CN117356017A - 制造用于电动机的定子的方法和相应的用于电动机的定子 - Google Patents

Abstract

用于制造用于电动机的定子的方法，所述定子包括定子主体(10)，所述定子主体包括多个定子齿，所述多个定子齿围绕公共中心轴线(Y)径向布置并且在所述多个定子齿之间限定多个区段(3)，一个或多个导线(14)的绕组(4)插入所述多个区段中，所述方法包括以下步骤：‑提供两个夹具(2、2’)，每个夹具具有内圆周和一系列齿(21、21')，所述内圆周在所述夹具(2、2')内限定圆形开口(20'、20”)，所述一系列齿在所述圆形开口(20、20”)内朝向公共中心轴线(Y)伸出，所述齿在它们之间限定一系列狭缝(22'、22”)；‑同轴地布置所述两个夹具(2、2')，所述两个夹具(2、2')沿着相同的共同中心轴线(Y)居中并且沿着所述中心轴线(Y)间隔开；‑在所述夹具(2、2')的所述齿(21、21')之间缠绕或插入多个导线(14)，以便形成多个绕组(4)，例如每个绕组(4)的所述导线(14)占据两个夹具(2、2')的多个所述狭缝(22'、22”)，所述绕组(4)包括在所述两个夹具(2、2')之间延伸的线性线部分(4a、4b)；‑从内部将多个第一定子部(6)插入在所述线性线部分(4a、4b)之间；‑从外部将与所述第一定子部(6)互补的多个第二定子部(7)插入在所述线性线部分(4a、4b)之间，使得所述第一定子部(6)和所述第二定子部(7)的结合形成定子主体(10)。

Description

制造用于电动机的定子的方法和相应的用于电动机的定子

技术领域

本发明的目的是一种用于制造用于电动机的定子的方法，以及根据这种方法制造的用于电动机的定子。

背景技术

众所周知，电动机的定子通常是圆柱形的，并且包括由定子齿形成的多个定子极，定子齿沿着圆柱的内圆周布置并且朝向公共中心轴线伸出。

导线的一个或多个线圈(也称为绕组)放置在定子齿之间，并且更确切地说，放置在由相同定子齿之间的空间构成的区段中。

在定子中，存在集中式绕组和分布式绕组，在集中式绕组中，导线缠绕在单个定子齿上，在分布式绕组中，导线缠绕在两个或更多个齿上。本发明特别涉及分布式绕组定子的制造。

在已知技术中，为了制造分布式绕组定子，定子的圆柱形主体通过首先组装齿以及在定子主体的外侧上的一个或多个导线绕组来制造，然后将导线绕组插入到已经形成的圆柱形主体的齿之间的区段中。

根据专利申请PCT/IB2021/057982，以申请人的名义，已知在将绕组的线性线部分插入正在形成的定子的圆柱形主体的齿之间的区段之前，执行对绕组的线性线部分进行压制和/或渗碳(以期望的顺序)的步骤。

这使得必须在两个相邻齿的齿端部(在技术领域中称为“极靴”)之间具有限定槽开口的开口，该开口足以执行绕组的插入。

噪声现象随着极靴之间的距离增加或随着槽开口增加而增加，特别是转矩脉动现象(也称为扭矩波动和齿槽效应)，从而导致性能下降并增加振动和噪声，因此这是可以改进的已知技术的一个方面。

在这种类型的定子中也期望改善区段的填充因子，即能够将更多数量的导线或相同数量的更大直径的导线插入同一区段中，因为这将改善电动机的性能。填充因子被定义为由定子槽内的导线占据的横截面的面积相对于定子槽中可用的总面积(总是在横截面中考虑)之间的比率。

此外，这些已知类型的定子的限制在于以下事实：在将绕组插入定子之后，构成绕组的各个环被布置成使得一些环总是朝向定子的中心定位，而其他环总是朝向定子的外部定位，并且这涉及马达的泄漏电流的增加，并且因此导致马达本身的效率的下降。

还希望能够以相同的性能使定子的轴向体积最小化，以便相对于当前可用的电动机实现更紧凑和更轻的电动机。

发明内容

本发明的任务是提供一种用于制造用于电动机的定子的方法，该方法在上述一个或多个方面中克服了缺点并且超过了已知技术的限制。

为了实现该任务，本发明的目的是实现一种用于制造定子的方法，该方法允许实现用于电动机的定子，该定子改善了电动机的性能，特别是在效率和/或性能和/或振动和/或噪声方面。

本发明的另一个目的是实现一种用于制造定子的方法，该方法允许改善定子内部的区段的填充因子。

本发明的另一个目的是实现一种用于制造定子的方法，该方法允许减小转矩脉动(扭矩波动和齿槽效应)现象。

本发明的另一个目的是实现一种用于制造定子的方法，该方法相对于已知技术易于制造并且经济上方便。

通过根据权利要求1所述的用于制造用于电动机的定子的方法来实现上述任务以及所提到的目的和在下文中将变得更清楚的其他目的，所述定子包括定子主体，所述定子主体又包括多个定子齿，所述多个定子齿围绕公共中心轴线径向布置，并且在所述多个定子齿之间限定了一个或多个导线绕组至少部分地插入其中的区段。

特别地，该方法提供了具有两个夹具，每个夹具具有限定夹具内部的圆形开口的内圆周和沿着内圆周布置并在圆形开口内部朝向公共中心轴线Y伸出的一系列齿。齿在它们之间限定了一系列狭缝，用于容纳绕组部分。

