CN104167846B - 制造自承式气隙绕组尤其是小型电机的斜绕组的成型线圈 - Google Patents

制造自承式气隙绕组尤其是小型电机的斜绕组的成型线圈 Download PDF

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Abstract

涉及用来制造自承式气隙绕组特别是小型电机的包括至少两个在绕组(6)周围交叠安置的成型线圈(20)的斜绕组的成型线圈，其包括至少一个由导电的绕线元件(22)制成的线匝(30)。构造了两个位于不同的径向平面的成型线圈侧(24a,24b)，它们在其端部(26a,26b)通过端部连接部分彼此连接。端部连接部分具有桥接成型线圈侧的线匝错位部(28)的径向平面错位部分，成型线圈侧围绕斜绕组的纵轴线(16)呈圆弧形弯曲地构造，位于径向外侧的成型线圈侧的曲率半径比位于径向内侧的成型线圈侧的曲率半径大。每一具有成型线圈侧和错位部的线匝(30)都是通过在卷绕过程中的作用力直接作用于构成此线匝的绕线元件而形成的。

Description

制造自承式气隙绕组尤其是小型电机的斜绕组的成型线圈
技术领域
本发明涉及一种用来制造自承式气隙绕组的成型线圈，尤其是用来制造小型电机的包括至少两个在绕组周围(Umfang)重叠安置的成型线圈的斜绕组(Schraegwicklung)的成型线圈，所述成型线圈包括至少一个由导电的绕线元件制成的线匝，而且，形成有两个位于不同的径向平面的成型线圈侧(Formspulseite)，所述成型线圈侧在其端部通过端部连接部分(Stirnverbindung)而彼此连接，其中，所述端部连接部分具有桥接所述成型线圈侧的线匝错位部的径向平面错位部分，并且，所述成型线圈侧是按照围绕斜绕组的纵轴线呈圆弧形弯曲的方式构造而成的，其中，位于径向外侧的成型线圈侧的曲率半径大于位于径向内侧的成型线圈侧的曲率半径。
此外，本发明涉及一种用于制造根据本发明的成型线圈的方法与装置。
此外，本发明还涉及一种应用了根据本发明的成型线圈的自承式气隙绕组，尤其是斜绕组。
背景技术
欧洲专利申请文件EP 1 780 871 B1公开了一种这种类型的成型线圈。在该申请文件中，首先将线材各个线匝在扁平状态下螺旋形地围绕一条在完毕后的成型线圈内部径向延伸的轴线卷绕，然后才变形、弯折成完毕形式。此时，主要在那些必定形成相应的径向错位的区域中，为了避免因为机械的过度负荷(例如导线被过度拉长)而发生损害，在该专利申请文件中采用了如下设计：为能够形成错位，每一线匝均具有额外的导线材料作为预留量(Vorlauf，例如以发叉形隆起的形式)，这是因为，在通过对已卷绕完毕并且通常经过热烘烤的成型线圈进行后续弯折变形而制造错位时需要额外的导线材料，从而避免导线在这些区域中被过度拉长。尽管如此，对已完毕的成型线圈实施变形还是有可能导致损坏的；因为导线材料需承受机械的负荷，所以，特别是在那些必需承受用于弯折变形所需的力的区域中有可能会出现导线截面发生不利变化以及烘烤漆层也因拉拽而受损或者甚至发生剥落。另外，所谓的预留量必须十分精确地匹配需要达到的错位量，如预留量过短或过长，那么在不出现机械的过度负荷的情况下是很难形成理想的相应的错位量的。
德国专利申请文件DE 101 14 129 A1同样描述了一种电机的管状的、特别是中空圆柱体状的无铁芯自承式绕组，其中，相互交叠的成型线圈是以无径向错位部而仅有一个曲率半径的形式成型的。因此，在将成型线圈组装成整个绕组时需要进行后续变形，而且由此将产生机械的负荷，确切地说，特别是在轴向对置的区域内，由于成型线圈的交叠，肯定会在内圆柱体区域与置放成型线圈的外圆柱体区域之间形成一过渡区。
发明内容
本发明的基本目的在于,对开头提到的成型线圈加以改良，从而在它成型时，能够避免绕线元件的导线材料和其导线截面上、以及在错位部的区域内和绕线元件的绝缘层上出现损伤，并且使绕线元件在错位部的区域内能够理想地延伸。此外，还需提供一种改良的、简便的、以及可经济地实现的制造方法，并且提供一种结构简单并有效的制造工具。
根据本发明，上述目的是通过权利要求1的特征部分中的特征实现的，在该权利要求1中，每一具有成型线圈侧和错位部的线匝都是通过将卷绕过程中产生的力直接作用在构成此线匝的绕线元件上而形成的。因此，根据本发明，根据本发明的成型线圈不但在其成型线圈侧的区域而且在错位部的区域都仅在卷绕过程中定型。所以，卷绕完毕的成型线圈无需进行后续的弯折变形。根据本发明，在绕制各个单个线匝的卷绕期间，导线材料就被直接做成期望的轮廓形状。这样的结果使绕线元件只需进行轻微的塑性变形，因为，与对整个完成的成型线圈进行弯折变形相比，在卷绕过程中仅对每个单个线匝实施弯折变形，从而在此只需要极小的力。所以，根据本发明可以避免或者至少极其显著地减少尤其是像导线材料的截面改变以及导线涂层的撕裂或剥落等的机械损伤。
因此，根据本发明的成型线圈具有如下突出的特点，在所有区域，也就是说不但在以不同曲率半径弯折的成型线圈侧，而且在错位部中，导线材料的变形均未对其导线截面及其外部导线涂层产生影响。
