CN1011011B - 绕制双层电机线圈的方法 - Google Patents

Abstract

一种由一根单独的连续导线同时绕成两层的电动机双层线圈。第一段长度的导线绕着一个滑轮卷绕，形成一个线圈，在该线圈的末端处，不切断导线，开始绕着一个转动的绕线管卷绕另一个线圈。在此绕在滑轮上第一段长度的线圈以两倍于绕线管旋转速度的速率围绕绕线管作圆周运动，导线线圈从滑轮上退绕并重绕在绕线管上，同时，更多的导线卷绕在绕线管上形成第二线圈。由此，同时形成线圈的两层。

Description

本发明一般地说涉及电机线圈，更具体地说涉及一种卷绕双层线圈的方法和装置，其中，线圈的每一层同时绕制。

特别适用于小型便携电子设备的平滑无刷直流电机在本技术领域中是众所周知的。这种平滑无刷直流电机一般配备有永久磁极块，该永久磁极块固定在转子上，与安装在定子上相对配置的激磁线圈相配合。使转子相对于定子旋转的旋转钮矩由流过线圈的电流产生的磁场和永久磁极块产生的磁力线互相作用产生。一般地说，旋转方向垂直于磁力线方向并垂直于流过线圈的电流方向。为了产生足够大的旋转钮矩以满足一般的应用，每个线圈由多层形成以增加电流过线圈的电流产生的磁通量。既然近来在使用中小型便携电子设备要求小型化的电机，这就有必要由减少每个线圈的直径和厚度来减小用于这种便携设备的电机总尺寸。这一目的可以由减少线圈层数以及减少每一层线圈圈数来实现。

为了满足这种尺寸上的限制，双层线圈是众所周知的。在这种双层线圈中，每一层线圈分别成形，然后，把两个单个线圈的内端焊接在一起。此外，在形成这种双层线圈时，使用矩形截面导线代替圆形截面磁导线以增加场强同样也是众所周知的。

上述已知的用于小型化设备的典型线圈，是在美国专利4，496，927中叙述过的复层线圈，以及在英国专利1，285，646中叙述的应用扁平导线的复层电线圈。

不过，仅管众所周知复层线圈的形成应作为单个线圈，但线圈必须单个地焊接在一起或机械地夹紧在一起，这样完成这一系列线圈每一单层的联接过程就包括附加的生产步骤，更重要的是，具体地包括焊接，而这一过程必须及时地被密切监视，而且要监视防止伴随着这一焊接过 程线圈裂解的温度。

因此，本发明的一个目的就是要提供一种形成用于电机的双层线圈的方法和装置，该方法和装置可以去除在先有技术中固有的上述缺陷。

本发明的另一个目的是要提供一种卷绕双层电机线圈的方法和装置，其中，线圈的每一层同时被绕制。

本发明还有一个目的，就是要提供一种卷绕双层电机线圈的方法和装置，其中，线圈在同一时间绕制，而方法易于实现，还可获得生产的经济性。

根据本发明的一个方面，一种绕制双层电机线圈的方法包括围线一个滑轮或导辊卷绕一个长度的电力导线足以形成双层线圈的一层，然后以一定的每分钟转数和选定的方向转动绕线管以在绕线管上卷绕导线，该导线是裹在滑轮周围导线的连续长度，并且同时使滑轮围绕绕线管以同样方向、两倍于初始预定的每分钟转数转动。由此，把导线从滑轮上退绕下来并再重绕在绕线管上，形成线圈的第二层。以这种方法，线圈的第一层和第二层围绕着卷线管同时形成并且不需要在双层线圈的每个单层之间有任何电力联接。

