專利名稱：電機(jī)繞組的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如權(quán)利要求1前序部分中所述的一種電機(jī)繞組的制備方法。
在電機(jī)中，繞組直接安裝在定子和/或轉(zhuǎn)子上，或安裝在定子和/或轉(zhuǎn)子的鐵磁體部分上。在后一種情況中，繞組裝在磁性的疊片鐵芯上的槽中，或者繞在從定子/轉(zhuǎn)子架伸出的獨(dú)立的極靴上。本發(fā)明涉及繞組裝在槽中的電機(jī)的繞組的制備。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及具有開(kāi)口槽的電機(jī)。
在小型的交流電機(jī)的定子中，使用了一種半封閉的槽，槽開(kāi)口處的齒緣加寬，部分地蓋住了槽，防止繞組移動(dòng)。齒緣的設(shè)計(jì)也可以用來(lái)修正電機(jī)的某些特性，例如雜散電抗及控制氣隙中的磁通量。然而，由于槽是半封閉的，在裝入繞組時(shí)只能一次將一條或很少幾條線放入槽很窄的開(kāi)口。所以纏繞工作十分費(fèi)力。因此，很難保持繞組的形狀，在纏繞工作完成后，線圈需重新定形。
在有軸向氣隙的電機(jī)中，電機(jī)里面的齒寬非常小，為繞組外伸所留下的空間非常有制。線圈不得不進(jìn)行定形，使其能被放入預(yù)先設(shè)計(jì)好的位置，并且當(dāng)繞組被裝入的時(shí)候不損壞絕緣層。制備繞組需要幾個(gè)步驟，這些步驟要盡可能自動(dòng)化及簡(jiǎn)單化。
本發(fā)明的目的是開(kāi)發(fā)一種新的電機(jī)繞組制備方法，能克服上述缺陷，尤其用于繞組裝入開(kāi)口槽中的情況。特別是，本發(fā)明的目的是提供一種用于有軸向氣隙的電機(jī)的繞組制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的特征為權(quán)利要求1特征部分所描述的特征。按照該方法，繞組線圈是由繞線繞成，繞組線圈形成大致最終的形狀，將繞組線圈放入磁芯的槽中就位。通過(guò)在寬度大致等于電機(jī)槽寬度的模具中纏繞繞組線圈，線圈邊就已經(jīng)有了其最終的形狀，以備其能被置入槽。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，繞好后的繞組橫截面并不完全同槽相符，但可以采用一些方法來(lái)獲得繞組的形狀。例如，將其壓入同槽一樣形狀的模子中，這樣一來(lái)繞組就被繞成它們最終的形狀。
按照一個(gè)實(shí)施例，繞組線圈的第一線圈邊裝入一個(gè)電機(jī)槽中，然后轉(zhuǎn)動(dòng)線圈，使另一個(gè)線圈邊進(jìn)入另一個(gè)電機(jī)槽。這樣每個(gè)繞組線圈的第一線圈邊進(jìn)入槽的下部，另外一個(gè)線圈的線圈邊放在它的上面，在兩層繞組的情況下，線圈的第二線圈邊會(huì)進(jìn)入到另一個(gè)槽的上部，位于第三線圈邊的上面。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，在被置入槽以前，端繞組已經(jīng)被制成它們最終形狀。這使得當(dāng)安裝線圈時(shí)，不用轉(zhuǎn)動(dòng)端繞組，并且，端繞組已被彎曲，以使它們能平滑地同其它繞組交織在一起。
根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，每個(gè)繞組線圈在被置入槽中時(shí)都是獨(dú)立的線圈，放入槽中后，繞組線圈會(huì)被連接在一起，形成所需的繞組。作為單獨(dú)的線圈，繞組線圈是較容易制造出來(lái)的，并且比互聯(lián)的線圈更易且更快地成型并置入槽。絕緣層不易被損壞。這個(gè)方法特別適用于軸向電機(jī)，這種電機(jī)中的內(nèi)圈上供繞組外伸的空間非常狹小。
