用於利用成型線圈製造電機的方法以及電機和製造工具與流程

2023-07-23 02:00:21 2

本發明涉及電機、尤其涉及用於電機的製造方法。此外，本發明涉及用於利用敞開的成型線圈製造電機的方法以及用於提供用於構造電機的插接繞組的製造工具。

背景技術：

電機通常在定子中和/或在轉子中具有繞組，為了使所述電機運行以適合的方式給所述繞組通電。

在製造這種機器組件時，除了通過不同的繞組技術來卷繞所述定子的定子齒或者所述轉子的銜鐵極之外還存在下述可行方案：由預先成型的、U形的、敞開的成型線圈來構造繞組。這種成型線圈通過其相應的端側沿軸向被插入到定子體或者轉子體的槽中。在此首先必須注意的是，使所述成型線圈的連接兩個導體支腳的導體拱部以適合的方式相互交叉，以便遵循所預先給定的繞組樣式。

成型線圈的交叉通常通過將所述成型線圈的平行的導體支腳拉開進行，直到所述導體支腳相互具有下述這樣的間距，所述間距與其中所述支腳在有待製造的電機中存在的間距相對應。傳統電機的製造通常通過構造所述成型線圈並且使所述成型線圈交叉以及將所述成型線圈隨後安裝到定子體或者轉子體的槽或者箱中進行。

由公開文獻DE 10 2012 2003300 A1公開了一種用於製造用於電機的定子的相繞組的方法。在此，使導體元件U形地彎曲並且在交叉裝置中交叉。隨後，所述成型線圈以其導體支腳布置在所述定子的槽箱中並且所述導體支腳在背離所述導體拱部的側面上的端部區段在所述定子中同樣相互交叉並且以適合的方式電連接。所述交叉藉助於交叉工具進行，所述交叉工具配備有多個成型線圈，從而使得所述導體拱部同時變形。通過這種方式能夠藉助於成型線圈實現定子線圈的多個線匝。

所述交叉的目的在於，將所述成型線圈的導體拱部儘可能以節約空間的方式布置在所述機器組件、也就是說所述定子體或者所述轉子體的端側處。尤其在下述馬達拓撲結構中：其中在組件槽中設置有插接繞組的奇數數量的導體支腳，就不再能夠應用上述方法。通過一個槽中有奇數數量的導體支線的繞組樣式通常得到具有各自成型的導體拱部的、不規則的成型線圈，以便在繞組頭的區域中實現對空間的充分利用。因此，該成型線圈必須利用相應數量的不同設定的交叉工具來製造。此外，在奇數數量的導體支線中，上面所描述的類型的交叉會導致槽沒有完全被填充，由此惡化了槽填充因子，所述槽填充因子表示通過繞組的導體支線對所述槽的橫截面的充分利用的量度。

技術實現要素：

因此，本發明的任務在於，利用敞開的成型線圈來簡化用於製造電機的方法並且尤其儘可能以節約空間的方式在繞組頭中實現所述導體拱部的交叉。此外，本發明的任務還在於，提供一種用於製造用於電機的線圈繞組的製造工具。

該任務通過根據權利要求1所述的、用於製造用於電機的機器組件的繞組的方法並且通過根據並列權利要求所述的機器組件和用於利用成型線圈來製造繞組的交叉工具得以解決。

其他設計方案在從屬權利要求中給出。

根據第一方面規定了用於製造用於機器組件的繞組的方法，所述方法包括以下步驟：

-將多個基本上U形的成型線圈布置在交叉工具中；

-通過所述交叉工具的工具部件的相對運動來使所述多個成型線圈改型，其中相互平行的導體支腳的間距增大並且其中所述改型以下述方式進行：不同的成型線圈的導體支腳相互沿徑向布置；並且