两个夹具同轴地布置，并以共同的中心轴线Y为中心且沿着中心轴线Y在高度上间隔开。夹具在中心轴线Y上的间隔等于线圈的高度，在这个意义上它对应于绕组的直部分的长度。

多个导线绕组布置在夹具的齿之间，例如每个绕组的导线占据两个夹具的多个狭缝。绕组包括在两个夹具之间延伸的线性线部分，优选地是被压制和渗碳的线性部分。

一旦制成定子骨架，其中两个夹具支撑绕组，例如相应的线性部分平行于中心轴线Y延伸，在夹具的狭缝之间，定子的精加工通过封装绕组的线性部分来进行，如现在将解释的。

因此，多个第一定子部从内部插入在线性线部分之间。

与第一定子部互补的多个第二定子部从外部插入在线性线部分之间，例如所述第一定子部和第二定子部的接合形成定子主体，该定子主体包括在所述第一定子部和第二定子部之间限定的分离的区段内的线性线部分。

出于本发明的目的，无论第一或第二定子部首先插入在夹具之间延伸的绕组的线性部分之间是无关紧要的。该方法可以通过从沿径向方向从内侧朝向外侧插入第一定子部开始，然后沿径向方向从外侧朝向内侧插入第二定子部来实现，反之亦然。

这使得诸如绕组的线性部分保持封装在第一定子部和第二定子部之间，如将描述的，第一定子部和第二定子部被接合，例如焊接。

本发明的第二方面涉及一种用所描述的方法直接形成的定子。

申请人进行的模拟表明，与用填充齿之间的区段的传统方法获得的具有相同特性的定子相比，用本文描述的方法获得的定子在宽的转速范围内涉及更低的生产成本，并且具有更高的效率和减小的扭矩波动现象。

附图说明

通过对用于制造定子的方法的优选但非排他的实施例的描述，进一步的特征和优点将变得更清楚，所述实施例借助于附图通过示例而非限制的方式被描绘，在附图中：

图1a是示出根据本发明的方法的主要步骤的流程图；

图1是在根据本发明的方法中使用的两个夹具的透视图；

图2、图3和图4以透视图示出了在根据本发明的方法的可能实施例中，在图1的用于制造绕组的夹具上的线的缠绕阶段的相继步骤；

图5是图4的图像的沿着平行于夹具中的一个的平面的截面图；

图6示出了第一定子部的插入阶段的结束；

图7是图6的图像的沿着平行于夹具中的一个的平面的截面图；

图8示出了第二定子部的插入阶段的结束，并且因此示出了所形成的定子主体的插入阶段的结束；

图9是图8的图像的沿着平行于夹具中的一个的平面的截面图；

图10是卷绕机的可能实施例的侧视图；

图11是图10的机器的平面细节；

图12、图13和图14是图10的机器的截面细节；

图15和图16是根据本发明的卷绕工具的第一实施例的分解图；

图17和18是卷绕工具在相继步骤中的透视图；

图19是卷绕工具的侧视图；

图20、图21和图22是图19的卷绕工具沿不同平面的截面图；

图23是在该方法的绕组制造步骤中制造的绕组的透视图；

图24是在绕组制造步骤中制造的多个绕组的透视图；

图25是在该方法的压制和/或渗碳步骤期间的压制和渗碳装置的透视图；

图26和图27是图25的设备在压制和/或渗碳步骤的相继时间的竖直视图；

图28和图29是根据本发明的卷绕工具的第二可能实施方案的一部分的透视图；

图30a、图30b和图30c是不同可能类型的线圈的环的截面图；

图31a、图31b和图31c是根据可选解决方案的不同类型的线圈的环的截面图；

图32是卷绕工具的第二可能实施方案的细节的透视图；

图33是图32的卷绕工具的前视图；

图34是图32的卷绕工具的侧视图；

图35是图32的卷绕工具的俯视平面图；

图36和图37是描绘对容纳在图32的缠绕工具上的绕组执行的热处理过程的两个相继步骤的透视图；

图38和图39是描绘对容纳在图32的卷绕工具上的绕组执行的压制过程的两个相继步骤的透视图；

图40是图39的顶部局部剖视图；

图41和图42是示出通过间距校正装置进行间距校正步骤的制造顺序的透视图；

图43是适于制造定子的部件的可能的冲裁布局的平面图；

图44是设置有根据本发明的定子的马达与设置有通过传统线圈插入技术获得的定子的相同马达相比的效率相对于转速(以转数表示)的比较图；

图45是设置有根据本发明的定子的电机与设置有通过传统线圈插入技术获得的定子的相同电机相比的转矩脉动现象相对于转速(以转数表示)的比较图。

具体实施方式

在其基本方面，该方法包括如图1a的流程图所示的以下步骤：绕组制作步骤A、可选的压制和/或渗碳步骤B、将绕组容纳在夹具上的步骤C、组装步骤D。

参考所提到的附图，该方法旨在制造用于电动机的定子，特别是包括定子主体10的一类型的分布式绕组定子，定子主体10又包括围绕公共中心轴线Y径向布置的多个定子齿，定子齿朝向该中心轴线Y伸出。这样的齿在它们之间限定多个区段3(即，界定绕组4的线性部分4a、4b的空间)，导线14的一个或多个绕组4至少部分地插入其中，如图7-9中可见。

更详细地，如已知的，绕组4的纵向范围的大致直的部分4a、4b，即导(导电)线14的纵向范围的大致直的部分4a、4b，此后称为“线性部分”4a、4b，容纳在区段3中。

该方法包括以下将在下面详细描述的步骤：布置两个设置有内齿21、21'的夹具2、2'，内齿21、21'同轴对准并且在高度上彼此间隔开(图1)(步骤A)；在夹具2、2'的齿21、21'之间缠绕多根导线14，以便形成多个绕组4(图2-4)，或者将绕组4布置在缠绕工具上并将它们相继地定位在夹具2、2'上(步骤C)；以期望的顺序，从内部插入多个第一定子部6，并且从外部插入与第一定子部6互补的多个第二定子部7，以便封装线性部分4a、4b并形成成品的定子主体10(图5-9)(步骤D)。

更详细地，为了实现该方法，需要提供两个夹具2、2'(即，适于用作基准并将导线14保持在适当位置的适当形状的元件)，例如图1中所示的那些。优选地，这些夹具2、2'在平面图中基本上成形为类似于圆形冠部，但是外轮廓的形状可以根据要求而变化。

