CN103109448A - 用于形成电动式机械绝缘线圈的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于制造比如交流感应电动机定子线圈等电动式机械导电线圈的方法。将一条连续的绝缘涂覆过的导线形成为具有圆周和外表面的大体平坦的长闭环。然后，向闭环的外表面施加永久绝缘层，优选是通过以缠带机器围绕闭环的圆周螺旋缠绕绝缘带来进行。绝缘带具有包括多部分环氧树脂的至少一部分的催化性化合物。通过施加压力将所述闭环成形为刚性导电线圈，以使线圈与期望轮廓相符。在最终成形前向闭环施加永久绝缘层允许在线圈圆周的较大部分上进行机器绝缘绕带，从而减少对较慢且更昂贵的手动绕带的需要。

Description

用于形成电动式机械绝缘线圈的方法
技术领域
本发明涉及用于形成电动式机械用绝缘线圈的方法，特别涉及适合于交流(AC)感应电动机的定子线圈。由本发明形成的线圈能实现在将线圈弯曲和伸展成其最终的三维刚性构造前，在不必将施加和移除临时牺牲性保护带作为伸展工艺的一部分的情况下，围绕线圈圆周进行绝缘带的机器卷绕。本发明方法的应用减少了在弯曲和成形操作后对线圈进行手动绕带的需要。
背景技术
电动式机械在处于相对运动中的转子和定子之间生成电磁力(EMF)。交流电动机的一般物理原理、构造和操作对本领域的技术人员是已知的。示例性已知交流感应电动机20，如图1和2所示，具有旋转转子25和轴26。在旋转轴26上生成的扭矩允许电动机20进行有用的工作。在形成于定子环30内的磁极内感生的旋转磁场生成使转子25和轴26旋转的电磁力。
交流感应电动机20的定子环30具有环形地成形的定子薄板32的层叠体，其形成大体沿轴向从转子的一端向另一端延伸的径向槽33。定子薄板径向槽33接收围绕定子环30的圆周排列在磁极中的定子线圈35。顺次向定子磁极施加电流会在定子环30中感生旋转磁场。感生的电磁力进而使转子25和轴26旋转。
一示例性已知定子线圈35在图3和3A中示出。定子线圈35是形成为三维形状的卷绕的连续的导电线束。线圈35具有一对大体平行的直线部分36A和36B，所述直线部分36A和36B具有相应的大体矩形的截面，其取向成用于插入由定子环薄板32形成的径向槽33中。为了实现直线部分36A和36B在径向槽33内的期望径向取向，线圈35形成有端部37A和37B，其经常具有复合曲线U形弯曲部38A和38B。设置在线圈端部37A上的引线39联接至电流电源。当电流施加至引线39时，在线圈内感生电磁场。如本领域的技术人员已知的，形成线圈35的连续带状导线40具有绝缘外层涂层，以使在线圈内感生的磁场强度最佳化。线40通常由铜构成，并且涂覆有树脂或者其它电气绝缘层，其相对于导线尺寸是薄的。
如本领域众所周知的，单个定子线圈35通过周向绝缘层(通常是带和硬化树脂的多层式组合)与它们的周围环境电气绝缘。绝缘层是使用已知技术施加的。在图3和3A中，绝缘层42示意性地图示为一层沿周向螺旋缠绕的带44，其随后被多部分环氧树脂46涂覆。通常，定子线圈是在只有螺旋缠绕带层44的状态下供给至电动机制造商的，已准备好由电动机制造商施加树脂46。在缠绕线圈上施加树脂涂层不是本发明的一部分，在本文不具体要求权利。
过去，定子线圈绝缘层42通常是在线圈线束最终形成为其最终期望形状后施加的。带绝缘施加的最初形式完全是通过手工进行的。后来，通过在直线部分36A和36B上采用机器卷绕带层，实现了成本节约。然而，复合弯曲端部37A、37B和线圈引线39仍然需要通过手工进行带缠绕。手动绕带是昂贵的、耗时的，并且可能容易发生人为错误。通常，在线圈形成为其最终期望构造之后再通过机器卷绕复合弯曲端部37A和37B(包括U形弯曲部38A和38B或者引线39)是不实际的。
