用于制造旋轉電機的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于制造旋轉電機的方法，該電機具有無支撐制造的用于馬達或發(fā)動機的馬達線圈，其中，該線圈在制造時已經(jīng)包圍內部部件，即，預安裝，且該內部部件在制造線圈時也作為用于線圈成形的輔助件，其中，在第一步中，馬達線圈(5)分步地在兩個端面(4,4‘)之間纏繞到磁性內部部件(2)上，其中，線圈完全包圍內部部件(2)，在第二步中，以下述方式通過擠壓線圈導線實現(xiàn)馬達線圈(5)的成形，即，軸(1)以內部部件(2)的表面抵靠馬達線圈(5)的內側地運動，特別地，將其偏心地輾軋在所述內側上，且擠壓線圈抵靠支座(7)，以及在第三步中，被擠壓的馬達線圈(5)通過施加熱量而受熱。本發(fā)明還涉及一種旋轉電機。
【專利說明】用于制造旋轉電機的方法
[0001]本發(fā)明涉及一種用于制造具有無鐵線圈的旋轉電機的方法，所述電機是以具有空隙的馬達或發(fā)動機的形式，線圈在空隙中延伸。
[0002]這樣的馬達也被稱為空心線圈馬達，且具有高的效率。
[0003]現(xiàn)有技術中已知不同的結構方式，一種是具有鐘形線圈的馬達，且另一種是電樞線圈完全包圍轉子的馬達。在電樞線圈內，在軸上設置可自由旋轉的永磁體，其中，電樞線圈和永磁體同軸地支撐。
[0004]在DE20 2006 007 619U1中已知一種鐘形電樞線圈，其由線圈導線纏繞的空心圓柱形線圈構成，在線圈開口中一端置入線圈載體板。鐘形電樞線圈形成轉子的有效部分，且被構建成具有螺旋式線圈(斜繞組)的自支撐圓柱形線圈。
[0005]已知用于纏繞鐘形電樞線圈的不同方法。
[0006]一種方法提出，在套筒或心軸上纏繞線圈。相繼地在不同的層中實現(xiàn)纏繞，其中，在每層之后通過加熱(中間受熱)而固定導線。然后接著纏繞下一層，直至線圈完成。最后的成形通過所謂的最終受熱實現(xiàn)。另一方法在于，整個線圈纏繞到套筒或心軸上，在其兩個端部的圓周上設置分布的細銷，其在纏繞過程期間固定線圈。實現(xiàn)沒有中間受熱的連續(xù)纏繞。然后，移除銷，取下線圈，且線圈進行最終受熱。用作為線圈導線的是所謂的漆包線(Backlackdraht)。優(yōu)選地,線圈實現(xiàn)成螺旋式線圈,其可簡單地實現(xiàn),且具有良好的支撐特性。
[0007]在DE28 21 740B2中已知一種用于制造鐘形線圈的方法，其中，線圈在纏繞后壓緊。對此使用芯軸或壓力墊塊，其在徑向方向上向外作用于線圈，且將線圈擠壓抵靠外模具。
[0008]該線圈的缺點一方面是每個線圈內的相對大的無效導體部分，且另一方面是相對于運動方向的導體傾斜延伸。
[0009]另一缺點在于，有效導體僅可通過電機的軸向延長而增加。這將很快出現(xiàn)其技術限制，使得由于高的離心力，結合對線圈的單側支撐，僅可以使用相對短的鐘形電樞。
[0010]在DElOl 37201A1中已知在電機內的鐘形的空隙線圈。該線圈類型涉及具有至少部分傾斜的或朝向運動方向彎曲延伸的導體的空隙線圈。結構形狀在于，在旋轉電機內的導體在傾斜于運動方向的橫截面中有目的地被彎曲或彎折，其中，線圈在軸向方向上，至少單側地接近軸線或軸。有利的幾何效應通過下述方式而出現(xiàn)，即，通過彎曲或折疊的結構形狀利用線圈接近軸線，和通過在線圈的彎曲的或折疊形狀內的傳統(tǒng)的纏繞通道的有目的的變形。
[0011]此外，在GB95 46 23A中已知一種直流小型馬達，其中，激勵磁場通過布置在電樞內的永磁體產(chǎn)生，永磁體可自由旋轉且與電樞同軸被支撐。馬達例如可由線圈支撐體構成，線圈支撐體由具有兩個正面盤或兩個間距的支撐盤的管形套支撐，在其之間布置有自身無支撐的線圈。線圈被置于線圈支撐體上。磁芯在其內借助于支撐體可旋轉地被支撐在轉子軸上。在此對于線圈的無支撐實施方式，缺點是相對大的空隙，從而妨礙在磁芯上的或在殼體套上的線圈的拋光。
