用于制备插接式波形绕组的设备和方法与流程

本发明涉及一种用于制备插接式波形绕组的设备和方法。

背景技术：

1、关于技术背景，参考下述文档：[1]wo 2019/166 060a1；[2]wo 2019/166 061a1；[3]wo 2020/033858(对应于de 11 2019 004 024 t5)。

2、根据文档[1]至[3]，插接式波形绕组以及用于其制造的设备和方法为已知的。

3、术语定义：

4、插接式波形绕组理解为用于形成电机的线圈绕组的导体布置，该导体布置由多个波形绕组线材组成(通过插接)。在本发明的优选实施例中，波形绕组形成为绕组垫，以用于形成电机的线圈绕组。绕组垫应理解为意指垫形导体束，该垫形导体束由多个波形绕组线材形成。波形绕组线材应理解为波状弯曲线材，该波状弯曲线材通常具有外部绝缘护套(例如，塑料膜)，该外部绝缘护套在纵向方向上延伸并且具有纵向隔开的平直线材部段以及在此类部段之间的屋顶形状绕组头部，这些平直线材部段在横交于纵向方向的横向方向上延伸；使得相邻平直线材部段通过屋顶形状弯曲绕组头部彼此连接。在以波形形状弯曲的绕组线材中，绕组头部另选地提供于一个侧部或另一侧部上，以用于连接平直线材部段。波形绕组线材的波形具有两个平直线材部段和两个绕组头部，其中一个绕组头部提供于一个侧部上并且另一绕组头部提供于另一侧部上(在相对方向上弯曲，特别地与该一个绕组头部呈镜像)。半波形具有一个或两个平直线材部段以及其间的绕组头部。波形绕组线材的平直线材部段特别地用于插入电机部件(诸如，特别地电动马达的定子)的外壳的凹槽中。绕组头部各自形成了翻盖，并且当根据预期用于电机部件的外壳中时(诸如定子或转子的层合芯部)，在轴向指向的外壳端部处向外突出并且将一个凹槽的线材部段连接至另一凹槽的线材部段。特别地，波形绕组线材具有导电材料芯部(诸如特别地，材料为铜，优选地具有矩形横截面)，和绝缘层。

5、如特别地根据文档[1]和[2](参考这两个文档可明确得到其它细节)可看出，插接式波形绕组通过将多个波形绕组线材或多个波形绕组线材布置(诸如，特别地，绕组垫的部分垫)插接于彼此中进行联结。例如，当两个波形绕组线材插接于彼此中时，它们并排放置，然后互相面向的绕组头部在相对方向(其大体横交于纵向方向和大体横交于平直线材部段延伸)上相对于彼此移位，并且相对于彼此大体平行于平直线材部段进行移动以将波形绕组线材插接或插入于彼此中。类似地，多个波形绕组线材布置插接于彼此中。

6、插接式波形绕组已自身证明并且在文档[1]和[2]中解释了其基本优点，即：相对于线圈绕组(提供特殊电气性质)可提供可靠的大规模制备。

技术实现思路

1、本发明的目标在于提供一种设备和方法，借此可进一步改善此类插接式波形绕组的制造。

2、为实现该目标，本发明提供了一种用于制造插接式波形绕组的设备和方法。

3、有利实施例为子权利要求的主题。

4、根据第一方面，本发明提供了一种用于制造插接式波形绕组的设备，该插接式波形绕组设计成通过将第一波形绕组零件与第二波形绕组零件插接在一起而形成用于电机部件的线圈绕组的至少一部分，其中第一波形绕组零件通过至少一个第一波形绕组线材形成，并且第二波形绕组零件通过至少一个第二波形绕组线材形成，其中波形绕组线材各自在纵向方向上延伸并且具有平直线材部段和其间的屋顶形状绕组头部，这些平直线材部段在大体横交于纵向方向的第一横向方向上延伸，使得相邻平直线材部段通过绕组头部进行互连，该绕组头部以屋顶形状弯曲，该设备包括：

5、第一插口，该第一插口用于接收第一波形绕组零件，该第一插口具有第一引导元件以用于引导第一波形绕组零件的平直线材部段；

6、第二插口，该第二插口用于接收第二波形绕组零件，该第二插口具有第二引导元件以用于引导第二波形绕组零件的平直线材部段；

7、弯曲装置，该弯曲装置用于使波形绕组零件的至少一者的部分弯曲，使得指向另一波形绕组零件的一个或多个绕组头部在第二横向方向上移位，该第二横向方向大体横交于纵向方向和横交于第一横向方向延伸，以将波形绕组零件插接于彼此中；和

