用于制造电动机的定子的方法和生产线与流程

本发明涉及一种用于制造电动机的定子的方法和生产线，以及用这种方法制造的定子。

背景技术：

1、众所周知，电动机的定子通常是圆柱形的，并且包括由定子齿形成的多个定子极，定子齿沿着圆柱的内圆周布置并且朝向共同的中心轴线伸出。

2、也称为线圈的导线的一个或多个绕组放置在定子齿之间，并且更确切地说，放置在由相同定子齿之间的空间构成的扇区中。

3、在定子中，存在导线缠绕在单个定子齿上的具有集中绕组的定子，以及导线缠绕在两个或更多个齿上的具有分布绕组的定子。本发明特别涉及分布式绕组定子的制造。

4、在已知技术中，定子的圆柱形主体通过首先组装齿和(在定子主体的外侧上的)一个或多个导线线圈来制成，然后将导线线圈插入到已经形成的圆柱形主体的齿之间的扇区中，以制成分布式绕组定子。

5、这使得必须在两个相邻齿的齿(在技术领域中称为“极靴”)的端部之间具有开口限定的槽开口，该槽开口足以执行线圈的插入。

6、噪声现象随着极靴之间的距离增加或者随着槽开口增加而增加，特别是转矩脉动现象(也称为脉动转矩和齿槽效应)，结果是性能下降并且振动和噪声增加，因此这是可以改进的已知技术的一个方面。

7、在这种类型的定子中，扇区的填充因子的改善也是期望的，即，能够将更多数量的导线或相同数量的更大直径的导线插入相同的扇区中，因为这将改善电动机的性能。填充因子被定义为定子槽内导线所占据的横截面的表面相对于定子槽中可用的总面积(总是在横截面中考虑)之间的比率。

8、此外，这些已知类型的定子的限制在于以下事实：在将线圈插入定子中之后，构成线圈的各个环圈被布置成使得一些环圈总是朝向定子的中心定位，而其他环圈总是朝向定子的外部定位，并且这涉及马达的漏电流的增加，并且因此导致马达本身的效率的下降。

9、还希望能够使定子的轴向体积最小化，并具有相同的性能，以便相对于当前可用的电动机实现更紧凑和轻便的电动机。

10、jp 2014121195描述了一种制造用于电动机的定子的方法，包括：

11、-线圈制造步骤，其中每个线圈包括至少一个线性部分(附图标记22a和22b)，该线性部分又包括多个单独的线性线部分；

12、-线圈容纳步骤，其中线圈的线性部分在两个并排的齿之间插入定子部件中；

13、-成形步骤，其中使已经容纳线圈的线性部分的定子部件变形，以便使两个并排的齿彼此靠近地移动，从而完成其中包括线圈的线性部分的成品定子部；

14、-与成形步骤同时的从外部的组装步骤，其中线圈并排布置并分离，以便限定环面，并且定子齿部分在径向方向上从环面的外部插入线圈之间，使得当定子齿部分逐渐变形并彼此靠近移动时，每个齿径向布置并且不干扰相邻的线圈；这样，可以组装完整的定子。

15、us 2007/096587描述了一种方法，其中每个定子扇区具有中心齿(505)和两个外齿(510和511)，并且其中(图14-图17)线圈一个接一个地装配在相应的定子扇区上，以便跨越中心齿；在接收相应的线圈之后，定子扇区变形以将线圈锁定在外齿之间，并且随后将这些定子扇区组装成完整的定子。

16、us 5,787,567和jp s58201564描述了用于制造导线线圈的系统，其中线圈通过压制和通过施加热量来被压紧。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于制造电动机的定子的方法和生产线，其在上述一个或多个方面中克服了已知技术的缺点和限制。

2、为了实现该任务，本发明的目的是实现用于制造定子的方法和生产线，其允许实现用于电动马达的定子，该定子改善了马达的性能，特别是在效率和/或性能和/或振动和/或噪声方面。

3、本发明的另一个目的是实现一种用于制造定子的方法和生产线，其允许提高定子内的扇区的填充因子。

4、本发明的又一个目的是实现一种用于制造定子的方法和生产线，其允许减少扭矩脉动(脉动扭矩和齿槽)现象。

5、本发明的又一个目的是实现一种用于制造定子的方法和生产线，其相对于已知技术易于制造并且经济上实惠。

6、本发明的又一个目的是实现一种用于制造定子的方法和生产线，相对于用已知技术和生产线制造的定子，在所有因素相同的情况下，该方法和生产线允许实现高度(堆叠高度)更紧凑的定子。

