CN105052021A - 用于生产电机的铁心的方法和装置 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于形成电机的铁心的方法和装置，其中，冲压金属带(4a、4b)缠绕至芯轴(22)上以形成螺旋绕组。然后增加芯轴的直径以施加张力至缠绕带，同时缠绕带的线圈保持在夹件(24、25)之间。然后将缠绕带的线圈相对于彼此(50、51)固定，同时将线圈保持为增加的直径。然后将芯轴的直径减小以从芯轴脱离叠片铁心。为了生产用于电机的转子或者定子，将电线圈安装在形成于铁心的内表面或外表面中的狭槽中。然后可以将转子或者定子并入电机中，诸如电动机或者发电机。

Description

用于生产电机的铁心的方法和装置

技术领域

电机(诸如电动机、发电机、交流发电机等)典型地由转子以及围绕转子且与其共轴的定子组成。转子和定子均通常包括铁心，电线围绕铁心缠绕以形成设备的磁体线圈。通常，转子铁心包括柱形金属部件，该部件具有外部纵向凹槽，缠绕的电线可以置于该凹槽中。环形定子铁心在其内表面具有纵向凹槽，定子绕组置于该凹槽中。

本发明涉及这种铁心的生产，提供了用于生产电机的铁心的方法和装置，铁心具有的直径大于迄今为止的铁心。

背景技术

已经通过用金属板材冲压铁心部件来生产电机的叠片铁心，然后将冲压部分组装成堆以形成电动机铁心。

在该处理中，金属板材或者金属带被冲压以形成用于定子铁心的环形部分以及用于转子铁心的盘状部分。冲压处理会产生大量碎片，起初尝试减轻碎片的生产是通过首先从板材材料冲压出用于转子铁心的盘状部分，然后冲压出环形成型部分，该环形成型部分由板材材料围绕开口的区域形成定子铁心，所述开口是通过移除转子铁心部分而形成的。但是，降低碎片的该技术的结果是，转子和定子铁心由相同金属板材或者金属带形成，因而必须具有相同磁属性。

为了允许转子铁心和定子铁心具有不同的磁材料属性，已经开发了分别生产转子和定子铁心的技术。盘状转子铁心像之前一样是由金属板材或者金属带冲压而成的。为了降低当生产用于定子的环形铁心时生成的碎片量，已经开发了用于环形铁心的生产方法，其中，形成有堞形(castellated)边缘的金属带缠绕成螺旋以形成环形叠片铁心。

例如，该方法的例子能够见于美国专利US4395815，该专利描述的是：通过在金属带的一个边缘冲压出开口来形成叠片定子铁心；将金属带形成为螺旋形式，并在每个线圈的径向内边缘上具有开口；以及使用纵向延伸通过邻近其外边缘的铁心叠片的螺栓将卷绕带的螺旋绕组固定在一起。

为了将冲压带形成为环形定子铁心，当前常规技术将带缠绕至大致柱形绕组芯轴上以形成叠片铁心，然后抓取缠绕的铁心并且将其传递至直径稍微大于缠绕芯轴的尺寸加工芯轴。使用尺寸加工芯轴是必要的，因为在带的缠绕期间，带的厚度或者材料属性的不规则性会导致在带的边缘中形成的狭槽或者开口在缠绕的线圈中变得稍微不对准。上述传递是通过这样来实现的：抓取缠绕铁心并且将其从缠绕芯轴轴向推动，然后将铁心轴向置于尺寸加工芯轴上。尺寸加工芯轴典型地具有锥形前端以辅助于将尺寸加工芯轴插入在线圈内。

尺寸加工芯轴通常在其外表面具有纵向延伸脊以接合位于缠绕铁心的内表面上的开口，以确保铁心的相邻线圈的精确对准。由于其直径稍微较大，因而当线圈放置在尺寸加工芯轴上时，尺寸加工芯轴施加拉伸应力至线圈的绕组，从而稍微拉伸每个线圈的带材料，同时脊与位于带的每个线圈中的开口协作以确保精确对准。

可以理解的是，很大量的能量存储在铁心的缠绕线圈内，甚至对于小直径的铁心来说，可以考虑需要用来抓取并且在传递至尺寸加工芯轴期间保持缠绕带的设备。同样地，由于在该操作期间线圈的拉伸，需要很大的力来将缠绕线圈置于尺寸加工芯轴上。

然后将绕组的线圈固定在一起以形成叠片铁心，优选通过在铁心的外边缘进行焊接来实现固定。然后从尺寸加工芯轴移除完成的叠片铁心，由于现在的成品铁心和尺寸加工芯轴之间的紧配合，该操作再次需要很大的力。

本领域的技术人员将易于认识到的是，上述常规处理仅可以用来生产的定子铁心具有轴向延伸内凹槽以接收电动机绕组。此外，此技术仅用来生产小直径及小轴向范围的定子，因为在线圈处理期间锁定在定子绕组中的应力是显著的，必须通过用以将铁心从缠绕芯轴移动至尺寸加工芯轴的夹紧和传输器件来克服该应力，并且因为将缠绕线圈置于尺寸加工芯轴上以及将其从尺寸加工芯轴移除都需要很大的力。

发明内容

本发明试图提供一种用于由螺旋缠绕带形成电机的铁心的方法和装置，可以生产大直径以及大轴向长度的铁心。

本发明的第一方案提供了用于制造电机的叠片铁心的方法，该方法包括以下步骤：

将成型带缠绕至芯轴上以形成螺旋绕组，其中带的平面大致垂直于螺旋绕组的轴线；

在芯轴位于绕组的内部的同时，将芯轴的直径增加第一预定量以在螺旋绕组的线圈上施加拉伸应力；

将施加有应力的所述螺旋绕组的每个线匝固定至其相邻一线匝或多个线匝以形成所述叠片铁心；

将所述芯轴的直径减小大于所述第一预定量的第二预定量以放松所述叠片铁心；以及

从所述芯轴移除所述叠片铁心。

在所描述的实施例中，通过沿着铁心的外表面纵向延伸的焊接线将螺旋绕组的线匝相对于彼此固定。在实施例中，施加的三个焊接线沿着铁心的整个长度延伸。但是，可以想到的是，可以施加更多或更少的焊接线，焊接线可以以直线方式平行于绕组的轴线延伸，或者可以沿着螺旋路径或者其他路径延伸。一些或者所有焊接线可以不是沿着叠片铁心的整个轴向长度延伸。必要特征是，将螺旋绕组的每个线匝相对于其相邻线匝固定，从而形成单一的叠片铁心结构。