根据本发明的另一个方面，提供了一种绕制双层电机线圈的装置，该装置包括一个飞轮部件，该部件的布置使之绕一个旋转的内绕线管部件转动。一个滑轮或导辊可旋转地安装在飞轮部件上并带有绕在其上选定的导线长度，使在绕线管以第一每分钟转数转动时，飞轮部件以两倍于该速率转动并使绕线管作圆周运动，在一头，使导线连续地以输入端喂入，在绕线管上绕制线圈的第一层，在另一头，早已绕在滑轮上的导线长度从滑轮上退绕并围绕绕线管邻近第一层绕制，在此，线圈的两层同时绕制在绕线管上。

本发明上述的和其他的目的、特性和优点从下面图示的实施例的详 细说明将更为清楚，下述的说明应当参照附图阅读，附图中，相同的参考数字表示相同的零件和部件。

图1是先有技术中已知的双层线圈部件分解透视图;

图2是本发明线圈形成装置实施例部分剖视图的顶视平面图;

图3是进一步表示图2中装置细节部分的部分剖视的顶视平面图;

图4是图3中装置部分的部分剖视的正视图;

图5是进一步表示图2中装置细节部分的侧视图;

图6是进一步表示使用在图2中实施例细节的运动凸轮部件的侧视图;

图7是沿图6中Ⅶ-Ⅶ线剖开的剖视图;

图8是进一步表示图2中实施例细节的绕线管部分剖视图的后视图;

图9是使用在图2中装置的芯轴夹具剖面图;

图10是图9中芯轴夹具的侧视图;

图11是使用在图2中装置的法兰盘部件的剖视图;

图12是使用在图2中装置的绕线管芯轴部分剖视的后视图;

图13是图12中绕线管芯轴的侧视图;

图14是沿图13中ⅪⅤ-ⅪⅤ线剖开的放大的剖面图;

图15a-图15e是图示根据本发明实施例绕制方法的原理图;

图16是图15a-图15e中叙述的绕制方法的透视图;

图17是图16中绕制方法最后步骤的透视图;

图18是应用本发明实施例方法和装置形成的双层线圈的正视图;

图19是图18中线圈的透视图;

图20是图18和图19中的线圈部件分解形式的透视图。

图1表示一个用在电机上的双层线圈，它采用矩形截面导线，这种导线是由最近已知的方法制成。更具体地说，图1表示部分部件分解的 双层线圈。其中，第一个绕制线圈1与第二个绕制线圈分开，绕制线圈1和2的矩形截面导线的各自内端3，3′由焊接工艺使其电力联接。如上面已经指出，由于要求密切监视温度压力和用热的时间长短，以防止组装的线圈裂解，这样焊接工艺就显然比较麻烦。

图2表示一个根据本发明实施例的装置，以同时绕制双层线圈的两层，由此，消除了为形成双层线圈单个准备的两个线圈联接的必要性。装置安装在底盘10上，分底盘11也装在底盘10上用来支撑导向组件13。导向组件13的操作使之正确地喂入矩形截面的导线71。正是导线71用来形成双层线圈。

图3和图4更详细地表示导向组件13，从图中可以看出，工作台12可移动地安装在分底盘11上，并随其运动，该运动由液压或气动缸14产生。由于缸14的驱动杆或活塞杆的动作，移动工作台12沿分底盘11以其由图3和图4中实践所示位置12水平滑动到图3和图4中双点划线所示最左边位置12′。限定移动工作台12运动程度的止动块是一个紧紧固定在分底盘11上的螺栓15。

用来形成实际线圈的导线是矩形截面导线71，该导线71从两套垂直排列的辊轮65和两套水平排列的辊轮66之间喂入。以这种方法，导线71精确地被组件13导向和控制。

现在参照图2，一台用于形成线圈的电动机16应用于本发明这一实施例，并且安装在底盘10上。固定在电动机16驱动轴16上是一个滑轮或导辊17以及一个检测盘18。一个传感器19固定在底盘10上并与检测盘18相配合，以确定电动机16驱动轴的旋转速率以及滑轮17的每分钟转数。

