专利名称：缠绕方法、特别是用于构成电气线圈的缠绕方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的方法以及一种根据权利要求8的前序部分的设备。相应的方法用于将带条状的物品规则地以线匝的方式关于绕组轴线缠绕到具有非圆横截面的支架上，并且尤其是实现带条状的物品在支架上的与轮廓相一致的最终位置以及一种用于此的设备。
背景技术：
在本发明的意义中，带条状的物品(下面也被成为绕线物品)包括金属丝状、绞合线状、单丝状、绳状或纤维状材料，这些材料尤其是导电材料，其具有在长度上不变的横截面和具有弹性特性以及吸收塑性和/或弹性变形的特性。绕线物品通常设有电绝缘的包封。相应的物品可通过支架和带条物品的供应装置之间的相对运动在支架上以线匝的方式被构造为线圈。作为带条状的物品的例子在此列举漆包铜线，其既可以是圆导线也可以是扁导线。具有非圆横截面的支架例如是电动机的层合叠片组的极齿。可在这些极齿上安装可通电的线圈用于实现电动机的功能。为此在两个相邻的、从被称为磁轭的圆环径向向内或向外延伸而出的极齿之间只存在有限的可用空间，该空间往往具有受限的可接近性。该空间应被尽可能好地利用。这种用于导电的导线横截面的最大的绕组空间利用(占空系数最大化)受到限制，这一方面是由于带条状的绕线物品的几何形状，其中不可避免圆导线之间所谓的楔状空间，另一方面是由于所使用的绕线方法受到限制，即当导线并不与轮廓相一致地沿支架、 例如极齿的包络线被敷设。“与轮廓相一致”是指绕线物品，就一个线匝在一个线圈的第一层的横截面的两个用作弯曲点的角点之间的圆周距离而言，连续地切向贴靠到支架的待被绕线的表面上。对于这样开始的线圈的所有其余的层，适用绕线物品在之前的层的与轮廓相一致地被敷设的线匝上的连续切向贴靠。与轮廓相一致的敷设受到物品特性的影响并且尤其是变难，因为绕线物品的材料通过塑性或弹性反应而抵抗在绕线时由弯曲过程引起的变形。支架的圆形横截面使绕线材料产生连续的不变的弯曲应力，可为其优化待施加的拉力，而例如矩形的、 长/宽的比值>>1的横截面一这例如对于极齿来说是常见的一则在四个角的转向点形成脉冲式增高的弯曲应力并且使导线接下来几乎无负荷地敷设于支架的相连的侧面上。这使得导线回弹成为可能，从而导致线圈相对于支架隆起。由此在线圈和支架之间产生的间隔空间不再被导线横截面有效占用。当代替圆漆包铜线例如使用扁导线时，则扁导线使导线从导线喷嘴或导辊到支架上的过渡的条件更为复杂。概念“隆起”、也被称为“凸起”描述了绕线物品在支架上的一种敷设状态，其中，一个线匝或所有在同一区段中敷设在两个弯曲转向边缘之间的线匝并不与轮廓相一致地贴靠。隆起或凸起为支架表面和距离其最近的线匝之间的间距，该间距在两个相邻的弯曲转向边缘之间的距离的中点上测得。凸起的大小取决于导线直径、施加的拉力和弯曲转向点之间的长度。
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与轮廓相一致地敷设绕线物品的另一障碍在于对于敷设绕线物品的设备而言支架的由产品的几何形状决定的可接近性。仍以极齿为例，尤其是当支架作为极齿复合结构时是这种情况。绕组空间的可接近性限制了这样的自由度，即，相对于支架表面上的敷设点最佳地在间距、方向和导向作用方面调整输出绕线物品的设备。输出绕线物品的设备必须适应可接近性的条件。