CN105684278B - 用于制造电机的组件的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

用于卷绕电机的线圈的设备和方法，其中线圈包括由腿部(19a，190a)形成的构件。腿部(19a，190a)插入电机的铁芯(18，180)的槽(17，170)中，其中所述槽(17，170)设置有用作槽(17，170)的壁的内衬的绝缘构件(33，330)。腿部(19a，190a)插入电机的铁芯(18，180)的槽(17，170)中。具有通道(22，220)的通道构件(20，200)被设置成与铁芯(18，180)对准从而将通道(22，220)与槽(17，170)对准。与通道(22)的边缘相邻的区域(23，230)与槽(17，170)的绝缘构件(33，330)的端部(32，320)对准，从而在插入过程中与绝缘构件(33，330)的端部(32，320)接合。

Description

用于制造电机的组件的设备和方法
技术领域
本发明涉及利用包含由导体带形成的U形构件或其他结构的线圈构件卷绕转子铁芯或定子铁芯的方案。所述导体带通常为涂覆有绝缘材料的铜芯线。
具体地，本发明涉及用于卷绕上述类型的电机的线圈的方法和设备。
背景技术
U形构件具有插入到铁芯的各槽中的腿部以及连接两个腿部的头部。具体地，头部保持在槽的外侧，作为腿部之间的电连接部。腿部在最终制得的电机中形成旋转磁场。根据本领域的技术术语，这些U形构件通常被称为发夹部(hairpin)。
初始操作规定可以将多个发夹部组装在一起以形成插入到铁芯的槽中的整个线圈组件。接着，通过将腿部对准并插入到槽中而将线圈组件插入到铁芯中。替代地，U形构件可一个接一个地单独插入到槽中从而完全卷绕铁芯。GB644761中已描述了用于执行前述制造步骤的设备及方法。
在将腿部插入到铁芯中之前，槽通常衬有绝缘构件以避免导体与铁芯材料直接接触。可采用如EP 1061635中描述的方案形成绝缘构件并将其插入到槽中。
每个绝缘构件通常被放置成具有多个延伸超出铁芯的端部预定距离的部分。该距离保证了制得的铁芯相对于线圈导体具有规定的电绝缘值。
在将腿部插入到铁芯的过程中，由于导体在绝缘构件的表面上施加的推动动作，绝缘构件可能会被损坏或在槽中移动。更具体地说，当需要腿部在槽的可用空间内紧密配合来实现高的槽填充度时，所述绝缘构件被大力推动，并且因此可能导致其在插入方向上沿所述槽移动。这种不希望的移动将导致绝缘构件错误定位，从而引起严重的故障问题。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于实现将线圈的腿部插入到电机的槽中，而不会遇到现有技术中的上述不便。
本发明的另一个目的在于提供一种用于生产电机的铁芯的方案，所述铁芯在线圈的腿部需要插入到槽中时具有高的槽填充度。
这些及其他目的由一种用于卷绕电机的线圈的设备实现，其中线圈包括由腿部形成的构件；所述腿部插入所述电机的铁芯的槽中，其中所述槽设置有用作所述槽的壁的内衬的绝缘构件；
所述设备包括：
用于将所述腿部插入到所述槽中的装置；
该设备还包括：
设置有通道的通道构件；
用于使所述通道构件与铁芯对准从而将所述通道与所述槽对准的装置；
其中，与通道的边缘相邻的区域与槽的绝缘构件的端部对准，在插入所述腿部的过程中，所述区域与所述绝缘构件的端部接合。
根据本发明的另一个方面，描述了一种用于卷绕电机的线圈的方法，其中线圈包括由腿部形成的构件；所述腿部插入所述电机的铁芯的槽中，其中所述槽设置有用作所述槽的壁的内衬的绝缘构件；
所述方法包括以下步骤：
将所述腿部插入所述槽中；
所述方法的特征在于：所述方法进一步包括以下步骤：
提供具有通道的通道构件；
使所述通道构件与铁芯对准，从而使所述通道与所述槽对准；
使邻近通道的边缘定位的区域与槽的绝缘构件的端部对准，以在插入腿部的过程中接合所述绝缘构件的端部。
附图说明
将参照附图，结合以下对示例性实施方式的描述示出本发明，所述实施方式为示例性而非限制性的，其中：
图1是示出了在本发明的操作阶段中线圈组件与转子铁芯对准的立体图；
图2是示出了在本发明的操作阶段中线圈组件与定子铁芯对准的立体图；
图3是从图1和图2中的方向3观察的本发明的设备的俯视图，为清楚起见，未示出定子铁芯或转子铁芯；
图4是观察者从具有图3的纸张的相反侧看去的、但与图3的视图类似的局部视图。图4示出了根据本发明的原理的铁芯，其中腿部已经被插入到槽中；
图5是从图4中的方向5-5看去的局部视图；
图6是与图3的视图类似的视图，示出了本发明的第二实施方式；
图7是观察者从具有图6的纸张的相反侧看去的、但与图6的视图类似的局部视图。图7示出了根据本发明得原理的铁芯，其中腿部已经被插入到槽中；