因此，通过本发明达到了理想的成型效果，就是说在错位部也同样能够理想地成型，因为，每一线匝均未发生长度改变，因而在无需承受机械张力的情况下被经济地塑造成所需的形状。因此每一所需的导线长度都能极其理想地由其自身决定；所以并不需要预先制作“预留量”来作为长度储备。
此外，根据本发明，如果形成成型线圈侧以及线匝错位部的多个平行线匝的卷绕方向相同则是符合目的的。
此外，根据本发明，如下设计是符合目的的，即根据本发明的成型线圈由至少一个经修改的菱形线匝、梯形线匝、椭圆形线匝、具有直线形中间部分的菱形线匝或者近似菱形的线匝构成，它们在其最大线匝宽度区域中横向于其纵轴线延伸的横轴较位于端部之间的纵轴短。
此外，根据本发明，如下设计是符合目的的：成型线圈侧的曲率半径顺着纵轴线从成型线圈侧的一个端部开始到另一端部为止的范围内始终保持恒定，而错位部则沿径向指向纵轴线而延伸。根据本发明，如下设计也同样有利：成型线圈侧的曲率半径在顺着纵轴线从其中一个端部开始到另一端部为止的范围内逐渐增大，而错位部则沿径向-轴向指向延伸。
根据本发明，同样可以选择如下设计：成型线圈侧的曲率半径在顺着纵轴线从一个端部出发到另一端部之间的范围内在第一部分中保持恒定，而在与该第一部分相邻的第二部分中则持续增大或者持续减小。此外，根据本发明可以这样设计：根据本发明的成型线圈的端部以相对于纵轴线成0至90°的翻折角度沿朝向纵轴线的方向或者背离纵轴线的方向折叠，而错位部则沿轴向定向。通过这样的端部折叠，可缩短根据本发明的成型线圈的结构长度。
利用根据本发明的成型线圈可以实现具有各种相数与用于所有极对数的绕组。尤其是可以为无刷电机(交流电机)构建以星形连接法或三角形连接法等连接方式连接的三相绕组。对于DC电机，则可以构建叠绕组与波形绕组，尤其是具有5-、7-、9-、11-以及13-分量。这不仅可以适用于2极(极对数＝1)或4极(极对数＝2)的磁路设计，而且也适用于更多极数的设计。
每一线匝的绕线元件可以螺旋形地缠绕一层或多层，并且尤其可以从线匝始端到线匝末端无交叉地卷绕。此外，如下设计是符合目的的：绕线元件由具有圆形或者长形(例如矩形)线截面的单线，或者具有至少两条，例如四条平行地并排延伸且通过油漆层以材料适配的方式联结的导线的平行线制成，又或者由多股绞合线制成。
用于制造根据本发明的成型线圈的根据本发明的制造方法具有如下特征：通过在卷绕过程中对绕线元件作用力使其直接成型而形成了成型线圈，因此无需对卷绕完毕的成型线圈做后续的变形处理，按此成型的成型线圈具有以不同曲率半径弯折的成型线圈侧和位于端面上的线匝错位部，尤其是，它还可具有根据本发明的弯折的端部。在给定形状的卷绕完毕后，优选直接对成型线圈进行短暂加热，从而使导线材料的烤漆涂层得到烘烤。就加热而言，有利的方法是短暂地对成型线圈施加电流。此时，持续时间以及电流强度要根据导线截面来确定，以便为烘烤产生足够的电热，但是，电流不能导致绕线元件和/或绝缘层损坏。最后，在冷却一定时间之后，可将完工的成型线圈从装置中取出并进行继续加工。接着，将多个按此法制成的成型线圈以部分重叠地组装成根据本发明的斜绕组。接着需进行机械固定，而且可以对已有的烤漆涂层进行额外的烘烤，也就是说，通过短暂加热进行烘烤。
由于此种优化的成型方法使得根据本发明的成型线圈具有精确限定的曲率半径以及错位部，在完工的斜绕组内部可达到较高的铜填充度。此外，每一绕组相均由至少一个成型线圈构成是符合目的的。对于某些连接类型，通过将多个成型线圈处理成链路形式，可以使线路成本降低。在此种将成型线圈加工成链路形式的情况下，在形成绕组之后，仅需将相应链路的始端与末端连接到一起，这样，就可以得到三角形连接的斜绕组，在这种斜绕组中，一个相位上的所有部分均串联在一起。
用于根据本发明的成型线圈的根据本发明的制造装置包含可被驱动为围绕旋转轴转动的卷绕机构，所述卷绕机构横向于旋转轴被分成两个工具体。所述工具体在它们彼此相向的端面上具有互补的型面，所述型面作为负轮廓与待卷绕的成型线圈的期望拥有的内侧和外侧表面轮廓相对应，所述型面具有侧面区域和过渡区域，所述侧面区域用来形成以不同曲率半径弯折的成型线圈侧，而所述过渡区域则用以形成线匝错位部。在至少其中一个型面的区域内，布置有卷绕元件作为转向点，用以确定绕线元件的线匝的轮廓。此外，工具体可沿旋转轴线的方向上彼此相对移动，确切地说，是可以在彼此间隔开的取出位置与彼此靠近的卷绕位置之间移动，其中，在卷绕位置中，型面通过一卷绕间隙(Wickelspalt)间隔开，该卷绕间隙的间隙宽度是按照与相应的绕线元件相适配的方式来安排并进行调整，从而使得绕线元件以在卷绕时可被限定为具有较小卷绕余隙(Wickelspiel)的方式来引导，并且能够在型面之间合适地定型。通过使卷绕机构转动，一端部固定在其中一个型面区域之内的绕线元件被从外部自动拉入到型面之间，拉入卷绕间隙之中，并且呈螺旋状地围绕卷绕元件缠绕。绕线元件理想地适配于两个型面的互补表面形貌，确切地说，绕线元件不但在形成成型线圈侧的弯折的侧面区域内相适配，而且在形成线匝错位部的过渡区域内也是匹配的。
在优选设计方案中，设置有能够通过绕组末端向已卷绕的且经挤压的成型线圈施加电流的机构，对于所施加的电流的持续时间及电流强度进行安排以使得成型线圈能够被电热加热，从而使线材烤漆层得到烘烤。
