用于生产电机的铁心的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]电机(诸如电动机、发电机、交流发电机等)典型地由转子以及围绕转子且与其共轴的定子组成。转子和定子均通常包括铁心，电线围绕铁心缠绕以形成设备的磁体线圈。通常，转子铁心包括柱形金属部件，该部件具有外部纵向凹槽，缠绕的电线可以置于该凹槽中。环形定子铁心在其内表面具有纵向凹槽，定子绕组置于该凹槽中。
[0002]本发明涉及这种铁心的生产，提供了用于生产电机的铁心的方法和装置，铁心具有的直径大于迄今为止的铁心。
【背景技术】
[0003]已经通过用金属板材冲压铁心部件来生产电机的叠片铁心，然后将冲压部分组装成堆以形成电动机铁心。
[0004]在该处理中，金属板材或者金属带被冲压以形成用于定子铁心的环形部分以及用于转子铁心的盘状部分。冲压处理会产生大量碎片，起初尝试减轻碎片的生产是通过首先从板材材料冲压出用于转子铁心的盘状部分，然后冲压出环形成型部分，该环形成型部分由板材材料围绕开口的区域形成定子铁心，所述开口是通过移除转子铁心部分而形成的。但是，降低碎片的该技术的结果是，转子和定子铁心由相同金属板材或者金属带形成，因而必须具有相同磁属性。
[0005]为了允许转子铁心和定子铁心具有不同的磁材料属性，已经开发了分别生产转子和定子铁心的技术。盘状转子铁心像之前一样是由金属板材或者金属带冲压而成的。为了降低当生产用于定子的环形铁心时生成的碎片量，已经开发了用于环形铁心的生产方法，其中，形成有堞形(castellated)边缘的金属带缠绕成螺旋以形成环形叠片铁心。
[0006]例如，该方法的例子能够见于美国专利US4395815，该专利描述的是:通过在金属带的一个边缘冲压出开口来形成叠片定子铁心；将金属带形成为螺旋形式，并在每个线圈的径向内边缘上具有开口 ；以及使用纵向延伸通过邻近其外边缘的铁心叠片的螺栓将卷绕带的螺旋绕组固定在一起。
[0007]为了将冲压带形成为环形定子铁心，当前常规技术将带缠绕至大致柱形绕组芯轴上以形成叠片铁心，然后抓取缠绕的铁心并且将其传递至直径稍微大于缠绕芯轴的尺寸加工芯轴。使用尺寸加工芯轴是必要的，因为在带的缠绕期间，带的厚度或者材料属性的不规则性会导致在带的边缘中形成的狭槽或者开口在缠绕的线圈中变得稍微不对准。上述传递是通过这样来实现的:抓取缠绕铁心并且将其从缠绕芯轴轴向推动，然后将铁心轴向置于尺寸加工芯轴上。尺寸加工芯轴典型地具有锥形前端以辅助于将尺寸加工芯轴插入在线圈内。
[0008]尺寸加工芯轴通常在其外表面具有纵向延伸脊以接合位于缠绕铁心的内表面上的开口，以确保铁心的相邻线圈的精确对准。由于其直径稍微较大，因而当线圈放置在尺寸加工芯轴上时，尺寸加工芯轴施加拉伸应力至线圈的绕组，从而稍微拉伸每个线圈的带材料，同时脊与位于带的每个线圈中的开口协作以确保精确对准。
[0009]可以理解的是，很大量的能量存储在铁心的缠绕线圈内，甚至对于小直径的铁心来说，可以考虑需要用来抓取并且在传递至尺寸加工芯轴期间保持缠绕带的设备。同样地，由于在该操作期间线圈的拉伸，需要很大的力来将缠绕线圈置于尺寸加工芯轴上。
[0010]然后将绕组的线圈固定在一起以形成叠片铁心，优选通过在铁心的外边缘进行焊接来实现固定。然后从尺寸加工芯轴移除完成的叠片铁心，由于现在的成品铁心和尺寸加工芯轴之间的紧配合，该操作再次需要很大的力。
[0011]本领域的技术人员将易于认识到的是，上述常规处理仅可以用来生产的定子铁心具有轴向延伸内凹槽以接收电动机绕组。此外，此技术仅用来生产小直径及小轴向范围的定子，因为在线圈处理期间锁定在定子绕组中的应力是显著的，必须通过用以将铁心从缠绕芯轴移动至尺寸加工芯轴的夹紧和传输器件来克服该应力，并且因为将缠绕线圈置于尺寸加工芯轴上以及将其从尺寸加工芯轴移除都需要很大的力。
【发明内容】
[0012]本发明试图提供一种用于由螺旋缠绕带形成电机的铁心的方法和装置，可以生产大直径以及大轴向长度的铁心。
[0013]本发明的第一方案提供了用于制造电机的叠片铁心的方法，该方法包括以下步骤:
[0014]将成型带缠绕至芯轴上以形成螺旋绕组，其中带的平面大致垂直于螺旋绕组的轴线；
