CN1768465A - 制造绕组和绕组联结的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到用于电机多相绕组(32)的制造方法，其中要经过下列工艺步骤。线绕元件(7、11、12)被冲压成能提高槽填充系数的横截面(13)。用于形成绕组(32)的冲压线绕元件(7)、用于形成集成星形汇接点(21)的冲压线绕元件(11)、用于形成绕组(32)接电的冲压线绕元件(12)被装入折叠模具(14、26)。借助于折叠模具(14、26)，冲压线绕元件(7、11、12)在它的端部区域被交叠。在形成的绕组端部(20)的内侧(41)上，通过集成星形汇接点(21)的冲压线绕元件(11)与联结环(40)的热结合(30)实现了集成星形汇接点(21)的联结。

Description

制造绕组和绕组联结的方法

技术领域

电机绕组，例如异步电动机的绕组可以用嵌入技术方法制造。用于电机绕组制造的嵌入技术不仅用于在50伏以下电压下工作的低压电机中，而且也用于在较高的电压下工作的电机中。为了保证所要求的绕组横截面，在低压电机绕组的制造中(工作电压≤50伏)，绕组由处于平行的绕线来制造。

背景技术

用50V以下的工作电压运转的低压电机用在汽车转向驱动装置中，或者用于汽车中的伺服驱动装置。目前汽车线束通常情况下作为12V的线束来敷设；此外发展趋势可以预见，在汽车中将转向42V线束。在两种线束电压，即在12V线束电压和42V线束电压时，可以使用作为异步电机的、可以在工作电压≤50V时运转的低压电机。为了保证电机所需要的绕组横截面，低压电机的绕组由平行的绕线加工。然而低压电机、例如异步电动机的绕组由平行的单个绕线加工，导致了在通常情况下手工制造的绕组的端面上高的联结费用。

此外由平行的绕线，用嵌入技术方法制造的异步电动机绕组有这样的缺点，在嵌入技术方法中只能达到低的槽填充系数。由于嵌入平行走向绕线的槽的低的利用率，为了达到足够的绕组横截面则需要更多数量的槽，它又导致了在50V以下的低压区域可运转的电机，例如作为转向驱动装置所装备的异步电动机，大的结构体积。

此外是大家所熟知的，在直流电机制造时，用于线包的制造可追朔到插接技术。

根据嵌入方法，参看R.Tzscheutschler，H.Olbrich和W.Jordan所著“Technologie des Elektromaschinenbau(电机制造工艺学)”，柏林技术有限贵任公司出版社出版，第336页，用于绕组制造的基本工艺方法是将松动的、预缠绕的漆包铜线线圈插入半封闭的槽中。嵌入方法用于定子绕组加工。依赖于液压缸的升降速度和定子铁心的长度，线圈有效边、或者线圈、或者自身一个完整的绕组被嵌入槽中，其中可同时插入覆盖绝缘罩。基本原理以此为基础，线圈有效边以比槽宽细的头部，并且避免碰槽的边棱，通过力的作用，在前端面上，借助于升降移动，嵌入槽中。绕线的排直和对槽的边棱的防护可通过抛光的钢横剖面来达到，它也被称为嵌入针。在嵌入模具中，嵌入针与确定的定子铁心断面以及铁心长度相匹配。线圈依照绕线草图在针之间缠绕。

在嵌入过程结束时，嵌入线圈位置的独特之处，是在铁心纵剖面上构成S形状。线圈也经常不处在铁心的中心。在出口侧线圈端部调和了尤其是在两极绕组中明显产生的弦状孔隙。因此对于进一步的嵌入过程中间变形操作是必要的。

用嵌入方法任意极数的一相、两相和三相绕组均可实现。首要的是作为单层绕组它要构成具有平面布置的绕组端部。两层绕组可在两个嵌入过程中完成，为了中间的绝缘应装入一个覆盖罩。