7、这些任务和将在下面变得更清楚的其他任务通过根据权利要求1的用于制造电动机的定子的方法来实现，该电动机包括定子主体，该定子主体又包括多个定子齿，所述多个定子齿围绕共同的中心轴线径向布置并且在它们之间限定出多个扇区或槽，导线的一个或多个线圈至少部分地插入所述多个扇区或槽中。

8、该方法包括以下步骤a、c、d、e：

9、-线圈制造步骤a，在该步骤期间，将一个或多个导线缠绕在卷绕工具上，以便形成包括至少一个线性部分的至少一个线圈，其中每个线性部分又包括线的多个单独的线性部分并且旨在插入定子的扇区或槽的一个中；

10、-线圈容纳步骤c，在该步骤期间，将线圈的线性部分插入到包括上述多个并排的齿的子集的定子部件中，并且特别地，将线圈的线性部分插入到所述两个并排的齿之间的槽中；

11、-成形步骤d，在该成形步骤期间，所述定子部件变形，以便使至少两个并排的齿彼此靠近地移动，从而实现包括两个齿的成品定子部，所述两个齿在它们之间限定扇区，线圈的线性部分包括在所述扇区中；

12、-组装步骤e，其中，通过相应的容纳步骤c和成形步骤d实现的多个成品定子部彼此组装，以便形成定子主体。

13、有利地，该方法提供了下文描述的步骤r1，或者作为替代方案，提供了下文描述的步骤r2。

14、在成形步骤d之后实施的步骤r1包括相对于第二成品定子部旋转平移第一成品定子部，确保第一成品定子部和第二成品定子部接合同一线圈，直到到达第一成品定子部在定子主体中将具有的相对于第二成品定子部的相对位置；因此，该旋转平移r1还进一步涉及使线圈变形。

15、在成形步骤d之前实施的步骤r2包括相对于第二定子部件旋转平移第一定子部件，直到到达第一定子部件在定子主体中将具有的相对于第二定子部件的相对位置，并且包括对应于旋转平移的第一定子部件和旋转平移的第二定子部件的布置使线圈变形；从而进行到将线圈容纳在相应定子部件中的步骤c和成形步骤d。

16、刚刚描述的方法允许实现不同的优点。

17、可以获得的优点之一是定子的扇区的改善的填充因子。申请人已经计算出，相对于根据已知技术制成的定子，即通过将绕组标准地插入两个并排的齿之间的槽中制成的定子，该方法允许在其他相同条件下实现填充因子平均至少大15％和20％。

18、另一个优点是扭矩脉动的减小：在相同的条件下，例如，相同的规格(功率)、相同的电动机的转子和尺寸、相同的导线直径等，相对于用已知技术组装的同等电动机，用刚刚描述的方法制造的定子组装的电动机中的扭矩脉动最多可减小15-30％。

19、根据本发明的方法还允许制造定子，其特征在于绕组中的泄漏减少，相对于通过将线圈标准地插入齿之间的槽中而组装的定子，泄漏最多可减少30％，并且相对于通过以名称“发卡”已知的技术组装的定子，泄漏最多可减少15％。

20、就效率而言，当将根据本发明的解决方案与用填充齿之间的槽的标准技术实现的定子和用发卡技术实现的定子进行比较时，在其他相同的条件下(相同的规格/功率、相同的极数、齿之间的槽的尺寸相同、相同的导线直径、相同的转子和相同的堆叠高度)，相对于与标准定子组装在一起的马达，用刚刚描述的方法实现的定子允许在低转速下实现约1％的更高效率，并且相对于与发卡定子组装在一起的马达，允许在高转速下实现约2％的更高效率。

21、类似地，在相同条件(相同规格/功率、相同极数、齿之间的槽的尺寸相同、相同的导线直径、相同转子和相同堆叠高度)下，在低旋转速度下，组装有根据本方法制造的定子的马达相对于具有标准定子的马达具有约20％的更大供应功率，并且在高旋转速度下甚至更大。在高转速下，设置有根据本方法制造的定子的马达相对于具有发卡定子的马达具有约10％的更大供应功率。

22、根据本发明的方法在成品马达的轴向尺寸方面具有进一步的优点。一旦设定了马达的规格，例如55kw，由于该方法允许制造具有齿之间的槽的增加的填充因子的定子，因此实现了包括定子和相应绕组的堆叠高度的显著减小。通过将标准定子与用本发明方法实现的定子进行比较，本发明方法实现的定子实现了可以达到35％的堆叠高度的降低。

