導管31中抽出的三相繞組15的交叉點設在鐵芯13的中心處。該交叉點用夾鉗32保持住，以使得該三個繞組導管31被放置在鐵芯13上側的第一組位置上。然後，如圖8所示地，繞組導管31被向下拉到鐵芯13的下側，以使裸導線放置到鐵芯保持件131的端接部分133中的槽溝133b中。接著用衝壓機33下壓使端接部分133變形，這時導線被壓入並被牢固地固定在端接部分133中。圖21中打斜線的部分就是用衝壓機33形成變形的部分。
然後，如圖9所示，利用夾鉗32夾持及衝壓機33壓下保持定位將導線繞到第一組凸極132上以形成繞組15。在繞組繞完時，將一個切割器34降下在預定的位置上切割每個線組的起端，然後將衝壓機33及切割器34升起。重複使用同樣的操作來繞制第二至第五組的繞組。
如圖9所示，在每個繞組導管31的後方設置了一個外殼剝脫裝置35。將導線從圖中未示出的繞線機的線圈架上抽拉出並引向繞組導管31，並如圖14所示地，在第六組中的繞組的終端線頭與用於下一個鐵芯13的繞組的起端線頭利用剝殼裝置35剝去導線外殼，然後將繞組繞到第六組中的凸極132上。同時，從繞組的終端的線頭到另外繞組起端的線頭之間的殼皮可以同時地被剝去。
當用於第六組的繞組繞制操作完成時，如圖10所示，三個繞組導管31被停在鐵芯13上方，然後如圖11中所看到的順時針地轉動整個鐵芯，使其到達圖11中所示的狀態。然後將這三個導管31降低到鐵芯13的下側。相應地，用於三相的導線在徑向相交叉，如圖12所示。將裸導線放置到端接部分133中，這時將三個繞線導管31降低到鐵芯13的下側;並從圖12中所示狀態出發使端接部分133變形以牢固地固定導線，這時利用降低衝壓機33將導線壓入。接著，導線的交叉點利用降低夾鉗32被夾持住，並用降下切割器34(如圖13所示)以及使衝壓機33保持在降下的位置上使每根導線切成預定的長度。以上即為將繞組繞制到單個鐵芯組件上的程序。對於下一個鐵芯組件，利用重複進行從圖7至圖13的同樣操作，同時繞制三個極的繞組，則三相繞組15就自動地繞制到18個極的鐵芯上。
具有這樣繞制好的繞組的鐵芯組件被定位地置於電路板11上，如圖23所示。該電路板11具有焊接區部分11C，11U，11V，11W。焊接區部分11C是由三個焊接區部分電連接在一起形成的，它是被三相繞組15共用的。相應於帶有繞組的鐵芯組件第一組的端接部分133被定位成與電路板11上的焊接區部分11U，11V，11W相對應，而與第六組相應的端接部分133定位成與電路板11上的公共焊接區部分11C相對應。每個端接部分133中的導線被焊接到相對應的焊接區部分上。
這時，如圖4(a)所示地，對電路板11上的每個焊接區部分11U(V，W，C)使用軟焊料，並且焊接區部分與端接部分133彼此對齊，在將帶有繞組的鐵芯組件放到電路板11上以後，利用軟熔焊接使它們電連接在一起。圖4(b)表示圖4(a)的變型。在繞組15與撓性印刷電路板110之間放置了一個由磷銅或銅作的導電板133h。也可使用一個接線框架代替對撓性印刷電路板及導電板構型的確定。
在圖5及6所示的第二實施例中，在每個端接部分133徑向內園周上的連接部分133a是在軸向貫通的，並如圖6所示地，每個端接部分利用軟焊相似地連接到電路板11上的每個焊接區部分11U(V，W，C)上。在此情況下，可以利用軟焊烙鐵手工或自動地從帶有繞組的鐵芯組件上方將該鐵芯組件與電路板連接起來。
以下將描述本發明的第三實施例。如圖19所示，作為用於保持繞組15的起端及終端的保持部分的槽溝133b被形成在連接部分133f的底部，並且連接部分133f被彼此面對著凸出的隔件133g分隔成鐵芯保持件的內園周側與外園周側兩部分。此外，在鐵芯保持件131內園周附近的位置上自槽溝133b向鐵芯保持件131的厚度方向鑽有一個園孔133C。該鐵芯保持件是由耐熱樹脂或類似物作成的。
