用于利用成型线圈制造电机的方法以及电机和制造工具与流程

文档序号:11161845阅读:609来源:国知局
用于利用成型线圈制造电机的方法以及电机和制造工具与制造工艺

本发明涉及电机、尤其涉及用于电机的制造方法。此外,本发明涉及用于利用敞开的成型线圈制造电机的方法以及用于提供用于构造电机的插接绕组的制造工具。



背景技术:

电机通常在定子中和/或在转子中具有绕组,为了使所述电机运行以适合的方式给所述绕组通电。

在制造这种机器组件时,除了通过不同的绕组技术来卷绕所述定子的定子齿或者所述转子的衔铁极之外还存在下述可行方案:由预先成型的、U形的、敞开的成型线圈来构造绕组。这种成型线圈通过其相应的端侧沿轴向被插入到定子体或者转子体的槽中。在此首先必须注意的是,使所述成型线圈的连接两个导体支脚的导体拱部以适合的方式相互交叉,以便遵循所预先给定的绕组样式。

成型线圈的交叉通常通过将所述成型线圈的平行的导体支脚拉开进行,直到所述导体支脚相互具有下述这样的间距,所述间距与其中所述支脚在有待制造的电机中存在的间距相对应。传统电机的制造通常通过构造所述成型线圈并且使所述成型线圈交叉以及将所述成型线圈随后安装到定子体或者转子体的槽或者箱中进行。

由公开文献DE 10 2012 2003300 A1公开了一种用于制造用于电机的定子的相绕组的方法。在此,使导体元件U形地弯曲并且在交叉装置中交叉。随后,所述成型线圈以其导体支脚布置在所述定子的槽箱中并且所述导体支脚在背离所述导体拱部的侧面上的端部区段在所述定子中同样相互交叉并且以适合的方式电连接。所述交叉借助于交叉工具进行,所述交叉工具配备有多个成型线圈,从而使得所述导体拱部同时变形。通过这种方式能够借助于成型线圈实现定子线圈的多个线匝。

所述交叉的目的在于,将所述成型线圈的导体拱部尽可能以节约空间的方式布置在所述机器组件、也就是说所述定子体或者所述转子体的端侧处。尤其在下述马达拓扑结构中:其中在组件槽中设置有插接绕组的奇数数量的导体支脚,就不再能够应用上述方法。通过一个槽中有奇数数量的导体支线的绕组样式通常得到具有各自成型的导体拱部的、不规则的成型线圈,以便在绕组头的区域中实现对空间的充分利用。因此,该成型线圈必须利用相应数量的不同设定的交叉工具来制造。此外,在奇数数量的导体支线中,上面所描述的类型的交叉会导致槽没有完全被填充,由此恶化了槽填充因子,所述槽填充因子表示通过绕组的导体支线对所述槽的横截面的充分利用的量度。



技术实现要素:

因此,本发明的任务在于,利用敞开的成型线圈来简化用于制造电机的方法并且尤其尽可能以节约空间的方式在绕组头中实现所述导体拱部的交叉。此外,本发明的任务还在于,提供一种用于制造用于电机的线圈绕组的制造工具。

该任务通过根据权利要求1所述的、用于制造用于电机的机器组件的绕组的方法并且通过根据并列权利要求所述的机器组件和用于利用成型线圈来制造绕组的交叉工具得以解决。

其他设计方案在从属权利要求中给出。

根据第一方面规定了用于制造用于机器组件的绕组的方法,所述方法包括以下步骤:

-将多个基本上U形的成型线圈布置在交叉工具中;

-通过所述交叉工具的工具部件的相对运动来使所述多个成型线圈改型,其中相互平行的导体支脚的间距增大并且其中所述改型以下述方式进行:不同的成型线圈的导体支脚相互沿径向布置;并且

