导体端的成形方法及装置与流程

本发明涉及一种导体端成形方法，用于将从围绕中心轴线环形地延伸的定子部件的定子槽的布置中沿轴向伸出的导体端，成形为电机的定子。本发明还涉及一种导体端成形装置，用于对从定子部件的定子槽的布置中在轴向上伸出的导体端进行成形，定子槽围绕中心轴线环形地延伸以形成电机的定子。

背景技术：

1、对于技术背景，参考以下文献：

2、[1]wo 2019/161832a1

3、[2]wo 2019/161846a1

4、[3]wo 2020/127718a1

5、[4]de 102018103930a1

6、[5]ep 3907864a1

7、[6]wo 2019/114870a1

8、[7]wo 2018/233774a1

9、[8]wo 2019/007459a1

10、[9]wo 2021/026576a1

11、[10]wo 2019/201731a1

12、[11]de 102019219481a1

13、电机尤其理解为用于将电能转换成动能的机器和用于将动能转换成电能的机器。特别地，它们被理解为包括电动马达和发电机。

14、在制造这种电机的定子的若干方法中，由导线形成的导体的端彼此连接或者以其它方式一起加工，例如一起切割或成形。

15、例如，存在这样的电动马达，其中线圈绕组，尤其是定子的线圈绕组，由不同的导线形成，该导线的端然后彼此连接。特别地，用于连接所谓的“发夹”(例如，弯曲成发夹形状的导体件)形式的导体端(通常是导线端)以形成电机的定子绕组的装置和方法是已知的，其中导体端(也称为“引脚”)被焊接在一起。这里，提供了用于在焊接之前定位和夹紧导体端的装置和方法。

16、为了能够正确地焊接导线端，例如在插入发夹等之后，有利的是首先成形导线端，特别是加宽和扭转，使导线端从部件的壳体的各个槽伸出，以便形成待连接在一起的导线端对。

17、从文献[1]至[3]中，用于进行扭转(使导体端相对于部件的中心轴线在圆周方向上成形)的方法和装置是已知的。在进行扭转之前，导体端通常被加宽(即，在径向方向上成形)。从文献[4]和[5]以及[9]至[11]中已知用于进行加宽的方法和装置。因此，已知的是，使用抓持器或者其它加宽装置作为加宽工具。

技术实现思路

1、本发明基于的技术问题是，提供用于成形导体端的方法和装置，以便更灵活地并且过程更可靠地制造定子。

2、为了解决这个问题，本发明提供了根据权利要求1所述的导体端成形方法和根据另一独立权利要求所述的导体端成形装置。还提出了一种具有用于执行导体端成形过程的指令的计算机程序。

3、有利的设计是从属权利要求的主题。

4、根据本发明的第一方面，本发明提供了一种导体端成形方法，该导体端成形方法用于使导体端成形以形成电机的定子，该导体端从围绕中心轴线环形地延伸的定子部件的定子槽的布置沿轴向伸出。导体端成形方法包括：

5、a)通过使用径向弯曲装置的多个加宽工具，例如抓持器或其它加宽工具，使得在径向方向上弯曲导体端来加宽导体端，作为加宽的结果，导体端的第一部分位于第一径向位置处，并且导体端的第二部分位于第二径向位置处，以及

6、b)通过使用圆周弯曲装置在圆周方向上弯曲来进行扭转导体端，该圆周弯曲装置具有第一弯曲单元和第二弯曲单元，该第一弯曲单元能够在第一旋转方向上旋转并且具有接收袋的第一环形布置，该第二弯曲单元能够在第二旋转方向上旋转并且具有与其同心布置的接收袋的第二环形布置。步骤b)包括以下步骤：

7、b1)将在步骤a)中被加宽到第一径向位置的导体端的第一部分插入到接收袋的第一布置中，将在步骤a)中被加宽到第二径向位置的导体端的第二部分插入到接收袋的第二布置中，以及

