CN101238630A - 为电机绕线的方法和辅助绕线模 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种为电机绕线的方法，所述电机包含一个基体，所述基体具有多个用于容纳绕组系统导线(12)的槽。所述槽具有布置在所述基体端面上的槽端面开孔。绕线时，在所述端面上布置辅助绕线模(16)，使得所述辅助绕线模在沿切向延伸的覆盖区内覆盖至少一个槽端面开孔。将所述导线(12)插入一个槽端面开孔位于所述覆盖区其中一侧的槽中，并从未被覆盖的槽端面开孔中引出所述导线。随后在所述端面上通过所述辅助绕线模(16)使所述导线转向，并将所述导线引向一个位于所述覆盖区另一侧的未被覆盖的其他槽端面开孔。绕线结束后取下所述辅助绕线模(16)。

Description

为电机绕线的方法和辅助绕线模

技术领域

本发明涉及一种为电机绕线的方法，所述电机包含一个旋转轴和一个基体，所述基体具有两个轴向端面和多个用于容纳绕组系统导线的槽，其中，所述槽分别具有一个布置在端面上的槽端面开孔。此外，本发明还涉及一种用于实施所述方法的辅助绕线模。

背景技术

这种方法(例如)用于为建构为定子或定子叠片组的基体绕线。就目前而言，这种绕线方法通过一个所谓的针式绕线器而实现，其中，绕线器的线嘴将导线嵌入定子内孔内部的一个槽中，并在轴向(即旋转轴的方向)上进行移动。在端面上，线嘴(导针)先沿轴向继续向外移动一小段。随后绕旋转轴转动定子叠片组，直至在定子内孔内部受到反向引导的导线所在的槽的槽端面开孔出现在线嘴所在的高度上为止。在另一侧的端面上，这一过程以镜像方式进行。根据预期的线圈匝数重复这一过程，从而在两个端面上形成端部绕组。

绕组系统可以包括多个绕组单元，这些绕组单元通过上述方法被依次安装到定子叠片组中。其中，后安装的绕组单元在端面上进行转向时的路径长度大于先安装绕组单元的转向路径长度。在此情况下，各绕组单元的平均线圈长度之间会出现偏差。此外，后安装绕组单元的材料用量较大，这也会使各绕组单元在电阻方面存在差别。

通过在两个端面上安装可控限动元件，可对这些非期望的结果进行补偿。但可控限动元件使用起来非常复杂，也会延长绕线过程的周期。

此外，导线在端面区域内转向时会产生一个较大的拉应力，这个拉应力会使导线发生不允许的伸长，从而致使导线的截面缩小。除此之外，导线也会受损。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种开篇所述类型的方法，通过这种易于实施的方法可在端面区域内实现高质量绕线。

这个目的通过独立权利要求1所述的特征而达成。本发明的方法涉及的是一种用于制备绕组系统的第一绕组单元的方法，包括下列步骤：

a)在至少一个端面上布置辅助绕线模，使得辅助绕线模覆盖至少一个在沿切向延伸的覆盖区内的槽端面开孔，

b)将导线

b1)插入至少一个槽端面开孔位于覆盖区其中一侧的槽中，并从未被覆盖的槽端面开孔中引出导线，

b2)通过在端面上的辅助绕线模进行转向，并引向一个位于覆盖区另一侧的未被覆盖的其他槽端面开孔，以及

c)第一绕组单元制成后，取下辅助绕线模。

通过在实施本发明的方法时使用辅助绕线模，可避免迄今为止用针式绕线器在端面区域进行绕线时所出现的问题。辅助绕线模是种简单工具，可在真正的绕线过程开始之前简单地将其安装在端面上，并在绕线过程结束后以同样简单的方式将其从端面上取下。也就是说，从技术角度看，辅助绕线模的使用较为简单。其中，上述绕线过程既可以是绕线方法的一部分，也可以构成整个绕线方法。

导线在端面上的转向通过这种有利的辅助绕线模而实现。其中，以特别平滑的方式(即以相对较小的摩擦系数)以及在保持预定拉应力的前提下在辅助绕线模表面对导线进行导引。借此可避免出现过大的拉应力。导线上不会发生非期望的截面缩小，导线的电绝缘层也不会受损。对导线的导引可沿切向(即围绕绕线模)进行，以及/或者，至少部分沿轴向(即不通过辅助绕线模)进行。