夹具2、2'中的每一个界定内圆周，所述内圆周限定夹具2、2'自身内部的圆形开口20'、20”；一系列齿21、21'朝向共同的中心轴线Y径向伸出，使得齿21、21'沿着这样的内圆周布置。

换句话说，这种齿21、21'在圆形开口20'、20"内部朝向公共中心轴线Y伸出，并且在它们之间限定一系列槽或凹部或狭缝22'、22"。

在实践中，这些槽22'、22"被构造成在形状和位置方面基本上对应于待制造的定子的定子主体10的三个区段3(即，容纳导线的定子齿之间的空间)。

该方法提供了将两个夹具2、2'同轴地、沿着相同的公共中心轴线Y居中且沿着该中心轴线Y在高度上间隔开布置，在实践中，类似于理想圆柱体的两个基部。

因此，继续进行在夹具2、2'的齿21、21'之间缠绕多个导线14的步骤A，以便形成多个绕组4(即，导线14的线圈)。这些导线14被缠绕，使得每个绕组4的导线14占据两个夹具2、2'的多个槽22'、22”。因此，如此形成的绕组4包括线性线部分4a、4b，线性线部分4a、4b在两个夹具2、2'之间平行于中心轴线Y延伸，并且在顶部和下方通过非线性线部分42连接。因此，线性线部分4a、4b以对应于槽22'、22”的间距的规则间距围绕中心轴线Y并平行于轴线Y周向地布置。

优选地，在该步骤中，使每个绕组4包括彼此平行并通过非线性部分42连接的第一线性部分4a和第二线性部分4b，第一线性部分4a和第二线性部分4b各自插入每个夹具2、2'的不同狭缝22'、22”中。

优选地，每个绕组4由多根导线14形成。

通常，每个线圈由一根或两根或更多根平行的线14制成，以便获得绕组4，绕组4例如由以下组成：仅由一根线14制成的一百个环，或由两根平行的线制成的五十个环，或由十根平行的线14制成的十个环等。

显然，每个环平行缠绕的线14的数量、层数和每层线14的数量可以变化并且根据项目要求进行选择。

甚至更详细地，一般而言：

-每个环可以由1、2、n层形成；

-每层可以由1、2、n根线14形成。

一层的线的数量可以等于或不同于相继层的线的数量。

参考图12至图22，作为将导线14直接缠绕在夹具2、2'上的替代，制造绕组4的步骤A可以通过将一根或多根导线14缠绕在缠绕工具20X上来执行，以便形成包括至少一个线性部分4a、4b的至少一个绕组4，其中每个线性部分4a、4b又包括多个单独的线的线性部分并且旨在插入到上述槽22'、22”中的一个中。

在这种情况下，步骤A之后是容纳绕组4的步骤C，在图1a中示意性地描绘，在该步骤C期间，在绕组4已经从缠绕工具20X抽出之后，绕组4的线性部分4a、4b被插入到槽22’、22”中。

图12至图22详细示出了适于制造绕组4的缠绕工具20X。

显然，每个环平行缠绕的导线14的数量(以及因此线张紧装置203的数量)、层数(以及因此线引导管204中的管道251的数量)和每层导线14的数量可以根据项目要求而变化和选择。

取决于实施方式选择，仅一个绕组4(如图23所示)或一系列的多个绕组4(如图24所示)可以缠绕在缠绕工具20X上。

缠绕用一根或两根或更多根平行的线执行，以便获得绕组4，绕组4例如由以下组成：仅由一根线14制成的一百个环，或由两根平行的线制成的五十个环，或由十根平行的线14制成的十个环等。

卷绕工具20X优选地包括多个可移动壁22，所述多个可移动壁22包括在锚固壁23和可移除拆卸壁24之间。

锚固壁23被构造成可操作地联接到卷绕心轴244，以便驱动可移动壁22的旋转，并且为此目的可选地包括用于钩挂到心轴25的套筒。

可移除拆卸壁24可以与锚固壁23分离，以释放可移动壁22并允许缠绕的绕组4移位。

可移动壁22形成一个或多个绕组室，导线14缠绕在绕组室内以形成绕组4。

更详细地，在所描绘的优选实施例中，锚固壁23还包括线夹具26，线夹具26被构造成将进入的导线14(其已经以适当的构造被布置)夹紧到绕组。

方便地，锚固壁23还设置有定心销27以使可移动壁22定心，该定心销朝向可移动壁24伸出并接合由中心孔28形成的通道，中心孔28在每个可移动壁22的中心处获得。

用于将钩壁24钩接到可移除壁24的钩端271存在于定心销27的端部处。

有利地，钩壁23还设置有多个(在所描绘的示例中为四个)轴向定位销231，轴向定位销231也朝向可移除壁24伸出，并且其具有在卷绕期间通过占据在可移动壁22中获得的相应定位孔29来保持可移动壁22的适当轴向位置的任务，以便确保卷绕室的适当尺寸。

从图中可以看出，轴向定位销231由多个纵向部分形成，这些纵向部分的直径不同且朝向可移除壁24减小，并且定位孔29在每个可移动壁22中具有不同的直径，并朝向可移除壁24减小，以使每个可移动壁22被锁定在轴向定位销231的相应纵向部分上。

因此，可移动壁22在(制造绕组4的)卷绕步骤期间确保轴向尺寸(由壁22的厚度和壁22本身之间的距离确定)，但是可以在压制步骤期间在压力机的推力下彼此靠近地移动，这将在下文中描述。这种轴向尺寸通过机械参考元件291方便地确保，机械参考元件291确保工艺的可重复性和压制的绕组(即线圈4)的最终尺寸的一致性。在实践中，卷绕工具20X被配置成使得可移动壁22在压力的作用下可以彼此靠近地移动直到由用作限制抵靠部的机械参考元件291限定的距离。