图8是从图7中的方向8-8看去的局部视图；
图9是与图8的视图类似的视图，虽然示出了本发明的用于加工铁芯的一个替代的方案；
图10是与图8的视图类似的视图，虽然示出了本发明的用于加工铁芯的第二替代的方案；
图11是本发明的设备的正视图；
图12是图11中的一部分的放大图；
图13是在本发明的操作阶段中图11中设备的一部分的视图；
图14是从图1的方向14看去的正视图；
图15是从图14的方向15看去的平面图，与图3的视图类似，其中为清楚起见，省略了某些部分。
具体实施方式
图1示出了与转子铁芯18的槽17对准的线圈组件19。如图1所示，绝缘构件33衬在槽17中，并从转子铁芯18的端部18'突出。如图1所示，通道构件20——以下将更加详细地描述——围绕转子铁芯18的中心轴线150并且位于一个转子铁芯端部18'的一侧。线圈组件19由保持单元保持从而以转子铁芯18的中心轴线150为中心。为清楚起见，图1中省略了保持单元，但在图14和15中示出了保持单元，该保持单元由标记140表示。保持单元140保持线圈组件19，使得腿部19a与相应的槽17对准。向转子铁芯18移动保持单元140从而将腿部19a插入到相应的槽17中。柱状构件50与转子铁芯18的外表面接合从而使转子铁芯以中心轴线150为中心(见图15)。
图2示出了与图1类似的方案，但是该方案用于将线圈组件190插入到定子铁芯180的槽中。更具体地，线圈组件190与定子铁芯180的槽170对准。
如图2所示，绝缘构件330衬在槽170中，并从定子铁芯的端部突出。如图2和图3所示，通道构件20被设置成围绕定子铁芯180的中心轴线150'并且位于定子铁芯端部180'的一侧。线圈组件190由与图14和图15的保持单元类似的保持单元保持，并以定子铁芯180的中心轴线150'为中心。保持单元保持线圈组件190，使得腿部190a与相应的槽170对准。朝向定子铁芯180移动保持单元从而将腿部190a插入到相应的槽170中。柱状构件500与定子铁芯180的外表面接合从而使定子铁芯以中心轴线150'为中心。
参照图3，通道构件20设置有多个通道22。根据图3的实施方式，通道22被构造成具有较窄的中央部，该中央部形成两个支撑区域23，所述支撑区域为与通道22边缘相邻的区域部分。更具体地，支撑区域23可以是在通道22内部延伸的突起的端部，如图3、图4、图5所示。
图3、图4和图5示出了通道构件20的应用，用于将绝缘构件33插入到转子铁芯18中。应当理解，参照图3，图4和图5所描述的原理同样可适用于将绝缘构件330插入到定子铁芯180中。
如图3所示，通道22围绕通道构件20的中心轴线20'彼此等角距离定位。通道22与中心轴线20'的径向距离以及通道22围绕中心轴线20'的角位置使得通道22相对于需要加工的转子铁芯18或定子铁芯180的相应的槽17或170对准。
图4和图5示出了转子铁芯18置于支撑构件21上并且转子铁芯18的槽17与通道22对准的情形。在加工定子铁芯的情况下，定子铁芯可置于支撑构件210上，并且定子铁芯180的槽170与通道22对准。
图4和图5还示出了腿部19a被插入到内衬有绝缘构件33的槽17中。在插入方向34上移动腿部19a将其插入到槽17中。一旦通过将代表柱状构件50转子铁芯居中并且使用分度齿(以下将更详细地描述)而将通道构件20与槽17对准，插入方向34则可与通道构件20的中心轴线20'平行，。
如图4和图5所示，在将腿部19a插入到槽17中的过程中，绝缘构件33的端部32与通道构件20的支承区域23接合。
绝缘构件33的端部32抵靠支撑区域23而接合避免了在腿部19a的插入过程中绝缘构件33在插入方向34上移动。在图4中，用虚线图表示绝缘构件33的端部32与支撑区域23接合的部分。图4还示出了腿部19a的尖锐端部19a'，所述尖锐端部便于将腿部19a插入到槽17中。
在图4和图5的情形中，槽17的绝缘构件33向外扩张，即扩大以形成锥形，从而在腿部19a在插入移动过程中开始进入槽17的一侧形成扩大部分33'。扩大部分33'避免了在腿部19a进入槽17时对腿部19a的压迫，同时也用作止动件，以防止在线圈组件19的插入过程中绝缘构件33沿槽17移动。
图6、图7和图8涉及本发明的一个实施方式，其中，在转子铁芯18或定子铁芯180的与在插入过程中腿部19a进入槽中的一侧相反的另一侧上也设置有绝缘构件33的扩大部分33'，如图8中针对转子铁芯所示的。此外，特别参照图6，可预见一种具有通道220的替代的通道构件200，所述通道220具有用于绝缘构件33的扩大部分33'的端部320的更广阔的支撑区域。在这种情况下，如图6、7和8中所示，用于扩大部分33'的端部320的支撑区域230可存在于围绕通道220的整个轮廓中，以避免绝缘构件33在线圈组件插入过程中移动。