-沿一径向方向推移导体支脚的径向结构的至少一部分,从而使得导体支脚的所有径向结构环状地布置。

上述用于电机的机器组件的由成型线圈所构成的绕组的制造方法的构思在于:使所有成型线圈同时相互交叉并且如此成型,从而能够将由交叉的成型线圈构成的组作为绕组安装到机器组件的槽中。在所述机器组件的每个槽中有偶数数量的导体支线的绕组样式中,能够以简单的方式通过交叉工具来实现所述成型线圈的交叉,而这在一个槽中有奇数数量的导体支线(导体支脚)的绕组样式中,在没有至少在所述槽的一部分中保留空腔的情况下是不容易实现的。

根据另一方面规定了用于利用成型线圈制造电机的绕组的交叉工具,所述交叉工具包括:

- 柱状的第一工具部件,所述第一工具部件具有沿径向向内指向的第一容纳开口;

- 柱状的第二工具部件,所述第二工具部件相对于所述第一工具部件是同心的并且能够相对转动并且具有沿径向向外指向的第二容纳开口;并且

- 当所述第一和第二容纳开口相互对齐时,用于沿一径向方向来推移位于所述容纳开口中的导体支脚的径向结构的装置。

所述交叉通常借助于上述交叉工具进行,所述交叉工具具有两个可彼此相对运动的、同心的、柱状的工具部件。所述工具部件具有沿周向分布的直通的容纳开口,所述直通的容纳开口能够沿径向相互对齐。将所述U形的成型线圈尤其以下述方式安装到所述沿径向相互对齐的容纳开口中:所述成型线圈的导体支脚的布置方向沿径向对齐。通过使柱体相对于彼此转动来将所述插接绕组的其他导体支脚相互拉开并且使连接所述导体支脚的导体拱部相互交叉。

在设计所述电机时重要的是,在该转速时实现所要求的目标性能、如转矩和功率。在此经常得出下述这样的绕组样式,所述绕组样式在所述机器组件的一个、多个或者所有槽中具有奇数数量的导体支线。但是,这种绕组样式在实践中直到现在仅可以利用成型线圈困难地实现。

因此上述方法规定,借助于上述交叉工具来构造用于电机的机器组件的绕组。所述交叉工具具有至少两个同心地布置的、可相对于彼此运动的、柱状的工具部件。在所述工具部件中现在安装有对于所述绕组而言所需要的成型线圈。在此各个成型线圈基本上以其导体支脚尤其以下述方式安装到两个不同的工具部件的两个容纳开口中:所述导体支脚沿径向对齐。也就是说,所述成型线圈利用其导体支脚安装在容纳开口中,所述容纳开口起初沿优选径向方向相互对齐。

根据一种实施方式,所述成型线圈能够布置在所述交叉工具的工具部件中的槽状的容纳开口中,从而使得所述成型线圈的导体支脚中的第一导体支脚布置在所述工具部件中的第一工具部件的第一容纳开口中并且所述成型线圈的导体支脚中的第二导体支脚布置在所述工具部件中的第二工具部件的第二容纳开口中,其中所述改型通过所述工具部件的运动来实施,直到所述槽状的容纳开口彼此沿径向对置并且被构造成直通开口,所述直通开口带有所述导体支脚的位于所述直通开口中的径向结构。

所述工具部件的容纳开口槽状地构造为容纳槽,所述容纳槽的槽开口分别在两个工具部件中指向彼此。所述槽状的容纳开口基本上沿径向走向并且从而在容纳位置处以彼此对置的方式构成了直通开口,所述直通开口具有沿径向方式微长的横截面。

在所述交叉工具的工具部件的槽状的容纳开口中对所述成型线圈的推移尤其能够通过将径向的压力沿径向向内或者沿径向向外施加到所述导体支脚上进行,从而将所述导体支脚的径向结构挤压到所述直通开口的沿径向在内部的边界处或者沿径向在外部的边界处。

在所述交叉之后,相应的容纳开口同样以相互对齐的方式对置。为了实现适用于安装到机器组件中的绕组,在此将交叉的成型线圈的导体支脚沿径向向内或者向外挤压到相应容纳槽的槽底部处,所述导体支脚位于所述直通开口中。通过这种方式实现了,将沿径向对齐的导体支脚沿着相对于所述交叉工具同心的布置方式来布置。

