用于制造旋转电机的方法

用于制造旋转电机的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于制造旋转电机的方法，该电机具有无支撑制造的用于马达或发动机的马达线圈，其中，该线圈在制造时已经包围内部部件，即，预安装，且该内部部件在制造线圈时也作为用于线圈成形的辅助件，其中，在第一步中，马达线圈(5)分步地在两个端面(4,4‘)之间缠绕到磁性内部部件(2)上，其中，线圈完全包围内部部件(2)，在第二步中，以下述方式通过挤压线圈导线实现马达线圈(5)的成形，即，轴(1)以内部部件(2)的表面抵靠马达线圈(5)的内侧地运动，特别地，将其偏心地辗轧在所述内侧上，且挤压线圈抵靠支座(7)，以及在第三步中，被挤压的马达线圈(5)通过施加热量而受热。本发明还涉及一种旋转电机。
【专利说明】用于制造旋转电机的方法
[0001]本发明涉及一种用于制造具有无铁线圈的旋转电机的方法，所述电机是以具有空隙的马达或发动机的形式，线圈在空隙中延伸。
[0002]这样的马达也被称为空心线圈马达，且具有高的效率。
[0003]现有技术中已知不同的结构方式，一种是具有钟形线圈的马达，且另一种是电枢线圈完全包围转子的马达。在电枢线圈内，在轴上设置可自由旋转的永磁体，其中，电枢线圈和永磁体同轴地支撑。
[0004]在DE20 2006 007 619U1中已知一种钟形电枢线圈，其由线圈导线缠绕的空心圆柱形线圈构成，在线圈开口中一端置入线圈载体板。钟形电枢线圈形成转子的有效部分，且被构建成具有螺旋式线圈(斜绕组)的自支撑圆柱形线圈。
[0005]已知用于缠绕钟形电枢线圈的不同方法。
[0006]一种方法提出，在套筒或心轴上缠绕线圈。相继地在不同的层中实现缠绕，其中，在每层之后通过加热(中间受热)而固定导线。然后接着缠绕下一层，直至线圈完成。最后的成形通过所谓的最终受热实现。另一方法在于，整个线圈缠绕到套筒或心轴上，在其两个端部的圆周上设置分布的细销，其在缠绕过程期间固定线圈。实现没有中间受热的连续缠绕。然后，移除销，取下线圈，且线圈进行最终受热。用作为线圈导线的是所谓的漆包线(Backlackdraht)。优选地,线圈实现成螺旋式线圈,其可简单地实现,且具有良好的支撑特性。
[0007]在DE28 21 740B2中已知一种用于制造钟形线圈的方法，其中，线圈在缠绕后压紧。对此使用芯轴或压力垫块，其在径向方向上向外作用于线圈，且将线圈挤压抵靠外模具。
[0008]该线圈的缺点一方面是每个线圈内的相对大的无效导体部分，且另一方面是相对于运动方向的导体倾斜延伸。
[0009]另一缺点在于，有效导体仅可通过电机的轴向延长而增加。这将很快出现其技术限制，使得由于高的离心力，结合对线圈的单侧支撑，仅可以使用相对短的钟形电枢。
[0010]在DElOl 37201A1中已知在电机内的钟形的空隙线圈。该线圈类型涉及具有至少部分倾斜的或朝向运动方向弯曲延伸的导体的空隙线圈。结构形状在于，在旋转电机内的导体在倾斜于运动方向的横截面中有目的地被弯曲或弯折，其中，线圈在轴向方向上，至少单侧地接近轴线或轴。有利的几何效应通过下述方式而出现，即，通过弯曲或折叠的结构形状利用线圈接近轴线，和通过在线圈的弯曲的或折叠形状内的传统的缠绕通道的有目的的变形。
[0011]此外，在GB95 46 23A中已知一种直流小型马达，其中，激励磁场通过布置在电枢内的永磁体产生，永磁体可自由旋转且与电枢同轴被支撑。马达例如可由线圈支撑体构成，线圈支撑体由具有两个正面盘或两个间距的支撑盘的管形套支撑，在其之间布置有自身无支撑的线圈。线圈被置于线圈支撑体上。磁芯在其内借助于支撑体可旋转地被支撑在转子轴上。在此对于线圈的无支撑实施方式，缺点是相对大的空隙，从而妨碍在磁芯上的或在壳体套上的线圈的抛光。
