用於形成電動式機械絕緣線圈的方法
2023-05-25 15:56:11 3
專利名稱：用於形成電動式機械絕緣線圈的方法
技術領域：
本發明涉及用於形成電動式機械用絕緣線圈的方法，特別涉及適合於交流(AC)感應電動機的定子線圈。由本發明形成的線圈能實現在將線圈彎曲和伸展成其最終的三維剛性構造前，在不必將施加和移除臨時犧牲性保護帶作為伸展工藝的一部分的情況下，圍繞線圈圓周進行絕緣帶的機器卷繞。本發明方法的應用減少了在彎曲和成形操作後對線圈進行手動繞帶的需要。
背景技術：
電動式機械在處於相對運動中的轉子和定子之間生成電磁力(EMF)。交流電動機的一般物理原理、構造和操作對本領域的技術人員是已知的。示例性已知交流感應電動機20，如圖1和2所示，具有旋轉轉子25和軸26。在旋轉軸26上生成的扭矩允許電動機20進行有用的工作。在形成於定子環30內的磁極內感生的旋轉磁場生成使轉子25和軸26旋轉的電磁力。
交流感應電動機20的定子環30具有環形地成形的定子薄板32的層疊體，其形成大體沿軸向從轉子的一端向另一端延伸的徑向槽33。定子薄板徑向槽33接收圍繞定子環30的圓周排列在磁極中的定子線圈35。順次向定子磁極施加電流會在定子環30中感生旋轉磁場。感生的電磁力進而使轉子25和軸26旋轉。
一示例性已知定子線圈35在圖3和3A中示出。定子線圈35是形成為三維形狀的卷繞的連續的導電線束。線圈35具有一對大體平行的直線部分36A和36B，所述直線部分36A和36B具有相應的大體矩形的截面，其取向成用於插入由定子環薄板32形成的徑向槽33中。為了實現直線部分36A和36B在徑向槽33內的期望徑向取向，線圈35形成有端部37A和37B，其經常具有複合曲線U形彎曲部38A和38B。設置在線圈端部37A上的引線39聯接至電流電源。當電流施加至引線39時，在線圈內感生電磁場。如本領域的技術人員已知的，形成線圈35的連續帶狀導線40具有絕緣外層塗層，以使在線圈內感生的磁場強度最佳化。線40通常由銅構成，並且塗覆有樹脂或者其它電氣絕緣層，其相對於導線尺寸是薄的。
如本領域眾所周知的，單個定子線圈35通過周向絕緣層(通常是帶和硬化樹脂的多層式組合)與它們的周圍環境電氣絕緣。絕緣層是使用已知技術施加的。在圖3和3A中，絕緣層42示意性地圖示為一層沿周向螺旋纏繞的帶44，其隨後被多部分環氧樹脂46塗覆。通常，定子線圈是在只有螺旋纏繞帶層44的狀態下供給至電動機製造商的，已準備好由電動機製造商施加樹脂46。在纏繞線圈上施加樹脂塗層不是本發明的一部分，在本文不具體要求權利。
過去，定子線圈絕緣層42通常是在線圈線束最終形成為其最終期望形狀後施加的。帶絕緣施加的最初形式完全是通過手工進行的。後來，通過在直線部分36A和36B上採用機器卷繞帶層，實現了成本節約。然而，複合彎曲端部37A、37B和線圈引線39仍然需要通過手工進行帶纏繞。手動繞帶是昂貴的、耗時的，並且可能容易發生人為錯誤。通常，在線圈形成為其最終期望構造之後再通過機器卷繞複合彎曲端部37A和37B (包括U形彎曲部38A和38B或者引線39)是不實際的。
通常，本領域中技術人員的觀點是，應該在定子線圈完成其形成操作後向定子線圈施加絕緣層，以防止在形成操作期間損壞絕緣層的風險。在一些情況下，製造商向定子芯部線束的直線部分施加絕緣帶，緊接著施加一層臨時的犧牲性保護帶，然後再進行它們的成形/彎曲形成操作。臨時的犧牲性帶層被認為會減少絕緣導線股40上的機械損壞或者磨損的風險，和/或在高壓、高溫形成步驟期間熔化的樹脂從帶上熱遷移的風險。臨時的犧牲性保護帶層然後必須在形成步驟後從形成的線圈上剝離。然後，使用已知技術，通過完成絕緣帶44的纏繞操作和樹脂浸潰46，來使現在已完全形成的定子線圈完全絕緣。
