专利名称：缠绕和成形电动发动机励磁绕组的方法和设备的制作方法
背景技术：
1.发明领域本发明涉及了电动发动机励磁绕组的成形，尤其是涉及了在具有斜槽的定子中叠层绕组的有效成形。
2.有关先前技术的描述许多常规的电动发动机包括了一个定子芯，它由许多永磁材料的薄层叠合而成，确定了一个容纳发动机转子的中心孔。定子芯通常具有许多槽，它们从中心孔沿径向伸出并为径向伸出的齿所确定。发动机的励磁线圈位于定子芯的齿上并由绝缘导线形成，绝缘导线绕着每个齿，或绕着预定的一组齿以预定的圈数进行缠绕。
通常预成形好线圈并把它们通过槽推到定子齿中，或者可采用缠绕机直接在定子的齿上缠绕导线，来把励磁线圈加到定子上。在定子上缠绕导线的缠绕机已使用多年，它一般包括一个缠绕头，缠绕头装在往复装置的一端，其位置与定子的孔沿轴向对准。往复装置以循环方式连续往复和摆动，推动缠绕头通过定子的孔，来确定定子槽中线圈的导线位置。相应于缠绕头对定子的相对运动，从缠绕头拉出或抽出导线，在缠绕头上通常装有一个沿径向伸出的针，它使得导线在定子槽内和绕着齿端作正确的径向定位。
现有的缠绕机一般采用凸轮和齿轮的组合来控制缠绕头的运动，以产生所希望的往复和摆动运动。另外，这种缠绕机多半设计成仅在直槽定子上，而不是在斜槽定子上完成缠绕操作。在美国专利号3,338,526，3,493,186和3,524,600中已说明了先前技术的典型缠绕机。
作为对缠绕直槽定子的定子缠绕机的改进，美国专利号3,539,121公布了一种缠绕斜槽定子的缠绕机。该缠绕机装有一个斜凸轮，用于引导与往复装置连接的滚轮，其中，按照被缠绕的定子槽来确定斜凸轮的形状。因此，虽然该缠绕机公布了一种缠绕斜槽定子的机构，但对于每种特定的定子构形必须提供一种专门形状的凸轮，才能使缠绕柱适应定子槽的形状。另外，当往复装置到达槽端时需要一个附加机构来摆动往复装置，从而要用一个相当复杂机构的组合来提供往复装置的运动。
一个与常规缠绕机有关的问题，特别是在成形斜槽定子的线圈时的问题是把导线在槽中定位成可采用最少的导线来形成所希望的线圈圈数。由于在导线绕定子齿缠绕时以拉伸方式从缠绕头抽出导线，在过去导线的定位相当不精确，使得采用现有的缠绕技术和机器，即使不是不可能，也是极难得到均匀的导线层。还有，缠绕斜槽定子的现有技术不能把缠绕的导线放置成预定的叠层模式，来尽量有效地利用缠绕的导线，从而降低整个缠绕定子的整个成本。
发明简述本发明为斜槽定子装上励磁绕组提供了一种方法和设备。设备适用于把励磁绕组直接缠绕到定子上，并引导导线通过定子槽，使得在缠绕过程中形成均匀的导线层。
采用一种缠绕机来实现按本发明形成励磁线圈的方法，缠绕机具有一个被支承成可作转动和往复运动的缠绕柱，它把导线引入定子上的斜槽中，其中，槽由具有预定斜角并沿径向伸出的齿来确定。缠绕柱被第一伺服马达驱动成作往复运动，并且被第二伺服马达驱动成作转动或摆动运动。
缠绕柱被支承在滑块上作往复运动，依靠沿预定垂直路线的导向杆结构来引导滑块作垂直运动。滑块通过偏心驱动杆与第一伺服马达连接，偏心驱动杆被主偏心装置驱动成作往复运动，主偏心装置装在由第一伺服马达驱动的轴上作转动。
采用带驱动机构把缠绕柱与第二伺服马达连接来启动转动运动。带驱动机构具有一条与一个齿轮啮合的齿形带，该齿轮与缠绕柱同心并刚性连接，齿形带在另一端为另一个齿轮驱动，该齿轮的中心部分沿着一个花键轴作滑动配合，其中，花键轴被第二伺服马达驱动成作转动。
将在定子上缠绕的导线从缠绕柱径向面上的导向出口，沿径向向外被驱动或推动到定子上所希望的预定位置。由装在滑块上作往复运动的送进机构驱动导线通过缠绕柱。送进机构被齿形带驱动，齿形带延伸到由第三伺服马达驱动成作转动的花键轴上。送进机构的齿形带沿花键轴作垂直运行，以适应滑块的往复垂直运动。
通过控制缠绕操作的程序控制器来控制从缠绕柱送进导线的速率。因此，可根据在缠绕工作周期中导线出口相对于定子的特定位置，来改变导线送进速率。这样，可通过缠绕柱的运动，以可控方式把导线引导在定子槽内所希望的径向位置上。