例如管状喷嘴已被证明适合于此，其可在绕组空间内操作并且在此相对于支架进行线性的相对运动，而补足的转动运动则由支架本身实现。现有技术中存在这样的解决方案，其目的在于实现高填充密度地敷设带条状绕线物品、在此尤其是绕线导线，且尽可能最大程度地利用两个支架、例如电动机定子的极齿的相邻齿面之间的理论上可用的绕组空间。在此同时产生附加的条件，即，由此彼此靠近的线圈侧面在这样的绕组空间中几乎形成侧面平行，这通过其边界轮廓的波浪来产生，该波浪例如可相应于圆的绕线导线的一半直径。在线圈绕线时出现于其纵向侧面上的凸起不利于这一目标设定。在这些解决方案建议中，正循环(orthozyklische)敷设这种线圈的线匝层由于可达到高的占空系数而占有特殊的地位。正循环绕组的意思是圆导线线圈的线匝并非螺旋形前进地形成于支架的壳体面上，因为螺旋形的构造会使限定的法兰的侧面上出现较大的楔形空间，而且连续的层之间的反向螺旋最终导致各个线圈的翻转，这拆除了所追求的线匝相互紧贴的缠绕并导致所谓的松散的具有填充密度损失的层结构。与此不同，正循环绕组与例如圆柱形支架的旋转轴线呈0°角地敷设线匝并且在完成完整的一圈线匝之前在很短的圆周距离中使导线偏转其直径大小。DE 10 2007 037 611B3中建议将正循环的线圈的线匝环绕中的跃变点敷设于极齿的窄的端面上，因为其在此对相邻的磁极线圈的彼此相对置的纵向侧面的相对平坦性影响最小。为了能够可靠地在窄面上进行线匝跃变并且可靠地过渡到相邻的纵向侧面上，为装上的支架设置特殊轮廓。在该特殊轮廓中，轮廓的两个纵向侧面之一设计得更长，由此在所涉及的、现在变得倾斜的端面上形成更加长的、可用于进行跃变的敷设距离。此外，在大约60°的锐角上产生对在那里转向的导线特别有利的固定效果。缺点是必须容忍支架轴向延长超过电机定子功能上所需的最小尺寸。DE 10 2007 002 276A1的目的也在于尽可能好地利用极齿线圈的现有的绕组空间并且也避免线圈纵向侧面上的各个线匝或线匝交叉部的可能的突出部分，其方式是，使用正循环绕组，且在奇数层数和预先规定两个线圈端部定位于同一齿面上的情况下进行修改。为此在纵向侧面上分叉线匝跃变和层式的绕组跃变。因此对于最后一层的被分叉的线匝提供一种嵌入，同时将形成的交叉移入不太重要的端面中。EP 1 315 268A1描述了一种根据前面的绕线技术被缠绕于极齿上的线圈，其在纵向侧面上具有隆起。为了避免不希望的隆起，提出一种复杂的绕线单元，借助其单独预缠绕由粗圆导线构成的线圈，这在循环激活可径向进给的弯曲挺杆或类似物的情况下进行，汽车领域的产品由于其车载电网的低电压尤为需要这种线圈。该方式是唯一可行的，因为可接近性通过单独保持绕线工具来实现。在此也必须容忍装上的磁极线圈不能在整个线路的按电路图的连接中进行绕线
发明内容
本发明的任务是提供一种绕线方法和一种相应的用于在非圆支架上与轮廓相一致地敷设带条状的物品的设备，其中，不再出现上述缺点并且尤其是将缠绕的绕线物品的凸起降低到最小程度。该任务通过根据权利要求1的方法以及根据权利要求8的设备得以解决。根据本发明规定为形成线圈而敷设于非圆支架上的带条状的绕线物品、例如漆包铜线在轴向拉力下并非仅通过在支架包络线的切向碰撞点上产生的弯曲来获得其线匝形状，带条状的绕线物品业已在位于该碰撞点和绕线物品供应装置的排出点之间的区段中就已承受规定的横向力。该横向力在所述区域中向绕线物品施加弹性至塑性的预应力并且持续影响绕线物品在碰撞到支架上时以及在进一步的线匝形成时的特性。