本发明的第二方案提供了用于制造电机的叠片铁心的装置，该装置包括：

具有可调节直径的柱形芯轴；

调节器件，其用于在第一中间直径、大于所述第一直径的第二直径和小于所述第一直径的第三直径之间调节所述芯轴的直径；

缠绕器件，其用于将成型带缠绕至所述芯轴上以形成铁心绕组，其中，所述带的平面大致垂直于所述芯轴的轴线；

夹紧器件，其用于将所述铁心绕组夹紧至所述芯轴上；

固定器件，其用于将所述铁心绕组的线圈固定在一起以形成叠片铁心；

卸除器件，其用于从所述芯轴移除所述叠片铁心；以及

控制器件，其用于控制所述调节器件、所述缠绕器件、所述夹紧器件、所述固定器件以及所述卸除器件的操作。

在优选实施例中，控制器件可操作成能够缠绕和调节器件，使得在第一阶段，缠绕器件将成型带缠绕至第一中间直径的芯轴上以形成铁心绕组；在第二阶段，控制器件使调节器件将芯轴在铁心绕组内部膨胀至第二直径以对绕组的线圈施加拉伸应力；操作夹紧器件以保持铁心绕组的线圈于适当位置；以及操作固定器件以以将线圈相对于彼此固定以形成叠片铁心；以及在第三阶段，使调节器件将芯轴收缩至第三直径，以及操作卸除器件以从芯轴移除叠片铁心。

在优选装置中，设置了多个可调节芯轴，每个芯轴在缠绕站、尺寸加工及固定站和卸除站之间是可移动的，在缠绕站将成型带缠绕至芯轴上以形成铁心绕组，在尺寸加工及固定站将铁心绕组夹紧并且固定以形成叠片铁心，在卸除站将叠片铁心从芯轴移除。最优选地，提供了三个可调节的芯轴。三个芯轴安装成在缠绕站、尺寸加工及固定站和卸除站之间循环移动。在有利的实施例中，三个芯轴安装在转盘上，转盘旋转以依次顺序将每个芯轴送至缠绕站、尺寸加工站和卸除站。但是，可以想到的是，可以提供多于三个的芯轴。当芯轴在缠绕站、尺寸加工站以及卸除站之间移动时，或者当芯轴位于缠绕站、尺寸加工站以及卸除站之一时，可以执行芯轴的膨胀和收缩。

该装置可以进一步包括冲压站，冲压站接收普通金属带并且将其冲压以形成坯带，该坯带沿着带的一个边缘具有堞形轮廓，准备好用于缠绕至芯轴上。在缠绕操作期间，带的平面大致垂直于芯轴的轴线，堞形边缘可以布置成接触缠绕芯轴的表面以形成具有接收电线圈的内凹槽的缠绕铁心。可替换地，为了生产具有接收电线圈的外凹槽的缠绕铁心，在缠绕处理期间堞形边缘可以定位成背离芯轴的表面。

冲压站可以同时生产两个坯带，每个坯带都具有与原始普通金属带的边缘对应的大致直边缘，以及从带的中央区域冲压成的堞形边缘。普通金属带可以被切割成使得两个坯带在形成的时候其堞形边缘彼此相互交叉。每个坯带都可以包括一系列"U"型或者"T"型元件，它们通过较窄的金属桥链接在一起。

冲压站可以连续操作以生产一个或者两个坯带，并且可以将坯带输送至缓存站。当形成每个铁心绕组时，缓存站接收连续生产的坯带，并且将坯带间歇地输送至缠绕站，在每个缠绕操作结束时中断坯带至缠绕站的供给。缓存站可以具有两个或多个滑轮，所述坯带系在所述滑轮上，至少一个滑轮相对于另一个滑轮是可移动的以增加以及减小收纳在所述缓存站中的坯带的运行长度。

在设置了多个芯轴的实施例中，当承载铁心绕组的芯轴移动至尺寸加工站并且空的芯轴被引入至缠绕站时，中断坯带的输送，于是能够开始再次缠绕。在设置了单个芯轴的实施例中，在缠绕操作结束时中断坯带的输送，并且一旦叠片铁心已经被尺寸加工、固定并且从芯轴移除，就再次开始输送。在一个实施例中，缓存站包括数个滑轮，所述坯带系在所述滑轮上，至少一个滑轮是可移动的以增加以及减小收纳在所述缓存站中的坯带的运行长度。

本发明的第三方案提供了用于缠绕电机的叠片铁心的芯轴，芯轴包括：

管状主体，其安装至支撑件，用于绕着所述管状主体的轴线旋转；

内锥，其围绕所述主体并且相对于所述主体能够轴向移动，所述内锥具有一宽端部以及一窄端部；以及

多个外段，其安装至所述主体用于相对于所述主体径向移动，所述外段接合所述内锥，使得所述内锥相对于所述主体的轴向移动引起所述外段的对应径向移动，以改变所述芯轴的有效直径。

优选地，芯轴具有：压力板，其能够接合内锥的宽端部；以及控制杆，其附接至压力板并且在管状主体上可轴向移动以便相对于主体轴向移动压力板和内锥；控制杆由致动器选择性地移动。芯轴可以进一步包括安装在外段和主体之间的弹性张力元件以朝向主体径向向内推动外段。

