制造自承式氣隙繞組尤其是小型電機的斜繞組的成型線圈的制作方法
【專利摘要】涉及用來制造自承式氣隙繞組特別是小型電機的包括至少兩個在繞組(6)周圍交疊安置的成型線圈(20)的斜繞組的成型線圈，其包括至少一個由導電的繞線元件(22)制成的線匝(30)。構造了兩個位于不同的徑向平面的成型線圈側(24a,24b)，它們在其端部(26a,26b)通過端部連接部分彼此連接。端部連接部分具有橋接成型線圈側的線匝錯位部(28)的徑向平面錯位部分，成型線圈側圍繞斜繞組的縱軸線(16)呈圓弧形彎曲地構造，位于徑向外側的成型線圈側的曲率半徑比位于徑向內側的成型線圈側的曲率半徑大。每一具有成型線圈側和錯位部的線匝(30)都是通過在卷繞過程中的作用力直接作用于構成此線匝的繞線元件而形成的。
【專利說明】制造自承式氣隙繞組尤其是小型電機的斜繞組的成型線圈

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用來制造自承式氣隙繞組的成型線圈，尤其是用來制造小型電機的包括至少兩個在繞組周圍(Umfang)重疊安置的成型線圈的斜繞組(Schraegwicklung)的成型線圈，所述成型線圈包括至少一個由導電的繞線元件制成的線匝，而且，形成有兩個位于不同的徑向平面的成型線圈側(Formspulseite)，所述成型線圈側在其端部通過端部連接部分(Stirnverbindung)而彼此連接,其中，所述端部連接部分具有橋接所述成型線圈側的線匝錯位部的徑向平面錯位部分，并且，所述成型線圈側是按照圍繞斜繞組的縱軸線呈圓弧形彎曲的方式構造而成的，其中，位于徑向外側的成型線圈側的曲率半徑大于位于徑向內側的成型線圈側的曲率半徑。
[0002]此外，本發明涉及一種用于制造根據本發明的成型線圈的方法與裝置。
[0003]此外，本發明還涉及一種應用了根據本發明的成型線圈的自承式氣隙繞組，尤其是斜繞組。

【背景技術】
[0004]歐洲專利申請文件EP1780871B1公開了一種這種類型的成型線圈。在該申請文件中，首先將線材各個線匝在扁平狀態下螺旋形地圍繞一條在完畢后的成型線圈內部徑向延伸的軸線卷繞，然后才變形、彎折成完畢形式。此時，主要在那些必定形成相應的徑向錯位的區域中，為了避免因為機械的過度負荷(例如導線被過度拉長)而發生損害，在該專利申請文件中采用了如下設計:為能夠形成錯位，每一線匝均具有額外的導線材料作為預留量(Vorlauf，例如以發叉形隆起的形式)，這是因為，在通過對已卷繞完畢并且通常經過熱烘烤的成型線圈進行后續彎折變形而制造錯位時需要額外的導線材料，從而避免導線在這些區域中被過度拉長。盡管如此，對已完畢的成型線圈實施變形還是有可能導致損壞的；因為導線材料需承受機械的負荷，所以，特別是在那些必需承受用于彎折變形所需的力的區域中有可能會出現導線截面發生不利變化以及烘烤漆層也因拉拽而受損或者甚至發生剝落。另外，所謂的預留量必須十分精確地匹配需要達到的錯位量，如預留量過短或過長，那么在不出現機械的過度負荷的情況下是很難形成理想的相應的錯位量的。
[0005]德國專利申請文件DE10114129A1同樣描述了一種電機的管狀的、特別是中空圓柱體狀的無鐵芯自承式繞組，其中，相互交疊的成型線圈是以無徑向錯位部而僅有一個曲率半徑的形式成型的。因此，在將成型線圈組裝成整個繞組時需要進行后續變形，而且由此將產生機械的負荷，確切地說，特別是在軸向對置的區域內，由于成型線圈的交疊，肯定會在內圓柱體區域與置放成型線圈的外圓柱體區域之間形成一過渡區。


【發明內容】

[0006]本發明的基本目的在于，對開頭提到的成型線圈加以改良，從而在它成型時，能夠避免繞線元件的導線材料和其導線截面上、以及在錯位部的區域內和繞線元件的絕緣層上出現損傷，并且使繞線元件在錯位部的區域內能夠理想地延伸。此外，還需提供一種改良的、簡便的、以及可經濟地實現的制造方法，并且提供一種結構簡單并有效的制造工具。
[0007]根據本發明，上述目的是通過權利要求1的特征部分中的特征實現的，在該權利要求I中，每一具有成型線圈側和錯位部的線匝都是通過將卷繞過程中產生的力直接作用在構成此線匝的繞線元件上而形成的。因此，根據本發明，根據本發明的成型線圈不但在其成型線圈側的區域而且在錯位部的區域都僅在卷繞過程中定型。所以，卷繞完畢的成型線圈無需進行后續的彎折變形。根據本發明，在繞制各個單個線匝的卷繞期間，導線材料就被直接做成期望的輪廓形狀。這樣的結果使繞線元件只需進行輕微的塑性變形，因為，與對整個完成的成型線圈進行彎折變形相比，在卷繞過程中僅對每個單個線匝實施彎折變形，從而在此只需要極小的力。所以，根據本發明可以避免或者至少極其顯著地減少尤其是像導線材料的截面改變以及導線涂層的撕裂或剝落等的機械損傷。
[0008]因此，根據本發明的成型線圈具有如下突出的特點，在所有區域，也就是說不但在以不同曲率半徑彎折的成型線圈側，而且在錯位部中，導線材料的變形均未對其導線截面及其外部導線涂層產生影響。