所以，本发明的一个目的是提供一种缠绕斜槽定子的方法。
本发明的另一个目的是提供一种方法和设备，由此能以可控方式把导线送入定子槽中。
本发明还有一个目的是提供一种生产斜槽定子的方法和设备，其中，形成定子励磁线圈的导线被缠绕成在槽中基本上为均匀叠层。
从以下描述、附图和所附的权利要求，将使本发明的其它目的和优点变得很明显。
附图简述
图1是一个透视图，表示了实现本发明方法的一种缠绕机；图2是一个部分透视图，表示了使缠绕机的缠绕柱作往复运动的驱动机构；图3是一个部分透视图，表示了缠绕柱和送进缠绕导线的其它驱动机构；图4是一个示意图，说明了在缠绕斜槽定子时缠绕柱的运动；图5是一个部分切开的侧视图，表示正在通过定子槽送进导线；图6是一个侧视图，表示缠绕导线正在定子槽端之上送进导线；图7是一个顶视图，表示缠绕导线正在定子槽端之上送进导线；
图8是侧视图，说明在缠绕操作期间，缠绕柱上的成形架使已缠绕导线成形的操作；图9是一个分解图，说明一个转子和定子的组合装配；图10是一个导线送进机构的透视图；图11是说明导线送进速度与缠绕柱位置之间关系的图形。
优选实施例详述参照图1，说明了实现本发明方法的一种缠绕机10。缠绕机10具有一个台面12，上面支承着一个定子支承座14和一个成形塔16。定子支承座14具有一个支承定子108(用假想线表示)的夹头15。
一个缠绕柱18通过定子支承座14向上伸出。位于台面12之下在箱柜20内的驱动机构驱动缠绕柱18作往复摆动或转动运动。另外，提供了一个选择和控制缠绕操作的程序控制器22。程序控制器22具有一块输入控制板24，以输入缠绕操作用的参数，并修改缠绕操作。还提供一个监视器26来显示与缠绕操作有关的信息，如已选择的缠绕操作参数，误差指示和类似的信息，以协助操作者控制缠绕过程。
进一步参照图2和图3，缠绕柱18被支承在柱轴28上，其中，柱轴28的形状为一个空心管，可把绝缘导线30向上引入在缠绕柱18中延伸的纵向通道中，以把导线缠绕到定子上。柱轴28被支承于连在滑块34上的滑块平台32上。滑块34被支承成沿导向杆结构35的平行轨道36作滑动运动，其中，由偏心驱动杆38启动滑块34作往复垂直运动。
偏心驱动杆38的上端用枢轴连接件40连到滑块34上作绕枢轴的运动，驱动杆38的下端42通过箱柜20内的地板46上开孔45作延伸，并与偏心驱动机构44连接。偏心驱动机构44被支承在地板46的下侧，并具有一个由程序控制器22控制的第一或纵向伺服马达48。第一伺服马达48驱动一个驱动齿轮50，它通过齿形驱动带54转动地驱动一个从动齿轮52。从动齿轮52装在轴56上来驱动轴56作转动运动，以适应从第一伺服马达48来的驱动输入信息。
主偏心装置58刚性地装在轴56上，并与偏心驱动杆38的下端42连接。驱动杆38的下端42通过一个转动连接件与主偏心装置58连接，该转动连接件位于离轴56中心轴线的预选距离上，由此主偏心装置58的转动可使驱动杆38以往复方式作垂直运动。另外，驱动杆38和主偏心装置58之间的安装点是可调节的，其中驱动杆38的下端42可位于离轴56中心轴线的不同距离上，由此为驱动杆38的往复运动提供不同的冲程长度。
如图3所示，装在地板46上的摆动器伺服塔60驱动着柱轴28作转动或摆动运动。摆动器伺服塔60具有一个塔框架62，它支承着第二或转动伺服马达64，马达64驱动齿形带66来转动花键轴68。第二伺服马达64在程序控制器22的控制下工作，精确地控制轴68转动到所希望的角度位置上。
联轴节70沿花键轴68滑动地安装成可作垂直运动，并具有一个花键配合装置来与轴68上的花键相配合，使得联轴节70随着轴68作转动。联轴节70转动地装在滑块平台32的底部，并与摆动齿轮72联结，其中摆动齿轮72和联轴节70一起转动来适应轴68的转动。