本发明的第四方案提供了用于制造电机的转子或者定子的方法，该方法包括：制造上述叠片铁心以及将电线圈安装至铁心以形成转子或者定子。

本发明的第五方案提供了用于制造电机的方法，该方法包括：制造上述叠片铁心；将电线圈安装至铁心以形成转子或者定子；以及将转子或者定子并入电机(诸如电动机或者发电机)中。

现在将参考附图详细描述本发明的实施例，其中：

附图说明

图1示意地图示了处理中的冲压、缓存、缠绕以及尺寸加工阶段；

图2是示出普通带的立体图，普通带被分割以产生两个互相交叉的坯带；

图3是叠片铁心的立体图；

图4A至图4C分别是示出了对应于缠绕、尺寸加工以及卸除操作的芯轴的不同直径的相应的示意立体图；

图5A是芯轴在其用于缠绕带以形成铁心绕组的中间直径位置的截面图；

图5B是芯轴在其用于尺寸加工及固定叠片铁心的增加直径位置的截面图；

图5C是芯轴在其用于卸除叠片铁心的减小直径位置的截面图；以及

图6是示出生产叠片铁心以及结合有铁心的电机的处理步骤的流程图。

具体实施方式

图1是根据本发明用于形成定子铁心的方法和装置的示意图。该处理自供应站1开始，供应站1具有扁平金属带2构成的线圈。扁平金属带2被供应至冲压机3，随着带逐步供应通过冲压机3，冲压机3将带2形成为两个堞形带4a和4b。该冲压机以基本连续处理生产堞形带4a和4b。

堞形带4a和4b的生产是连续的，但是，用于形成铁心的缠绕处理是间歇性的。因而在冲压机3之后定位缓存设备5，从而在缠绕处理中断的时候吸收来自冲压机的生产。

将堞形带从缓存设备引导至铁心形成站10。铁心形成站10包括转盘11，在转盘11上安装有三个可变直径芯轴。第一芯轴定位在缠绕站12a，并且被旋转驱动以将堞形带4a缠绕至芯轴上以形成螺旋形铁心绕组。该带被缠绕成其一个边缘邻近芯轴，该带的平面大致垂直于芯轴的轴线，使得当带被缠绕在芯轴上时该带在其自身平面内弯曲。

一旦通过将所需数量的线圈缠绕在芯轴上而形成了铁心绕组，带4a被切割，并且停止在缠绕站12a供应带。然后将铁心绕组夹紧以保持其螺旋形式。转盘11被转位(index)以将芯轴移动至尺寸加工及固定站12b。在该站，通过使芯轴膨胀至预定直径来尺寸加工螺旋形铁心绕组。然后将铁心绕组的线圈焊接以相对于彼此固定铁心的线圈。

完成焊接操作后，转盘11再次被转位以将芯轴和成品铁心送到卸除站12c，在该处，将芯轴收缩至较小直径以释放完整的铁心，并且从芯轴移除成品的叠片铁心。

在图示的实施例中，当缠绕站12a处的芯轴产生了铁心绕组时，固定站12b处的第二芯轴将尺寸加工并且固定先前产生的铁心绕组，成品铁心将处于在卸除站12c处且从第三芯轴移除的处理中。因而每个转位操作将来自卸除站12c的空芯轴送回缠绕站12a，使得能够恢复带4a的供应并且将生产下一铁心绕组。同样地，每个转位操作还将新生产的铁心绕组从缠绕站12a送至尺寸加工站12b，将成品铁心从尺寸加工站12b送至卸除站12c。

该装置的操作由控制系统100控制。

供应站

在供应站1，扁平金属带2的线圈被保持在供应设备(诸如卷筒或者鼓)上，线圈的自由端被引导至冲压机3的入口端部。供应站1优选收纳足够长度的金属带2的线圈以供给冲压机用于长期(可能是数个小时)的连续操作。通过驱动卷筒或者鼓旋转，或者通过冲压机中的供应机构产生的带中的张力，将扁平金属带2从卷筒或者鼓解绕并且供应至冲压机。

冲压机

冲压机3是常规往复冲压机，其在一对冲模之间供应带，并且将扁平金属带2形成为两个互相交叉的堞形带4a和4b。图2图示了由冲压机3生产的带4a和4b的例子。在图示的例子中，每个堞形带基本由数个并排结合的"U"型元件E形成。每个元件E具有基座部分40和一对指状部42，基座部分40沿着带的直边缘41延伸，一对指状部42位于基座部分40的相应端部并且相对于基座部分40横向延伸。元件E在基座40的每个端部由直边缘41和圆形开口44之间的窄桥材料43结合。

冲压处理生产出交错形式的每个堞形带4a、4b的元件E，使得一个堞形带4a的两个相邻元件E的相应指状部42定位在另一带4b的每个元件E的两个指状部42之间，反之亦然。

在图示的实施例中，每个元件E的指状部42在离开元件的基座40的方向上会聚，使得在每个相邻的一对指状部42的相邻边缘之间形成角度α。该角度α允许堞形带弯折以通过窄带43弯曲使得相邻指状部42的边缘被引导在一起以形成大致"T"型的径向向内延伸的齿45并且在每个相邻的一对齿45之间形成轴向延伸的狭槽S，从而形成环形铁心。定子的电绕组将最终收纳在狭槽S中。当然，该角度α将取决于位于螺旋绕组的每个线圈中的元件E的数量。在图3中可见的图示的定子铁心的示例中，在铁心的每个线圈中存在14个元件E，因而带4a、4b中原始形成的角度α将是大约25.7度。总之，对于每个线圈中具有N个元件E的铁心来说，角度a的度数将是360除以N。