[0009]因此，通過本發明達到了理想的成型效果，就是說在錯位部也同樣能夠理想地成型，因為，每一線匝均未發生長度改變，因而在無需承受機械張力的情況下被經濟地塑造成所需的形狀。因此每一所需的導線長度都能極其理想地由其自身決定；所以并不需要預先制作“預留量”來作為長度儲備。
[0010]此外，根據本發明，如果形成成型線圈側以及線匝錯位部的多個平行線匝的卷繞方向相同則是符合目的的。
[0011]此外，根據本發明，如下設計是符合目的的，即根據本發明的成型線圈由至少一個經修改的菱形線匝、梯形線匝、橢圓形線匝、具有直線形中間部分的菱形線匝或者近似菱形的線匝構成，它們在其最大線匝寬度區域中橫向于其縱軸線延伸的橫軸較位于端部之間的縱軸短。
[0012]此外，根據本發明，如下設計是符合目的的:成型線圈側的曲率半徑順著縱軸線從成型線圈側的一個端部開始到另一端部為止的范圍內始終保持恒定，而錯位部則沿徑向指向縱軸線而延伸。根據本發明，如下設計也同樣有利:成型線圈側的曲率半徑在順著縱軸線從其中一個端部開始到另一端部為止的范圍內逐漸增大，而錯位部則沿徑向-軸向指向延伸。
[0013]根據本發明，同樣可以選擇如下設計:成型線圈側的曲率半徑在順著縱軸線從一個端部出發到另一端部之間的范圍內在第一部分中保持恒定，而在與該第一部分相鄰的第二部分中則持續增大或者持續減小。此外，根據本發明可以這樣設計:根據本發明的成型線圈的端部以相對于縱軸線成O至90°的翻折角度沿朝向縱軸線的方向或者背離縱軸線的方向折疊，而錯位部則沿軸向定向。通過這樣的端部折疊，可縮短根據本發明的成型線圈的結構長度。
[0014]利用根據本發明的成型線圈可以實現具有各種相數與用于所有極對數的繞組。尤其是可以為無刷電機(交流電機)構建以星形連接法或三角形連接法等連接方式連接的三相繞組。對于DC電機，則可以構建疊繞組與波形繞組，尤其是具有5-、7-、9-、11_以及13-分量。這不僅可以適用于2極(極對數=I)或4極(極對數=2)的磁路設計，而且也適用于更多極數的設計。
[0015]每一線匝的繞線元件可以螺旋形地纏繞一層或多層，并且尤其可以從線匝始端到線匝末端無交叉地卷繞。此外，如下設計是符合目的的:繞線元件由具有圓形或者長形(例如矩形)線截面的單線，或者具有至少兩條，例如四條平行地并排延伸且通過油漆層以材料適配的方式聯結的導線的平行線制成，又或者由多股絞合線制成。
[0016]用于制造根據本發明的成型線圈的根據本發明的制造方法具有如下特征:通過在卷繞過程中對繞線元件作用力使其直接成型而形成了成型線圈，因此無需對卷繞完畢的成型線圈做后續的變形處理，按此成型的成型線圈具有以不同曲率半徑彎折的成型線圈側和位于端面上的線匝錯位部，尤其是，它還可具有根據本發明的彎折的端部。在給定形狀的卷繞完畢后，優選直接對成型線圈進行短暫加熱，從而使導線材料的烤漆涂層得到烘烤。就加熱而言，有利的方法是短暫地對成型線圈施加電流。此時，持續時間以及電流強度要根據導線截面來確定，以便為烘烤產生足夠的電熱，但是，電流不能導致繞線元件和/或絕緣層損壞。最后，在冷卻一定時間之后，可將完工的成型線圈從裝置中取出并進行繼續加工。接著，將多個按此法制成的成型線圈以部分重疊地組裝成根據本發明的斜繞組。接著需進行機械固定，而且可以對已有的烤漆涂層進行額外的烘烤，也就是說，通過短暫加熱進行烘烤。
[0017]由于此種優化的成型方法使得根據本發明的成型線圈具有精確限定的曲率半徑以及錯位部，在完工的斜繞組內部可達到較高的銅填充度。此外，每一繞組相均由至少一個成型線圈構成是符合目的的。對于某些連接類型，通過將多個成型線圈處理成鏈路形式，可以使線路成本降低。在此種將成型線圈加工成鏈路形式的情況下，在形成繞組之后，僅需將相應鏈路的始端與末端連接到一起，這樣，就可以得到三角形連接的斜繞組，在這種斜繞組中，一個相位上的所有部分均串聯在一起。
[0018]用于根據本發明的成型線圈的根據本發明的制造裝置包含可被驅動為圍繞旋轉軸轉動的卷繞機構，所述卷繞機構橫向于旋轉軸被分成兩個工具體。所述工具體在它們彼此相向的端面上具有互補的型面，所述型面作為負輪廓與待卷繞的成型線圈的期望擁有的內側和外側表面輪廓相對應，所述型面具有側面區域和過渡區域，所述側面區域用來形成以不同曲率半徑彎折的成型線圈側，而所述過渡區域則用以形成線匝錯位部。在至少其中一個型面的區域內，布置有卷繞元件作為轉向點，用以確定繞線元件的線匝的輪廓。此外，工具體可沿旋轉軸線的方向上彼此相對移動，確切地說，是可以在彼此間隔開的取出位置與彼此靠近的卷繞位置之間移動，其中，在卷繞位置中，型面通過一卷繞間隙(Wickelspalt)間隔開，該卷繞間隙的間隙寬度是按照與相應的繞線元件相適配的方式來安排并進行調整，從而使得繞線元件以在卷繞時可被限定為具有較小卷繞余隙(Wickelspiel)的方式來引導，并且能夠在型面之間合適地定型。通過使卷繞機構轉動，一端部固定在其中一個型面區域之內的繞線元件被從外部自動拉入到型面之間，拉入卷繞間隙之中，并且呈螺旋狀地圍繞卷繞元件纏繞。繞線元件理想地適配于兩個型面的互補表面形貌，確切地說，繞線元件不但在形成成型線圈側的彎折的側面區域內相適配，而且在形成線匝錯位部的過渡區域內也是匹配的。