根據(jù)可與前一個(gè)實(shí)施例替換的實(shí)施例，在線圈被置入槽前，兩個(gè)或更多的線圈串聯(lián)連接，并且串聯(lián)的線圈的線的端頭同其它串聯(lián)線圈連接起來(lái)，形成所需的繞組。這樣可以減少，在某些極端的情況下能不需要將線圈焊接起來(lái)的工作。這個(gè)實(shí)施例適合于電機(jī)有足夠的空間容納繞組的情況，或者端繞組處于槽兩端形狀相同，例如線性電機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合。
在繞組線圈被放入槽后，最好用鐵磁性的楔子插入槽上的溝槽而把槽封閉起來(lái)。線圈槽沿深度方向靠在楔子上，并且在安裝楔子后無(wú)需其他專門(mén)措施。這種槽楔的使用還使氣隙中磁通量不會(huì)產(chǎn)生諧波，所以大大減少了由于諧波而出現(xiàn)的震動(dòng)及噪音。因?yàn)槎ㄗ硬鄣臄?shù)量通常是轉(zhuǎn)子上磁鐵數(shù)的倍數(shù)，所以，這對(duì)于有永磁體的同步電機(jī)是一個(gè)具有重要意義的特特征。因而，所有的磁鐵位于相對(duì)定子槽的相同位置上，這樣在槽開(kāi)口/齒緣的對(duì)稱分割出來(lái)的氣隙中磁通密度的改變，會(huì)在所有磁鐵上在同一時(shí)間及同一方向上產(chǎn)生軸向及切向的力。通過(guò)給槽楔一定的形狀，可以影響到磁通量的控制，以及電機(jī)中震動(dòng)及噪音的水平和雜散電抗。利用這種方法，可以獲得電機(jī)氣隙表面的磁特性，這些磁特性與半封閉槽中的磁特性相同。
在軸向或錐向電機(jī)中，在軸線旁的邊緣上的槽比在較靠外的邊緣上的槽彼此間要更近一些。在這種情況下，線圈最好在纏繞工作中已經(jīng)定形，其中通過(guò)使靠近軸線的第一端繞組的長(zhǎng)度短于遠(yuǎn)離軸線的第二端繞組，而使端繞組長(zhǎng)度不同。
從屬權(quán)利要求確定了其他的優(yōu)選實(shí)施例。
下面通過(guò)附圖詳述本發(fā)明的內(nèi)容，圖中

圖1為一個(gè)繞組線圈；
圖2a為沿圖1的A-A線切開(kāi)的繞組線圈橫截面；圖2b為定形后的繞組線圈橫截面；圖3a為未定形的繞組線圈的橫截面，其第一線圈邊在槽中；圖3b為裝入槽中的定形后的繞組線圈橫截面；圖4為從氣隙方向看過(guò)去的槽楔；圖5為從氣隙方向看過(guò)去的軸向電機(jī)的定子；圖6氣隙扭矩的變化曲線。
制造電機(jī)繞組時(shí)，繞組線在繞線機(jī)(未標(biāo)示出來(lái))上被繞成具有如圖1所示形狀的繞組線圈2，其中線圈具有直線圈邊4，此邊會(huì)被置入電機(jī)的槽中。繞組線圈的截面至少在線圈邊區(qū)域最好為長(zhǎng)方形(如圖2a)。線圈模子包含兩個(gè)U形線架12和14，架的寬度與電機(jī)槽的寬度相同?？梢杂萌魏我环N方法纏繞線圈，模子形狀形成了線圈被放入槽的部分，即線圈邊的正確形狀。在纏繞工作過(guò)程中，模子線架的間距最好由電機(jī)中槽間距。在軸向電機(jī)中，模子線架也是相對(duì)傾斜，傾斜角度與用來(lái)放置線圈邊的電機(jī)槽一樣。因此，繞組線圈的第一端6有一個(gè)較小的彎曲半徑，它在軸向電機(jī)中形成了內(nèi)端繞組。相應(yīng)地，繞組線圈的另一端8有個(gè)較大的彎曲半徑，它在軸向電機(jī)中形成了外端繞組。在有平行槽的電機(jī)中，端繞組實(shí)質(zhì)上是相同的。在一個(gè)纏繞在長(zhǎng)方形模子上的線圈中，端繞組也具有長(zhǎng)方形的橫截面。繞組線圈也可被繞成圓環(huán)狀或其他形狀。一個(gè)象圖1所示具有直的線圈邊的形狀，減少了以后過(guò)程中彎曲繞組線的需要，這樣一來(lái)就降低了絕緣層被損壞的危險(xiǎn)。
