CN1495984A - 转动电机的电枢及其绕线方法 - Google Patents

Abstract

一种电枢和卷绕电枢的方法，其通过卷绕相邻极来提高线圈的密度，这样，形成的绕组具有锥度为相对方向的外表面，其在相对端的极齿之间、对分的轴向延伸的平面内延伸。相对于在其首先卷绕的基部端的磁极轴线，磁极具有最大的径向范围。

Description

转动电机的电枢及其绕线方法

技术领域

本发明涉及转动电机的电枢，具体来说，涉及电枢线圈的卷绕和形成这种绕组的方法。

背景技术

转动电机的电枢通常包括一铁芯，该铁芯由一圆形的芯部分组成，多个周向间隔的齿从圆形芯部分径向地延伸。诸线圈卷绕在这些齿上，并与周向间隔的永久磁体合作。这样的结构既可用于电机也可用于发电机。

通常，将环形方式的线绕在极齿上，即形成卷绕在极齿上的线圈。导线从一延伸到相邻齿之间的空间内的送线针中送出，该送线针以环形的方式通过卷绕在极齿上，导线堆积在极齿上形成线圈。随着连续地卷绕，送线针沿极齿的长度逐渐地移动，这样，就可完全地绕满。

最终的结构如图1所示，它是以传统的现有技术的方法卷绕的一电枢的局部视图。该电枢以标号21表示，其具有一铁磁芯，铁磁芯由一极齿23从其上径向延伸的圆形环部分22组成。铁芯最好由多个层叠片组成。极齿23沿周向间隔，在其间形成多个间隙24。这些极齿的端部形成有突出部25，以形成通向间隙24的狭窄的嘴26。

一卷绕针27穿过窄嘴26通入到间隙24内，并将导线28卷绕在包围各极齿23的绝缘的绕线筒上(未示出)。当卷绕针27以圆环形式绕极齿通过时，导线环绕在极齿23上，以形成线圈29。

由此可见，由于必须提供卷绕针的间隙，所以，围绕各极齿23的匝数受到限制。为了克服这个缺点和提供更大的绕组密度，本受让人的诸发明者已经提出一种如美国专利6,590,310所公开的结构，该专利于2003年7月8日颁发，题为“用于旋转场电机中的定子线圈结构及其制造方法”。其中的某些发明者还发明了若干个改进(目前尚未决)。

这些发明，完全消除在卷绕过程中卷绕针伸入到槽内，或将这种突出减小到最小。这可通过提供一在极齿的一个或两个径向延伸、轴向隔开的面上的绝缘突出件来实现。导线端约束在极齿的一端，当卷绕发生时，致使导线沿极齿滑动，直到接触到先前线圈绕组的电枢的环部分而被停止。这样，线圈堆叠起来，并且对于在一个极齿上的绕组，可以几乎填满相邻极齿之间的间隙的一侧上的区域。间隙的其余部分几乎由卷绕在相邻极齿上的绕组填满。

尽管这些发明大大地提高绕组的密度，但还可进一步改进。例如，利用这些发明，在槽区域内的相邻绕组之间存在着过盈，致使有可能损坏绕组的绝缘，和/或绕组可能鼓出槽嘴。因此，需设置一定的间隙。

因此，本发明的主要目的是提供一允许较大线圈密度的电枢结构和卷绕方法。

发明内容

本发明的第一特征适于实现在一电枢中，其包括具有从一圆形环部分径向延伸的多个极齿的铁芯。多个卷绕的线圈各卷绕在各自的一个极齿上。在相邻的极齿上的线圈绕组被卷绕成：绕组的径向宽度相对于各自的极齿的轴线，沿极齿轴线的长度上的所有位置上是不相同的。相邻极齿的至少一个极齿的径向最外的绕组，横贯在位于相邻极齿之间的相等位置处的、轴向延伸的平面延伸。

本发明的另一特征适于实现在一卷绕电枢的方法中。该电枢包括具有从一圆形环部分径向延伸的多个极齿的铁芯。该方法包括围绕第一所述极齿卷绕导线，以形成多个绕组线圈，绕组的径向宽度相对于各自的极齿的轴线，沿卷绕极齿轴线的长度上的所有位置上是不相同的，这样，径向最外的绕组横贯在相邻极齿之间的相等位置处的、轴向延伸的平面延伸。