在卷绕与烘烤之后，通过将工具体移至取出位置，可将加工完毕的成型线圈从装置中取出。按照上述方法制成的成型线圈接着需进一步处理，以使其组装成根据本发明的一端固定式斜绕组并材料适配地连接。单个成型线圈的绕组始端与绕组末端被按照一定的方式彼此导电地连接。
附图说明
下面借助于附图，以示例方式详细阐述本发明。其中：
图1示出了示例电机的轴剖图，该电机具有以简化方式展示的根据本发明的一端固定式绕组，在这里，所述绕组示例性地安置在定子侧，
图2示出了根据本发明的带有多个成型线圈的分块式绕组的放大的侧视图，
图3示出了图2中所示绕组沿箭头III的轴向方向的另一放大的端面视图，
图4示出了根据图2和图3的绕组的单个成型线圈的视图，
图4a和图4b示出了根据本发明的成型线圈的可选几何形状，
图5示出了如图4中示出的成型线圈沿切面V-V剖开后的放大的截面图，
图6示出了沿图5中以“VI”标示的在一示例性实施方式中作为平行线的绕线元件的线匝层剖开后的放大的截面图，
图6a示出了根据本发明的成型线圈的一个可选实施方式，
图6b、图6c和图6d示出了根据本发明的斜绕组的绕组体的可选几何形状，
图7示出了根据本发明的处于打开的取出位置的带有两个工具体的两件式卷绕机构形式的制造装置的简化立体视图，
图8示出了根据图7的两个工具体之中的具有固定的绕线元件末端或始端的一个工具体，
图9示出了在卷绕进程中具有闭合工具体的卷绕位置中的卷绕机构的示意性侧视图，图9中的绕线元件以虚线标示，
图10示出了与图9类似的视图，但是卷绕机构处于卷绕进程之后对成型线圈进行热烘烤的状态，
图11示出了与图9和图10类似的侧视图，但是处于用来取出卷绕完毕并业经烘烤的成型线圈的取出位置中，以及
图12示出了根据图11的取出位置的附加的立体视图，
图13至图17以不同视图示出了用来制造根据图6的成型线圈的根据本发明的装置。
在不同的图形中，同样的部件均配以相同的附图标记。
具体实施方式
对于后文中附图所作的描述，就本发明需要强调的是：本发明并不限于提及的实施例，因此也不限于所描述的特征组合中的全部或多个特征，实际上，每一实施例中的每一单个子特征无论是单独存在(在与其他所有结合在一起描述的子特征分开时)，还是与另一实施例中的任一特征相组合，都具有发明意义。
如图2至图5所示，斜绕组6包括一空心的分块式绕组体18，该分块式绕组体18具有中间的纵轴16。分块式绕组体18尤其可由单个成型线圈20制成为自承式气隙斜绕组。成型线圈20的数量大于/等于2个，优选等于或者大于三个。在图4中示出了一根据本发明的成型线圈20的实施方式。根据本发明的这一成型线圈20是用能够导电的绕线元件22制成的。所述绕线元件22具有外部的电绝缘层。绕线元件22可以是外周配有绝缘漆层的单条圆导线，例如用铜按照DIN EN 60317-20,2000/10制成。绕线元件还可以采取其它形式，如平行线、多条平行辅设的单线、多股绞合线或成型线材(Formdraht)。
根据本发明的成型线圈20由至少一个以绕线元件22绕360°组成的线匝(Windung)制成。由多个彼此平行且并排延伸的线匝30制造的成型线圈也在本发明的范围之内。每一斜绕组6中的成型线圈20的数量称作斜绕组6的相(Teiligkeit)。一个成型线圈20的全部线匝30均具有相同的绕线方向，这种绕线方向在数学上或者是正的(即称为顺时针方向)，或者是负的(即称为逆时针方向)。进一步地，斜绕组6的全部成型线圈20均具有相同的绕线方向。如图4所示，根据本发明的成型线圈20优选具有多个彼此平行延伸的线匝30，而且，每一成型线圈20均具有两个线匝侧或者成型线圈侧24a、24b(准确来说是上成型线圈侧24a和下成型线圈侧24b)。在它们彼此对置的端侧上，成型线圈20具有位于成型线圈侧24a与成型线圈侧24b之间的过渡区，以在此处提供端部连接部分26a、26b。存在于根据本发明的斜绕组之中的全部成型线圈20的所有端部连接部分26a、端部连接部分26b的集合在根据本发明的斜绕组的轴向的对置的端部构成其绕组端部(Wickelkopf)。
一位于成型线圈侧24a和24b之间的、且垂直于通过端部连接部分的对角线Y的间距是绕组宽度A。对于根据本发明的斜绕组6而言，绕组宽度A在最大值与0值之间变动，就是说，在根据本发明的斜绕组中，两个成型线圈侧24a、24b在其端部连接部分26a、26b的区域内交汇于一转折点。根据本发明的成型线圈20可以构造成不同的形状，对此可参见图4、图4a、图4b。成型线圈20的形状尤其会对斜绕组与磁场之间的磁通交联、导电绕线元件22可达到的载荷因数以及可达到的机械强度产生影响。如图4所示的这种经修改的菱形形状是符合目的的，采取这种形状时，连接端侧的对角线Y要比垂直于此对角线Y的穿伸位于最大绕组宽度A的范围的线匝的对角线更长。此外，也可以采取另一经修改的、中间部分成直线状的菱形形状(见图4a)或者采取椭圆形形状(见图4b)。另外，纯菱形形状也是可行的，或者还可以实现成梯形形状。如图2与图3所示，成型线圈20在根据本发明构造成管状的斜绕组的外周是彼此重叠的，就是说以屋面瓦片的方式安置。