-沿一徑向方向推移導體支腳的徑向結構的至少一部分，從而使得導體支腳的所有徑向結構環狀地布置。

上述用於電機的機器組件的由成型線圈所構成的繞組的製造方法的構思在於：使所有成型線圈同時相互交叉並且如此成型，從而能夠將由交叉的成型線圈構成的組作為繞組安裝到機器組件的槽中。在所述機器組件的每個槽中有偶數數量的導體支線的繞組樣式中，能夠以簡單的方式通過交叉工具來實現所述成型線圈的交叉，而這在一個槽中有奇數數量的導體支線（導體支腳）的繞組樣式中，在沒有至少在所述槽的一部分中保留空腔的情況下是不容易實現的。

根據另一方面規定了用於利用成型線圈製造電機的繞組的交叉工具，所述交叉工具包括：

- 柱狀的第一工具部件，所述第一工具部件具有沿徑向向內指向的第一容納開口；

- 柱狀的第二工具部件，所述第二工具部件相對於所述第一工具部件是同心的並且能夠相對轉動並且具有沿徑向向外指向的第二容納開口；並且

- 當所述第一和第二容納開口相互對齊時，用於沿一徑向方向來推移位於所述容納開口中的導體支腳的徑向結構的裝置。

所述交叉通常藉助於上述交叉工具進行，所述交叉工具具有兩個可彼此相對運動的、同心的、柱狀的工具部件。所述工具部件具有沿周向分布的直通的容納開口，所述直通的容納開口能夠沿徑向相互對齊。將所述U形的成型線圈尤其以下述方式安裝到所述沿徑向相互對齊的容納開口中：所述成型線圈的導體支腳的布置方向沿徑向對齊。通過使柱體相對於彼此轉動來將所述插接繞組的其他導體支腳相互拉開並且使連接所述導體支腳的導體拱部相互交叉。

在設計所述電機時重要的是，在該轉速時實現所要求的目標性能、如轉矩和功率。在此經常得出下述這樣的繞組樣式，所述繞組樣式在所述機器組件的一個、多個或者所有槽中具有奇數數量的導體支線。但是，這種繞組樣式在實踐中直到現在僅可以利用成型線圈困難地實現。

因此上述方法規定，藉助於上述交叉工具來構造用於電機的機器組件的繞組。所述交叉工具具有至少兩個同心地布置的、可相對於彼此運動的、柱狀的工具部件。在所述工具部件中現在安裝有對於所述繞組而言所需要的成型線圈。在此各個成型線圈基本上以其導體支腳尤其以下述方式安裝到兩個不同的工具部件的兩個容納開口中：所述導體支腳沿徑向對齊。也就是說，所述成型線圈利用其導體支腳安裝在容納開口中，所述容納開口起初沿優選徑向方向相互對齊。

根據一種實施方式，所述成型線圈能夠布置在所述交叉工具的工具部件中的槽狀的容納開口中，從而使得所述成型線圈的導體支腳中的第一導體支腳布置在所述工具部件中的第一工具部件的第一容納開口中並且所述成型線圈的導體支腳中的第二導體支腳布置在所述工具部件中的第二工具部件的第二容納開口中，其中所述改型通過所述工具部件的運動來實施，直到所述槽狀的容納開口彼此沿徑向對置並且被構造成直通開口，所述直通開口帶有所述導體支腳的位於所述直通開口中的徑向結構。

所述工具部件的容納開口槽狀地構造為容納槽，所述容納槽的槽開口分別在兩個工具部件中指向彼此。所述槽狀的容納開口基本上沿徑向走向並且從而在容納位置處以彼此對置的方式構成了直通開口，所述直通開口具有沿徑向方式微長的橫截面。

在所述交叉工具的工具部件的槽狀的容納開口中對所述成型線圈的推移尤其能夠通過將徑向的壓力沿徑向向內或者沿徑向向外施加到所述導體支腳上進行，從而將所述導體支腳的徑向結構擠壓到所述直通開口的沿徑向在內部的邊界處或者沿徑向在外部的邊界處。

在所述交叉之後，相應的容納開口同樣以相互對齊的方式對置。為了實現適用於安裝到機器組件中的繞組，在此將交叉的成型線圈的導體支腳沿徑向向內或者向外擠壓到相應容納槽的槽底部處，所述導體支腳位於所述直通開口中。通過這種方式實現了，將沿徑向對齊的導體支腳沿著相對於所述交叉工具同心的布置方式來布置。

