CN106575907A - 线圈卷绕系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机械和电子行业，并且涉及变压器和/或电动机中的定子的线圈卷绕系统。因此，本发明涉及一种线圈卷绕系统，其包括针的转动元件以及安装在其上的头部(4)，针的转动元件包括布置为使头部(4)直线运动和转动运动的运动轴(2a)。针的转动元件还包括集成到运动轴(2a)的用于使头部(4)转动的电磁元件。当使用本发明中描述的、其中针的电磁转动元件适配于运动轴(2a)的系统时，两种运动的机械耦合得以避免，并且转子获得在定子磁场内作径向和直线运动的自由。这导致更大的灵活性并且自动化的设备，这是由于系统具有可电子编程的转动角度而非如现有技术中的机械固定的角度；并且所述系统除了由于不存在机械耦合所以惯性减小从而更快，还由于其消除了机械部件的设置从而具有更高精度，由于不存在磨损和摩擦所以更不易磨损和损耗并且不需要常存的润滑剂，并且还具有较低的成本和维护需求。

Description

线圈卷绕系统
技术领域
本发明涉及机械和电子行业，并且涉及变压器和/或电动机中的定子的线圈卷绕系统。
背景技术
为了制造用于变压器、电动机等的定子中的铜线圈，通常使用被称为针式卷绕的卷绕技术。
在该技术中通常使用由位于头部上的针来定向的铜线，并且该针执行直线运动和转动运动。
在图1中能够看出该运动，其中铜线的线圈卷绕系统在制造定子的四个阶段中进行两种不同的运动。
在图1c和1f中能够看出第一运动，即直线运动(L1、L2)，而在图1a、1b、1d及1e中能够看出第二运动，即转动运动(R1和R2)。
因此，如图1a到1f所示，在线圈定子的卷绕期间，系统进行第一直线运动(L1)，使线在定子槽内通过，然后进行第一转动运动(R1)，使铜线有效地卷绕在定子槽后部中。
在第一转动运动(R1)之后进行第二直线运动(L2)和第二转动运动(R2)，使得针和线返回到原始位置，以开始新的卷绕运动。
在各运动之后，特定量的铜线将被卷绕在槽中，然后系统将移动以在另一个槽中进行卷绕。
显然，该原理特别用于针式卷绕，其中线圈被直接卷绕在定子槽中。在这种情况下，该运动不取决于同时被卷绕的槽的数量，所述数量可能会在一个和“n”个之间变化，也就是说，卷绕可以单独在一个槽中进行，或同时在多达全部的槽中进行。通常使用两个或三个针，以便于控制并且获得良好的卷绕速度。
在更现代的技术中也存在针的直线运动，其不移动针的整个主运动轴，而是只移动针，因此线能够被卷绕在槽的整个长度周围，并且不会在卷绕结束的特定位置中变得缠结。
在这种情况下，该运动通常是在第二转动运动之后进行的，其使针移动优选等于或者略大于线直径的距离，并且因此，线是连续卷绕的而不会变得缠结。显然，该运动距离应该尽可能小，只要它足够使线连续卷绕即可。
例如在文献EP 1 376 829、EP1 990 899、WO 2011/031711、US 2005/006518、US5526993和DE 102011003049等中能够看到关于这方面的技术的一些示例。
这些文献描述了针式定子卷绕系统，然而，所有的引用文件都存在一定的内在问题，这些问题被本发明所解决。
能够援引的一些问题实例是针的直线运动的难度、针的转动运动所需的巨大能量、使机械部件运动所需的高维修率使机械部件运动通常是利用使整个固定轴转动的齿轮装置来进行、以及卷绕细铜线的难度。
在这个意义上，针的转动运动会发生在任何时间，而不管运动轴的线性位置如何。如先前所提到的，为了执行该独立运动，现有技术仅仅提出一种在轴线性运动时实现转矩传递的机械系统，如扭矩轴、齿轴、或多边形轴。
这样的解决方案产生作为卷绕或者滑动摩擦的摩擦，耗费维护成本和时间，形成代价高昂的系统。
因此，如在前面提到的技术所能够看出的，目前的技术无法实现线圈定子卷绕系统的简化、快速和精确的工作。
发明内容
鉴于上述内容，本文中描述的线圈定子卷绕系统的目的在于改进线圈卷绕操作并且便利和简化维护。
因此，本发明涉及一种线圈卷绕系统，其包括针的转动元件和安装在其上的头部，针的转动元件包括布置为使头部直线运动和转动运动的运动轴，其中针的转动元件还包括集成到运动轴的用于使头部转动的电磁元件。
此外，集成到运动轴的用于使头部转动的电磁元件优选是旋转电机的定子和旋转电机的转子，其中旋转电机的转子包括安装在运动轴内部的永磁体，并且旋转电机的定子安装在运动轴外部。