此处的布置方式如下：成型线圈20围绕斜绕组6的纵轴线16设置，其径向上在外部的成型线圈侧24a在一半径等于R3的外部的圆柱体14a之上，而成型线圈20的径向向内错开的成型线圈侧24b则置于一半径等于R2(R2相对R3较小)的圆柱体14b之上，而且，成型线圈侧24a的径向定向的内侧面和成型线圈侧24b的径向定向的外侧面位于一半径等于R1的中间圆柱体14c上，此时有：R2<R1<R3，因此三者彼此交叠。因此，成型线圈侧24a和24b被扭弯成圆弧形，确切地说，相对于纵轴线16弯曲成圆弧形，而且，成型线圈侧24a具有曲率半径R1、R3，而成型线圈侧24b具有曲率半径R2、R1。圆柱体14a、14b构成管状的壳体14。而相应地成型线圈20的成型线圈侧24a、24b在该壳体14上各自延伸。由于成型线圈20以前述方式交叠在斜绕组6的外周上，在图2所示的侧视图中，径向向内错开延伸的成型线圈侧24b被位于其上的、向外错开的成型线圈侧24a所覆盖，因而成型线圈侧24b是不可见的。
由于成型线圈侧24a、24b采取前述设计与结构，因此在图3与图5中，它们在端部26a、26b的区域内通过端部连接部分而彼此交汇，而且，所述端部连接部分通过线匝错位部28来消除位于成型线圈侧24a、24b之间的径向平面错位。相应地，每一线匝22a均具有两个用来连接由线匝22a所形成的成型线圈侧24a、24b的错位部28。在示出的实施例中，斜绕组6被构造成具有圆形的圆柱体横截面的中空圆柱体形状，从而使绕组体18形成一横截面成圆形的圆柱体。在此种设计方案中，错位部28在径向方向在成型线圈侧24a、24b之间延伸，在这种情况下，错位部对于半径倾斜的方式倾斜地、笔直地或稍呈弧状地延伸。在这一实施例中，沿着成型线圈22的纵轴线16(从端部26a出发到另一端部26b为止)，成型线圈侧24a、24b的曲率半径R1、R2、R3均是恒定的。
在图6a中示出了根据本发明的成型线圈20的另一可选实施方式。在这种成型线圈20中，端部以垂直于延伸在端部26a、26b之间的较长对角线Y的方式，例如垂直向内或向上翻折(ein-bzw.abgeklappt)。相对于纵轴线或对角线Y，翻折角α可以是0至90°。此时，翻折角α是相应的外角。在示出的实施例中，翻折的区域26d和26e是沿相反的方向翻折的。当然，两个翻折的端部26d、26e要么向一个方向要么向其它方向沿相同方向地翻折也在本发明的范围之内。在图6b中示出了由多个根据本发明的成型线圈20制成的根据本发明的斜绕组的实施方式，其中所述成型线圈20具有如图6a所示的翻折端部26d、26e。如图6a所示，在这一实施方式中端部26d朝着从绕组纵轴线出发的方向向外指向(这称作向外翻折)，而与之对置的端部26e则朝着纵轴线的方向向内指向(这称作向内翻折)。如前所述，成型线圈形成以相同方向向内或向外翻折的端部，或者仅在成型线圈20的一端设置向内翻折或向外翻折的端部，也都在本发明的范围之内。在成型线圈20具有向内翻折或向外翻折的端部的实施方式中，错位部28在向内翻折或向外翻折的端部26d、26e的区域中延伸，也就是说，沿轴向方向延伸。
在图6c中示出了根据本发明的斜绕组6的绕组体18的一种可选几何形状，在这里，绕组体18采用截锥形的设计方案。在绕组体18的此种截锥形设计方案中，根据本发明的成型线圈22是这样设计的：成型线圈侧26a和26b的半径是从成型线圈的直径较小的端部开始到直径较大的端部逐渐扩大。在这种情况下，过渡部分28在成型线圈26a、26b之间沿径向-轴向方向延伸。
在图6d中，示出了根据本发明的绕组的绕组体18如图6c所示之实施方式和如图6所示之实施方式的组合体，也就是说，在此，绕组体18包含一圆柱体部分和一与此圆柱体部分毗邻的截锥形部分。
根据本发明，每一成型线圈都是通过在卷绕过程中对绕线元件22直接造型的方式，也就是说，通过将卷绕过程中出现的变形力作用到形成线匝30的绕线元件22上的方式而形成，这样，具有曲率半径为R1、R2、R3的成型线圈侧24a、24b以及将所述成型线圈侧24a、24b连接起来的错位部28的已卷绕完毕的成型线圈20无需进行后续变形。
在每一已卷绕的成型线圈20之内，绕线元件22形成的各个线匝30(见图5右半部分)通过涂层，尤其是由所谓的烤漆(Backlack)形成的层以材料适配的方式连接到一起并固定成型。烤漆通常是聚酰胺涂层，其通过加热而具有热塑性，随后将绕线元件22的线匝30彼此粘接或者说焊接在一起。在烤漆之下，绕线元件22优选还具有一尤其是用聚氨酯制成的电绝缘的层。
如图4所示，在每个成型线圈20之内，绕线元件22呈螺旋形，并且以从内部的线匝始端32到外部的线匝末端34优选没有交叉的形式卷绕一层或多层。这种绕线方式是围绕图4中垂直于绘图平面延伸的卷绕轴线36进行的，所述卷绕轴线36在组装完毕的状态下是在绕组体18内径向延伸的。此时，就像前面已经提及的那样，在一径向俯视图(图4)中看起来，成型线圈20可以被设计为修改的菱形形状，其在轴向方向上的对角线较长，而在周向方向上的对角线则较短。此外，在一与绕组体18的纵轴线16相垂直延伸的剖面(见图4中的平面V-V)中看来,每一成型线圈20均具有一呈扁平的、矩形的、弓状的绕组横截面(见图5)，在图5的左边区域中，所述横截面是采用简略的阴影线方式示出的。
