专利名称：制作电动机线圈的方法
技术领域：
本发明涉及一种定子线圈和一种制作电动机线圈的方法，这种电动机包括具有管状芯部和管状线圈的定子，管状线圈设置成与管状芯部的内表面接触。具体地，本发明涉及一种包括两层绕组的片状结构件，绕组可与定子或转子芯部连接，以形成磁场。本发明还涉及一种片状结构件和与其相连的管状芯部件。
背景技术：
一般来说，已存在具有上面提到种类的定子的电动机。对于传统的电动机，线圈的绕组设置在芯部的沿轴向延伸的槽中。为了传导磁性，芯部用含铁的材料制成。将线圈缠绕在芯部的槽中的原理是其可产生强电场和保持绕组于适当位置。但是，这样制作绕组很费时，并要求技巧和非常专门和昂贵的生产装置。此外，这种类型的电动机因为存在槽，带来齿槽效应(cogging)的缺点。还有另外一种电动机，其中预缠绕的线圈形成硬的包括多个导线绕组的管状线圈件。管状线圈件粘接到管状芯部件的内表面。第二种类型的电动机很容易制造，但与首先提到类型的电动机不同，管状线圈件插入管状芯部件增加了芯部和电动机转子之间的距离，因此使电动机的性能下降。
所提到的第二种类型的电动机的管状芯部件一般通过在心轴上缠绕绝缘导线来形成。缠绕后，将具有螺旋线圈形式的导线从心轴上取下。其后，将螺旋线圈斜置进行压平，形成绕组片状件，该片状件然后卷绕形成管状线圈件，其可插入和固定到管状芯部件。当螺旋线圈从心轴上取下时变得很柔软，为了线圈不变形，必须小心操作。在斜置和压平过程中，难以防止螺旋线圈出现不平整，截面形状经常变形，因此导线倾斜，一般会出现某些绕组重叠在其他绕组上，使得线圈的厚度增加。由于厚度增加，芯部和线圈之间需要更大空气隙，从而使电动机的效率下降。管状线圈件通常在炉中进行强化，如背面涂敷导线涂料或所谓的漆。硬管状线圈件然后插入管状芯部件。强化的管状件不能膨胀与芯部件的内表面接触，为了线圈件和芯部件之间建立可靠的接触，其间的间隙填充有硬化胶。管状芯部件和转子之间形成的距离，即粘性层的厚度和线圈件厚度，比较大，导致电动机的性能下降。
发明内容
根据本发明，提供了一种制造电动机绕组的方法，所述方法使得电动机更容易制造和具有良好的性能。因此，本发明的第一方面提供了一种制造带有多个电动机导线绕组的片状件的方法，所述方法包括步骤非粘性层覆盖心轴外表面的一部分；粘性层覆盖非粘性层外表面的一部分；缠绕导线到心轴的外表面，形成与粘性层接触的线圈；从心轴取下线圈和至少一部分粘性层；和压平线圈，形成包括两层绕组的片状结构件，绕组通过粘接层连接。
由于线圈导线缠绕到粘性层上，当线圈从心轴上取下时，线圈的各层与相邻层连接。很容易将线圈斜置和压平，并形成绕组层的片状结构件，导致了绕组的截面形状较少变形，因此，当用于电动机时可具有更好的性能。用于电动机时，片状结构件可固定到导磁材料芯部，即构成电动机的转子或定子的管状芯部件。根据本发明的一个实施例，片状结构件的厚度基本上等于两倍的线厚度加上两倍的施加到非粘性层的外表面的粘性层的厚度。与现有的电动机的管状线圈件的壁厚相比，导线和粘性层的厚度与总厚度的正相关关系有很大的不同。在现有的电动机中，当从心轴取下线圈时经常出现绕组变形，其后的线圈压平导致总壁厚是线圈绕组层的线厚度总和的3倍。
非粘性层可以是施加粘性层前施加到心轴上的非粘性涂层。非粘性层可以是施加到心轴外表面的聚四氟乙烯层，或者是任何非粘性层，如在模具中模制塑料件所用的非粘性层。非粘性层和粘性层可通过喷涂或类似的涂敷技术施加到心轴上。非粘性层最好是柔性的片状材料，可以是与粘接剂相连的塑料或纸条垫，即其具有平滑或光滑的表面，有助于方便地脱离片状粘性的粘结剂层。心轴的外表面可设置固定机构，以保持固定到心轴的柔性片状材料，即可通过吸力或通过纵向延伸的槽，如设置在心轴外表面的张力套管的一部分，以利于从心轴取下线圈。