8、b2)使所述第一弯曲单元和所述第二弯曲单元相对地旋转，以使在相反的圆周方向上弯曲导体端的第一部分和导体端的第二部分。

9、根据本发明，步骤a)包括以下步骤：

10、a1)通过至少第一加宽工具例如第一抓持器接合至少一个单个导体端，以在径向方向上单独地弯曲被接合的至少一个单个导体端，并且通过至少第二加宽工具例如第二抓持器联合地接合至少一对径向相邻的导体端，以在径向方向上将该对径向相邻的导体端一起弯曲，其中执行步骤a1)，使得导体端的第三部分位于第一径向位置和第二径向位置之间的至少一个中间径向位置处。

11、根据本发明，步骤b)包括：

12、b0)提供第一和第二弯曲单元，使得位于径向更外侧的弯曲单元具有朝向径向内侧开口的径向内部接收袋，并且径向地位于更靠外的弯曲单元具有朝向径向外侧开口的径向外部接收袋，其中，第一布置的接收袋的一部分位于第一径向位置处，并且第一布置的接收袋的另一部分径向地偏移到并位于中间径向位置处，和/或第二布置的接收袋的一部分位于第二径向位置处，并且第二布置的接收袋的另一部分径向地偏移到并位于中间径向位置处。

13、根据本发明，步骤b1)包括：

14、b1a)将加宽到至少一个中间径向位置的导体端插入第一或第二布置的另一部分的相应接收袋中，并且将在步骤a1)中共同弯曲的每对导体端的相应径向内导体端插入径向外部接收袋之一中，并将该对导体端的径向外导体端插入径向内部接收袋之一中。

15、优选地，步骤a)包括以下步骤：

16、a0)为每个待径向弯曲的单独导体端或待共同弯曲的每对导体端提供单独的径向弯曲控制数据集，并且借助于分配给待弯曲的导体端的径向弯曲控制数据集来单独地控制相应的加宽工具，诸如相应的抓持器。

17、优选地，步骤a)包括以下步骤：

18、a2)同时使用加宽工具组中的不同的加宽工具，该加宽工具组包括用于接合单个导体端的单个加宽工具、用于接合一对导体端的导体端对加宽工具以及形成在不同的接合部分处并且被构造成用于接合单个导体端和用于接合一对导体端的组合。

19、优选地，步骤a)包括以下步骤：

20、a2a)同时使用来自抓持器组的不同抓持器作为加宽工具，该抓持器包括用于夹持单个导体端的单个抓持器、用于夹持一对导体端的导体端对抓持器、以及形成在不同抓持段处的组合抓持器，该组合抓持器用于夹持单个导体端和用于夹持一对导体端。

21、优选地，步骤a)包括以下步骤：

22、a3)通过所述加宽工具同时接合在相同径向位置处从定子槽伸出的多个导体端，并且在径向方向上的差动运动之后释放被接合的单个或成对的导体端，以便将第一部分弯曲到第一径向位置，将第三部分弯曲到至少一个中间径向位置并且将第二部分弯曲到第二径向位置。

23、优选地，步骤a0包括以下步骤：

24、a0a)，生成对应于要制造的定子的期望绕组方案的径向弯曲控制数据集。

25、优选地，步骤a0)包括以下步骤：

26、a0b)为待均等地弯曲的导线端或一对导线端生成主控制数据集以形成导线端或导线端对的组，并且在复制主控制数据集的同时生成待均等地弯曲的导线端或导线端对的组的附加控制数据集。

27、优选地，步骤a0)包括以下步骤：

28、a0c)参数化每个导体端的标称位置和径向弯曲移动以生成径向弯曲控制数据集。

29、优选地，步骤b0)包括以下步骤：

30、b01)提供具有环形壁的第一扭转冠部作为第一弯曲单元，在环形壁的轴向端处形成接收袋的第一布置，其中径向内部接收袋由径向向内形成且在轴向端处开口的内凹槽形成，且径向外部接收袋由径向向外形成且在轴向端处开口的外凹槽形成。