如在图5和图6中作为示例描绘的那样，绕线元件22可有利地由一平行线制成，所述平行线具有至少两条(例如像图中示出的那样，具有四条)毗邻平行延伸，而且以材料适配的方式(尤其是通过其烤漆层25)彼此联结的导线23。在这一情况中，所述平行线的导线23在成型线圈20的各线匝30之中是并排布置的，因此它们在成型线圈20中是沿径向重叠布置的。
作为平行线的替代品，单线或多股绞合线也可用作绕线元件22。若采用多股绞合线，可将其压成椭圆形或扁平形，并按类似于平行线的方式来卷绕。此时，使多股绞合线在成型线圈20之中以不发生交叉的形式延伸也是有利的，在这种情况下，在多股绞合线内部的各导线可因绞合或扭转而交叉。作为单线，可以采用具有圆形横截面的导线，尤其是采用线直径较大的所谓粗导线，这样，在单层绕组的情况下，成型线圈的径向厚度等于粗导线的线直径，或者在多层绕组的情况下，成型线圈的径向厚度等于粗导线的线直径与线匝数量的乘积。作为替代方案，单线也可以采用具有长形，尤其是矩形截面的所谓扁导线，在这种情况下，扁导线也按照与平行线或压扁的多股绞合线类似的方式来卷绕，从而使成型线圈20的径向厚度等于导线高度。
借助于图7至图12来描述一种根据本发明用来制作用于一端固定式斜绕组6的成型线圈20的装置。这种装置具有卷绕机构40，该卷绕机构40可被驱动为围绕一旋转轴42转动。在此，旋转轴42与前面提到的成型线圈20的卷绕轴线36相一致。卷绕机构40横向于旋转轴42而被分为两个工具体44和46。所述工具体44、46在它们彼此相向的端面上具有互补的型面48、50，而且，一个工具体44的型面48具有与待卷绕的成型线圈20期望的内面轮廓相适配的凸形表面形状，而另一工具体46的型面50则具有一互补的因而呈凹形的表面形状，以便用来形成待卷绕的成型线圈20的外表面轮廓。这意味着，每一型面48、50均具有侧面区域A、B，以便用来形成被弯折成具有不同曲率半径R1、R2、R3的成型线圈侧24a、24b，并且每一型面48、50在所述侧面区域A、B之间均具有过渡区域C，用以形成错位部28。过渡区域C具有与此过渡区域的阴型印痕相应的表面形状。在这里，在至少一个型面的区域内，例如像在第一工具体44的型面48的区域内所示的那样，布置有凸出的卷绕元件52作为用来确定绕线元件22的线匝30之延伸的转向点。因此，该卷绕元件52确定了成型线圈20的内部转向点的位置，对此尤其请参见图12，在此图12中同时画出了已卷绕完毕的成型线圈20。此外，根据图8和图12，在其中一个型面(例如同样在型面48)的区域内设置有用于绕线元件22的绕组始端32的固定件54。该固定件54可有利地构造为通过一夹紧开口使得绕线元件22的端部可简单地以力适配的方式插入其中。
由图7至图12可进一步看出，两个工具体44、46可沿旋转轴42的方向彼此相对移动。另外，可以固定其中一个工具体，而使另一工具体可活动。因此，工具体44、46可在一相互间隔开的取出位置(见图7、图11和图12)与一彼此靠近的卷绕位置之间移动，而且，在卷绕位置(对此请见图9)中，型面48、50通过卷绕间隙56间隔开，所述卷绕间隙56按照与相应的绕线元件22相适配的方式来确定或者进行调整，从而使得绕线元件22在卷绕时可被限制成具有很小的卷绕余隙，但同时它又能够以合适成型的方式在型面48、50之间穿引。对于卷绕过程中情形，请参见图9。通过带有两个闭合的工具体44和46的卷绕机构40围绕旋转轴42转动，一端固定在固定件54中的绕线元件22(以虚线标示)将被自动地卷入到卷绕间隙56中，而且在这里它将被限制为围绕卷绕元件52铺设。由于卷绕间隙56由型面48、50限定形状，因此绕线元件22将按型面48、50弯折定型。卷绕机构40需转动的时间或者说需要转动的圈数，取决于成型线圈20上卷绕的线匝30的期望数量。
由于工具体44、46可以从卷绕位置出发进一步相向移动一定的距离s(s大于0，并且小于/等于0.5mm，见图10)，因此已卷绕的成型线圈20能够被无卷绕余隙地固定住。此外，根据本发明的装置具有一机构，用于通过其绕组端向已卷绕的且固定住的成型线圈20施加电流，而且该机构所施加的电流的持续时间及电流强度符合如下目的，即，成型线圈20能够被电热加热，从而使其线材烤漆层(Draht-Backlack-Beschichtung)得到烘烤。
作为替代方案，线匝也可利用浸渍漆或者采用塑料压注包封实现粘接。此外，两个工具体44、46符合本发明目的地通过轴向的或者与轴向平行的销钉状导向件58(插入在导向孔58a中)在旋转方向上相对彼此定向地进行导向。这样就可以确保型面48、50彼此间始终能够配合精确地保持对置状态。