由于电动机的性能取决于转子和产生感应磁场的芯部之间的距离，电动机的性能可通过减少绕组层的厚度来提高，即片状结构件的厚度，即通过卷绕片状结构件得到的管状线圈件的壁厚。此外，性能提高还可通过片状结构件和芯部件的表面之间建立紧密接触，其中产生感应磁场的芯部件是转子或定子的芯部。粘性层可以是弹性粘接材料，即丙烯酸或橡胶基的材料。由于粘接材料具有弹性，片状结构件变得更柔软，因此更容易变形和压入与芯部件的表面接触，这是一个优点，尤其是当芯部件是管状，因此具有弯曲的外表面时。此外，使用弹性粘接材料可显著地减少使用片状结构件的电动机的噪音。
至少部分或全部的非粘性层可从心轴上与线圈和粘性层一起取下。通过这种方式，可保护粘性层免受灰尘等的作用，直到后面的生产阶段，此时线圈进行压平。在进行压平之前，取下非粘性层，以便暴露粘性层，使得片状结构件的两层绕组进行连接。
导线可以是规则的绝缘电导线，是已知的用于电动机绕组的导线，如0.15毫米的导线。导线具有一层或两层漆，内层漆的熔点高于外层的熔点。通过在两个漆层熔点之间的温度下对线圈进行热处理，可使得线圈的绕组之间进一步连接。
为了进一步支撑结构和防止线圈在从心轴取下时变形，或在线圈进行压平时变形，至少一个细长条的刚性片状材料可施加到粘性层的外表面。该材料条最好是沿线圈轴向施加，即从一个轴向端部延伸到相对的轴向端部。在一非常优选的实施例中，两个材料条沿轴向施加到线圈两侧的外表面，即两个条之间大约为180°。为了防止线圈变形，材料条的刚性最好比非粘性层更高，材料条最好可提供至少一个方向的弯曲抗力，因此沿这个方向手指压力难以使材料条变形，材料条可容易地沿其他方向变形。这样的特性可在金属网上发现，以及在带有可削弱板沿一个方向抗弯能力的许多平行凹孔的较刚性板上发现。因此，材料条可沿轴向施加到弹性粘接材料的外表面，可通过中等的手指压力弯曲，顺应心轴外表面的曲率。材料条可用带孔的材料制造，如金属网布。具体地，材料条可用金属网制造，其孔的尺寸允许粘接剂在压力下通过。金属网的金属丝可选择其直径小于线圈导线的直径，使得材料条的厚度对线圈的总厚度的贡献很小，线圈的总厚度包括金属丝，粘性层和材料条的厚度。材料条可用钢丝制造，其直径在0.05到1.0毫米。孔的大小在0.1到5.0平方毫米的范围，材料带还可用复合材料制造，复合材料包括玻璃纤维或碳纤维和聚酯树脂或环氧树脂。材料条最好具有刚性表面形状，防止表面出现变形，防止材料条的边之间角度改变。
为了帮助从心轴取下线圈，可先减少心轴的径向尺寸，然后再从心轴取下线圈和至少部分粘性层。例如，心轴的外表面可由套管或张力套管形成，套管设有纵向延伸的槽，允许套管或张力套管受压形成较小径向尺寸，或心轴可形成弹性软管，如由橡胶材料制成，其在充有一定压力的流体介质时，变成足够刚性，在缠绕过程施加背压力。在从心轴取下线圈之前，释放压力使得心轴变软，很容易取下线圈和至少一部分粘性层。
在进行压平之前，通过插入线圈中的细长膨胀件进行膨胀，线圈可变形成为任意的截面形状。将膨胀件插入线圈之后，再使膨胀件和线圈互相分开。在线圈膨胀期间，膨胀件的圆周外形可压入线圈中。膨胀件最好是钢杆，具有圆形截面，但实际可具有任何截面形状，可用任何刚性材料制造。由于缠绕金属丝到具有多边形状的心轴时金属丝围绕锐边弯曲可带来问题，金属丝最好缠绕到具有圆形截面的心轴，然后线圈膨胀成为具有弯曲外形的截面形状，如椭圆截面形状。或者，线圈可膨胀成为多边形截面形状，如菱形、四边形、五边形或六边形。
由于粘接剂具有弹性，片状结构件成为柔性的。片状结构件由于柔性可卷成柔性的管状线圈件，其可插入管状芯部件，即形成电动机的定子或转子。片状结构件的尺寸最好使得管状线圈件的长度超过对应的管状芯部件的长度。这使得线圈件可同轴位于芯部件的外侧或内侧，线圈件沿两个轴向端部共同延伸。一般地，片状结构件的厚度在线圈压平过程金属线进行折叠的区域稍微增加。片状结构件最好卷成管状线圈件，其中前面进行的对线圈压平造成的金属线折叠只位于管状线圈件的轴向端部，这部分管状线圈件最好位于管状芯部件的外侧。
将管状线圈件插入管状芯部件之后，线圈件可径向向外膨胀，从而导致与芯部件内表面紧密接触，因此电动机的转子和定子之间的距离可减少。
在斜置和压平线圈期间，暴露出片状结构件中两层绕组的端部的粘性层。为了保持片状结构件的管状，两个相对的端部可粘接到一起，即通过暴露的粘性层或使用另外的施加到端部的粘结剂。