31、优选地，步骤b0)包括以下步骤：

32、b02)提供具有环形壁的第二扭转冠部作为第二弯曲单元，在该环形壁的轴向端处形成接收袋的第二布置，其中径向内部接收袋由径向向内形成且在轴向端处开口的内凹槽形成，并且径向外部接收袋由径向向外形成且在轴向端处开口的外凹槽形成。

33、在优选实施例中，扭转冠部中的至少一个形成有内部接收袋和外部接收袋。根据设计和布置，内部或外部接收袋可以位于至少一个中间径向位置。

34、根据另一方面，本发明提供了一种用于对导体端进行成形以形成电机的定子的导体端成形装置，导体端从定子部件的定子槽的布置沿轴向伸出，该定子槽的布置绕中心轴线环形地延伸，该装置包括：

35、径向弯曲装置，用于使用多个加宽工具例如抓持器加宽导体端，加宽工具被设计用于在径向方向上弯曲导体端，使得在弯曲之后，导体端的第一部分位于第一径向位置处并且导体端的第二部分位于第二径向位置处，

36、圆周弯曲装置，用于通过在圆周方向上弯曲来扭转导体端，圆周弯曲装置包括第一弯曲单元和第二弯曲单元，第一弯曲单元能够在第一旋转方向上旋转并且具有接收袋的第一环形布置，第二弯曲单元与第一弯曲单元同心地布置并且能够在所述第二旋转方向上旋转并且具有接收袋的第二环形布置，以及

37、控制器，适于控制导体端成形装置以

38、a)通过借助于径向弯曲装置的多个加宽工具(例如抓持器)在径向方向上弯曲导体端来加宽导体端，使得作为所述加宽的结果导致导体端的第一部分位于第一径向位置处并且导体端的第二部分位于第二径向位置处，以及

39、b)通过以下操作，以通过使用圆周弯曲装置在圆周方向上弯曲导体端而扭转导体端，

40、b1)将在步骤a)中被加宽到第一径向位置的导体端的第一部分插入到接收袋的第一布置中，将在步骤a)中被加宽到第二径向位置的导体端的第二部分插入到接收袋的第二布置中，以及

41、b2)使第一弯曲单元和第二弯曲单元相对地旋转，以使导体端的第一部分和导体端的第二部分沿相反的圆周方向弯曲。

42、根据本发明，还提供了第一和第二弯曲装置中的径向更外侧的弯曲单元具有朝向径向内侧开口的径向内部接收袋，并且径向更外侧的弯曲单元具有朝向径向外侧开口的径向外部接收袋，其中第一布置的接收袋的一部分位于第一径向位置处，并且第一布置的接收袋的另一部分径向地偏移到并且位于中间径向位置处，和/或第二布置的接收袋的一部分位于第二径向位置处，并且第二布置的接收袋的另一部分径向地偏移到并且位于中间径向位置处。

43、根据本发明，控制器还适于在根据步骤a)的加宽过程期间控制导体端成形装置，以用于以下目的

44、a1)通过至少一个第一加宽工具，诸如第一抓持器接合至少单个导体端，以便在径向方向上弯曲这样被单独地夹持的导体端，并且通过至少第二加宽工具，诸如第二抓持器联合地接合至少一对径向相邻的导体端，以便沿径向方向联合地弯曲该对径向相邻的导体端，控制器适于以这样的方式执行抓持器的控制，使得导体端的第三部分位于第一和第二径向位置之间的至少一个中间径向位置处。

45、根据本发明，控制器还适于在根据步骤b1)的插入期间控制导体端成形装置以

46、b1a)将加宽到至少一个中间径向位置的导体端插入第一或第二布置的另一部分的相应接收袋中，并将在步骤a1)中共同弯曲的每对导体端的相应径向内导体端插入径向外部接收袋中的一个内，并将该对导体端的径向外导体端插入径向内部接收袋中的一个内。