在图13至图17中示出了根据本发明的用来制造如图6a的成型线圈20的装置。在这里，与图1至图12中相同的部分采用相同的附图标记进行标识。根据图13至图17所示的装置的结构设计及功能所涉及的问题，可参阅对图1至图12所做的说明的全部范围。在根据图13至图17的装置中，沿型面48、50的纵向Y-Y看，每一工具体44、46在相应的型面48、50之间形成的且位于其彼此相对之端部的卷绕间隙56处分别具有间隙部分56a、56b，所述间隙部分以与型面48、50成90°的形式延伸。参照图6a，间隙部分56a、56b沿彼此相反的方向延伸，并且它们起到例如使成型线圈20的端部26a、26b成直角翻折成型的作用。为此，型面48、50的那些包围着相应的间隙部分56a、56b的表面隆起部48a、50a分别具有成型线圈20的端部26a、26b的毗邻表面的负轮廓。为了形成表面隆起部48a、50a，每一工具体44、46均具有由工具体44、46的展平部分59形成的表面隆起部48a或者表面隆起部50a，以及构造在工具体44、46的工具体凸出部60，在这种情况下，在卷绕位置中，一个工具体44、46的工具体凸出部60会遮盖另一工具体44、46的那一由展平部分59所形成的表面隆起部48a，由此就形成了相应的间隙部分56a、56b，对此尤请参见图13和图16。
图13中示出的根据本发明的装置正处于其工具体44、46彼此分离的状态(就像图7至图12所示出的那样)，而且绕线元件22已嵌入，且其线始端被夹在固定件54中。图14中示出了如图13的根据本发明的装置处于准备开始卷绕程序的闭合状态，在此状态下，绕线元件22随后将在型面48、50以及表面隆起部48a、50a之间，在形成于型面48、50及其表面隆起部48a、50a之间的卷绕间隙56以及间隙部分56a、56b之间，一层层地卷绕成成型线圈20。
在图15中示出了根据本发明的装置处于卷绕程序完成后的闭合状态，在此状态下可以看出，成型线圈20已卷绕完毕，因为工具体44、46之间的卷绕间隙56已完全被已卷绕完毕的成型线圈20填满。
图16以剖视图的形式示出了在根据本发明的装置仍处于闭合的状态下，具有翻折的端部26a、26b的已卷绕完毕的成型线圈20。在这里，成型线圈20的翻折的端部26a、26b的位置可在工具体44、46的展平部分59与工具体凸出部60之间看到。此外，图中还示出了导向件58如何插入到与其对置的导向孔58a中。
在图17中示出了根据本发明的装置在成型线圈20绕制完毕之后的打开状态，在该状态下，成型线圈20可从根据本发明的工具中取出。
最后，将对根据本发明用来制造用于一端固定式斜绕组6的成型线圈20的方法进行说明。根据本发明，成型线圈20是这样形成的，在卷绕过程中，绕线元件22由于受到在卷绕过程中产生的卷绕力的作用而被直接成型，因此卷绕完毕的成型线圈20无需再做后续的加工变形，而且其拥有具备不同曲率半径的成型线圈侧24a和24b以及位于端面的错位部28，且根据需要还拥有翻折的端部26a、26b。此种成型效果是利用如上所描述的图7至图12以及图13至图17所示的装置实现的。在成型线圈20的成型卷绕过程之后，成型线圈20将被短暂地加热，以便使绕线元件22的烤漆层25得到烘烤。优选的，短暂地对成型线圈20施加电流从而实现加热，以便通过内部的电流热实现加热。在卷绕过程中，旋转方向用箭头Z表示。
在冷却一段时间后，通过使工具体44、46移动到图12、图17所示的取出位置，加工完毕的成型线圈20就可从装置中取出。对于取出而言，如下设计是有利的：卷绕元件52的至少一部件(Teilmenge)是可松脱地固定在相应的工具体上的，因而在取出成型线圈20之前，卷绕元件52的至少一部分是可以卸除的。
在制造一定数量的成型线圈20后，将这些成型线圈以部分重叠的方式组装到绕组体18上，对其施以机械固定，并短暂地进行加热，从而使烤漆层25受到烘烤。由此就可获得如图2、3和6b中展示的一端固定式斜绕组6。
本发明并不限制于前面已经说明和描写过的实施例，其也包括所有在发明意义上起同样功能的结构。需要强调的是，本发明的实施例并不限于将全部特征组合在一起，确切地说，每一单个子特征在与其他所有子特征分开时仍然具有发明上的意义。另外，迄今为止，本发明也不限于相应的独立权利要求中限定的特征组合。事实上，由所有已公开之单个特征中的一定特征所组成的任一组合也落在本发明的范围之内。这意味着，原则上并在实践中，独立权利要求中所述的每一个单个特征都可以删去或者至少一个由在本申请文件的其他地方所公开的单个特征来取代。

Claims (37)

1.用以制造用于小型电机(1)的自承式气隙绕组的成型线圈(20)，其中，所述成型线圈(20)由至少一个由绕线元件(22)绕360°的线匝(30)制成，其中，所述成型线圈(20)具有两个线匝侧或成型线圈侧(24a，24b)，即上成型线圈侧(24a)和下成型线圈侧(24b)，所述两个成型线圈侧(24a，24b)在端部(26a,26b)通过端部连接部分彼此连接，并且，所述成型线圈(20)围绕气隙绕组的纵轴线(16)设置，使得上成型线圈侧(24a)位于具有一半径(R3)的外部的圆柱体(14a)之上，而下成型线圈侧(24b)则置于半径(R2)比外部的圆柱体(14a)的半径小的圆柱体(14b)之上，从而在上成型线圈侧(24a)和下成型线圈侧(24b)之间有径向平面错位部分，其中，所述两个成型线圈侧(24a，24b)在其端部连接部分的区域通过线匝错位部(28)在径向方向桥接径向平面错位部分，其特征在于，