发明内容

通过根据本发明提出的、用于带联结的三相绕组的制造方法可实现在嵌入技术中只能有限达到的高的槽填充系数。由于可达到的高的槽填充系数，用根据本发明的方法加工的三相绕组的结构体积可以被减小。此外在使用根据本发明提出的方法下，可以实现绕组的自动化生产。通过星形汇接点在电机定子一侧联结的集成，在三相绕组制造时单独的、至今为止必须的、也是手动进行的工序就是多余的了。星形汇接点的联结可以集成到三相绕组的制造中，以使一方面可以达到绕组的自动化生产，另一方面可以达到在同一个制造工序中实现星形汇接点的自动化加工。

根据本发明提出的方法的其他优点是，采用该方法可以达到星形汇接点布置更紧凑、结构体积缩小，因为星形汇接点的加工，在同一制造工序下，可以在同一个夹紧模具中进行。用根据本发明提出的方法，在绕组端部成形时，除了星形汇接点布置联结的集成以外，可以使用冲压成楔形的线绕元件。鉴于电机槽填充系数的提高，通过冲压成楔形的线绕元件可以以有利的方式较好的利用槽。因此可以提高电机单位结构体积的单位功率。

三相绕组或者矩形绕线绕组通常情况下由冲压的圆形线绕元件制造，它要么可以构成U形件、直线形相线，在嵌入技术时可以构成无接头绕线，要么可以构成带有弯曲部分的直线形星形汇接线。

根据本发明提出的方法，圆形绕线首先被冲压或轧成楔形。在根据本发明提出的方法的另一个工序中，绕线在用于绕组成形的装置中定位。星形绕线、相线和U形件被插入到相应的位置，并且通过紧接着的绕组模板的交叠，被加工绕组端部相互紧密地成型。形成的绕线鼠笼，借助于一个转换装置插入到准备好的叠片铁心中，其中准备好的铁心要么含有纸质绝缘，要么通过喷粉涂层的方法进行过绝缘。

背面的交叠在绕组工序中产生。在导体件借助于热结合方法连接之后，例如通过电阻焊的方法、激光束焊接方法、电子束焊接方法、或者钎焊方法，制造了星形汇接点的自动接触点。导体件除了以材料结合的方法连接之外，它的连接也可以通过热压或者冷接触技术，例如铆接或者收缩来实现。

附图说明

借助于附图将在下面详细说明本发明。

如图所示：

图1是用于绕线成形的冲压装置，

图2a、

2b和2c是用于绕组制造的在不同实施方案下的线绕元件，

图3是折叠模具的俯视图，

图4是用于绕组端部成型的、部分地插入折叠模具的线绕元件，

图5是带有集成的星型汇接点的、完成成型的绕组端部，

图6是取出、用于插入叠片铁心的绕线篮，

图7是绕线篮和叠片铁心的接合过程，

图8是在绕组的开关侧上折叠夹紧装置的示意图，

图9是绕组开关侧的示意图，

图10是在开关侧上材料连接的示意图，

图11是在绕组星形汇接侧上星形汇接点的焊接，

图12a、

12b、12c是第一绕组方案星形汇接侧各自的俯视图、侧视图和局部放大图，

图13a、

13b、13c是第二绕组方案星形汇接侧各自的俯视图、侧视图和局部放大图，和

图14a、

14b、14c是第三绕组方案星形汇接侧各自的俯视图、侧视图和局部放大图。

具体实施方式

根据图1所示，是用于作为绕组用材料所使用的线绕元件成型的冲压装置。

在冲压模1中，如图1中的示意图所示，以杆状供给的线绕元件被变形。以杆状供给的线绕元件3通过材料入口6，并到达在第一模制件4和第二模制件5之间的区域。两个模制件4、5各自被用作冲压模的压模，它通过液压冲头2可以合上或者打开。代替液压冲头2，模制件4、5的合上或者打开，也可以通过汽缸或者电动驱动装置来实现。相应于第一模制件4和与第一个模制件4互补的第二模制件5的造型，通过材料入口6进入冲压模1的杆状线绕元件3，例如可以被冲压成楔形13(参看图2所示)。