根据本发明的线圈卷绕系统包括整个系统的主运动轴，并且运动轴是主轴或者其延续部分。
特别地，头部包括可移动的针和针的直线运动元件，还包括用于可移动的针的直线运动的驱动机构，优选是适配在运动轴一端的伺服电机。
此外，头部还包括电动机、齿轮和抽拉件。在该布置中，电动机使齿轮运动，齿轮使抽拉件运动，并且抽拉件的运动产生可移动的针在直线方向上的运动，可移动的针的运动在直线方向上是统一且相同的。
优选地，待卷绕在线圈上的铜线被引导通过运动轴的中心，并且在到达头部之前远离头部转向，
最后，线圈卷绕系统还包括长齿轮和布置为测量运动轴的转动运动的测量传感器。
附图说明
图1a示出在第一直线运动阶段期间的通常用于定子卷绕的系统和方法。
图1b示出在第一转动运动阶段期间的通常用于定子卷绕的系统和方法。
图1c图示出在第一转动运动阶段期间的通常用于定子卷绕的系统和方法。
图1d图示出在第二直线运动阶段期间的通常用于定子卷绕的系统和方法。
图1e图示出在第二转动运动阶段期间的通常用于定子卷绕的系统和方法。
图1f示出在第二转动运动阶段期间的通常用于定子卷绕的系统和方法。
图2示出根据本发明的一个优选布置的线圈卷绕系统的立体图。
图3图示根据本发明的一个优选布置的线圈卷绕系统的转动元件的立体图。
图4示出根据本发明的一个优选布置的线圈卷绕系统的转动元件的横截面视图。
图5图示出安装在根据本发明的一个优选布置的线圈卷绕系统的转动元件上的头部的立体图。
图6示出安装在根据本发明的一个优选布置的线圈卷绕系统的转动元件上的头部的横截面视图。
图7图示出突出显示了安装在根据本发明的一个优选布置的线圈卷绕系统的转动元件上的头部的横截面视图。
图8示出根据本发明的一个优选布置的头部的前视图。
图9示出根据本发明的一个优选布置的头部的立体图。
图10示出根据本发明的一个优选布置的头部的针的直线运动元件的立体图。
图11图示出根据本发明的一个优选布置的头部的针的直线运动元件的立体图，其突出显示了铜线的位置。
图12示出根据本发明的一个优选布置的头部的针的直线运动元件的前视图。
具体实施方式
图1a到1f图示出通常用于定子卷绕的系统和方法。在该技术中，通常使用由位于头部上的针来定向的铜线，该针执行直线运动和转动运动。
因此，铜线的线圈卷绕系统在制造定子的四个阶段中进行两种不同的运动。
在图1a和1d中能够看出第一运动，即直线运动(L1、L2)，而在图1b、1c、1e和1f中能够看出第二运动，即转动运动(R1和R2)。
因此，如图1a到1f所示，在线圈定子的卷绕期间，系统进行第一直线运动(L1)，使线在定子槽内通过，然后进行第一转动运动(R1)，使铜线有效地卷绕在定子槽后部上。
在第一转动运动(R1)之后进行第二直线运动(L2)和第二转动运动(R2)，使得针和线返回到原始位置，以开始新的卷绕运动。
在各运动之后，特定量的铜线将被卷绕在槽中，然后系统将移动以在另一个槽中进行卷绕。
在这个意义上，图2至图11图示出根据本发明的一个优选布置的线圈定子卷绕系统。
如能够在图2中看出的，在本发明的一个优选布置中，线圈定子卷绕系统(5)包括头部(4)，所述头部包括可移动的针(4b)并且除了针的转动元件之外还包括针的直线运动元件(4a)，所述针的转动元件包括旋转电机的定子(1)并且除了运动轴(2a)之外还包括旋转电机的转子(2b)。
优选地，规定所提出的系统的主运动轴是运动轴(2a)或者其延续部分，并且所述系统包括针的转动元件在主轴内的部分和在主轴之外的部分。
换言之，优选使旋转电机的转子磁体(2b)位于线圈卷绕系统的主转动轴内部并且使定子位于主轴之外的部分中。因此，设置有集成到线圈卷绕系统的主运动轴用于使头部(4)转动的电磁元件(4)，从而无需使用机械元件来实现转动运动，减少(或者甚至完全消除)这些点处的摩擦。
另外，如能够在图3到6中看出的，针的转动元件优选还包括转动位置测量系统，所述系统包括长齿轮(3a)和测量传感器(3b)。在该布置中，长齿轮(3a)和测量传感器(3b)布置为测量针的转动运动。
优选地，长齿轮(3a)固定在运动轴(2a)上，它们一起运动。测量传感器(3b)不运动，并且因此布置为测量齿轮(3a)的齿的转动而不管整个系统的线性位置如何。