图5从侧视图进一步详细表示这一组件，从图中可以看到，一个环形皮带20连接在滑轮17和第二个滑轮21之间，该滑轮连接在驱动 轴上。图2表示驱动轴23，该驱动轴23安装在一个旋转套筒22中，旋转套筒可旋转地由轴承部件25支撑，使轴22以水平或横向运动并旋转，如图2所示，一个螺旋弹簧26围绕轴23排列，迫使轴23以图2中箭头A所示方向运动，在此，辊轮部件27可旋转地联接在轴23的轴端，与形成凸轮部件28的弯曲表面相接触，如图6和图7所示细节。

在图6和图7中，凸轮部件28可滑动地安装在一对轨道29上，以实现垂直运动。轨道29坚固地固定在安装在底盘10上的框架，由液压或气动缸30的活塞把运动传递到凸轮部件28，在此，当凸轮部件28运动时，凸轮顶杆或辊轮27将引起轴23改变其在水平方向的位置，如图2和图7所示，驱动凸轮28向上将使轴23向左移动，即以箭头A所示方向相反，这种运动压缩弹簧26并且还带动结合部件31和32。该结合部件31和32组成离合器组件。更具体地说，如图2所示，离合器部件31固定在轴23上相反于凸轮顶杆辊轮27的一端，并且与联接器32结合。联接器32固定在旋转轴33的一端。这样，依靠缸30的动作和弹簧26，部件31和32能够结合和脱开。

轴33借助于排列在旋转支架36中的轴承安装，并且在相反于离合联接器32的一端有固定在其上的一个滑轮或导轮34。滑轮34上已经绕制了导线71的一个预定长度，这段导线71的长度，最终将成为成品线圈的一层。旋转支架36靠螺栓等牢固地固定在飞轮臂37上，该飞轮臂37具有相对于旋转支撑36对称布置在飞轮臂37上的平衡重锤式衡重体39。飞轮臂37的中心安装在旋转支架38上，而旋转支架38由轴承40可转动地支撑在立轴41上。主轴41借助于轴承42顺次安装。轴承42安装在框架部件43中，而框架部件43固定在底盘10上。

动力驱动轴44同样也靠另一对轴承45可转动地安装在框架部件43上并且基本上与主轴41平行排列。驱动轴44在一端装有一个联接器或联接环46，该联接环46与主驱动电机的驱动轴联接。靠近联接环装有一个第一传动齿轮48，该齿轮48靠销或键固定在驱动轴44上，并且与齿轮49啮合。该齿轮49同样也靠销或键固定在主轴41的相应端，齿轮48和49具有相同的齿数，由此产生的齿轮比为1∶1，这样，尽管驱动轴44和主轴41转向相反但它们每分钟的转数相同。固定在驱动轴44的另一端的是一个传动齿轮50，该齿轮50啮合一个由螺栓固定在旋转支架38一端的有齿齿轮部件51，旋转支架38由轴承40可转动地安装在主轴41上。第二传动齿轮50的齿数为有齿齿轮部件51上齿数的两倍，因此，它们之间的齿轮比为2∶1。依靠这个2∶1的齿轮比，旋转支架38每分钟的转数为主轴转数的两倍。由于飞轮臂37是由螺栓固定在旋转支架38上相对于有齿部件51的一端上，飞轮臂37也将以两倍于主轴41的每分转数转动。

图8表示了排列在主轴41上相对于传动齿轮49一端的绕线管组件的具体结构，该图为图2绕线管组件52部分剖视的后视图，从装置的后面看过去的视图，即从分底盘11相对侧看过去的视图，因此，图中设有导辊34和导线导向组件13。参照图8，绕线管组件52包括一个法兰盘部件53，该法兰盘部件53从主轴41固定飞轮臂37的一端伸出。绕线管组件52还包括一个绕线管芯轴或绕线管轴54以及一个绕线管芯轴夹具部件55，该夹具部件55围绕着绕线管芯轴54排列并相对于法兰盘部件53，更具体地说，绕线管芯轴54的形式要能插入旋转套筒58的内孔58a并且可以自由滑入和滑出孔58a。具体地说，绕线管轴54的排列可由手动操作销子P顶住压缩弹簧67 的力以箭头C所示方向移动。此外，如在下面可以看到，绕线管轴54和旋转套筒58可操作地联接，在线圈绕制过程一起旋转。