[0012]在DE694 07 908T2中已知一種制造用于電馬達的線圈的方法，其中，線圈導線纏繞在支撐體心軸上或替選地被纏繞在后續(xù)的轉子上，且直接在纏繞之后被固定。線圈可在徑向方向上向外擠壓，從而提高填充密度。擠壓可在馬達的磁干涉套筒中實現(xiàn)，或在插入分開的裝置中的磁干涉套筒中之前實現(xiàn)。
[0013]基于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的目的在于，提供一種用于制造旋轉電機的方法，其具有用于馬達或發(fā)動機的無支撐線圈。該線圈既可作為用于無鐵空心線圈電樞的轉子，也可作為固定在鐵束上的定子，用于產(chǎn)生電旋轉場，且同樣應在制造技術方面是可簡單制造的。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，該目的通過根據(jù)權利要求1所述的制造用于馬達或發(fā)動機的無支撐的馬達線圈的方法以及根據(jù)權利要求8所述的電機實現(xiàn)。一般來說，馬達線圈圍繞圓柱形內部部件纏繞，使得其完全包圍內部部件。使用圓柱形內部部件，從而從內側開始壓緊馬達線圈，使得纏繞包圍內部部件的馬達線圈之后得精確的空隙，用于該線圈或所述內部部件的自由旋轉運動。這特別可通過下述步驟實現(xiàn)。首先，線圈的單個段在兩個端板之間纏繞到布置在軸上的內部部件上，其中，其在纏繞完成后最終被完成的馬達線圈包圍。然后，馬達線圈成形的步驟通過連續(xù)擠壓線圈導線以下述方式實現(xiàn)，即，內部部件偏心地輾軋在線圈的內側上，抵靠從外部放置的圓形支座，由管段構成的或作為整個圓柱體的支座通過施加反作用力成形線圈外側。最后，馬達線圈通過施加熱量受熱成線圈，使得其作為無支撐的馬達線圈保持其形狀。
[0015]替選地，成形步驟與用于纏繞馬達線圈的步驟合并。然后產(chǎn)生下述方法:在兩個端板之間分步地將電樞繞組纏繞到布置在軸上的內部部件上，其中，內部部件被馬達線圈完全包圍，且通過內部部件的表面擠壓線圈導線，抵靠支座，其中，內部部件的表面偏心地輾軋在馬達線圈的內側上，且在纏繞過程期間擠壓馬達線圈抵靠支座。馬達線圈接下來通過施加熱量受熱。
[0016]此外，替選地，可以將所有工作步驟合并成一個步驟，其中，在纏繞過程期間同時進行線圈的擠壓和受熱。
[0017]同樣地，用于擠壓線圈的偏心輾軋運動也可反向地從支座施加到軸向靜止的內部部件。
[0018]為改進馬達線圈成形的結果，可利用機械振動激勵支座。由此使用慣性來擠壓，且通過軸減少被施加的必要的壓力。
[0019]優(yōu)選地，馬達線圈由漆包線纏繞，由此在纏繞過程期間或之后可機械固定。此外提出，在提供導線的最后階段四邊形地預纏繞(an1llen)線圈導線，即，在纏繞馬達線圈的最后的線圈期間。在因此全側變平的形狀中，線圈導線更穩(wěn)定地位于纏繞層中，且電機的效率由于更高的銅填充量而基本改進。
[0020]軸上的內部部件既可以支撐永磁體，也可以支撐短路或激勵線圈，其中，內部部件具有帶有光滑殼體表面的圓柱形，從而在成形時不損傷線圈導線的絕緣。
[0021]馬達線圈可選擇性地作為定子(與外部磁性部分機械連接)，或作為轉子(通過集電環(huán)或整流器電連接)。可自由選擇馬達線圈的極對數(shù)和用于控制電機的相位。根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點在于，利用壁盤直接在布置在軸上的內部部件上完成馬達線圈，該壁盤同時形成纏繞體。通過線圈的垂直部分中的以及回轉部分中的簡單延伸中的直的導線引導，可以使用簡單且快速的纏繞技術。帶有轉向引導的中間位置不是必要的。
[0022]然而，馬達線圈閉合地構建有固定順序的單個線圈。省略線圈段的單個成形、擠壓和組裝。
[0023]因為可從所有側進入作為纏繞體的內部部件，可以形成簡單的、類似框架的線圈形狀，其相對于鐘形電樞導致電機的基本改進的整體效率。