[0019]在優選設計方案中，設置有能夠通過繞組末端向已卷繞的且經擠壓的成型線圈施加電流的機構，對于所施加的電流的持續時間及電流強度進行安排以使得成型線圈能夠被電熱加熱，從而使線材烤漆層得到烘烤。
[0020]在卷繞與烘烤之后，通過將工具體移至取出位置，可將加工完畢的成型線圈從裝置中取出。按照上述方法制成的成型線圈接著需進一步處理，以使其組裝成根據本發明的一端固定式斜繞組并材料適配地連接。單個成型線圈的繞組始端與繞組末端被按照一定的方式彼此導電地連接。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]下面借助于附圖，以示例方式詳細闡述本發明。其中:
[0022]圖1示出了示例電機的軸剖圖，該電機具有以簡化方式展示的根據本發明的一端固定式繞組，在這里，所述繞組示例性地安置在定子側，
[0023]圖2示出了根據本發明的帶有多個成型線圈的分塊式繞組的放大的側視圖，
[0024]圖3示出了圖2中所示繞組沿箭頭III的軸向方向的另一放大的端面視圖，
[0025]圖4示出了根據圖2和圖3的繞組的單個成型線圈的視圖，
[0026]圖4a和圖4b示出了根據本發明的成型線圈的可選幾何形狀，
[0027]圖5示出了如圖4中示出的成型線圈沿切面V-V剖開后的放大的截面圖，
[0028]圖6示出了沿圖5中以“VI”標示的在一示例性實施方式中作為平行線的繞線元件的線匝層剖開后的放大的截面圖，
[0029]圖6a示出了根據本發明的成型線圈的一個可選實施方式，
[0030]圖6b、圖6c和圖6d示出了根據本發明的斜繞組的繞組體的可選幾何形狀，
[0031]圖7示出了根據本發明的處于打開的取出位置的帶有兩個工具體的兩件式卷繞機構形式的制造裝置的簡化立體視圖，
[0032]圖8示出了根據圖7的兩個工具體之中的具有固定的繞線元件末端或始端的一個工具體，
[0033]圖9示出了在卷繞進程中具有閉合工具體的卷繞位置中的卷繞機構的示意性側視圖，圖9中的繞線元件以虛線標示，
[0034]圖10示出了與圖9類似的視圖，但是卷繞機構處于卷繞進程之后對成型線圈進行熱烘烤的狀態，
[0035]圖11示出了與圖9和圖10類似的側視圖，但是處于用來取出卷繞完畢并業經烘烤的成型線圈的取出位置中，以及
[0036]圖12示出了根據圖11的取出位置的附加的立體視圖，
[0037]圖13至圖17以不同視圖示出了用來制造根據圖6的成型線圈的根據本發明的裝置。
[0038]在不同的圖形中，同樣的部件均配以相同的附圖標記。

【具體實施方式】
[0039]對于后文中附圖所作的描述，就本發明需要強調的是:本發明并不限于提及的實施例，因此也不限于所描述的特征組合中的全部或多個特征，實際上，每一實施例中的每一單個子特征無論是單獨存在(在與其他所有結合在一起描述的子特征分開時)，還是與另一實施例中的任一特征相組合，都具有發明意義。
[0040]如圖2至圖5所示，繞組6包括一空心的分塊式繞組體18，該分塊式繞組體18具有中間的縱軸16。分塊式繞組體18尤其可由單個成型線圈20制成為自承式氣隙斜繞組。成型線圈20的數量大于/等于2個，優選等于或者大于三個。在圖4中示出了一根據本發明的成型線圈20的實施方式。根據本發明的這一成型線圈20是用能夠導電的繞線元件22制成的。所述繞線元件22具有外部的電絕緣層。繞線元件22可以是外周配有絕緣漆層的單條圓導線，例如用銅按照DIN EN60317-20, 2000/10制成。繞線元件還可以采取其它形式，如平行線、多條平行輔設的單線、多股絞合線或成型線材(Formdraht)。
[0041]根據本發明的成型線圈20由至少一個以繞線元件22組成的線匝(Windung)繞360°制成。由多個彼此平行且并排延伸的線匝30制造的成型線圈也在本發明的范圍之內。每一繞組6中的成型線圈20的數量稱作繞組6的相(Teiligkeit)。一個成型線圈20的全部線匝30均具有相同的繞線方向，這種繞線方向在數學上或者是正的(即稱為順時針方向)，或者是負的(即稱為逆時針方向)。進一步地，繞組6的全部成型線圈20均具有相同的繞線方向。如圖4所示，根據本發明的成型線圈20優選具有多個彼此平行延伸的線匝30，而且，每一成型線圈20均具有兩個線匝側或者成型線圈側24a、24b (準確來說是上成型線圈側24a和下成型線圈側24b)。在它們彼此對置的端側上，成型線圈20具有位于成型線圈側24a與成型線圈側24b之間的過渡區，以在此處提供端部連接部分26a、26b。存在于根據本發明的繞組之中的全部成型線圈20的所有端部連接部分26a、端部連接部分26b的集合在根據本發明的斜繞組的軸向的對置的端部構成其繞組端部(Wickelkopf)。