在单个冲压操作中，扁平带2可以形成两个堞形带4a、4b中的每个的单个元件E，然后该带前进一个元件E的长度并且重复该操作。可替换地，随着带逐步前进通过数个不同对的冲模，从而逐渐形成每个堞形带4a、4b的元件E，作为数个连续冲压操作的结果，可以形成堞形带。本领域的技术人员将很容易设计适当的冲压冲模和供应装置以使扁平带2前进并且生产堞形带4。

为了以大致恒定速度生产堞形带4a、4b，冲压机3优选是基本连续操作的。冲压机3可以在控制系统100的控制下取决于铁心形成站对堞形带的需要而开始和停止冲压操作。

在图示的实施例中，将其中一个堞形带4a引导至缓存和铁心形成站。堞形带4b可以被引导至第二组缓存和铁心形成站(未示出)用于同时生产缠绕铁心，或者可替换地，带4b可以被缠绕至卷筒(未示出)用于存储并后续供给至铁心形成站。

可替换地，如果带4a和4b是相同元件，堞形带4b可以扭转180度并且放置在堞形带4a上方或下方并且与其对准，以生产双倍厚度的堞形带。然后该双倍带可以送到缓存设备并且送到缠绕站，使得两个堞形带都可以同时缠绕至芯轴上。然后将生产所需轴向长度的铁心绕组，而比起缠绕单个厚度的堞形带时的情况，芯轴仅需一半数量的旋转来生成铁心绕组。

缓存设备

通过冲压机3基本上连续地生产带4a，但是缠绕站12a仅间歇地需要带4a。优选地，冲压机3和缠绕站12a的操作速度布置成使得，在缠绕站12a处将铁心缠绕至芯轴时，带4a缠绕至芯轴的速度快于冲压机3生产该带的速度。清楚地是，在已经切割带4a之后以及当芯轴被转位时，缠绕站12a处的带4a是静止的。

缓存设备5包括两个固定滑轮6a和6b以及活动滑轮7。堞形带4被从冲压机3引导至第一固定滑轮6a之下，然后向上并且经过活动滑轮7，最终向下并且到达第二固定滑轮6b之下，然后被引导至缠绕站12a用于缠绕至芯轴上。箭头B示出的滑轮7在垂直方向上的移动将改变堞形带在活动滑轮和固定滑轮之间的运行长度，因而改变缓存站中保持的堞形带的长度。

在缠绕操作期间，活动滑轮7朝向固定滑轮6a和6b向下移动，为的是通过减小活动滑轮7和固定滑轮6a和6b之间的带的有效运行长度，使带4a能够以所要求的速度提供至缠绕站12a。

当转盘11和芯轴被转位并且带4a的切割端在缠绕站12a是静止的时，活动滑轮7离开固定滑轮6a和6b向上移动。活动滑轮7和固定滑轮6a和6b之间增加的有效长度将吸收冲压机正在生产的带4a，直到在缠绕站12a开始下一缠绕操作。

活动滑轮7安装至支撑机构(未示出)，该支撑机构保持堞形带4a中的预定量张力，从而将带4a抽出冲压机3并且抽至固定滑轮6a上。缓存设备5可以处于在控制系统100或者自动设备的控制下。

铁心形成站

铁心形成站10包括绕着中央轴线21可旋转的转盘11。在该实施例中，该转盘上安装有三个相同的芯轴22，芯轴22相对于转盘11绕着平行于中央轴线21的轴线旋转，并且其直径还可改变。在图示的实施例中，每个芯轴22的外表面由六个段23形成，为了改变芯轴的有效直径，这些段安装成用于相对于芯轴的旋转轴线径向移动。

围绕每个芯轴的是夹紧和抬升圈24，夹紧和抬升圈24可沿芯轴轴向移动以接合当堞形带4a缠绕至芯轴上时所形成的铁心绕组的一个端部。

三个芯轴22分别定位在缠绕站12a、尺寸加工及固定站12b以及卸除站12c。芯轴22安装至转盘11上，使得转盘11的120度转位旋转将每个芯轴顺序移动至下一站。

缠绕站

在缠绕站12a，调节芯轴22使得其外径被设定为预定尺寸Dl，这取决于正在生产的铁心的标称直径。典型地，Dl小于成品铁心的标称内径最多大约5％。在一些实施例中，Dl可以是比成品铁心的标称内径小3毫米至5毫米。下文将参考图5解释调节直径的芯轴的机构。

堞形带4a定位成靠着芯轴的自由端部，同时其平面大致垂直于芯轴的轴线。抬升圈24被抬起以从下面接合带的一个面，同时柱塞25被降低以从上面接合带的另一面，施加压力以夹紧抬升圈24和柱塞25之间的带。引导件和/或辊(未示出)将带4a的堞形边缘靠着芯轴的段23的外表面定位，芯轴的旋转将带抽至芯轴上以形成螺旋形铁心绕组。

在缠绕期间，带被夹紧在柱塞25和抬升圈24之间。当形成铁心绕组时柱塞25和抬升圈24可以与芯轴22一起旋转。随着铁心的缠绕的进行，抬升圈24沿芯轴22轴向向下移动以收纳新形成的铁心绕组的线圈，同时在柱塞25和抬升圈24之间维持所要求的夹紧力以保护绕组的形状。

芯轴的每个段23都具有外轴向肋26，在缠绕期间外轴向肋26接合堞形带4a的每个线圈的指状部42以防止带相对于芯轴滑动，以及保持铁心绕组的相邻线圈的指状部42之间的对准。每个段23的轴向肋26可以平行于芯轴22的旋转轴线延伸，在该情况下生产出这样的铁心绕组，即铁心绕组的每个线圈的指状部42周向对准相邻线圈的指状部42，生产出的缠绕铁心具有轴向延伸的内狭槽S(如图3所示)。可替换地，段23的轴向肋26可以倾斜于芯轴的轴线，使得生产出这样的铁心绕组，即绕组的每个线圈的指状部42与绕组的相邻线圈的指状部42稍微周向偏移，从而生产出具有螺旋内狭槽S的缠绕铁心以接收将使用的机器的电绕组。