作为向外膨胀与管状芯部件接触的替代方式，片状结构件可卷绕或膨胀成其径向尺寸大于管状芯部件的内部径向尺寸。插入期间，管状线圈件受压进入管状芯部件，由于其具有柔性，可相对管状芯部件的内表面向外压出。
为了改进芯部件的内表面和管状线圈件之间的接触，粘结剂施加到管状线圈件外表面和芯部件的内表面部分中至少一个上，然后将管状线圈件插入管状芯部件。粘结剂可以是任何能够将两个部件连接到一起的粘结剂，如弹性粘接材料。粘结剂可通过喷涂或使用刷子或使用胶水带施加到表面。
作为卷绕单个片状结构件形成管状线圈件的替代方式，可将不止一个分别包括两层绕组的片状结构件设置成与管状芯部件的内表面紧密接触。例如，分别连接交流电流的三相的三个单片结构件可位于管状芯部件的同样大，即120°，的圆周部分。不止一个片状结构件单独压平，分别连接到芯部件；或可连接起来形成一个新的片状结构件，其包括多个单独金属丝的绕组层；然后连接到芯部件。
为了加快制造过程，柔性片状材料和弹性粘接材料粘性层可通过一个操作施加到心轴，即具有粘接带的形式，其中粘结剂层预先施加到柔性片状材料。例如，可使用3M的Scotch Very High Bond tape，可包括带有塑料面纸的橡胶或丙烯酸基粘结剂。
在第二方面，本发明涉及一种电动机的线圈，其可根据上面介绍的本发明的第一方面的方法的步骤进行制造。
下面将参考附图对本发明的优选实施例进行详细介绍，附图中图1显示了心轴和位于其外表面的粘结剂施加带；图2显示了图1的心轴，其带有两个设置到粘结剂施加带外表面的材料条；图3显示了图1和2的心轴，其带有多个缠绕在外表面的线圈；图4显示了从心轴取下时的线圈；图5显示了图4的线圈，其变形成椭圆截面形状；图6和7显示了压平线圈，形成了片状结构件；
图8显示了片状结构件卷绕形成管状线圈件；图9到12显示了管状线圈件插入芯部件前后和其膨胀与芯部件的内表面接触前后的截面图；图13显示了片状结构件的两侧的视图；图14和15显示了直接在心轴上压平和卷绕三相的单片结构件；图16显示了三相电动机的三个单独线圈压平，然后卷绕片状结构件于心轴上；图17显示了直接在心轴上压平并卷绕的三相电动机的三个单独线圈；图18和19显示了线圈和对应的片状结构件的可选择的形状。
具体实施例方式
图1显示了心轴1，张力套管3设置在心轴的外表面，允许心轴的径向尺寸改变，以便容易地取下线圈。张力套管的外表面4上施加了具有粘结剂施加带5形式的非粘性层和粘性层，其包括背面纸和弹性粘接材料，如橡胶或丙烯酸基材料。心轴和套管用刚性材料制造，如钢铁，其一端可连接到驱动轴，驱动轴连接到动力驱动机构，使得心轴绕其中心线旋转。心轴上设置了槽，可容纳柔性片状材料的边沿部分，使得围绕心轴缠绕片状材料时，材料容易固定到心轴。出于相同目的，心轴还可以制成带有多个小吸孔，其连接到真空泵，在施加弹性粘接材料层时，可保持柔性片状件于适当位置。吸力可在后来的从心轴取下线圈之前关断。
图2显示了施加两条片状材料20，21到弹性粘接材料层的外表面，片状材料的刚性比柔性片状材料大，如一片金属网，一片复合材料，如碳纤维或玻璃纤维增强的聚酯或环氧树脂，或一片布织物。该材料条是纵向材料条，沿纵向从一个轴向端部22延伸到相对的轴向端部23。
图3显示了图1和2的心轴，其上施加了许多金属丝31的绕组30，如直径为0.15毫米的金属丝。金属丝设有漆形成的绝缘层。所公开的金属丝是直径为0.15毫米的铜丝。金属丝缠绕在弹性粘接材料层的外表面，使得各绕组连接到相邻的绕组，线圈可缠绕成多层。此外，线圈可用不止一种金属丝进行缠绕。即，对于2相或3相电动机，其中2个或3个单独的电绝缘金属丝缠绕在同一个心轴上，形成均匀的线圈，其包括2个或3个电绝缘的导线，导线将连接到交流电的各个相上。在施加了足够数量的绕组后，即一层或多层时，将螺旋线圈从心轴取下。
图4显示了从心轴取下的线圈。在这种状态下，线圈的形状得到保持只有依靠与弹性粘接材料层41和两个刚性条(图4中未显示)和柔性片状材料或张力套管42相结合的金属丝的刚性。