[0024]通過成形過程補償制造公差，且因此最小化必須的空隙。由此提高可獲得的功率山/又ο
[0025]可借助于根據(jù)本發(fā)明的方法制造根據(jù)本發(fā)明的旋轉電機，其特征在于，其具有磁性內部部件和由至少一圈構成的馬達線圈，馬達線圈沿著內部部件的圓柱形外表面延伸，經(jīng)過內部部件的一個正面，返回經(jīng)過內部部件的外表面，且經(jīng)過內部部件的另一正面，其中，在馬達線圈的內側與內部部件的外表面之間存在空隙，且其中，線圈至少在鄰接內側的部分中被機械地壓緊。該機械壓緊的區(qū)域的特征在于，每表面單位存在的馬達線圈材料的、特別是銅導體的橫截面，大于馬達線圈的徑向外側上的未壓緊區(qū)域中的橫截面。
[0026]優(yōu)選地，位于馬達線圈的內側上的導線部分在指向內部部件的中軸線的一側上變平。該變平通過內部部件的輾壓作用產(chǎn)生，通過該作用在馬達線圈與內部部件之間產(chǎn)生空心線圈。
[0027]優(yōu)選地提出，線圈在內部部件的外表面的區(qū)域中平行于內部部件的中軸線延伸。這導致電機的高效率，因為構成馬達線圈的導體的大部分長度垂直于運動方向延伸通過磁場的中心。這相對于例如鐘形線圈是基本有利的，在鐘形線圈中，馬達線圈的導線主要傾斜地延伸經(jīng)過磁場。
[0028]應根據(jù)一實施例進一步描述本發(fā)明。附圖中:
[0029]圖1以示意性縱截面和橫截面示出電機的內部部件，具有包圍內部部件的馬達線圈，
[0030]圖2以示意性縱截面和橫截面示出成形過程，
[0031]圖3以示意性縱截面和橫截面示出完成的電機，
[0032]圖4以示意性透視圖示出根據(jù)本發(fā)明的電機的內部部件，
[0033]圖5以示意性透視圖示出在制造馬達線圈時在第一中間狀態(tài)下的圖4所示的內部部件，
[0034]圖6以示意性透視圖示出在制造馬達線圈時在第二中間狀態(tài)下的圖4所示的內部部件，
[0035]圖7以示意性透視圖示出內部部件，具有包圍其的馬達線圈。
[0036]在該實施例中根據(jù)三階方法描述對具有無鐵無支撐的電樞繞組的旋轉電機的制造。
[0037]圖1示出纏繞過程結束之后的馬達或電樞繞組5的原理圖。在纏繞電樞5之前，在兩側各一個間隔板3和端板4被推到具有內部部件2的軸I上，該內部部件例如由圓柱形永磁體構成。然后，端板4借助于套管9而中心置于軸I上。因此準備好的結構單元被置于纏繞裝置中，且使用多個墊片6用于纏繞過程。電樞的線圈在第一制造步驟中在端板4之間分步地實現(xiàn)在內部部件2上，且最終完全包圍內部部件。所謂的漆包線用作為線圈導線，其針對線圈的最后階段的制造借助于裝置被正方形地預纏繞。這確保，相應線圈的最后線圈，即，位于外部的線圈更緊地緊鄰，因為單個導線在正方形橫截面的情況下(在理想情況下)可無間隙地相互倚靠，且不像在圓形導線橫截面的情況一樣在單個導線之間留有空間。
[0038]基本上也可設想，在具有正方形橫截面的整個纏繞期間使用用于馬達線圈的導線。
[0039]通過在馬達線圈的支撐體上自由纏繞，在中間強制產(chǎn)生增厚部(Aufdickung)，其不允許空隙，且妨礙了轉子的必要自由度。該缺點通過線圈的下述成形克服。
[0040]在纏繞過程之后，將端板4相對于軸I中心支撐的套管9被移除，且推動支座7 (圖2)。結構單元被置入裝置中，且具有內部部件2的軸I被設置成偏心運動。由此內部部件2偏心地輾軋在電樞繞組5的內側上，且擠壓線圈均勻抵靠支座7，且使電樞繞組5成形(第二制造步驟)。在圖2中，示出以下狀態(tài)的電樞繞組，在該狀態(tài)下線圈通過內部部件2的輾壓作用已經(jīng)被擠壓，使得形成在內部部件2的外表面與電樞繞組5的內表面之間的空間。在圖2的截面圖中分別在內部部件2之下看到該空間。
[0041]在輾壓/擠壓之前和期間，對電樞繞組5施加熱量。