此外,所述交叉工具能够具有由容纳开口所构成的容纳位置,所述容纳位置分别具有一个或者多个用于容纳导体支脚的容纳空间,其中多个邻接的容纳位置构成一个插接块并且其中所述插接块相互邻接地布置,其中在每个插接块中成型线圈以相同的方式布置并且至少在每个插接空间的一个容纳位置处还留有容纳空间未被占据。

能够规定,所述交叉工具的工具部件限定了偶数数量的容纳位置,所述容纳位置中的一半配备有一个或者多个成型线圈。通过所述工具部件以下述这样的数量的容纳位置为幅度相对错开,那么能够实施所述交叉,所述数量与配置有成型线圈的容纳位置的数量的单倍或者多倍相对应。

每个插接块尤其能够包括偶数数量的容纳位置,其中在所述布置的步骤中,所述容纳位置的第一半根据第一配备模式设有第一数量的导体支脚并且所述容纳位置的与所述第一半连接的第二半根据第二配备模式设有与第二数量的导体支脚,所述第二数量与所述第一数量相比更少。

能够规定,所述交叉工具的工具部件的相对运动为了改型以下述方式来实施:所述导体支脚的每个径向结构具有奇数数量的导体支脚。

根据另一方面规定了用于制造用于电机的机器组件、尤其定子结构或者转子结构的方法,所述方法包括以下步骤:

- 利用上述方法来制造绕组;并且

- 将如此制造的绕组安装到所述机器组件中。

通过将所述导体支脚推移到在所述微长的直通开口中由于交叉而产生的空腔(工具空隙)中,最后赋予了交叉的成型线圈形状和下述这样的结构,所述结构与所述成型线圈的作为在所述电机的机器组件中的绕组的结构相对应。为此,必须将如此成型的成型线圈的结构从所述交叉工具中取出并且借助于夹紧工具安装到所述机器组件的片组中。通过这种方式也能够利用成型线圈来构造复杂的绕组样式,而不必忍受恶化的槽填充度(槽填充因子)的缺点,所述复杂的绕组样式导致不同的机器组件的槽中奇数数量的导体支线。

通过将相互交叉的成型线圈的组完全引用到所述机器组件中,规避了先后将各个成型的成型线圈安装到所述机器组件中的制造方法的受限的设计自由性。此外,由此能够以更加节约空间的方式构造所述绕组头。

根据另一方面规定了用于电机的机器组件,所述机器组件按照上述方法来制造。

此外,能够在上述交叉工具中将槽状的第一和所述第二容纳开口分别构造用于容纳成型线圈的奇数数量的导体支脚,从而使得所述容纳开口能够被所述导体支脚基本上完全填充。

附图说明

实施方式在下文中借助附图得到进一步阐述。其中:

图1示出了穿过电子整流的电机的横截面图,所述电机具有借助于插接绕组卷绕的定子结构;

图2示出了用于安装到图1的电机中的成型线圈的透视图;

图3示出了用于同时使多个成型线圈交叉的交叉工具的示意图;

图4示出了用于阐明下述方法的流程图,所述方法用于借助于交叉工具由成型线圈制造绕组;

图5a到5c示出了下述交叉过程的处理状态的示意图,所述交叉过程用于由成型线圈制造线圈绕组;

图6a到6c示出了下述替代的交叉过程的处理状态的示意图,所述替代的交叉过程用于制造每个槽有一个导体的线圈绕组;