47、优选地，控制器适于基于用于待径向弯曲的每个单独的导体端或待一起弯曲的每对导体端的单独专用径向弯曲控制数据集，来单独地控制径向弯曲装置的加宽工具，诸如抓持器。

48、优选地，径向弯曲装置包括来自加宽工具组中的不同的加宽工具，该加宽工具组包括用于接合单个导体端的单个加宽工具、用于接合一对导体端的导体端对加宽工具、以及形成在用于接合单个导体端和用于接合一对导体端的不同接合部分处的组合加宽工具。

49、优选地，径向弯曲装置具有来自作为加宽工具的抓持器组的不同抓持器，该抓持器包括用于夹持单个导体端的单个抓持器、用于夹持一对导体端的导体端对抓持器、以及形成在不同抓持段处并构造成用于夹持单个导体端和用于夹持一对导体端的组合抓持器。

50、优选的是，径向弯曲装置具有作为加宽工具的抓持器，该抓持器具有第一夹爪和第二夹爪，该第一夹爪和第二夹爪可朝向彼此移动以用于夹持，并且可远离彼此移动以用于释放，其中，用于待夹持的导体端的接收凹槽形成在两个肩部之间的夹爪中的至少一个上，该接收凹槽设计成在单个抓持器的情况下接合在单个导体端周围并且在导体端对抓持器的情况下接合在导体端对周围。

51、优选地，径向弯曲装置具有带有不同抓持段的组合抓持器，其中一个抓持段设计成夹紧单个导体，而另一个抓持段设计成夹紧一对导体端。

52、优选地，控制器还适于控制径向弯曲装置，以利用加宽工具同时夹持在相同径向位置处从定子槽伸出的多个导体端，并且在沿径向方向的差动运动之后释放被夹持的单个或成对的导体端，以便将第一部分弯曲到第一径向位置，将第三部分弯曲到至少一个中间径向位置，并且将第二部分弯曲到第二径向位置。

53、优选地，圆周弯曲装置具有作为第一弯曲单元的具有环形壁的第一扭转冠部，在该环形壁的轴向端处形成接收袋的第一布置，其中径向内部接收袋由径向向内形成且在轴向端处开口的内凹槽形成，并且径向外部接收袋由径向向外形成且在轴向端处开口的径向外凹槽形成。

54、优选地，圆周弯曲装置具有作为第二弯曲单元的具有环形壁的第二扭转冠部，在该环形壁的轴向端处形成接收袋的第二布置，其中径向内部接收袋由径向向内形成且在轴向端处开口的内凹槽形成，并且径向外部接收袋由径向向外形成且在轴向端处开口的外凹槽形成。

55、根据另一方面，本发明提供了一种计算机程序，其包括指令，所述指令使得根据前述任一实施例中的导体端成形装置执行根据前述任一实施例中的导体端成形方法。

56、优选地，第一径向位置和第二径向位置彼此之间的距离小于导体端在径向方向上测量的径向厚度d的两倍。优选地，该距离小于导体端的径向厚度d。

57、优选地，中间径向位置相对于第一或第二位置沿径向方向偏移了一个f*d的量，其中d是这些导体端的径向厚度，以及f是一个因子，其中2<f<0.05，优选地1.5<f<0.1，具体地1<f<0.2。特别优选地，中间位置在第一位置和第二位置之间的中心。

58、下面，将更详细地解释与现有技术相比的优选实施例的一些优点、功能和特殊特征。

59、本发明的优选实施例涉及一种用于加宽和扭转定子的方法和工具。本发明的特定实施例涉及制造用于电动装置的定子的领域。

60、优选地，径向弯曲装置包括组合加宽工具，特别是具有相关的顺序的组合抓持器，用于加宽。特别地，加宽步骤的顺序是预先确定的，以便准备随后的用于实现特殊线圈绕组的扭转步骤。