此外，所述交叉工具能夠具有由容納開口所構成的容納位置，所述容納位置分別具有一個或者多個用於容納導體支腳的容納空間，其中多個鄰接的容納位置構成一個插接塊並且其中所述插接塊相互鄰接地布置，其中在每個插接塊中成型線圈以相同的方式布置並且至少在每個插接空間的一個容納位置處還留有容納空間未被佔據。

能夠規定，所述交叉工具的工具部件限定了偶數數量的容納位置，所述容納位置中的一半配備有一個或者多個成型線圈。通過所述工具部件以下述這樣的數量的容納位置為幅度相對錯開，那麼能夠實施所述交叉，所述數量與配置有成型線圈的容納位置的數量的單倍或者多倍相對應。

每個插接塊尤其能夠包括偶數數量的容納位置，其中在所述布置的步驟中，所述容納位置的第一半根據第一配備模式設有第一數量的導體支腳並且所述容納位置的與所述第一半連接的第二半根據第二配備模式設有與第二數量的導體支腳，所述第二數量與所述第一數量相比更少。

能夠規定，所述交叉工具的工具部件的相對運動為了改型以下述方式來實施：所述導體支腳的每個徑向結構具有奇數數量的導體支腳。

根據另一方面規定了用於製造用於電機的機器組件、尤其定子結構或者轉子結構的方法，所述方法包括以下步驟：

- 利用上述方法來製造繞組；並且

- 將如此製造的繞組安裝到所述機器組件中。

通過將所述導體支腳推移到在所述微長的直通開口中由於交叉而產生的空腔（工具空隙）中，最後賦予了交叉的成型線圈形狀和下述這樣的結構，所述結構與所述成型線圈的作為在所述電機的機器組件中的繞組的結構相對應。為此，必須將如此成型的成型線圈的結構從所述交叉工具中取出並且藉助於夾緊工具安裝到所述機器組件的片組中。通過這種方式也能夠利用成型線圈來構造複雜的繞組樣式，而不必忍受惡化的槽填充度（槽填充因子）的缺點，所述複雜的繞組樣式導致不同的機器組件的槽中奇數數量的導體支線。

通過將相互交叉的成型線圈的組完全引用到所述機器組件中，規避了先後將各個成型的成型線圈安裝到所述機器組件中的製造方法的受限的設計自由性。此外，由此能夠以更加節約空間的方式構造所述繞組頭。

根據另一方面規定了用於電機的機器組件，所述機器組件按照上述方法來製造。

此外，能夠在上述交叉工具中將槽狀的第一和所述第二容納開口分別構造用於容納成型線圈的奇數數量的導體支腳，從而使得所述容納開口能夠被所述導體支腳基本上完全填充。

附圖說明

實施方式在下文中藉助附圖得到進一步闡述。其中：

圖1示出了穿過電子整流的電機的橫截面圖，所述電機具有藉助於插接繞組卷繞的定子結構；

圖2示出了用於安裝到圖1的電機中的成型線圈的透視圖；

圖3示出了用於同時使多個成型線圈交叉的交叉工具的示意圖；

圖4示出了用於闡明下述方法的流程圖，所述方法用於藉助於交叉工具由成型線圈製造繞組；

圖5a到5c示出了下述交叉過程的處理狀態的示意圖，所述交叉過程用於由成型線圈製造線圈繞組；

圖6a到6c示出了下述替代的交叉過程的處理狀態的示意圖，所述替代的交叉過程用於製造每個槽有一個導體的線圈繞組；

圖7a到7c示出了下述交叉過程的處理狀態的示意圖，所述交叉過程用於製造每個槽有五個導體的線圈繞組；並且

圖8a到8c示出了下述交叉過程的處理狀態的示意圖，所述交叉過程用於製造用於電機的、每個槽有五個導體的線圈繞組。

具體實施方式

圖1示出了穿過電機1 的橫截面圖，所述電機具有定子結構2和轉子結構3，所述轉子結構以可轉動的方式布置在圓柱狀的定子結構的內部。所述電機1在所示出的實施例中構造為具有內動子的、旋轉的同步電機。但是，以下說明也能夠應用於其他類型的電機上，在所述其他類型的電機中，機器組件、尤其轉子結構和定子結構設有繞組。