图7a到7c示出了下述交叉过程的处理状态的示意图,所述交叉过程用于制造每个槽有五个导体的线圈绕组;并且

图8a到8c示出了下述交叉过程的处理状态的示意图,所述交叉过程用于制造用于电机的、每个槽有五个导体的线圈绕组。

具体实施方式

图1示出了穿过电机1 的横截面图,所述电机具有定子结构2和转子结构3,所述转子结构以可转动的方式布置在圆柱状的定子结构的内部。所述电机1在所示出的实施例中构造为具有内动子的、旋转的同步电机。但是,以下说明也能够应用于其他类型的电机上,在所述其他类型的电机中,机器组件、尤其转子结构和定子结构设有绕组。

所述定子结构2具有圆柱状的定子轭21,定子齿22从所述定子轭沿径向向内突出。所述定子齿22的突出的端部构成圆柱状的凹部,在所述圆柱状的凹部中布置有所述转子结构3。

所述转子结构3具有转子极31并且设有永磁体32,以便通过所述转子极31引起励磁磁场。所述转子结构3通过所支承的转子轴33以可转动的方式得到定位。在所示出的实施例中,所述永磁体32以轮辐结构示出,但是所述永磁体32的其他结构也是可行的,以便通过所述转子极31提供励磁磁场。

在沿周向构造的定子齿22之间设置有定子槽23,所述定子槽用于容纳导体支线24。在当前实施例中,所述电机1对于每个定子槽23而言都具有三个导体支线24。

如在图2中所示出的那样,所述导体支线24构造为基本上U形地构造的成型线圈5的导体支脚51。所述导体支脚51通过导体拱部52相互连接并且基本上相互平行地延伸。所述导体拱部52能够采用基本上任意的形状。所述成型线圈5通常以矩形的导体横截面一体地构造,从而能够将所述成型线圈以特别填充空间的方式安装到矩形的定子槽23中。但是,所述成型线圈5的其他横截面也是可设想的。由所述成型线圈5构成的导体支线24也能够包含多个单个的导体。所述成型线圈5的材料能够包含良好导电的材料、像例如铜或者铝。

在图1中,与所述导体支脚51相对应的导体支线24通过连接在其上的导体拱部52相互连接并且以适合的方式根据绕组样式就所述导体支线的自由端来说设有导体支脚51的另一自由端和/或外触头/外部的接头以用于施加相电流。所述成型线圈5的导体拱部52贴靠在所述定子结构2的端侧处并且能够与其他成型线圈5的导体拱部52相交。

值得期望的是,所述导体支脚51的横截面一方面尽可能完全填充所述定子槽23,并且另一方面在所述定子结构2的绕组头的侧面上用于导引所述导体拱部52的空间需求保持尽可能小。

为了适配所述成型线圈5的形状,通常使用所谓的交叉工具。这种交叉工具在图3中示例性地示出。所述交叉工具40具有至少两个相互同心地布置的工具部件41、42。所述工具部件中的第一工具部件41包围所述工具部件中的第二工具部件42并且具有沿径向向内延伸的第一容纳开口43,所述第一容纳开口沿着轴向方向延伸。这样,所述第一容纳开口43沿着轴向方向在所述第一工具部件41的内周面处构造了容纳槽。所述第一容纳开口43的数量与所述定子结构2的有待用导体支线24填充的定子槽23的数量相对应。

所述第二工具部件42在其外周面处设有第二容纳开口44,所述第二容纳开口沿着轴向方向槽状地延伸并且在所述工具部件41、42对齐的状态下与所述第一容纳开口43对置。通过这种方式,所述第一和第二容纳开口43、44构成对,所述对构造成沿径向走向的微长的直通开口45。

所述第一和第二工具部件41、42能够相对于彼此转动,从而使得所插入的成型线圈5能够通过所述工具部件41、42相互间的相对转动变形,从而使得尤其所述成型线圈的导体拱部52构造有下述这样的长度,所述长度与在用于所述电机1的、有待制造的绕组中所述导体支脚51的间距相对应,所述成型线圈以一个导体支脚51被置入到所述第一容纳开口43中的一个第一容纳开口中并且以所述成型线圈的其他导体支脚51被置入到所述第二容纳开口44中的一个第二容纳开口中、尤其被置入到相应对置的第二容纳开口44中。

