CN1407690A - 旋转磁场电机的电枢的卷绕方法及电枢 - Google Patents

Abstract

本发明公开了可提供高密度线圈线匝的电枢结构和方法，它们是以相对较低的成本实现高速卷绕的方法。此外，它们可以基本排除由于同线匝喷嘴接触而对已卷绕好的绕线造成损坏的可能性。在卷绕过程中并且当针不位于极齿之间的狭槽内时，这通过以离开极齿的不同的距离和方向移动卷绕针来实现，从而使绕线产生各种不同的松弛度。

Description

旋转磁场电机的电枢的卷绕方法及电枢

技术领域

本发明涉及用于旋转场电机的电枢的卷绕方法，尤其涉及这样一种卷绕方法，该方法使得可以获得更大的线圈密度，并且可以在卷绕操作的过程中避免卷绕针对绕线造成损坏的可能性，本发明还涉及一种改进的电枢结构。

背景技术

人们采用了各种方法来形成旋转电机(如电动机或发电机)的电枢的线圈线匝。一般来说，这些卷绕方法会使结构较复杂，以及导致一些不能获得最大线圈密度的结构。这些方法中的几种涉及使针在电枢的延伸铁芯之间的狭槽中穿过，然后使针在单个的铁芯的周围运动以形成线匝。由于针必须穿过铁芯之间的空隙，因此必须为它留出空间，这就会使线圈密度减小。

此外，针有可能会接触已经卷绕好的线圈并可能会损坏它们，尤其是可能会除去它们的绝缘层。这些不同的现有技术的方法在转让给本受让人的共同待审查申请中有十分详细的描述，该申请名为“用于旋转磁场电机的定子线圈结构及其制造方法”，申请号为“09/683764”，提出于2002年2月12日。

尽管上述待审查的申请中示出的结构和方法是很有效地实现了此处所举出的目的，但是相信还可以进行其它的改进。因此，本发明的主要目的是提供一种改进的卷绕方法，该方法可以实现上述共同待审查申请中所述的结果，同时，电枢的结构可以得到简化，并且改进了卷绕技术，从而避免了卷绕时对线圈可能造成的损害并且确保使线圈密度最大化。

本发明的另一个目的是提供一种改进的电枢结构，这种结构的电枢可以提供较密的线圈线匝，并且在若干层单独线匝之间具有保护层。

发明内容

本发明的第一个特征适于结合到旋转电机线圈的卷绕方法中。在这种方法中，设置了一个磁性材料的圆形铁芯，该铁芯具有多个磁极齿，这些磁极齿从圆形铁芯起径向延伸。每个磁性极齿形成了一个铁芯以及介于极齿之间的狭槽。每个狭槽形成了一个口部，该口部形成在铁芯的相邻外端部之间。该卷绕方法包括以下步骤：定位一个具有一开口的卷绕针，线圈线匝的绕线通过该开口可以进行一个口部的附近。针的开口可沿围绕一个极齿的路径移动，但不使针以任何显著距离移入狭槽内，从而形成一第一线匝。在随后的线圈的卷绕过程中，使针基本以圆形路径移动，该圆形路径的长度比线圈线匝的最终长度更长，从而在绕线的长度中提供一定的松驰度。

本发明的另一个特征也适于结合在旋转电机线圈的卷绕方法中。根据这种方法，还设置一个磁性材料的圆形铁芯，该铁芯带有多个从圆形铁芯径向延伸的磁极齿。每个磁极齿形成了一个铁芯以及形成在磁极齿之间的狭槽。该卷绕方法包括以下步骤：定位一个卷绕针，该卷绕针具有一个开口，用于线圈线匝的绕线通过该开口进入每个极齿的附近，并且使针沿着围绕极齿的一条路径移动，从而围绕极齿至少建立一第一线匝层。而后，在至少第一线匝层上设置一层薄的绝缘层并且在该绝缘层上卷绕另一线圈层。

本发明的另一个特征也适合于用于旋转电机的电枢的线圈线匝。该电枢包括一个磁性材料的圆形铁芯，该铁芯带有多个从圆形铁芯径向延伸出的磁极齿。在每个磁极齿上可以形成若干层线圈线匝。在相邻的线圈线匝之间至少设置一层薄的绝缘层。