图9和图10更详细地表示绕线管芯轴夹具55。更具体地说，绕线管芯轴夹具55在其端壁具有一个梯形孔55a，绕线管芯轴54的端部插入该孔55a。同样地，在芯轴夹具55侧壁上有一个长孔55b以及三个径向孔55C。长孔55b和三个孔55C围绕圆柱形绕线管芯轴夹具55等间距隔开。在芯轴夹具55开口端表面有四个内孔55e，该内孔55e围绕这个端面等距离隔开并且还相对于长孔55b和内孔55e等距离隔开。

芯轴夹具55可滑动地排列在旋转套筒58的外表面58c上，围绕该外表面58C的芯轴夹具55的精确位置可以靠三个螺栓调节，如图8中B处所示以及图9和图10中剖视部分所示，调节螺栓13与安装在旋转套筒58上的孔58e中的弹簧68配合。然后弹簧68在相应的旋转套筒58上孔58e和在芯轴夹具55端面上的相对应孔55e之间作用。这样，由于夹紧旋转套筒58表面的螺栓13的作用，绕线管芯轴54穿过芯轴夹具55上梯形孔55a的程度即可调节。芯轴55上的长孔55b排列在旋转套筒58上相应长孔58b的同一位置，在此，紧紧固定在绕线管芯轴54的销钉P即能沿图8中箭头C的方向移动。在这种形式中，依靠销钉的平动或机械动作，绕线管芯轴54可以拔出，根据本发明形成的成品双层线圈即可方便地拆卸下来。

图11详细表示了法兰盘部件53的截面。从图中可以看出，在法兰盘部件53中心轴上，有一个孔或凹槽53b，以放置绕线管芯轴54的轴端。凹槽53b上配有放气孔，以防止真空限制芯轴54并防止气压妨碍绕线管芯轴54插入53b。

图12、图13和图14进一步详细表示了绕线管芯轴54的结构。 从图中可以看出，绕线管芯轴54的自由端在其梯形端表面角上有一个被削去的角56，在这个削去的角56处，有一个豁口57作为夹住用来形成线圈的扁平导线71。该豁口57在要制作的双层线圈的每一层圈数所确定的长度那一点上夹住导线71。不过这种夹紧将在图15a-图15C中详细表示。在图13中，形成的其中一个线圈，即第一次绕制，由双点划线74表示。此外，销钉P插入绕线管轴56的方法同样也表示在图12中。

去在图2和图8中可以看出，旋转套筒58固定在旋转盘59上，该旋转盘59连接在轴60的轴端上。轴60由固定在可移动工作台62上的轴承61可转动地支撑。工作台62相应于由于活塞杆64的动作液压或气动缸63的运行被移动。以这种方法，绕线管芯轴54放入或移出，法兰盘53a中心处法兰盘部件53端部形成的凹槽53B。

这样，借助于上述的实施例，根据本发明就有可能用扁平导线形成双层线圈，这一操作在图15a到图15e中都有图示。正如在图15a中可以看到，初始绕制操作由采用导辊34和扁平导线71完成。其中，图6和图7所示凸轮部件由缸30向上驱动，使转轴23向左移动，即按图2中箭头A所示方向移动，使离合器组件的部件31和32啮合。此时，装有导线导向组件13的可移动工作台12由气缸14定位在由图3和图4中实线所示位置。

在此时，应当注意到，整个组件的工作过程，例如图2所示的工作过程可以由手动装置完成，即由手动激磁电机和以适当次序动作的气缸完成。此外，在实际实施中，一个适当的控制系统配备适当的计时，使操作按所需要的时间和次序发生。适当的计时和控制系统在这里并没有公开，因为对于理解本发明的操作并不是必要的。控制系统的细节并不形成上述发明的任何部分。

