專利名稱：成對導體端部的電連接及用于形成此連接的方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1的前序部分所述的用于形成成對導體端部的電連接的方法以及一種根據權利要求16前序部分所述的按照此方法形成的電連接。
背景技術：
由文獻EP 0881 752 Al已知，為了形成機動車輛的三相發電機的定子繞組，由多個單導體構成的定子繞組的彼此疊置的成對導體端部相互電連接。該連接在此處通過超聲波焊接、電弧焊、電阻焊接、釬焊等形成。然而，這種釬焊方法或焊接方法會在連接處的區域內或連接處周邊導致產生大量的熱，這可能對相鄰區域造成不利的損傷，特別是對導體的絕緣造成損傷。
發明內容
本發明的目的在于，通過盡可能被限制在連接處的短時放熱效應來形成成對導體端部的持久的電連接。這種電連接是通過權利要求1和16的區別特征來實現的。在具有權利要求17的區別特征的電機中得到一種應用。依此規定，在需連接的導體端部之間插入以下稱為納米箔的箔片，其由至少一層強放熱反應的化學材料構成。關于材料、材料特性及其用于將兩個部件彼此連接的應用的其它細節包含在文獻US 7, 354, 659 B2中。納米箔是用于在兩個工件之間形成持久連接的箔片。納米箔可以通過軟釬焊、硬釬焊或通過擴散焊接形成連接。納米箔的作用原理是以嵌入箔片中的化學材料的強放熱反應為基礎的。由此，能夠短時間內在工件或更確切地說納米箔的表面上達到對于釬焊或熔焊所需的很高的溫度。然而由于熱量僅存在很短的時間，所以工件不會被過度加熱。納米箔的一種已知的應用方式為例如在計算機中將散熱片與微處理器連接。在納米箔的所謂的點燃期間在極短的時間內產生的極高溫度在納米箔的區域內將需彼此連接的導體端部的材料熔融，從而導體端部通過相互壓緊而牢固地相互熔焊或者當在此處敷有釬焊材料時彼此釬焊。其優點在于，在熔焊過程中不會再在熔焊部位附近的區域內出現對于導體漆絕緣的損傷，這會使得修理或制造廢品大幅減少。通過在從屬權利要求中描述的方案可得到在權利要求1中給出的特征的其它有利的設計方案和改進方案。為了在需連接的導體端部上構造盡可能準確限定的、但對于最大電流強度足夠大的連接面，具有矩形橫截面的單導體的導體端部被豎立相疊且平行延伸地定位，并且在導體端部的相對置的窄邊之間插入納米箔。然而，不必強制地使單導體平行延伸地相疊定位， 由此導體也能夠以大于零的角度疊置，使得導體在連接處交叉并優選以連接處的邊界終結或略微突出連接處之外。用于在導體端部的連接處準確定位納米箔的一種有利的安裝輔助方法是，將多個納米箔以并排設置的成對導體端部相對于彼此的間距固定在帶狀支撐體上并共同插入需成對連接的導體端部之間。在導體端部的熔焊或釬焊之后，除去帶狀支撐體或支撐體材料的殘余。為了使支撐體材料遠離導體端部的電連接的接觸區域，有利地，納米箔固定在被構造為梳狀的帶狀支撐體的空隙上，優選地粘附在被構造為梳狀的帶狀支撐體的空隙上。在此處，空隙的寬度應被選擇為略微大于導體端部的寬度，納米箔的尺寸必須使得所述納米箔覆蓋空隙的邊緣。作為替代，本發明規定，納米箔以其前區段懸臂式地固定在帶狀支撐體的長邊上，優選粘附在帶狀支撐體的長邊上。還可能的是，將納米箔夾緊在相應構造的帶狀支撐體中。在本發明的另一設計方案中規定，多個納米箔以相對于彼此的間距通過由納米箔材料制成的連接片彼此連接，并且由此共同插入需成對連接的導體端部之間。在此解決方案中可以省去支撐體。此解決方案的另一優點在于，納米箔之間的連接片用于依次連續地點燃納米箔。為了相繼通過連接片自動點燃所有的焊接位置，僅須在一個焊接位置點燃一個納米箔。在此處，通過以梳狀交錯接合的方式從納米箔帶切出納米箔，能夠有利地無廢料地從帶狀納米箔帶制成具有連接著的連接片的納米箔。