CN1262805A - 电机绕组的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种制备电机绕组的方法,所述电机的定子和/或转子的磁芯(20)上设有槽(24,25),绕组线圈(2;5;15;17)装在槽内。根据本发明,绕组线圈(2)由绕线绕制,并大致定形成最终形状,线圈边(15,17)的截面对应槽(24,25)中为线圈留出的空间。将绕组线圈(15,17)在磁芯上的槽(24,25)中安装就位。

Description

电机绕组的制备方法

本发明涉及如权利要求1前序部分中所述的一种电机绕组的制备方法。

在电机中，绕组直接安装在定子和/或转子上，或安装在定子和/或转子的铁磁体部分上。在后一种情况中，绕组装在磁性的叠片铁芯上的槽中，或者绕在从定子/转子架伸出的独立的极靴上。本发明涉及绕组装在槽中的电机的绕组的制备。更具体地说，本发明涉及具有开口槽的电机。

在小型的交流电机的定子中，使用了一种半封闭的槽，槽开口处的齿缘加宽，部分地盖住了槽，防止绕组移动。齿缘的设计也可以用来修正电机的某些特性，例如杂散电抗及控制气隙中的磁通量。然而，由于槽是半封闭的，在装入绕组时只能一次将一条或很少几条线放入槽很窄的开口。所以缠绕工作十分费力。因此，很难保持绕组的形状，在缠绕工作完成后，线圈需重新定形。

在有轴向气隙的电机中，电机里面的齿宽非常小，为绕组外伸所留下的空间非常有制。线圈不得不进行定形，使其能被放入预先设计好的位置，并且当绕组被装入的时候不损坏绝缘层。制备绕组需要几个步骤，这些步骤要尽可能自动化及简单化。

本发明的目的是开发一种新的电机绕组制备方法，能克服上述缺陷，尤其用于绕组装入开口槽中的情况。特别是，本发明的目的是提供一种用于有轴向气隙的电机的绕组制备方法。为实现上述目的，本发明的特征为权利要求1特征部分所描述的特征。按照该方法，绕组线圈是由绕线绕成，绕组线圈形成大致最终的形状，将绕组线圈放入磁芯的槽中就位。通过在宽度大致等于电机槽宽度的模具中缠绕绕组线圈，线圈边就已经有了其最终的形状，以备其能被置入槽。根据另一个实施例，绕好后的绕组横截面并不完全同槽相符，但可以采用一些方法来获得绕组的形状。例如，将其压入同槽一样形状的模子中，这样一来绕组就被绕成它们最终的形状。

按照一个实施例，绕组线圈的第一线圈边装入一个电机槽中，然后转动线圈，使另一个线圈边进入另一个电机槽。这样每个绕组线圈的第一线圈边进入槽的下部，另外一个线圈的线圈边放在它的上面，在两层绕组的情况下，线圈的第二线圈边会进入到另一个槽的上部，位于第三线圈边的上面。

根据本发明的一个优选实施例，在被置入槽以前，端绕组已经被制成它们最终形状。这使得当安装线圈时，不用转动端绕组，并且，端绕组已被弯曲，以使它们能平滑地同其它绕组交织在一起。

根据一个优选实施例，每个绕组线圈在被置入槽中时都是独立的线圈，放入槽中后，绕组线圈会被连接在一起，形成所需的绕组。作为单独的线圈，绕组线圈是较容易制造出来的，并且比互联的线圈更易且更快地成型并置入槽。绝缘层不易被损坏。这个方法特别适用于轴向电机，这种电机中的内圈上供绕组外伸的空间非常狭小。

根据可与前一个实施例替换的实施例，在线圈被置入槽前，两个或更多的线圈串联连接，并且串联的线圈的线的端头同其它串联线圈连接起来，形成所需的绕组。这样可以减少，在某些极端的情况下能不需要将线圈焊接起来的工作。这个实施例适合于电机有足够的空间容纳绕组的情况，或者端绕组处于槽两端形状相同，例如线性电机的应用场合。

在绕组线圈被放入槽后，最好用铁磁性的楔子插入槽上的沟槽而把槽封闭起来。线圈槽沿深度方向靠在楔子上，并且在安装楔子后无需其他专门措施。这种槽楔的使用还使气隙中磁通量不会产生谐波，所以大大减少了由于谐波而出现的震动及噪音。因为定子槽的数量通常是转子上磁铁数的倍数，所以，这对于有永磁体的同步电机是一个具有重要意义的特特征。因而，所有的磁铁位于相对定子槽的相同位置上，这样在槽开口/齿缘的对称分割出来的气隙中磁通密度的改变，会在所有磁铁上在同一时间及同一方向上产生轴向及切向的力。通过给槽楔一定的形状，可以影响到磁通量的控制，以及电机中震动及噪音的水平和杂散电抗。利用这种方法，可以获得电机气隙表面的磁特性，这些磁特性与半封闭槽中的磁特性相同。

在轴向或锥向电机中，在轴线旁的边缘上的槽比在较靠外的边缘上的槽彼此间要更近一些。在这种情况下，线圈最好在缠绕工作中已经定形，其中通过使靠近轴线的第一端绕组的长度短于远离轴线的第二端绕组，而使端绕组长度不同。