此外，通过辅助绕线模还可以可控方式布置导线的各层，从而实现端部绕组在端面上的预定构造。通过这种方式还可使先后安装的绕组单元具有基本相同的线圈长度和基本相同的电阻。

总体而言，通过使用辅助绕线模，可以实现精确而高质量的绕线。相对于不使用辅助绕线模的绕线方法而言，借此可减小平均线圈长度。这在减少材料用量的同时还可改善电机的电气工作参数。

本发明的方法的有利建构方案可从权利要求1的从属权利要求的特征中获得。

一种有利的实施方案是，辅助绕线模具有至少一个轴向紧固用突出部，借助这个紧固用突出部可将辅助绕线模插在基体的开口中，以使之布置在端面上。这个开口可以是其中一个被辅助绕线模所覆盖的槽端面开孔，也可以是基体内部的其他孔，例如定子内孔。也就是说，通过紧固用突出部可将辅助绕线模直接布置在基体上。在此情况下，在绕线过程中形成在基体的两个端面上的端部绕组就直接抵靠在基体上。借此可实现极短的轴向结构长度，此外还可在端部绕组与基体之间实现良好的热耦合。

另一种优选建构方案是在端面上布置具有至少一个沿轴向突出的分隔元件的端板，所述分隔元件例如为分隔片、分隔销或指形分隔件。辅助绕线模具有至少一个轴向紧固槽，借助这个紧固槽可将辅助绕线模插位于覆盖区内的分隔元件上，以使之布置在端面上。如此定位的辅助绕线模可以防止主要由绝缘塑料材料构成的分隔元件发生弯曲和/或因导线拉应力的影响而受损。辅助绕线模还可防止导线由于与分隔元件之间的机械摩擦过大而受损。

此外，优选地还可在覆盖区内的端面和辅助绕线模之间布置一个第一导引元件，特别是一个具有U形或L形剖面的电绝缘引导元件，经过辅助绕线模的导引后，导线就定位在这个导引元件中。借助辅助绕线模使导线转向并对其进行导引后，导线滑入第一导引元件中。这种形式的导线敷设不会使导引元件受到横向力的不利影响。借此可避免导引元件发生非期望的横向移动，进而防止电绝缘作用因此而受到不利影响。

优选地，在用辅助绕线模制备第一绕组单元的过程中，将第一导引元件固定在其位置上。借此可实现较高的制造精度。位置固定的导引元件可以保证相邻绕组单元的导线之间的电绝缘或导线与基体之间的电绝缘。

此外，第一绕组单元制成后，沿轴向在与第一导引元件相邻的位置上布置一个用于容纳另一绕组单元导线的另一导引元件，也是有利的。借此可将沿轴向堆叠且紧靠在一起的绕组单元布置在基体端面上。通过这种方式可实现一种轴向尺寸较小的紧凑结构。

优选方案是在另一导引元件上布置另一辅助绕线模，并在制备另一绕组单元的过程中借助这个辅助绕线模对导线进行导引。由此而实现的优点与上文联系权利要求1所说明的第一辅助绕线模所能实现的优点基本相同。

本发明的另一目的是提供一种用于实施上文所述方法的辅助绕线模，通过这种辅助绕线模可在端面区域内实现高质量绕线。

这个目的通过独立权利要求8所述的特征而达成。为能对导线进行平滑导引，本发明的辅助绕线模包括一个带有倒圆外壁边缘和倒圆表面轮廓的光滑外壁。

光滑外壁和倒圆外壁边缘可以避免在绕辅助绕线模导引导线的过程中产生较高的拉应力。更确切地说，借此可实现一种摩擦系数极低的平滑导引。借此可避免导线发生不允许的拉紧以及由此而引起的截面缩小，同时还可防止导线受损。由此而实现高质量绕线。