因此，在本領域中存在對這樣一種用於形成電動式機械線圈的方法的需要，該方法減少繞帶操作，包括在線圈製造期間臨時施加犧牲帶，並且優選以機器繞帶操作代替手動繞帶。雖然在所有製造操作中以機器繞帶工藝代替所有手動繞帶可能是不可行的(例如，圍繞定子線圈引線的局部繞帶)，繞帶操作的減少會降低成本以及在已去除的額外步驟中發生繞帶錯誤的可能性。發明內容
因此，本發明的一個目的是減少電動式機械線圈製造期間的繞帶操作；並且優選地在可能的情況下以機器繞帶程序代替手工繞帶程序。
這些以及其它目的根據本發明的形成電動式機械線圈比如交流感應電動機定子線圈的方法得以實現。根據本發明的方法，多部分樹脂浸潰系統的至少一部分，特別是催化材料，在線圈束的最終形成步驟前施加至線圈束。本發明的方法消除了在線圈線束形成前暫時向線圈線束施加保護帶的必要，從而消除了在所形成的線圈能夠接收其最終的周向絕緣帶層前剝離保護帶的必要性。
通過採用本發明的線圈形成方法，能夠在線圈接收其成形和彎曲/形成操作前，施加包括多部分樹脂催化材料的至少一部分的最終絕緣帶層。這樣，線圈被設置有發揮恰當電動式機械功能所需的絕緣層。
本發明的線圈形成方法允許線圈束在它們處於比較簡單的二維扁平線圈構造時進行機器繞帶。比起完全形成的定子線圈環在製造期間的形成操作後的更複雜的複合彎曲部，二維扁平線圈的扁平的、比較溫和的環構造更易於接受穩定的且可靠的機器纏繞。因此，比起使用已知現有技術以其它方式可能的程度，製造商具有很大的靈活性來以繞帶機器纏繞環圓周的一個較大百分比。
通過結合附圖考慮以下詳細描述，能夠輕鬆地理解本發明的教導，附圖中:
圖1示出了一已知電動式機械交流感應電動機的透視圖，其被部分地剖切以顯示定子環、轉子和軸；
圖2是圖1的定子環的剖切透視圖3是圖1的電動機的定子線圈的透視圖3A是圖3的定子線圈沿其3-3所取的正視截面圖4是形成圖3和3A的定子線圈的現有技術方法的流程圖5是用於形成圖3和3A的定子線圈所做成的現有技術的環狀導線線圈的示意性俯視圖6A和6B分別是在施加構成圖3和3A的成品所必需的最終絕緣層之前的、由圖4所示現有技術方法製成的定子線圈的示意性俯視圖和正視圖7是形成圖3和3A的定子線圈的本發明方法的流程圖；而
圖8A和8B分別是在構成圖3和3A的成品所必需的最終絕緣層的施加和最終三維形成/彎曲操作之前的、用於形成由圖7的本發明的方法製成的定子線圈的中間製造步驟的示意性俯視圖和正視圖。
為了促進理解，在可能的情況下，使用了相同的附圖標記，來指代各圖通用的相同元件。
具體實施方式
在考慮以下描述後，本領域的技術人員將清楚地意識到本發明的教導能夠輕鬆地採用在用於形成電動式機械絕緣線圈的方法中，比如被採用來作為交流感應電動機中的定子線圈的那些絕緣線圈。如本領域的技術人員能夠理解的，本發明的線圈形成方法也可以採用在其它類型的電動式機械中，包括直流電動機和發電動機。
在開篇處應該指出的是，本發明涉及的是用於形成電動式機械線圈的方法，而不是它們的一般結構。本領域的技術人員可以將本發明的方法用於任意期望的線圈構造。參考用於圖1-3A所示交流感應電動機的定子線圈的形成來進一步描述本發明的應用。
現有技術的描述
定子線圈形成方法
圖4是用於形成圖1-3A的交流電動機定子線圈35的一典型已知方法的流程圖。在步驟101中，一條連續的、外部絕緣的帶狀導線40圍繞銷50形成長環35A，如圖5所示。所述銷具有外徑山大體為I英寸(25毫米)左右。在步驟102中，通過已知技術將一層犧牲性保護帶(未示出)施加至長環35A。可選地，在旨在形成為最終直線部分36A、36B的環35A的犧牲性帶部的施加前，那些直區可以被意圖在最終形成後殘留在線圈上的絕緣帶纏繞。