从属权利要求确定了其他的优选实施例。

下面通过附图详述本发明的内容，图中：

图1为一个绕组线圈；

图2a为沿图1的A-A线切开的绕组线圈横截面；

图2b为定形后的绕组线圈横截面；

图3a为未定形的绕组线圈的横截面，其第一线圈边在槽中；

图3b为装入槽中的定形后的绕组线圈横截面；

图4为从气隙方向看过去的槽楔；

图5为从气隙方向看过去的轴向电机的定子；

图6气隙扭矩的变化曲线。

制造电机绕组时，绕组线在绕线机(未标示出来)上被绕成具有如图1所示形状的绕组线圈2，其中线圈具有直线圈边4，此边会被置入电机的槽中。绕组线圈的截面至少在线圈边区域最好为长方形(如图2a)。线圈模子包含两个U形线架12和14，架的宽度与电机槽的宽度相同。可以用任何一种方法缠绕线圈，模子形状形成了线圈被放入槽的部分，即线圈边的正确形状。在缠绕工作过程中，模子线架的间距最好由电机中槽间距。在轴向电机中，模子线架也是相对倾斜，倾斜角度与用来放置线圈边的电机槽一样。因此，绕组线圈的第一端6有一个较小的弯曲半径，它在轴向电机中形成了内端绕组。相应地，绕组线圈的另一端8有个较大的弯曲半径，它在轴向电机中形成了外端绕组。在有平行槽的电机中，端绕组实质上是相同的。在一个缠绕在长方形模子上的线圈中，端绕组也具有长方形的横截面。绕组线圈也可被绕成圆环状或其他形状。一个象图1所示具有直的线圈边的形状，减少了以后过程中弯曲绕组线的需要，这样一来就降低了绝缘层被损坏的危险。

在被缠绕后，绕组线圈2是直的，在线圈模子线架12和14中的线圈边在槽的深度方向上是彼此平行的，换句话说，第一线圈边5和第二线圈边7从气隙方向即图2a的上或下看是对齐的。线圈模子可以作为定形工具，把线圈绕成安装到电机中的最终形状。模子的线架14向侧面转过一个小于90度的角度，同时保持该线架的姿态不变，即保持线圈边5的横截面的方向与线圈边7相同(图2b)。在轴向电机中，上面的线圈边同时倾斜一个与槽的倾斜角度相对应的角度。如果同时定形几个或全部电机线圈，上面的线架转过多个槽距，同时将线架14压向线架12的高度。如图所示，线圈边在水平方向并不完全是对齐的，线圈边5的下边缘处于线圈边7的上边缘的高度。线圈边会被放入电机不同的槽，线圈边7放入一个槽的底部，而另一个线圈边5被放入另一个槽中面对电机气隙的部分，认为电机的叠片铁芯放在图2b线圈的下面。

在绕组线圈被放入槽前，线圈边被绝缘槽内衬材料包起来，这是一种已知的被用在电机上的绝缘材料，如绝缘带。线圈边被放入凹槽，使第一线圈边进到一个槽的底部，而第二线圈边进入另一个槽，位于另一个线圈的线圈边的上面。当安装线圈时，端绕组用已知的绕组外伸绝缘材料进行绝缘。绕组用槽楔固定就位(图3b)，绕组线的端头相互连接起来，对应给定数量的极形成所需的绕组，即对应给定数量极的三相绕组。采用现有技术公知的合适的绕组外伸绝缘材料对端绕组进行绝缘处理。

虽然绕组线圈在上面被描述为独立的线圈，但在本发明的构思范围内，在缠绕工作过程中可以将几个线圈连接在一起，这样当线圈放置于电机时，线圈已经是互相连接在一起了。

图3a和3b示出了另一种线圈的定形。长方形截面的线圈的线圈边用绝缘槽内衬材料19进行绝缘。这些线圈边将线圈固定就位，并在放入过程中充分地保持其形状。第一线圈边17被放入槽24的底部。图中示出了部分定子的叠片铁芯20，以及在叠片铁芯上冲出的槽24和25，在槽间有齿22。定形工具装在线圈边15上，利用该工具，线圈边15侧向朝着定子叠片转动，使线圈边进入槽25。将线圈边下压一定的高度，在其下面留下一个空间，其高度相应于要放入该空间的另外一个线圈边的高度。按照电机结构，在槽24和25之间，可有一个或多个槽。在实际中，在其它线圈被放入槽底部之前弯曲此线圈是可行的，能保证在此线圈被弯曲形成其最终形状时内部不会产生张力。齿端冲有沟槽26，槽楔28插入沟槽26内，将绕组固定就位。装配定子芯前，在叠片上冲出定子槽中的沟槽以及定子槽。定子叠片可以用数种公知的方法制造出来，定子槽可以有不同形状或位于不同方向，如图5中例子所示。

槽楔28最好用铁磁性材料制造，使其也构成了磁路的一部分，控制气隙和齿端的磁通量。在其他方面，线圈外部绝缘及线圈导线间的连接按首先描述的实施例那样进行。齿也可以具有这样的形状：槽从一端到另一端有均匀的宽度，在齿端形成有凸肩。当线圈向气隙压槽楔时，槽楔被凸肩挡住。槽楔也可以用树脂粘住。

