专利名称：形成单层线圈的方法
技术领域：
本发明涉及一种在一次操作中形成包括基本上为矩形横截面的绝缘导体的单层线圈尤其是定子线圈的方法。所述线圈能够应用在大尺寸电机中。
背景技术：
在大尺寸电机中，使用两层线圈(也称作“菱形”或“拉伸菱形”线圈)是非常普遍的。然而，在具有较少数目的每极每相槽的大尺寸低速电机中，使用单层线圈(也称作“同心”线圈)更加便宜。图1示出了传统的单层线圈的例子。该线圈由一个或多个绝缘导体形成为完整的环并且具有多个匝。该线圈容纳在设置在定子表面中的槽中，并且包括容纳在槽中的轴向延伸直段13和从定子的端部突出的端部绕组14。图2示出了传统的双层和三层定子绕组。在这些定子绕组中，形成内侧一层或多层(即，最靠近定子的端部的一层或多层)的线圈的端部绕组从定子的轴弯曲达到90度从而它们能够穿过形成外侧一层或多层的线圈。形成最外侧层的线圈的端部绕组不需要穿过其它线圈并且能够基本上与定子的轴平行或者从定子轴弯曲达到90度。
如图2所示，这些线圈能够插入到定子16的内表面中的槽15中，并且能够以组的形式同心地布置。这些槽可以是开口槽或半开口槽。所述开口槽是这样的槽，其在定子和转子之间的电机的气隙处的槽开口的宽度基本上与容纳线圈的槽的部分的宽度相同。所述半开口槽是这样的槽，其在气隙处的槽开口的宽度小于容纳线圈的槽的部分的宽度并且该开口可以向一侧偏移。
线圈的轴向延伸直段之间的角度(一般称作线圈的“节距角度”)取决于容纳这些线圈的槽之间的距离(一般称作为线圈的“节距”)以及其中形成有这些槽的表面的半径。如下面更加详细描述的本发明的方法特别适于形成具有小的节距角度的单层线圈并且该线圈的节距远小于该线圈的轴向长度。然而，该方法还能够用于形成节距角度较大并且其节距远大于其轴向长度的线圈。
通常，在经常包括人工操作的多个阶段中形成单层线圈。因此，形成这些线圈不仅仅需要花费大量时间而且其成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种更加迅速、简单和便宜的方法，该方法是通过围绕设置在柱体上的第一和第二线圈形成构件缠绕导体来在一次过程中以一定长度的导体形成电机的单层线圈，所述柱体具有纵轴并且能够围绕基本上与所述柱体的所述纵轴平行的第一旋转轴以及基本上与所述柱体的所述纵轴成直角的第二旋转轴进行旋转。
所述柱体能够围绕所述第一旋转轴进行旋转以形成所述线圈的第一和第二端部绕组并且能够围绕所述第二旋转轴进行旋转以在所述端部绕组之间形成线圈的第一和第二基本为直的段。优选的是，围绕所述第一旋转轴将所述柱体进行旋转以形成所述线圈的第一和第二端部绕组的步骤以及围绕所述第二旋转轴将所述柱体进行旋转以在所述端部绕组之间形成线圈的第一和第二基本为直的段的步骤被执行预定次数，以形成具有多个匝的绕线线圈。
因此，所述方法特别是用来形成具有从定子轴弯曲的端部绕组的多层定子绕组的针对内侧层的单层线圈。在一次连续过程中通过最少的人工处理来形成所述线圈。
通过相应地调整所述柱体的尺寸和形状、所述第一和第二线圈形成构件以及所述形成设备的其它部分，所述方法能够用于形成任何特定类型的单层线圈。例如，该方法能够用于形成具有每组一个线圈或每组多个线圈的内侧层的单层线圈。所述方法特别适于具有小的节距角度并且其节距远小于其轴向长度的线圈。然而，所述方法也能够用于形成节距角度较大并且其节距远大于其轴向长度的线圈。