為了確保成對導體端部之間的持久電連接，需規定，在優選通過漆絕緣的單導體中，在導體端部的需彼此成對連接的窄邊的區域中，在納米箔的長度上優選地通過移除導體材料除去絕緣層。在此處，有利地，對導體材料的移除構成止擋，納米箔插入導體端部之間直至該止擋。在此處，僅在一個導體端部上或在兩個導體端部上移除導體材料，其中總共移除的導體材料的厚度小于納米箔的厚度，從而在導體端部相互壓緊時確保此時納米箔被夾緊在導體端部之間。為了在插入納米箔之后形成成對導體端部的電連接，導體端部有利地通過壓模被朝向彼此壓緊。隨后通過作用在納米箔上的壓力脈沖點燃納米箔。在此處， 在納米箔上的壓力脈沖有利地通過在成對導體端部的窄邊上、在納米箔的區域中模制的材料尖端產生。此外，為了可靠地點燃納米箔，還替代地提出，在成對導體端部之間、在端側伸出的頭部區域上通過熱脈沖，優選通過激光射線點燃納米箔。在電機中，特別是在用于對機動車輛供電的三相發電機中，實現了根據本發明的成對導體端部通過納米箔的電連接的一種有利應用，其中在電機定子的繞組端部上的電連接在周向上均勻分布地設置。在此處，所述定子繞組的單導體以多個層豎立相疊地插入定子疊片鐵心的槽中，并且在疊片鐵心的端側以其從槽中伸出的區段沿相反的周向方向側向地彎折。在所謂的多層定子繞組中，彼此平行對齊且相疊地設置有四個、六個或更多的需彼此成對電連接的導體端部。在這種布置中有利的是，所有相疊設置的導體端部同時通過壓模被壓在一起，隨后成對地通過插入所述導體端部之間的納米箔相互熔焊或釬焊。為了使納米箔的定位變得容易，規定，至少兩個帶狀支撐體以其并排設置的納米箔分布插入需成對連接的導體端部之間。在此處，帶狀支撐體必須首先以相對于連接處大于兩倍導體高度的間距彼此間隔地定位，隨后與納米箔一起沿軸向插入需成對連接的導體端部之間。
以下參照附圖示例性地說明本發明的細節。附圖中圖1示出了用于機動車輛的三相發電機，該三相發電機具有由成對的彼此疊置的多個單導體構成的定子繞組，圖2示出了定子的繞線方式以及在定子繞組的繞組端部上側向彎折的單導體，圖3示出了具有成對疊置且彼此平行對齊的導體端部的前繞組端部的局部立體圖，圖4a)至圖4e)示出了并排間隔的預先安裝在帶狀支撐體上的或通過連接片預安裝的納米箔，圖5示出了作為第一實施例的圖3的繞組端部的局部，以及預安裝的插在成對導體端部之間的納米箔，圖6a)至圖6d)示出了成對的導體端部的不同設計方案，圖7以橫向截面圖示出了多個并排且成對相疊豎立設置的導體端部，以及用于形成電連接的兩個壓模，圖8以橫向截面圖示出了四個豎立地相疊設置的導體端部，以及用于在兩個導體對上形成兩個電連接的兩個壓模，圖9示出了作為另一實施例的繞組端部的局部立體圖，以及根據圖8設置在四個相疊設置的導體端部之間的兩個預安裝的納米箔帶，以及圖10以橫向截面圖示出了根據圖7的通過納米箔形成的在兩個導體端部之間的電連接。
具體實施例方式圖1示出了直至中軸線的電機的縱向剖視圖，該電機起給機動車輛供電的三相發電機10的作用。該電機具有定子11，定子的環形定子疊片鐵心12在其沿軸向延伸的、沿內圓周均勻分布設置的槽中容納有三相定子繞組13。定子繞組13通過定子疊片鐵心12和工作氣隙14與爪極轉子15共同起作用，爪極轉子的轉子軸16支承在兩個軸承蓋17、18中， 所述軸承蓋17、18同時構成三相發電機10的殼體。轉子軸16在前部支承皮帶輪19，所述轉子軸借助該皮帶輪通過未示出的V形皮帶由車輛的內燃機驅動。轉子軸16在其后端部支承兩個滑環20，爪極轉子15的勵磁線圈21借助所述滑環通過碳刷被供給勵磁電流。在位于后部的軸承蓋18上還設置有整流器組件23和調節器24。整流器組件23在入口側裝有定子繞組13，并且在出口側裝有用于機動車輛整車電源的正極的接口 25。