附图说明

图1为根据本发明一实施例构成的旋转电机的剖视图。

图2为从一侧观察到的磁性铁芯的叠片结构的端视图。

图3为该铁芯的侧视图。

图4为从与图2中相反方向观察到的铁芯的端视图。

图5为部分与图2类似的一端视图，该图中示出了在适当部位带有绝缘体的结构，一部分绝缘体以阴影线表面，从而示出了如何构造绝缘体的侧部以协助卷绕操作。

图6为部分与图3类似的一侧视图，图中示出了在适当位置带有绝缘体的铁芯组件。

图7为部分与图4类似的端视图，该视图是从与图5相反的方向观察到的，其中示出了以阴影线表面的一部分绝缘体，从而示出了绝缘体的侧部是怎样逐渐变细的。

图8为本实施例的一个极齿的剖视图，其中去除了线圈线匝。

图9为沿图8中的箭头9的方向得到的局部端视图。

图10为沿与图8相同的平面截取的上部绕线管的剖视图。

图11为以与图9相同方向观察到的端视图。

图12a-12k为沿图8中的长度等间隔截取的一系列剖视图，从极齿的基部开始(左手侧)，并在其尖端处结束(右手侧)。

图13为示出了圆周变化的构件的结构是如何影响线匝周长的一个线图。

图14为部分与图5类似的视图，其中示出了卷绕针在卷绕操作过程中如何与极齿之间的狭槽相关联。

图15为示出了当卷绕一个线圈时针采取的路径的投影侧视图。

图16为沿与图15垂直的方向观察到的侧视图，其中示出了卷绕针的相同的移动路径。

图17为示出了卷绕针的路径的局部侧视图，并且图中示出了松驰度是如何通过沿与机器旋转轴线平行的方向移动针而引入的。

图18为图17中示出的结构的侧视图，其中示出了使针移动而产生的松驰度。

图19为部分与图17类似的局部侧视图，其中示出了松驰度是如何通过沿另一个方向移动卷绕针而引入的。

图20为部分与图18类似的俯视图，其中示出了针的轴向和径向的位移。

图21为示出了根据本发明一实施例的卷绕协助插入件的分解示图。

图22为示出了另一种用于有助于引入松驰度的卷绕方法的局部立体图。

图23为部分与图22类似的视图，其中示出了另一种根据本发明的卷绕方法。

具体实施方式

现在请详细参见附图，开始参见图1至16所示的构造，首先请主要参见图1，用标号31总地表示根据本发明构成的旋转电机。根据所需应用，旋转电机31可以是一电动机或一发动机。

旋转电机31包括一总地用标号32表示的定子组件和一总地用标号33表示的转子组件。这些构件包括在一壳体组件中，该壳体组件由一杯形主壳件34和一盖板35构成，将所述盖板适当地附连于其上，以形成一将定子组件32和转子组件33定位在其中的机壳36。

转子组件33由一中心部分37组成，以已知的方式将多个周向隔开的、具有交替极性的永久磁铁38固定在该中心部分上。转子组件33的端部包括分别支承在轴承42和轴承44中的轴部39和41，所述轴承42由杯形主壳件34的整体封闭壁43承载，所述轴承44承载在盖板35的凹部45中。

可将转子组件33的构造视为普通的传统类型，并且可以采用本技术领域中已知的任何类型。同样，尽管所述电机采用这样一种设置，其中将一总地用标号46表示的线圈线匝组件设置在定子组件32上形成的各个电枢磁极(待叙述)上，但应予理解的是，可以将线圈线匝组件46安装在转子组件33上，并且将永久磁铁38安装成包括杯形主壳件34的定子组件32的零件。

定子组件32包括一总地用标号47表示的电枢铁芯，如图2至4所示，该电枢铁芯由多块叠压的电枢板组成。在该实施例中，由于电枢铁芯47是旋转电机31的外部元件，因此它包括一圆形部分48，多个极齿(用标号49总地表示每个极齿)从该圆形部分处延伸。极齿49具有若干大致呈矩形的部分51，所述矩形部分从圆形部分48处向外延伸，并且终止在放大的凸起端部52。这些凸起端部52的相邻端部之间形成若干间隙53，这些凸起端部形成狭槽54的外终端，而狭槽形成在相邻的极齿49之间。