23、根据本发明的方法还允许以经济且简单的方式制造电动机的定子，该电动机的定子以相应的绕组完成，如将在下面的描述中被更详细地论述。

24、优选地，在步骤a(制造线圈)中制造的线圈包括第一线性部分和第二线性部分。在所述线圈容纳步骤c中，将所述线圈的所述第一线状部插入第一定子部件，将所述线圈的所述第二线状部插入第二定子部件。两个定子部件在成形步骤d中变形，从而实现第一成品定子部和第二成品定子部，即设置有绕组的定子部分。

25、在优选的实施方案中，该方法还包括压制和/或渗碳步骤b，否则是可选的。它是这样的步骤，在该步骤期间，线圈的至少一个线性部分以期望的顺序或同时经受压制步骤，或者经受热渗碳处理，或者经受压制步骤和热渗碳处理两者，以便根据在线圈形成步骤a期间实现的有序布置来压紧所述单独的线性线部分。有利地，经受压制和渗碳的线圈的线性部分的线保持聚集，它们不会分离，并且它们不会相对于彼此移位。该细节允许将绕组制造并保持在可能的最佳几何构造中，以便针对待填充的定子槽的每个尺寸最大化填充因子，并且避免在线圈移动期间磨损。

26、优选地，步骤b具有15秒至2分钟的持续时间。

27、在第一制造方法中，在容纳步骤c中，当线圈的线性部分分别插入第一和第二定子部件中时，第一和第二定子部件沿着同一平面对准，其中第一定子部件的齿朝向第二定子部件伸出，并且第二定子部件的齿远离第一定子部件伸出，即从相反侧伸出，反之亦然。利用这种构造，线圈的第一线性部分的外部线预先布置在相应定子部件的槽的内部部分中，并且同一线圈的第二线性部分的外部线预先布置在相应定子部件的槽的外部部分中(交叉布置)。

28、在第二制造方法中，在容纳步骤c中，当线圈的线性部分分别插入第一和第二定子部件中时，第一和第二定子部件沿着同一平面对准，其中第一定子部件的齿朝向第二定子部件突出，并且第二定子部件的齿朝向第一定子部件突出。利用这种构造，线圈的第一线性部分和第二线性部分的外部线预先布置在相应定子部件的槽的内部部分中。

29、优选地，在压制和/或渗碳步骤b期间，当线圈被缠绕在卷绕工具上时，即在从卷绕工具拾取线圈之前，线圈的线性部分被一个或多个按压元件按压并且通过包括在按压元件中或联接到按压元件的一个或多个加热装置加热。

30、在可能的方法中，在压制和/或渗碳步骤b中，通过在线圈的线性部分之间插入一个或多个加热元件来进行热渗碳处理，例如将它们加热至预定的渗碳温度，通常在170℃-210℃的范围内。

31、在可能的方法中，在渗碳和压制步骤b中，通过保持线圈容纳在卷绕工具上，通过压制装置压制线性部分，该压制装置在移走加热元件之后插入线圈的所述线性部分之间。

32、在可能的方法中，在线圈制造步骤a期间，将具有相对于主导线的截面更小的截面的互补导线添加到可定义为主线的导线中；互补导线占据并排的主导线之间的自由空间。

33、优选地，该方法还包括使导线绝缘的步骤。电绝缘层：

34、-在压制和/或渗碳步骤b之后，无论何时提供，至少施加在线圈的线性部分上，

35、或者

36、-在线圈容纳步骤c之前，施加在定子部件的齿之间。

37、优选地，通过确保保持线圈的线性部分与相继的线圈的线性部分根据预定节距间隔开，线圈制造步骤a通过在同一卷绕工具上制造一系列多个线圈来实现。在这种情况下，在压制和/或渗碳步骤b之后并且在封装步骤c之前，该方法提供了：

38、-使所述一系列线圈与节距校正设备机械地相互作用，所述节距校正设备例如设置有可由致动器移动的夹钳，所述节距校正设备被配置为在必要时校正不同线圈的线性部分之间的节距距离；

39、-通过夹钳使线圈移位，以便保持线圈的线性部分之间的节距恒定；

40、-在容纳步骤c期间使用夹钳将线圈插入相应定子部件的齿之间。

41、可选地，该方法包括在线圈容纳步骤c之前的线圈布置步骤c'。在步骤c'中，一些线圈以预定顺序对准，例如至少一个线圈的第一线性部分和第二线性部分分别与至少一个第二线圈的第一线性部分和至少一个第三线圈的第二线性部分对准。