通常，本领域中技术人员的观点是，应该在定子线圈完成其形成操作后向定子线圈施加绝缘层，以防止在形成操作期间损坏绝缘层的风险。在一些情况下，制造商向定子芯部线束的直线部分施加绝缘带，紧接着施加一层临时的牺牲性保护带，然后再进行它们的成形/弯曲形成操作。临时的牺牲性带层被认为会减少绝缘导线股40上的机械损坏或者磨损的风险，和/或在高压、高温形成步骤期间熔化的树脂从带上热迁移的风险。临时的牺牲性保护带层然后必须在形成步骤后从形成的线圈上剥离。然后，使用已知技术，通过完成绝缘带44的缠绕操作和树脂浸渍46，来使现在已完全形成的定子线圈完全绝缘。
因此，在本领域中存在对这样一种用于形成电动式机械线圈的方法的需要，该方法减少绕带操作，包括在线圈制造期间临时施加牺牲带，并且优选以机器绕带操作代替手动绕带。虽然在所有制造操作中以机器绕带工艺代替所有手动绕带可能是不可行的(例如，围绕定子线圈引线的局部绕带)，绕带操作的减少会降低成本以及在已去除的额外步骤中发生绕带错误的可能性。
发明内容
因此，本发明的一个目的是减少电动式机械线圈制造期间的绕带操作；并且优选地在可能的情况下以机器绕带程序代替手工绕带程序。
这些以及其它目的根据本发明的形成电动式机械线圈比如交流感应电动机定子线圈的方法得以实现。根据本发明的方法，多部分树脂浸渍系统的至少一部分，特别是催化材料，在线圈束的最终形成步骤前施加至线圈束。本发明的方法消除了在线圈线束形成前暂时向线圈线束施加保护带的必要，从而消除了在所形成的线圈能够接收其最终的周向绝缘带层前剥离保护带的必要性。
通过采用本发明的线圈形成方法，能够在线圈接收其成形和弯曲/形成操作前，施加包括多部分树脂催化材料的至少一部分的最终绝缘带层。这样，线圈被设置有发挥恰当电动式机械功能所需的绝缘层。
本发明的线圈形成方法允许线圈束在它们处于比较简单的二维扁平线圈构造时进行机器绕带。比起完全形成的定子线圈环在制造期间的形成操作后的更复杂的复合弯曲部，二维扁平线圈的扁平的、比较温和的环构造更易于接受稳定的且可靠的机器缠绕。因此，比起使用已知现有技术以其它方式可能的程度，制造商具有很大的灵活性来以绕带机器缠绕环圆周的一个较大百分比。
附图说明
通过结合附图考虑以下详细描述，能够轻松地理解本发明的教导，附图中：
图1示出了一已知电动式机械交流感应电动机的透视图，其被部分地剖切以显示定子环、转子和轴；
图2是图1的定子环的剖切透视图；
图3是图1的电动机的定子线圈的透视图；
图3A是图3的定子线圈沿其3-3所取的正视截面图；
图4是形成图3和3A的定子线圈的现有技术方法的流程图；
图5是用于形成图3和3A的定子线圈所做成的现有技术的环状导线线圈的示意性俯视图；
图6A和6B分别是在施加构成图3和3A的成品所必需的最终绝缘层之前的、由图4所示现有技术方法制成的定子线圈的示意性俯视图和正视图；
图7是形成图3和3A的定子线圈的本发明方法的流程图；而
图8A和8B分别是在构成图3和3A的成品所必需的最终绝缘层的施加和最终三维形成/弯曲操作之前的、用于形成由图7的本发明的方法制成的定子线圈的中间制造步骤的示意性俯视图和正视图。
为了促进理解，在可能的情况下，使用了相同的附图标记，来指代各图通用的相同元件。
具体实施方式
在考虑以下描述后，本领域的技术人员将清楚地意识到本发明的教导能够轻松地采用在用于形成电动式机械绝缘线圈的方法中，比如被采用来作为交流感应电动机中的定子线圈的那些绝缘线圈。如本领域的技术人员能够理解的，本发明的线圈形成方法也可以采用在其它类型的电动式机械中，包括直流电动机和发电动机。