在步驟103中，將長環35A插入加過熱的壓機中，在這裡熱和壓力的組合使線圈的直線(或者槽狀)部分固結並硬化。於是，線圈通過已知的形成工藝形成為其如圖6A和6B所示的最終三維形狀。當從壓機中取出時，環35A被允許冷卻。然後，在完成絕緣處理前，使它接收最終的彎曲和扭曲，以生成如圖6A和6B所示的最終輪廓。應注意的是，最終形成的形狀輪廓與圖3A所示的定子線圈35相符。參考步驟104，然後取出犧牲帶。
接下來，環35A已做好準備使用本領域眾所周知的技術以纏繞帶進行絕緣。基於製造商的決定，帶纏繞操作的任意部分可以通過手工或者機器或者兩者的組合來進行，取決於在製造場所處可獲得的纏繞設備。在步驟105中，通過機器纏繞線圈的槽狀或者直線部分36A、36B。帶彎折的次數和與樹脂施加的協調由製造商規範設定。
在完成直線部分36A、36B的絕緣後，在步驟106中通過手工來使定子線圈35的殘留暴露部分絕緣。這種殘留部分可以例如包括具有U形彎曲部38A、38B的定子線圈端部37A、37B，和引線39。可選地，可以向定子線圈35添加附加的外部帶(未示出)層。樹脂催化劑的沉積可以基於製造商的決定在絕緣步驟102-106內的任一時刻施加。
本發明的描述
定子線圈形成方法
如通過檢閱圖7而顯而易見的，本發明的定子線圈形成方法比圖4的現有技術方法簡單。這是可能的，由於以下意識:包括作為多部分環氧樹脂催化材料的一部分的催化性化合物的最終絕緣層可以在不損壞絕緣層或者線圈絞線絕緣層的情況下，在最終形成和彎曲操作前施加至最終形成成品定子線圈的導線環。本發明的形成方法通過以下因素來實現成本節約:消除製造步驟；消除在形成操作前施加臨時犧牲帶的必要；以及利用機器繞帶操作而不是手動繞帶操作。
參考圖7，在步驟201中，使一條連續的、外部絕緣的帶狀導線40圍繞銷50形成長環35B，如圖8A和8B所示。本發明中採用的銷具有外徑D，大體為6_8英寸(150-200毫米)左右，其比先前在圖4的現有技術形成方法中採用的外徑大6-8倍。較大的卷繞直徑允許對於整個環35B的圓周，或者對於製造商期望的其任意較小部分，應用機器繞帶操作。在環35B的形成後，形成於環內的線圈引線部分39優選在其它絕緣操作前被絕緣。
在步驟203中，圖8A和8B的整個平環線圈35B優選圍繞其圓周被機器繞帶。帶纏繞偏置角度、帶張力、纏繞速度等，與現有技術中一樣，在沒有過度實驗的情況下由製造商選擇，這取決於可獲得的繞帶機械設備的內部規範和能力。
絕緣帶44和/或線束35A被旨在與塗覆後絕緣樹脂反應的比如催化性化合物等材料預處理。催化性化合物可以是通過浸潰、塗覆或者鑲嵌工藝包括有絕緣帶44的多部分環氧樹脂絕緣化合物的一個或多個部分。一示例性催化性化合物和絕緣帶材料組合是浸潰在雲母型絕緣帶中的環燒酸鋅(zinc napthenate)。催化性化合物加速多部分環氧絕緣樹脂的固化。相似地，可以對預處理絕緣帶採用已知的附加技術來協助樹脂層的形成，包括熱、壓力、催化性化合物和活性化紫外光或者其它電磁輻射激發頻率。
接下來，在步驟204中，將大直徑絕緣導線環35B放置到形成設備中，以進行彎曲和伸展步驟，其是使環與作為圖3和3A所示定子線圈35的最終期望構造相符的必要步驟。完成的、繞帶後的定子線圈35可以被提供至電動機製造商，以便其完成絕緣樹脂施加。可以在步驟204的最終形成操作前、中或者後進行附加的樹脂浸潰步驟。本領域的技術人員可以在沒有過度實驗的情況下改變形成操作，以對以下因素主觀地確定其自身的最佳平衡:形成速度、形成模具步驟的數量和在形成工藝期間保護帶層免受機械損壞。