规定的横向力完全地或充分地部分补偿被敷设的导线的倾向，该倾向是在横截面为多边形或非圆形的支架轮廓的角上的弯曲点之间形成隆起，而不是与轮廓相一致地无间隙地贴靠。这样定向该绕线方法的根据本发明的横向力，以致横向力使得带条状的绕线物品的在其碰撞点和排出点之间的自由区段移位成两个彼此呈角度的区段。该方法的根据本发明的横向力在缠绕期间并不持续作用于带条状的绕线物品上， 而是参考支架包络线的轮廓区域(在支架包络线上移动的碰撞点在当前经过该轮廓区域) 被循环地激活。这主要能够避免线圈的纵向侧面上的隆起，因为这些纵向侧面成对地在通过两个相邻的支架的纵向侧面构成的绕组空间中直接相对置。因此与轮廓相一致的敷设线匝这一目标设定尤其适用于线匝的这一部分。相反，可允许保留支架或线圈的端面上的隆起。横向力的作用点和方向在线匝环绕过程中根据供应装置的排出点相对于支架的相对位置而发生改变。根据本发明的与轮廓相一致地缠绕敷设的支架表面不仅指在绕线开始之前存在的构件表面，而且也指绕线开始后由绕线物品的例如在一层中并排的线匝的排列形成的包封轮廓，该包封轮廓平行于构件表面且具有一半带条直径的波浪。在下面将其称为当前或待被绕线的支架表面。通过相邻带条的半径形成的沟槽在此可螺旋形地在敷设表面上延伸或者在所谓的正交绕组中在支架圆周的大约60%上垂直于支架轴线地定向。正交绕组有利于迎合根据本发明的方法原理，其具有与轮廓相一致的敷设目标。根据本发明的解决方案通过一种设备实现，其利用可贴靠在绕线物品带条上的预变形元件以施加横向力。预变形元件(例如为任意横截面的杆件或为管件)设置成可平行于用于带条状的绕线物品的、用作供应装置的排出喷嘴的纵轴线运动，以便对绕线物品条带进行根据本发明的干预。优选构造为圆柱形喷嘴的供应装置和相配的预变形元件构成一个单元。根据所使用的绕线原理或根据在供应装置和支架之间的相对运动在该单元中装备预变形元件。在针式绕线技术的往复偏转式方法中，该单元以帕特诺斯特方式 (Paternoster-Art)环绕支架。而在旋转式绕线方法、锭翼绕线技术中，该单元以始终径向的定向环绕支架，因而在该单元中设置两个预变形元件，以便可根据本发明施加横向力。有利的是，为了适应相应的绕线任务，预变形元件具有设有执行器的基础件和用于贴靠到绕线物品带条上以及用于使绕线物品带条偏转的可更换的头部件。在基础件中，形锁合的保持装置可以是圆柱形的，由此插入该保持装置中的头部件可在其固定之前进行旋转。当将供应装置设置为排出喷嘴时，为了附加功能，排出喷嘴可偏转90°，这可与两个预变形元件一同或独立地进行。该附加功能也可用于通过分割元件这样分割绕线物品带条，使得在最后的线匝区段上不出现局部的隆起。在此关联中要指出，在说明书和权利要求书的特征中所使用的概念“包括”、“具有”、“包含”、“含有”、“例如”和“尤其是”以及其语法变型原则上是对特征、如方法步骤、装置、范围、大小或类似物的不封闭的列举，不可排除其它或附加特征或者其它或附加特征组的存在。
借助示意性示出实施方式的附图进一步解释本发明。附图如下图1为一组非圆支架，每个支架上都带有线圈，其在相对置的侧向面上具有隆起， 如其在现有技术中那样；图2A为根据本发明的解决方案的原理图；图2B为图2A的方案的一种变型方案；图2C为图2B的方案，其具有根据本发明的预变形元件的两种运行状态；图2D为图2B的方案，其显示根据本发明的预变形元件在一个线匝中的运行状态；图3A和;3B为非圆支架组的变形方案，每个支架上带有由根据本发明的与轮廓相一致的线匝构成的线圈。