在被纏繞后，繞組線圈2是直的，在線圈模子線架12和14中的線圈邊在槽的深度方向上是彼此平行的，換句話說(shuō)，第一線圈邊5和第二線圈邊7從氣隙方向即圖2a的上或下看是對(duì)齊的。線圈模子可以作為定形工具，把線圈繞成安裝到電機(jī)中的最終形狀。模子的線架14向側(cè)面轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)小于90度的角度，同時(shí)保持該線架的姿態(tài)不變，即保持線圈邊5的橫截面的方向與線圈邊7相同(圖2b)。在軸向電機(jī)中，上面的線圈邊同時(shí)傾斜一個(gè)與槽的傾斜角度相對(duì)應(yīng)的角度。如果同時(shí)定形幾個(gè)或全部電機(jī)線圈，上面的線架轉(zhuǎn)過(guò)多個(gè)槽距，同時(shí)將線架14壓向線架12的高度。如圖所示，線圈邊在水平方向并不完全是對(duì)齊的，線圈邊5的下邊緣處于線圈邊7的上邊緣的高度。線圈邊會(huì)被放入電機(jī)不同的槽，線圈邊7放入一個(gè)槽的底部，而另一個(gè)線圈邊5被放入另一個(gè)槽中面對(duì)電機(jī)氣隙的部分，認(rèn)為電機(jī)的疊片鐵芯放在圖2b線圈的下面。
在繞組線圈被放入槽前，線圈邊被絕緣槽內(nèi)襯材料包起來(lái)，這是一種已知的被用在電機(jī)上的絕緣材料，如絕緣帶。線圈邊被放入凹槽，使第一線圈邊進(jìn)到一個(gè)槽的底部，而第二線圈邊進(jìn)入另一個(gè)槽，位于另一個(gè)線圈的線圈邊的上面。當(dāng)安裝線圈時(shí)，端繞組用已知的繞組外伸絕緣材料進(jìn)行絕緣。繞組用槽楔固定就位(圖3b)，繞組線的端頭相互連接起來(lái)，對(duì)應(yīng)給定數(shù)量的極形成所需的繞組，即對(duì)應(yīng)給定數(shù)量極的三相繞組。采用現(xiàn)有技術(shù)公知的合適的繞組外伸絕緣材料對(duì)端繞組進(jìn)行絕緣處理。
雖然繞組線圈在上面被描述為獨(dú)立的線圈，但在本發(fā)明的構(gòu)思范圍內(nèi)，在纏繞工作過(guò)程中可以將幾個(gè)線圈連接在一起，這樣當(dāng)線圈放置于電機(jī)時(shí)，線圈已經(jīng)是互相連接在一起了。
圖3a和3b示出了另一種線圈的定形。長(zhǎng)方形截面的線圈的線圈邊用絕緣槽內(nèi)襯材料19進(jìn)行絕緣。這些線圈邊將線圈固定就位，并在放入過(guò)程中充分地保持其形狀。第一線圈邊17被放入槽24的底部。圖中示出了部分定子的疊片鐵芯20，以及在疊片鐵芯上沖出的槽24和25，在槽間有齒22。定形工具裝在線圈邊15上，利用該工具，線圈邊15側(cè)向朝著定子疊片轉(zhuǎn)動(dòng)，使線圈邊進(jìn)入槽25。將線圈邊下壓一定的高度，在其下面留下一個(gè)空間，其高度相應(yīng)于要放入該空間的另外一個(gè)線圈邊的高度。按照電機(jī)結(jié)構(gòu)，在槽24和25之間，可有一個(gè)或多個(gè)槽。在實(shí)際中，在其它線圈被放入槽底部之前彎曲此線圈是可行的，能保證在此線圈被彎曲形成其最終形狀時(shí)內(nèi)部不會(huì)產(chǎn)生張力。齒端沖有溝槽26，槽楔28插入溝槽26內(nèi)，將繞組固定就位。裝配定子芯前，在疊片上沖出定子槽中的溝槽以及定子槽。定子疊片可以用數(shù)種公知的方法制造出來(lái)，定子槽可以有不同形狀或位于不同方向，如圖5中例子所示。
槽楔28最好用鐵磁性材料制造，使其也構(gòu)成了磁路的一部分，控制氣隙和齒端的磁通量。在其他方面，線圈外部絕緣及線圈導(dǎo)線間的連接按首先描述的實(shí)施例那樣進(jìn)行。齒也可以具有這樣的形狀槽從一端到另一端有均勻的寬度，在齒端形成有凸肩。當(dāng)線圈向氣隙壓槽楔時(shí)，槽楔被凸肩擋住。槽楔也可以用樹(shù)脂粘住。