除了楔形13以外，在冲压模1中以杆状进入的线绕元件3也可以冲压成其他的几何形状，它可以提高在电机中槽的槽填充系数。

图2a、2b和2c所示，是在不同实施方案下用于多相绕组制造的线绕元件。

根据图2a所示，是一个U形元件7，它在弯曲过程之前通过了在图1中所示的冲压模1，并且因此在它两条腿的区域形成了楔形13，在圆形部分10处它这样弯曲，U形件7的两条腿各自以第一线端8或者第二线端9结束。在接下来绕组32的制造中(参看图6或者图7所示)，圆形部分10布置在星形汇接点的外侧，而线端8、9位于绕组32的开关侧。在U形件7加工时，可首先进行弯曲工序，然后紧接着进行冲压工序---然而加工顺序也可以以相反的方式进行。从原理上来说，所提到的加工工序的顺序不仅适合于U形件7、星形汇接线11、也适用于相线12。

此外图2b所示，是星形汇接线11，它同样被冲压成楔形13。星形汇接线11包括一个相对绕线走向弯曲90°布置的端部，该端部在绕组制造时与星形汇接环的材料相连接。

此外图2c所示，是相线12，它同样被冲压成楔形13，它显著改善了在电机绕组中的槽填充系数。在图2c中所示的相线12的弯曲由绕组端部的成型而获得。首先直线形的相线12插入折叠模具中。原则上是可能的，原先直线形的相线12在绕组端部成型时仍保持直线形，在图2c中所示的相线12的弯曲可以在根据所使用的折叠模具的节圆直径上获得。

图3所示是折叠模具的俯视图。

在图3中所示的折叠模具14包括一个固定布置的外盘15，以及一个相对于固定布置的外盘15可以转动的内盘16。折叠模具14的外盘15和内盘16两者也可以是运动的。用两个图示的折叠模具14的实施方案可以产生外盘15对内盘16的相对运动，由此用于绕组端部成型的交叠成为可能。

在外盘15的内圆周面上以有规律的间隔构成了第一开孔17，它们具有大约楔形的开孔断面。在内盘16的外圆周面上，以相对于在固定外盘15的内圆周面上的第一开孔17同样的距离构成了第二开孔18，它们同样具有楔形的开孔断面。通过内盘16相对于固定布置的外盘15的转动实现根据图2所示插入第一开孔17和第二开孔18的U形件7的交叠。

图4所示是部分地插入了用于绕组端部成型的线绕元件的折叠模具。

在图4中以透视俯视图表示的折叠模具14包括了固定布置的外盘15，以及相对于它可转动的内盘16。固定外盘15的第一开孔17环形包围着在内盘16的外圆周表面上形成的第二开孔18。不仅第一开孔17，而且第二开孔18都基本上具有楔形的断面，它与在图2中所示的线绕元件7、11和12的楔形13构成互补。

根据图4所示，U形件7的腿部插入第一开孔17以及第二开孔18中，它的圆形部分10位于尚待加工的绕组的星形汇接侧23处。此外在内盘16的外圆周面上的第二开孔18中插入星形汇接线11，在处于星形汇接侧23的端部弯成角形。在带有弯成角形端部的星形汇接线11的对面位置，导体件19插入在固定外盘15的内圆周上的相同的第一开孔17。在导体件19中涉及到一个相线。它用于所制造的三相绕组、或者矩形绕线绕组的绕组接电，其中又硬、又厚的绕线为导体件19的使用提供了这种可能性，可以直接在上边构成加工绕组的电接线端，例如它可以构成插头接点。