[0015]在芯轴位于绕组的内部的同时，将芯轴的直径增加第一预定量以在螺旋绕组的线圈上施加拉伸应力；
[0016]将施加有应力的所述螺旋绕组的每个线匝固定至其相邻一线匝或多个线匝以形成所述置片铁心；
[0017]将所述芯轴的直径减小大于所述第一预定量的第二预定量以放松所述叠片铁心；以及
[0018]从所述芯轴移除所述叠片铁心。
[0019]在所描述的实施例中，通过沿着铁心的外表面纵向延伸的焊接线将螺旋绕组的线匝相对于彼此固定。在实施例中，施加的三个焊接线沿着铁心的整个长度延伸。但是，可以想到的是，可以施加更多或更少的焊接线，焊接线可以以直线方式平行于绕组的轴线延伸，或者可以沿着螺旋路径或者其他路径延伸。一些或者所有焊接线可以不是沿着叠片铁心的整个轴向长度延伸。必要特征是，将螺旋绕组的每个线匝相对于其相邻线匝固定，从而形成单一的叠片铁心结构。
[0020]本发明的第二方案提供了用于制造电机的叠片铁心的装置，该装置包括:
[0021]具有可调节直径的柱形芯轴；
[0022]调节器件，其用于在第一中间直径、大于所述第一直径的第二直径和小于所述第一直径的第三直径之间调节所述芯轴的直径；
[0023]缠绕器件，其用于将成型带缠绕至所述芯轴上以形成铁心绕组，其中，所述带的平面大致垂直于所述芯轴的轴线；
[0024]夹紧器件，其用于将所述铁心绕组夹紧至所述芯轴上；
[0025]固定器件，其用于将所述铁心绕组的线圈固定在一起以形成叠片铁心；
[0026]卸除器件，其用于从所述芯轴移除所述叠片铁心；以及
[0027]控制器件，其用于控制所述调节器件、所述缠绕器件、所述夹紧器件、所述固定器件以及所述卸除器件的操作。
[0028]在优选实施例中，控制器件可操作成能够缠绕和调节器件，使得在第一阶段，缠绕器件将成型带缠绕至第一中间直径的芯轴上以形成铁心绕组；在第二阶段，控制器件使调节器件将芯轴在铁心绕组内部膨胀至第二直径以对绕组的线圈施加拉伸应力；操作夹紧器件以保持铁心绕组的线圈于适当位置；以及操作固定器件以以将线圈相对于彼此固定以形成叠片铁心；以及在第三阶段，使调节器件将芯轴收缩至第三直径，以及操作卸除器件以从芯轴移除置片铁心。
[0029]在优选装置中，设置了多个可调节芯轴，每个芯轴在缠绕站、尺寸加工及固定站和卸除站之间是可移动的，在缠绕站将成型带缠绕至芯轴上以形成铁心绕组，在尺寸加工及固定站将铁心绕组夹紧并且固定以形成叠片铁心，在卸除站将叠片铁心从芯轴移除。最优选地，提供了三个可调节的芯轴。三个芯轴安装成在缠绕站、尺寸加工及固定站和卸除站之间循环移动。在有利的实施例中，三个芯轴安装在转盘上，转盘旋转以依次顺序将每个芯轴送至缠绕站、尺寸加工站和卸除站。但是，可以想到的是，可以提供多于三个的芯轴。当芯轴在缠绕站、尺寸加工站以及卸除站之间移动时，或者当芯轴位于缠绕站、尺寸加工站以及卸除站之一时，可以执行芯轴的膨胀和收缩。
[0030]该装置可以进一步包括冲压站，冲压站接收普通金属带并且将其冲压以形成坯带，该坯带沿着带的一个边缘具有堞形轮廓，准备好用于缠绕至芯轴上。在缠绕操作期间，带的平面大致垂直于芯轴的轴线，堞形边缘可以布置成接触缠绕芯轴的表面以形成具有接收电线圈的内凹槽的缠绕铁心。可替换地，为了生产具有接收电线圈的外凹槽的缠绕铁心，在缠绕处理期间堞形边缘可以定位成背离芯轴的表面。
[0031]冲压站可以同时生产两个坯带，每个坯带都具有与原始普通金属带的边缘对应的大致直边缘，以及从带的中央区域冲压成的堞形边缘。普通金属带可以被切割成使得两个坯带在形成的时候其堞形边缘彼此相互交叉。每个坯带都可以包括一系列"U"型或者〃τ〃型元件，它们通过较窄的金属桥链接在一起。
[0032]冲压站可以连续操作以生产一个或者两个坯带，并且可以将坯带输送至缓存站。当形成每个铁心绕组时，缓存站接收连续生产的坯带，并且将坯带间歇地输送至缠绕站，在每个缠绕操作结束时中断坯带至缠绕站的供给。缓存站可以具有两个或多个滑轮，所述坯带系在所述滑轮上，至少一个滑轮相对于另一个滑轮是可移动的以增加以及减小收纳在所述缓存站中的坯带的运行长度。
[0033]在设置了多个芯轴的实施例中，当承载铁心绕组的芯轴移动至尺寸加工站并且空的芯轴被引入至缠绕站时，中断坯带的输送，于是能够开始再次