柱轴齿轮74把柱轴28支承在滑块平台32上作转动，由齿形带76把柱轴齿轮74与摆动齿轮72联结。因此，第二伺服马达64与柱轴28联结，从而使柱轴28以可控方式转动，在缠绕操作中精确地控制了缠绕柱18相对于定子的角度位置。另外可看到，由于在花键轴68和摆动齿轮72之间提供了滑动联结，在容许柱轴28作可控的角度运动的同时，可调节滑块平台32的垂直运动。
如图3和10所示，由导线送进机构78把导线30向上送进到缠绕柱18内。导线送进机构78具有一块板80，它刚性地装在滑块平台32上并从平台向下伸出。板80支承着用于驱动导线送进带84的齿形带驱动轮82，导线送进带84具有与驱动轮82啮合的齿形内侧。板80还支承着一个挟线轮83和一对导向轮86。挟线轮83与带84配合来保证它们之间导线的夹住，由此把导线30压成与带84作摩擦配合，从而使得导线通过送进机构78并向上通过柱轴28作运动，其线速度等于带84的速度。另外，在导线30进出点上紧靠着带84的导向块85，87把导线30引入和引出送进机构。
安装驱动轮82的轴89驱动着驱动轮82作转动，轴89还在板80的后侧支承着一个齿轮(图中未示)，它被齿形带90驱动成作转动，以转动地驱动轴89和驱动轮82。齿形带90被导线送进伺服塔92所驱动，该塔的构造与摆动器伺服塔60相似。导线送进伺服塔92具有一个塔框架94，它支承着第三或导线送进伺服马达96，以驱动花键轴98通过齿形带100，其中第三伺服马达96在程序控制器22的控制下进行工作。花键轴98与联轴节102滑动配合，其中联轴节102随着花键轴98作转动并使齿轮104转动，从而驱动齿形带90。
联轴节102和齿轮104均支承在臂106上，臂106刚性地装在滑块34上，随着滑块34作垂直运动。因此，导线送进塔92适于精确地控制导线通过柱轴28的送进速率，而与缠绕柱18在其往复运动中的垂直位置无关。
应注意到，由于把导线送进机构78安装成随着柱轴28和缠绕柱18作运动，因此可精确地控制导线30相对于缠绕柱18的送进速率，而与缠绕柱18在其缠绕工作周期中的垂直运动速率或位置无关。
参照图4，对斜槽定子108上单齿的缠绕，说明了一个典型的缠绕工作周期。标号为A和C的路线说明了通过定子槽从缠绕柱18沿径向向外把导线插入时缠绕柱的往复运动。可以注意到，在由第一伺服马达48驱动的往复运动期间，第二伺服马达64以转动运动方式同时驱动着缠绕柱18，从而使导线出口遵循着与定子108中槽角度相应的路线，导线出口由缠绕柱18中从纵向通道伸出的径向通道所确定。
标号为B和D的路线说明了缠绕柱18上导线出口为了确定沿着定子齿两端的导线位置而遵循的路线，其中由第二伺服马达64来控制缠绕柱18沿路线B和D的摆动运动。应注意到，从缠绕柱18通过定子108槽的导线沿着路线A和C的送进速率，与在定子108齿114两端上导线沿着路线B和D的送进速率相比是可以不同的，该速率还可以作改变来补偿A-B，B-C，C-D和D-A之间过渡处中缠绕柱的加速和减速。
参照图11，说明了沿着图4中路线A，B，C和D导线速度与缠绕柱18位置关系的例子。可以看到，当导线30通过定子108中槽被送进时，导线30以基本上不变的最大速度送进。当绕着定子齿两端由缠绕柱18送进导线时，导线速度呈线性下降，直到缠绕柱18上的导线出口在两个槽的中间位置时为止，然后当导线接近槽时导线速度增加。
参照图5到7，说明了当缠绕柱18把导线30从导线出口110通过槽112和绕着定子齿114两端送进导线30时，导线30的成层过程。在这些图中可看到，为了把导线沿径向向外引出并使它定位在所希望的径向位置上以形成均匀的缠绕层116，当它从导线出口110通过时通常会形成一个线环。由于向外送进导线并使它在均匀叠层中位于所希望的预定位置，例如位于连续沿着径向向内的位置，因此可减少成形绕组所需的导线量，并形成更均匀的励磁线圈。