附图的简要说明

图1是一具有按照现有技术的方法卷绕的现有技术类型的结构的电枢的局部截面图。

图2是部分类似于图1的一局部截面图，但示出本发明的第一概念。

图3是部分类似于图1和2的一局部截面图，但示出实施本发明的一卷绕方法的第一步骤。

图4是部分类似于图3的一局部截面图，示出实施本发明的一卷绕方法的第一步骤。

图5是沿图3中的线5-5截取的截面图，但绕组已移去。

图6是沿图5中的线6-6截取的截面图。

图7是沿图5中的线7-7截取的截面图。

图8是沿图3中的线8-8截取的截面图，但绕组已移去。

图9是沿图8中的线9-9截取的截面图。

图10是在卷绕操作过程中整个电枢的侧视图。

图11是示出卷绕针路径的电枢的局部展开视图。

图12是垂直于图11的视图，且示出卷绕针的路径。

具体实施方式

现详细参照其余的诸附图，电枢芯的基本结构是与现有技术的相同，其中，诸部件相同，它们将用相同的标号表示，且仅在理解本发明需要的场合再给予描述。如上所述，如美国专利6,590,310所公开的结构，实现绕组密度的增加。然而，如同现有的技术，它通常在各个极齿上具有相同的绕组，因此，即使试图提供显著的绕组覆盖，总在绕组中呈现间隙。即，每个极齿其上具有相同的匝数，因此，在通过相邻齿之间间隙的中心轴向延伸的平面的两侧，将存在一定的间隙。

因此，本发明者已构思出：如果相邻齿如图2所示不同地卷绕，则可改进绕组密度。该图示出上述专利使用的方法，以及形成在极齿23的至少一个轴向面上的绝缘体31。这些绝缘体31可具有公开在上述专利中的任何一种形状。如图2所示，成对极齿的左侧23a沿其长度具有相等的绕组数32，且这些绕组(数量3个)全位于对分轴向平面33的一侧上。另一方面，相邻对的另一极齿23b沿其长度也具有相等数的绕组34(4)，因此，这些绕组的某些绕组如绕组32一样位于平面33的同一侧。这增加绕组密度，但仍然留下间隙35。

因此，如其余附图所示，可采用其它的卷绕结构和方法来进一步改进绕组密度。如图5、8和12所示，极齿23以交替的方式被分成两组23c和23d。这样，相邻对的极齿23由各组(23c和23d)中的一个极齿组成。这些图还示出绝缘绕线筒36。绕线筒36可如现有技术那样具有两个匹配的一半形成。它们由两个环形环部分37组成，极齿环抱部分38从环部分37以环抱的方式延伸到极齿23。

突出部39从在各极齿23的根部的环部分向外轴向地延伸。以类似的方式，突出部41形成在极齿径向外末端处的绕线筒36的轴向外侧上。这样描述的绕线筒的结构与极齿23c和23d相同。然而，绝缘体设置在绕线筒齿包围的部分38的轴向外侧，这些绝缘体(将在下面说明)具有不同的结构。

与极齿23c相关的绝缘体用标号42表示，它们的结构较好地显示在图5-7中。这些绝缘体42通常具有矩形截面部分43，其从齿23c的末端几乎延伸到其根部。然后，诸绝缘体形成有一陡坡的锥形部分44，其具有如图7所示的弧形的截面。这种形状的原因将简短地描述一下。

与极齿23d相关的绝缘体的形状示于图8和9中，它们以标号45表示。这些绝缘体如标号46所示，在其全长上具有轻微的坡度，其具有如图9所示的弧形截面。

下面将参照图3、4、11和12描述卷绕的方法。该方法包括在极齿23d前卷绕极齿23c。卷绕针的路径用标号47表示，该路径对于每个极齿23是相同的。然而，在极齿23c上卷绕的形状不同于在极齿23d上卷绕的形状。