图7中用虚线图示出了绝缘构件33的端部320沿围绕通道构件200的通道220的连续部分230接合的情形。
虽然附图示出了所述区域为连续的表面，但可以想象，所述部分可能具有一定的高度并围绕所述通道的边缘分布。
图6至图15示出了本发明的用于将线圈组件插入到转子铁芯18中的进一步原理。应当注意的是，参照图6至图15所描述的原理同样可适用于将绝缘构件330插入到定子铁芯180中。
图9示出了在插入移动过程中转子铁芯18上的腿部19a进入的端部没有扩大部分33'的情形。这在腿部19a进入槽17的阶段并不重要时是可能的。
图10示出了绝缘构件33的扩大部分33'折叠以形成指向转子铁芯的端部18'的附加绝缘部分36的情形。在这种情况下，绝缘构件的端部320具有双重厚度，因此更为结实。
图11示出了用于制造扩大部分33'的设备。所述设备包括组装在承载构件41上的扩大工具40。扩大工具40的数量可与转子铁芯中绝缘构件33需要扩大部分33'的槽17的数量相等。扩大工具40设置有锥形部40a和窄部40b，参见图12和图13。承载构件41可被电阻43加热。电阻43所产生的热量传导通过承载构件41到达各个扩大工具40。为了制造扩大部分33'，每个被加热的扩大工具40可与各自的绝缘构件33对准并插入其中，如图13所示，示出了其中一个绝缘构件33。这可通过使承载构件41相对于正在加工中的转子铁芯18或定子铁芯180居中并移动来实现。扩大工具40中所存在的热量便于弯曲绝缘构件33以形成扩大端部33'，如图13所示。
图14示出了线圈组件19与转子铁芯18的槽17对准。线圈组件由保持单元140保持。GB644761中描述了能够在插入操作过程中保持线圈组件19和190的保持单元。
参照图14，转子铁芯18由通道构件20或200的支撑构件21或210沿中心轴线150支撑(参见图3和6)。
在图14中，在绝缘构件33与通道构件20接合的一侧55，通道构件20的支撑构件21或210被绝缘构件33遮挡。与转子铁芯18的外表面接合的柱状构件50使转子铁芯以中心轴线150为中心，如图14所示。为清楚起见，朝向图14的观察者的柱状构件50已被移除，也可参见图3和图6，其中示出了全部的柱状构件50。
柱状构件50可设置有与转子铁芯的槽17的开口17'侧接合的分度齿(未示出)。在将转子铁芯18放置到支撑构件21上后，分度齿保持转子围绕中心轴线150呈角度地定向。图14中存在底座构件160，以沿中心轴线150支撑通道构件20。参照图14，底座构件和柱状构件由承载平台270支撑。
如图15所示，承载平台270可在导轨271上在位置A和位置B之间移动。在图15中，省略了转子铁芯18，因此，可看见通道构件20和柱状构件50。位置A可以是这样的工位，在该工位，装载/卸载装置将待加工的转子铁芯放置在支撑构件21(例如图3中所示)上并位于围绕中心轴线150的正确角位置，使得柱状构件50的分度齿可被接合。这将使转子铁芯的槽17与通道构件20中的通道22或者与通道220(如果使用通道构件200的话)对准。在位置A，一旦铁芯组件19已被插入，同一装载/卸载装置也可从通道构件20或通道构件200移除转子铁芯18。
为实现转子铁芯接收线圈组件19，承载平台270可在轨道271上移动到达位置B，在位置B处，可利用保持单元140执行插入操作，如图7-10和图1 4所示。
可在位于位置A上游的制造位置，利用参照图11至图13所描述的原理，扩大绝缘构件33的端部从而形成扩大部分33'。
尽管附图示出了线圈包括U形构件，但根据本发明的原理甚至可用于卷绕电机的由不同结构和包括腿部的构件形成的线圈。
前述具体示例性实施方式的说明从概念的角度充分地揭示本发明，从而使得他人通过应用现有的知识，在无需进一步研究且不脱离本发明的情况下，能够在各种应用中对具体示例性实施方式进行修改和/调整，因此，旨在将这种调整和修改认为是与具体实施方式等同。为此，本文中所描述的用于实现不同功能的手段和材料可具有不同性质，而不脱离本发明的领域。应当理解，本文所采用的措词或术语是说明性而非限制性的。

Claims (15)

1.一种用于卷绕电机的线圈的设备，其中线圈包括由腿部(19a，190a)形成的构件；所述腿部(19a，190a)插入所述电机的铁芯(18，180)的槽(17，170)中，其中所述槽(17，170)设置有用作所述槽(17，170)的壁的内衬的绝缘构件(33，330)；
所述设备包括：
用于将所述腿部(19a，190a)插入到所述槽(17，170)中的装置(140)；
所述设备的特征在于，该设备还包括：