[0042]一位于成型線圈側24a和24b之間的、且垂直于通過端部連接部分的對角線Y的間距是繞組寬度A。對于根據本發明的斜繞組6而言，繞組寬度A在最大值與O值之間變動，就是說，在根據本發明的斜繞組中，兩個成型線圈側24a、24b在其端部連接部分26a、26b的區域內交匯于一轉折點。根據本發明的成型線圈20可以構造成不同的形狀，對此可參見圖4、圖4a、圖4b。成型線圈20的形狀尤其會對繞組與磁場之間的磁通交聯、導電繞線元件22可達到的載荷因數以及可達到的機械強度產生影響。如圖4所示的這種經修改的菱形形狀是符合目的的，采取這種形狀時，連接端側的對角線Y要比垂直于此對角線Y的穿伸位于最大繞組寬度A的范圍的線匝的對角線更長。此外，也可以采取另一經修改的、中間部分成直線狀的菱形形狀(見圖4a)或者采取橢圓形形狀(見圖4b)。另外，純菱形形狀也是可行的，或者還可以實現成梯形形狀。如圖2與圖3所示，成型線圈20在根據本發明構造成管狀的斜繞組的外周是彼此重疊的，就是說以屋面瓦片的方式安置。此處的布置方式如下:成型線圈20圍繞繞組6的縱軸線16設置，其徑向上在外部的成型線圈側24a在一半徑等于R3的外部的圓柱體14a之上，而成型線圈20的徑向向內錯開的成型線圈側24b則置于一半徑等于R2(R2相對R3較小)的圓柱體14b之上，而且，成型線圈側24a的徑向定向的內側面和成型線圈側24b的徑向定向的外側面位于一半徑等于Rl的中間圓柱體14c上，此時有:R2〈R1〈R3，因此三者彼此交疊。因此，成型線圈側24a和24b被扭彎成圓弧形，確切地說，相對于縱軸線16彎曲成圓弧形，而且，成型線圈側24a具有曲率半徑Rl、R3，而成型線圈側24b具有曲率半徑R2、R1。圓柱體14a、14b構成管狀的殼體14。而相應地成型線圈20的成型線圈側24a、24b在該殼體14上各自延伸。由于成型線圈20以前述方式交疊在繞組6的外周上，在圖2所示的側視圖中，徑向向內錯開延伸的成型線圈側24b被位于其上的、向外錯開的成型線圈側24a所覆蓋，因而成型線圈側24b是不可見的。
[0043]由于成型線圈側24a、24b采取前述設計與結構，因此在圖3與圖5中，它們在端部26a、26b的區域內通過端部連接部分而彼此交匯，而且，所述端部連接部分通過線匝錯位部28來消除位于成型線圈側24a、24b之間的徑向平面錯位。相應地，每一線匝22a均具有兩個用來連接由線匝22a所形成的成型線圈側24a、24b的錯位部28。在示出的實施例中，繞組6被構造成具有圓形的圓柱體橫截面的中空圓柱體形狀，從而使繞組體18形成一橫截面成圓形的圓柱體。在此種設計方案中，錯位部28在徑向方向在成型線圈側24a、24b之間延伸，在這種情況下，錯位部對于半徑傾斜的方式傾斜地、筆直地或稍呈弧狀地延伸。在這一實施例中，沿著成型線圈22的縱軸線16 (從端部26a出發到另一端部26b為止),成型線圈側24a、24b的曲率半徑Rl、R2、R3均是恒定的。
[0044]在圖6a中示出了根據本發明的成型線圈20的另一可選實施方式。在這種成型線圈20中，端部以垂直于延伸在端部26a、26b之間的較長對角線Y的方式，例如垂直向內或向上翻折(ein-bzw.abgeklappt)。相對于縱軸線或對角線Y,翻折角α可以是O至90°。此時，翻折角α是相應的外角。在示出的實施例中，翻折的區域26d和26e是沿相反的方向翻折的。當然，兩個翻折的端部26d、26e要么向一個方向要么向其它方向沿相同方向地翻折也在本發明的范圍之內。在圖6b中示出了由多個根據本發明的成型線圈20制成的根據本發明的繞組的實施方式，其中所述成型線圈20具有如圖6a所示的翻折端部26d、26e。如圖6a所示，在這一實施方式中端部26d朝著從繞組縱軸線出發的方向向外指向(這稱作向外翻折)，而與之對置的端部26e則朝著縱軸線的方向向內指向(這稱作向內翻折)。如前所述，成型線圈形成以相同方向向內或向外翻折的端部，或者僅在成型線圈20的一端設置向內翻折或向外翻折的端部，也都在本發明的范圍之內。在成型線圈20具有向內翻折或向外翻折的端部的實施方式中，錯位部28在向內翻折或向外翻折的端部26d、26e的區域中延伸，也就是說，沿軸向方向延伸。
[0045]在圖6c中示出了根據本發明的繞組6的繞組體18的一種可選幾何形狀，在這里，繞組體18采用截錐形的設計方案。在繞組體18的此種截錐形設計方案中，根據本發明的成型線圈22是這樣設計的:成型線圈側26a和26b的半徑是從成型線圈的直徑較小的端部開始到直徑較大的端部逐漸擴大。在這種情況下，過渡部分28在成型線圈26a、26b之間沿徑向-軸向方向延伸。
[0046]在圖6d中，示出了根據本發明的繞組的繞組體18如圖6c所示之實施方式和如圖6所示之實施方式的組合體，也就是說，在此，繞組體18包含一圓柱體部分和一與此圓柱體部分毗鄰的截錐形部分。