图5显示了柔性片状材料取下后两刚性材料条51保留在线圈内，以支撑线圈变形后的形状。线圈容易成形为优选的截面形状，如可通过沿轴向插入细长形状的成形件到线圈内。在图4中，截面形状是椭圆形，但也可以是四方形或多边形。如图所示，柔性片状材料件已经取出，暴露出位于线圈内表面的弹性粘接材料层。当线圈斜置和压平形成包括两个绕组层的片状结构件后，粘接剂可弹性地将线圈粘接起来。
图6a-6c显示了斜置和压平线圈，形成包括两个绕组层的片状结构件。
图7显示了圆柱形滚筒71，其用于压平线圈以形成片状结构件。
图8中，图7的片状结构件在圆筒形心轴81上卷绕，形成管状线圈件。心轴81可与图7的滚筒71相同。
图9显示了管状线圈件的截面图，管状线圈件由包括两层绕组90，91的片状结构件卷绕而成，两层绕组由粘性层92连接起来。粘性层92与在图1中用标记5表示的粘性层相同。
图10显示了图9的管状线圈件的截面图，其上施加了粘性层100，以粘接管状线圈件到电动机的管状芯部件的内表面。
图11显示了图10中的管状线圈件的截面图，线圈件插入管状芯部件110内，如图所示，管状线圈件尚未膨胀。
图12显示出管状线圈件已经膨胀，与管状芯部件的内表面接触，形成电动机的定子，准备接纳圆柱形转子。
图13显示了片状结构件的前侧130和后侧131，结构件包括两层导线绕组。
图14显示了心轴141的三维视图，线圈140的一侧连接到心轴。在图15中，截面图A-D显示了线圈件如何斜置和压平，形成片状结构件，同时通过围绕心轴卷绕线圈件，片状结构件形成管状线圈件。视图A中线圈件的一边连接到心轴，视图B线圈件绕心轴卷绕；视图C管状线圈件已经形成；视图D粘性层已经施加到管状线圈件的外表面，准备插入线圈件到管状芯部件，在其内表面内进行膨胀。
图16显示了用于三相电动机的三个片状结构件160，161，162的视图。A到D的四个视图显示了三个片状结构件是如何在一个操作中形成管状线圈件。在视图A各片状件的一边固定到心轴163的外表面。在视图B片状结构件绕心轴卷绕；在视图C形成包括三个单独的相导线的管状线圈件。在视图D粘性层施加到管状线圈件的外表面，准备插入和固定管状线圈件到管状芯部件。
图17中，三个线圈170，171，172固定到心轴173。通过绕心轴卷绕成线圈，在一次操作中线圈斜置，压平并形成管状线圈件。截面图A-D中显示了操作。
图18显示了菱形线圈，即通过围绕具有菱形截面形状的心轴缠绕导线得到的线圈。图19显示了线圈进行压平以形成片状结构件。除了菱形形状外，线圈和其片状结构件对应于前面介绍的线圈。通过测试，已经发现菱形可减少线圈在斜置和压平形成片状结构件时的不平整，菱形因此有助于提高电动机的性能。
权利要求
1.一种制造带有多个导线绕组的片状件的方法，所述方法包括步骤非粘性层覆盖心轴外表面的一部分；粘性层覆盖非粘性层外表面的一部分；缠绕导线到所述粘性层的外表面，形成与所述粘性层接触的线圈；从所述心轴取下所述线圈和至少部分粘性层；和压平所述线圈，形成片状结构件，其包括两层由粘接层连接的线圈绕组。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非粘性层包括柔性片状材料。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述粘性层包括弹性粘接材料。
4.根据前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一部分非粘性层与线圈和粘性层一起从所述心轴取下，然后取下非粘性层暴露出粘性层后进行线圈压平。
5.根据前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括施加至少一个细长条片状材料到粘性层外表面的步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述长条片材沿所述线圈的轴向施加，从一个轴向端部延伸到相对的轴向端部。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述长条片材的刚度比非粘性层大。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述长条片材采用的材料可从下面一组材料选择，包括玻璃纤维，碳纤维，环氧树脂，聚酯，钢，钢丝及这些材料的任何组合。