辅助绕线模可用金属材料(例如铝)制成。从技术角度看，借此可以简单的方式制备光滑外壁和倒圆外壁边缘。此外，辅助绕线模优选地呈一圆弧段形状。借此可使辅助绕线模与通常为圆柱形的基体相匹配。

本发明的辅助绕线模的有利建构方案可从权利要求8的从属权利要求的特征中获得。

一种有利建构方案是将辅助绕线模的基本垂直于其外壁的底面至少部分建构为与导线的一导引元件的接触面。在辅助绕线模和这个导引元件的共同作用下，可以特别有利的方式为基体绕线。

此外，将接触面优选建构为底面上的一凹槽。借此可将第一导引元件固定在其位置上，从而避免第一导引元件在绕线过程中发生移动。在此情况下，可以可预测以及可重复的方式特别精确地制备位于两个端面上的端部绕组。无需设定安全公差，这样就可为电机确定允许极限范围内的任意一种尺寸。

此外，如果辅助绕线模的外壁具有一个突出在底面的接触面之外的突出部，是有利的。导线越过这个外形例如为一导缘的突出部后滑入位于下方的导引元件中。借此可实现极其精确、均匀的导线敷设，且不会形成具有不允许高度的线圈。通过这种方式还可保证电机外壳所需的空气间隙和/或爬电距离。

根据两种可选的优化方案，辅助绕线模在其底面上具有紧固构件。第一种建构方案是设置一个以底面为起点向外延伸的轴向紧固用突出部。第二种建构方案是设置一个以底面为起点朝辅助绕线模内部延伸的轴向紧固槽。两种情况下均可以简单的方式将辅助绕线模安装在基体端面上。特别是在绕线过程结束后，同样可以简单的方式将这个暂时性机械连接解除。

附图说明

下面借助附图所示的实施例对本发明的特征、优点和细节作进一步说明，其中：

图1为一个电机的待绕线基体的实施例的俯视图，所述基体带有布置在端面上的端板；

图2为图1所示的基体的截面图；

图3和图4为一个导引元件和一个在绕线过程中插在图1所示的端板上的辅助绕线模的实施例；

图5为图3和图4所示的在其底面具有紧固槽的辅助绕线模；

图6为一个与图3至图5所示的辅助绕线模结合使用的其他导引元件的实施例；

图7为如图6所示的处于绕线完毕状态的导引元件；

图8为两个如图6所示的已绕线完毕的导引元件、一个如图6所示的还有待绕线的导引元件和一个在第三分步绕线过程中插在图1所示的端板上的辅助绕线模的实施例；

图9为一个辅助绕线模的实施例，所述辅助绕线模在其底面上具有一个紧固用突出部；以及

图10至图12为带有各种圆弧形覆盖装置的辅助绕线模的实施例。

具体实施方式

相同部件在图1至图12中用相同的参考符号表示。

图1显示的是一个实施为电动机的电机1的实施例，电机1具有一个待绕线基体2和一个可绕旋转轴3转动的转子4。基体2为电机1的一个定子的组成部分，并实施为一个定子叠片组。基体2具有轴向端面5和6，轴向端面5和6上分别布置有一个电绝缘端板7、8。端板7和8具有多个沿轴向突出的分隔片9，这些分隔片沿切向均匀地布置在端板7和8上。

如图2中的截面图所示，基体2具有一个定子内孔，图2中未详细图示的转子4布置在这个定子内孔中。基体2中设置有多个与这个定子内孔的内壁邻接的槽10，这些槽沿轴向延伸，并均匀地布置在圆周上。槽的延伸方向必要时可具有一个轻微的斜度，而无需与轴向精确相符。槽10之间布置有槽连接片11。

绝缘端板7和8在端面5和6上的布置方式使得其分隔片9对准槽连接片11。分隔片9的数量与槽连接片11的数量相同。

一个有待安装到基体2中的电气绕组系统13的导线12布置在槽10的内部。在图2所示的实施例中，基体2处于局部绕线状态。只有几个槽10中布置有导线12。槽10具有布置在端面5和6上的槽端面开孔14，导线12通过这些槽端面开孔伸出到基体2的外部，在端面5和6上进行转向，再伸入另一个槽10中。在图1和图2所示的实施例中，导线12的这种转向和导引通过绝缘端板7和8而实现。图2用示意图对这种形式的导线转向和导引进行了图示。

