CN1331302C - 将电绕组机器卷绕到绕组架上的方法和装置及绕组和电机 - Google Patents

Abstract

在将至少一个电绕组机器卷绕到一个绕组架上的方法中，一根绕组绕线(13)按照具有不同线匝长度的多个线匝的方式被卷绕到该绕组架上，这些线匝彼此导电组装成单独的线圈。为了避免在绕组(12)外周范围里的电阻波动性，在把绕组绕线绕到绕组架上之前，改变绕组绕线的绕线横截面，从而所有绕制线圈的欧姆电阻几乎一样。本发明的装置具有两个沿绕组绕线彼此分隔开的且各有两个在绕组绕线的彼此相反侧面上压在绕组绕线上的辊的辊对，其中的至少一个辊被驱动，用于被驱动辊的驱动机构被如此调节，即在绕组绕线的连续延伸方向上排第二的辊对的被驱动辊在其作用于绕组绕线的作用点上具有比第一辊对的被驱动辊大的、为了预定拉伸绕组绕线而需要的圆周速度。

Description

将电绕组机器卷绕到绕组架上的方法和装置及绕组和电机

技术领域

本发明涉及尤其将至少一根电绕组机器卷绕到绕组架上的方法和装置，以及用于电机且尤其是直流电动机的绕组。

背景技术

在电动机中，尤其是在小型直流电动机中，这样的方法是电枢或转子的制造方法的一部分，其中，在由多个冲压的铁芯叠片制成的电枢体上卷绕有电枢绕组或转子绕组并且该绕组与换向器相连，该电枢体被拧装在具有换向器的电枢轴或转子轴上。但是，该方法也是用于无刷直流电动机的定子的制造方法的一部分，其中，预制而成的定子覆有定子绕组。

当按照不同的绕组图优选地将直流电动机的电枢绕组卷绕成叠绕组的形式时，绝缘的绕组绕线被层层卷绕到带槽的电枢体或铁芯叠片的轴向槽中，并且为了形成线圈，绕组绕线被挂到与铁芯叠片一起抗转动地安置在电枢轴上的换向器或集电环的换向钩中。这样的电枢绕组的例子还记载在A.摩尔的“永磁体励磁型小型电机”(Robert.Bosch公司，1987，第24-62页)中。在自动化机器制造中，绕组架(在这里是电枢)象从备用卷中连续抽出的绕组绕线那样被送往自动卷绕装置，自动卷绕装置按照所要求的绕组图将绕组绕线绕到电枢上。将绕组绕线绕到铁芯叠片的轴向槽中是由内到外进行的，其中，由于轴向槽的相互间距向外递增并且端部连接或线圈端部的长度由此增大，所以，这些线圈的绕组绕线长度是不一样的，就是说，多匝卷绕的内线圈具有比多匝卷绕的外线圈更短的总线长度。在总绕组叠片中产生了不同的线圈欧姆电阻，这些不同的电阻是在换向器的电阻链中与电枢转数、电阻波动性有关地产生的。电阻波动性尤其在转速低时对发动机输出力矩的力矩波动性产生不利影响。

发明内容

与之相比，本发明的将电绕组机器卷绕到绕组架上的方法的优点是，生产出无电阻波动性的绕组，因此，与由电机产生的力矩相关的电机电气质量得到改善。

为此，本发明提供一种将至少一个电绕组机器卷绕到一个绕组架上的方法，其中至少一根绕组绕线按照多个具有不同线匝长度的线匝方式被卷绕到该绕组架上，所述线匝彼此导电组装成单独的线圈，其特征是，在卷绕绕组绕线到绕组架上之前，改变绕组绕线的绕线横截面，从而所有绕制的线圈的欧姆电阻是一样的。

本发明的方法最好被用在直流电动机的绕组的制造中，但不局限于此。例如在具有永磁体转子的无刷直流电动机中，在定子绕组中出现了同样的绕组问题，这是因为，在这里，定子叠片中的轴向槽也从槽底面起被绕向槽开口，同时也在位于不同位置的线圈中产生了不同的绕组绕线长度。