雖然在本文示出和詳細描述了包含本發明的教導的各種實施例，但是本領域的技術人員可以輕鬆地設計許多其它變型實施例，其仍然包含這些教導。
權利要求
1.一種用於製造電動式機械導電線圈的方法，包括: 將一條連續的絕緣塗覆過的導線形成為具有圓周和外表面的長閉環； 圍繞所述閉環的外表面的至少一部分機器纏繞永久絕緣帶層，所述帶在其上具有包括多部分環氧樹脂的至少一部分的催化性化合物；以及 通過施加壓力將所述閉環成形為剛性電動式機械導電線圈。
2.如權利要求1所述的方法，還包括在成形步驟前加熱所述閉環。
3.如權利要求1所述的方法，還包括在成形步驟後在不取出先前施加的永久絕緣層的情況下施加附加的絕緣層。
4.如權利要求1所述的方法，其中，在形成步驟期間，圍繞至少兩個卷繞銷卷繞所述導線，每個卷繞銷具有至少為6英寸(150毫米)的直徑。
5.如權利要求1所述的方法，其中，所述閉環的圓周的至少一部分在施加步驟中被螺旋纏繞的帶絕緣。
6.如權利要求1所述的方法，其中，整個閉環圓周在施加步驟中被機器纏繞的帶絕緣。
7.如權利要求1所述的方法，其中，所述導電線圈是交流電動機定子線圈。
8.一種用於製造交流電動機定子線圈的方法，包括: 將一條連續的絕緣塗覆過的導線形成為具有圓周和外表面的長閉環； 通過以纏帶機器在所述圓周的至少一部分上螺旋纏繞絕緣帶，來向所述閉環的外表面施加永久絕緣層，所述帶在其上具有包括多部分環氧樹脂的至少一部分的催化性化合物；以及 通過施加壓力將所述閉環成形為剛性導電線圈。
9.如權利要求8所述的方法，還包括在成形步驟前加熱所述閉環。
10.如權利要求8所述的方法，還包括在成形步驟後在不取出先前施加的永久絕緣層的情況下施加附加的絕緣層。
11.如權利要求8所述的方法，其中，在形成步驟期間，圍繞至少兩個卷繞銷卷繞所述導線，每個卷繞銷具有至少為6英寸(150毫米)的直徑。
12.如權利要求8所述的方法，其中，整個閉環圓周在施加步驟中被機器纏繞的帶絕緣。
13.一種用於製造交流電動機定子線圈的方法，包括: 將一條連續的絕緣塗覆過的導線形成為具有圓周和外表面的大體平坦的長閉環； 通過以纏帶機器圍繞所述閉環的圓周螺旋纏繞絕緣帶，來向所述閉環的外表面施加永久絕緣層，所述帶在其上具有包括多部分環氧樹脂的至少一部分的催化性化合物；以及通過施加熱和壓力將所述閉環成形為剛性導電線圈，以使線圈與期望輪廓相符。
14.如權利要求13所述的方法，還包括在成形步驟前以一層附加的永久施加的鎧甲保護帶來纏繞所述閉環。
15.如權利要求13所述的方法，其中，在形成步驟期間，圍繞至少兩個卷繞銷卷繞所述導線，每個卷繞銷具有至少為6英寸(150毫米)的直徑。
全文摘要
一種用於製造比如交流感應電動機定子線圈等電動式機械導電線圈的方法。將一條連續的絕緣塗覆過的導線形成為具有圓周和外表面的大體平坦的長閉環。然後，向閉環的外表面施加永久絕緣層，優選是通過以纏帶機器圍繞閉環的圓周螺旋纏繞絕緣帶來進行。絕緣帶具有包括多部分環氧樹脂的至少一部分的催化性化合物。通過施加壓力將所述閉環成形為剛性導電線圈，以使線圈與期望輪廓相符。在最終成形前向閉環施加永久絕緣層允許在線圈圓周的較大部分上進行機器絕緣繞帶，從而減少對較慢且更昂貴的手動繞帶的需要。
文檔編號H02K15/04GK103109448SQ201180044120
公開日2013年5月15日 申請日期2011年6月23日 優先權日2010年7月15日
發明者N.G.朗, W.R.芬利, W.盧茨, K.謝弗 申請人:西門子工業公司, 西門子公司