端板7和8具有广泛用途。通过端板7和8可实现适用于各种极数的绕组系统13。在为基体2和端板7和8卷绕导线12时，分隔片9和导线12之间会出现较大的拉应力和摩擦。这一方面会使分隔片发生弯曲和/或受损，另一方面也会使导线(例如其电绝缘层)受损。

为避免在绕线过程中产生这种不利效果，在覆盖区15内用图3至图6所示的辅助绕线模16覆盖分隔片9，从而使其受到保护。辅助绕线模16建构为绕线靴(Wickelschuh)，外形为一圆弧段。辅助绕线模16具有光滑的外壁17和倒圆的外壁边缘18。辅助绕线模16具有倒圆的表面轮廓，在所示的实施例中用铝制成。

在为基体2绕线时，导线12的转向和导引不再通过端板7或8的分隔片9，而是通过辅助绕线模16而实现。用多个线匝制备绕组单元时，在两个端面5和6上各布置一个辅助绕线模16，且其布置方式使得辅助绕线模16在沿切向延伸的覆盖区15内覆盖住在这个分绕线过程中无需绕线的槽端面开孔14。将导线12插入一个槽10(这个槽的槽端面开孔14位于覆盖区15的指向切向的其中一侧)中，并从相应的未被辅助绕线模16覆盖的槽端面开孔14中引出导线12。随后在相应的端面5或6上借助辅助绕线模16使导线12转向，并将其引向另一个未被辅助绕线模16覆盖的槽端面开孔14(这个槽端面开孔位于覆盖区15的指向切向的另一侧)，通过这个槽端面开孔将导线12插入相应的槽10中，并将其引向另一个端面6或5。在另一个端面6或5上以镜像方式重复这一过程，从而制成一个完整的线匝。根据具体的预定匝数重复这个用以制备线匝的过程。这个分绕线过程结束后，从两个端面5和6上取下辅助绕线模16。上述绕线过程可以借助针式绕线器自动进行。

辅助绕线模16的底面19上设置有多个紧固槽20，这些紧固槽以底面19为起点，朝辅助绕线模16的内部延伸。紧固槽20用于容纳分隔片9。辅助绕线模16的两个指向切向的侧壁上也分别设置有一个侧槽21，通过这个侧槽可将布置在覆盖区15的边缘上的两个分隔片9固定住，从而使其受到保护。

外壁17具有一个突出在底面19之外的突出部22，突出部22在切向上的延伸长度并未达到辅助绕线模16所覆盖的整个圆弧段的长度。与光滑的外壁17相同，突出部22的作用也是对导线12进行目的明确的导引。为了使待安装导线12在基体2的外部转向，借助辅助绕线模16的光滑外壁17对导线12进行导引，并如图4和图6中的方向箭头所示，向下方拉动导线12。通过设置在这个移动方向末端的突出部22可使导线12准确地滑入布置在辅助绕线模16和端板7之间的一U形断面导引元件23(图3和图4)或一L形断面导引元件24(图6)中。U形断面导引元件23具有两个U形边脚23a、23b和一个U形底部23c。L形断面导引元件24具有一个L形边脚24a和一个L形底部24b。此外，两个导引元件23和24均建构为圆弧形。在图4和图6所示的状态中，已经有一个由导线12构成的线匝位于相应的导引元件23或24中，而下一个线匝则正处于制备过程中，即通过辅助绕线模16的光滑外壁17对导线12进行导引。

辅助绕线模16的底面19上设置有一个与突出部22邻接、用于导引元件23或24的接触面25。通过接触面25可将导引元件23和24固定在其位置上，从而避免导引元件23和24在绕线过程中发生非期望的位移。导引元件23和24具有电绝缘作用，位置固定这一有利特性使得其电绝缘作用可在绕线过程结束后得到完全的保证。就绕组系统13的绕组单元的其他已知绝缘装置而言，绕线过程中所产生的拉应力会使其发生移动，从而使其绝缘性能受到不利影响。通过对导引元件23或24采取位置固定的措施，可避免这一缺点。