根據整車電源的電壓，通過調節器M調節勵磁線圈21中的勵磁電流。定子繞組13由具有矩形橫截面的多個單導體沈構成。單導體沈以兩層豎立地疊置在定子疊片鐵心12的槽中。根據圖2詳細示出的、在定子疊片鐵心12的端側伸出的單導體26的區段26a在此處分別構成繞組端部27a和27b。圖2示出了圖1的定子疊片鐵心12繞線的一部分以及定子繞組13的兩個繞組端部27a和27b。單導體沈被預成形為發夾狀，單導體沈以其一個邊插入定子疊片鐵心12 的一個槽的下層中并且以其另一個邊插入另一個槽的上層中，其中兩個槽彼此間隔一個所謂的繞組節距。單導體沈的在定子疊片鐵心12的端面上伸出的區段26a首先成對相疊地從定子疊片鐵心12的槽伸出，單導體沈從此處沿相反的周向方向被側向彎折。當各單導體沈在下繞組端部27b處分別通過彎折從上層過渡到下層時，單導體沈的導體端部26b在上繞組端部27a處沿軸向對齊，使得其成對豎立相疊地立著并且在此處彼此平行地延伸。圖3以放大的立體圖示出了上繞組端部27a以及定子疊片鐵心12的一個區段。在此處可見，從定子疊片鐵心12伸出的單導體沈的在槽的最外層中的區段^a向右彎折，相反，在內層中的各單導體沈的區段26a分別向左彎折。還可見的是，軸向對齊的導體端部26b成對地以間距a并排布置，其中各對導體端部豎立地疊置并在此處彼此平行地對齊。為了形成定子繞組，導體端部26b成對地相互電連接。為此，通過根據本發明的方法在需相互電連接的成對導體端部之間通過將在后面詳細說明的方式插入納米箔 (Nanofoil)并隨后將導體端部26b成對地相互壓緊。在如此夾緊的狀態下，在此時將納米箔點燃并由此將導體端部26b彼此熔焊或釬焊。圖4示出了不同的可能性方案，其中納米箔30以下述方式被預安裝即納米箔以彼此并排設置的成對導體端部彼此間的間距a固定在帶狀的支撐體31上，該支撐體由紙、 塑料或其它足夠穩定的材料制成。根據圖4a)，為此，帶狀的支撐體31a設有在下部開口的多個空隙32，如根據圖3 的分別相鄰的成對導體端部26b—樣，所述空隙彼此之間具有相同的間距a。在圖4a)的左側可見到梳狀構造的支撐體31a的空隙32。納米箔30在空隙32的區域中被固定在支撐體 31a上，優選粘附在支撐體31a上。在此處，空隙的寬度略微大于導體端部26b的寬度，以防止支撐體31a被一同夾緊在需彼此連接的導體端部26b之間。相反地，納米箔30的尺寸被構造成，使其覆蓋空隙32的邊緣，如在圖4a)中可見的。根據圖4b)，使用沒有空隙32的帶狀支撐體31b，其中納米箔30以其前區段30a懸臂式地粘附在帶狀支撐體31b的長邊上。 在此實施方式中納米箔30并非完全地，而是以除了其前區段30a之外的部分插入成對的導體端部26b之間，使得帶狀的支撐體31b不會被夾緊在導體端部26b之間。根據圖如)，納米箔30以相對于彼此的間距a分別通過由納米箔材料制成的連接片30b彼此連接，由此該連接部在此處為用于納米箔30的帶狀支撐體31。根據圖4d)，通過以梳狀交錯接合的方式從納米箔帶30c中切出納米箔30，能夠成對地形成具有圖4c)的連接片30b的納米箔30， 而不會從帶狀的納米箔帶30c中產生廢料。在這種解決方案中，納米箔30可以共同地完全插入需成對連接的導體端部26b之間。這種方案的特別有利之處在于，通過點燃一個納米箔30，其余的納米箔分別通過其連接片30b相繼自動地被點燃。在根據圖4e)的另一種實施方式中，納米箔30以與圖4a)或圖4b)相同的方式以間距a固定在帶狀支撐體31b的下邊緣上。然而，納米箔30在此處具有向上伸出的頭部30d。該頭部30d在將納米箔30插入成對的導體端部26b間之后伸出一定程度，使得納米箔30在此處可以通過熱脈沖，例如通過激光單獨地被點燃。