图5所示是一个完成成型的、带有集成的星形汇接点的绕组端部。

在U形件7插入在外盘15和内盘16上相互一致的开孔17和18中之后，进行U形件7的交叠，即两个插入折叠模具14中的U形件7的腿相对移动。产生的绕组端部20以透视俯视图表示在图5中。绕组端部20包括集成的星形汇接点21，它是在交叠时，插入开孔17或者18的U形件7在一道工序中被加工出来的。弯成角形的星形汇接线11的端部相互成星形分布。在交叠中形成的绕线篮在图5中还包围在折叠模具14中，并且未图示。在绕组端部20的外侧，与单个集成的星形汇接线11处于面对面的位置，布置有导体件19，通过它所制造的绕组实现接电。根据图5所示，绕组端部20的成型通过交叠来实现，即按照绕组模板，折叠模具14的内盘16和外盘15相对移动。

图6表示了一个由模具中取出、用于插入电机的叠片铁心的绕线篮。

如图6所示，在绕线篮22的星形汇接侧23构成了绕线端部20。在绕组端部20的下面表示的是交叠的、具有楔形横截面的绕组线27。绕线篮22的外壳表面通过U形件7构成，它在它的上部区域，在圆形部分10的下面具有交叠部分27，并且在交叠部分27的下面基本上是相互垂直走向。在绕线端部20的星形汇接侧23上表示了星形汇接线11，它的端部相互均布，并且与在图6中未表示的星形汇接环以材料相连接。与在绕组端部20的外侧各自的星形汇接线11处于面对面位置的是导体件19，它用于尚待制造的绕组的接电。

图7所示是绕线篮与电机叠片铁心的接合过程。

一个在图7中仅仅是示意表示的转换装置包括一个冲头，用它在中间连接一个传递件情况下，绕线篮22沿着箭头方向被推入叠片铁心。为了保护在其上面集成的星形汇接点21的绕组端部20，以及保护导体件19，在绕线篮22的星形汇接侧23上布置了传递件。叠片铁心24已经可以备有纸绝缘；此外绝缘可以通过喷粉涂层方法来实现。在根据图7所示的接合过程中，叠片铁心24根据列举的绝缘方法之一被绝缘。

图8所示是绕组的开关侧。

由图8所示的俯视图可知，在绕组的开关侧25上，U形件7的第一绕线端8和第二绕线端9相互处于面对面的位置。交叠的绕组线27位于在一个基本上处于平整走向平面中的绕线端8或者绕线端9的下面。在绕组开关侧25上的交叠，通过折叠模具14对于折叠模具26固定部分的相对移动来实现，它们基本上被在图8中未表示的、相互平行走向的、通过圆形部分10连接在绕组的星形汇接侧23上的U形件7的腿穿过。

图9所示是在绕组开关侧的折叠夹紧装置的图示。

在所制造的绕组32的开关侧25上，交叠绕组线27的端部8或端部9相互面对面地处在两个互相同心的圆周上。在绕组32的开关侧25上，在交叠部分之内，U形件7也具有楔形横截面13。

图10所示是在绕组32的开关侧材料连接的制造。

根据图10所示，绕组32的开关侧25由折叠夹紧装置中伸出。交叠的绕组线27具有根据图1所示，在冲压模1中产生的楔形横截面13。U形件7的第一绕线端8以及第二绕线端9在开关侧25上相互保持一定间隔。在绕组32的开关侧25上的材料连接被形成之前，借助于第一线夹28和与之处于面对面位置的第二线夹29，每个U形件7的端部8或者端部9被彼此压紧。

图11所示是在绕组星形汇接侧23上材料连接的制造。

在星形汇接侧23上，被叠片铁心24包围着的绕组具有绕组端部20。带有弯成角形端部的3个星形汇接线11相互均布在绕组端部20的内侧。每个星形汇接线11的弯成角形的端部均与星形汇接环40材料连接。星形汇接线11弯成角形的端部与星形汇接环40的材料接合，例如可以用电阻焊的方法、激光焊的方法、电子束焊的方法或者钎焊的方法实现，其中星形汇接线11的弯成角形的端部与星形汇接环40的接合，也可以通过冷成形连接技术来实现。也可以用热压的方法实现相线11弯成角形的端部与星形汇接环40的自动接合，以产生集成的星形汇接点21。在开关侧23上凸出的绕组端部20和除了星形汇接线11的弯成角形的端部布置，导体件19在绕组端部20的上面伸出。