当已经完成足够的芯轴的线匝以生产出所需轴向长度的铁心绕组时，切割堞形带4a并且停止将带供给至芯轴上。通过施加在抬升圈24和柱塞25之间的夹紧压力将完成的铁心绕组保持在芯轴上。维持该夹紧压力，然后转盘11被转位以将芯轴22从缠绕站12a移动至尺寸加工及固定站12b。

尺寸加工及固定站

在尺寸加工及固定站12b，调节芯轴22使得其外径设定为预定尺寸D2，如图4B所示。直径D2再次取决于正在生产的铁心的直径以及缠绕带的材料属性。典型地，D2大于成品铁心的标称内径最多5％。在一些实施例中，D2可以是比成品铁心的标称的内径大3毫米至5毫米。该芯轴的膨胀向缠绕带施加了很小的拉伸应变，并且增加了缠绕带4a中的拉应力，芯轴的小移动确保了指状部42牢固地保持靠着它们的相应肋26以对准铁心绕组的线圈。芯轴可以在直径Dl和D2之间膨胀以及收缩多次，最终膨胀成预定直径D2，从而相对于彼此设定铁心绕组的线圈以生产保持所需直径D2的均匀缠绕的铁心绕组。

在柱塞25和抬升圈24之间维持夹紧压力，然后焊接头部50移动成接合铁心绕组的外表面，沿着铁心绕组的外表面实施纵向延伸的焊接以将铁心绕组的线圈相对于彼此固定。焊接可以通过单个焊接操作进行，在该操作中，多个焊接头部50均生产焊接线51。在图1图示的实施例中，示出了两个焊接头部50。在图4B所示的示意布置中，示出了三个焊接头部。可以想到的是，可以设置更多数量的焊接头部以生产对应较大数量的焊接线，尤其是当形成极大直径的铁心时。可替换地，可以设置较少数量的焊接头部或者单个焊接头部50，操作焊接头部以生产较少数量的焊接线51或者单个焊接线51，然后将芯轴22旋转预定角度并且再次操作(单个或多个)焊接头部使得均生产第二焊接线。然后重复该操作数次，直到已经生产出所要求数量的焊接线，并且铁心绕组的线圈相对于彼此固定，从而生产出叠片铁心。

优选地，如图3所示，定子铁心的每个线圈的每个元件E通过焊接线51被结合至相邻线圈的邻近元件，并且通过桥段43在其基座40的端部被结合至该线圈的邻近元件。

一旦已经生产出焊接线51，柱塞25和/或抬升圈24可以收缩以释放定子铁心上的夹紧力。

然后转盘11被转位以将芯轴22从尺寸加工及固定站12b移动至卸除站12c。

卸除站

在卸除站12c，将芯轴22收缩至减小的直径D3，从而释放芯轴和定子铁心之间的接合，如图4C所示。当芯轴22收缩时，随着释放铁心的线圈中的拉伸力，叠片铁心"放松"，完成的定子铁心的直径缩回至所要求的标称直径。

减小的直径D3优选在完成的定子铁心的段23的肋26和齿45的径向内端部之间提供了径向间隙。这允许抬升圈24朝着芯轴22的自由端部移动(向上，如图1所示)以将完成的定子铁心移出芯轴22。然后定子铁心可以被传输设备(未示出)抓取并且移开芯轴22。肋26和齿45的端部之间的径向间隙允许即使肋26是螺旋形式并且定子铁心形成有螺旋齿45和狭槽S，也能将完成的定子铁心简单地从芯轴提升出来而无需任何旋转。

优选地，控制系统100通过定时驱动芯轴、旋转转盘、膨胀和收缩芯轴以及操作焊接头部、夹紧设备和抬升圈来执行缠绕固定和卸除操作，从而控制铁心形成站10的操作。

芯轴

图5A、5B和5C的径向截面图分别示出了在缠绕、固定以及卸除位置中芯轴22的实施例的内部结构。

现在参考这些附图，芯轴22包括基座200，基座200可旋转地安装至转盘11并且支撑管状主体201。

内锥202能够在主体201上轴向滑动，内锥在其上端部具有压力板203，压力板203通过两对锥形轴承205可旋转地安装至控制杆204，锥形轴承205防止压力板203相对于控制杆204轴向移动。在图示的实施例中，内锥202的外表面向下逐渐变细，即内锥202的外径在其上端部(如图所示)较大。控制杆204通过穿过横向延伸梁207中的中央孔206与主体201共轴安装。通过控制杆204来控制内锥202相对于主体201的轴向位置，控制杆204移动压力板203，因而相对于主体201移动内锥202。

控制杆204可以由安装在转盘11中的致动器(未示出)移动，该致动器例如通过控制杆204上的内螺纹来接合控制杆204。在控制杆204保持不旋转的同时，该致动器可以旋转接合在控制杆204中的内螺纹上的螺杆，以将轴向移动传递至控制杆204。然后通过从已知开始位置计数螺杆的旋转可以确定控制杆204的轴向位置。可替换地，控制杆204可以通过液压或者其他线性致动器简单地移动，该致动器相对于芯轴的主体201轴向推动或者拉动控制杆204至所要求的轴向位置。内锥202的浅锥形角度和段23的对应锥形表面允许通过内锥202的轴向定位来精确地控制芯轴的直径。例如，内锥202的10毫米的轴向移动可以使芯轴的外径产生1毫米或者更少的改变。

外段23向上逐渐变细，与内锥202具有相同的角度，并接合内锥202的外表面。段23安装成依靠安装至球轴承232中的主体201上的支撑杆231而相对于内铁心201径向移动。支撑杆231通过内锥202中的细长间隙开口。依靠张力螺栓233和弹簧垫圈234可将段23朝向主体201弹性推动，张力螺栓233固定在主体201中，弹簧垫圈234安装在段23中的凹槽235中。