由至少一个具有上、下成型线圈侧(24a，24b)和所述错位部(28)的线匝(30)形成的成型线圈(20)是通过在卷绕过程中的作用力直接作用在构成所述线匝(30)的绕线元件(22)上而形成的，从而各线匝均未发生长度改变，并且避免了绕线元件(22)的截面改变以及导线涂层的撕裂或剥落，并且在错位部(28)的区域中没有作为绕线元件(22)的长度储备的预留量。
2.根据权利要求1所述的成型线圈，其特征在于，具有在俯视图中看来呈以下形状至少之一的线匝：菱形的线匝(30)、梯形的线匝(30)、椭圆形的线匝(30)、修改成具有直线形中间部分的菱形线匝(30)、或者修改的菱形线匝，其在具有最大线匝宽度(A)的区域中横向于其纵轴线(Y)延伸的横轴(Z)要比其端部之间的纵轴(Y)短。
3.根据权利要求1或2所述的成型线圈，其特征在于，所述线匝(30)的卷绕方向均为相同指向。
4.根据权利要求1或2所述的成型线圈，其特征在于，所述成型线圈侧(24a，24b)的曲率半径(R1,R2,R3)在顺着所述成型线圈(20)的纵轴线(16)从一个端部开始到另一端部为止的范围内分别保持恒定，其中，所述错位部(28)则径向指向所述纵轴线(16)地延伸。
5.根据权利要求1或2所述的成型线圈，其特征在于，所述成型线圈侧(24a，24b)的曲率半径(R1,R2,R3)在顺着所述成型线圈(20)的纵轴线(16)从一个端部开始到另一端部为止的范围内连续增大，其中，所述错位部(28)则径向-轴向指向所述纵轴线(16)地延伸。
6.根据权利要求1或2所述的成型线圈，其特征在于，所述成型线圈侧(24a，24b)的曲率半径(R1,R2,R3)在顺着其纵轴线(16)从一个端部出发到另一端部为止的范围内在第一部分中保持恒定，而在与所述第一部分相邻的第二部分中则持续增大或者持续减小。
7.根据权利要求1或2所述的成型线圈，其特征在于，所述端部(26a，26b)沿着朝向所述纵轴线的方向向内翻折，或者沿着背离所述纵轴线(16)的方向向外翻折，相对于所述纵轴线(16)，翻折角(α)为0至90°。
8.根据权利要求1或2所述的成型线圈，其特征在于，所述端部(26a，26b)沿着朝向所述纵轴线的方向向内翻折，或者沿着背离所述纵轴线(16)的方向向外翻折，相对于所述纵轴线(16)，翻折角(α)为90°。
9.根据权利要求1或2所述的成型线圈，其特征在于，所述绕线元件(22)从线匝始端(32)到线匝末端(34)呈螺旋形地卷绕一层或多层地卷绕。
10.根据权利要求9所述的成型线圈，其特征在于，所述绕线元件(22)从线匝始端(32)到线匝末端(34)无交叉地卷绕。
11.根据权利要求1所述的成型线圈，其特征在于，所述绕线元件(22)由单线、平行线或者多股绞合线制成，所述单线具有圆形的或者长形的线截面，所述平行线具有至少两条平行地并排延伸且以材料适配的方式联结的导线(23)。
12.根据权利要求1所述的成型线圈，其特征在于，所述绕线元件(22)由单线、平行线或者多股绞合线制成，所述单线具有圆形的或者矩形的线截面，所述平行线具有至少两条平行地并排延伸且以材料适配的方式联结的导线(23)。
13.根据权利要求1所述的成型线圈，其特征在于，所述绕线元件(22)由单线、平行线或者多股绞合线制成，所述单线具有圆形的或者长形的线截面，所述平行线具有四条平行地并排延伸且以材料适配的方式联结的导线(23)。
14.根据权利要求1所述的成型线圈，其特征在于，所述绕线元件(22)由单线、平行线或者多股绞合线制成，所述单线具有圆形的或者长形的线截面，所述平行线具有至少两条平行地并排延伸且通过烤漆(25)联结的导线(23)。
15.根据权利要求11至14之一所述的成型线圈，其特征在于，在采用平行线的情形下，所述平行线中的单线(23)在各单个线匝(30)之内是并排布置的，因此它们在所述成型线圈(20)中是径向上下重叠的。
16.根据权利要求1或2所述的成型线圈，其特征在于，其在垂直于所述自承式气隙绕组的绕组体(18)的纵轴线(16)延展的剖面(V-V)上具有扁平的、弧形的线圈横截面。
17.根据权利要求1或2所述的成型线圈，其特征在于，其在垂直于所述自承式气隙绕组的绕组体(18)的纵轴线(16)延展的剖面(V-V)上具有呈矩形的、弧形的线圈横截面。
18.根据权利要求1或2所述的成型线圈，其特征在于，所述自承式气隙绕组是小型电机(1)的包括至少两个在斜绕组(6)周围交叠安置的成型线圈(20)的斜绕组(6)。
19.一种用于制造根据权利要求1至18之一所述的成型线圈(20)的方法，其特征在于，所述成型线圈(20)是通过这样的方式形成的：通过在卷绕时产生的力，所述绕线元件(22)的单个线匝(30)在卷绕过程期间被直接成型为具有以不同曲率半径(R1，R2，R3)弯折的成型线圈侧(24a，24b)以及端部侧的错位部(28)，因此卷绕完毕的成型线圈(20)无需再进行后续的变形处理。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，在成型卷绕过程之后，所述成型线圈(20)被短暂加热，以使所述绕线材料(22)的烤漆层(25)得到烘烤，或者被涂上浸渍漆或者由塑料压力注塑包封。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，为对所述成型线圈(20)进行加热而短暂地对其施加电流。