本发明还提供了一种通过围绕柱体缠绕导体来在一次过程中以一定长度的导体形成电机的单层线圈的方法，所述柱体具有纵轴并且能够围绕基本上与所述柱体的所述纵轴平行的第一旋转轴以及基本上与所述柱体的所述纵轴成直角的第二旋转轴进行旋转，所述柱体包括在与所述柱体的所述纵轴平行的方向上被分隔开的第一和第二线圈形成构件，所述方法包括形成所述绕线线圈的一匝的步骤，所述形成所述绕线线圈的一匝的步骤包括如下步骤通过在预定方向上将所述柱体围绕所述第一旋转轴旋转预定角度以围绕所述第一线圈形成构件的一个表面或多个表面将所述长度的导体进行弯曲，从而形成与所述第一线圈形成构件相邻的第一端部绕组；通过在预定方向上将所述柱体围绕所述第二旋转轴旋转预定角度以围绕所述第一线圈形成构件的表面将所述长度的导体进行弯曲，来在所述第一线圈形成构件和所述第二线圈形成构件之间形成第一基本为直的段，从而形成第一过渡弯曲；通过在预定方向上将所述柱体围绕所述第二旋转轴旋转预定角度以围绕所述第二线圈形成构件的表面将所述长度的导体进行弯曲，从而形成第二过渡弯曲；通过在与所述预定方向相反的方向上将所述柱体围绕所述第一旋转轴旋转预定角度以围绕所述第二线圈形成构件的一个表面或多个表面将所述长度的导体进行弯曲，从而形成与所述第二线圈形成构件相邻的第二端部绕组；通过在预定方向上将所述柱体围绕所述第二旋转轴旋转预定角度以围绕所述第二线圈形成构件的表面将所述长度的导体进行弯曲，来在所述第二线圈形成构件和所述第一线圈形成构件之间形成第二基本为直的段，从而形成第三过渡弯曲；以及通过在预定方向上将所述柱体围绕所述第二旋转轴旋转预定角度以围绕所述第一线圈形成构件的表面将所述长度的导体进行弯曲，从而形成第四过渡弯曲。
在每个情况下，所述过渡弯曲是当所述线圈插入到定子的槽中并且在从所述定子的端部突出的所述端部绕组和容纳在所述槽中的所述基本为直的段之间形成过渡时，与电机定子端部相邻的导体的弯曲。
优选的是，形成所述第一端部绕组、所述第一和第二过渡弯曲、所述第二端部绕组以及所述第三和第四过渡弯曲的步骤被执行预定次数，从而形成具有多个匝的绕线线圈，其中，每个接下来的匝紧接着覆盖在先前匝之上。
实际上，通过线圈引线的期望位置来确定所述方法的开始和结束步骤。这意味着所述方法可以例如以形成所述第四过渡弯曲的步骤开始，然后是形成所述第一端部绕组的步骤，最后以形成所述第三过渡弯曲的步骤结束。
对于从所述定子轴基本上弯曲90度的端部绕组，所述形成过渡弯曲优选地包括步骤在预定方向上将所述柱体围绕所述第二旋转轴旋转基本90度。能够分别通过在预定方向上和与所述预定方向相反的方向上将所述柱体围绕所述第一旋转轴旋转与所述线圈的期望节距角度对应的角度来形成第一和第二端部绕组。所有预定的旋转角度可以稍微大于期望线圈形状中的对应角度，从而补偿导体的弹性回弹。
对于从所述定子轴弯曲小于90度的端部绕组，所述形成过渡弯曲可包括步骤在所述预定方向上或在与所述预定方向相反的方向上或者在这两个方向上都将所述柱体围绕所述第二旋转轴旋转需要的角度。能够分别通过在预定方向上或与所述预定方向相反的方向上将所述柱体围绕所述第一旋转轴旋转与所述线圈的期望节距角度对应的角度来形成第一和第二端部绕组。还能够通过与围绕所述第一轴进行旋转相结合在所述预定方向上或在与所述预定方向相反的方向上或者在这两个方向上都将所述柱体围绕所述第二旋转轴进行旋转来形成第一和第二端部绕组。能够顺序或同时执行围绕所述第一旋转轴和所述第二旋转轴的旋转(即，首先是围绕所述第一旋转轴的预定角度的旋转，接着是围绕所述第二旋转轴的预定角度的旋转)。所有预定的旋转角度可以稍微大于期望线圈形状中的对应角度，从而补偿导体的弹性回弹。
在所述第一和第二端部绕组从所述定子轴基本上弯曲90度的通常情况下，能够通过重复地执行以下步骤来形成具有多个匝的绕线线圈，所述步骤为(i)在预定方向上将所述柱体围绕所述第一旋转轴旋转与所述线圈的期望节距角度对应的角度；(ii)在预定方向上将所述柱体围绕所述第二旋转轴基本上旋转180度；(iii)在与所述预定方向相反的方向上将所述柱体围绕所述第一旋转轴旋转与所述线圈的期望节距角度对应的角度；以及(iv)在预定方向上将所述柱体围绕所述第二旋转轴基本上旋转180度。重要的是注意用于形成过渡弯曲的围绕所述第二旋转轴的所述柱体的旋转始终是在相同方向上发生的，而在形成第一端部绕组期间围绕所述第一旋转轴的所述柱体的旋转在一个方向上发生，在形成第二端部绕组的期间却是在相反方向上发生。