具体实施例方式图1中示出现有技术。在那里三个支架1、2、3具有矩形端面la，其圆周线构成对形成线匝起决定作用的轮廓，该轮廓由长度Ic和宽度Ib组成并且包括弯曲边缘ld、le。线圈5尤其在侧向面Ic具有隆起6，绕线物品在那里与侧向面Ic的表面间隔开。相邻的线圈4、5由于隆起6以不希望的方式彼此靠近，这限制了所追求的线圈在支架1、2、3的可使用的总长度上沿边缘Id的延伸。图2A示出根据本发明的用于避免不希望的凸起的解决方案的原理图。在具有端面Ia和在所示例子中为矩形的横截面的支架1上敷设带条状的绕线物品8、例如漆包铜线。 为此设置用于供应绕线物品8的排出喷嘴7。为该喷嘴7配置一个在所示例子中为圆柱形的预变形元件9，其可平行于喷嘴7的纵轴线移动。在所示位置中，绕线物品8刚刚围绕支架1的下弯曲边缘Ib被弯曲并且应以区段8b被敷设到支架1的侧面Ic上且然后通过上弯曲边缘Id被继续引导。在所示位置中，预变形元件9这样挤压被供应的、从喷嘴7排出的绕线物品带条8，使得绕线物品带条8从在其纵向上延伸的位置出发按照规定在弯曲边缘Ie和喷嘴7上的出口之间偏转。在此在带条材料中形成一个弯曲，该弯曲将弯曲边缘Ie 和喷嘴7的出口 7a之间相应的带条区段分为相互形成折角的区段8b和8a。通过在此起作用的横向力，绕线物品8受到预应力，其补偿未来的敷设时的隆起。图2B至2D示出了本发明的一种特殊的实施方式，其具有设置在喷嘴7两侧的预变形元件9. 1、9.2。根据所使用的绕线方法，可能需要为导线排出喷嘴7配置多个预变形元件9. 1、9.2。在所示例子中，为金属线排出喷嘴7配置两个预变形元件9. 1、9.2，其例如定位于喷嘴7的两侧。在图2B中，预变形元件9. 1使绕线物品8如上所述地偏转，于是绕线物品8的相应的区段被敷设到绕线体1的侧面Ic上。之前，未使用的预变形元件9. 2在X方向上平行于喷嘴7运动，从而不妨碍绕线物品8的敷设。紧接着，喷嘴7在箭头P的方向上(其表示绕线方向)进一步围绕绕线体1运动并且在此围绕弯曲边缘Id敷设绕线物品8 (图2C)。在此，预变形元件9. 1,9. 2未被使用并且平行于喷嘴7地在X方向上往回运动，因此其不妨碍绕线物品8的敷设。由喷嘴7和预变形元件9. 1,9. 2构成的组在弯曲边缘Id后在绕线体1的窄面上继续移动，以便将绕线物品的相应的区段8c敷设于该端面上。 接着，喷嘴7越过后部的弯曲边缘lf，区段8c敷设于所述后部的弯曲边缘和弯曲边缘Id 之间。绕线物品8在弯曲边缘If上再次弯曲，以便随后敷设于与侧面Ic相对置的侧面上。 在此，预变形元件9. 1、9. 2再次平行于喷嘴地向前(-X方向)移动，且根据本发明的预变形过程在背面以这样的方式进行重复，即，预变形元件9. 2向绕线物品施加横向于绕线物品8 的行进方向的偏转力(图2D)。图2B至2D所示的方法的实施方式尤其适用于锭翼绕线原理 (Flyerwickelprinzip)。对于其它的绕线方法可在必要时使用其它数量的预变形元件。借助本发明可对各种支架造型进行绕线。例如3A示出一组三个在外部开槽的支架1，这与图1相似。在此可看出，尤其在纵向侧面的区域中避免了线匝的凸起。线圈4和 5在后部区域中不再彼此相碰且保留足够的间距。这根据本发明也可在一组三个在内部开槽的支架1上得以实现，如图:3B所示。
权利要求