根据本发明的一个优选实施形式，在卷绕过程中，在从备用卷中抽出的且横截面基本恒定的绕组绕线的延伸部中，事先确定的绕线段被拉伸既定长度。由于这种拉伸，绕组绕线的横截面缩小，结果，拉伸线段具有比原始状态下更高的单位长度电阻。在拉伸时，也同时补偿了绕组绕线批料中的绕组绕线横截面公差。

根据本发明的一个有利的实施例，所规定的绕线段被拉伸既定长度或被拉伸到预定长度是用彼此间隔的第一和第二辊对实现的，每个辊对各有至少一个被驱动的辊。在这里，每个辊对的辊沿径向完全相反地被压到绕组绕线上并且每个辊对中的被驱动的辊的驱动机构是如此调节的，即在绕组绕线的连续延伸方向上排第二的辊对中的被驱动的辊在其作用于绕组绕线的作用点上具有一个拉伸绕组绕线所需的、比第一辊对的被驱动的辊的圆周速度更高的圆周速度。

为了确定该绕组绕线的拉伸段及其拉伸长度，根据本发明的一个有利的实施例，在一个按传统方式即绕组绕线没有拉伸地卷绕的绕组架的绕组上，测量各线圈的电阻。按照要匹配的线圈电阻并结合一个线圈所需的总线长度来确定绕线横截面，其中，所测的线圈电阻中的最大值被认为是用于平衡线圈电阻的基准值。一个绕线段的拉伸直接在按照事先确定的、线圈各自所需的绕线段长度卷绕各线圈之前进行。

本发明还提供一种用于执行本发明方法的装置，其特征是，它具有至少一个用于抽出一根绕组绕线的备用卷、两个沿绕组绕线彼此分隔开的且各有两个在绕组绕线的彼此相反的侧面上压在绕组绕线上的辊的辊对，所述辊对中的至少一个辊被驱动，该装置还具有一个用于该被驱动的辊的驱动机构，如此调节该驱动机构，即在该绕组绕线的连续延伸方向上排第二的辊对的被驱动的辊在其作用于绕组绕线的作用点上具有比第一辊对的被驱动的辊大的、为了预定拉伸绕组绕线而需要的圆周速度。

本发明提供一种用于电机且尤其是直流电动机的绕组，该绕组具有多个由至少一个绕组绕线多匝绕成的线圈，其特征是，绕组绕线的横截面沿绕组绕线长度是变化的，从而所有线圈的欧姆电阻是一样的。

本发明再提供一种电机且尤其是直流电动机，其特征是，该电机具有一个定子和一个转子，定子和转子中的一个具有一个安放到间隔布置在外周面上的轴向槽里的、根据本发明的绕组。

附图说明

以下，结合附图所示的卷绕装置来详细描述本发明，其中：

图1是用于机器卷绕直流电动机的电枢的卷绕装置的示意图；

图2是直流电动机的未卷绕的电枢的透视图；

图3是直流电动机的已卷绕的电枢的侧视图；

图4是局部绕有绕组绕线的电机的定子的示意截面图；

图5示意表示根据另一实施例的用于机器卷绕一个绕组架的卷绕装置。

具体实施方式

在图1中用机械卷绕装置表示的、用于在电枢上卷绕电枢绕组12的方法是用机器完成的，它作为用于将普通电绕组绕到绕组架上的一个具体实施例，其中，一根绝缘的绕组绕线13被从备用卷14中连续抽出并被自动卷绕装置15卷绕到一个被送往自动卷绕装置的、且呈电枢11形式的绕组架上，由此形成具有预定排列形式的电枢绕组12。在图2的透视图中示出了直流电动机的无绕组电枢11。它具有一个成铁芯叠片形式的电枢体16，在该电枢体中冲压出多个轴向槽17。电枢体16抗转动地安放在电枢轴18上，该电枢轴抗转动地支撑着换向器19。换向器19具有多个按间距并列分布于换向器19四周的换向片20，在其朝向电枢体16的端部上各弯折出一个换向器钩或连接钩21以便与电枢绕组12连接。电枢11被连续地装入自动卷绕装置15中，该自动卷绕装置对每个电枢11来说以多层多圈的方式将绕组绕线13卷绕到电枢体16的轴向槽17中，直到电枢绕组12按照所需的绕组排列形式布置。在这里，这些轴向槽17从内到外地被卷绕并且多个线匝通过一个绕组绕线环被挂入换向器19的连接钩21之一中被组合成单独的线圈。这些线环随后例如在一个热压过程(热定线)中与换向片20导电连接。