槽楔用一片铁磁性材料制成，也可用同叠片定子芯相同的材料制成。槽楔可以用例如激光切割或冲切的方法制造，槽楔被纵向弯曲以使槽楔的边缘可以被装入定子槽24的沟槽26中。槽楔的厚度是这样的，当被放入定子槽的沟槽中时，槽楔的外表面大致与叠片定子芯的气隙表面齐平。在槽楔的中央部分有一个冲压或激光切割的开口116，此开口为沿槽楔纵向的细长形状(图4)，所以槽楔可以被看做是两个平行杆118和120，其两端由两个板条112和124连接起来。杆118和120的尺寸使其可以将定子绕组充分牢固地固定就位，并且可以经受住线圈和磁铁施加给它们的应力。槽楔的磁特性用来控制气隙中磁通量的分布以最大限度地减小引起噪音和震动的谐波，同时将电机中的杂散电抗调节达到需要的大小。槽楔的板条122和124的主要作用是保持槽楔在安装及使用时的形状，并且在使用时饱和。考虑到槽楔的强度要求，如果有必要的话，可以在槽楔的两个端部板条之间设置中间板条，如图4中的虚线126所示。

槽楔由铁磁性材料制成，可以涂有，如，尼龙，也可以不涂。槽楔杆118和120以及端部板条122，124之间的结合部128为圆滑的，能容易地操纵和安装。

按照发明的实施例，槽楔的开口并不完全平行于槽楔的中心轴线而是稍微倾斜一点。所以槽楔杆的宽度沿着楔子的长度产生变化。图5示出了四种在带有轴向气隙的电机设置槽楔和槽的可选择的方案。定子从气隙中看去的轴线方向被图示出来。此图并不代表着电机的定子，而是槽及槽楔在电机半径方向位置关系的一个例子。在方案I中，槽24位于电机的半径方向，装在槽中槽楔28上的开口116也是径向分布。在方案II中，槽24相对于半径方向稍稍有些倾斜，槽楔开口比槽相对于半径方向倾斜得更大一些。在方案III中，槽倾斜状况同方案II，但槽楔开口在槽楔中央区域对称分布，所以槽楔相对径向与定子槽倾斜相同的角度。最后，在方案IV的情况下，定子槽位于半径方向，但槽楔开口是倾斜的，这时，槽的倾斜是由于槽楔及他们的开口造成的。

根据本本发明用槽楔封闭定子槽的效果由图6的曲线示出，虚线130代表在带有轴向气隙和永久磁铁的同步电机中，开口槽用传统的非磁性槽止动件封闭时，相应于两个齿距的距离上气隙扭矩的变化曲线。实线132代表同在同一个电机中，用根据本发明的槽楔封闭槽时的扭矩变化。比较两个曲线，可以看到谐波明显减少了，它意味着，噪音和震动的数值很低。

上面通过本发明的一个实施例对本发明进行了描述。但上述内容不应理解为构成对本发明保护范围的限制，本发明的实施例可以在由所附权利要求书限定的范围内进行变动。

Claims (13)

1.一种制备电机绕组的方法，所述电机的定子和/或转子的磁芯(20)上设有槽(24)，绕组线圈(2；5；15；17)装在槽内，其特征在于，

绕组线圈(2)由绕线绕制，

绕组线圈(2)大致定形成最终形状，

将绕组线圈(2；5；15；17)装在磁芯上设置的槽内。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过把线圈边(5，7)装进形状同槽类似的模子(14，15)中并转动模子使绕组的线圈边(5，7)位于大致对应槽的位置，来对各绕组线圈(2)进行定形。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，绕组线圈(2)的第一线圈边(17)装进一个电机槽(24)中，转动线圈，使另一个线圈边(15)进到另一个电机槽(25)中。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，第一线圈边(17)装入一个电机槽(24)的下部，第二线圈边(15)另一个电机槽(25)的上部。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，绕组线圈，包括端绕组，在被置入槽以前，被基本上制成最终形状。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个绕组线圈(2)在被置入槽(24，25)中时都是独立的线圈，放入槽(24，25)中后，绕组线圈被连接在一起，形成所需的绕组。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在线圈被置入槽(24，25)前，两个或更多的绕组线圈(2)串联连接，并且串联的线圈的线的端头同其它串联线圈连接起来，形成所需的绕组。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在绕组线圈(2；5；7；15；17)被放入槽后，用楔子(28)插入槽(24，25)的上部而把槽封闭起来。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，槽楔(28)用大致匀质的铁磁性材料制造，槽楔(28)固定在槽上沿纵向形成的沟槽内。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，槽楔(28)为细长的形状，在相对的两个长边上包括能装入槽(24)上沟槽(26)内的凸起。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，通过改变槽楔的尺寸，能够调整杂散电抗和/或气隙磁通的分布。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，固定定形后的绕组线圈，并缠以绝缘带。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，线圈的第一端绕组(6)比第二端绕组(8)短。

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