22.一种利用根据权利要求19至21之一所述的方法制造成型线圈(20)的装置，其特征在于，其具有可被驱动为围绕旋转轴(42)转动的卷绕机构(40)，所述卷绕机构横向于所述旋转轴(42)分为两个工具体(44，46)，所述工具体(44，46)在它们彼此相向的侧面上具有互补的、与待卷绕的成型线圈(20)的内表面轮廓和外表面轮廓相匹配的成型为负模的型面(48，50)，所述型面(48，50)具有侧面区域(A，B)用来形成以不同曲率半径(R1，R2，R3)弯折的成型线圈侧(24a，24b)、以及具有过渡区域(C)用以形成错位部(28)，而且，在至少一个所述型面(48，50)的区域内布置有作为转向点的卷绕元件(52)，其用来决定所述绕线元件(22)的线匝(30)的线路走向。
23.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，在其中一个所述型面(48，50)的区域内设置有用于所述绕线元件(22)的线匝起始端(32)的固定件(54)。
24.根据权利要求22或23所述的装置，其特征在于，为了取出已完成的成型线圈(20)，所述卷绕元件(52)中至少有一部分以可松脱方式进行安装。
25.根据权利要求22或23所述的装置，其特征在于，所述工具体(44，46)可在所述旋转轴(42)的方向上彼此相对移动，确切地说，在彼此间隔开的取出位置与彼此靠近的卷绕位置之间移动，其中，在所述卷绕位置中，所述型面(48，50)通过卷绕间隙(56)间隔开，所述卷绕间隙(56)的间隙宽度则按照与相应的绕线元件(22)相适配的方式安排或调整，以便使所述绕线元件(22)在卷绕时具有限定的卷绕余隙，同时又能够以适于成型的方式在所述型面(48、50)之间穿引。
26.根据权利要求25所述的装置，其特征在于，为固定所述成型线圈(20)，所述工具体(44，46)能够从所述卷绕位置出发彼此相对移动一距离(s)。
27.根据权利要求22或23所述的装置，其特征在于，其具有能够向已卷绕且已固定的所述成型线圈(20)施加电流的机构，关于所述电流的持续时间及电流强度是这样确定的，即能够通过电热加热所述成型线圈(20)，从而使线材烤漆层(25)得到烘烤。
28.根据权利要求22或23所述的装置，其特征在于，两个所述工具体(44，46)通过轴向上的导向件(58)导向为在旋转方向上相对彼此对齐。
29.一种根据权利要求25所述的装置，其特征在于，在所述型面(48，50)的纵向方向(Y-Y)上在彼此对置的端部上，构造在所述型面(48，50)之间的卷绕间隙(56)具有间隙部分(56a，56b)，所述间隙部分以与所述型面(48，50)成与翻折角(α)适配的角度的方式延伸，而且所述间隙部分(56a，56b)沿彼此互逆的方向延伸，并起到使端部(26a，26b)以0至90°的翻折角(α)翻折而定型的作用，而且，所述型面(48，50)的在所述间隙部分(56a，56b)中延伸的表面隆起部(48a，50a)分别具有与所述端部(26a，26b)的对置的表面相对应的负轮廓。
30.根据权利要求29所述的装置，其特征在于，所述间隙部分以与所述型面(48，50)成90°的角度的方式延伸。
31.根据权利要求29所述的装置，其特征在于，所述间隙部分(56a，56b)起到使端部(26a，26b)以90°的翻折角(α)翻折而定型的作用。
32.根据权利要求29所述的装置，其特征在于，每一工具体(44，46)均具有由所述工具体(44，46)的展平部分(59)所构成的表面隆起部(48a)与构造在工具体凸出部(60)上的表面隆起部(50a)，其中，在卷绕位置中，由所述展平部分(59)构成的表面隆起部(48a)被由所述工具体凸出部(60)所构造而成的表面隆起部(50a)遮盖，而相应的间隙部分(56a，56b)则形成在所述展平部分(59)与工具体凸出部(60)之间。
33.根据权利要求29至32之一所述的装置，其特征在于，为固定所述成型线圈(20)，所述工具体(44，46)能够从所述卷绕位置出发彼此相对移动一距离(s)。
34.根据权利要求29至32之一所述的装置，其特征在于，其具有能够向已卷绕且已固定的所述成型线圈(20)施加电流的机构，关于所述电流的持续时间及电流强度是这样确定的，即能够通过电热加热所述成型线圈(20)，从而使线材烤漆层(25)得到烘烤。
35.根据权利要求29至32之一所述的装置，其特征在于，两个所述工具体(44，46)通过轴向上的导向件(58)导向为在旋转方向上相对彼此对齐。
36.一种自承式气隙绕组，其包括至少两个在线圈周围交叠安置的成型线圈(20)，其特征在于，所述成型线圈(20)具有根据权利要求1至17之一所述的特征。
37.根据权利要求36所述的自承式气隙绕组，其特征在于，所述自承式气隙绕组是安装在电机(1)中的斜绕组。
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