42、在这种情况下，在容纳步骤c之前并且在线圈布置步骤c'之前或期间，执行线圈弯曲步骤，该步骤包括弯曲一个或多个线圈，以便围绕共同的中心轴线沿着一个或多个圆周对准它们的线性部分。

43、例如，在线圈布置步骤c'中，线圈的线性部分全部沿着同一圆周排列，在容纳步骤c中，定子部件朝向线性部分径向地插入，例如齿像梳子那样插入到线性部分之间。

44、此时，优选的是，在所述线圈容纳步骤c中，将所述线圈的所述第一线状部插入第一定子部件，将所述线圈的所述第二线状部插入第二定子部件。两个定子部件在成形步骤d中变形，从而实现第一成品定子部和第二成品定子部。

45、在一种方法中，在容纳步骤c中，第一线圈的至少一个线性部分和第二线圈的一个线性部分被插入在两个并排的齿之间，诸如两个不同线圈的至少两个线性部分被插入到所述扇区中的一个或多个中。

46、此外，在提供三个线圈的线性部分的对准的方法中，在容纳步骤c中，当第一线圈的线性部分分别插入第一和第二定子部件中时，两个定子部件沿着同一平面对准，其中第一定子部件的齿朝向第二定子部件伸出，并且第二定子部件的齿远离第一定子部件伸出，反之亦然。在容纳步骤c中，将一个或多个第二线圈的第一线性部分插入第二定子部件中，并且将所述一个或多个第二线圈的第二线性部分插入第三定子部件中，该第三定子部件的齿远离第二定子部件伸出。

47、优选地，组装步骤e又包括：将多个成品定子部依次紧固在滚筒的外表面上，直到围绕滚筒形成圆柱形的定子主体，从而从滚筒移走定子主体。此时，成品定子准备好与转子组装以形成电动机。对于提供围绕滚筒组装的该解决方案，申请人保留提交分案专利申请的权利。

48、本发明的另一方面涉及根据权利要求20所述的卷绕工具。

49、用于制造导线的线圈的卷绕工具包括支撑四个系列的拐角元件的支撑框架。每个系列基本上沿着理想的平行六面体的边缘布置，并且其中每个系列的拐角元件彼此间隔开，以便限定一系列绕组室以容纳形成线圈的导线。

50、卷绕工具的这种构造允许制造具有期望数量的线性部分并且具有线性部分之间的期望节距的线圈。

51、本发明的另一方面涉及一种根据权利要求21所述的用于执行线圈制造步骤a的卷绕机。该卷绕机包括线引导装置，该线引导装置又包括轴向引导件，多个线引导管沿该轴向引导件以受控的方式并且彼此独立地滑动。每个线引导管被旨在形成线圈的环圈的层的一层线或多层线穿过并引导该一层线或多层线。

52、卷绕机的这种构造允许使具有线性部分的线圈包括不同直径的导线，从而能够使定子齿之间的槽中可用的每单位面积的导线数量最大化。

53、本发明的另一方面涉及根据权利要求22所述的压制装置，其构造成在上述压制和/或渗碳步骤b期间执行线圈的线性部分的压制。压制装置包括由特殊致动器移动的板，一系列倾斜平面联接到该板，该一系列倾斜平面适于与线性部分接触并在线性部分上施加例如在140巴和300巴之间的可调节压力。

54、本发明的另一方面涉及根据权利要求23的加热装置，其被配置成在上述压制和/或渗碳步骤b期间执行线圈的线性部分的渗碳。加热装置包括一个或多个加热元件，优选地通过感应，加热元件被成形和布置成插入线圈的线性部分之间。优选地，加热元件与前述段落中提到的倾斜平面组合或包括在前述段落中提到的倾斜平面中。

55、本发明的另一方面涉及根据权利要求24的生产线，以通过实施本文所述的制造方法来生产具有相应绕组的定子。所述生产线包括：

56、-至少一个卷绕工具，例如上述类型的卷绕工具，其被配置为执行线圈制造步骤a，

57、-用于移动线圈的装置，其被配置为至少执行线圈容纳步骤c，

58、-成形设备，其被配置为执行成形步骤d，以及

59、-组装设备，其被构造成执行所述组装步骤e。

60、有利地，在第一实施例中，生产线还包括活动系统，该活动系统与用于执行步骤c的活动系统相同，或者是被配置为相对于第二成品定子部旋转平移r1第一成品定子部的不同系统。第一成品定子部和第二成品定子部共享同一线圈，在这个意义上，线圈的第一线性部分插入第一成品定子部中，并且同一线圈的第二线性部分插入第二成品定子部中。旋转平移被致动直到到达第一成品定子部在定子主体中将具有的相对于第二成品定子部的相对位置。在旋转平移r1期间，线圈的线性部分被锁定在相应的成品定子部的齿之间的相应槽中，因此，线圈4在非线性部分处变形：线性部分被带到不同的平面上，对应于成品定子部所占据的位置。