设置有通道(22，220)的通道构件(20，200)；
用于使所述通道构件(20，200)与铁芯(18，180)对准从而将所述通道(22，220)与所述槽(17，170)对准的装置；
其中，与通道(22，220)的边缘相邻的区域(23，230)与槽(17，170)的绝缘构件(33，330)的端部(32，320)对准，在插入所述腿部(19a，190a)的过程中，所述区域(23，230)与所述绝缘构件(33，330)的端部(32，320)接合。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述区域(23)包括至少一个较窄的部分，用于在预定位置使相应的通道(22，220)变窄，从而得到用于所述绝缘构件(33，330)的相应支撑部。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述区域(230)包括围绕通道(22)的所述边缘的整个区域。
4.根据权利要求1所述的设备，所述设备进一步包括围绕所述通道构件(20，200)的中心布置的支撑构件(21，210)，所述支撑构件用于支撑所述槽(17，170)并使所述槽(17，170)与所述通道(22，220)对准。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述绝缘构件(33，330)在所述腿部(19a，190a)进入所述槽(17，170)所处的一端上设置有扩大部分(33')。
6.根据权利要求1或5所述的设备，其中，所述绝缘构件(33，330)在与所述腿部(19a，190a)进入所述槽(17，170)所处的一端相反的另一端上设置有扩大部分(33')。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述绝缘构件(33，330)的端部设置有折叠绝缘部(36)。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述通道构件(20，200)被装配在移动平台(270)上，用于从其中所述通道构件(20，200)与铁芯(18，180)对准的位置(A)被转移至其中所述腿部(19a，190a)插入所述槽(17，170)中的位置(B)。
9.一种用于卷绕电机的线圈的方法，其中，线圈包括由腿部(19a，190a)形成的构件；所述腿部(19a，190a)插入所述电机的铁芯(18，180)的槽(17，170)中，其中所述槽(17，170)设置有用作所述槽(17，170)的壁的内衬的绝缘构件(33，330)；
所述方法包括以下步骤：
将所述腿部(19a，190a)插入所述槽(17，170)中；
所述方法的特征在于：所述方法进一步包括以下步骤：
提供具有通道(22，220)的通道构件(20，200)；
使所述通道构件(20，200)与铁芯对准，从而使所述通道(22，220)与所述槽(17，170)对准；
使邻近通道(22，220)的边缘定位的区域(23，230)与槽(17，170)的绝缘构件(33，330)的端部(32，320)对准，以在插入腿部(19a，190a)的过程中接合所述绝缘构件(33，330)的端部(32，320)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述区域(23)设置有限制部以在所述通道(22，220)的中心位置使通道(22，220)变窄，从而形成用于所述绝缘构件(33，330)的相应支撑部。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述区域(230)围绕通道(22，220)的整个边缘。
12.根据权利要求9所述的方法，所述方法进一步包括在所述绝缘构件(33，330)的在插入过程中所述腿部(19a，190a)进入所述槽(17，170)所处的一端上设置扩大部分(33')。
13.根据权利要求9所述的方法，所述方法进一步包括在绝缘构件(33，330)的与所述腿部(19a，190a)进入所述槽(17，170)所处的一端相反的另一端上设置扩大部分(33')。
14.根据权利要求9所述的方法，所述进一步包括步骤：给绝缘构件(33，330)的所述端部设置折叠绝缘部(36)。
15.根据权利要求9所述的方法，所述方法进一步包括步骤：将所述通道构件(20，200)从所述通道构件(20，200)与铁芯(18，180)对准的位置(A)转移至所述腿部(19a，190a)插入所述槽(17，170)中的位置(B)。
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