圖5再次以立體圖示出了在圖3中示出的繞組端部27a，然而其中納米箔30以彼此并排設置的成對導體端部26b的間距a相對于彼此固定在帶狀支撐體31a上，并被共同地插入需成對連接的導體端部26b之間。納米箔30在此處分別設置在豎立地相疊設置的成對導體端部26b的相互對置的窄邊之間。為了點燃納米箔30并將成對的導體端部26b相互焊接在一起，需要以適當的方式對導體端部26b進行預處理。圖6示出了用于對成對的導體端部26b進行預處理的多種不同的替代方案。由于定子繞組13的單導體沈通常覆有絕緣漆33，根據圖6a)，在導體端部26b的需彼此成對連接的窄邊^c的區域中至少在納米箔30的插入長度b上除去絕緣漆33。按照根據圖6b)的實施方式，在位于導體端部26b上的窄邊^c的這個區域中在納米箔30的插入長度b上移除導體材料。由此，對導體材料的移除在導體端部^b的窄邊 26c上形成止擋34，納米箔30插入導體端部26b之間直至該止擋。然而，對于兩個導體端部，總共的導體材料移除量必須小于納米箔30的厚度。作為根據圖6b)的實施方式的代替，僅在兩個導體端部26b中的一個上設置止擋34而在對置的另一導體端部26b的窄邊 26c上僅除去絕緣漆33，這在必要時是足夠的。此外，根據圖6c)在導體端部^^的兩個窄邊26c上例如通過壓制模制有材料尖端35，通過該材料尖端有針對性地產生用于點燃納米箔30的壓力脈沖。在根據圖6d)的布置中，帶有根據圖4e)的向外伸出的頭部30d的納米箔30被插入到兩個根據圖6b)構造的導體端部26b之間。在此處可見，納米箔30的厚度比對在兩個導體端部^b的窄邊26c上導體材料的總的移除更大。與根據圖5的布置相應，圖7示出了在橫截面中成對地以間距a并排設置的多個導體端部^b。在位于上方的導體端部^b與位于下方的導體端部26b之間插入了帶有納米箔30的帶狀支撐體31a，其中納米箔30分別位于豎立相疊地設置的成對導體端部26b的相互對置的窄邊之間。在位于中間的兩個導體端部26b之上和之下分別設置一個壓模36。 兩個導體端部26b通過所述壓模36沿箭頭37的方向被壓在一起并由此將位于這兩個導體端部26b之間的納米箔30固定地夾緊。最后，納米箔30通過由壓模36產生的、作用在納米箔30上的壓力脈沖被點燃。隨著對納米箔30的點燃，在短時間內在整個納米箔30中產生熱脈沖，通過此熱脈沖兩個導體端部26b在它們的窄邊36c上彼此焊接在一起。代替此種方式，可以將導體端部26b彼此釬焊。然而，在這種情況下，必須首先相應地通過在導體端部^b的窄邊26c上敷設釬焊料來預先準備導體端部^b。代替根據圖4a)的帶狀的支撐體31a，納米箔30也可以按照圖4b)、圖4c)和圖如)的布置在預安裝狀態下插入需成對連接的導體端部26b之間。如果根據圖如)的納米箔30分別通過連接片30b彼此連接，則在點燃納米箔30中的一個或連接片30b之前，首先必須將所有需彼此連接的導體端部26b 相互壓緊以將納米箔30夾緊。此后，其余的納米箔30分別通過連接片30b相繼被自動點燃。在圖8中相疊地設置有四個導體端部^b，所述導體端部26b成對地相互平行地對齊。在需彼此成對連接的導體端部26b之間分別插入一個納米箔30，該納米箔30固定在根據圖4a)的帶狀支撐體31a上。在這四個豎立相疊地設置的導體端部26b之上和之下分別設置一個壓模36，這四個導體端部^b由此沿箭頭37的方向被相互壓緊。在此處，兩個納米箔30被夾緊在它們的成對的導體端部26b之間。這兩個納米箔30隨后通過由壓模 36產生的壓力脈沖被同時點燃，使得導體端部^b由此成對地彼此熔焊或釬焊。在圖9中示出了四個豎立疊置且需彼此成對連接的導體端部^b的應用，更確切的說示出了在立體示出的具有多層定子繞組13a的導體端部^b的繞組端部27c的一部分上的應用。