应注意到，在定子上一个齿被缠绕成线圈之后，可把柱轴28转到相邻于另一个或一组齿的所需位置上，在那里缠绕下一个线圈。程序控制器22可按程序控制摆动器塔60上的第二伺服马达64，在整个缠绕操作过程中把缠绕柱18定位在任何所希望的特定合理位置上。另外应注意到，控制器22可按程序缠绕任何特定的定子构形，因而可缠绕各个槽的斜角不同的定子。操作者在输入控制板24上可很容易地输入更改缠绕操作所需的变动，使得在需要更改缠绕操作时，消除了对缠绕机作机械调整所花费的时间。
在缠绕操作时，在定子上放置了预定导线缠绕圈数之后的一定时候间隔内应对线圈进行成形操作，以保证生产出密实和正确形状的线圈。如图8所示，缠绕柱18上装有成形架118，它自缠绕柱18沿径向向外运动来成形线圈116。成形架118由顶帽120的转动来启动。
参照图1，顶帽120具有一个上键122，它与支承在成形塔16上的帽转动器124配合。成形塔16具有一个导轨状的螺旋驱动水平定位器126，它由受程序控制器22控制的伺服马达128来启动。此外，由另一个伺服马达130提供了帽转动器124的垂直定位，伺服马达130也受程序控制器22的控制，它驱动一个螺旋杆132，使帽转动器124沿着垂直轨道134作定位。伺服马达136启动帽转动器124作转动运动，马达安装成与帽转动器124一起运动。
在成形操作中，程序控制器22使成形塔16沿水平和垂直方向运动，以把帽转动器124与顶帽120配合。由于帽转动器124和顶帽120之间的配合，伺服马达136被启动来使顶帽转动，从而启动了成形架118向外运动。
应注意到，尽管在本发明缠绕操作的描述中仅参照了一条导线的情形，也可提供多条导线在定子108上同时缠绕。例如，图8表示了在定子108的相对两侧同时缠绕一对线圈。在从缠绕柱18送进多条导线作同时缠绕时，将由送进机构78同时送进导线，并可引导导线通过缠绕柱18侧面上的开孔。
图9说明了一个具有斜槽的定子108，装有按本发明方法缠绕的励磁线圈绕组116，与转子138组合形成一个马达。在一个优选实施例中，转子138由铁素体材料制成，并具有交替的北极140和南极142，其中极140、142之间的对接面144与转子138的中心轴146平行。应注意到，提供一个具有斜极构形的定子108或转子138将有利于消除马达中的波动影响。另外，对于具有相对于轴146轴线为倾斜的极140、142和对接面144的转子138来说，其磁性材料的成形很困难，并增加了马达的复杂性。因此，本发明的斜槽定子构形简化了马达的构造，并且由于简化了构造，以及因在定子上有效地缠绕励磁线圈而减少了所需的缠绕导线数量，大大降低了马达的成本。
尽管这里描述的设备形式构成了本发明的一个优选实施例。但可以理解到，本发明并不限于这种确切的设备形式，可以对此作改变而不背离在所附权利要求中规定的本发明范围。
权利要求
1.在电动发动机的定子上形成励磁线圈的一种方法，上述定子具有许多斜槽，斜槽由预定斜角方向的许多定子齿所确定，上述方法包括把上述定子在定子缠绕机中定位，上述缠绕机包括一个具有导线出口开孔的缠绕柱；通过上述导线出口沿径向向外送进导线，使上述导线放置在上述定子上；使上述缠绕柱作转动和往复运动来把导线引入上述槽中和绕着上述齿的两端，由此把上述导线形成在上述定子齿上的励磁线圈；其中，从上述导线出口的上游位置，通过上述缠绕柱以预定的速率推动上述导线，使得在上述缠绕柱运动时上述导线被送进到上述定子上。
2.权利要求1的方法，其中，以第一速度把上述导线送进到上述槽中，并在与上述第一速度不同的第二速度下把上述导线送进到上述齿的两端上。
3.权利要求1的方法，其中，把上述导线送进到上述定子的预定径向位置上，该位置为上述缠绕柱运动时上述导线通过上述导线出口的送进速率所控制。
4.权利要求3的方法，其中，把上述导线送进到上述定子上形成叠层，其中上述导线被放置在连续的不同径向位置上。
5.权利要求4的方法，其中，上述连续的不同径向位置是沿着径向连续向内。
