CN102859847B - 预成型特别适用于电机条形绕组的电导体条的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于电导体条（8）的预成型装置（4），包括冲床（12），所述冲床（12）具有用于在所述相关预成型过程中在所述导体（8）上施加推力的移动部件，所述冲床（12）沿预成型方向（X-X）轴向滑动并具有游标（20）和适于与所述导体（8）啮合的预成型前端（24）。所述装置（4）包括第一预成型室（44），其适于在所述冲床（12）为了进行预成型操作而向前移动过程中由所述导体（8）和所述冲床（12）横跨。

Description

预成型特别适用于电机条形绕组的电导体条的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种用于预成型电导体条的装置以及相关预成型方法，这些电导体条尤其适用于电机的条形绕组。
背景技术
尤其是，电机部件比如定子和转子包括适合用电绝缘材料包覆例如包漆的电导体条，这些电导体条弯曲并形态多样地彼此相连，从而形成所谓“条形绕组”。
本领域已知的条形绕组由具有大致矩形横截面的电导体条制成，其中矩形表示方形截面和“扁平”截面，其一般表示截面的两个边中一边短于另一边的矩形形状的截面。
上述导体条通常是由直导体条开始进行“U”和“P”弯曲而预成型的，这将在下文作更详细的说明，以适合插入专用的径向对齐的插槽中，该插槽位于适于在插入之后扭曲上述预成型导体的成型装置中。实际上，这样的成型装置基本上用于“伸展”“U”和“P”形的臂，以便将导体从成型装置中移除后使同一导体的两个臂此后可以插入定子或转子铁芯的插槽中，这些插槽相对于彼此径向偏移至少一预定倾斜度。
在本领域中已知，通过机械装置对电导体条实施上述预成型，即由合适的成型工具来弯曲电导体条以塑性弯曲该电导体条。
由于在保证高速成型的同时必须观测预定的几何公差，因此弯曲操作是很精细的。而且，应该注意避免由包覆相同导体的绝缘层的磨损而造成的损坏，否则这些导体将由于不再保证电绝缘而被扔掉。
因为外覆层的整体性，现有技术的解决方案并不总是使成型的准确度和可靠性以相同的时间速度获得。
而且，不考虑上述问题，在一些情形中，可能期望导体的预成型操作在与导体预成型之前的任何处理操作相同的工作台上进行，这些操作包括例如从线卷上切下导体及对导体条端部所确定和选择的部分进行剥皮。美国专利7,480,987描述了一种预成型导体条的方法（在该文献中称为“发夹型导体（hairpin conductor）”）。如所见，在该文献中，将导体条从直线弯曲成“U”或“P”形（图10a及美国专利7,480,987的相关说明），弯曲得使导体条的方向从最初平行于工作台的方向旋转为最终垂直于工作台的方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种装置来解决现有技术的缺点和/或需求。
通过所附权利要求1限定的预成型装置及权利要求17限定的预成型方法解决这些缺点和/或需求。
在从属权利要求中描述了本发明的其他实施例。
附图说明
由起非限制性作用的优选实施例的下述说明，本发明的进一步特征和优点将变得更加明显，其中：
-图1示出了根据本发明的预成型装置的一部分的实施例的透视图；
-图2示出了图1的装置在预成型过程第一步中的侧视图；
-图3示出了图1的装置在预成型过程第二步中的部分切面侧视图；
-图4示出了图1的装置沿图2的截面线IV-IV的切面图；
-图5示出了图1的装置沿图2的截面线V-V的切面图；
-图6示出了在预成型过程后续步骤中，图1的装置沿图2的截面线VI-VI的切面图。
具体实施方式
使用相同的附图标记对下述实施例之间共同的元件或元件的某些部分进行标记。
参照附图，附图标记4表示用于预成型电导体条8的装置的整体，其具有例如矩形、扁平或方形横截面。