通过使这些轴向槽17从槽底面171起朝着槽开口172向外增大地弯曲，绕制这些线圈需要不同的绕线长度，这是由靠外线圈比靠内线圈更大的线圈节距和由此所需的更大的线圈边(即所谓的线圈端部)端面连接的长度决定的。由于绕组绕线13的线直径或者绕线横截面基本是恒定的，所以，按不同的总线长度绕制的线圈具有不同的欧姆电阻，这不利地影响到直流电动机的力矩波动性。利用在此提出的方法，如此卷绕电枢绕组12，即所有线圈具有几乎一样的欧姆电阻。为此，在卷绕绕组绕线13之前，在对应于不同线圈的总线长度的线段中的线横截面或者线直径是变化的，从而所有线段几乎有一样的欧姆电阻。为此，绕组绕线13最好在既定的线段中被拉伸一定量或者拉伸到一定长度，结果，所有经过处理的且其拉伸长度分别对应于一个线圈的总线长度的线段具有相同的欧姆电阻。

为了进行这样的拉伸，从备用卷14中抽出的绕组绕线13在两个彼此间隔开的辊对的辊22-25之间经过。每个辊对的辊22、23或者24、25沿径向完全相对地被压到绕组绕线13上。每个辊对的一个辊22或者24被一个电动机26或者27驱动，结果，通过在绕组绕线13的连续延伸方向上的并由辊22、23构成的第一辊对对绕组绕线13施加拉力，这造成从备用卷14里抽出绕组绕线。电动机26、27借助一控制装置28来控制。如果还要如此调节电动机26、27的转速，即在绕组绕线的连续延伸方向上的并由辊24、25构成的第二辊对的被驱动的辊24在其作用于绕组绕线13的作用点上具有比由辊22、23构成的第一辊对的被驱动的辊22更高的圆周速度，则在位于这两个辊对之间的线段上存在大许多的力，结果，线段被拉伸到预定长度并由此缩小了其横截面。在被驱动的辊22、24之间的圆周速度差异是如此调整的，即实现了所希望的且事先确定的在两个辊对之间经过的线段的拉伸。

不同线段的所需拉伸程度、其在绕组绕线13的延伸部中的位置和其拉伸长度有时是为了按照预定的绕组排列形式给预定的电枢11绕线而定的并作为固定的控制程序被存储在控制装置28里。上述参数的确立和固定这样完成，即在一个按照传统方式即无线段拉伸地绕制的电枢11中，测量电枢绕组的各线圈的欧姆电阻。在这里，这种测量在各自两个等间距布置在换向器19上的换向片20之间进行，其中该间距等于两个换向片20之间的距离，在电动机工作中，在所述换向片上同时发生电流换向。由于各线圈的总线长度是已知的，所以，可以从测定的线圈电阻中计算出拉伸量，以便相应于其它线圈电阻地增大各线圈的电阻。测量线圈电阻中的最大值作为用于均等所有线圈的电阻的基准值。

这样确定的参数被编程到控制装置28中，该控制装置通过在所需时刻相应控制电动机26、27来完成所需的线段拉伸。这种节拍即随后线段的拉伸总是在一个线圈的卷绕过程结束时进行，即在将绕组绕线环挂到换向器19的连接钩21中以后进行。如果从一开始就测量用上述方法卷绕的电枢11的线圈电阻并且在统计分析后修正这些参数，则还可以进一步优化用于线段拉伸的参数确定。为了批量生产，还可以将这些用于绕组绕线拉伸的参数定下来。