每個連接部分133f具有在其中容納焊接材料的空間，該空間被布置在與電路板上的焊接區相對應的位置上，正如以下將要談及的。該槽溝133b的深度被設定為比繞組15的直徑約大0.1至0.2毫米，並且設置得使固定在槽溝133b中繞組15的端部與連接部分133f底部之間的間隙小於繞組15的直徑。槽溝133b的寬度基本上與繞組15的直徑相同，並且該寬度從鐵芯保持件131的外園周開始向內變小形成錐形。繞組15的端部被剝去外殼成為裸線插入端接部分133的區域，而插入到端接部分133中的繞組15的端部被切割成預定長度，在鐵芯保持件131連接部分133f外園周部分的導線利用衝壓機或類似物的壓力被埋入到鐵芯保持件131中。作為導電件的導電板133h延伸越過在鐵芯保持件的連接部分133f的內園周處、插入到槽溝133b的繞組15的端部。該導電板133h不僅與繞組15的端部相連接，而且也被焊接到下文要描述的焊接區部分上。
在每個端接部分133中的導線用以下的方式被焊接到相應的焊接區部分上。如圖20及21中所示地，將導電板133h放置到具有繞組15端部的連接部分133f中，繞組15的該端部被保持在端接部分133的槽溝133b中，並被作為帶有整套繞組的鐵芯組件中導電件的導電板133h壓住。並如圖22所示，將單根電極38放置在導電板133h上，並將另一根電極38通過鐵芯保持件131上的園孔133C放置到繞組15的端部，以使得利用這對電極38，38從上、下夾著導電板133h及繞組15時電極對之間的通電及發熱，將導電板133h及繞組15的端部硬焊在一起。這個操作也稱作「熔焊」。相應地，導電板133h與繞組15的端部被形成電連接。
另一方面，將軟焊料預先施加到電路板11上的焊接區11C，11U，11V，11W上，如圖23所示，再將這些焊接區部分11C，11U，11V，11W與相應端接部分133對齊，由此將繞有繞組的鐵芯組件安裝到電路板上。將這樣準備的組件放置到軟熔焊爐(reflow furnace)中，在那裡軟焊料熔化將導線焊住。圖16表示在這個焊接工藝後端接部分133的狀態。預先施加在電路板11每個焊接區部分上的軟焊料36被熔化並將導電板133h與相應的焊接區部分焊接在一起。因為繞組15的端部已經用熔焊與導電板133h焊連在一起，因而，繞組15的端部經由導電板133h與焊接區部分連接起來。
根據上述的第三個實施例，不僅構成了用於在鐵芯保持件131中保持繞組15起端與終端的端接部分133，而且也使用了放置在布置到該端接部分133的繞組起端與終端上的導電板133h，並且使該導電板133h與電路板11上的焊接區部分11C，11U，11V，11W連接在一起。因此，該實施例能消除旋轉電機的厚度隨在傳統類型電機中使用的端子凸出部分成比例地加厚的問題，該端子的凸出部分是涉及將繞組焊到對應的焊接區部分時由鐵芯組件上凸出的端子。於是，本發明可以使得旋轉電機在結構上被製造得更薄些。此外，因為所有的工藝過程從將繞組15的起端和終端保持在端接部分中同時繞制凸極繞組的工藝步驟開始，經由將繞組15的端部連接到導電板133h的工藝步驟，及將導電板133h與電路板11的焊接區部分11C，11U，11V，11W相連接的工藝步驟，均能自動化地進行，這種自動化又使得製造成本下降。
在鐵芯保持件上形成的每個端接部分的形狀不一定受到根據第三實施例方案的限制，只要能作到保持繞組的端部，放置導電板及將導電板與相應的電路板上的焊接區部分相連接即可。圖24至26表示第四實施例。如圖24及25所示地，鐵芯保持件135的端接部分136具有在該保持件135的徑向上形成的作為保持部分的一個槽溝136a;利用削去與槽溝136a相鄰處保持件135的大部分內園周部分形成的一個連接部分136b;及從連接部分136b的底部136C向該保持件136的厚度方向鑽出的一個園孔136d。作為導電件的一個導電板放置在該連接部分的底部上，以及將繞組15的端部插入到槽溝136a中並將它保持在槽溝中。