借助于辅助绕线模16很大程度上可将导线12所构成的单个线匝均匀地卷绕在导引元件23和24上。可以事先通过为辅助绕线模16和导引元件23、24确定相应的尺寸来预先设定通过上述方法制成的绕组单元26(图7)的尺寸。借此可使径向上的空间得到充分利用。通过其他绕线方法(不使用辅助绕线模16和导引元件23或24的方法)制成的绕组单元在轴向上的延伸长度大于其在径向上的延伸长度。这会产生一个轴向长度大于径向长度的整体结构。而通过有利的绕线方法和通过使用有利的导引元件23和24制成的电机1则具有明显更好的空间利用率和更小的轴向延伸度。其中，有利的绕线方法和有利的导引元件23和24既可结合使用，也可用作单项措施，即或者使用绕线方法，或者使用导引元件23和24。

此外，通过上述方法制成的绕组系统13在布置有端部绕组(未作图示)的端面5和6的区域内也与基体2紧靠在一起，因而可以实现良好的热耦合。借此可通过基体2的定子叠片组对端部绕组区域内的导线12进行有效散热。

如图7所示，L形断面导引元件24在折边的外部区域具有一个位于L形边脚24a和L形底部24b之间的空隙27，这个空隙内可嵌入一个其他L形断面导引元件28的L形底部28b。这样就可在轴向上堆叠多个位置固定的导引元件24或28。图8显示了一种将三个导引元件24、28和29相邻地堆叠布置的示范性实施方式。其中，导引元件28和29的L形底部28b和29b固定在位于下方的导引元件24和28的空隙27中，位于最下面的导引元件24的L形底部24b则固定在端板7上的一个结构相同的空隙30中。

在图8所示的实施例中，导引元件24和28处于一个已完全被绕组单元26和绕组单元31所卷绕的状态。而第三导引元件29上则正在卷绕其他绕组单元32的导线12。

对导线12的导引通过一个插在端板7的分隔片9上的辅助绕线模33而实现。与辅助绕线模16不同的是，辅助绕线模33的覆盖宽度与三个导引元件24、28和29所构成的堆叠结构的较大轴向尺寸相匹配。此外，用于第三导引元件29的接触面25建构为辅助绕线模33的底面19上的一凹槽34。借此可对第三导引元件29进行非常有效的位置固定。

图9显示的是辅助绕线模35的另一实施例。辅助绕线模35与辅助绕线模16和33的不同之处在于，其底面19上设置有至少一个用以代替紧固槽20的紧固用突出部36，这个紧固用突出部以底面19为起点，沿轴向向下方延伸，且可嵌入基体2的其中一个槽10中。也就是说，在整个绕线过程中，辅助绕线模35都是直接插在基体2上。此处无需设置上文所述的实施例中所使用的端板7或8。

图10至图12显示的是在绕线过程中与端板7或8结合使用的辅助绕线模37、38和39的其他实施例。这些辅助绕线模彼此间的区别在于被覆盖的圆弧段的大小。辅助绕线模37至39适用于电机1的不同实施方式。借此可实现具有不同极数的绕组系统13。辅助绕线模37至39各具有一个不相同的覆盖区40、41和42。为了对导线12进行导引而被覆盖的槽端面开孔14的数量各不相同。同时使用的导引元件(图10至图12中未作图示)覆盖与辅助绕线模37至39相同的圆弧段。

通过使用辅助绕线模16、33、35、37、38或39和导引元件23、24、28或29可实现端面5和6区域内的绕组系统13(即端部绕组)的精确成形，即实现具有一个精确形状的端部绕组。通过这种方式特别可实现径向尺寸相对较大、轴向尺寸相对较小的端部绕组。特别是可以对基体2的外圆周以内的径向空间进行充分的实际利用。通过这种对径向空间的充分利用可减小轴向尺寸，从而使电机1的其他组件(例如外壳和/或端盖)的轴向尺寸也有所缩小。借此可减少材料用量。此外还可改善电机的电气工作参数。在此情况下，电机效率也会随着铜损的减少而有所提高。