将选择所述第一和第二线圈形成构件的尺寸和形状来产生所述第一和第二端部绕组的期望形状。
优选的是在拉紧状态下将一定长度的导体提供到柱体，这是因为这样会消除导致线圈变形的导体的任何残留弯曲。为了方便，一般情况是从旋转滚筒来将一定长度的导体提供到柱体。因此可以在所述滚筒和所述柱体之间设置拉紧装置来将一定长度的导体的拉紧保持在预定水平。
优选的是，沿着与所述第二旋转轴基本垂直的方向来提供一定长度的导体。当生成绕线线圈的匝时如果从不同方向来提供一定长度的导体，则会有也许不能够形成闭合层的风险，这会使得不能够生成线圈。
所述导体可以是矩形横截面的铜条或铜带。然而，还可以使用诸如铝的其它导电材料。所述导体可以包括导电材料的一根或多根并行绞线，并且可以通过诸如电机的额定电压和功率之类的多个参数来确定绞线的数目。可以通过任何传统方法来将导体进行绝缘。
图1是定子绕组的内侧层的传统单层线圈的透视图；图2是传统两层和三层定子绕组的透视图；
图3是用于执行根据本发明的形成过程的设备的示意图；图4到图12是示出了该形成过程中的各个步骤的示意图；以及图13是具有多个匝的绕线线圈的透视图。
具体实施例方式
对照图3，用于形成单层线圈的设备包括柱体6，该柱体6安装在轴承上以通过旋转激励器3围绕其纵轴进行旋转。能够使用任何适合的旋转激励器或电动机(电力、气动、液压等等)。柱体6能够如由双头箭头标示的“柱体旋转”所示在两个方向上旋转。旋转激励器3或电动机形成柱体6的支撑结构的一部分并且安装在转盘8上。将转盘8安装为围绕与柱体6的纵轴成直角的轴进行旋转。能够通过旋转激励器或电动机(未示出)来旋转转盘8。
该导体的匝围绕形成柱体6的一部分的一对被分隔开的线圈形成构件5和7进行缠绕。线圈形成构件5和7的尺寸和形状以及它们在平行于柱体6的纵轴的方向上的间隔取决于最终线圈的期望结构。例如，该线圈形成构件能够适于形成具有大节距的单层线圈，并且该间隔能够适于形成适合用于具有较少数目的极的定子的单层线圈，其中，与直段的轴向长度或端部绕组之间的轴向间隔相比，该直段之间的间隙是大的。在旋转步骤中，线圈固定器4能够用于将导体的覆盖匝固定在一定位置上。
在该形成过程中，从滚筒2提供导体并且导体保持在拉紧状态下。在导体具有两根或更多根并行绞线的情况下，能够对每根绞线提供单独的滚筒。设置一定长度的导体从而使得该导体提供在基本上与转盘8的纵轴垂直的方向上。当通过柱体6和转盘8的驱动旋转使得导体围绕线圈形成构件5和7进行缠绕时，滚筒2可以在如由单头箭头标示的“滚筒旋转”所示的一个方向上进行旋转。
将对照图4到图12来描述该形成过程。为了简化，描述的形成过程是所有的旋转或是90度或是180度的一个形成过程。可以容易地理解为能够根据最终线圈的期望结构来改变旋转的角度。此外，围绕柱体的纵轴进行旋转来形成线圈的端部绕组的角度可以稍微地增加，以容许导体的弹性回弹。
图4示出了通常开始位置，其中，导体固定到第一线圈形成构件(未示出)。尽管在图3到图12中柱体6具有方形横截面，但是可以容易地理解为根据最终线圈的期望结构该柱体可以具有任何其它适合的横截面。可以看出在形成过程中，一直以与转盘8的旋转轴基本垂直的方向从滚筒提供导体。
如图5所示，在第一方向上柱体6围绕其纵轴旋转与线圈的期望节距角度对应的角度。可以看出该旋转完成了线圈的第一基本U形端部绕组9的形成。
然后，在第一方向上转盘(未示出)围绕其旋转轴旋转90度以形成第一过渡弯曲。如图6所示，这次旋转围绕第一线圈形成构件(未示出)的边缘将导体弯曲，以形成容纳在定子的槽中的线圈的第一直段10。在第一过渡弯曲的形成期间转盘(未示出)所旋转的角度有效地确定了第一端部绕组9从第二直段12弯曲的角度。