8、相对移位装置，该相对移位装置用于将所述波形绕组的所述第一和第二波形绕组零件滑动至彼此中以将所述波形绕组零件插接于彼此中；

9、其中所述第一和/或第二引导元件在引导位置和释放位置之间为可移动的，该引导位置用于引导平直线材部段，该释放位置用于在插接于彼此中的过程中释放绕组头部的路径。

10、在一个优选实施例中，弯曲装置设计用于弹性弯曲。

11、设备的可移动元件(诸如，特别地，可移动引导元件和可移动元件，例如弯曲装置的冲头等)优选地各自具有用于多组这些元件的至少一个致动器以同步地移动，这些致动器还优选地连接到至少一个电子控制单元，该至少一个电子控制单元设计成以预定方式控制这些元件以用于引导和/或弯曲或保持。

12、优选的是，第一和/或第二引导元件作为主要引导元件在引导位置从在第二横向方向上延伸的一个侧部接合于相关波形绕组零件中，并且在该方向上从引导位置可移动朝向该一个侧部至释放位置；除了主要引导元件，还提供了在释放位置和引导位置之间可移动的次要引导元件，该释放位置用于在滑动至彼此中时使绕组头部穿过，该引导位置用于引导平直线材部段。还优选地提供了，处于引导位置的次要引导元件从另一侧部接合于波形绕组的相关部分中，该另一侧部在与主要引导元件相对的第二横向方向上延伸；并且在该方向上从引导位置可移动朝向该另一侧部至释放位置。在另选实施例中，提供了，处于引导位置的次要引导元件或其一些从一个侧部接合于波形绕组的相关部分中，该一个侧部在与主要引导元件相同的方向的第二横向方向上延伸；并且从引导位置可移动朝向所述一个侧部至释放位置。

13、优选的是，前引导元件用于在待引导的波形绕组零件的前部分处提供接合，该前部分面向另一波形绕组零件；并且后引导元件用于在第一波形绕组零件的后部分处提供接合，该后部分背离另一波形绕组零件，该前和后引导元件为彼此不同地和/或彼此独立地可移动的。

14、优选的是，第一引导元件包括前第一引导元件和后第一引导元件，该前第一引导元件用于在第一波形绕组零件的前部分处接合，该前部分面向第二波形绕组零件，并且该后第一引导元件用于在第一波形绕组零件的后部分处接合，该后部分背离第二波形绕组零件，其中该前和后第一引导元件为彼此不同地和/或彼此独立地可移动的。

15、优选的是，第二引导元件包括前第二引导元件和后第二引导元件，该前第二引导元件用于在第二波形绕组零件的前部分处接合，该前部分面向第一波形绕组零件，该后第二引导元件用于在第二波形绕组零件的后部分处接合，该后部分背离第一波形绕组零件，其中该前和后第二引导元件为彼此不同地和/或彼此独立地可移动的。

16、优选的是，主要引导元件具有前主要引导元件和后主要引导元件，该前主要引导元件用于在待引导的波形绕组零件的前部分处接合，该前部分面向另一波形绕组零件，该后主要引导元件用于在待引导的波形绕组零件的后部分处接合，该后部分背离另一波形绕组零件，该前和后主要引导元件为彼此不同地和/或彼此独立地可移动的。

17、优选的是，次要引导元件具有前次要引导元件和后次要引导元件，该前次要引导元件用于在待引导的波形引导零件的前部分处接合，该前部分面向另一波形绕组零件，该后次要引导元件用于在待引导的波形绕组零件的后部分处接合，该后部分背离另一波形绕组零件，该前和后次要引导元件为彼此不同地和/或彼此独立地可移动的。

18、优选的是，第一和/或第二插口具有带有销轴的耙状或梳状结构，这些销轴为可移动的，并且形成引导元件。

19、优选的是，相对移位装置包括至少一个滑块以用于将波形绕组零件的一者在第一横向方向上相对插入至波形绕组零件的另一者中。

20、优选的是，弯曲装置设计成使第一波形绕组零件上的部分弯曲，并且相对移位装置设计成将第二波形绕组零件插入至弹性弯曲的第一波形绕组零件中。

21、优选的是，设备具有至少一个可移动冲头，该至少一个可移动冲头还优选地设计为在第二横向方向上可移动的，并且设计用于特别通过致动器以预定方式移动，该致动器还优选地连接至对应电子控制单元。例如，冲头可设计成将波形绕组零件的至少一者保持于其位置。然而，至少一个冲头或多个冲头的至少一者还可设计用于弯曲，并且因而可形成弯曲装置的一部分。