缠绕工具20X中的可移动壁22的数量由待系列制造的绕组4的数量(等于每个电极以及因此每个区段3的绕组数量)+1来确定；因此，通过公式Np＝nm+1来确定，其中Np是可移动壁22的数量，nm是绕组的数量。实际上，nm的绕组是将是单独电极的一部分的绕组。

可移动壁22在平面中，在竖直截面和水平截面上基本上都是矩形的。优选地，可移动壁22在伸出到卷绕工具20X外部的侧面上设置有操纵座249。

在优选实施例中，每个可移动壁22由中心支撑件221、固定到中心支撑件221的两侧的两个卷绕颊板222形成，在这种情况下，在卷绕颊板222中获得操纵座249。实际上，在这些实施例中，绕组室被限定在绕组颊板222之间。

优选地，在中心支撑件221和绕组颊板222之间插入热绝缘体，以限制热渗碳处理期间的热损失，这将在下面描述。

可移除拆卸壁24在其可以与固定壁分离以允许拉出可移动壁22的意义上是可移除的。

在优选实施例中，可移除壁24还设置有相应的线夹261，线夹261被构造成夹持从线圈出来的线14，从而保持它们以适当的构造布置。

然后，可移除壁24包括用于直接或间接联接到锚固壁23的联接装置241，例如锚固壁23的定心销27的钩挂端271钩挂在该联接装置241中。

优选地，可移除壁24还包括适于被抓持或钩住以允许其移动的夹持元件242。

在优选实施例中，卷绕工具20X包括联接到可移除壁24的多个角元件245，角元件245可以在相应的适当倾斜的引导件246上滑动。这种引导件246从可移除壁朝向锚固壁23延伸，并且优选地延伸到锚固壁23。角元件在缠绕期间用作导线14的抵接部。

优选地，拐角元件245为至少四个，每个拐角一个。

由于沿着引导件246的这种细节，在从钩壁拉出可移除壁24期间，角元件245朝向缠绕工具20X的中心滑动(如图9和图10所示)，以便松开形成绕组4的线14，从而允许在没有刮擦的情况下移除绕组4，从而防止损坏线14。

在可能的方法中，在绕组制作步骤A期间，将具有相对于主导线的截面更小的截面的互补导线添加到导线14，导线14可定义为主线；互补导线占据主并排导线14之间的自由空间。

优选地，该方法还包括使导线14绝缘的步骤。电绝缘层；

-在压制和/或渗碳步骤B之后，至少施加在绕组4的线性部分4a、4b上，无论何时提供(下文描述)，

或

-在将第一定子部6和第二定子部7插入绕组4的线性部分4a、4b之间之前施加在第一定子部6和第二定子部7之间，以便封装它们。

优选地，制造绕组4的步骤A通过在缠绕工具20X上制造一系列绕组4，通过确保保持绕组4的线性部分4a、4b与相继的绕组4的线性部分4a、4b间隔开预定的间距距离来实现。

在这种情况下，在将绕组4容纳在夹具2、2'的槽22'、22”之间之前，该方法提供：

-使一系列绕组4与间距校正装置机械地相互作用，例如图41和42中所示的间距校正装置，例如设置有可通过致动器移动的钳子，并且被构造成在必要时校正不同绕组的线性部分4a、4b之间的间距，以使其对应于夹具2、2'的槽22'、22”之间的间距；

-通过钳子使绕组4移位，以便保持线性部分4a、4b之间的间距恒定；

-使用钳子将线性部分4a、4b插入夹具2、2'的狭缝22'、22”之间。

每当绕组4形成在缠绕工具20X上时，在步骤A之后，提供将绕组的线性部分4a、4b容纳到夹具2、2'的槽22'、22”中的步骤C。该步骤用钳子和致动器实现，钳子和致动器从缠绕工具中抽出绕组4，并且在不改变线性部分4a、4b之间的间距的情况下，提供将线性部分4a、4b插入夹具2、2'的槽22'、22”中。

图10示出了卷绕机200的可能实施例，借助于该卷绕机200将导线14缠绕在图12至图22中所示的缠绕工具20X上。卷绕机200设置有支撑结构201，该支撑结构201支撑：

-多个线张紧装置203(已知类型)，用于张紧待缠绕的导线14，

-线引导装置206，其设置有线引导管204并且可沿着线引导件205(优选地由杆组成)移动，

-卷绕心轴244，其由马达214旋转并且适于旋转先前描述的卷绕工具20X，在实践中联接到套筒以钩挂到心轴25。

因此，这种卷绕机器200可以被配置为操作缠绕配置，其中待缠绕的导线14是张紧的并且朝向线引导装置206从线张紧装置203出来，线引导装置206在其旋转期间将导线14朝向缠绕工具20X引导。

可选地，卷绕机器200还包括尾座215，尾座215与心轴244同轴地定位并且适于联接到卷绕工具20X的可移除壁24。

图11详细地示出了线引导装置206，线引导装置206包括基座217，线导引元件216(优选地成对的轮)固定在基座217上并且将导线14引导到线引导管204中，线引导管204放置在基座217的面向缠绕工具20X的端部处。

在图12和图13中描绘了上卷构件218的细节，上卷构件218优选地存在于卷绕机器200中并且与心轴244同轴地定位，其中从线引导管204出来的线14在卷绕在卷绕工具20X上之前以环的形式对准。

图14示出了线引导管204的一部分，该线引导管204由多个区段组成，这些区段限定了用于导线14的多个单独的管道251，例如旨在形成环的层的导线14在每个管道251中保持就位。在所描绘的示例中存在三个管道251，并且导线以5-4-5的顺序布置在三个层上(第一层上有五根导线，第二层上有四根导线，第三层上有五根导线)，每个环总共有十四根导线平行，其中每根导线14来自图10中可见的十四个线张紧装置203中的一个并由其管理。