为了说明本发明，“预成型”是指处理直线导体条以用于获得“P”或“U”形导体的操作。如已知，可以在该操作之前进行其他预成型操作，例如拉直从导体线卷退绕的部分、对所选的导体部分进行剥皮和切割。因为上述操作都表示在后续成型操作或扭曲之前布置导体的操作所以均被称为预成型，如已经在本说明的介绍部分所解释的，该操作基本上就是伸展导体，伸展导体是在插入铁芯之前进行，以使“P”和“U”的两臂可以插入铁芯上径向偏移的插槽中。
为了说明本发明，“扁平”或“方形”导体条表示导体条具有四个基本平的侧面，每个侧面均典型地通过圆弧形边缘连接到相邻侧面。
因此，用于描述导体条横截面的“扁平”或“方形”或等效词语用的是普遍意义，而不应该将其理解为排除了导体条具有连接基本上平的侧面的相当圆的边缘的情况。术语“扁平导体”应解释为导体的两个相对侧面之间的距离大于其余两个相对侧边之间的距离。为了说明本发明，术语“矩形导体”应解释为对扁平导体和方形导体的概括，方形导体为矩形导体的一个特例，其四个侧面具有相等的面积。
在任何情况下，本发明可适用于任何类型的电导体条，例如具有圆形截面的。
在下文中，将参照扁平导体条并假定该导体将绕平行于较短侧边的弯曲轴而弯曲。
导体条为例如包括铜铁芯和绝缘包漆涂层的导体。
本发明的预成型装置4可以是独立机械装置或者用于制造电机元件如定子或转子的系统的工作站，没什么区别。
根据实施例，预成型装置4表示预成型机械装置的最后一级，例如但不限于，如美国专利7,480,987中所述，其中本发明的装置4代替该机械装置的“弯曲（BEND）”级，用于在剥皮和切割导体条之前进行“P”或“U”形弯曲。
根据实施例，装置4包括冲床12，其具有在相对预成型期间在导体8上实施推进的各个移动部件。
冲床12沿预成型方向X-X轴向地滑动；优选地，装置4上具有至少一个移动臂16，其适于带动冲床12平移。
根据实施例，冲床12具有连接到移动臂16的游标20，其支撑适于与导体8相配合的预成型前端24。
移动臂16操作性连接到移动部件，预成型前端24适于与导体8的一部分直接啮合，从而导致其预成型，下文将做更详细的解释。
例如，移动臂16操作性连接到以连续方式可旋转地移动的机械凸轮（未示出），以带动移动臂16直线交替移动。所述直线交替移动使预成型前端24得以完成预成型冲程和收缩冲程，下文将做更详细的描述，在预成型冲程期间其实现对导体8的预成型，在收缩冲程期间其收缩到下一个要被预成型的导体8附近的复位位置。
尤其是，馈送到预成型装置4的导体8为沿横向Y-Y布置的线性元件，与所述预成型方向X-X垂直。优选地，导体8相对于冲床12对称或基本对称布置：换句话说，将导体8的中心线M布置成相对于冲床12尤其相对于预成型前端24对齐并对称或者基本上对齐并对称。为了说明本发明，上述“基本上对齐并对称”的布置应该解释为，对于获得“U”或“P”预成型导体并且其中“U”或“P”的两个臂之一的长度不同于另一个臂的需求，所提供的布置不是完全对称，而是等量错开，从而获得期望的两个臂之间的长度差。
而且，导体8布置为垂直于冲床12。
根据实施例，预成型前端24成型为叉状，从而在用于预成型导体8的冲床12移动过程中钩住并保持所钩住的导体8。
尤其是，预成型前端24包括叉状部分28，其具有一对分支32，该一对分支相对于抓取方向彼此相对，以便确定朝着相关导体8开口的座36，抓取方向垂直于横向Y-Y和预成型方向X-X。
通过这种方式，在预成型冲程期间，冲床12沿预成型方向X-X移动从而弯曲导体8，叉状部分28确保钩住导体8；同时，在收缩冲程期间，冲床12回缩到导体8预成型的端部，预成型前端24可从导体8自动释放或断开连接。
连接叉状部分28的分支32，用于确定导体8插入到预成型前端24的分支32之间的接合部分40。
优选地，分支32相对于接合部分40悬臂式地延伸的长度至少等于导体8宽度，其中相对于预成型方向X-X测量该导体8的宽度。在该实例中，该宽度等于导体8的矩形截面较长一边的尺寸。