为了协助电枢铁芯47的铁芯层叠片的对齐，每块铁芯片都形成有在其圆形部分48的外周缘上的基准狭槽55。该狭槽55有助于在杯型主壳件34中的对准以及定位。

通过成角度地设置形成在每个极齿49的基部的相对两侧上的表面56，可以形成电枢铁芯47的圆形部分48附近的狭槽54的端部。这些可作为与齿49的外端部处的凸起端部52协作的凸起，以便协助定位一个周围形成有线圈线匝组件46的绝缘绕线管成形构件57，并且使单个线匝本身定位。

绝缘绕线管成形构件57包括右手部分57a和左手部分57b，除下文将要叙述的以外，它们具有大致相同的构造。与电枢铁芯47相同，绝缘绕线管成形构件57包括一圆形部分58，该圆形部分具有一L形横截面，并且从该圆形部分处伸出若干大致呈U形的单条腿部59，所述腿部互补且密合地接纳在铁芯极齿49上。这些腿部59的基部处的倾斜面60与上述成角度设置的、形成于极齿49的外端部处的表面56相协作，以提供线圈线匝实际上抵靠的一止动件或邻接部。该构造同样也便于定位。

参见图5至图7，绝缘绕线管成形构件57的圆形部分58的外周缘周向延伸的程度小于电枢铁芯47的圆形部分的外周缘。

围绕绝缘绕线管成形构件57的周边的周向间隔位置处形成多个凸起(用63表示)，至少一个凸起与绝缘体腿部59对齐，另一个凸起位于如图5最佳所示的倾斜面60之间的交点附近。该构造形成在绝缘绕线管成形构件57a或57b之一上的绝缘体的一侧处。这些凸起的间距选定为，可以便于连接线圈线匝组件46的单个线圈的导线通过。在另一侧上具有类似的多个凸起(用64表示)，它们可形成类似的用途。

用标号65表示的特殊绝缘插入件被放置在相应的弧形部分62与其上的更多凸起63和64之间的区域中的一个(或最好是两个)绝缘体上的绝缘体腿部59的表面上。在图5和7中用线条示出了这些绝缘体，以便表示它们与相应的绝缘绕线管成形构件57a或57b的关系。

这些绝缘插入件65的形状选择为，可以使它们作为用于一种用途的圆周变化装置，现在将结合图8-12来叙述该用途。使用本发明的圆周变化构件65来代替前面提到的锥形构件65。圆周变化构件65可以是一与绝缘绕线管成形构件57分离的构件，或者是一与其整体模制的构件。

如图12最佳地所示，在顶面上的相对两端处(以65a表示)斜切圆周变化构件65，其中该斜切的程度从(a)至(k)的位置向外缘逐渐增加。这使圆周变化构件65的表面长度逐渐缩短，并因此向极齿51的尖端前进的线圈线匝46的每一图所绕的长度或周长也缩短。图13中示出了这种周长变化

以这种方式逐步缩小圆周使从针抽出的线匝的拉动支承点可被设置在外周边侧上，并且当线匝围绕内周边侧卷绕时，使线匝易于向外滑动。因此，无需将针插入狭槽54内，在狭槽54外侧(在本实例中是在内周边侧之外)或相邻于狭槽54的入口的针的卷绕动作便可使需卷绕在磁极齿51上的线匝到达狭槽54的底侧。在这种情况下，对于针的卷绕动作，最好是使圈的长度增加到线匝中具有一定的松驰度的程度，以便于执行卷绕动作。

因此，针抽出的线匝的拉动支承点被设置在狭槽的底部，从而使线匝有一定的松驰度，以用于针的卷绕动作，这使线匝可平滑地向下滑动，从而在磁极齿51上形成线圈46，同时保持圆周变化构件65的高度不变。