61、优选地，同时使用不同的加宽工具，例如特别是抓持器，以形成方案(单个、成对、组合)。

62、优选地，经由主引脚提供了各个引脚的参数化以及控制。

63、优选地，执行加宽到不同的(径向)位置(同时接合/夹持，但不同地释放，具有停止或运行中)。

64、优选地，提供了一种具有内和外凹槽的扭转冠部的扭转工具。这允许单个引脚和引脚对以特别适合于定子的期望绕组方案的方式扭转。

65、本发明的优选实施例用于电动马达生产的子领域，更准确地说，用于牵引驱动(电驱动车辆，特别是轿车和卡车)的定子生产领域。特别地，根据本发明的实施例的方法和装置用于所谓的发夹定子的生产，发夹定子通过其特征性的“发夹”形式的铜扁线而突出。特别地，发夹由铜或类似物等形成，具有大致矩形的横截面和外部绝缘体涂层，并且具有第一腿、第二腿和在第一腿和第二腿之间的大致屋顶状的弯曲部，即所谓的绕组头。发夹优选地轴向插入，其引脚在彼此的顶部上层叠的单独的薄片的铁芯中，引脚的端(导体端的示例)突出超过叠片铁芯。定子中的槽的数量可以根据所需的极的数量而变化。为了产生旋转场，从定子突出的直线端以特定顺序互连，使得它们彼此之间形成极的对。通过供应交流电产生的磁场导致转子由于排斥或吸引力而旋转。

66、在发夹定子生产中，导体彼此相对旋转以产生电通量，从而在所选的导体端之间形成接触。为此，在第一步骤(称为上述步骤a)中，从叠片铁芯笔直突出的导体端被径向加宽。优选地，导体端通过夹紧过程固定就位并且在径向方向上向外或也向内弯曲。在缝隙的各个导体端或几对导体端之间的最终距离有利于在随后的工艺(称为上述步骤b)中借助于扭转工具(例如圆周弯曲装置)将它们彼此扭转。为此，加宽的导体端优选地插入到设置有凹槽的扭转冠部中，该扭转冠部可以在任何方向上旋转。通过旋转多个这种扭转冠部，可以将某些导体端相对于彼此放置。然后，例如通过焊接工艺，可以将属于一起的导体端(特别是导线端)接合在一起。为了确保过程安全的接合，待接合的配对物之间的距离必须不能太大。

67、根据文献[3]，已经共同加宽了成对的导体端。然后，使用外和内凹槽的扭转冠部来扭转共同加宽的导体端对。其它加宽工具，例如从[9]到[11]中已知的那些工具，也可以用于加宽单个导体或导体组，特别是成对的导体。

68、在一些发夹定子中，存在绕组方案，其中仅连接延伸超过两个相邻位置的发夹公共环的成对导体端。然后，通过特殊的引脚或通过单独的绕组头建立环的电连接。由于用于各个发夹的绕组头通常在发夹被组装成环之前成形，因此在这种情况下，用于发夹的生产和提供的成本较高。

69、另一方面，本发明的有利实施例能够以灵活且过程安全的方式实现绕组方案，其中通过将一个环的至少一个导体端连接到另一个环的至少一个导体端来实现环之间的电连接(在扭转侧实现位置跳跃)。这是通过使加宽和扭转适用于不同的导体端来实现的。尽管加宽和扭转变得稍微更复杂，但这允许减少不同绕组头几何形状的数量。本发明的有利实施例使得能够增加或增强工艺稳定性，尽管有更复杂的加宽和扭转，而不需要额外的工艺步骤。