通过这种方式，分支32确保导体8在预成型期间不会相对于与横向Y-Y平行的轴旋转。
根据实施例，游标20包括朝向预成型前端24的导向突起14，导向突起14用于稳定预成型前端24的直线运动轨迹。导向突起14滑动地容纳于装置4所具有的导向槽26中。
装置4包括第一预成型室44，其适于在预成型操作的初始步骤中由导体8和冲床12横跨。根据实施例，导向槽26从进口到出口横跨第一预成型室44。
根据实施例，第一预成型室44包括一对支撑元件48，其确定垂直于预成型方向X-X并与冲床12相对的每个用于导体8的支撑肩状部(shoulder)。
支撑元件48相对于横向Y-Y彼此分离并间隔，以便确定适合在预成型操作过程中容纳导体8和预成型前端24的开口52。优选地，开口52相对于横向Y-Y与冲床12对齐；而且，如已述，导体8布置在第一预成型室44的进口处，从而使导体的中心线M与开口52的对称平面重合或基本上重合。
根据实施例，第一预成型室44在预成型方向X-X上包括导引出口46，其与支撑元件48紧邻，并用于与导体8穿过。优选地，该导引出口46的宽度（在横向Y-Y上测量）至少稍大于支撑元件48之间的最小距离。根据实施例，导引出口46实际上为水平（横向Y-Y）和竖直（与方向Y-Y和X-X垂直的方向）分隔开的通道。除了在导引出口46中而且通常在第一预成型室44中所设置的上部和下部切口47之外，该竖直分隔几乎完全用作预成型前端24和相关导向突起14的通道，该通道实际上横跨第一预成型室44。
根据实施例，在第一预成型室44的进口处设置水平凹部42，由此竖直地分隔，其用作定位和对齐导体8的座，并用于防止其在成型前端的推进作用下产生的竖直方向上任何不期望的变形。
优选地，支撑元件48是相对于与横向Y-Y和预成型方向X-X垂直的旋转轴旋转的一对转辊56，例如两个轴承，以便在导体8引入并跨过第一预成型室44期间在导体8的推力下旋转。
基本上在第一预成型室44内实现导体8的预成型：实际上，在第一预成型室44的出口处，导体8基本上弯曲为“U”，使导体的两边或臂72的朝向平行于预成型方向X-X。该两条边72在弯曲部分76处彼此连接，并且预成型前端24与导体8在该处啮合。
根据实施例，装置4包括位于第一预成型室44输出处的第二预成型室64，其适于容纳在第一成型室44中弯曲之前的导体8。
第二预成型室64包括进口66，其相对于冲床12和第一成型室44的开口52对称布置。
优选地，所述进口66的横向宽度大于或等于开口52的横向宽度，开口52由支撑元件48横向限定。换句话说，导体8在第一预成型室44内预成型之后从中引出，并使其带有一定间隔地通过第二预成型室64内部，从而其引入第二预成型室64并在其中滑动的过程中不会磨损和/或损坏绝缘。
横向宽度是指平行于横向Y-Y所测量的宽度。
根据实施例，第二预成型室64包括相对于所述横向Y-Y的至少一对相对的侧壁68，其适于限定导体8以弯曲造型在第二预成型室64内的横向位置。
优选地，至少一个所述侧壁68可平行于横向Y-Y移动，使弯曲造型的导体8得以横向按压，从而在导体8的弯曲部分76处形成凹部88（图6）。
优选地，预成型装置4包括位于特定移动部件上的抓取器或类似的抓取装置，用于从第二预成型室64抓取或移动导体8，直到使其得以引出和/或通过第二预成型室64到达另一可选工作站。
现在将描述根据本发明的导体预成型方法。
尤其是，馈送沿横向Y-Y的导体8，以使其定位于第一预成型室44上。
使导体8停靠在第一预成型室44的支撑元件48上，第一预成型室44与第二预成型室64相对。
通过这种方式，将导体的大致中心部分悬臂式地布置在支撑元件48之间，以使其在冲床12的推力作用下发生变形。
优选地，导体8相对于由所述支撑元件48所界定的开口52对称地或基本上对称地布置在定位座42上。
此后使具有预成型前端24的冲床12向前移动，以便沿预成型方向X-X初始地钩住导体8。