[0047]根據本發明，每一成型線圈都是通過在卷繞過程中對繞線元件22直接造型的方式，也就是說，通過將卷繞過程中出現的變形力作用到形成線匝30的繞線元件22上的方式而形成，這樣，具有曲率半徑為R1、R2、R3的成型線圈側24a、24b以及將所述成型線圈側24a,24b連接起來的錯位部28的已卷繞完畢的成型線圈20無需進行后續變形。
[0048]在每一已卷繞的成型線圈20之內，繞線元件22形成的各個線匝30(見圖5右半部分)通過涂層，尤其是由所謂的烤漆(Backlack)形成的層以材料適配的方式連接到一起并固定成型。烤漆通常是聚酰胺涂層，其通過加熱而具有熱塑性，隨后將繞線元件22的線匝30彼此粘接或者說焊接在一起。在烤漆之下，繞線元件22優選還具有一尤其是用聚氨酯制成的電絕緣的層。
[0049]如圖4所示，在每個成型線圈20之內，繞線元件22呈螺旋形，并且以從內部的線匝始端32到外部的線匝末端34優選沒有交叉的形式卷繞一層或多層。這種繞線方式是圍繞圖4中垂直于繪圖平面延伸的卷繞軸線36進行的，所述卷繞軸線36在組裝完畢的狀態下是在繞組體18內徑向延伸的。此時，就像前面已經提及的那樣，在一徑向俯視圖(圖4)中看起來，成型線圈20可以被設計為修改的菱形形狀，其在軸向方向上的對角線較長，而在周向方向上的對角線則較短。此外，在一與繞組體18的縱軸線16相垂直延伸的剖面(見圖4中的平面V-V)中看來，每一成型線圈20均具有一呈扁平的、矩形的、弓狀的繞組橫截面(見圖5)，在圖5的左邊區域中，所述橫截面是采用簡略的陰影線方式示出的。
[0050]如在圖5和圖6中作為示例描繪的那樣，繞線元件22可有利地由一平行線制成，所述平行線具有至少兩條(例如像圖中示出的那樣，具有四條)毗鄰平行延伸，而且以材料適配的方式(尤其是通過其烤漆層25)彼此聯結的導線23。在這一情況中，所述平行線的導線23在成型線圈20的各線匝30之中是并排布置的，因此它們在成型線圈20中是沿徑向重疊布置的。
[0051]作為平行線的替代品，單線或多股絞合線也可用作繞線元件22。若采用多股絞合線，可將其壓成橢圓形或扁平形，并按類似于平行線的方式來卷繞。此時，使多股絞合線在成型線圈20之中以不發生交叉的形式延伸也是有利的，在這種情況下，在多股絞合線內部的各導線可因絞合或扭轉而交叉。作為單線，可以采用具有圓形橫截面的導線，尤其是采用線直徑較大的所謂粗導線，這樣，在單層繞組的情況下，成型線圈的徑向厚度等于粗導線的線直徑，或者在多層繞組的情況下，成型線圈的徑向厚度等于粗導線的線直徑與線匝數量的乘積。作為替代方案，單線也可以采用具有長形，尤其是矩形截面的所謂扁導線，在這種情況下，扁導線也按照與平行線或壓扁的多股絞合線類似的方式來卷繞，從而使成型線圈20的徑向厚度等于導線高度。
[0052]借助于圖7至圖12來描述一種根據本發明用來制作用于一端固定式斜繞組6的成型線圈20的裝置。這種裝置具有卷繞機構40，該卷繞機構40可被驅動為圍繞一旋轉軸42轉動。在此，旋轉軸42與前面提到的成型線圈20的卷繞軸線36相一致。卷繞機構40橫向于旋轉軸42而被分為兩個工具體44和46。所述工具體44、46在它們彼此相向的端面上具有互補的型面48、50，而且，一個工具體44的型面48具有與待卷繞的成型線圈20期望的內面輪廓相適配的凸形表面形狀，而另一工具體46的型面50則具有一互補的因而呈凹形的表面形狀，以便用來形成待卷繞的成型線圈20的外表面輪廓。這意味著，每一型面48、50均具有側面區域A、B，以便用來形成被彎折成具有不同曲率半徑R1、R2、R3的成型線圈側24a、24b，并且每一型面48、50在所述側面區域A、B之間均具有過渡區域C，用以形成錯位部28。過渡區域C具有與此過渡區域的陰型印痕相應的表面形狀。在這里，在至少一個型面的區域內，例如像在第一工具體44的型面48的區域內所示的那樣，布置有凸出的卷繞元件52作為用來確定繞線元件22的線匝30之延伸的轉向點。因此，該卷繞元件52確定了成型線圈20的內部轉向點的位置，對此尤其請參見圖12，在此圖12中同時畫出了已卷繞完畢的成型線圈20。此外，根據圖8和圖12，在其中一個型面(例如同樣在型面48)的區域內設置有用于繞線元件22的繞組始端32的固定件54。該固定件54可有利地構造為通過一夾緊開口使得繞線元件22的端部可簡單地以力適配的方式插入其中。
[0053]由圖7至圖12可進一步看出，兩個工具體44、46可沿旋轉軸42的方向彼此相對移動。另外，可以固定其中一個工具體，而使另一工具體可活動。因此，工具體44、46可在一相互間隔開的取出位置(見圖7、圖11和圖12)與一彼此靠近的卷繞位置之間移動，而且，在卷繞位置(對此請見圖9)中，型面48、50通過卷繞間隙56間隔開，所述卷繞間隙56按照與相應的繞線元件22相適配的方式來確定或者進行調整，從而使得繞線元件22在卷繞時可被限制成具有很小的卷繞余隙，但同時它又能夠以合適成型的方式在型面48、50之間穿引。對于卷繞過程中情形，請參見圖9。通過帶有兩個閉合的工具體44和46的卷繞機構40圍繞旋轉軸42轉動，一端固定在固定件54中的繞線元件22 (以虛線標示)將被自動地卷入到卷繞間隙56中，而且在這里它將被限制為圍繞卷繞元件52鋪設。由于卷繞間隙56由型面48、50限定形狀，因此繞線元件22將按型面48、50彎折定型。卷繞機構40需轉動的時間或者說需要轉動的圈數，取決于成型線圈20上卷繞的線匝30的期望數量。