22、优选的是，弯曲装置包括在第二横向方向上移动的至少一个冲头。

23、优选的是，弯曲装置包括第一侧部上的至少一个第一冲头，该第一冲头设计用于使波形绕组零件的绕组头部的第一部分移位，以在两个第二横向方向的第一者上弹性地弯曲。

24、优选的是，弯曲装置具有第二侧部上的至少一个第二冲头，该第二冲头设计用于使波形绕组零件的绕组头部的第二部分移位，以在两个第二横向方向的第二者上优选地弹性弯曲或还用于保持绕组头部的第二部分。

25、优选的是，引导元件为成组可移动的。

26、优选的是，引导元件为线性地可移动的。

27、优选的是，引导元件为枢转地可移动的。

28、优选的是，设备以这样的方式进行设计：每个平直线材部段或至少每个半波形在插接操作的任何时间通过至少一个引导元件进行引导，该每个半波形具有两个相邻平直线材部段和其间的绕组头部。

29、优选的是，引导元件的至少一者还为在第一横向方向上可移动的。

30、设备的一个优选实施例包括电子控制单元，该电子控制单元配置成自动地控制设备以执行插接操作。控制单元可特别地通过软件和/或硬件来实施。控制单元可以分散方式提供于设备上，或可为较大工业工厂的控制系统的一部分，诸如用于制造电机部件的制造工厂。优选地，设备设计成集成于此类制造工厂中。

31、根据另一方面，本发明提供了一种用于制造插接式波形绕组的方法，该插接式波形绕组适于通过将第一波形绕组零件与第二波形绕组零件插接在一起而形成用于电机部件的线圈绕组的至少一部分，其中第一波形绕组零件通过至少一个第一波形绕组线材形成，并且第二波形绕组零件通过至少一个第二波形绕组线材形成，其中波形绕组线材各自在纵向方向上延伸并且具有平直线材部段和其间的屋顶形状绕组头部，这些平直线材部段在大体横交于纵向方向的第一横向方向上延伸，使得相邻平直线材部段通过绕组头部进行互连，该绕组头部以屋顶形状弯曲，该方法包括：

32、提供第一波形绕组零件和第一引导元件以用于在插接操作期间引导第一波形绕组零件的平直线材部段；

33、提供第二波形绕组零件和第二引导元件以用于在插接操作期间引导第二波形绕组零件的平直线材部段；

34、使波形绕组零件的至少一者的部分弯曲，使得面向另一波形绕组部分的一个或多个绕组头部在第二横向方向上移位，以用于将波形绕组零件插接于彼此中，该第二横向方向大体横交于纵向方向和横交于第一横向方向延伸，和将波形绕组的第一和第二波形绕组零件推动至彼此中，同时以引导元件进行引导以将波形绕组零件插接于彼此中，其中第一和第二引导元件从引导位置(其中它们引导平直线材部段)移动至释放位置(用于释放绕组头部的路径以用于在插接于彼此中的过程中使绕组头部穿过)。

35、在该方法的一个特别优选实施例中，弯曲弹性地执行。然而，非弹性弯曲(例如，后续回弯)也为可能的。

36、优选地，该方法包括以下步骤：

37、在插接期间引导波形绕组零件的至少一者移动，其中主要引导元件从一个侧部延伸至待引导的波形绕组零件中并且次要引导元件从另一侧部延伸至待引导的波形绕组零件中，其中主要和次要引导元件在插接操作的不同时间转移至释放位置，使得永久地提供引导。

38、优选地，该方法包括以下步骤：

39、在插接期间引导波形绕组零件的至少一者移动，其中第一和第二引导元件作为主要引导元件以及次要引导元件，其中主要和次要引导元件在插接操作的不同时间转移至释放位置，使得永久地提供引导。

40、优选地，该方法包括以下步骤：

41、在插接期间引导波形绕组零件的至少一者移动，其中前引导元件定位成较靠近于另一波形绕组零件并且后引导元件定位成较远离另一波形绕组零件，其中前和后引导元件在插接操作的不同时间转移至释放位置。

42、优选地，每个平直线材部段或至少每个半波形在插接操作的各个时间通过至少一个引导元件进行引导，该每个半波形具有两个相邻平直线材部段和其间的绕组头部。

43、优选地，该方法包括以下步骤：

44、a)将独立线材或部分垫提供为第一波形绕组部分和第二波形绕组部分，使得第一和第二波形绕组零件在第一横向方向上为彼此相邻的，并且与它们的纵向方向对准。

45、优选地，该方法包括以下步骤：

46、b)提升或降低第一波形绕组部分的绕组头部的第一部分或第一半部。

47、在该方法的一个实施例中，取决于插接操作，第一波形绕组零件的绕组头部的第二部分或第二半部可保持静止，或可在相对方向上移动至第一部分。任选地，该方法因而包括以下步骤：