槽楔用一片鐵磁性材料制成，也可用同疊片定子芯相同的材料制成。槽楔可以用例如激光切割或沖切的方法制造，槽楔被縱向彎曲以使槽楔的邊緣可以被裝入定子槽24的溝槽26中。槽楔的厚度是這樣的，當(dāng)被放入定子槽的溝槽中時(shí)，槽楔的外表面大致與疊片定子芯的氣隙表面齊平。在槽楔的中央部分有一個(gè)沖壓或激光切割的開(kāi)口116，此開(kāi)口為沿槽楔縱向的細(xì)長(zhǎng)形狀(圖4)，所以槽楔可以被看做是兩個(gè)平行桿118和120，其兩端由兩個(gè)板條112和124連接起來(lái)。桿118和120的尺寸使其可以將定子繞組充分牢固地固定就位，并且可以經(jīng)受住線圈和磁鐵施加給它們的應(yīng)力。槽楔的磁特性用來(lái)控制氣隙中磁通量的分布以最大限度地減小引起噪音和震動(dòng)的諧波，同時(shí)將電機(jī)中的雜散電抗調(diào)節(jié)達(dá)到需要的大小。槽楔的板條122和124的主要作用是保持槽楔在安裝及使用時(shí)的形狀，并且在使用時(shí)飽和。考慮到槽楔的強(qiáng)度要求，如果有必要的話，可以在槽楔的兩個(gè)端部板條之間設(shè)置中間板條，如圖4中的虛線126所示。
槽楔由鐵磁性材料制成，可以涂有，如，尼龍，也可以不涂。槽楔桿118和120以及端部板條122，124之間的結(jié)合部128為圓滑的，能容易地操縱和安裝。
按照發(fā)明的實(shí)施例，槽楔的開(kāi)口并不完全平行于槽楔的中心軸線而是稍微傾斜一點(diǎn)。所以槽楔桿的寬度沿著楔子的長(zhǎng)度產(chǎn)生變化。圖5示出了四種在帶有軸向氣隙的電機(jī)設(shè)置槽楔和槽的可選擇的方案。定子從氣隙中看去的軸線方向被圖示出來(lái)。此圖并不代表著電機(jī)的定子，而是槽及槽楔在電機(jī)半徑方向位置關(guān)系的一個(gè)例子。在方案I中，槽24位于電機(jī)的半徑方向，裝在槽中槽楔28上的開(kāi)口116也是徑向分布。在方案II中，槽24相對(duì)于半徑方向稍稍有些傾斜，槽楔開(kāi)口比槽相對(duì)于半徑方向傾斜得更大一些。在方案III中，槽傾斜狀況同方案II，但槽楔開(kāi)口在槽楔中央?yún)^(qū)域?qū)ΨQ分布，所以槽楔相對(duì)徑向與定子槽傾斜相同的角度。最后，在方案IV的情況下，定子槽位于半徑方向，但槽楔開(kāi)口是傾斜的，這時(shí)，槽的傾斜是由于槽楔及他們的開(kāi)口造成的。
根據(jù)本本發(fā)明用槽楔封閉定子槽的效果由圖6的曲線示出，虛線130代表在帶有軸向氣隙和永久磁鐵的同步電機(jī)中，開(kāi)口槽用傳統(tǒng)的非磁性槽止動(dòng)件封閉時(shí)，相應(yīng)于兩個(gè)齒距的距離上氣隙扭矩的變化曲線。實(shí)線132代表同在同一個(gè)電機(jī)中，用根據(jù)本發(fā)明的槽楔封閉槽時(shí)的扭矩變化。比較兩個(gè)曲線，可以看到諧波明顯減少了，它意味著，噪音和震動(dòng)的數(shù)值很低。
上面通過(guò)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述。但上述內(nèi)容不應(yīng)理解為構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本發(fā)明的實(shí)施例可以在由所附權(quán)利要求書(shū)限定的范圍內(nèi)進(jìn)行變動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種制備電機(jī)繞組的方法，所述電機(jī)的定子和/或轉(zhuǎn)子的磁芯(20)上設(shè)有槽(24)，繞組線圈(2；5；15；17)裝在槽內(nèi)，其特征在于，繞組線圈(2)由繞線繞制，繞組線圈(2)大致定形成最終形狀，將繞組線圈(2；5；15；17)裝在磁芯上設(shè)置的槽內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)把線圈邊(5，7)裝進(jìn)形狀同槽類(lèi)似的模子(14，15)中并轉(zhuǎn)動(dòng)模子使繞組的線圈邊(5，7)位于大致對(duì)應(yīng)槽的位置，來(lái)對(duì)各繞組線圈(2)進(jìn)行定形。