冲床12的推进作用强制导体8弯曲，以便连同预成型前端24一起完全通过支撑元件48，直到其从中释放并在经过导引出口46后以预成型造型从第一预成型室44中出来。
尤其是，相对于弯曲部分76弯曲导体8，在该弯曲部分76同一导体8由预成型前端24的叉状部分28钩住，采用具有彼此相对于预成型方向X-X平行的两边72的“U”造型。
此后预成型前端24可以回缩以释放由此预成型的导体8，将弯曲的导体8引出并载入新的直线导体8，以通过冲床12的新成型冲程而将其弯曲。
可选地，在将导体弯曲为“U”之后，至少一个侧壁68沿平行于横向Y-Y的方向前移，以便在导体8的弯曲部分76（图6）处形成凹部88。
根据另一实施例，进而，有可能在返回路径中，将导向突出部14和预成型前端24或通常是冲床12至少提高使其足以高于同时已装载在定位座42中将要预成型的可选的新导体8的量。
从描述中可理解，根据本发明所述的装置和预成型方法可以克服现有技术的缺点。
尤其是，就其执行而言，该导体预成型操作非常快速和准确。
在预成型过程中导体涂层不会受到磨损或损坏，由此该装置的生产报废大大减少。
尤其是，由于布置在导体和装置之间的转辊的存在，在预成型操作期间转动和非滑动摩擦力总是起作用，确保了导体涂层的完整，通过这种方式，防止导体涂层受到任何磨损。
由于在所有预成型步骤过程中总是由第一预成型室导向和容纳该导体，因此预成型操作非常准确，换句话说，导体变形总是以受控方式进行，以防止会导致相关废弃的同一导体任何不期望的变形。
本领域技术人员可以对上述装置和方法进行几种变形和调整以满足具体和偶然的需求，其所有都落入下述权利要求所限定的保护范围内。

Claims (17)

1.用于条形电绕组的电导体条(8)的预成型装置(4)，其包括：
-冲床(12)，其具有在相关预成型过程中对电导体条(8)实施推力的移动部件，
-所述冲床(12)沿预成型方向(X-X)轴向滑动，
-所述冲床(12)具有连接到移动臂(16)的游标(20)，还具有适于与所述电导体条(8)啮合的预成型前端(24)，
-在预成型情况中，所述电导体条(8)是沿垂直于所述预成型方向(X-X)的横向(Y-Y)布置的线性元件，
-所述装置(4)包括第一预成型室(44)，其适于在所述冲床(12)为了进行所述预成型操作的前进过程中由所述电导体条(8)和所述冲床(12)穿过；所述预成型前端(24)为叉状，从而能够在预成型情况中钩住电导体条(8)，在该预成型情况中，电导体条(8)是沿着所述横向(Y-Y)布置的线性元件，以便在移开用于预成型所述电导体条(8)的冲床(12)的过程中，所述预成型前端(24)能够保持所钩住的所述电导体条(8)。
2.根据权利要求1所述的装置(4)，其中所述预成型前端(24)包括具有相对于抓取方向彼此相对的一对分支(32)的叉状部分(28)，该抓取方向垂直于所述横向(Y-Y)和预成型方向(X-X)的，以便确定朝向相关电导体条(8)开口的座(36)，从而在预成型前端(24)回缩之后从所述电导体条(8)释放。
3.根据权利要求2所述的装置(4)，其中所述分支(32)连接起来用于确定所述电导体条(8)插入到所述预成型前端(24)的所述分支(32)之间的接合部(40)。
4.根据权利要求3所述的装置(4)，其中所述分支(32)相对于所述接合部(40)悬臂式延伸的长度至少等于所述电导体条(8)的宽度，相对于所述预成型方向(X-X)测量所述宽度。
5.根据权利要求1所述的装置(4)，其中所述第一预成型室(44)包括一对支撑元件(48)，其为每个垂直于所述预成型方向(X-X)并与所述冲床(12)相对的电导体条(8)确定支撑肩状部。
6.根据权利要求5所述的装置(4)，其中所述支撑元件(48)是转辊(56)对，其相对于垂直于所述横向(Y-Y)和所述预成型方向(X-X)的旋转轴旋转，以便在其所述预成型过程中在所述电导体条(8)的推力作用下旋转。