在此處，根據圖4a)的具有彼此并排設置的納米箔30的兩個帶狀支撐體31a 被插入需成對連接的導體端部26b之間。在此處可見，與在圖8中相同，位于上方的導體對 26b與位于下方的導體對26b彼此間隔以避免線圈短接或相連接(Phasenschlilssen)，由此使得兩個帶狀支撐體31a彼此間具有大于導體端部^b的兩倍導體高度的間距C。在所有的導體端部26b通過納米箔30成對地彼此焊接之后，在另一步驟中除去帶狀支撐體31a或仍然存在的支撐體材料殘余。在最簡單的情況下，帶狀支撐體31a能夠通過刷洗繞組端部已經被完全除去。最后，在圖10中以橫截面圖示出了兩個彼此疊置的導體端部^b的電連接，其中兩個豎立疊置且彼此平行對齊的導體端部26b通過根據圖7布置方式的、設置在導體端部 26b之間并被點燃的納米箔30相互焊接在一起。因此，只要其繞組由單導體沈構成，其導體端部26a成對地彼此熔焊或釬焊，就能夠以相應的方式在三相發電機10的繞組端部27c 處或在其它電機中也形成這種導體端部26b。為了保護連接處，有利地，在將導體端部刷洗后通過滴濕(BetrSufeln )或浸漬覆上浸漬樹脂。 本發明不限于示出及描述的實施例，因為導體端部除了具有矩形橫截面之外，其橫截面可以同樣適于構造為正方形或多邊形的。然而，在此處重要的是，納米箔30扁平地被夾緊在導體端部之間并被點燃。還可能的是，成對的導體端部并非豎立地而是平面地相互疊置，其中有利地納米箔30的點燃因此可以通過根據圖6c的材料尖端或從外部通過激光射線等實現。在將單導體用在電機中時，與根據圖2的實施方式不同的是，也可以在電機的兩個繞組端部上成對地將導體端部彼此熔焊或釬焊。根據本發明的方法不僅可用在電機的繞組端部上，而且同樣可以用在變壓器和其它電子裝置或設備上，只要在那里導體端部成對地彼此電連接。
權利要求
1.一種用于形成由單導體06)構成的繞組(1 的、成對疊置且相互對齊的導體端部 (26b)的電連接的方法，所述單導體優選地具有矩形橫截面，在所述繞組中所述單導體以多個層相疊地設置優選在定子疊片鐵心(1 的槽中，并且在定子疊片鐵心的至少一個端面上沿相反的方向側向地彎折，其中多個成對的導體端部以間距(a)并排地設置，其特征在于，在需彼此成對電連接的所述導體端部( )之間插入納米箔(30)；此后所述導體端部 (26b)被朝向彼此壓緊以將所述納米箔(30)夾緊；隨后通過點燃所述納米箔(30)將所述導體端部相互熔焊或釬焊。
2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，所述納米箔(30)被插入豎立相疊地設置的成對的導體端部06b)的相對置的窄邊06c)之間。
3.按照權利要求1或2所述的方法，其特征在于，多個所述納米箔(30)以并排設置的成對的導體端部(26b)相對于彼此的間距(a)固定在帶狀的支撐體(31)上，并共同插入需成對連接的所述導體端部(26b)之間，以及在將所述導體端部( )熔焊或釬焊之后除去所述支撐體(31)或支撐材料。
4.按照權利要求3所述的方法，其特征在于，所述納米箔(30)固定在梳狀的支撐體 (31a)的空隙(32)上，優選地粘附在梳狀的支撐體(31a)的空隙(32)上，其中所述空隙 (32)的寬度被選擇為略大于所述導體端部( )的寬度，以及其中所述納米箔(30)的尺寸使得所述納米箔覆蓋所述空隙(32)的邊緣。
5.按照權利要求3所述的方法，其特征在于，所述納米箔(30)以其前區段(30a)懸臂式地固定在帶狀的所述支撐體(31a)的長邊上，優選粘附在帶狀的所述支撐體(31a)的長邊上。