70、本发明的有利实施例使得定子的制造过程更加灵活，定子的位置跳跃通过在中间位置接触导体端来实现，以便通过更少数量的不同绕组头几何形状来实现。本发明的有利实施例还使得即使对于复杂的扭转变化也能够建立可靠且位置精确的加宽和扭转过程，这显著地有助于增加后续操作的工艺稳定性。优选地，通过不同加宽工具的组合，例如用于单独导体端、用于导体端对以及组合形式(用于单独导体端和用于导体端对)的工具，使得灵活的制造过程成为可能。因此，扭转工具优选地也适于和优化到给定的边界条件。优选地，通过加宽和扭转过程尽可能精确地再现定子的导体端的最终位置。特别地，由于定子的几何设计和电连接的大量变化，在此出现了挑战。因此，在改进的工艺稳定性和至少中性的循环时间的前提下，在根据本发明的优选实施例的工艺和装置中使用的工具和工艺顺序可以灵活地适应于现有的工件。

71、根据本发明的方法和装置的优选实施例产生了适应性工具和工艺顺序的协调概念。通过将各个加宽工具区分为单个加宽工具、两个加宽工具和组合加宽工具，例如特别是单个、两个和组合抓持器，可以建立适于相应的期望定子的加宽概念，其中，在每个处理步骤中可以单独地控制和致动每个加宽工具，例如每个抓持器。通过将不同的加宽工具，例如特别是抓持器，与调谐的过程控制系统组合，几乎可以再现定子的扭转侧的任何互连方案。

72、根据本发明的方法和装置的特别优选实施例包括创建特殊的加宽和扭转图案，该图案直接反映定子的电气互连，并且可以表示在扭转侧上具有和不具有位置跳跃的常规和非常规切换方案。除此之外，每个位置可以实现多个直径。通过用单独设计的扭转工具为随后的扭转过程定位引脚，可以生产尽可能接近最终状态的中间产品，在一些特别优选实施例中，扭转工具在工具上具有外和内凹槽。其特征在于属于一起的定子的引脚端之间的最小可能引脚间隔。

73、在现有技术中，迄今为止仅描述了顺序的加宽和扭转操作，涉及单个引脚的加工或涉及常规的引脚对的加工。然而，没有具体参考电气互连以及引脚的位置。在根据本发明的方法和与本发明调整的装置的优选实施例中，仍然未焊接的发夹的末端可以以位置精度进行加工。这样，在加宽和扭转过程中，所有属于一起的引脚可以被放在一起以形成一对。在随后的加工步骤中，可以很大程度上省去引脚的机械成形或位移。这又导致关于引脚端定位的工艺可靠性增加，并因此使得后续工艺中的废品率降低。

74、在根据本发明的过程中，在加宽期间，一些导体端定位在第一径向位置处，并且一些导体端定位在第二径向位置处。加宽到第一径向位置的导体端被接收以用于在第一弯曲单元上的接收袋的第一布置中进行扭转，并且加宽到第二径向位置的导体端被接收以用于在第二弯曲单元上的接收袋的第二布置中进行扭转。通过弯曲单元的相对旋转以及由此的接收袋的第一和第二布置的相对旋转来实现扭转。

75、然而，另外的导体端在加宽期间定位在第一径向位置和第二径向位置之间的中间径向位置处。这尤其可以通过成对地接合导体端，尤其是夹紧导体端，或者通过组合成对的和单个的接合，尤其是夹紧动作来实现。

76、在优选实施例中，圆周弯曲装置的至少一个弯曲单元具有内和外部接收袋，以便除了相关的接收袋的布置之外，在中间径向位置提供接收袋的另一种布置。根据设计和布置，内部或外部接收袋可位于至少一个中间径向位置处。如从[3]中基本上是已知的，彼此靠近布置并且彼此开口的接收袋甚至允许非常靠近的相邻导体端相对于彼此扭转。这样，除了加宽到第一和第二径向位置的导体端之外，也可以可靠地扭转加宽到中间径向位置的导体端。

77、这提供了用于以例如待连接的导体端对也可以在中间径向位置处彼此靠近地定位的方式进行扭转和加宽的高度灵活性。