[0054]由于工具體44、46可以從卷繞位置出發進一步相向移動一定的距離s (s大于0，并且小于/等于0.5mm，見圖10)，因此已卷繞的成型線圈20能夠被無卷繞余隙地固定住。此夕卜，根據本發明的裝置具有一機構，用于通過其繞組端向已卷繞的且固定住的成型線圈20施加電流，而且該機構所施加的電流的持續時間及電流強度符合如下目的，即，成型線圈20能夠被電熱加熱，從而使其線材烤漆層(Draht-Backlack-Beschichtung)得到烘烤。
[0055]作為替代方案，線匝也可利用浸潰漆或者采用塑料壓注包封實現粘接。此外，兩個工具體44、46符合本發明目的地通過軸向的或者與軸向平行的銷釘狀導向件58 (插入在導向孔58a中)在旋轉方向上相對彼此定向地進行導向。這樣就可以確保型面48、50彼此間始終能夠配合精確地保持對置狀態。
[0056]在圖13至圖17中示出了根據本發明的用來制造如圖6a的成型線圈20的裝置。在這里，與圖1至圖12中相同的部分采用相同的附圖標記進行標識。根據圖13至圖17所示的裝置的結構設計及功能所涉及的問題，可參閱對圖1至圖12所做的說明的全部范圍。在根據圖13至圖17的裝置中，沿型面48、50的縱向Y-Y看，每一工具體44、46在相應的型面48、50之間形成的且位于其彼此相對之端部的卷繞間隙56處分別具有間隙部分56a、56b，所述間隙部分以與型面48、50成90°的形式延伸。參照圖6a，間隙部分56a、56b沿彼此相反的方向延伸，并且它們起到例如使成型線圈20的端部26a、26b成直角翻折成型的作用。為此，型面48、50的那些包圍著相應的間隙部分56a、56b的表面隆起部48a、50a分別具有成型線圈20的端部26a、26b的毗鄰表面的負輪廓。為了形成表面隆起部48a、50a，每一工具體44、46均具有由工具體44、46的展平部分59形成的表面隆起部48a或者表面隆起部50a，以及構造在工具體44、46的工具體凸出部60，在這種情況下，在卷繞位置中，一個工具體44、46的工具體凸出部60會遮蓋另一工具體44、46的那一由展平部分59所形成的表面隆起部48a，由此就形成了相應的間隙部分56a、56b，對此尤請參見圖13和圖16。
[0057]圖13中示出的根據本發明的裝置正處于其工具體44、46彼此分離的狀態(就像圖7至圖12所示出的那樣)，而且繞線元件22已嵌入，且其線始端被夾在固定件54中。圖14中示出了如圖13的根據本發明的裝置處于準備開始卷繞程序的閉合狀態，在此狀態下，繞線元件22隨后將在型面48、50以及表面隆起部48a、50a之間，在形成于型面48、50及其表面隆起部48a、50a之間的卷繞間隙56以及間隙部分56a、56b之間，一層層地卷繞成成型線圈20。
[0058]在圖15中示出了根據本發明的裝置處于卷繞程序完成后的閉合狀態，在此狀態下可以看出，成型線圈20已卷繞完畢，因為工具體44、46之間的卷繞間隙56已完全被已卷繞完畢的成型線圈20填滿。
[0059]圖16以剖視圖的形式示出了在根據本發明的裝置仍處于閉合的狀態下，具有翻折的端部26a、26b的已卷繞完畢的成型線圈20。在這里,成型線圈20的翻折的端部26a、26b的位置可在工具體44、46的展平部分59與工具體凸出部60之間看到。此外，圖中還示出了導向件58如何插入到與其對置的導向孔58a中。
[0060]在圖17中示出了根據本發明的裝置在成型線圈20繞制完畢之后的打開狀態，在該狀態下，成型線圈20可從根據本發明的工具中取出。
[0061]最后，將對根據本發明用來制造用于一端固定式斜繞組6的成型線圈20的方法進行說明。根據本發明，成型線圈20是這樣形成的，在卷繞過程中，繞線元件22由于受到在卷繞過程中產生的卷繞力的作用而被直接成型，因此卷繞完畢的成型線圈20無需再做后續的加工變形，而且其擁有具備不同曲率半徑的成型線圈側24a和24b以及位于端面的錯位部28，且根據需要還擁有翻折的端部26a、26b。此種成型效果是利用如上所描述的圖7至圖12以及圖13至圖17所示的裝置實現的。在成型線圈20的成型卷繞過程之后，成型線圈20將被短暫地加熱，以便使繞線元件22的烤漆層25得到烘烤。優選的，短暫地對成型線圈20施加電流從而實現加熱，以便通過內部的電流熱實現加熱。在卷繞過程中，旋轉方向用箭頭Z表示。
[0062]在冷卻一段時間后，通過使工具體44、46移動到圖12、圖17所示的取出位置，力口工完畢的成型線圈20就可從裝置中取出。對于取出而言，如下設計是有利的:卷繞元件52的至少一部件(Teilmenge)是可松脫地固定在相應的工具體上的，因而在取出成型線圈20之前，卷繞元件52的至少一部分是可以卸除的。