可选地，在形成绕组4的步骤A之后并且在步骤C之前，可以执行压制和/或渗碳步骤B，如图1a中示意性所示，其中绕组4的线性线部分4a、4b被压制和/或经受热渗碳处理，以便将各个线性线部分4a、4b彼此压紧。这是一个步骤，在该步骤期间，绕组4的线性部分4a、4b中的至少一个以期望的顺序或同时经受压制步骤，或者经受热渗碳处理，或者经受压制步骤和热渗碳处理两者，以便根据在形成绕组4的步骤A期间实现的有序布置来压实所述单独的线性线部分。

有利地，经受压制和渗碳的绕组4的线性部分的导线14保持聚集，它们不会分离并且它们不会相对于彼此移位。该细节允许将线圈制成并保持在可能的最佳几何构造中，以便针对待填充的槽22'、22'的每个尺寸最大化填充因子，并且避免在绕组4的移动期间磨损。

优选地，步骤B持续15秒至2分钟。

在可能的方法中，在压制和/或渗碳步骤B中，通过在绕组4的线性部分之间插入一个或多个加热元件来执行热渗碳处理，以便将它们加热到预定的渗碳温度，通常在170-210℃的范围内。

在可能的方法中，在渗碳和压制步骤B中，通过保持绕组4容纳在卷绕工具上，借助于在移除加热元件之后插入绕组4的所述线性部分4a、4b之间的压制装置来压制线性部分4a、4b。

图25至图27示出了可用于实现具有上述特征的绕组4的压制和/或渗碳装置300的示例。

在所示的示例中，装置300执行压制和渗碳两者，并且包括壳体座301和一个或多个施压元件30，壳体座301被配置为容纳卷绕工具20X，一个或多个施压元件30被配置为在卷绕在卷绕工具20X上的绕组4的至少一个线性部分4a、4b上施加压力。

优选地，存在两个施压元件30，它们同轴地定位在壳体座的相对侧上，并且一个施压元件在另一个施压元件的方向上施加压力，优选地在水平方向上施加压力，以便按压每个绕组的两个相对的线性部分4a、4b中的每一个。

施压元件30设置有至少一个加热装置31(优选地包括一个或多个电感器)，该至少一个加热装置31被构造成在所述施压之前、之后或期间加热线性部分4a、4b，以便在绕组4被缠绕在缠绕工具20X上时进行热渗碳处理。

施压元件30通过施压运动系统304启动，在所描绘的实施例中，施压运动系统304包括活塞和与其同轴的弹簧。

在一些实施例中，加热装置31包括在施压元件30中或联接到施压元件30，更确切地说，加热装置31包括在施压元件30的头部32中或联接到施压元件30，头部32构成施压元件30本身的端部并且在施压期间与线性部分4a、4b接触。

方便地，加热装置31的数量等于可移动壁2的数量。

可选地，压制和/或渗碳装置300包括热探针34和/或高温计35，优选地联接到施压元件30，以便允许通过控制加热元件31的控制系统对渗碳处理进行反馈控制。

更详细地，压制和/或渗碳装置300在壳体座301处包括固定支座311，卷绕工具20X倾斜在固定支座311上。这种固定支座311具有由绝热材料制成的倾斜平面，卷绕工具20X倾斜在该倾斜平面上以限制热损失。

优选地，压制和/或渗碳装置300还包括施压头302，该施压头302相对于施压元件30正交地移动，在所描绘的示例中竖直地移动，以便相对于施压元件30在正交方向上压缩卷绕工具(并因此压缩绕组4)，从而使可移动壁22移动得更近，以便进一步压紧绕组4的线性部分4a、4b，并使用机械参考元件291作为参考来确定其厚度，该机械参考元件291用作限制支座。在实践中，施压头320抵靠固定支座311而压缩卷绕工具20X(并且因此压缩绕组4)。

因此，在优选实施例中，每个绕组4的线性部分4a、4b在彼此正交的方向上受到两个压力，如图27所示。方便地，只有绕组4的线性部分4a、4b被压制并经受热处理，而非线性部分(即，绕组4的连接线性部分4a、4b的部分，其主要是弯曲的并形成绕组4的头部)不被处理，以便能够在连续的步骤中容易地使它们成形。

一旦达到预定渗碳温度(这取决于所使用的线14的特性)，施压元件30以及可能的竖直施压机320将压力保持冷却所需的时间，这由冷却装置(未示出)辅助，以便将线性部分4a、4b稳定在最终尺寸。

在图中所示的示例中，施加的压力在140-300巴的范围内，并且加热元件31达到的温度在170-210℃的范围内。步骤B的持续时间为15秒至2分钟。

可选地，压制和/或渗碳装置300包括装载滑动件330，该装载滑动件330被配置为将具有绕组4的卷绕工具20X带入壳体座301中并将其放置在固定支座311上。如图25所示，装载滑动件可以沿着水平轨道331滑动，并且设置有可垂直移动并适于升高卷绕工具20X的平台。

有利地，压制和/或渗碳步骤B符合绕组4的线性部分4a、4b的尺寸并使绕组4的线性部分4a、4b的尺寸可重复，并且通过使填充因子最大化来压紧它们。此外，如此处理的线性部分4a、4b在它们之间固化，使得线14的布置在整个过程期间保持不变；线以有序的、可重复的矩阵配置布置和保持，并且不以随意的顺序分组，因为它们保持在初始缠绕期间给出的顺序。

在所描述的示例中，绕组4的线性部分4a、4b首先经受压制，然后经受渗碳，但是通常该方法可以通过执行压制或渗碳，或者以所描述的顺序执行压制和渗碳，或者以所描述的顺序的反序执行压制和渗碳，或者甚至通过同时执行压制和渗碳来进行。

在压制和/或渗碳步骤B之后，当绕组4已经在线性部分4a、4b中冷却并因此凝固时，绕组本身从缠绕工具20X拆卸。通过借助于用于钩挂到心轴25的套筒和/或夹持元件242支撑卷绕工具20X，联接装置241被解锁(气动地)。