然后，电动机16被激磁，使传动轴23转动，通过滑轮17、2.1和皮带20的作用，从驱动轴23经过离合部件31、32以及驱动轴23传递的力使导辊或滑轮34以箭头A所示方向转动。由此，如图15a所示，扁平导线经过辊轮65和66（图3和图4所示）以箭头A所示方向绕在旋转滑轮34上。由于要形成的线圈长度是已知的，就可以选择电动机16的激磁时间，以在滑轮34上卷绕足够数量导线71，形成最终双层线圈产品的一层。如上所示，这一过程可以手动完成，但在实际使用中，一个控制系统将确定电动机16运转时间，在导辊34上卷上适当的导线71长度。

下一个线圈绕制次序中的操作是夹紧导线71的外部分，此时，导线71已经用绕线管芯轴54卷绕在导辊34上。这一操作表示在图15中。在图中，此时，图6和图7所示的凸轮部件28在缸30作用下向下移动，使旋转轴23在弹簧26的作用下向右移动，由此，靠从连接器32分离部件31释放离合组件。当支架36脱离与旋转轴23的连接时，电动机47被激磁，使驱动轴44转动，由此，转动使旋转支架38转动的齿轮50和51。当旋转支架38旋转时，飞轮臂37也开始转动，并且在图15b中，可以看到，飞轮臂37从其静止位置转动180°，如图15a中所示。飞轮臂37如图15b所示的这种旋转时，导线71中间长度部分与绕线管芯轴中54的端部接触，更具体地说是裹在绕线管54削去角部分56，因为此时气缸63已经把绕线管芯轴54从法兰盘部件53的凹槽53b移开。即在这一点上，安装导线导向组件13的可移动工作台从实践位置移动到点划线位置12′，如图3和图4所示。因此，裹在绕线管芯轴54削去角部分56的导线71部分很容易由绕线管芯轴54端部这一位置的豁口57夹住。当导线的夹紧操作一完成，缸63被施力， 来操作活塞杆64，移动滑动工作台62，使绕线管芯轴54结合法兰盘部件53的凹槽53b。应当注意到，是法兰盘部件53被驱动，并且绕线管芯轴54依靠轴60轴承61自由转动。

既然形成双层线圈一层的足够量的导线71已经预先绕制在滑轮34上并且导线71的中间部分已经由绕线管芯轴54的交叉57夹住，就可以完成绕制实际的双层线圈的操作了。应当注意到，在图15C到15e，以及图16和图17中关系中，线圈的每一个双层将同时绕制。此时，已经结合在适合孔53a中的绕线管芯轴54靠驱动电动机47并借助于由联接器47、齿轮48和49以及驱动轴41，法兰盘部件53传递的旋转力转动，该法兰盘与绕线管芯轴54绝对相匹配。另一方面，安装有滑轮34的飞轮臂37靠电动机47驱动联接器46，通过轴44和齿轮50和51，以及旋转支架38的相互作用反向转动。

从上述说明可以看出，齿轮48和49之间及齿轮50和51之间的齿轮比的选择，使飞轮臂37和绕线管芯轴54同方向转动，但其每分钟转数为绕线管转速的两倍。换句话说，如果绕线管芯轴54的转数选定为R（rpm），围绕绕线管芯轴54作圆围运动的滑轮34的转数为2R（rpm）。这样作的结果是滑轮34以相对转数R（＝2R-R）围绕绕线管芯轴54转动。由于这一作用，预先绕在滑轮34上的导线71现在就可以退绕，同时更新绕在绕线管芯轴54上，形成一层线圈。当然，导线71同样连续地通过导向组件B喂入，使导线同样被绕在绕线管芯轴54上，形成双层线圈的另一层。