当卷绕极齿23c时，具有管形结构的卷绕针47馈送线圈导线48。针47由一头49携带。线圈导线48缠开并被馈送出线圈导线筒49，该导线通过头49中的通道孔51，并随着线圈卷绕操作的继续，导线被拉出针47的末端(如箭头R所示)。最初线圈导线48的端头固定在一夹具内(未示出)，该夹具位于图12中符号x所示的支承位置上，该位置设置在线圈卷绕其上的磁极齿的根部。

头49如箭头Q所示，在电枢21周缘内沿其轴线C的方向来回地运动。根据电枢21的轴向长度，针47在底部位置(图12中实线表示)和顶部位置(图12中虚线表示)之间来回地运动，所述底部位置位于下绕线筒部分的突出部39的下面，而所述顶部位置位于上绕线筒部分的突出部39的上面。头49还绕其轴线C(图10和12中用箭头P表示)转动，当针47在顶部和底部位置，垂直向地在电枢21的外面并特别地在槽24的嘴26的外面时，头49如图10中的箭头P所示侧向移动经过磁极齿23的宽度。

在线圈卷绕操作的过程中，针47不以明显的移入量移入到槽24中。针47的末端保持在槽开口26的区域内。线圈的卷绕操作如图11和12所示地进行，使针47围绕各磁极齿23c移动。换句话说，针47的末端沿由竖向和侧向行程组成的矩形轨迹移动，顺着E、F、G、H的顺序，返回到E，从而形成线圈的一匝。线圈导线48将其端头固定在x位置处，在绕圈的过程中，导线在锥形部分44上滑动而从磁极齿23c的底部或根部侧整齐地卷绕。

换而言之，当卷绕开始时(较高侧)，线圈导线48在锥形部分44上的恒定位置处进行卷绕。由于线圈导线48的端头被夹紧在锥形部分44的下侧的外面，所以，线圈导线48随着针47卷绕操作的继续，连续地被拉出，并卷绕在磁极齿的锥形部分44的周围。由于卷绕在锥形部分44上的导线接受锥形表面的外侧(下侧)和内侧(较高侧)之间的张力，所以，因沿锥形表面张力的分量和其后卷绕导线的压力，导线沿坡面滑动。这样，线圈导线48继续地被拉出在锥形表面44上，以形成线圈的第一层。

通过将线圈导线48返回到根部侧并夹持在合适的位置处，从根部侧再次开始卷绕第二层。然后，卷绕线圈的其余部分，导致如图3所示的结构。尽管附图仅示出一个针，但这仅仅是为了简化说明。较佳地，可使用多个针47在不同的圆周位置上，同步地卷绕多个线圈。例如，可以120°的间隔设置三个针，以便同时地将线圈径向地卷绕在三个磁极齿23c上。

由于线圈卷绕方法没有将针插入到槽内，所以，可将一种套索方法连同滑动方法一起使用，或两种方法分开使用。根据这种套索方法，线圈导线48从针末端47拉出，以使针末端的轨迹的环的长度大于线圈一匝环的长度，从而形成一个松弛。线圈导线48的拉出的支承点x固定在槽35的底部的外侧，而具有松弛的线圈导线48以某速度卷绕，这样，借助于套索效应线圈导线48朝向拉出的支承点x移动。以这样的方式，线圈卷绕在磁极齿23c的周围。

在这样的“套索”方法中，针47的移动使松弛量在随后的每匝上以连续的或分步的方式减少，于是，线圈沿磁极齿的长度卷绕在其上。松弛可以好几种方式提供给线圈导线48，其中包括(1)在针47的行程中增加垂直运动，(2)在针47的行程中增加侧向(转动的)运动，(3)当针在槽(图中以E、F、G、H表示)开口外面的一位置时，来回地移动针47，或者，这些方法的组合。

因为锥形部分44主要形成在极齿23c的基部或根部部分，所以，如图3清楚地所示，较多的绕组数将形成在该区域内。绕组数朝向极齿23c的末端而减小，这些绕组以标号52标识。在极齿23c的基部，绕组52基本上在对分的轴向平面上，朝向在卷绕极齿23c的相对侧上的相邻极齿23d延伸。大体上，绕组52的外表面从其在极齿23c的基部或根部的最宽的点锥度地减小到其内部或末端的极端。