然而，如以上文中提到的锥形构件65，圆周改变构件65的上表面可以朝着底侧向下倾斜。如上所述，形成这种倾斜表面同样也可使线匝向下滑动到底侧。然而，形成这样一种倾斜表面使位于狭槽入口侧上的圆周变化构件的高度更高，从而使线圈端部的突出得更大，由此，如上所述的，可以使其径向轮廓更大。对此，如图8到12中示出的实例那样保持高度恒定可以获得一种轮廓紧凑的定子。

需指出的是，在每个极齿49的基部处无需再形成额外凸起63和64，其原因在于，那里形成的倾斜表面60趋向于阻止绕线沿着那点之下的斜面向下滑动。然而，可以显而易见的是，除了阻止线圈超过该点向下滑动之外，额外突出部63还有另处的目的。

主要参照图14到图16可以很好理解实现卷绕的方法，以下是对其进行的描述。卷绕装置包括包括一针座71，该针座载有一个具有适当结构的卷绕针72。针座71和针72形成有一个绕线导向开口73，单条涂有绝缘漆(enameled)的绕线69从一进给辊74通过该开口73。图16中的箭头R示出了绕绕行进的路径。

首先，绕线的一端通过一个夹具夹持在图16中X示出的位置处，它在电枢铁芯47的端部之外径向向外设置，以形成线圈卷线匝件46的一个线圈线匝的一端。而后，针沿着齿径向移动，但移动在这样一个区域内进行，该区域最好稍稍处于介于齿之间的狭槽54的内侧并位于其一轴侧上，在下文中将参照图17到图20对其作更详细的描述。以这种方式，当形成线匝时，覆盖绕线端部的凸出部分不会填入狭槽54内，而是会在这些间隙外的轴向方向中沿着单个极齿49的一个侧面定位。

如图15所示，针座71一般通过路径E、F、G和H以矩形图形围绕单个极齿49以及它们覆盖的绝缘绕线管成形构件57移动。如图14中的箭头所示，当卷绕针72围绕单个极齿49时，它也转过一个弧W。在卷绕过程中，针72可以径向定位在形成在极齿49的端部处的突出端部52之间的间隙53中形成的区域中的狭槽54的内部的区域中，而当在卷绕操作中绕线将与绝缘绕线管成形构件57的弧形部分62的内边缘接触时，针也可以从该区域径向向内。然而，针72决不深入狭槽54内，并且始终不定位于间隙53的附近。

当绕线被卷绕时，绕线会受到这些边缘的阻挡，并且将会接触绝缘插入件65的轴向最外部。因此，针穿过由图15中的箭头P示出的路径时，绕线69将与绝缘插入件65的轴向最外部接触。当穿过该区域之后，针72和针座71可以沿着相邻的极齿49之间的径向方向在由箭头Q示出的区域中移动，并且特别是在狭槽54的区域内移动。

当每个线匝完成时，下一个线匝将与上一个线匝接合，并将其沿着绝缘插入件65的斜面下降，这样，绕线将收集在狭槽54的径向外周边处。在那里绕线将受到绝缘绕线管成形构件57的斜面60的限制。

而后，制作下一系列的线匝，并且下一系列的线匝可以被设置为不带有凸出部分的非常整齐的线匝，而且这种线匝大致将占据狭槽54内的极齿49之间间隙的一半。这可以提供密度极高的线圈，并且确保使机器输出功率最大化。

在这种情况下，绕线由针72的尖端拉出至这样一种程度，即线匝中有一定的松驰度，以使针72的尖端的环形移动轨迹大于线圈的长度。线匝的拉动支承点X固定地位于比狭槽54的底侧端部更外侧的一点上，从而使线匝中有一定用于卷绕动作的松驰度，这样，线匝可以通过一种拉拢动作在拉动支承点X的方向中偏移，同时线圈卷绕在磁极齿51上。

在这种情况中，针的移动使松驰量连续的变小，或一圈一圈地分级地变小，以使线匝循序地朝着磁极齿51内侧卷绕，从而使线圈能从磁极齿的根部侧开始围绕磁极齿卷绕。

因此，可以使用下列这些能使线匝具有一定松驰度的方法：

(1)在与机器的转动轴线平行的纵向方向中增加位移的方法。该轴线被标示为“C”。

(2)在横向方向(转动方向)中增加位移的方法。

(3)在针位于狭槽的开口面之外的位置之间的径向方向中使针移动的方法(参见图15中的E、F、G或H)，以及将这些方法适当结合的方法。

尽管仅说明了一个针座71和针72的情况，但最好能在周向隔开的位置处设置若干针座和针，以加速卷绕过程。例如，可以设置三个此类组件，每个卷绕部分用一个。它们可以同时进行卷绕。