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，繞組線圈(2)的第一線圈邊(17)裝進(jìn)一個(gè)電機(jī)槽(24)中，轉(zhuǎn)動(dòng)線圈，使另一個(gè)線圈邊(15)進(jìn)到另一個(gè)電機(jī)槽(25)中。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，第一線圈邊(17)裝入一個(gè)電機(jī)槽(24)的下部，第二線圈邊(15)另一個(gè)電機(jī)槽(25)的上部。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，繞組線圈，包括端繞組，在被置入槽以前，被基本上制成最終形狀。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，每個(gè)繞組線圈(2)在被置入槽(24，25)中時(shí)都是獨(dú)立的線圈，放入槽(24，25)中后，繞組線圈被連接在一起，形成所需的繞組。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在線圈被置入槽(24，25)前，兩個(gè)或更多的繞組線圈(2)串聯(lián)連接，并且串聯(lián)的線圈的線的端頭同其它串聯(lián)線圈連接起來(lái)，形成所需的繞組。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在繞組線圈(2；5；7；15；17)被放入槽后，用楔子(28)插入槽(24，25)的上部而把槽封閉起來(lái)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，槽楔(28)用大致勻質(zhì)的鐵磁性材料制造，槽楔(28)固定在槽上沿縱向形成的溝槽內(nèi)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，槽楔(28)為細(xì)長(zhǎng)的形狀，在相對(duì)的兩個(gè)長(zhǎng)邊上包括能裝入槽(24)上溝槽(26)內(nèi)的凸起。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，通過(guò)改變槽楔的尺寸，能夠調(diào)整雜散電抗和/或氣隙磁通的分布。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，固定定形后的繞組線圈，并纏以絕緣帶。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，線圈的第一端繞組(6)比第二端繞組(8)短。
全文摘要
一種制備電機(jī)繞組的方法,所述電機(jī)的定子和/或轉(zhuǎn)子的磁芯(20)上設(shè)有槽(24,25),繞組線圈(2;5;15;17)裝在槽內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明,繞組線圈(2)由繞線繞制,并大致定形成最終形狀,線圈邊(15,17)的截面對(duì)應(yīng)槽(24,25)中為線圈留出的空間。將繞組線圈(15,17)在磁芯上的槽(24,25)中安裝就位。
文檔編號(hào)H02K15/00GK1262805SQ98804290
公開(kāi)日2000年8月9日 申請(qǐng)日期1998年4月17日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月18日
發(fā)明者埃斯科·奧蘭科, 帕努·庫(kù)羅尼恩, 馬科·圖蘭德 申請(qǐng)人:通力股份公司