在极齿23c已经卷绕之后，然后，以同样的方式卷绕其余的极齿23d。然而，因为绝缘体45的锥度更为平坦，所以，在齿23d的基部或根部的绕组数和存在的绕组52将较少，并将朝向其内端或末端，逐步地增加(如图4所清晰地所见)。从该图中还可见，在极齿23d上的绕组53将在极齿之间的对分轴向平面上延伸。因此，较之现有技术，绕组密度显著地增加。

当然，本技术领域内的技术人员会很容易地理解到，所述实施例是本发明的优选的实施例，在如附后的权利要求书所定义的本发明的精神和范围内，可以作出各种变化和改型。

Claims (14)

1.一电枢，其包括具有从一圆形环部分径向延伸的多个极齿的铁芯，多个卷绕的线圈各卷绕在各自的一个所述的极齿上，在相邻的所述极齿上的线圈绕组被卷绕成：绕组的径向宽度相对于各自的极齿的轴线，沿所述极齿轴线的长度上的所有位置是不相同的，所述相邻极齿的至少一个极齿的径向最外的绕组，横贯在所述相邻极齿之间的相等位置处的、轴向延伸的平面延伸。

2.如权利要求1所述的电枢，其特征在于，绕组相对于各自极齿的轴线的径向范围，从极齿的一端锥度地减小到另一端。

3.如权利要求2所述的电枢，其特征在于，相邻极齿的绕组的径向范围的锥度是沿相对的方向。

4.如权利要求1所述的电枢，其特征在于，还包括覆盖在极齿的至少一个轴向外表面上的绝缘体，卷绕在所述磁极齿周围的线圈绕组具有插在其间的所述绝缘体，各个所述绝缘体具有相对于与所述转动电机的转动轴线垂直的一径向平面倾斜的至少一个表面，这样，所述磁极齿芯在沿其长度的轴向方向上具有不同的厚度。

5.如权利要求4所述的电枢，其特征在于，各个相邻的极齿对的绝缘体具有不同的结构。

6.如权利要求5所述的电枢，其特征在于，各绝缘体应形成这样的斜度：在卷绕过程中，随着导线的卷绕，致使线圈绕组的导线沿极齿的轴向滑动，而不必以其它方式沿轴向方向移动导线。

7.如权利要求6所述的电枢，其特征在于，相邻极齿对中的一个极齿的绝缘体在其一端的锥度大于其另一端的锥度。

8.如权利要求7所述的电枢，其特征在于，相邻极齿对中的一个极齿的绝缘体的锥度仅在其中一端具有锥度。

9.如权利要求7所述的电枢，其特征在于，相邻极齿对中的一个极齿的绝缘体的其中一端的较大锥度也大于相邻极齿对中的另一极齿的绝缘体的锥度。

10.一卷绕电枢的方法，该电枢包括具有从一圆形环部分径向延伸的多个极齿的铁芯，该方法包括围绕第一所述极齿卷绕导线，以形成多个绕组线圈，绕组的径向宽度相对于各自的极齿的轴线，沿卷绕极齿轴线的长度上的所有位置上是不相同的，这样，径向最外的绕组横贯在相邻极齿之间的相等位置处的、轴向延伸的平面延伸。

11.如权利要求10所述的卷绕电枢的方法，其特征在于，还包括卷绕已经卷绕的极齿的邻近的极齿的步骤，以便形成多个绕组线圈，该绕组的径向宽度相对于各自的极齿的轴线，沿卷绕极齿轴线的长度上的所有位置上是不相同的，这样，径向最外的绕组横贯相邻极齿之间的相等位置处的、轴向延伸的平面延伸，并沿电枢半径的方向与第一卷绕过的极齿的径向最外的绕组隔开。

12.如权利要求11所述的卷绕电枢的方法，其特征在于，第一卷绕过的极齿的径向最外的绕组在其一端上，而第二卷绕过的极齿的径向最外的绕组在其另一端上。

13.如权利要求10所述的卷绕电枢的方法，其特征在于，卷绕多个邻近极齿对中的第一极齿，然后，卷绕多个邻近极齿对中的另一极齿。

14.如权利要求13所述的卷绕电枢的方法，其特征在于，第一卷绕过的极齿的径向最外的绕组在其一端上，而第二卷绕过的极齿的径向最外的绕组在其另一端上。

Images