段23的向外面附接至面板236，肋26(在图5中未示出)安装在这些面板上。这允许通过选择以及安装所要求厚度的面板组来选择芯轴的标称外径，而不干扰膨胀及收缩机构。此外，简单地通过替换面板236可以使芯轴从轴向转换至螺旋形肋26，而无需主要拆卸芯轴。具有不同形状的肋26的面板236可以安装至段23，这取决于正在生产的定子铁心的准确形式。可替换地，面板236可以省略，而肋26可以直接形成在段23的外表面上。但是，使用这种可替换方案，从一种类型的定子的生产转换至另一类型的定子的生产将需要更换芯轴的段23。

为了改变芯轴的直径，控制杆204相对于主体201轴向移动，而内锥202在主体201上轴向移动。通过支撑杆231防止段23在芯轴上轴向移动，并且通过弹性元件234径向向内拉动段23以维持段23的锥形内表面和内锥202之间的接触。因而，内锥202的向上移动(如图5A、5B和5C所示)通过弹性元件234的作用引起段23的径向向内移动，从而减小了芯轴的直径。同样地，当内锥202向下移动时，内锥在主体201的外表面和段23的锥形内表面之间的楔进作用引起段23克服元件234弹性力而径向向外移动，从而增加了芯轴的直径。

因而内锥202相对于主体201的轴向位置确定了芯轴22的有效直径。控制器件100可以确定芯轴的所需有效直径，并且从传感器接收输入以检测内锥202相对于主体201的位置。然后控制器件100可以确定内锥202的要求位置以提供所需有效直径，并且控制致动器或者驱动器件将内锥202相对于主体201移动至要求位置。控制器件可以接收限定了芯轴的所需有效直径的命令，并且将其与来自传感器的输出比较，从而确定内锥202的移动方向和移动量，该移动方向和移动量将芯轴变为所需有效直径。然后控制器件可以操作致动器以产生内锥202的移动，从而使芯轴变为所需有效直径。作为测量内锥202的位置的替换方案，传感器可以通过测量主体201和段23之间的距离来直接测量芯轴的有效直径，并且基于该测量来确定所要求的内锥的移动。

图5A示出了在中间直径位置的芯轴，诸如其将使用在缠绕站12a处。图5B示出了内锥202向下移动，这又向外移动段23并且增加芯轴的直径。该位置适用于尺寸加工及固定站12b的芯轴。图5C示出了内锥202抬升至其最上位置，对应于芯轴22的最小直径，适用于卸除站12c。

图6的流程图中总结了该方法的步骤。

在步骤601，在阻尼设备3中冲压扁平金属带以形成分段的带4a和4b。然后，将一个或多个分段的带4a送至相应的缓存器5，将分段的带从缓存器送至缠绕站12a，在步骤603，将带缠绕至芯轴22上。

当完成缠绕时，然后将芯轴22从缠绕站12a移动至固定站12b，在步骤604，将芯轴直径膨胀。在步骤605，当铁心绕组被保持在固定站12b时，通过焊接固定铁心绕组的线匝。

然后将芯轴22从固定站移动至卸除站12c，在步骤606，将芯轴收缩至较小直径。在步骤607，从芯轴移除完成的叠片铁心。

步骤601至607中描述的操作可以通过控制系统100控制，该控制系统可以包括处理器、存储控制程序的内存、以及必要的致动器和装置，这些致动器和装置可在该处理器的控制下操作以实现调节芯轴直径、将带缠绕及夹紧在芯轴上、旋转转盘11、操纵焊接头部50以及操作抬升圈26以卸除叠片铁心。

为了生产具有叠片铁心的电机，在步骤608，完成的叠片铁心设置有电线圈，在步骤609，将叠片铁心和电线圈并入电机中，诸如发电机或者电动机。

修改和替换方案

虽然上述芯轴的形成使用了六个段23，但可以想到的是，可以使用不同数量的段。例如，用于最多约250mm标称直径的缠绕定子的较小直径芯轴可以具有3至10个段，较大直径芯轴可以具有高达20个或更多个段。芯轴优选具有至少四个、最优选地六个或更多段，以使芯轴直径的膨胀和收缩不会不利地影响完成的定子铁心的"正圆度"。

每个段优选具有单个对准肋26，但是可以想到的是，段可以具有多于一个的肋。在设置单个对准肋26的情况下，其优选定位成径向对准其段23的径向移动方向。

在图示的实施例中，芯轴的内锥202的较大端部邻近芯轴的自由端部，使得内锥朝向芯轴的固定端部的移动(即向下，如图5所示)通过推动段23分离来增加芯轴的直径。可以想到的是，内锥可以安装成其较大端部邻近芯轴的固定端部，段23相应的逐渐变细，使得内锥朝向芯轴的自由端部的移动引起各段移开并且增加芯轴的有效直径。

在缠绕站12a，在上述实施例中，通过将堞形带4a供应至芯轴22的自由端部来生产铁心绕组。可以想到的是，带可以可替换地在芯轴邻近转盘11的端部供应至芯轴。利用这种布置，柱塞25将装配在芯轴上面以对铁心绕组在其形成时维持压力克服抬升圈24的反向压力，并且柱塞25随着线圈的缠绕将沿着芯轴移动，并且增加铁心绕组的轴向长度。

在描述的实施例中，转盘11大致定位在水平平面，三个芯轴22的轴线和转盘的旋转轴线大致垂直。可以想到的是，该装置可以构造为，转盘11安装在垂直平面用于绕着水平轴线旋转，或者可以安装在任何其他平面。转盘11甚至可以安装成与图1见到的相比的倒置方位，即芯轴22从转盘向下延伸。这样的优势在于，在卸除站，收缩芯轴直径就将简单地允许完成的定子铁心从芯轴沿轴向落下，例如落到传送器或者其他处理装置上。