[0063]在制造一定數量的成型線圈20后，將這些成型線圈以部分重疊的方式組裝到繞組體18上，對其施以機械固定，并短暫地進行加熱，從而使烤漆層25受到烘烤。由此就可獲得如圖2、3和6b中展示的一端固定式斜繞組6。
[0064]本發明并不限制于前面已經說明和描寫過的實施例，其也包括所有在發明意義上起同樣功能的結構。需要強調的是，本發明的實施例并不限于將全部特征組合在一起，確切地說，每一單個子特征在與其他所有子特征分開時仍然具有發明上的意義。另外，迄今為止，本發明也不限于相應的獨立權利要求中限定的特征組合。事實上，由所有已公開之單個特征中的一定特征所組成的任一組合也落在本發明的范圍之內。這意味著，原則上并在實踐中，獨立權利要求中所述的每一個單個特征都可以刪去或者至少一個由在本申請文件的其他地方所公開的單個特征來取代。
【權利要求】
1.一種成型線圈(20)，用以制造自承式氣隙繞組，尤其是小型電機(I)的包括至少兩個在繞組(6)周圍交疊安置的成型線圈(20)的斜繞組(6)，所述成型線圈(20)包括至少一個由導電的繞線元件(22)制成的線匝(30)，其中，構造有兩個位于不同的徑向平面的成型線圈側(24a, 24b),所述成型線圈側(24a, 24b)在其端部(26a, 26b)通過端部連接部分彼此連接，其中，所述端部連接部分具有橋接所述成型線圈側(24a，24b)的線匝錯位部(28)的徑向平面錯位部分，并且，所述成型線圈側(24a，24b)是圍繞斜繞組(6)的縱軸線(16)呈圓弧形彎曲的方式構造而成的，其中，徑向上位于外側的成型線圈側(24a)的曲率半徑(R1)大于徑向上位于內側的成型線圈側(24b)的曲率半徑(R2)，其特征在于，每一具有所述成型線圈側(24a，24b)和所述錯位部(28)的線匝(30)都是通過在卷繞過程中的作用力直接作用在構成所述線匝(30)的繞線元件(22)上而形成的。
2.根據權利要求1所述的成型線圈，其特征在于，具有在俯視圖中看來呈以下形狀至少之一的線匝:菱形的線匝(30)、梯形的線匝(30)、橢圓形的線匝(30)、修改成具有直線形中間部分的菱形線匝(30)、或者修改的菱形線匝，其在具有最大線匝寬度(A)的區域中橫向于其縱軸線⑴延伸的橫軸⑵要比其端部之間的縱軸⑴短。
3.根據權利要求1或2所述的成型線圈，其特征在于，所述線匝(30)的卷繞方向均為相同指向。
4.根據權利要求1至3之一所述的成型線圈，其特征在于，所述成型線圈側(24a，24b)的曲率半徑(HR3)在順著所述成型線圈(20)的縱軸線(16)從一個端部(26a)開始到另一端部(26b)為止的范圍內分別保持恒定，其中，所述錯位部(28)則徑向指向所述縱軸線(16)地延伸。
5.根據權利要求1至3之一所述的成型線圈，其特征在于，所述成型線圈側(24a，24b)的曲率半徑(HR3)在順著所述成型線圈(20)的縱軸線(16)從一個端部(26a)開始到另一端部(26b)為止的范圍內連續增大，其中，所述錯位部(28)則徑向-軸向指向所述縱軸線(16)地延伸。
6.根據權利要求1至3之一所述的成型線圈，其特征在于，所述成型線圈側(24a，24b)的曲率半徑(R1, R2, R3)在順著其縱軸線(16)從一個端部(26a)出發到另一端部(26b)為止的范圍內在第一部分中保持恒定，而在與所述第一部分相鄰的第二部分中則持續增大或者持續減小。
7.根據權利要求1至6中一項或多項所述的成型線圈，其特征在于，所述端部(26a，26b)沿著朝向所述縱軸線的方向向內翻折，或者沿著背離所述縱軸線(16)的方向向外翻折，相對于所述縱軸線(16)，翻折角(α)為O至90°，尤其是90°。
8.根據權利要求1至7之一所述的成型線圈，其特征在于，所述繞線元件(22)呈螺旋形地卷繞一層或多層，并且尤其可以從線匝始端(32)到線匝末端(34)無交叉地卷繞。
9.根據權利要求1至8之一所述的成型線圈，其特征在于，所述繞線元件(22)由單線、平行線或者多股絞合線制成，所述單線具有圓形的或者長形的，例如矩形的線截面，所述平行線具有至少兩條，例如四條平行地并排延伸且以材料適配的方式，尤其是通過烤漆(25)聯結的導線(23)。
10.根據權利要求9所述的成型線圈，其特征在于，在采用平行線的情形下，所述平行線中的單線(23)在各單個線匝(30)之內是并排布置的，因此它們在所述成型線圈(20)中是徑向上下重疊的。
11.根據權利要求1至10之一所述的成型線圈，其特征在于，其在垂直于所述繞組體(18)的縱軸線(16)延展的剖面(V-V)上具有扁平的，優選呈矩形的，弧形的線圈橫截面。