在一绕组样式中要在一个定子槽23中设置奇数数量的导体支线24,尤其在这种绕组样式的情况下,到目前为止的方法都不能用于使成型线圈5交叉,因为通常在所述定子槽23中还留有位置未被导体占据。这由下述情况引起:所述成型线圈5的交叉总是仅能够通过所述工具部件41、42来进行,所述工具部件的容纳开口43、44分别位于不同的半径上。由此得出小的填充因子(槽填充因子),也就是说导体横截面在所述定子槽23中的份额相对于所述定子槽23的总横截面积的比例,所述份额有助于产生磁场。

图4示出了用于阐明所述方法的流程图,所述方法用于制造用于电机1的机器组件的线圈绕组。在步骤S1中,如交叉工具在图3中示例性地所示出的那样,所述交叉工具40配备有成型线圈5,其中每个成型线圈5利用一个导体支脚51穿过所述第一容纳开口43中的一个第一容纳开口并且利用另一个导体支脚51穿过所述第二容纳开口44中的一个第二容纳开口来插接。所述成型线圈5起初构造有导体拱部52,所述导体拱部基本上具有下述这种宽度:能够将所述导体支脚51插接到相互邻接的并且相互配属的第一和第二容纳开口43、44中。在配备所述交叉工具40时要注意的是,将所述导体拱部52以足够的间距布置在所述交叉工具40上,从而在变形时可提供足够的材料用于提高所述导体支脚51之间的间距。

在图5中借助示意图示例性地示出了所述交叉工具40的配备情况。为了简化示图示出了所述容纳开口43、44的切线的布置情况,所述容纳开口的容纳位置从1到16被编号。最上面那行对应于所述第一容纳开口43并且最下面那行对应于所述第二容纳开口44。所示出的桥示意性地示出了所安装的成型线圈5的导体拱部52。在此所示出的配备样式规定,每第二个容纳位置设有一个成型线圈5。在此,所述成型线圈5在所述容纳位置中的重复的布置方式与插接块46相对应。

在接下来的步骤S2中,使所述工具部件41、42相对于彼此转动,以便实现所期望的缠绕步骤。

在图5b的实施例中实现了1:10的缠绕步骤,也就是说变形元件以9个容纳位置为幅度相互错开。位于所述容纳位置中的成型线圈5的导体支脚51相应地彼此分离运动并且所述导体拱部52相应地变形。所述成型线圈5在此相互交叉。在配备样式的上述实施例中,所述交叉一般能够以一定数量的容纳位置为幅度进行,所述数量对于N=0,1,2……的情况而言对应于2N+1。在所述交叉之后,每个配备有所述成型线圈5中的一个成型线圈的容纳开口43、44与相应其他工具部件41、42中的空的容纳开口43、44对置。

所述成型线圈5的突出的端部必须对准地布置,以便能够将所述成型线圈安装到所述电机1的机器组件中。就每个定子槽23一个导体支线24而言,由此所述成型线圈5在所述交叉工具40中出现的导体端部的所有间距都必须同心地沿着圆形的结构轨迹47来布置。这在步骤S3中通过将所述导体支脚51要么沿径向向内要么沿径向向外推移到所述容纳开口43、44中的一个容纳开口中来实现。所述推移能够利用相应铺设的工具来实现。所述推移不仅能够在所述交叉工具40中实现而且能够在单独的夹紧工具中实现。所述推移过程的结果在图5c中示出。