6.权利要求1的方法，其中，由一个送进机构通过上述缠绕柱推动上述导线，上述送进机构安装成与上述缠绕柱一起作往复运动，由此以相对于上述缠绕柱的可控速率来推动上述导线。
7.权利要求1的方法包括以下步骤提供一个从上述缠绕柱沿径向伸出的成形工具，在上述齿上已缠绕了预定导线圈数之后的预定时间间隔内，上述成形工具沿径向向外推到缠绕在上述齿上的上述导线上。
8.权利要求1的方法，其中，由第一伺服马达把上述缠绕柱驱动成作往复运动，由第二伺服马达把上述缠绕柱驱动成与上述往复运动同时作转动，使得上述导线出离而跟随着上述斜槽位置。
9.按照权利要求1的方法制成的一种定子。
10.在电动发动机的定子上形成励磁线圈的一种方法，上述定子具有许多确定定子齿的斜槽，上述方法包括把上述定子在定子缠绕机中定位，上述定子缠绕机包括一个具有导线出口开孔的缠绕柱；通过上述导线出口沿径向向外送进导线，使上述导线放置在上述定子上，其中，从导线出口上游的位置通过上述缠绕柱推动上述导线；使上述缠绕柱作转动和往复运动来把导线引入上述槽中和绕着上述齿的两端，由此把上述导线形成在上述定子齿上的励磁线圈；其中，以第一预定速度把上述导线推入上述定子的上述槽中，并在与上述第一速度不同的第二预定速度下把上述导线推到上述齿的两端上。
11.权利要求10的方法，其中，把上述导线送进到上述定子的预定径向位置上，该位置为上述缠绕柱运动时上述导线通过上述导线出口的送进速率所控制。
12.权利要求11的方法，其中，把上述导线在上述定子上定位成叠层，其中上述导线被放置在连续的不同径向位置上。
13.权利要求12的方法，其中，上述连续的不同径向位置是沿着径向连续向内。
14.权利要求10的方法，其中，由一个送进机构通过上述缠绕柱推动上述导线，上述送进机构安装成与上述缠绕柱一起作往复运动，由此以相对于上述缠绕柱的可控速率来驱动上述导线。
15.按照权利要求10制成的一种定子。
16.在电动发动机的定子上形成励磁线圈的一种设备，上述设备包括一个支承定子的装置；一个细长的柱形缠绕柱，它通过上述支承定子的装置伸出，并具有一条沿纵向延伸的容纳缠绕导线的内部通道；一条沿径向延伸的通道，它把缠绕导线从上述纵向延伸的通道引出；使上述径向延伸通道相对于上述支承定子装置移到不同纵向位置的装置；使上述径向延伸通道相对于上述支承定子装置移到不同转动位置的装置；一个导线送进装置，它以预定的速率把缠绕导线推入上述纵向延伸通道，并通过上述径向延伸通道把缠绕导线从上述缠绕柱推出；一个改变上述预定速率的装置，在该速率下由上述送进装置推动导线，其中，参照上述径向延伸通道相对于上述支承定子装置的纵向和转动位置，改变上述预定速率的上述装置使上述导线送进速率变化。
17.权利要求16的设备，其中，上述送进装置具有一个导线送进伺服马达。
18.权利要求17的设备，其中，改变上述预定速率的上述装置包括一个程序控制器，它与上述导线送进伺服马达在工作上相连接，来控制上述导线送进伺服马达的速度。
19.权利要求18的设备，其中，使上述径向延伸通道移到不同纵向和转动位置的上述装置分别包括了纵向和转动定位伺服马达，它们在工作上与上述程序控制器相连接，使得可参照纵向和转动位置来控制上述导线送进伺服马达的速度。
全文摘要
一种缠绕具有斜槽定子的方法和实现该方法的一种设备。方法包括了把定子定位在定子缠绕机中的步骤,其中,缠绕机包括一个具有导线出口开孔的缠绕柱。当缠绕柱同时作转动和往复运动来把导线引入定子槽中并绕着定子齿的两端时,通过导线出口沿径向向外送进导线来把导线放置在定子上。位于缠绕柱上游并安装成与缠绕柱一起转动的一个送进装置以预定速率送进导线。可根据在缠绕工作周期中缠绕柱的位置和导线放在定子中所希望的位置来改变导线的送进速率。
文档编号H02K15/085GK1276099SQ97197783
公开日2000年12月6日 申请日期1997年9月9日 优先权日1996年9月10日
发明者杰里·C·伯奇, 卡罗伊·M·切格莱迪 申请人:拉比诺元件及系统股份有限公司