此外，通过使用辅助绕线模16、33、35、37、38或39和导引元件23、24、28或29还可对绕组系统13的不同绕组单元26、31和32进行相似建构。通过这种相似建构主要使绕组单元26、31和32具有实际相同或至少极其相似的平均线圈长度和基本相同的电阻。

Claims (12)

1.一种为电机(1)绕线的方法，所述电机包含一个旋转轴(3)和一个基体(2)，所述基体包括两个轴向端面(5，6)和复数个用于容纳一绕组系统(13)的导线(12)的槽(10)，其中，所述槽(10)分别包括一个布置在所述端面(5，6)上的槽端面开孔(14)，为了制备所述绕组系统(13)的第一绕组单元(26)，

a)在至少一个端面(5，6)上布置一辅助绕线模(16；33；35；37；38；39)，使得所述辅助绕线模覆盖至少一个在沿切向延伸的覆盖区(15；40；41；42)内的槽端面开孔(14)，

b)将所述导线(12)

b1)插入至少一个槽端面开孔(14)位于所述覆盖区(15；40；41；42)其中一侧的槽(10)中，并从未被覆盖的槽端面开孔(14)中引出导线，

b2)借助于在所述端面(5，6)上的所述辅助绕线模(16；33；35；37；38；39)进行转向，并引向另一个位于所述覆盖区(15；40；41；42)另一侧的未被覆盖的其他槽端面开孔(14)，以及

c)所述第一绕组单元(26)制成后，取下所述辅助绕线模(16；33；35；37；38；39)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述辅助绕线模(35)具有至少一个轴向紧固用突出部(36)，借助所述紧固用突出部可将所述辅助绕线模插在所述基体(2)的所述开口(10)中，以使所述辅助绕线模(35)布置在所述端面(5，6)上。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在所述端面(5，6)上布置具有至少一个沿轴向突出的分隔元件(9)的一端板(7，8)，所述辅助绕线模(16；33；37；38；39)包括至少一个轴向紧固槽(20)，借助所述紧固槽可将所述辅助绕线模插在所述分隔元件(9)上，以使所述辅助绕线模(35)布置在所述端面(5，6)上。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在所述覆盖区(15；40；41；42)内的端面(5，6)和辅助绕线模(16；33；35；37；38；39)之间布置一第一导引元件(23；24)，所述导线(12)经过所述辅助绕线模(16；33；35；37；38；39)的导引后就定位在所述第一导引元件中。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

在制备所述第一绕组单元(26)的过程中，所述第一导引元件(23；24)借助于所述辅助绕线模(16；33；35；37；38；39)固定在其位置上。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

所述第一绕组单元(26)制成后，沿轴向在与所述第一导引元件(24)相邻的位置上布置一个用于容纳另一绕组单元(31；32)的导线(12)的另一导引元件(28；29)。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

在所述另一导引元件(29)上布置另一辅助绕线模(33)，在制备所述另一绕组单元(32)的过程中借助所述另一辅助绕线模(33)对所述导线(12)进行导引。

8.一种辅助绕线模，所述辅助绕线模用于实施根据上述权利要求中任一项权利要求所述的方法，为能对导线(12)进行平滑导引，所述辅助绕线模包括一个带有倒圆外壁边缘(18)和倒圆表面轮廓的光滑外壁(17)。

9.根据权利要求8所述的辅助绕线模，其特征在于，

一基本垂直于所述外壁(17)的底面(19)至少部分建构为与所述导线(12)的一导引元件(23；24；28；29)的接触面(25)。

10.根据权利要求9所述的辅助绕线模，其特征在于，

所述接触面(25)建构为所述底面(19)上的一凹槽(34)。

11.根据权利要求9所述的辅助绕线模，其特征在于，

所述外壁(17)包括一个突出在所述底面(19)的接触面(25)之外的突出部(22)。

12.根据权利要求9所述的辅助绕线模，其特征在于，

设置有至少一个以所述底面(19)为起点向外延伸的轴向紧固用突出部(36)。

13.根据权利要求9所述的辅助绕线模，其特征在于，

设置有至少一个以所述底面(19)为起点朝所述辅助绕线模(16；33；37；38；39)内部延伸的轴向紧固槽(20)。

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