在开篇处应该指出的是，本发明涉及的是用于形成电动式机械线圈的方法，而不是它们的一般结构。本领域的技术人员可以将本发明的方法用于任意期望的线圈构造。参考用于图1-3A所示交流感应电动机的定子线圈的形成来进一步描述本发明的应用。
现有技术的描述
定子线圈形成方法
图4是用于形成图1-3A的交流电动机定子线圈35的一典型已知方法的流程图。在步骤101中，一条连续的、外部绝缘的带状导线40围绕销50形成长环35A，如图5所示。所述销具有外径d，大体为1英寸(25毫米)左右。在步骤102中，通过已知技术将一层牺牲性保护带(未示出)施加至长环35A。可选地，在旨在形成为最终直线部分36A、36B的环35A的牺牲性带部的施加前，那些直区可以被意图在最终形成后残留在线圈上的绝缘带缠绕。
在步骤103中，将长环35A插入加过热的压机中，在这里热和压力的组合使线圈的直线(或者槽状)部分固结并硬化。于是，线圈通过已知的形成工艺形成为其如图6A和6B所示的最终三维形状。当从压机中取出时，环35A被允许冷却。然后，在完成绝缘处理前，使它接收最终的弯曲和扭曲，以生成如图6A和6B所示的最终轮廓。应注意的是，最终形成的形状轮廓与图3A所示的定子线圈35相符。参考步骤104，然后取出牺牲带。
接下来，环35A已做好准备使用本领域众所周知的技术以缠绕带进行绝缘。基于制造商的决定，带缠绕操作的任意部分可以通过手工或者机器或者两者的组合来进行，取决于在制造场所处可获得的缠绕设备。在步骤105中，通过机器缠绕线圈的槽状或者直线部分36A、36B。带弯折的次数和与树脂施加的协调由制造商规范设定。
在完成直线部分36A、36B的绝缘后，在步骤106中通过手工来使定子线圈35的残留暴露部分绝缘。这种残留部分可以例如包括具有U形弯曲部38A、38B的定子线圈端部37A、37B，和引线39。可选地，可以向定子线圈35添加附加的外部带(未示出)层。树脂催化剂的沉积可以基于制造商的决定在绝缘步骤102-106内的任一时刻施加。
本发明的描述
定子线圈形成方法
如通过检阅图7而显而易见的，本发明的定子线圈形成方法比图4的现有技术方法简单。这是可能的，由于以下意识：包括作为多部分环氧树脂催化材料的一部分的催化性化合物的最终绝缘层可以在不损坏绝缘层或者线圈绞线绝缘层的情况下，在最终形成和弯曲操作前施加至最终形成成品定子线圈的导线环。本发明的形成方法通过以下因素来实现成本节约：消除制造步骤；消除在形成操作前施加临时牺牲带的必要；以及利用机器绕带操作而不是手动绕带操作。
参考图7，在步骤201中，使一条连续的、外部绝缘的带状导线40围绕销50形成长环35B，如图8A和8B所示。本发明中采用的销具有外径D，大体为6-8英寸(150-200毫米)左右，其比先前在图4的现有技术形成方法中采用的外径大6-8倍。较大的卷绕直径允许对于整个环35B的圆周，或者对于制造商期望的其任意较小部分，应用机器绕带操作。在环35B的形成后，形成于环内的线圈引线部分39优选在其它绝缘操作前被绝缘。
在步骤203中，图8A和8B的整个平环线圈35B优选围绕其圆周被机器绕带。带缠绕偏置角度、带张力、缠绕速度等，与现有技术中一样，在没有过度实验的情况下由制造商选择，这取决于可获得的绕带机械设备的内部规范和能力。
绝缘带44和/或线束35A被旨在与涂覆后绝缘树脂反应的比如催化性化合物等材料预处理。催化性化合物可以是通过浸渍、涂覆或者镶嵌工艺包括有绝缘带44的多部分环氧树脂绝缘化合物的一个或多个部分。一示例性催化性化合物和绝缘带材料组合是浸渍在云母型绝缘带中的环烷酸锌(zincnapthenate)。催化性化合物加速多部分环氧绝缘树脂的固化。相似地，可以对预处理绝缘带采用已知的附加技术来协助树脂层的形成，包括热、压力、催化性化合物和活性化紫外光或者其它电磁辐射激发频率。