在另一可替换实施例中，芯轴22的轴线和转盘的中央轴线21可以不平行，而是会聚。在这种布置中，转盘绕着其轴线的旋转可以将芯轴22送至缠绕站，此时芯轴的轴线在水平平面中，而在卸除站，芯轴22的轴线向下延伸以易于卸除完成的叠片铁心。

为了改变芯轴的直径，通过芯轴的段23和主体201之间操作的单独致动器可以在芯轴的径向方向上各自驱动段23。可以控制这些致动器以相对于主体201一起移动段23。例如，每个段均可以固定至螺杆，该螺杆沿芯轴径向延伸并且接合旋转地安装在主体201中的螺母，使得该螺母的旋转引起螺杆及其段23的径向移动。通过控制电动机使螺母旋转，或者通过使螺母的旋转接合在一起的机构，可以将螺母的旋转同步。可以使用其他类型的致动器以使段23相对于芯轴22的主体201移动，这些致动器可由操作机构单独控制或链接在一起。

作为对具有连续可变直径的芯轴的替换方案，例如可以想到的情况是，大量生产特定尺寸和类型的定子铁心，于是芯轴可以简单地具有对应于缠绕直径Dl、固定直径D2以及减小直径D3的三个可选位置，其中减小直径D3用于卸除完成的叠片铁心。这三个直径将基于叠片铁心的标称尺寸和用以形成铁心的带的材料属性来预先确定。

在图1图示的实施例中，堞形金属带4a供应至缓存器5，然后供应至缠绕站12a。在可替换布置中，预形成的堞形带4a、4b可以存储在卷筒或者鼓上，可以直接以及间歇地输送至缠绕站12a。

在上述实施例中，缠绕、固定以及卸除操作是在单独的站12a、12b和12c上执行的。但是可以想到的是，铁心形成站10可以仅包括单个芯轴22，单个芯轴22在单个位置顺序执行缠绕、固定以及卸除操作。

在可替换实施例中，铁心形成站10可以包括在缠绕站和固定站之间可移动的两个芯轴22，使得当一个芯轴在缠绕站缠绕铁心时，另一个芯轴定位在固定站以用于固定缠绕铁心，而成品铁心在固定站从芯轴移除。

同样地，铁心形成站10可以具有三个或多个芯轴22，它们各自在不同的位置顺序执行缠绕、固定以及卸除操作。例如，铁心形成站10可以具有设置有六个芯轴22的转盘11，使得芯轴中的两个可以同时缠绕铁心，而芯轴中的另外两个可以固定铁心绕组，而芯轴中的最后两个可以卸除完成的叠片铁心。在该例子中，六个芯轴可以在转盘周边等距隔开，每个缠绕、固定和卸除站可以分别径向反向于另一缠绕、固定和卸除站。如果设置有用于每个堞形带4a和4b的相应缓存站5，这种布置可以同时用在冲压站3由扁平金属带2形成的两个堞形带4a和4b生产叠片铁心。

在上述说明中，堞形带4a和4b缠绕时其平滑边缘径向向外，使得在铁心形成站10处形成的叠片铁心具有内狭槽S和齿45，使得电线圈可以置于铁心的内部以形成定子。但是，可以想到的是，堞形带4a和4b可以以每个元件的基座40邻近芯轴且指状部42径向向外延伸的方式缠绕至芯轴22上。如此形成的叠片铁心于是具有外狭槽S和齿45以收纳适合于电机的转子的电线圈。在这种例子中，堞形带的元件E可以呈倒置"T"型的形式，每个元件具有居中定位在基座40上的单个指状部42。开口44可以形成在每个元件的基座的每个端部，凹口可以形成为从每个开口44延伸至带的远离指状部42的边缘，以便使得相邻元件在缠绕期间绕芯轴弯曲。凹口可以具有对置的边缘，取决于形成铁心的每个绕组的段的数量，对置的边缘朝向开口44以角度α会聚，如上述关于指状部42之间的角度α所说明的。在固定站，可以沿着形成在铁心的向外面上的狭槽S的基底施加焊接线51，从而将铁心的线圈相对于彼此固定。

Claims (31)

1.一种用于制造电机的叠片铁心的方法，该方法包括如下步骤：

将成型带缠绕至芯轴上以形成螺旋绕组，其中，所述成型带的平面大致垂直于所述螺旋绕组的轴线；

在所述芯轴位于所述螺旋绕组的内部的同时，将所述芯轴的直径增加第一预定量以在所述螺旋绕组的线圈上施加拉伸应变；

将施加有应变的所述螺旋绕组的每个线圈相对于其相邻一个或多个线匝固定以形成所述叠片铁心；

将所述芯轴的直径减小大于所述第一预定量的第二预定量以放松所述叠片铁心；以及

从所述芯轴移除所述叠片铁心。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述叠片铁心具有预定标称内径，并且其中：

缠绕步骤被执行为使所述芯轴的直径小于所述叠片铁心的标称内径最多5％；以及

固定步骤被执行为使所述芯轴的直径大于所述叠片铁心的标称内径最多5％。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述芯轴安装成在缠绕站、尺寸加工站以及卸除站之间移动，并且其中，缠绕步骤在所述缠绕站执行，线圈的固定在所述尺寸加工站执行，以及从所述芯轴移除所述叠片铁心在所述卸除站执行。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，当所述芯轴从所述缠绕站正移动至所述尺寸加工站的同时执行增加所述芯轴的直径的步骤，并且当所述芯轴从所述尺寸加工站正移动至所述卸除站的同时执行减小所述芯轴的直径的步骤。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，在所述芯轴位于所述尺寸加工站时执行增加所述芯轴的直径的步骤，并且当所述芯轴位于所述卸除站时执行减小所述芯轴的直径的步骤。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述螺旋绕组的线匝通过沿着所述绕组的外表面纵向延伸的焊接线相对于彼此固定。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，形成至少三条焊接线。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，所述焊接线以平行于所述绕组的轴线的直线沿着所述绕组的长度延伸。