因此，长齿轮(3a)必须具有最小的长度，其中在第一直线运动(L1)之后以及在第二直线运动(L2)之后，测量传感器(3b)能够在两个位置中检测长齿轮(3a)的位置。
系统还可以包括引导主轴的引导件(9a、9b)，使得针的转动元件能够直线运动和转动运动。
图3和4图示出根据这样的布置的针的转动元件，而图5和6图示出头部(4)在针的转动元件上的位置。
图7到9依次示出如之前所解释的铜线(17a)在头部(4)以及头部元件(4)上的运动，其使可移动的针(4b)运动。
卷绕头(4)的功能是将铜线(17a)均匀地分布在正在被制造的定子(5)的槽中，从而阻止铜线(17a)在槽的单一位置中缠结。因此，在本发明的一个优选布置中设置有电动机(10)，其使齿轮(12)运动，所述齿轮随之利用其齿(19)使抽拉件(13a、13b、13c)运动。抽拉件(13a、13b、13c)的该运动产生了针(14a、14b、14c)在直线方向(16a、16b、16c)上的运动。显然，在这种情况下，规定针(14a、14b、14c)在直线方向(16a、16b、16c)上的运动是统一和相同的。
在此，需要强调的是，本领域技术人员明显会想到，尽管该具体布置使得机构能够得到简化，产生了具有仅仅两个可运动部分(即，齿轮(12)和抽拉件(13a、13b、13c))的运动元件，但是能够对运动元件进行多种改动和修改，而所述改动不脱离本发明的范围。
因此，还可以简化抽拉件(13a、13b、13c)的引导件并且使用抽拉件(13a、13b、13c)本身作为上引导件和下引导件，即，一个抽拉件(13a、13b、13c)在另一个之上滑动，而在它们之间没有任何固定元件。
如能够在图7中看出的，本文中还规定，铜线(17a)被引导通过主轴中心并且在到达头部(4)之前远离头部(4)转向，而不是通过其中心。
利用该实施例，铜线以90度转向至可移动的针(2b)导致大大增加的运动空间，并且铜线的方向半径可以高很多。这降低了该转向所需的强度，减小了正被卷绕的铜线的拉伸，从而减小了电机绕组在卷绕期间的欧姆电阻。
另外，远离中心的铜线(17a)使得能够使用不同的转动驱动机构。因此，可以使用安装在头部内与头部联合运动的电子控制式电动机，例如伺服电机，并且在转动时使可移动的针(4b)直线运动。
因此，驱动器不必与主轴运动脱离，并且能够使用简单的机构来使可移动的针(4b)运动。这还允许对头部(4)的构造进行改动，并且这些各种不同的头部(4)构造能够容易地适配于用于制造线圈的、可移动的针(4b)的直线运动的驱动机构。
此外，虽然使用了包括三个抽拉件(13a、13b、13c)和三个针(14a、14b、14c)的优选的描述性示例，但是抽拉件(13a、13b、13c)和针(14a、14b、14c)的数量可以从一个变化到待制造的槽的数量，并且针(14a、14b、14c)之间的角度(18)可以从1度变化到180度，所述角度只由槽的厚度(最小角度)和槽间距(最大角度)限定。显然，包括这些针的头部(4)能够批量制造，或者专门针对特定定子(5)的构造来构造，只要其能够容易地改动即可。
因此，线圈卷绕系统包括针的转动元件和安装在其上的头部(4)，针的转动元件包括布置为使头部(4)直线运动和转动运动的运动轴(2a)。针的转动元件还包括集成到运动轴(2a)的、头部(4)的电磁转动元件。
优选地，集成到运动轴(2a)的、头部(4)的电磁转动元件是旋转电机的定子(1)和旋转电机的转子(2b)，并且旋转电机的转子(2b)包括安装在运动轴(2a)内部的永磁体，并且旋转电机的定子(1)安装在运动轴(2a)外部。
此外，在本发明的优选布置中，运动轴(2a)是线圈卷绕系统的主运动轴或者其延续部分。
特别地，头部(4)包括可移动的针(4b)并且除了用于可移动的针(4b)的直线运动的驱动机构之外还包括针的直线运动元件(4a)。用于可移动的针(4b)的直线运动的驱动机构优选是适配在运动轴(2a)一端的伺服电机。
此外，头部(4)包括电动机(10)、齿轮(12)和抽拉件(13a、13b、13c)。在该布置中，电动机(10)使齿轮(12)运动，齿轮(12)使抽拉件(13a、13b、13c)运动，并且抽拉件(13a、13b、13c)的运动产生可移动的针(4a、14a、14b、14c)在直线方向(16a、16b、16c)上的运动，可移动的针(4a、14a、14b、14c)的运动在直线方向(16a、16b、16c)上是统一且相同的。