接下来，在步骤204中，将大直径绝缘导线环35B放置到形成设备中，以进行弯曲和伸展步骤，其是使环与作为图3和3A所示定子线圈35的最终期望构造相符的必要步骤。完成的、绕带后的定子线圈35可以被提供至电动机制造商，以便其完成绝缘树脂施加。可以在步骤204的最终形成操作前、中或者后进行附加的树脂浸渍步骤。本领域的技术人员可以在没有过度实验的情况下改变形成操作，以对以下因素主观地确定其自身的最佳平衡：形成速度、形成模具步骤的数量和在形成工艺期间保护带层免受机械损坏。
虽然在本文示出和详细描述了包含本发明的教导的各种实施例，但是本领域的技术人员可以轻松地设计许多其它变型实施例，其仍然包含这些教导。

Claims (15)

1.一种用于制造电动式机械导电线圈的方法，包括：
将一条连续的绝缘涂覆过的导线形成为具有圆周和外表面的长闭环；
围绕所述闭环的外表面的至少一部分机器缠绕永久绝缘带层，所述带在其上具有包括多部分环氧树脂的至少一部分的催化性化合物；以及
通过施加压力将所述闭环成形为刚性电动式机械导电线圈。
2.如权利要求1所述的方法，还包括在成形步骤前加热所述闭环。
3.如权利要求1所述的方法，还包括在成形步骤后在不取出先前施加的永久绝缘层的情况下施加附加的绝缘层。
4.如权利要求1所述的方法，其中，在形成步骤期间，围绕至少两个卷绕销卷绕所述导线，每个卷绕销具有至少为6英寸(150毫米)的直径。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述闭环的圆周的至少一部分在施加步骤中被螺旋缠绕的带绝缘。
6.如权利要求1所述的方法，其中，整个闭环圆周在施加步骤中被机器缠绕的带绝缘。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述导电线圈是交流电动机定子线圈。
8.一种用于制造交流电动机定子线圈的方法，包括：
将一条连续的绝缘涂覆过的导线形成为具有圆周和外表面的长闭环；
通过以缠带机器在所述圆周的至少一部分上螺旋缠绕绝缘带，来向所述闭环的外表面施加永久绝缘层，所述带在其上具有包括多部分环氧树脂的至少一部分的催化性化合物；以及
通过施加压力将所述闭环成形为刚性导电线圈。
9.如权利要求8所述的方法，还包括在成形步骤前加热所述闭环。
10.如权利要求8所述的方法，还包括在成形步骤后在不取出先前施加的永久绝缘层的情况下施加附加的绝缘层。
11.如权利要求8所述的方法，其中，在形成步骤期间，围绕至少两个卷绕销卷绕所述导线，每个卷绕销具有至少为6英寸(150毫米)的直径。
12.如权利要求8所述的方法，其中，整个闭环圆周在施加步骤中被机器缠绕的带绝缘。
13.一种用于制造交流电动机定子线圈的方法，包括：
将一条连续的绝缘涂覆过的导线形成为具有圆周和外表面的大体平坦的长闭环；
通过以缠带机器围绕所述闭环的圆周螺旋缠绕绝缘带，来向所述闭环的外表面施加永久绝缘层，所述带在其上具有包括多部分环氧树脂的至少一部分的催化性化合物；以及
通过施加热和压力将所述闭环成形为刚性导电线圈，以使线圈与期望轮廓相符。
14.如权利要求13所述的方法，还包括在成形步骤前以一层附加的永久施加的铠甲保护带来缠绕所述闭环。
15.如权利要求13所述的方法，其中，在形成步骤期间，围绕至少两个卷绕销卷绕所述导线，每个卷绕销具有至少为6英寸(150毫米)的直径。
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