[0012]在DE694 07 908T2中已知一种制造用于电马达的线圈的方法，其中，线圈导线缠绕在支撑体心轴上或替选地被缠绕在后续的转子上，且直接在缠绕之后被固定。线圈可在径向方向上向外挤压，从而提高填充密度。挤压可在马达的磁干涉套筒中实现，或在插入分开的装置中的磁干涉套筒中之前实现。
[0013]基于现有技术，本发明的目的在于，提供一种用于制造旋转电机的方法，其具有用于马达或发动机的无支撑线圈。该线圈既可作为用于无铁空心线圈电枢的转子，也可作为固定在铁束上的定子，用于产生电旋转场，且同样应在制造技术方面是可简单制造的。
[0014]根据本发明，该目的通过根据权利要求1所述的制造用于马达或发动机的无支撑的马达线圈的方法以及根据权利要求8所述的电机实现。一般来说，马达线圈围绕圆柱形内部部件缠绕，使得其完全包围内部部件。使用圆柱形内部部件，从而从内侧开始压紧马达线圈，使得缠绕包围内部部件的马达线圈之后得精确的空隙，用于该线圈或所述内部部件的自由旋转运动。这特别可通过下述步骤实现。首先，线圈的单个段在两个端板之间缠绕到布置在轴上的内部部件上，其中，其在缠绕完成后最终被完成的马达线圈包围。然后，马达线圈成形的步骤通过连续挤压线圈导线以下述方式实现，即，内部部件偏心地辗轧在线圈的内侧上，抵靠从外部放置的圆形支座，由管段构成的或作为整个圆柱体的支座通过施加反作用力成形线圈外侧。最后，马达线圈通过施加热量受热成线圈，使得其作为无支撑的马达线圈保持其形状。
[0015]替选地，成形步骤与用于缠绕马达线圈的步骤合并。然后产生下述方法:在两个端板之间分步地将电枢绕组缠绕到布置在轴上的内部部件上，其中，内部部件被马达线圈完全包围，且通过内部部件的表面挤压线圈导线，抵靠支座，其中，内部部件的表面偏心地辗轧在马达线圈的内侧上，且在缠绕过程期间挤压马达线圈抵靠支座。马达线圈接下来通过施加热量受热。
[0016]此外，替选地，可以将所有工作步骤合并成一个步骤，其中，在缠绕过程期间同时进行线圈的挤压和受热。
[0017]同样地，用于挤压线圈的偏心辗轧运动也可反向地从支座施加到轴向静止的内部部件。
[0018]为改进马达线圈成形的结果，可利用机械振动激励支座。由此使用惯性来挤压，且通过轴减少被施加的必要的压力。
[0019]优选地，马达线圈由漆包线缠绕，由此在缠绕过程期间或之后可机械固定。此外提出，在提供导线的最后阶段四边形地预缠绕(an1llen)线圈导线，即，在缠绕马达线圈的最后的线圈期间。在因此全侧变平的形状中，线圈导线更稳定地位于缠绕层中，且电机的效率由于更高的铜填充量而基本改进。
[0020]轴上的内部部件既可以支撑永磁体，也可以支撑短路或激励线圈，其中，内部部件具有带有光滑壳体表面的圆柱形，从而在成形时不损伤线圈导线的绝缘。
[0021]马达线圈可选择性地作为定子(与外部磁性部分机械连接)，或作为转子(通过集电环或整流器电连接)。可自由选择马达线圈的极对数和用于控制电机的相位。根据本发明的方法的优点在于，利用壁盘直接在布置在轴上的内部部件上完成马达线圈，该壁盘同时形成缠绕体。通过线圈的垂直部分中的以及回转部分中的简单延伸中的直的导线引导，可以使用简单且快速的缠绕技术。带有转向引导的中间位置不是必要的。
[0022]然而，马达线圈闭合地构建有固定顺序的单个线圈。省略线圈段的单个成形、挤压和组装。
[0023]因为可从所有侧进入作为缠绕体的内部部件，可以形成简单的、类似框架的线圈形状，其相对于钟形电枢导致电机的基本改进的整体效率。
[0024]通过成形过程补偿制造公差，且因此最小化必须的空隙。由此提高可获得的功率山/又ο