以下，将参照图17到图20对引入不同松驰度的方法进行描述，首先参照图17和图18的实施例。这种方法即以上(1)中所指出的方法。如图所示，通过改变“A”和“B”位置之间的垂直冲程，使线匝具有松驰度，而松驰度的大小可以通过改变这些点之间的距离来改变。在这种情况中，针72可以越过图15中的点E、F、G和H上下移动，从而使针的整个矩形轨迹垂直扩张，或者针可以超出点E、F、G和H移过，返回原位，而后沿着同样的矩形轨迹移动。

图19和图20中示出了上述(3)中所提出的通过来回使针运动而使线匝具有一定松驰度的方法。如图所示，当针72位于定子铁芯28的上表面或下表面之外的一个位置中时(图15中的位置E、F、G和H)，针72可以移到狭槽52上方的区域中(移到图19和20的左侧)。如果头部71的外径与定子铁芯48的内径(图19和20中的虚线71″)几乎相同，则当针72处于其最下部位置中时(图15中的位置E和H)，可以通过使针72往复移动来使线匝具有松驰度。

当头部71的外径与定子铁芯48的内径(图19和20中的虚线71′)几乎相同时，当针72处于其最上部或最下部位置时(图15中的位置E、F、G和H)，仅有针72可以往复移动，而不移动头部71′。在针72可以相对于头71″径向移动时，可以这样做。

为了执行上述方法(2)，冲程是通过使针71横向移动而延伸的。也就是说，针基本上移到右侧或左侧，以使图15中示出的矩形轨迹的上侧FG和/或下侧EH延伸，针返回原位，而后沿着垂直或轴向方向(EF和/或GH)方向移动。

当利用上述任何一种卷绕方法进行所需的卷绕之后，可以将任何所需类型的控制器组件82(图1)安装在绝缘绕线管成形构件57A的另一突部64上。

图21为本发明另一种特征的分解立体图，这种特征可以被用于所述的任何一种卷绕方法中，并带有任何一种绝缘卷绕协助插入件65。当如上所述地将线匝69卷绕到插入件65上形成第一层线圈46之后，具有平滑表面的绝缘滑动覆盖件83放置到第一层线圈46上。滑动覆盖件83的形状可以被设置成与周边长度改变构件65那样，周边长度逐渐地改变而其高度保持恒定，或者也可以具有一个倾斜的上表面(示出的实例中具有一个倾斜的上表面)。通过设置这样一个滑动覆盖件83，第二层线圈46的线匝可以在第一层线匝上平滑地向下滑动，并且以一种在其上对齐的方式卷绕。这也可以进一步防止线匝69上的绝缘材料的损坏。每个极齿51上的滑动覆盖件的的数量和位置可以根据需要进行选择。

图22和图23示出了本发明附加的一些实施例，这些实施例有助于用于上述实施例的卷绕。首先，参照图22，一凸起91设置在位于每个磁极齿51的根部侧上(参见图2到图4)的绕线管57的外周边58上(参见图5到图7)。如图所示，当线匝46被卷绕到磁极齿51上形成第一层线圈之后，第一层线圈的线匝终端部分46a被拉到磁极齿51的根部侧(线匝的卷绕起始端循序地在倾斜表面上滑动并且移到磁极齿的根部侧)并且钩在凸起91上。而后，线匝返回到磁级齿的端部侧，并且作为第二层线圈的卷绕起始部分46b卷绕在上面。由此，在卷绕第二层线圈46中，线匝被拉到磁极齿的基部侧并且在第一层线圈上滑动。

图23的结构与图22类似，除了位于基部侧的凸起91以外，它还包括一个位于每个磁极齿51的端侧上的凸缘52上的凸起92。在本实例中，从第一层线圈的线圈端部开始，线匝的卷绕终端部分46a钩在凸缘52上的凸起92上，而后，钩在基部侧上的凸起91上并且再返回到端部侧。这样，线匝作为第二层的卷绕起始部分46b被卷绕起来。