因此，线夹26、261例如通过两个外部控制器打开，以释放进出线圈的线14。此时，引导卷绕工具的可移除壁24的操纵器(未示出)开始轴向移动远离锚固壁23。在该移动的第一步骤期间，在相应的引导件246上滑动的角元件245开始朝向缠绕工具20X的中心移动，以便松开线并允许绕组的拆卸。

因此，引导可移除壁24的操纵器继续轴向移动远离锚固壁23，并且第二操纵器借助于操纵座249取出可移动壁22并移动它们，直到将它们从锚固壁24拉出(将它们从销27、231拉出)。

此时，一个或多个绕组4例如借助于移动系统从卷绕工具20X移除。

在图28和图29所示的卷绕机200的替代实施例中，包括缠绕工具20X'的另一实施例，使用线引导装置150代替图11的具有单个线引导管204的线引导装置206，线引导装置150自动允许通过受控轴来管理进入的线14的各个层之间的距离。

该线引导装置150包括轴向引导件151，多个线引导管152以受控的方式并且彼此独立地沿着该轴向引导件151滑动。

轴向引导件151又沿着垂直引导件153滑动，例如线引导管152可沿着至少两个轴线移动。

每个线引导管152被一层线14穿过并且实际上引导一层线14。

在各种缠绕步骤期间，线引导管152可以彼此靠近地移动直到使线的各个层接触，或者可以彼此远离地移动，使得每层独立地并且在与其他层不同的时间进入线圈。

这使得可以将每个层独立于其他层而放置在卷绕工具20X'上，以防止它们彼此相撞。

当需要时，线引导管152再次彼此靠近地移动，以利于需要线14都彼此靠近的操作。

可选地，在该实施例中，卷绕工具20X'通过卷绕心轴244'旋转，卷绕心轴244'与马达组件157成一体，马达组件157固定到可沿着轨道159(引导件或轨道等)移动的托架158。

图30a、图30b、图30c示出了利用本文所述的卷绕工具的第一实施例和第二实施例两者而获得的环的三个不同示例，其中：

-在图30a中，每个环S1、S2由两层形成：五根线的第一层和四根线的第二层；

-在图30b中，每个环S1'、S2'由两层形成，两层均为五根线；

-在图30C中，每个环S1”、S2”由三层形成：五根线的第一层、四根线的第二层和五根线的第三层。

从上述附图中还可以注意到，圆形线倾向于留下自由空间；为了克服这个问题，可以借助于图31a、图31b、图31c中描绘的可选解决方案。

根据该可选且有利的解决方案，在绕组制作步骤A期间，并且更确切地说，在缠绕期间，将较小部分141的互补导线添加到每个环S1、S2，该互补导线占据了与较大部分的导线14相切的空间(即，上述较大部分的导线14之间的自由空间)。这样，在缠绕步骤中，每个环S1、S2将由彼此交替的不同截面的线的层形成，这些线的层一旦缠绕就允许实现甚至更大的填充因子。

图32至图40涉及缠绕工具20X'的第二实施例，并且示出了具有正在形成的一个或多个绕组4的工具20X'。

特别地，卷绕工具20X'包括支撑框架21x、22x，支撑框架21x、22x支撑四个系列的角元件23x。每个系列的角元件23x基本上沿着理想平行六面体的边缘布置，并且其中每个系列的角元件23x彼此间隔开，以便限定一系列绕组室24'(图34和图35)以容纳形成绕组14的导线。卷绕工具20X'的允许以期望的间距将期望数量的角元件23x安装到相应的引导件231上的这种配置允许制造具有期望数量的线性部分4a、4b并且具有线性部分4a、4b之间的期望的间距距离的绕组4。

参考图36和图37，加热装置30包括一个或多个加热元件31，优选地通过感应。这些加热元件31被成形和布置成插入绕组4的线性部分4a、4b之间，与其接触或相邻。由于线性部分4a、4b保持自由的事实，可以在绕组4仍然容纳在缠绕工具20X'上的同时执行该操作。

因此，这些加热元件31具有基本上等于待加热的线性部分4a、4b的纵向范围的纵向范围。

应当注意，在所描绘的实施例中，加热元件31基本上形成彼此平行的元件梳。

在实践中，加热元件31插入绕组的线性部分4a、4b之间，以便将它们加热到渗碳温度。

因此，有时间移除加热元件31并在它们的位置插入通过利用材料的热惯性来按压线圈的压制装置300。

在所描绘的实施例中，参考图38和图39，压制装置300包括板301，适于与待压制的线性部分4a、4b接触的一系列倾斜平面303与板301组合。

有利地，板301插入到位于线性部分4a、4b的相对侧上的互补相对板302中，或者无论如何机械地联接到互补相对板302，该互补相对板302实际上用作抵接元件。

板301通过推力装置(未示出)推靠在相对板302上。倾斜平面303被配置成使得板301朝向相对板302的移动通过直接机械相互作用促使绕组的线性部分4a、4b的压实。

因此，通过利用推力装置的力和适当制成的倾斜平面303将线圈的线性部分4a、4b压紧到期望的尺寸。

这些渗碳和压制操作可以在卷绕工具20X'的两侧交替地或同时地进行，这取决于生产期间工厂所需的循环时间。

方便地，仅绕组4的线性部分4a、4b被压制和/或经受热处理，而非线性部分(即，绕组4的连接线性部分4a、4b的部分，其主要是弯曲的并形成绕组4的头部)保持未处理，以便能够在相继的步骤中容易地使它们成形。

在可选的压制和/或渗碳步骤B之后，当绕组4已经在线性部分4a、4b中冷却并因此凝固时，可以从缠绕工具20X、20X'移除绕组4。

可选地，参考图41和图42，当在绕组制作步骤中，在相同的缠绕工具20X、20X'上制作一系列的多个绕组4，例如绕组4的线性部分4a、4b与相继的绕组4的线性部分间隔开预定的间距距离时，校正绕组之间的间距的步骤在夹具2、2'上的容纳步骤之前执行，并且包括以下步骤：