为了形成第二过渡弯曲，在第一方向上转盘(未示出)围绕其旋转轴又旋转了90度。如图7所示，这次旋转将导体围绕第二线圈形成构件(未示出)的边缘进行弯曲。第一和第二线圈形成构件之间的间隔将确定第一和第二直段10和12的轴向长度以及第一和第二端部绕组9和11之间的轴向距离。在第二过渡弯曲的形成期间转盘(未示出)所旋转的角度有效地确定了第二端部绕组11从第一直段10弯曲的角度。
如图8和图9所示，为了形成第二基本U形端部绕组11，在与第一方向相反的第二方向上柱体6围绕其纵轴旋转与线圈的期望节距角度对应的角度(在这种情况下是180度)从而围绕第二线圈形成构件(未示出)的边缘来延伸导体。
然后在第一方向上转盘(未示出)围绕其旋转轴旋转90度从而形成第三过渡弯曲。如图10所示，这使得导体围绕第二形成构件(未示出)的边缘而弯曲从而形成容纳在定子的槽中的线圈的第二直段12。在第三过渡弯曲的形成期间转盘(未示出)所旋转的角度基本上与第二过渡弯曲的形成期间所旋转的角度相同。
为了形成第四过渡弯曲，在第一方向上再次将转盘(未示出)围绕其旋转轴旋转90度。如图11所示，这次旋转使得导体围绕第一线圈形成构件(未示出)的边缘而弯曲。在第四过渡步骤期间转盘(未示出)所旋转的角度基本上与在第一过渡弯曲的形成期间所旋转的角度相同。
最后，如图12所示，在第一方向上将柱体6围绕其纵轴旋转90度使得导体回到开始点从而完成了单个匝。对于第二个和接下来的匝，可以容易地想到作为形成过程的开始点的图11所示的位置。因此，可以认为通过将柱体在第一方向上围绕其纵轴旋转180度来围绕第一线圈形成构件(未示出)的边缘延伸导体从而形成第一基本U形端部绕组9来开始该形成过程。
将上述的形成过程重复需要的次数以将相互紧接着的导体的匝进行分层，并且产生绕线线圈。图13示出了具有多个匝的绕线线圈的例子。
可以认为图4到图12所示的上述形成过程包括下面基本步骤(i)在第一方向上将柱体6旋转180度以形成第一端部绕组9；(ii)在第一方向上将转盘8旋转180度以形成第一直段10；(iii)在与第一方向相反的第二方向上将柱体6旋转180度以形成第二端部绕组11；以及(iv)在第一方向上将转盘8旋转180度以形成第二直段12。
权利要求
1.一种形成电机的单层线圈的方法，其通过围绕设置在柱体上的第一和第二线圈形成构件缠绕导体来在一次过程中以一定长度的导体来形成电机的单层线圈，所述柱体具有纵轴并且能够围绕基本上与所述柱体的所述纵轴平行的第一旋转轴以及基本上与所述柱体的所述纵轴成直角的第二旋转轴进行旋转。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述柱体围绕所述第一旋转轴进行旋转以形成所述线圈的第一和第二端部绕组，并且其中，所述柱体围绕所述第二旋转轴进行旋转以在所述端部绕组之间形成线圈的第一和第二基本为直的段。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，围绕所述第一旋转轴将所述柱体进行旋转以形成所述线圈的第一和第二端部绕组的步骤以及围绕所述第二旋转轴将所述柱体进行旋转以在所述端部绕组之间形成线圈的第一和第二基本为直的段的步骤被执行预定次数，以形成具有多个匝的绕线线圈。
4.一种形成电机的绕线线圈的方法，其通过围绕柱体缠绕导体来在一次过程中以一定长度的导体来形成电机的绕线线圈，所述柱体具有纵轴并且能够围绕基本上与所述柱体的所述纵轴平行的第一旋转轴以及基本上与所述柱体的所述纵轴成直角的第二旋转轴进行旋转，所述柱体包括在与所述柱体的所述纵轴平行的方向上被分隔开的第一和第二线圈形成构件，所述方法包括形成所述绕线线圈的一匝的步骤，所述形成所述绕线线圈的一匝的步骤包括如下步骤通过在预定方向上将所述柱体围绕所述第一旋转轴旋转预定角度以围绕所述第一线圈形成构件的一个表面或多个表面将所述一定长度的导体进行弯曲，从而形成与所述第一线圈形成构件相邻的第一端部绕组；通过在预定方向上将所述柱体围绕所述第