所述定子結構2具有圓柱狀的定子軛21，定子齒22從所述定子軛沿徑向向內突出。所述定子齒22的突出的端部構成圓柱狀的凹部，在所述圓柱狀的凹部中布置有所述轉子結構3。

所述轉子結構3具有轉子極31並且設有永磁體32，以便通過所述轉子極31引起勵磁磁場。所述轉子結構3通過所支承的轉子軸33以可轉動的方式得到定位。在所示出的實施例中，所述永磁體32以輪輻結構示出，但是所述永磁體32的其他結構也是可行的，以便通過所述轉子極31提供勵磁磁場。

在沿周向構造的定子齒22之間設置有定子槽23，所述定子槽用於容納導體支線24。在當前實施例中，所述電機1對於每個定子槽23而言都具有三個導體支線24。

如在圖2中所示出的那樣，所述導體支線24構造為基本上U形地構造的成型線圈5的導體支腳51。所述導體支腳51通過導體拱部52相互連接並且基本上相互平行地延伸。所述導體拱部52能夠採用基本上任意的形狀。所述成型線圈5通常以矩形的導體橫截面一體地構造，從而能夠將所述成型線圈以特別填充空間的方式安裝到矩形的定子槽23中。但是，所述成型線圈5的其他橫截面也是可設想的。由所述成型線圈5構成的導體支線24也能夠包含多個單個的導體。所述成型線圈5的材料能夠包含良好導電的材料、像例如銅或者鋁。

在圖1中，與所述導體支腳51相對應的導體支線24通過連接在其上的導體拱部52相互連接並且以適合的方式根據繞組樣式就所述導體支線的自由端來說設有導體支腳51的另一自由端和/或外觸頭/外部的接頭以用於施加相電流。所述成型線圈5的導體拱部52貼靠在所述定子結構2的端側處並且能夠與其他成型線圈5的導體拱部52相交。

值得期望的是，所述導體支腳51的橫截面一方面儘可能完全填充所述定子槽23，並且另一方面在所述定子結構2的繞組頭的側面上用於導引所述導體拱部52的空間需求保持儘可能小。

為了適配所述成型線圈5的形狀，通常使用所謂的交叉工具。這種交叉工具在圖3中示例性地示出。所述交叉工具40具有至少兩個相互同心地布置的工具部件41、42。所述工具部件中的第一工具部件41包圍所述工具部件中的第二工具部件42並且具有沿徑向向內延伸的第一容納開口43，所述第一容納開口沿著軸向方向延伸。這樣，所述第一容納開口43沿著軸向方向在所述第一工具部件41的內周面處構造了容納槽。所述第一容納開口43的數量與所述定子結構2的有待用導體支線24填充的定子槽23的數量相對應。

所述第二工具部件42在其外周面處設有第二容納開口44，所述第二容納開口沿著軸向方向槽狀地延伸並且在所述工具部件41、42對齊的狀態下與所述第一容納開口43對置。通過這種方式，所述第一和第二容納開口43、44構成對，所述對構造成沿徑向走向的微長的直通開口45。

所述第一和第二工具部件41、42能夠相對於彼此轉動，從而使得所插入的成型線圈5能夠通過所述工具部件41、42相互間的相對轉動變形，從而使得尤其所述成型線圈的導體拱部52構造有下述這樣的長度，所述長度與在用於所述電機1的、有待製造的繞組中所述導體支腳51的間距相對應，所述成型線圈以一個導體支腳51被置入到所述第一容納開口43中的一個第一容納開口中並且以所述成型線圈的其他導體支腳51被置入到所述第二容納開口44中的一個第二容納開口中、尤其被置入到相應對置的第二容納開口44中。