-使一系列绕组4与间距校正装置50机械地相互作用，间距校正装置50被配置为校正不同绕组4的线性部分4a、4b之间的间距，为此目的，绕组被取出并带入间距校正装置50中，

-借助于钳子51使绕组4移位，钳子51被构造成保持绕组4的线性部分4a、4b之间的所述间距。

更详细地，间距校正装置50包括一系列彼此平行的纵向座55，在纵向座55内插入限定在彼此平行的纵向块56内的绕组的线性部分4a、4b。

一旦线性部分4a、4b插入纵向座55中，它们之间的距离以及因此线性部分4a、4b之间的间距可以通过借助于调节元件58(例如螺钉等)改变纵向块56之间的距离来调节。

还存在附加的调节元件57(例如螺钉)，以在调节期间紧固狭缝并紧固线性部分4a、4b。

可选地，在间距校正过程期间，可以引入绝缘纸59，绝缘纸59保护相同的绕组4免受定子1内部、绕组4内部(优选地围绕线性部分4a、4b)的损坏。

此时，绕组4准备好通过移动设备(未示出)定位在夹具2、2'上，如前所述并如图2至图5所示，该移动设备包括上述钳子51和根据要求选择的已知类型的其他装置(例如臂、运动链等)。

参考图6至图9，根据本发明的方法提供了组装步骤D，该组装步骤D包括从内部(即，从中心轴线Y朝向外部)将多个第一定子部6插入在线性线部分4a、4b之间。

在优选实施例中，这样的第一定子部6包括扩大端部61，扩大端部61在插入之后保持在线性线部分4a、4b和中心轴线Y之间的定子主体10内。扩大端部61的接合限定了定子10的圆柱形内表面。

在实践中，这些扩大端部形成定子的“极靴”，如图9中可见。

然后，第一定子部6具有插入在线性线部分4a、4b之间的径向延伸部分62。

在插入第一定子部6之后(或替代地，在插入第一定子部6之前)，与第一定子部6互补的多个第二定子部7从外部(因此在中心轴线Y的方向上)插入在线性线部分4a、4b之间。

优选地，第二定子部7基本上是楔形的，并且更详细地，包括扩大基部71，该扩大基部71在插入之后保持在线性线部分4a、4b的外部，从而有助于形成定子主体10的圆柱形外表面。

第一部分6和第二部分7交替地插入，诸如每个第二部分7至少部分地与相邻的第一部分6匹配，诸如这种第一定子部6和第二定子部7的接合形成单个定子主体10，该单个定子主体10包括在单独的区段3内的线性线部分4a、4b，该单独的区段3限定在上述的第一定子部6和第二定子部7之间(如图8和图9所示)。在实践中，第一定子部6和第二定子部7在成品定子主体10中形成定子齿。

优选地，所有第一部分6首先插入并且相继插入所有第二部分7，但是定子部分6、7可以根据设计决定以任何顺序插入：它们可以一次插入一个，或者首先同时插入所有第一区段6，然后同时插入所有第二区段(反之亦然)，或者交替地插入。

定子部分6、7的插入利用适当的工业操纵器来执行。

部分6、7的形状不受约束：图中所示的形状实际上仅是示例。通常，它是楔形的，但是拐角和纵横比可以根据要求在不同的实施例之间变化。

此时，定子主体10可以被递送到已知类型的相继的处理步骤，其可以包括：压制和焊接定子主体10或将定子主体10直接插入到定子壳体中、结合绕组头(从区段3出来的导线14的非线性部分41和42)、成形和/或压制它们、浸渍定子主体等。

根据需要，可以在定子主体10的外径上制造特定的模板；例如，具有底切或基本上半圆形的凹口的腔。

优选地，在相继的步骤之前移除夹具2、2'。

在第一特定实施例中，在插入定子部分6、7之后，通过焊接工艺(优选地通过激光)将定子部分6、7彼此固定。

在另一个实施例中，定子部分6、7通过插入外环、并通过接合外环而机械地锁定就位。

还应当注意，由第一定子部6组成的齿61(“极靴”)的内扩大端部可以彼此靠近地移动直到最小的期望距离，以便使噪声现象(特别是扭矩波动和效率损失)最小化。

因此，有利地可以减少待组装的区段3的总数。

图43示出了就定子部分6、7的制造而言的可能的冲裁构造。每个定子部分6、7实际上通过堆叠适当数量的叠片6'、7'直到达到期望的定子高度来制成。

图43中所示的冲裁配置允许最小化处理浪费。通过将图43与整个圆形定子的可能模具进行比较，可以容易地理解这一点；在这种情况下，沿着外边缘(并且通常还在中心)的多余材料被丢弃。

此外，适于冲裁整个圆形定子的机器必须具有相当大的尺寸，以便“一次”执行操作。图43的冲裁布局的简单性相反意味着使用小尺寸的冲裁机。

这两个因素，即浪费的最小化和冲裁机的降级，因此导致总制造成本的优化。

因此，根据本发明的方法的第一优点在于其易于制造并且相对于已知技术具有经济竞争力。

根据本发明的方法的另一个优点在于，它改善了定子内部的区段的填充因子。

申请人已经计算出，在所有其他因素相等的情况下，根据本发明的方法允许将填充因子增加15％至30％之间的百分比值。

因此，在所有其他条件相同的情况下，特别是在效率、振动和噪声方面，利用本文所述的方法直接获得的定子构建的电动机允许相对于利用传统定子构建的电动机实现更好的性能。

下面的表1是申请人进行的模拟的结果：这是在电机转速为每分钟0-10000转的范围内两个具有相同特性的电机的效率的计算，一个电机称为DHD，其包含用本文描述的方法直接获得的定子，另一个电机称为标准插入电机，其包含用传统的插入导线绕组的方法获得的定子。

表1

表1示出了在表示电机的转数的三个值(以每分钟转数(RPM)测量，即3250RPM、7000RPM和10000RPM)下，DHD电动机提供了显著更高的效率，也考虑了-0.7％和+0.7％之间的不确定性。