[0025]可借助于根据本发明的方法制造根据本发明的旋转电机，其特征在于，其具有磁性内部部件和由至少一圈构成的马达线圈，马达线圈沿着内部部件的圆柱形外表面延伸，经过内部部件的一个正面，返回经过内部部件的外表面，且经过内部部件的另一正面，其中，在马达线圈的内侧与内部部件的外表面之间存在空隙，且其中，线圈至少在邻接内侧的部分中被机械地压紧。该机械压紧的区域的特征在于，每表面单位存在的马达线圈材料的、特别是铜导体的横截面，大于马达线圈的径向外侧上的未压紧区域中的横截面。
[0026]优选地，位于马达线圈的内侧上的导线部分在指向内部部件的中轴线的一侧上变平。该变平通过内部部件的辗压作用产生，通过该作用在马达线圈与内部部件之间产生空心线圈。
[0027]优选地提出，线圈在内部部件的外表面的区域中平行于内部部件的中轴线延伸。这导致电机的高效率，因为构成马达线圈的导体的大部分长度垂直于运动方向延伸通过磁场的中心。这相对于例如钟形线圈是基本有利的，在钟形线圈中，马达线圈的导线主要倾斜地延伸经过磁场。
[0028]应根据一实施例进一步描述本发明。附图中:
[0029]图1以示意性纵截面和横截面示出电机的内部部件，具有包围内部部件的马达线圈，
[0030]图2以示意性纵截面和横截面示出成形过程，
[0031]图3以示意性纵截面和横截面示出完成的电机，
[0032]图4以示意性透视图示出根据本发明的电机的内部部件，
[0033]图5以示意性透视图示出在制造马达线圈时在第一中间状态下的图4所示的内部部件，
[0034]图6以示意性透视图示出在制造马达线圈时在第二中间状态下的图4所示的内部部件，
[0035]图7以示意性透视图示出内部部件，具有包围其的马达线圈。
[0036]在该实施例中根据三阶方法描述对具有无铁无支撑的电枢绕组的旋转电机的制造。
[0037]图1示出缠绕过程结束之后的马达或电枢绕组5的原理图。在缠绕电枢5之前，在两侧各一个间隔板3和端板4被推到具有内部部件2的轴I上，该内部部件例如由圆柱形永磁体构成。然后，端板4借助于套管9而中心置于轴I上。因此准备好的结构单元被置于缠绕装置中，且使用多个垫片6用于缠绕过程。电枢的线圈在第一制造步骤中在端板4之间分步地实现在内部部件2上，且最终完全包围内部部件。所谓的漆包线用作为线圈导线，其针对线圈的最后阶段的制造借助于装置被正方形地预缠绕。这确保，相应线圈的最后线圈，即，位于外部的线圈更紧地紧邻，因为单个导线在正方形横截面的情况下(在理想情况下)可无间隙地相互倚靠，且不像在圆形导线横截面的情况一样在单个导线之间留有空间。
[0038]基本上也可设想，在具有正方形横截面的整个缠绕期间使用用于马达线圈的导线。
[0039]通过在马达线圈的支撑体上自由缠绕，在中间强制产生增厚部(Aufdickung)，其不允许空隙，且妨碍了转子的必要自由度。该缺点通过线圈的下述成形克服。
[0040]在缠绕过程之后，将端板4相对于轴I中心支撑的套管9被移除，且推动支座7 (图2)。结构单元被置入装置中，且具有内部部件2的轴I被设置成偏心运动。由此内部部件2偏心地辗轧在电枢绕组5的内侧上，且挤压线圈均匀抵靠支座7，且使电枢绕组5成形(第二制造步骤)。在图2中，示出以下状态的电枢绕组，在该状态下线圈通过内部部件2的辗压作用已经被挤压，使得形成在内部部件2的外表面与电枢绕组5的内表面之间的空间。在图2的截面图中分别在内部部件2之下看到该空间。
[0041]在辗压/挤压之前和期间，对电枢绕组5施加热量。
[0042]在成形过程之后移除支座7，且对被挤压的电枢绕组5施加热量，由此线圈的单个导线相互受热(第三制造步骤)。对电枢绕组5施加热量可通过下述方式实现，S卩，强度合适的电流通过电枢绕组。当然，基本上也可能的是，从外部以其他形式导入必要的能量，例如通过辐射和热空气。