在这一操作过程中，装有导线导向组件13的移动工作台72保持在图3和图4中点线所示位置，这样，从滑轮34上重新绕制第一层线圈74和通过导向组件13是初绕制的第二层线圈75，如图 19所示，都在同时形成并且没有重叠，即，线圈的层相邻并排形成。线圈的这种与轴呈直线的并排形式的成形在图16和图17中表示的很清楚。

当在绕线管芯轴54上已经绕好所需要的每层圈数时，电动机47停止转动。缸63开始把移动工作台62相对于图2向左拉回。移动工作台62的这一运动将绕线管芯轴54从法兰盘部件53上的凹槽53B释放，使完全绕好的双层线圈依靠相对于图2向左或相对于后视图8向右拉动或滑动销钉P能自由地从绕线管芯轴54上拆卸下来。

图18到图20表示由扁平导线71形成的成品双层线圈，图中组合的线圈中部73在图20中表示为分离的。这样，线圈的两层74和75就能表示在一个分解剖视图中。这个中部73相应于夹在绕线管芯轴54豁口57的导线71的中间部分。由于这一部分是中点以及由于线圈的两层74和75同时形成，这样，这两层线圈具有同样的尺寸。

尽管在绕线管芯轴54削去角部分56形成的豁口57在绕线管芯轴54端部形成分叉，但是应当理解到，绕线管芯轴端部的其他改进都能起到同样作用。例如，如果在导线71上施加一定量的张力，特别是在图15b表示的操作点上施加张力，导线71将自动地绕在绕线管上而没有任何夹持。在这种改进中，绕线管芯轴与法兰盘部件上凹槽在操作的一开始飞轮盘和绕线管芯轴在恰好相同时间开始转动时结合。

上述是本发明一个单独最佳实施例的说明。但是，应当注意到，由本领域技术人员所做的许多改进和变化都是有效的而不脱离本发明新概念的精神和范围。本发明的这一新概念将由附属的权利要求确定。

Claims (5)

1、一种在绕线管上线制双层线圈的方法，其特征在于包括以下步骤：

向一个滑轮喂入连续的导线；

在滑轮上绕制预定长度的导线；

随在滑轮上绕制预定长度的导线之后，使滑轮从一个旋转卷绕动力源脱开；

沿喂入滑轮的连续导线的长度在邻近绕线管处确定一点；

开动连续导线的供给，由此使第一层和第二层线圈互相紧接着形成；

以预定的转速使绕线管以第一方向旋转，从上述沿导线长度邻近绕线管处的一点开始使导线绕在绕管管上，在绕线管上形成第一层线圈；

与在绕线管上绕制导线的同时，使绕有预定长度导线的滑轮，沿上述第一方向、以两倍于绕线管转速的转速围绕绕线管转动，由此，将导线从滑轮上退绕并将其绕在所述的绕线管上，在形成第一层线圈的同时形成第二层线圈；

采用一个围绕所述供线管可转动地支承着的飞轮部件实现上述有关步骤，飞轮部件制成一个细长臂，所述滑轮可转动地安装在细长臂的一端，该飞轮部件还包括一个在细长臂的与所述滑轮相对端上的一个配重器；

采用一个单独的驱动电机完成使绕线管旋转和转动滑轮的步骤。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于，邻近绕线管外排列导线的步骤包括用绕线管的自由端在沿导线长度上述点夹紧导线的步骤。

3、根据权利要求2的方法，其特征在于，上述夹紧导线的步骤包括形成具有一分叉的绕线管端部和将导线与分叉相结合。

4、根据权利要求1的方法，其特征在于，脱开滑轮的步骤包括操作一个凸轮装置，使传动轴脱开与滑轮上相应轴的结合。

5、根据权利要求1的方法，其特征在于，使绕线管旋转的步骤包括提供一个在一端具有非圆形切口的绕线管夹具，形成一个具有互补形状的绕线管自由端，把绕线管自由端固定在切口中，以预定的转速转动绕线管夹具。

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