7.根据权利要求5所述的装置(4)，其中所述支撑元件(48)相对所述横向(Y-Y)彼此分开并间隔，以便确定在所述预成型操作过程中适于容纳所述电导体条(8)和所述预成型前端(24)的开口(52)。
8.根据权利要求7所述的装置(4)，其中所述开口(52)相对于所述横向(Y-Y)与所述冲床(12)对齐，所述电导体条(8)布置在所述第一预成型室(44)的进口处，从而使所述电导体条(8)的中心线(M)与所述开口(52)的对称平面重合。
9.根据权利要求5所述的装置(4)，其中所述第一预成型室(44)包括导引出口(46)，其在所述预成型方向(X-X)上与所述支撑元件(48)紧邻并用于由所述电导体条(8)横跨，所述导引出口(46)为除切口(47)以外相对于与横向(Y-Y)和预成型方向(X-X)垂直的方向的竖直隔离通道，使所述预成型前端(24)得以通过。
10.根据权利要求1所述的装置(4)，其中所述游标(20)包括朝向所述预成型前端(24)的导向突起(14)，所述装置(4)包括导向槽(26)，所述导向突起(14)滑动地位于所述导向槽(26)中以稳定所述预成型前端(24)的直线运动轨迹。
11.根据权利要求1所述的装置(4)，其中在所述第一预成型室(44)的进口处具有竖直隔离的水平凹部(42)，其用作定位和对齐所述电导体条(8)的座并用于防止电导体条在所述预成型前端(24)的所述推力作用下在竖直方向(Y-Y)上可能产生的任何不期望变形。
12.根据权利要求1所述的装置(4)，包括在所述第一预成型室(44)的输出方向的第二预成型室(64)，其适于容纳事先在所述第一预成型室(44)中弯曲的所述电导体条(8)。
13.根据权利要求12所述的装置(4)，其中所述第二预成型室(64)包括相对于冲床(12)和相对于所述第一预成型室(44)的开口(52)对称布置的进口(66)，所述进口(66)的横向宽度大于或等于所述开口(52)的横向宽度。
14.根据权利要求12所述的装置(4)，其中所述第二预成型室(64)包括至少一对相对的侧壁(68)，其适于界定所述电导体条(8)以弯曲造型在所述第二预成型室(64)内的所述横向位置。
15.根据权利要求14所述的装置(4)，其中至少一个所述侧壁(68)可平行于所述横向(Y-Y)移动，以使弯曲造型的所述电导体条(8)得以横压，从而在所述电导体条(8)的弯曲部分(76)形成凹部(88)。
16.利用前述任一项权利要求所述的装置(4)成型条形电绕组中的电导体条(8)的方法，包括如下步骤：
-馈送沿横向(Y-Y)布置的直线电导体条(8)，以将其定位于第一成型室(44)的开口(52)附近；
-将所述电导体条(8)停靠在支撑元件(48)上，所述支撑元件(48)横向界定所述第一预成型室(44)的所述开口(52)，从而使所述电导体条(8)的基本上中心部分悬臂式布置在所述支撑元件(48)之间，
-使具有预成型前端(24)的冲床(12)向前移动，从而沿所述预成型方向(X-X)钩住所述电导体条(8)，
-在所述第一预成型室(44)内推动所述冲床(12)，以迫使所述电导体条(8)弯曲并穿过所述第一预成型室(44)，使所述电导体条(8)的两侧(72)绕它们共同的弯曲部分(76)弯曲，在所述弯曲部分(76)处将所述电导体条(8)钩在所述预成型前端(24)上。
17.根据权利要求16所述的成型条形电绕组中的电导体条(8)的方法，包括如下步骤：
-将所述电导体条(8)弯曲为“U”形，
-将所述弯曲的电导体条(8)移动到所述第二预成型室(64)，其具有可平行于所述横向(Y-Y)移动的至少一个侧壁(68)，
-使所述第二预成型室(64)的至少一个侧壁(68)沿平行于所述横向(Y-Y)的方向向前移动，从而在所述电导体条(8)的所述弯曲部分(76)形成凹部(88)。
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