[0043]然后，支撑体8被置入端板4中，且相对于轴I固定电枢绕组5 (图3)。由此在内部部件2的圆柱形表面与电枢绕组5的内侧之间产生最小化的空隙。然后，电枢绕组5以普通的方式设置有电接头，且与轴I和内部部件2 —起被置于壳体10中，其中，电枢绕组的一个端板4借助于支撑体8在壳体10中可旋转地被支撑，使得电枢的机械功率可向外输出。
[0044]当电枢绕组5静止地被布置且机械功率被轴I获取时，参考图3，支撑体8被布置在壳体10的左侧上，从而在壳体10中支撑轴I。
[0045]下文中根据图4至7描述根据本发明的电机的一些细节，及以4极无刷-内极实施方式描述其制造方法。
[0046]在图4中示出圆柱形内部部件2，其具有导磁芯20、多个磁体22和在切线方向上布置在磁体22之间的填充件24。在图1至3中已知的轴I与导磁芯20抗扭地连接。内部部件2的基本特征是，其具有圆柱形的、基本光滑的圆周面。
[0047]在图5中示出在缠绕马达线圈5时的第一中间状态。可以看到端板4，其在两侧被推到轴I上，直至其距内部部件2的两个正面很小的距离。为了确保端板4相对于内部部件2的同心朝向，可使用在图1中已知的套管9，其未在图5中示出。因为定中心不是强制必须的，因此也可以设想缠绕马达线圈5，而不使用套管9。可以看到端板4的直径略大于内部部件2的直径。
[0048]在图5中可以看到多个缠绕辅助件30，其实施成端板4上的突出部。在所示实施方式中，缠绕辅助件实施成与端板是一体的，且平行于轴I延伸离开内部部件2。其用于引导线圈以所期望的方式经过端板4的正面。在端板4外圆周上也可以通过孔和销固定不同的垫片32，其确保线圈在为其设置的段中精确地延伸。在图5中示出线圈34，其在两个临近的垫片32之间实施，且在其沿着内部部件2的外圆周面延伸的部分中平行于内部部件的中轴线延伸。每个线圈由此具有:“前部分”，其沿着内部部件的外表面延伸；第一转向部分，其延伸经过缠绕辅助件30内的一个端板4的正面；“后部分”，其同样沿着内部部件2的外表面延伸；以及第二转向部分，其延伸经过另一端板的正面。即，每个线圈34延伸经过内部部件的整个外表面(圆柱形圆周面和两个正面)。
[0049]在图6中可以看到具有三个完成的线圈34的内部部件，即所谓的内部线圈。在此涉及线圈，其转向部分直接位于端板4的正面上，在缠绕辅助件30内，且不交叉其他线圈。
[0050]在内部线圈完成之后，放置两个其他的端板4A，其再次设置有一体安置的突出部形式的缠绕辅助件31。
[0051]在图7中示出具有制成的线圈的内部部件。相对于在图6中所示的状态，也完成了线圈的外部部分，使得总共形成六个直接邻接的线圈。在此为了更好的清晰性，未示出线圈的单个接头。从内部部件仅还可看到轴1，因为线圈完全包围该内部部件。
[0052]在图7所示的状态中，单个线圈的内层不以距内部部件2的中轴线恒定的距离延伸，而是轻微弯曲地延伸。端板4的区域中其距中轴线的距离对应于通过端板4的尺寸而预设的半径。然而，在端板之间的中间(也在中间的两侧未精确限定的区域中)，单个导线位于内部部件2的圆柱形外表面上。因此，直接在缠绕线圈之后几乎不可能转动在线圈内的内部部件2。对于内部部件2的自由通行性必要的、在内部部件2的外表面与线圈之间的空隙首先通过下述方式产生，即，线圈在径向方向上向外被压缩。对此内部部件2用作为工具，其将作用力在径向方向上向外作用到线圈上，其自身支撑在支座7的内侧面上(参看图2)。在径向方向上向外作用的作用力可通过下述方式施加，即，内部部件2辗轧在形成马达线圈5的线圈的内侧上。替选地，也可设想，内部部件2实施成在线圈内振荡运动，且改变该振荡运动的方向，使得相继挤压线圈的所有位于内部的圆周部分。在最终状态下，单个线圈的内层再次向外挤压，使得线圈内的内直径大致对应于端板4的外直径。通过该方式确保马达线圈5与内部部件2之间的基本恒定的空隙。
【权利要求】