6.按照權利要求2所述的方法，其特征在于，多個所述納米箔(30)以相對于彼此的間距(a)通過由納米箔材料制成的連接片(30b)彼此連接，并且被共同插入需成對連接的所述導體端部(26b)之間。
7.按照權利要求6所述的方法，其特征在于，所述納米箔(30)和連接片(30b)以梳狀交錯接合的方式從帶狀的納米箔條帶(30c)中被切出。
8.按照權利要求6或7所述的方法，其特征在于，通過點燃一個納米箔(30)，其余的所述納米箔(30)通過所述連接片(30b)相繼被自動點燃。
9.按照前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在優選地通過漆絕緣的單導體( )中，在所述導體端部( )的需彼此成對連接的窄邊06c)的區域中，至少在所述納米箔(30)的插入長度(b)上，優選地通過移除導體材料除去絕緣物(33)。
10.按照權利要求9所述的方法，其特征在于，在所述導體端部( )處對導體材料的移除構成止擋(34)，所述納米箔(30)被插入所述導體端部( )之間直至該止擋；以及在此處僅在一個所述導體端部06b)上移除的材料的厚度或在兩個所述導體端部06b)上總共移除的材料的厚度小于所述納米箔(30)的厚度。
11.按照前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，需彼此成對連接的所述導體端部( )在插入所述納米箔(30)之后通過壓模(36)被朝向彼此壓緊；以及所述納米箔 (30)隨后通過作用在該納米箔上的壓力脈沖被點燃。
12.按照權利要求11所述的方法，其特征在于，通過在所述納米箔的區域內在成對的所述導體端部(26b)的窄邊06c)上模制的材料尖端(35)，在所述納米箔(30)上產生所述壓力脈沖。
13.按照前述權利要求1至10中任一項所述的方法，其特征在于，所述納米箔(30)在位于成對的所述導體端部( )之間于端側伸出的頭部(30d)上通過熱脈沖，優選的通過激光射線被點燃。
14.按照前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，至少四個相互對齊的導體端部被相疊地設置，同時通過所述壓模(36)被朝向彼此壓緊并隨后成對地通過所述納米箔(30)相互熔焊或釬焊。
15.按照權利要求3所述的方法，其特征在于，至少兩個具有并排設置的納米箔(30)的帶狀的支撐體(31a)彼此間以大于兩倍導體高度的間距相間隔地分別插入需成對連接的所述導體端部(26b)之間。
16.一種由單導體構成的繞組(1 的、成對疊置且相互對齊的導體端部06b)的電連接，其中多個需成對連接的導體端部以間距(a)并排地設置，其特征在于，將疊置的所述導體端部( )按照如權利要求1所述的方法成對地通過設置在所述導體端部( )之間且被點燃的納米箔(30)相互熔焊或釬焊。
17.一種電機，特別是用于在機動車輛中供電的三相發電機(10)，其特征在于，按照如權利要求1所述的方法在所述電機的定子(11)的繞組端部(XT)上形成成對相疊地設置的導體端部( )之間的電連接。
全文摘要
本發明涉及一種由單導體構成的繞組的成對疊置的導體端部(26b)的電連接以及一種用于形成所述電連接的方法，其中多個成對的導體端部以間距(a)并排地設置。為了通過時間盡可能短且空間盡可能限定的加熱形成這種電連接，本發明規定，在需彼此成對電連接的導體端部(26b)之間插入一納米箔(30)，導體端部此后被朝向彼此壓緊以將納米箔(30)夾緊，最后通過點燃納米箔(30)將導體端部相互熔焊或釬焊。
文檔編號B23K26/20GK102362416SQ201080013706
公開日2012年2月22日 申請日期2010年2月10日 優先權日2009年3月25日
發明者G·沃爾夫 申請人:羅伯特·博世有限公司