事实上，在3250rpm下，DHD电动机的效率大于0.91％，在7000rpm下效率大于1.48％，并且在10000rpm下效率大于2.11％。图44是示出了包含在表1中的信息的图。

根据本发明的方法的另一个优点在于，它减少了定子中的转矩脉动(扭矩波动和齿槽效应)现象。下面的表2是申请人进行的模拟的结果：这是在电机转速为每分钟0-10000转的范围内两个具有相同特性的电机的转矩脉动的计算，一个电机称为DHD，其包含用本文描述的方法直接获得的定子，另一个电机称为标准插入电机，其包含用传统的插入导线绕组的方法获得的定子。

表2

表2示出了在表示电机的转数的两个值(以每分钟转数(RPM)测量，即3250RPM和10000RPM)下，DHD电机提供显著更小的扭矩波动，也考虑了-6％和+6％之间的不确定性。

事实上，在3250rpm下，以Nm测量的DHD电机的扭矩波动小于等于8.36％的百分比值，并且在10000rpm下，DHD电机的扭矩波动小于等于18.49％的百分比值。

图45是示出包含在表2中的信息的图。

Claims (15)

1.一种用于制造用于电动机的定子的方法，所述定子包括定子主体(10)，所述定子主体包括多个定子齿，所述多个定子齿围绕公共中心轴线(Y)径向布置并且在所述多个定子齿之间限定区段(3)，一个或多个导线(14)的绕组(4)至少部分地插入所述区段中，

其特征在于：

-提供两个夹具(2、2')，每个夹具具有内圆周和一系列齿(21、21')，所述内圆周在所述夹具(2、2')内限定圆形开口(20'、20”)，所述一系列齿(21、21')沿着所述内圆周布置并且在所述圆形开口(20、20”)内朝向公共中心轴线(Y)伸出，所述齿(21、21')在它们之间限定一系列狭缝(22’、22”)；

-将所述两个夹具(2、2')同轴的、以所述共同的中心轴线(Y)为中心并且沿着所述中心轴线(Y)间隔开的布置；

-在夹具(2、2')的齿(21、21')之间布置或形成多个导线(14)的绕组(4)，使得每个绕组(4)的导线(14)占据两个夹具(2、2')的多个所述槽(22'、22”)，所述绕组(4)包括在两个夹具(2、2')之间延伸的线性线部分(4a、4b)；

-从内部将多个第一定子部(6)插入在所述线性线部分(4a、4b)之间；

-从外部将与所述第一定子部(6)互补的多个第二定子部(7)插入在所述线性线部分(4a，4b)之间，使得所述第一定子部(6)和所述第二定子部(7)的结合形成定子主体(10)，所述定子主体(10)包括在单独的区段(3)内的所述线性线部分(4a，4b)，所述单独的区段(3)限定在所述第一定子部(6)和所述第二定子部(7)之间。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一定子部(6)包括扩大端部(61)和径向延伸部分(62)，所述扩大端部(61)在插入之后保持在所述定子主体(10)内部的线性线部分(4a、4b)和所述中心轴线(Y)之间，所述径向延伸部分(62)插入所述线性线部分(4a、4b)之间。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一定子部(6)的扩大端部(61)一起限定所述定子(10)的内圆柱形表面。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第二定子部(7)是大致楔形的并且包括扩大基部(71)，所述扩大基部(71)在插入之后保持在所述线性线部分(4a、4b)的外部，从而有助于形成所述定子主体(10)的外表面。

5.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其中，所述夹具(2、2')在平面图中基本上成形为类似于圆形冠部。

6.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其中，包括：

-通过焊接工艺、优选地通过激光将所述定子部分(6、7)彼此固定。

7.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其中，包括：

-利用外环将所述定子部分(6、7)机械地锁定就位。

8.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其中，在将所述绕组(4)的所述线性线部分(4a、4b)定位在所述夹具(2、2')上之前或在插入所述定子部分(6、7)之前执行对所述绕组(4)的所述线性线部分(4a、4b)进行压制和/或渗碳的步骤。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述线性线部分(4a、4b)的压制和渗碳都以期望的顺序或同时执行。

10.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其中，所述绕组(4)在缠绕工具(20X、20X')上制成以便随后从所述夹具(2、2')移除并定位在所述夹具(2、2')上，或者直接形成在所述夹具(2、2')上。

11.一种用于电动机的定子(10)，其通过根据前述权利要求1-10中任一项所述的方法直接获得。

12.一种用于电动机的定子(10)，包括围绕中心轴线(Y)延伸的主体和多个导线(14)的绕组(4)，每个绕组具有至少一个线性线部分(4a，4b)，其中线性线部分(4a，4b)平行于中心轴线(Y)布置并且围绕中心轴线(Y)以恒定间距周向分布，其中主体包括多个第一定子部(6)和多个第二定子部(7)，所述第一定子部(6)插入在所述线性线部分(4a，4b)之间，其沿与中心轴线(Y)相反的方向径向伸出，所述第二定子部(7)与第一定子部(6)互补，其插入在所述线性线部分(4a，4b)之间和所述第一定子部(6)之间，并朝向中心轴线(Y)径向伸出，其中，所述线性线部分(4a，4b)被封装在所述第一定子部(6)和所述第二定子部(7)之间。

13.根据权利要求12所述的定子(10)，其中，所述第一定子部(6)包括位于所述定子主体(10)的内圆周上的扩大端部(61)和插入在所述线性线部分(4a、4b)之间的径向延伸的楔形部分(62)。

14.根据权利要求12或13所述的定子(10)，其中，所述第二定子部(7)包括位于所述定子主体的外周上的扩大基部(71)和插入在所述线性线部分(4a、4b)和所述第一定子部(6)之间的径向延伸的楔形部分。

15.根据权利要求12-14中任一项所述的定子(10)，其中，所述第一定子部(6)被焊接到所述第二定子部(7)。