二旋转轴旋转预定角度以围绕所述第一线圈形成构件的表面将所述一定长度的导体进行弯曲以在所述第一线圈形成构件和所述第二线圈形成构件之间形成第一基本为直的段，从而形成第一过渡弯曲；通过在预定方向上将所述柱体围绕所述第二旋转轴旋转预定角度以围绕所述第二线圈形成构件的表面将所述一定长度的导体进行弯曲，从而形成第二过渡弯曲；通过在与所述预定方向相反的方向上将所述柱体围绕所述第一旋转轴旋转预定角度以围绕所述第二线圈形成构件的一个表面或多个表面将所述一定长度的导体进行弯曲，从而形成与所述第二线圈形成构件相邻的第二端部绕组；通过在预定方向上将所述柱体围绕所述第二旋转轴旋转预定角度以围绕所述第二线圈形成构件的表面将所述长度的导体进行弯曲以在所述第二线圈形成构件和所述第一线圈形成构件之间形成第二基本为直的段，从而形成第三过渡弯曲；以及通过在预定方向上将所述柱体围绕所述第二旋转轴旋转预定角度以围绕所述第一线圈形成构件的表面将所述一定长度的导体进行弯曲，从而形成第四过渡弯曲。
5.如权利要求4所述的方法，其中，形成所述第一端部绕组、所述第一和第二过渡弯曲、所述第二端部绕组以及所述第三和第四过渡弯曲的步骤被执行预定次数，以形成具有多个匝的绕线线圈。
6.如权利要求4或5所述的方法，其中，通过将所述柱体围绕所述第二旋转轴实质上旋转90度以围绕所述第一线圈形成构件的表面将所述一定长度的导体进行弯曲，从而形成所述第一过渡弯曲。
7.如权利要求4到6中的任何一个所述的方法，其中，通过将所述柱体围绕所述第二旋转轴旋转基本90度以围绕所述第二线圈形成构件的表面将所述一定长度的导体进行弯曲，从而形成所述第二过渡弯曲。
8.如权利要求4到7中的任何一个所述的方法，其中，通过将所述柱体围绕所述第二旋转轴实质上旋转90度以围绕所述第二线圈形成构件的表面将所述一定长度的导体进行弯曲，从而形成所述第三过渡弯曲。
9.如权利要求4到8中的任何一个所述的方法，其中，通过将所述柱体围绕所述第二旋转轴旋转基本90度以围绕所述第一线圈形成构件的表面将所述一定长度的导体进行弯曲，从而形成所述第四过渡弯曲。
10.如权利要求4或5所述的方法，其中，通过将所述柱体旋转小于或等于90度的角度来形成所述第一过渡弯曲。
11.如权利要求4、5和10中的任何一个所述的方法，其中，通过将所述柱体旋转小于或等于90度的角度来形成所述第三过渡弯曲。
12.如上述任何一个权利要求所述的方法，其中，通过将所述柱体围绕所述第一旋转轴旋转与所述线圈的期望节距角度对应的角度来形成所述第一端部绕组。
13.如上述任何一个权利要求所述的方法，其中，通过将所述柱体围绕所述第一旋转轴旋转与所述线圈的期望节距角度对应的角度来形成所述第二端部绕组。
14.如上述任何一个权利要求所述的方法，其中，在拉紧状态下将所述一定长度的导体提供到所述柱体。
15.如上述任何一个权利要求所述的方法，其中，从旋转滚筒将一定长度的导体提供到所述柱体。
16.如上述任何一个权利要求所述的方法，其中，沿着与所述第二旋转轴基本垂直的方向来提供所述一定长度的导体。
17.如上述任何一个权利要求所述的方法，其中，所述导体是矩形横截面的绝缘铜条或铜带。
18.一种用于执行根据上述任何一个权利要求所述的方法的线圈形成设备。
全文摘要
本发明提供了一种在一次过程中由一定长度的绝缘矩形导体(诸如铜带)形成电机的单层线圈的方法。通过将所述导体围绕设置在柱体(6)上的第一和第二线圈形成构件(5)和(7)进行缠绕来形成所述线圈，所述柱体(6)具有纵轴并且能够围绕基本上与所述柱体的所述纵轴平行的第一旋转轴进行旋转并且具有基本上与所述柱体的所述纵轴成直角的第二旋转轴。
文档编号H02K15/04GK101068088SQ20071010301
公开日2007年11月7日 申请日期2007年4月29日 优先权日2006年5月3日
发明者保罗·伊顿·克拉克 申请人:康弗蒂姆有限公司