如图22的实施例所示，可以排除倾斜地横在第一层线圈的一侧(即，通过狭槽54的部分线圈)上的部分线匝，这样，线圈可以以一对齐的方式紧密进行卷绕。在卷绕第二层之前，第二层的卷绕起始部分46b可以再次钩在凸起92上。因此，由于倾斜地横在线圈另一侧上的部分线匝也可以排除，这样，狭槽中的线匝可以卷绕得更加整齐，从而形成一个紧密卷绕的线圈。

因此，从上述描述中可以显而易见的是，与现有技术中的结构和方法相比，所述的结构和方法可以以相对较低的成本提供密度很高的线圈线匝并提供高速的卷绕方法。此外，可以基本消除由于同卷绕喷嘴接触而对已卷绕好的线匝造成损坏的可能性。当然，以上描述是本发明的较佳实施例，除此以外，在不脱离本发明精神和范围的前提下，还可以对本发明作出各种改变和改进，而本发明的精神和范围将由所附权利要求书确定。

Claims (12)

1.一种卷绕旋转电机线圈的方法，该方法包括以下步骤：设置一个磁性材料的圆形铁芯，该铁芯带有多个从圆形铁芯径向延伸的磁极齿，每个磁极齿形成了一个铁芯以及形成在磁极齿之间的狭槽，每个狭槽形成了一个在铁芯相邻的外端部之间形成的口部；定位一个卷绕针，该卷绕针具有一个开口，用于使卷绕线圈的绕线通过该开口进入一个口部的附近；使针的开口沿着围绕一个极齿的路径移动，但不使针以任何显著距离移入狭槽内，从而形成一第一线匝；在相继连续线圈的卷绕过程中，使针基本以圆形路径移动，该圆形路径的长度比线圈线匝的最终长度更长，从而在绕线的长度中提供一定的松驰度。

2.如权利要求1所述的旋转电机线圈的卷绕方法，其特征在于，松驰度是通过以离开齿的不同的方向移动针而引入的。

3.如权利要求2所述的旋转电机线圈的卷绕方法，其特征在于，每次当针不在狭槽内时，使针移动。

4.如权利要求2所述的旋转电机线圈的卷绕方法，其特征在于，针在不同的径向方向内移动。

5.如权利要求4所述的旋转电机线圈的卷绕方法，其特征在于，每次当针不在狭槽内时，使针移动。

6.如权利要求5所述的旋转电机线圈的卷绕方法，其特征在于，针也沿相对于齿的另一个方向移动。

7.如权利要求2所述的旋转电机线圈的卷绕方法，其特征在于，针以平行于机器旋转轴线的不同的方向移动。

8.如权利要求7所述的旋转电机线圈的卷绕方法，其特征在于，针沿着齿的长度方向移动。

9.如权利要求8所述的旋转电机线圈的卷绕方法，其特征在于，针也沿着相对于齿的另一个方向移动。

10.如权利要求1所述的旋转电机线圈的卷绕方法，其特征在于，所述方法还包括一个步骤，即，在齿上形成另一线匝之前，在一个齿的整个线匝上设置一绝缘材料的薄层。

11.一种旋转电机线圈的卷绕方法，该方法包括下列步骤：设置一个磁性材料的圆形铁芯，该铁芯带有多个从圆形铁芯径向延伸的磁极齿，每个磁极齿形成了一个铁芯以及形成在磁极齿之间的狭槽；定位一个卷绕针，该卷绕针具有一个开口，用于卷绕线圈的绕线通过该开口进入每个极齿的附近，并且使针沿着围绕极齿的一条路径移动，使围绕极齿至少建立一第一线匝层；在至少第一线匝层上设置一层薄的绝缘层并且在绝缘层上卷绕另一线圈层。

12.用于旋转电机的电枢，该电枢包括一个磁性材料的圆形铁芯，该铁芯具有多个从所述圆形铁芯径向延伸的磁极齿，若干层线圈线匝形成在每个所述磁极齿上，并且在相邻的线圈线匝之间至少设置了一层薄的绝缘层。

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