在一繞組樣式中要在一個定子槽23中設置奇數數量的導體支線24，尤其在這種繞組樣式的情況下，到目前為止的方法都不能用於使成型線圈5交叉，因為通常在所述定子槽23中還留有位置未被導體佔據。這由下述情況引起：所述成型線圈5的交叉總是僅能夠通過所述工具部件41、42來進行，所述工具部件的容納開口43、44分別位於不同的半徑上。由此得出小的填充因子（槽填充因子），也就是說導體橫截面在所述定子槽23中的份額相對於所述定子槽23的總橫截面積的比例，所述份額有助於產生磁場。

圖4示出了用於闡明所述方法的流程圖，所述方法用於製造用於電機1的機器組件的線圈繞組。在步驟S1中，如交叉工具在圖3中示例性地所示出的那樣，所述交叉工具40配備有成型線圈5，其中每個成型線圈5利用一個導體支腳51穿過所述第一容納開口43中的一個第一容納開口並且利用另一個導體支腳51穿過所述第二容納開口44中的一個第二容納開口來插接。所述成型線圈5起初構造有導體拱部52，所述導體拱部基本上具有下述這種寬度：能夠將所述導體支腳51插接到相互鄰接的並且相互配屬的第一和第二容納開口43、44中。在配備所述交叉工具40時要注意的是，將所述導體拱部52以足夠的間距布置在所述交叉工具40上，從而在變形時可提供足夠的材料用於提高所述導體支腳51之間的間距。

在圖5中藉助示意圖示例性地示出了所述交叉工具40的配備情況。為了簡化示圖示出了所述容納開口43、44的切線的布置情況，所述容納開口的容納位置從1到16被編號。最上面那行對應於所述第一容納開口43並且最下面那行對應於所述第二容納開口44。所示出的橋示意性地示出了所安裝的成型線圈5的導體拱部52。在此所示出的配備樣式規定，每第二個容納位置設有一個成型線圈5。在此，所述成型線圈5在所述容納位置中的重複的布置方式與插接塊46相對應。

在接下來的步驟S2中，使所述工具部件41、42相對於彼此轉動，以便實現所期望的纏繞步驟。

在圖5b的實施例中實現了1:10的纏繞步驟，也就是說變形元件以9個容納位置為幅度相互錯開。位於所述容納位置中的成型線圈5的導體支腳51相應地彼此分離運動並且所述導體拱部52相應地變形。所述成型線圈5在此相互交叉。在配備樣式的上述實施例中，所述交叉一般能夠以一定數量的容納位置為幅度進行，所述數量對於N=0，1，2……的情況而言對應於2N+1。在所述交叉之後，每個配備有所述成型線圈5中的一個成型線圈的容納開口43、44與相應其他工具部件41、42中的空的容納開口43、44對置。

所述成型線圈5的突出的端部必須對準地布置，以便能夠將所述成型線圈安裝到所述電機1的機器組件中。就每個定子槽23一個導體支線24而言，由此所述成型線圈5在所述交叉工具40中出現的導體端部的所有間距都必須同心地沿著圓形的結構軌跡47來布置。這在步驟S3中通過將所述導體支腳51要麼沿徑向向內要麼沿徑向向外推移到所述容納開口43、44中的一個容納開口中來實現。所述推移能夠利用相應鋪設的工具來實現。所述推移不僅能夠在所述交叉工具40中實現而且能夠在單獨的夾緊工具中實現。所述推移過程的結果在圖5c中示出。