對於具有圖24及25所示這種形狀的端接部分136，繞組15端部的保持基本上按照與第三實施例中相同的步驟。也就是，在將繞組15的終端插入到槽溝136a中後，利用衝壓機使端接部分136變形以使繞組15的端部被牢固地固定。然後，將一個電極放置到繞組15的端部上，而將另一電極穿過園孔136d放置到導電板137上，相應地，由此使電流流經兩電極之間，就利用熔焊使繞組15的端部與導電板137形成電連接。圖26表示繞組15的端部是怎樣與導電板連接起來的。接著，端接部分136被定位地放置到電路板上的預定焊接區部分上，並利用軟熔焊接將繞組15的端部及導電板137焊接到焊接區部分上。鐵芯保持件135相對圖26所示狀態是倒置地安裝在電路板上，以及將電路板上的焊接區部分與端接部分對齊，並用軟熔焊接法焊接。因此，不僅繞組15的端部被軟焊料包裹住，而且導電板137及焊接區部分也被軟熔焊料焊接在一起。
以上描述的第一至第四實施例中使用的是18極的三相鐵芯，但鐵芯的極數與相數可以任意選擇。
此外，將繞組15繞制到每個凸極上的工藝過程不受本發明第一至第四實施例的限制。本發明可以使用另外的工藝程序將繞組安裝到每個凸極上。
根據本發明，在繞制繞組時，在鐵芯保持件的端接部分中保持繞組端部，再利用焊接將所獲得的繞有繞組的鐵芯組件與端接部分電連接。因此，不僅是繞組及連接導線的操作而且安裝帶有繞組的鐵芯組件的操作能有效地實現，而不用涉及一些部件，例如傳統例子中使用的端子，這樣就不僅能提供更薄一些的旋轉電機，而且也提高了產量。
此外根據本發明，連接繞組起端及終端的導電件設置在鐵芯保持件上形成的每個端接部分上，並且這個導電件是與端部相焊接的。因此本發明能消除旋轉電機的厚度隨在傳統類型電機中涉及的端子凸出部分成比例地加厚的問題，在傳統類型的電機中繞組是通過由鐵芯組件凸出的端子的焊接使繞組連接到端子部分的，本發明能使旋轉電機製造得更薄一些。再者，由於本發明僅需要作到在將繞組的起端與終端保持在端接部分中的同時將繞組繞制到凸極上，及與這些起端與終端連接的導電件被連接到端子部分上，故不用說，從繞製程序到連接程序的所有程序均可自動化地進行，該連接程序涉及到繞組的端部連接端與焊接區部分及端接部分的連接，由此可使製造成本下降。
權利要求
1.一種旋轉電機的定子包括安裝在定子鐵芯上的一個絕緣鐵芯保持件；從所述的定子鐵芯徑向地伸出的多個凸極；纏繞在每個凸極上的一個繞組；用於保持所述繞組的起端和終端的保持裝置，所述保持裝置設在所述鐵芯保持件中；及用於將所述繞組的起端與終端焊接到待焊的端子部分上並在其中提供焊料的連接裝置，所述該連接裝置是在所述鐵芯保持件上與所述端子部分相應的位置上被構成的。
2.根據權利要求1的旋轉電機定子還包括一個導電件，它被插放在所述繞組的起端及終端與所述端子部分的中間，用於將所述繞組的起端及終端與所端子部分形成電連接。
3.根據權利要求1的旋轉電機的定子，其中所述保持裝置設有基本上與所述繞組直徑相同的寬度的一個保持部分，並且該保持部分構成為一槽溝，該槽溝的深度大於所述繞組的直徑。
4.根據權利要求1的旋轉電機定子，其中所述連接裝置設有一個連接部分，該連接部分的深度設定為大於所述繞組直徑的一個值。
5.根據權利要求1的旋轉電機定子，其中在相應於所述保持部分並與所述連接部分對立的一側上設有比所述繞組直徑寬的插入部分。
6.權利要求1的旋轉電機定子，其中所述端子部分是一個電路板上的焊接區部分。
7.根據權利要求1的旋轉電機定子，其中所述端子部分是一個導電板。
8.根據權利要求7的旋轉電機定子，其中導電件是板狀的。
9.根據權利要求7的旋轉電機定子，其中所述保持件設有一個隔離部分，用於將所述導電件定位到所述連接部分中。
10.根據權利要求1的旋轉電機定子，其中鐵芯保持件安裝在所述定子鐵芯的中心部分。
全文摘要
一種旋轉電機的定子包括安裝在定子鐵芯上的一個絕緣鐵芯保持件，從所述的定子鐵芯徑向伸出的多個凸極，纏繞在每個凸極上的繞組，用於保持所述繞組起端和終端的保持裝置，所述保持裝置設在所述鐵芯保持件中，及用於將所述繞組的起端與終端焊接到待焊的端子部分上並在其中提供焊料的連接裝置，所述連接裝置是在所述鐵芯保持件上與所述端子部分相應的位置上構成的。
文檔編號H02K15/00GK1067533SQ9210421
公開日1992年12月30日 申請日期1992年4月30日 優先權日1991年4月30日
發明者坂下廣志, 荒崎榮司 申請人:株式會社三協精機製作所