优选地，待卷绕在线圈周围的铜线(17a)被引导通过运动轴(2a)的中心，并且在到达头部(4)之前远离头部(4)转向，并且线圈卷绕系统还包括长齿轮(3a)和布置为测量运动轴(2a)的转动运动的测量传感器(3b)。
鉴于上述内容，线圈定子卷绕系统包括三种不同的运动以制造线圈定子，即主轴(7)的直线运动、针的转动运动(8)以及可移动的针(14a、14b、14c)在直线方向(16a、16b、16c)上的运动。
主轴(7)的直线运动可以通过多种原理来执行，并且能够提出的一个示例是执行转动运动(6)的曲轴，该转动运动被转换成主轴(7)的直线运动。能够提出的其他非排他性示例是凸轮、具有斜轴或盘的电动机、步进电机等。优选地，规定主轴是运动轴(2a)或者在直线运动元件之后的其延续部分。
针的转动运动(8)可以并且应该发生在任何时间，而不管运动轴(2a)的线性位置如何。如先前所解释的，为了执行该独立运动，现有技术仅仅提出一种在轴线性运动时实现转矩传递的机械系统，如扭矩轴、齿轴、或多边形轴。这些解决方案产生作为卷绕或者滑动摩擦的摩擦，其耗费维护成本和时间，形成代价高昂的系统。
当使用本发明中描述的、其中针的电磁转动元件适配于主轴的系统时，两种运动的机械耦合得以避免，并且转子获得在定子磁场内作径向和直线运动的自由。
这导致更大的灵活性和自动化的设备，这是由于系统具有可电子编程的转动角度而非如现有技术中的机械固定的角度；并且所述系统由于不存在机械耦合所以惯性减小从而更快，由于其消除了机械部件的设置从而具有更高精度，由于不存在磨损和摩擦所以更不易磨损和损耗并且不需要常存的润滑剂，并且还具有较低的成本和维护需求。
虽然已经宽泛地描述了本发明，但是对于本领域技术人员而言会显而易见的是，能够引入多种改动和修改，而所述改动不脱离本发明的范围。

Claims (12)

1.一种线圈卷绕系统，其特征在于，其包括针的转动元件和安装在其上的头部(4)，所述针的转动元件包括布置为使所述头部(4)直线运动和转动运动的运动轴(2a)，其中所述针的转动元件还包括集成到所述运动轴(2a)的用于使所述头部(4)转动的电磁元件。
2.如权利要求1所述的线圈卷绕系统，其特征在于，集成到所述运动轴(2a)的、所述头部(4)的电磁转动元件是旋转电机的定子(1)和旋转电机的转子(2b)。
3.如权利要求2所述的线圈卷绕系统，其特征在于，所述旋转电机的转子(2b)包括安装在所述运动轴(2a)内部的永磁体。
4.如权利要求2或3所述的线圈卷绕系统，其特征在于，所述旋转电机的定子(1)安装在所述运动轴(2a)外部。
5.如权利要求1到4中任一项所述的线圈卷绕系统，其特征在于，所述运动轴(2a)是所述线圈卷绕系统的主运动轴或者其延续部分。
6.如权利要求1到5中任一项所述的线圈卷绕系统，其特征在于，所述头部(4)包括可移动的针(4b)和针的直线运动元件(4a)。
7.如权利要求6所述的线圈卷绕系统，其特征在于，其包括用于所述可移动的针(4b)的直线运动的驱动机构。
8.如权利要求7所述的线圈卷绕系统，其特征在于，所述用于所述可移动的针(4b)的直线运动的驱动机构是适配在所述运动轴(2a)一端的伺服电机。
9.如权利要求1到8中任一项所述的线圈卷绕系统，其特征在于，其还包括长齿轮(3a)和布置为测量所述运动轴(2a)的转动运动的测量传感器(3b)。
10.如权利要求1到9中任一项所述的线圈卷绕系统，其特征在于，所述头部(4)包括电动机(10)、齿轮(12)和抽拉件(13a、13b、13c)，其中所述电动机(10)使所述齿轮(12)运动，所述齿轮(12)使所述抽拉件(13a、13b、13c)运动，并且所述抽拉件(13a、13b、13c)的运动产生可移动的针(4a、14a、14b、14c)在直线方向(16a、16b、16c)上的运动。
11.如权利要求10所述的线圈卷绕系统，其特征在于，可移动的针(4b、14a、14b、14c)在所述直线方向(16a、16b、16c)上的运动是统一且相同的。
12.如权利要求1到11中任一项所述的线圈卷绕系统，其特征在于，其包括卷绕在所述线圈周围的铜线(17a)，其中所述铜线(17a)被引导通过所述运动轴(2a)的中心，并且在到达所述头部(4)之前远离所述头部(4)转向。
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