9.根据权利要求6或7所述的方法，其中，所述焊接线以螺旋线沿着所述绕组的长度延伸。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述成型带具有一个大致线性边缘和一个堞形边缘，所述成型带的所述堞形边缘定位成邻近所述芯轴。

11.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述成型带具有一个大致线性边缘和一个堞形边缘，并且所述成型带的所述大致线性边缘定位成邻近所述芯轴。

12.一种用于制造电机的叠片铁心的装置，所述装置包括：

具有可调节的直径的柱形芯轴；

调节器件，该调节器件用于在第一直径、大于所述第一直径的第二直径和小于所述第一直径的第三直径之间调节所述芯轴的直径；

缠绕器件，该缠绕器件用于将成型带缠绕至所述芯轴上以形成螺旋绕组，其中，所述成型带的平面大致垂直于所述螺旋绕组的轴线；

夹紧器件，该夹紧器件用于将所述螺旋绕组夹紧至所述芯轴上；

固定器件，该固定器件用于将所述螺旋绕组的线圈固定在一起以形成叠片铁心；

卸除器件，该卸除器件用于从所述芯轴移除所述叠片铁心；以及

控制器件，该控制器件用于控制所述调节器件、所述缠绕器件、所述夹紧器件、所述固定器件以及所述卸除器件的操作。

13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述控制器件能操作成使得：

在第一阶段，所述控制器件：

使所述调节器件将所述芯轴设定为所述第一直径；以及

操作所述缠绕器件以将所述成型带缠绕至所述芯轴上以形成螺旋绕组；

在第二阶段，所述控制器件：

在所述芯轴位于所述绕组的内部的同时使所述调节器件将所述芯轴膨胀至所述第二直径，以在所述螺旋绕组的线圈上施加拉伸应变；

操作所述夹紧器件以保持所述铁心绕组的线圈于应变位置；以及

操作所述固定器件以将所述线圈相对于彼此固定以形成叠片铁心；以及

在第三阶段，所述控制器件：

使所述调节器件将所述芯轴收缩至所述第三直径以放松所述叠片铁心；以及

操作所述卸除器件以从所述芯轴移除所述叠片铁心。

14.根据权利要求12或13所述的装置，其中，设置了多个可调节的芯轴，每个所述芯轴能在缠绕站、尺寸加工及固定站和卸除站之间移动，在所述缠绕站处将成型带缠绕至所述芯轴上以形成螺旋绕组，在所述尺寸加工及固定站处将所述螺旋绕组夹紧并且固定以形成叠片铁心，在所述卸除站处将所述叠片铁心从所述芯轴移除。

15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述装置设置有三个可调节的芯轴。

16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述三个芯轴安装成在所述缠绕站、所述尺寸加工及固定站和所述卸除站之间循环移动。

17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述三个芯轴安装在转盘上，所述转盘旋转以依次顺序地将每个芯轴送至所述缠绕站、所述尺寸加工及固定站、和所述卸除站。

18.根据权利要求12至17中任一项所述的装置，其中，所述装置进一步包括冲压站，所述冲压站接收普通金属带并且将其冲压以形成用于缠绕至芯轴上的坯带，所述坯带具有大致线性边缘和堞形边缘。

19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述冲压站布置成从普通金属带同时生产两个互相交叉的坯带。

20.根据权利要求18或19所述的装置，其中，所述装置进一步包括缓存站以从所述冲压站接收坯带，并且间歇地输送所述坯带至所述缠绕站。

21.根据权利要求20所述的装置，其中，所述缓存站包括两个滑轮，所述坯带系在所述滑轮周围，一个滑轮相对于另一个滑轮是可移动的以增加以及减小收纳在所述缓存站中的坯带的运行长度。

22.一种用于缠绕电机的叠片铁心的芯轴，该芯轴包括：

管状主体，该管状主体安装至支撑件，用于绕着所述管状主体的轴线旋转；

内锥，该内锥与所述主体共轴并且能相对于所述主体轴向移动，所述内锥具有一较宽端部以及一较窄端部；以及

多个外段，该多个外段安装至所述主体用于相对于所述主体径向移动，所述外段接合所述内锥，使得所述内锥相对于所述主体的轴向移动引起所述外段的对应径向移动。

23.根据权利要求22所述的芯轴，该芯轴进一步包括：

压力板，该压力板能够接合所述内锥的所述较宽端部；

控制杆，该控制杆附接至所述压力板并且能在所述管状主体的轴向上移动以便相对于所述主体轴向移动所述压力板和所述内锥；以及

致动器，该致动器用于相对于所述主体选择性地轴向移动所述控制杆。

24.根据权利要求22或23所述的芯轴，该芯轴进一步包括：

弹性张力元件，该弹性张力元件安装在所述外段和所述主体之间，以朝向所述主体径向向内推动所述外段。

25.一种制造用于电机的转子或者定子的方法，该方法包括以下步骤：

使用权利要求1至11中任一项所述的方法制造叠片铁心；以及

将电线圈安装至所述叠片铁心。

26.一种制造电机的方法，该方法包括以下步骤：

使用权利要求1至11中任一项所述的方法制造叠片铁心；

将电线圈安装至所述叠片铁心；以及

将所述叠片铁心和所述电线圈结合到电机中。

27.一种用于形成电机的铁心的装置，其基本上为参考附图中的图1、图4A至4C以及图5A至5C描述的。

28.一种用于形成电机的铁心的成型金属带，其基本上为参考附图中的图2描述的。

29.一种用于电机的叠片铁心，其基本上为参考附图中的图3描述的。

30.一种用于形成电机的叠片铁心的方法，其基本上为参考附图中的图6描述的。

31.一种制造电机的方法，其基本上为参考附图中的图6描述的。