此外根据图11所示可以得知，在绕组的交叠的绕组线27之下，它们被绝缘件31围住。例如通过喷粉涂层或者通过纸管形成的绝缘件31，是在绕线篮22与准备好的叠片铁心24接合过程之前(参看图7所示)在叠片铁心24的内侧形成。

由于在绕组端部20上的星形汇接环40的布置可以以有利的方式实现，叠片铁心24的内经不需要被减小。此外由于在绕组端部20的内侧41上星形汇接环40的布置，实现了所制造绕组32的结构长度的减小。因此其他的优点是，不需要附加的绝缘件，例如塑料遮蔽或者绝缘纸。

在图12a、12b、12c；13a、13b、13c和14a、14b以及14c中表示了用根据本发明提出的方法制造的绕组32的不同实施方案。

这些绕组32例如可以使用在低压范围的电机上，例如异步电动机。关于在汽车中的应用，可用于形成异步电动机的电机、不仅用于转向驱动装置，通风器驱动装置，液压驱动装置，并且可用于伺服驱动装置。绕组用上边所描述的方法制造的异步电机的另一个使用领域，是叉车的传动装置或者其他的电动运输车。

在附图中表示了根据图12a、12b和12c所示的第一方案的星形汇接侧的俯视图、侧视图和局部放大图，根据图13a、13b和13c所示的第二方案的星形汇接侧的俯视图、侧视图和局部放大图，以及根据图14a、14b和14c所示的第三种方案的星形汇接侧的俯视图、侧视图和局部放大图。

根据图12a、13a和14a所示的每一个实施方案在俯视图中都是相同的，绕组32被叠片铁心24包围着。星形汇接环40始终位于绕组端部20的内侧41上，以使以有利的方式达到绕组32结构长度的减小。

在根据图13a所示的实施方案中，星形汇接环40带有三个以相互间隔120°分配布置的间隙45，而在实施方案的俯视图中，星形汇接环40具有单独的同样以120°的圆周角相互布置的环线44。在图12a、13a和14a所示的实施方案中全部是相同的，带材料连接的星形汇接环40位于绕组端部20的上部，以使包围着绕组32的叠片铁心24的内径不被减小。

在图12b、13b和14b中所示的绕组32的实施方案的侧视图显示，绕组32在星形汇接侧23和开关侧25之间被叠片铁心24包围。不仅在开关侧25上，而且在星形汇接侧23上各自可以清楚地看到交叠的绕组线27。叠片铁心24基本上在这个在绕线篮22上严格布置有相互平行走向的U形件7的区域包围着绕组32。在星形汇接侧23上，表示了位于绕组端部20内侧的星形汇接环40。以类似的方式绕组32根据图序B或者C的侧视图来构成。

在图12a、12b、12c；13a、13b、13c和14a、14b、14c中所示的绕组32的单独的实施方案中，通过星形汇接环40的构成来相互区别。

根据图12c所示，星形汇接环40处在被叠片铁心24包围的、并且通过U形件7的圆形部分10形成的绕组端部20上。第二接线端43布置在星形汇接环40上，与其处于面对面位置的是第一接线端42。根据图12c所示，第一接线端42与用于绕组32接电的导体件19相一致。

由图13c所示的局部放大图得知，星形汇接环40包围着处在星形汇接环40形成的间隙45的区域的第二接线端43。绕组端部20的上表面通过U形件7的圆形部分10形成。绕组32的外侧面被叠片铁心24包围。由这个透视图U形件7的楔形13被看得很清楚。