9.根据前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述心轴的径向尺寸减小后，从心轴取下线圈和至少一部分粘性层。
10.根据前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括进行压平前使线圈膨胀的步骤，其通过插入细长膨胀件到所述线圈，然后使所述膨胀件脱离线圈。
11.根据前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述片状材料卷成管状线圈件的步骤。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述片状结构件卷绕成管状线圈件可通过固定所述片状结构件的端部到心轴，然后围绕所述心轴卷绕所述片状结构件。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在连接所述线圈件和芯部件形成电动机的定子或转子之前，施加粘性层到管状线圈件的表面和对应芯部件的表面中至少一个上的步骤。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，使所述管状线圈件膨胀与管状芯部件的内表面密切接触。
15.根据权利要求11到14中任一项所述的方法，其特征在于，至少两个片状结构件的边缘连接形成一体的片状结构件，然后卷绕一体的片状结构件成为管状线圈件。
16.根据前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括压平所述线圈的步骤，形成了包括两层绕组的片状结构件，压平步骤包括固定所述线圈的外圆周面到所述心轴；和围绕所述心轴缠绕线圈，斜置和压平所述线圈。
17.根据前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过粘结剂转移带的形式在一个操作中将非粘性层和粘性层施加到所述心轴上，所述粘结剂转移带具有预先施加到非粘性层的粘性层。
18.根据前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述粘性层包括弹性粘接材料，所用材料可从包括橡胶的一组材料中选择，或者所述粘接材料是基于丙烯酸盐或丙烯酸材料。
19.一种电动机的柔性线圈，其包括多个由绝缘电导线构成的绕组，各绕组通过弹性粘接材料连接到相邻绕组。
20.根据权利要求19所述的线圈，其特征在于，所述线圈进行压平，形成包括两层绕组的片状结构件。
21.根据权利要求20所述的线圈，其特征在于，所述片状结构件进行卷绕，所述片状结构件的相对周边端部进行连接，形成柔性管状线圈件。
22.根据权利要求21所述的线圈，其特征在于，所述线圈插入所述管状芯部件，并进行膨胀与导磁材料制成的管状芯部件的内表面紧密接触。
全文摘要
本发明提供了一种通过制作带有多个导线绕组的片状件简化电动机制造的方法。该片状件卷成管状体，插入导磁材料制成的管状定子件，并压入与其内表面接触。根据本发明，心轴外表面的一部分覆盖了非粘性层和粘性层。然后，导线缠绕到心轴上与粘性层接触。由于非粘性层的存在，线圈可容易地从心轴取下；由于粘性层的存在，线圈绕组在后面的线圈压平过程中保持在适当位置。因此，可避免线圈绕组之间的不平整，使得更容易地制造具有高容量的电动机。
文档编号H02K3/47GK1864315SQ200480029077
公开日2006年11月15日 申请日期2004年8月5日 优先权日2003年8月9日
发明者O·汉森 申请人:丹福斯有限公司