12.一種用于制造根據權利要求1至11之一所述的成型線圈(20)的方法，其特征在于，所述成型線圈(20)是通過這樣的方式形成的:通過在卷繞時產生的力，所述繞線元件(22)的所述/每個單個線匝(30)在卷繞過程期間被直接成型為具有以不同曲率半徑(R1,R2, R3)彎折的成型線圈側(24a，24b)以及端部側的錯位部(28)，因此卷繞完畢的成型線圈(20)無需再進行后續的變形處理。
13.根據權利要求12所述的方法，其特征在于，在成型卷繞過程之后，所述成型線圈(20)被短暫加熱，以使所述繞線材料(22)的烤漆層(25)得到烘烤，或者被涂上浸潰漆或者由塑料壓力注塑包封。
14.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，為對所述成型線圈(20)進行加熱而短暫地對其施加電流。
15.一種利用根據權利要求12至14之一所述的方法制造成型線圈(20)的裝置，其特征在于，其具有可被驅動為圍繞旋轉軸(42)轉動的卷繞機構(40)，所述卷繞機構橫向于所述旋轉軸(42)分為兩個工具體(44，46)，所述工具體(44，46)在它們彼此相向的側面上具有互補的、與待卷繞的成型線圈(20)的內表面輪廓和外表面輪廓相匹配的成型為負模的型面(48，50)，所述型面(48，50)具有側面區域(A，B)用來形成以不同曲率半徑(R1,R2，R3)彎折的成型線圈側(24a，24b)、以及具有過渡區域(C)用以形成錯位部(28)，而且，在至少一個所述型面(48，50)的區域內布置有作為轉向點的卷繞元件(52)，其用來決定所述繞線元件(22)的線匝(30)的線路走向。
16.根據權利要求15所述的裝置，其特征在于，在其中一個所述型面(48，50)的區域內設置有用于所述繞線元件(22)的線匝起始端(32)的固定件(54)。
17.根據權利要求15或16所述的裝置，其特征在于，為了取出已完成的成型線圈(20)，所述卷繞元件(52)中至少有一部分以可松脫方式進行安裝。
18.根據權利要求15至17之一所述的裝置，其特征在于，所述工具體(44，46)可在所述旋轉軸(42)的方向上彼此相對移動，確切地說，在彼此間隔開的取出位置與彼此靠近的卷繞位置之間移動，其中，在所述卷繞位置中，所述型面(48，50)通過卷繞間隙(56)間隔開，所述卷繞間隙(56)的間隙寬度則按照與相應的繞線元件(22)相適配的方式安排或調整，以便使所述繞線元件(22)在卷繞時具有限定的卷繞余隙，同時又能夠以適于成型的方式在所述型面(48、50)之間穿引。
19.一種根據權利要求18所述的用來制造根據權利要求7所述的成型線圈的裝置，其特征在于，在所述型面(48，50)的縱向方向(Y-Y)上在彼此對置的端部上，構造在所述型面(48,50)之間的卷繞間隙(56)具有間隙部分(56a，56b)，所述間隙部分(56)以與所述型面(48，50)成與所述翻折角(α)適配的尤其是90°的角度的方式延伸，而且所述間隙部分(56a, 56b)沿彼此互逆的方向延伸，并起到使端部(26a，26b)以O至90°，尤其是90°的翻折角U)翻折而定型的作用，而且，所述型面(48，50)的在所述間隙部分(56a，56b)中延伸的表面隆起部(48a，50a)分別具有與所述端部(26a，26b)的對置的表面相對應的負輪廓。
20.根據權利要求19所述的裝置，其特征在于，每一工具體(44，46)均具有由所述工具體(44，46)的展平部分(59)所構成的表面隆起部(48a)與構造在工具體凸出部￠0)上的表面隆起部(50a)，其中，在卷繞位置中，由所述展平部分(59)構成的表面隆起部(48a)被由所述工具體凸出部(60)所構造而成的表面隆起部(50a)遮蓋，而相應的間隙部分(56a，56b)則形成在所述展平部分(59)與工具體凸出部￠0)之間。
21.根據權利要求15至20之一所述的裝置，其特征在于，為固定所述成型線圈(20)，所述工具體(44，46)能夠從所述卷繞位置出發彼此相對移動一距離(S)。
22.根據權利要求15至21之一所述的裝置，其特征在于，其具有能夠向已卷繞且已固定的所述成型線圈(20)施加電流的機構，關于所述電流的持續時間及電流強度是這樣確定的，即能夠通過電熱加熱所述成型線圈(20)，從而使線材烤漆層(25)得到烘烤。
23.根據權利要求15至22之一所述的裝置，其特征在于，兩個所述工具體(44，46)通過軸向上的導向件(58)導向為在旋轉方向上相對彼此對齊。
24.一種自承式氣隙繞組，尤其是安裝在電機(I)中的斜繞組，其包括至少兩個在線圈周圍交疊安置的成型線圈(20)，其特征在于，所述成型線圈(20)具有根據權利要求1至11之一所述的特征。
【文檔編號】H02K3/28GK104167846SQ201410211386
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年5月19日 優先權日:2013年5月17日
【發明者】羅蘭特·凱勒, 阿明·內格爾, 安德列斯·侯爾德, 馬庫斯·克滬木拜因, 亞諾什·帕普里克斯 申請人:弗里茨·福爾哈貝爾博士兩合公司