在步骤S4中,将用于机器组件的如此成型的绕组从所述交叉工具40中取出并且例如借助于夹紧工具安装到相应的机器组件、尤其所述定子结构2中。

在图5a到5c的实施方式中,所述交叉工具40包括分别具有两个容纳位置的插接块46,其中仅每第二个容纳位置分别设有所述成型线圈5中的一个成型线圈,而在图6a到6c的实施方式中示出了分别具有四个容纳位置的插接块46。在此,所述容纳位置中的两个容纳位置分别被两个成型线圈5的导体支脚51占据,而留下所述容纳位置中的另两个容纳位置未被占据。所述插接块46的所述布置方式重复地沿着所述交叉工具40的周向进行。通过以在一个插接块46中配置有成型线圈5的单倍或者多倍数量的容纳位置为幅度的交叉的步骤能够以下述方式来实施所述交叉:在所述容纳开口43、44中的每个容纳开口中布置一个导体支脚51,如其在图6b中用以两个容纳位置为幅度推移为例所示出的那样。如在图6c中所示出的那样,通过沿径向推移导体支脚51又能够将所述导体支脚沿着结构轨迹47布置,从而能够将所述导体支脚安装到定子结构2的定子槽23中。

在图7a到7b中作为另外的实施方式示出了每个定子槽23有五个导体支线24的绕组的制造。图7a示出了所述工具部件41、42,所述工具部件带有所述第一工具部件41的第一容纳开口43和所述第二工具部件42的第二容纳开口44,所述第一容纳开口具有用于容纳三个沿径向布置的导体支脚51的三个容纳空间,所述第二容纳开口具有用于容纳成型线圈5的同样三个沿径向布置的导体支脚51的容纳空间。在所示出的分开的实施例中,一个插接块46与两个邻接的容纳位置相对应。所述配备基本上能够通过以下方式进行:所述成型线圈5以相互跨嵌的方式、也就是说分别包围的方式布置在容纳位置处。由此在所述插接块46中的第一容纳位置处布置有三个成型线圈5,其中第一成型线圈5以导体支脚51设置在两个容纳开口43、44的相应地在外部的容纳空间处,包围所述第一成型线圈5的第二成型线圈5设置在所述两个容纳开口43、44的相应地在中部的容纳空间处,并且包围所述第二成型线圈5的第三成型线圈5设置在所述两个容纳开口43、44的相应地在内部的容纳空间处。

所述插接块46的与此邻接的第二容纳位置仅包括两个成型线圈5,即具有直接邻接的导体支脚51的内部的第四成型线圈5和沿径向包围所述第四成型线圈5中的导体支脚51的第五成型线圈5,所述第四成型线圈在所述两个容纳开口43、44的相应地在外部的容纳空间处并且所述第五成型线圈在所述两个容纳开口43、44的相应地在中部的容纳空间处。因此,最后每个插接块46在所述第二容纳位置的两个容纳开口43、44的相应地在外部的容纳空间处还剩下一个用于成型线圈5的未被占据的位置。通过交叉、也就是说通过将所述第一和第二工具部件41、42相对于彼此对于N=0、1、2……的情况而言以2N+1个容纳位置为幅度(在图7b中所示出的实施例中以九个容纳位置为幅度)进行推移能够实现所期望的交叉。随后,在每个直通开口45中布置有五个导体支脚51。通过将所述导体支脚51朝向槽底部沿径向(向内或者向外)(工具空隙)来移动能够实现将所述导体支脚51对齐到所述结构轨迹47上以用于安装到相应的机器组件中。

图8a到8c的实施方式示出了与图6a到6c的实施方式类似的插接块46,所述插接块在四个容纳位置的范围内延伸,其中两个邻接的第一容纳位置和两个邻接的第二容纳位置如在图6a到6c的实施方式中那样设置。所述成型线圈5的配备如关于图7a到7c的实施方式所描述的那样进行。所述交叉通过以就N=1、2、3的情况而言2N个容纳位置为幅度进行推移来实现(在当前实施例中以1:7的交叉步骤、也就是说以6个容纳位置为幅度进行交叉),从而使得在所述交叉之后,所述直通开口45中的每个直通开口含有五个导体支脚51。

原则上有多种可行方案来制造每个定子槽23有奇数数量的导体支脚51的绕组样式。每个插接块46的容纳位置的数量在此对应于偶数数量,其中起初设有未被配备的容纳空间(空位)的容纳位置的数量与所述容纳位置的数量的一半相对应。

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