61、有利地，在替代第一实施例的第二实施例中，生产线还包括活动系统，该活动系统与用于执行步骤c的活动系统相同，或者是不同的系统，该不同的系统被配置成使第一定子部件相对于第二定子部件旋转平移r2，直到到达所述第一定子部件在定子主体中将具有的相对于所述第二定子部件的相对位置，并且使线圈变形，直到确保各个线性部分对应于旋转平移的第一定子部件和旋转平移的第二定子部件的布置而相互布置。与第一实施例不同，旋转平移r2在线圈的线性部分被容纳到第一定子部件和第二定子部件中之前发生，即不在成品定子部上发生，而是在将线圈的线性部分插入相应的定子部件之前发生。

62、由生产线提供的优点与先前参考根据本发明的方法描述的优点相同。

63、优选地，卷绕工具是上述类型的。

64、优选地，卷绕工具包括多个可移动壁，所述多个可移动壁包括在锚固壁和可移开的拆卸壁之间，所述锚固壁被构造成可操作地联接到卷绕心轴，所述可移开的拆卸壁可以与锚固壁分离以释放可移动壁。可移动壁形成一个或多个绕组室，导线缠绕在绕组室内以形成线圈。

65、优选地，生产线包括设置有支撑结构的卷绕机。在支撑结构上安装有：

66、-多个线张紧装置，其功能是允许适当地张紧待缠绕的线，

67、-线引导装置，该线引导装置设置有线引导管并且能够沿着线引导件移动，以及

68、-卷绕心轴，所述卷绕心轴由马达旋转并且被配置成使所述卷绕工具旋转。

69、卷绕机可以设置在操作缠绕配置中，其中待缠绕的线被拉紧并朝向线引导装置从线张紧装置出来，线引导装置又将线朝向旋转的卷绕工具引导。

70、优选地，生产线包括前述类型的压制和/或渗碳装置，其被配置成执行步骤b。

71、在实施方式中，所述按压和/或渗碳装置具备收纳所述卷绕工具的收纳座，以及：

72、-一个或多个按压元件，所述一个或多个按压元件被配置成在卷绕在所述卷绕工具上的所述线圈的所述至少一个线性部分上施加压力，并且作为替代方案或另外地，

73、-至少一个加热装置，所述至少一个加热装置被配置成在所述施加压力之前、之后或期间加热所述线性部分。

74、优选地，安装在生产线上的线圈的活动系统包括多个夹钳，该多个夹钳被配置成通过适于夹持线性部分的多个指状件或夹钳来保持线圈的线性部分之间的预定节距。

75、优选地，成形设备包括一对变形虎钳，每个变形虎钳被配置成在两个钳夹之间容纳定子部件。在致动器的作用下，钳夹压缩定子部件，以便使定子部件的齿彼此靠近并将至少一个相应的线性线圈部分保持在定子槽中。所述活动系统可使所述虎钳中的至少一个移位，以使其相对于另一个变形虎钳旋转平移，从而执行根据本发明的方法。

76、根据申请人保留提交分案专利申请的权利的优选方面，组装设备包括基本上圆柱形的滚筒，该滚筒具有设置有一系列紧固座的外表面。紧固座用于与成品定子部的相应紧固元件接合，以便允许通过接合多个成品定子部来将完整的定子组装在滚筒的外表面上。

77、优选地，滚筒被分成滚筒区段，这些滚筒区段可以彼此靠近地移动，以允许抽出形成在滚筒本身的外表面上的定子主体。

78、本发明的另一方面涉及一种根据权利要求33的定子扇区，所述定子扇区通过在此描述的方法直接实现。利用所描述的方法直接实现的定子扇区在相同条件下可以从利用已知技术制造的定子扇区中识别出，原因如下：

79、-考虑到导线具有圆形截面的情况，填充因子至少大15％；

80、-考虑到导线具有圆形截面的情况，槽开口小于用于制造线圈的导线的直径；

81、-限定出包括在定子扇区的槽中的线圈的线性部分的导线根据有序的、可重复的矩阵方案布置，而不是如现有技术中那样根据近距离但随机的方案布置；

82、-与现有的解决方案的梯形槽不同，定子槽的横截面基本上是矩形的。

83、本发明还涉及完整的定子和集成刚刚描述的定子扇区的电动机。