当制造电枢时，通常同时给电枢体16绕上两根从两个不同备用卷14中抽出的绕组绕线13。由于这些备用卷14可能来源于不同批号，所以经常出现线卷绕于备用卷上的绕组绕线的直径是不同的。因此，电动机26、27利用控制装置28对这两个绕组绕线进行控制，以便拉伸出具有相同的按照上述方式确定的参数的线段，这会导致欧姆电阻有误差的电枢绕组12。为了避免这一情况，在这里，如此在两个绕组路线中进行系统平衡，即在两个备用卷14上的绕组绕线13的线横截面尺寸被平衡。由此得到的线横截面差被处理成一个修正系数，利用修正系数来修正用于横截面较大的绕组绕线13的预定参数，结果，横截面较大的绕组绕线13在各自确定的线段中经受了比在另一绕组路线中的横截面较小的绕组绕线13略大的拉伸。这样，用这两个绕组绕线同时卷绕的单线圈又获得了相同的欧姆电阻。

当然，如果多于两根的绕组绕线13同时被卷绕到电枢体16上，则也可以采用这一方法。在这种情况下，发生了相对最小横截面的横截面平衡，并且通过由此得到的修正系数来修正具有较大线横截面的绕组绕线的各自确定的拉伸长度。

本发明的方法也能有利地被用于制造定子绕组12′，它等间距地布置在开设于呈定子30形式的绕组架的定子体29中的多个槽291里(图4)。这样一个如图4的横截面图示意所示的定子30例如被用在具有永磁体励磁转子的无刷式或者电子换向式直流电动机中。与在电枢中不同，在这里，槽291的平均间距在槽底面291a处大于在槽开口291b处，因此，当绕组绕线13的横截面在整个绕线长度范围里恒定时，被首先卷绕到槽底面291a上的那些线圈具有比最后卷绕的线圈大的电阻，在最后卷绕的线圈中，绕组绕线13贴在槽开口291b处。通过本发明的拉伸绕组绕线的各线段的方法，在这里，如上所述地也实现了在定子绕组12′中的所有欧姆电阻的几乎相等。

本发明的方法不局限于通过如上所述地拉伸绕组绕线的规定线段来改变绕组绕线的横截面。也可以使用具有不同直径的绕组绕线的多个绕线绕组并且该电枢绕组12或者定子绕组12′的靠内线圈和靠外线圈用这样的绕组绕线来卷绕，即它们是从不同的备用卷中抽出的。在图5中示出了用于执行该改动方法的卷绕装置。在例如三个备用卷31、32、33上存放着具有不同的线横截面的绝缘的绕组绕线131、132、133。这些绕组绕线131、132、133各借助一个包括两个在该绕组绕线13的径向相对侧上压下的辊的辊对34被从备用卷31、32、33中抽出并且被送往一个自动卷绕装置35。绕组架如电枢11或定子30被输送装置36送入自动卷绕装置35。在自动卷绕装置35里，绕组绕线13被如此绕入绕组架的槽中，即出现了具有预定排列形式的绕组。在这里，被层层卷绕到槽中的线圈是用横截面不同的绕组绕线131、132、132卷绕而成的，因而，尽管有不同的绕组绕线长度，所有线圈仍具有几乎一样的欧姆电阻。由不同的绕组绕线131、132、133卷绕出的线圈在其线圈端部上彼此导电连接。

Claims (17)

1、一种将至少一个电绕组机器卷绕到一个绕组架上的方法，其中至少一根绕组绕线(13)按照多个具有不同线匝长度的线匝方式被卷绕到该绕组架上，所述线匝彼此导电组装成单独的线圈，其特征在于，在卷绕绕组绕线到绕组架上之前，改变绕组绕线(13)的绕线横截面，从而所有绕制的线圈的欧姆电阻是一样的。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在从备用卷(14)中抽出的且横截面恒定的绕组绕线(13)的延伸走势中，预先确定的绕线段被拉伸到预定长度或被拉伸了预定长度。

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述拉伸是利用彼此间隔开的并各有至少一个被驱动的辊(22，24)的第一辊对(22，23)和第二棍对(24，25)完成的，其做法是，每个辊对的辊沿径向完全相反地被压在绕组绕线(13)上并且这样调整每个辊对的被驱动的辊(22，24)的驱动，即在绕组绕线(13)的连续延伸方向上排第二的第二辊对(24，25)的被驱动的辊(24)在其作用于绕组绕线(13)的作用点上具有比第一辊对(22，23)的被驱动的辊更高的、为完成绕组绕线(13)的预定拉伸所需的圆周速度。