在步驟S4中，將用於機器組件的如此成型的繞組從所述交叉工具40中取出並且例如藉助於夾緊工具安裝到相應的機器組件、尤其所述定子結構2中。

在圖5a到5c的實施方式中，所述交叉工具40包括分別具有兩個容納位置的插接塊46，其中僅每第二個容納位置分別設有所述成型線圈5中的一個成型線圈，而在圖6a到6c的實施方式中示出了分別具有四個容納位置的插接塊46。在此，所述容納位置中的兩個容納位置分別被兩個成型線圈5的導體支腳51佔據，而留下所述容納位置中的另兩個容納位置未被佔據。所述插接塊46的所述布置方式重複地沿著所述交叉工具40的周向進行。通過以在一個插接塊46中配置有成型線圈5的單倍或者多倍數量的容納位置為幅度的交叉的步驟能夠以下述方式來實施所述交叉：在所述容納開口43、44中的每個容納開口中布置一個導體支腳51，如其在圖6b中用以兩個容納位置為幅度推移為例所示出的那樣。如在圖6c中所示出的那樣，通過沿徑向推移導體支腳51又能夠將所述導體支腳沿著結構軌跡47布置，從而能夠將所述導體支腳安裝到定子結構2的定子槽23中。

在圖7a到7b中作為另外的實施方式示出了每個定子槽23有五個導體支線24的繞組的製造。圖7a示出了所述工具部件41、42，所述工具部件帶有所述第一工具部件41的第一容納開口43和所述第二工具部件42的第二容納開口44，所述第一容納開口具有用於容納三個沿徑向布置的導體支腳51的三個容納空間，所述第二容納開口具有用於容納成型線圈5的同樣三個沿徑向布置的導體支腳51的容納空間。在所示出的分開的實施例中，一個插接塊46與兩個鄰接的容納位置相對應。所述配備基本上能夠通過以下方式進行：所述成型線圈5以相互跨嵌的方式、也就是說分別包圍的方式布置在容納位置處。由此在所述插接塊46中的第一容納位置處布置有三個成型線圈5，其中第一成型線圈5以導體支腳51設置在兩個容納開口43、44的相應地在外部的容納空間處，包圍所述第一成型線圈5的第二成型線圈5設置在所述兩個容納開口43、44的相應地在中部的容納空間處，並且包圍所述第二成型線圈5的第三成型線圈5設置在所述兩個容納開口43、44的相應地在內部的容納空間處。

所述插接塊46的與此鄰接的第二容納位置僅包括兩個成型線圈5，即具有直接鄰接的導體支腳51的內部的第四成型線圈5和沿徑向包圍所述第四成型線圈5中的導體支腳51的第五成型線圈5，所述第四成型線圈在所述兩個容納開口43、44的相應地在外部的容納空間處並且所述第五成型線圈在所述兩個容納開口43、44的相應地在中部的容納空間處。因此，最後每個插接塊46在所述第二容納位置的兩個容納開口43、44的相應地在外部的容納空間處還剩下一個用於成型線圈5的未被佔據的位置。通過交叉、也就是說通過將所述第一和第二工具部件41、42相對於彼此對於N=0、1、2……的情況而言以2N+1個容納位置為幅度（在圖7b中所示出的實施例中以九個容納位置為幅度）進行推移能夠實現所期望的交叉。隨後，在每個直通開口45中布置有五個導體支腳51。通過將所述導體支腳51朝向槽底部沿徑向（向內或者向外）（工具空隙）來移動能夠實現將所述導體支腳51對齊到所述結構軌跡47上以用於安裝到相應的機器組件中。

圖8a到8c的實施方式示出了與圖6a到6c的實施方式類似的插接塊46，所述插接塊在四個容納位置的範圍內延伸，其中兩個鄰接的第一容納位置和兩個鄰接的第二容納位置如在圖6a到6c的實施方式中那樣設置。所述成型線圈5的配備如關於圖7a到7c的實施方式所描述的那樣進行。所述交叉通過以就N=1、2、3的情況而言2N個容納位置為幅度進行推移來實現（在當前實施例中以1:7的交叉步驟、也就是說以6個容納位置為幅度進行交叉），從而使得在所述交叉之後，所述直通開口45中的每個直通開口含有五個導體支腳51。

原則上有多種可行方案來製造每個定子槽23有奇數數量的導體支腳51的繞組樣式。每個插接塊46的容納位置的數量在此對應於偶數數量，其中起初設有未被配備的容納空間（空位）的容納位置的數量與所述容納位置的數量的一半相對應。