48、c)降低或提升或保持第一波形绕组零件的绕组头部的第二部分或第二半部的位置。

49、优选地，该方法包括以下步骤：

50、d)在第一横向方向上将第二波形绕组零件推动至第一波形绕组零件中。

51、优选地，该方法包括以下步骤：

52、e)释放第一波形绕组零件的相应弯曲部分，使得其返回移动朝向其初始位置或使第一波形绕组零件的相应弯曲部分返回移动朝向其初始位置。

53、优选地，该方法包括以下步骤：

54、f)保持第一波形绕组零件并以引导元件引导第二波形绕组零件移动，优选地它们被布置成仅当穿过绕组头部时才移动至释放位置。

55、优选地，该方法包括以下步骤：

56、g)以多行销轴引导待引导的波形绕组零件，这些销轴在至少一个方向分量沿着该销轴的中心轴线运行的方向上为可移动的。

57、在该方法的一个优选实施例中，步骤a)、步骤b)、步骤d)、步骤e)连续地执行。任选地，步骤c)可与步骤b)优选地同时执行或在其之前或之后立即执行。

58、优选地，该方法包括以下步骤：

59、通过移动至少一些引导元件，使波形绕组零件或插接式波形绕组垫的至少一者对准第一横向方向。

60、根据另一个方面，本发明提供了一种计算机程序，该计算机程序包括指令，这些指令引起根据前述实施例的任一者所述的设备执行根据前述实施例的任一者所述的方法步骤。

61、在本发明的优选有利实施例中，提供了引导。优选地，执行自动化且工艺安全的插接过程。

62、根据本发明，创建了设备和方法，插接式波形绕组垫可以自动化和工艺安全方式以该设备和方法来制备。特别地，引导元件提供用于引导待插入的波形绕组零件的部分，这些波形绕组零件有利地以优选自动化和计算机实施控制方式移动。

63、在优选实施例中，执行待插接在一起的波形绕组的一个或两个部分的仅弹性和非塑性变形。

64、相比于用于制备插接式波形绕组垫的方法和设备的这些特别优选实施例，在文档[3]中，线材塑性地变形，即，向上弯曲90°，使得待“插接”的部分垫/线材可从上方插入。虽然线材的塑性变形在本发明的一些实施例中原理上也为可能的，但其为较低优选的，因为根据塑性变形的程度，在弯曲点处存在关于绝缘损伤的较大可能性。还存在永久变形的可能性，这对于后续工艺为不利的。因此，在优选实施例中，弯曲装置或弯曲被设计成使得待弯曲的波形绕组零件的部分弹性地弯曲。如果弯曲零件解除负荷(例如，通过使冲头返回等)，那么弹性弯曲部分将反向弯曲至其原始形状。

65、基本插接原理(其也可在本发明的实施例中执行)描述于文档[1](wo2019166060)并且示出于该文档所示的附图中。关于其它细节，明确参考该文档[1]，包括波形绕组零件和波形绕组线材的可能实施例，该文档以引用方式并入并且形成本公开的一部分。然而，文档[1]不具有任何引导件，并且其未涉及自动化的插接操作。

66、本发明的有利实施例允许以线材的优选弹性“弯曲”(例如，提升或另选地降低，取决于设备的取向以及在其它方向上的移动)的插接原理，优选地在任何时间引导这些线材。

67、因为波形绕组的线材具有大量弯曲部，所以回弹效应可在2d弯曲之后出现，这导致线材未保持于限定位置。为避免线材交叉和损坏和为确保稳定工艺，有利实施例提供的是，线材始终被(甚至在插接操作期间)引导。

68、在现有技术中，在线材仅弹性地升高的情况下，线材必须在插接操作期间侧向地移位。然而，在这种情况下，引导件将与线材的弯曲“屋顶几何形状”相交。因此，利用固定的引导件将无法进行这种插接操作。

69、另一方面，本发明的有利实施例允许待插接在一起的插接式波形绕组的零件以工艺安全以及自动化的方式进行插接操作。

70、在根据本发明的设备和方法中，提供的可移动引导件用于在插接操作期间引导波形绕组的零件的至少一者。

71、优选实施例特别地提供了下述优点的一者或多者或全部：

72、——自动化插接操作；

73、——安全工艺控制；

74、——零件在插接期间通过可移动引导件的引导，这些可移动引导件可移动离开待插接零件的路径；

75、——线材的优选非塑性变形；

76、——绝缘损伤的较低可能性；

77、——非永久变形；

78、——更稳定下游工艺。