4、如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，为了在一个绕组绕线(13)没有拉伸地绕制的绕组架的一绕组(12)上确定绕组绕线(13)的拉伸段及其各自的拉伸长度，测量各线圈的电阻并由此结合每个线圈的已知的总线长度来确定绕线横截面并由此又确定各绕线段的拉伸长度。

5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，所测的线圈电阻中的最大值被用作用于平衡所有线圈的欧姆电阻的基准值。

6、如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在绕线连续延伸过程中，一个绕线段的拉伸是在卷绕要用已拉伸的绕线段卷绕出各线圈之前进行的。

7、如权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，一个换向直流电动机的电枢(11)被用作所述绕组架，该电枢具有一个带有多个轴向槽(17)的电枢体(16)，绕组绕线(13)从槽底面开始被卷绕到所述电枢体(16)的所述轴向槽(17)中并且被挂在换向器(19)的连接钩(21)上。

8、如权利要求7所述的方法，其特征在于，通过换向片(20)来测量该绕组的所述线圈的欧姆电阻。

9、如权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，一个直流电动机的定子(30)被用作所述绕组架，该定子具有一个带有多个轴向槽(291)的定子体(29)，绕组绕线(13)从槽底面(291a)起朝向槽开口(291b)地被卷绕到所述定子体的所述轴向槽(291)中。

10、如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在同时卷绕至少两个从不同的备用卷(14)里抽出的绕组绕线(13)到绕组架上时，按照小的线横截面来平衡绕组绕线(13)的线横截面并且利用由此得到的横截面差来推导出修正系数，利用该修正系数来修正当时有较大的线横截面的绕组绕线(13)的规定的拉伸长度。

11、如权利要求1所述的方法，其特征在于，设置具有不同绕线横截面的多个绕组绕线(13)的备用卷(31，32，33)，绕组的各线圈是用从不同的备用卷(31，32，33)中抽出的绕组绕线(131，132，133)绕制而成的。

12、一种用于执行如权利要求1至10之一所述方法的装置，其特征在于，它具有至少一个用于抽出一根绕组绕线(13)的备用卷(14)、两个沿绕组绕线(13)彼此分隔开的且各有两个在绕组绕线(13)的彼此相反的侧面上压在绕组绕线上的辊的辊对(22，23；24，25)，所述辊对中的至少一个辊(22，24)被驱动，该装置还具有一个用于该被驱动的辊(22，24)的驱动机构，如此调节该驱动机构，即在该绕组绕线(13)的连续延伸方向上排第二的第二辊对(24，25)的被驱动的辊(24)在其作用于绕组绕线(13)的作用点上具有比第一辊对(22，23)的被驱动的辊(22)大的、为了预定拉伸绕组绕线(13)而需要的圆周速度。

13、如权利要求12所述的装置，其特征在于，设有一个在绕组绕线连续延伸方向上位于第一和第二辊对(22-25)之后的自动卷绕装置(15)，该自动卷绕装置将绕组绕线(13)卷绕到绕组架上。

14、一种用于电机的绕组，该绕组具有多个由至少一个绕组绕线(13)多匝绕成的线圈，其特征在于，绕组绕线(13)的横截面沿绕组绕线长度是变化的，从而所有线圈的欧姆电阻是一样的。

15、如权利要求14所述的绕组，其特征在于，绕组绕线(13)的横截面沿绕组绕线长度被缩小。

16、如权利要求14所述的绕组，其特征在于，各线圈由单独的绕组绕线(131，132，133)卷绕而成，在所述线圈中的所述绕组绕线(131，132，133)的横截面是不同的。

17、一种电机，其特征在于，该电机具有一个定子(30)和一个转子，所述定子和所述转子中的一个具有一个安放到间隔布置在外周面上的轴向槽(17；291)里的、如权利要求14至16之一所述的绕组(12；12′)。

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