1.一种用于制造旋转电机的方法，该电机具有无支撑制造的用于马达或发动机的马达线圈，其中，该线圈在制造时已经包围内部部件，即，预安装，且该内部部件在制造线圈时也作为用于线圈成形的辅助件，其特征在于， 在第一步中，马达线圈(5)分步地在两个端面(4，4 ‘)之间缠绕到磁性内部部件(2)上，其中，该线圈完全包围内部部件(2)， 在第二步中，以下述方式通过挤压线圈导线实现马达线圈(5)的成形，即，轴(I)以内部部件(2)的表面抵靠马达线圈(5)的内侧地运动，特别地，将其偏心地辗轧在所述内侧上，且挤压线圈抵靠支座(7)，以及 在第三步中，被挤压的马达线圈(5)通过施加热量而受热。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，方法步骤I和2合并成单个方法步骤，其中，在缠绕过程期间马达线圈(5)的成形通过内部部件(2)的表面偏心地辗轧在马达线圈(5)的内侧上抵靠支座(7)而实现，且在下一步中，通过施加热量而实现被挤压的电枢线圈(5)受热。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，方法步骤1、2和3合并成一个方法步骤，其中，在缠绕过程期间马达线圈(5)的成形和受热通过下述方式实现，即，内部部件(2)的表面偏心地辗轧在电枢绕组(5)的内侧上，抵靠支座(7)，且被挤压的电枢绕组(5)通过施加热量分步地受热。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，成形过程期间，利用机械振动激励支座⑵或内部部件(2)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，马达线圈(5)由漆包线缠绕，且其在缠绕马达线圈(5)的最后的圈期间被预缠绕成正方形。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，端面是布置在内部部件上的端板的部分。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，端板的外直径略大于内部部件的外直径，特别大于马达线圈与内部部件之间的空隙两倍。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，内部部件与轴抗扭地连接。
9.一种旋转电机，特别是利用根据前述权利要求中任一项所述的方法制造，其特征在于，该电机具有磁性内部部件以及由至少一圈构成的马达线圈，马达线圈沿着内部部件的圆柱形外表面延伸，经过内部部件的一个正面，返回经过内部部件的外表面，且经过内部部件的另一正面，其中，在马达线圈的内侧与内部部件的外表面之间存在空隙，且其中，线圈至少在邻接内侧的部分中被机械地压紧。
10.根据权利要求9所述的电机，其特征在于，位于马达线圈的内侧上的导线部分在指向内部部件的中轴线的一侧上变平。
11.根据权利要求9或10所述的电机，其特征在于，线圈在内部部件的外表面的区域中平行于内部部件的中轴线延伸。
12.—种组件，具有圆柱形的内部部件和马达线圈，内部部件设置有至少一个磁体，马达线圈由多个线圈构成，线圈延伸经过布置在内部部件的正面上的端板，沿着内部部件的圆柱形圆周面，且经过端板的正面，使得内部部件在所有侧被马达线圈包围，其中，马达线圈的内直线圈直于内部部件的圆周面上。
【文档编号】H02K15/04GK104247220SQ201280072196
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2012年12月21日 优先权日:2012年4月7日
【发明者】特劳戈特·韦勒, 苏珊·韦勒 申请人:特劳戈特·韦勒, 苏珊·韦勒