由根据图14c所示的绕组32的局部放大图可以看到，第二接线端43被在它的外侧面以带状包围着星形汇接环40的环线44包围着。绕组在外侧面被叠片铁心24包围。与用于绕组32接电的导体件19相一致的第一接线端42处于第二接线端43的对面。两个接线端42、43在径向方向上相互保持一定间隔。由图序A、B和C的局部放大图得知，星形汇接环40，带有间隙45的星形汇接环40，以及在它的外侧被带有环线44的环包围的星形汇接环40，各自处于绕组端部20的内侧41上。它显著地减小了根据本发明制造的绕组32的结构长度。

所描述的绕组32一方面由于在U形件7、11以及12上冲压的楔形13，通过高的槽填充系数凸显出优势。另外绕组32的制造可实现自动化，其中可以特别有利的方式，在绕组32的制造中实现集成星形汇接点21的联结。借助于根据本发明提出的方法，集成星形汇接点21的联结也可以实现自动化。此外带有集成星形汇接点21的绕组32通过紧凑的、结构体积缩小的方案凸显出优势。

附图标记表

1冲压模

2液压冲头

3杆状绕线材料

4第一模制件

5第二模制件

6材料入口

7U形件

8第一绕线端

9第二绕线端

10圆形部分

11星形汇接线

12相线

13楔形

14折叠模具

15外盘

16内盘

17第一开孔

18第二开孔

19用于绕组32接电的导体件

20绕组端部

21集成星形汇接点

22绕线篮

23星形汇接侧

24叠片铁心

25开关侧

26折叠模具

27交叠绕组线

28第一端子线夹

29第二端子线夹

30星形汇接侧焊接

31绝缘

32绕组

40星形汇接环

41绕组端部内侧

42第一接线端

43第二接线端

44环线

45间隙

Claims (10)

1.用于电机的多相绕组(32)的制造方法，具有下列工艺步骤，

a)在线绕元件(7、11、12)上，对提高槽填充系数的横截面(13)进行冲压，

b)将用于形成用于绕组(32)的冲压线绕元件(7)装入折叠模具(14、26)，将用于形成集成星形汇接点(21)的冲压线绕元件(11)装入折叠模具(14、26)，并且将用于使绕组(32)接电的冲压线绕元件(12)装入折叠模具(14、26)，

c)在折叠模具(14、26)中，冲压线绕元件(7、11、12)在线绕元件(7、11、12)的端部区域进行交叠，并且

d)在形成的绕组端部(20)的内侧(41)上，通过集成星形汇接点(21)的线绕元件(11)的热结合(30)或者冷接触技术，集成星形汇接点(21)与联结环(40)形成联结。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，线绕元件(7、11、12)的横截面被冲压成楔形(13)。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，线绕元件(7、11、12)被冲压成椭圆形或者楔形的横截面。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将冲压线绕元件(7、11、12)装入折叠模具(14、26)，构成集成星形汇接点(21)的冲压线绕元件(11)相互交错120°角布置。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，绕组端部(20)通过折叠模具(14、26)的交叠成型。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据工艺步骤b)形成与叠片铁心(24)接合的绕线鼠笼(22)。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，叠片铁心(24)在绕线篮(22)的接合区装有绝缘件(31)。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，构成绕组(32)的冲压线绕元件(7)在绕组(32)的开关侧端部(25)上一起接电。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在绕组(32)的联结侧端部(23)上，以电阻焊、激光焊或者电子焊的方法，钎焊的方法，或者通过热压或者冷压的方法，实现集成星形汇接点(21)的自动化接合(30)。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，通过用于形成集成星形汇接点(21)的线绕元件(11)与具有间隙(45)或者被环行材料包围着的联结环(40)的连接，实现自动化接合(30)，环线(44)包围着用于形成集成星形汇接点(21)的线绕元件(11)。

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