1.绕线方法、尤其是用于构造电气线圈的绕线方法，其中，由供应装置(7)供应的带条状的绕线物品(8)通过绕线物品(8)和支架的相对运动被缠绕到具有非圆横截面的支架上，其特征在于，在将绕线物品敷设于待被绕线的表面上之前，给绕线物品(8)施加横向于其纵向延伸的力。
2.根据权利要求1所述的绕线方法，其特征在于，施加到绕线物品(8)上的力具有至少一个横向于待敷设到待被绕线的表面上的绕线物品(8)的敷设方向的力分量。
3.根据权利要求1或2所述的绕线方法，其特征在于，施加到绕线物品(8)上的力具有至少一个指向支架的力分量。
4.根据权利要求1所述的绕线方法，其特征在于，带条状的绕线物品(8)是金属丝状、 绞合线状或绳状的电导线。
5.根据权利要求1至4之一所述的绕线方法，其特征在于，支架为电动机的构件、尤其是内极定子或外极定子的构件。
6.根据权利要求1至5之一所述的绕线方法，其特征在于，为了实现在支架和绕线物品 (8)之间的相对运动，利用固定的敷设喷嘴实现旋转式绕线、利用旋转的敷设喷嘴实现锭翼绕线或利用被轨道引导的喷嘴实现往复偏转式绕线。
7.根据上述权利要求之一所述的绕线方法，其特征在于，横向力在绕线物品(8)上施加弹性至塑性的预应力，该预应力这样持续地影响绕线物品(8)在碰撞到支架上时并且在进一步的线匝形成时的特性，使得被敷设的导线在各弯曲点之间形成隆起的倾向得以完全补偿或充分地部分补偿。
8.用于实施绕线方法、尤其是根据上述权利要求之一所述的绕线方法的设备，该设备包含供应绕线物品(8)的供应装置(7)和用于固定待被绕线的支架的容纳部，其中供应装置(7)和支架设计成可彼此相对运动，其特征在于，设置至少一个能相对于供应装置(7)运动的预变形元件(9 ；9. 1,9. 2)并且所述预变形元件能够在一个静止位置和一个干预位置之间运动。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述预变形元件(9)具有固定及引导部件，该固定及引导部件与一个执行器可松脱地连接。
10.根据权利要求8和9所述的设备，其特征在于，所述供应装置(7)和配置给所述供应装置的预变形元件(9 ；9. 1,9. 2)构造为一个单元。
11.根据权利要求8至10之一所述的设备，其特征在于，所述预变形元件(9；9. 1,9. 2) 基本上设置在平行于供应装置(7)的纵轴线(X)的平面中和/或所述预变形元件也在该平面中轴线彼此平行地设置。
12.根据权利要求8至11之一所述的设备，其特征在于，所述供应装置(7)构造成可偏转的。
13.根据权利要求8至12之一所述的设备，其特征在于，所述预变形元件(9；9. 1,9. 2) 在其干预位置上能够向绕线物品(8)施加横向力和由此施加弹性至塑性的预应力，该预应力这样持续地影响绕线物品(8)在碰撞到支架上时并且在进一步的线匝形成时的特性，使得被敷设的导线在各弯曲点之间形成隆起的倾向得以完全补偿或充分地部分补偿。
全文摘要
本发明涉及一种绕线方法、尤其是用于构造电气线圈的绕线方法，其中，由供应装置(7)供应的带条状的绕线物品(8)通过绕线物品(8)和支架的相对运动被缠绕到具有非圆横截面的支架上。在敷设于待被绕线的表面上之前绕线物品(8)被施加横向于其纵向延伸的力。
文档编号H01F5/04GK102577048SQ201080045891
公开日2012年7月11日 申请日期2010年10月12日 优先权日2009年10月12日
发明者W·吕特格 申请人:奥曼有限公司