[0042]在成形過程之后移除支座7，且對被擠壓的電樞繞組5施加熱量，由此線圈的單個導線相互受熱(第三制造步驟)。對電樞繞組5施加熱量可通過下述方式實現(xiàn)，S卩，強度合適的電流通過電樞繞組。當然，基本上也可能的是，從外部以其他形式導入必要的能量，例如通過輻射和熱空氣。
[0043]然后，支撐體8被置入端板4中，且相對于軸I固定電樞繞組5 (圖3)。由此在內部部件2的圓柱形表面與電樞繞組5的內側之間產(chǎn)生最小化的空隙。然后，電樞繞組5以普通的方式設置有電接頭，且與軸I和內部部件2 —起被置于殼體10中，其中，電樞繞組的一個端板4借助于支撐體8在殼體10中可旋轉地被支撐，使得電樞的機械功率可向外輸出。
[0044]當電樞繞組5靜止地被布置且機械功率被軸I獲取時，參考圖3，支撐體8被布置在殼體10的左側上，從而在殼體10中支撐軸I。
[0045]下文中根據(jù)圖4至7描述根據(jù)本發(fā)明的電機的一些細節(jié)，及以4極無刷-內極實施方式描述其制造方法。
[0046]在圖4中示出圓柱形內部部件2，其具有導磁芯20、多個磁體22和在切線方向上布置在磁體22之間的填充件24。在圖1至3中已知的軸I與導磁芯20抗扭地連接。內部部件2的基本特征是，其具有圓柱形的、基本光滑的圓周面。
[0047]在圖5中示出在纏繞馬達線圈5時的第一中間狀態(tài)?？梢钥吹蕉税?，其在兩側被推到軸I上，直至其距內部部件2的兩個正面很小的距離。為了確保端板4相對于內部部件2的同心朝向，可使用在圖1中已知的套管9，其未在圖5中示出。因為定中心不是強制必須的，因此也可以設想纏繞馬達線圈5，而不使用套管9?？梢钥吹蕉税?的直徑略大于內部部件2的直徑。
[0048]在圖5中可以看到多個纏繞輔助件30，其實施成端板4上的突出部。在所示實施方式中，纏繞輔助件實施成與端板是一體的，且平行于軸I延伸離開內部部件2。其用于引導線圈以所期望的方式經(jīng)過端板4的正面。在端板4外圓周上也可以通過孔和銷固定不同的墊片32，其確保線圈在為其設置的段中精確地延伸。在圖5中示出線圈34，其在兩個臨近的墊片32之間實施，且在其沿著內部部件2的外圓周面延伸的部分中平行于內部部件的中軸線延伸。每個線圈由此具有:“前部分”，其沿著內部部件的外表面延伸；第一轉向部分，其延伸經(jīng)過纏繞輔助件30內的一個端板4的正面；“后部分”，其同樣沿著內部部件2的外表面延伸；以及第二轉向部分，其延伸經(jīng)過另一端板的正面。即，每個線圈34延伸經(jīng)過內部部件的整個外表面(圓柱形圓周面和兩個正面)。
[0049]在圖6中可以看到具有三個完成的線圈34的內部部件，即所謂的內部線圈。在此涉及線圈，其轉向部分直接位于端板4的正面上，在纏繞輔助件30內，且不交叉其他線圈。
[0050]在內部線圈完成之后，放置兩個其他的端板4A，其再次設置有一體安置的突出部形式的纏繞輔助件31。
[0051]在圖7中示出具有制成的線圈的內部部件。相對于在圖6中所示的狀態(tài)，也完成了線圈的外部部分，使得總共形成六個直接鄰接的線圈。在此為了更好的清晰性，未示出線圈的單個接頭。從內部部件僅還可看到軸1，因為線圈完全包圍該內部部件。
[0052]在圖7所示的狀態(tài)中，單個線圈的內層不以距內部部件2的中軸線恒定的距離延伸，而是輕微彎曲地延伸。端板4的區(qū)域中其距中軸線的距離對應于通過端板4的尺寸而預設的半徑。然而，在端板之間的中間(也在中間的兩側未精確限定的區(qū)域中)，單個導線位于內部部件2的圓柱形外表面上。因此，直接在纏繞線圈之后幾乎不可能轉動在線圈內的內部部件2。對于內部部件2的自由通行性必要的、在內部部件2的外表面與線圈之間的空隙首先通過下述方式產(chǎn)生，即，線圈在徑向方向上向外被壓縮。對此內部部件2用作為工具，其將作用力在徑向方向上向外作用到線圈上，其自身支撐在支座7的內側面上(參看圖2)。在徑向方向上向外作用的作用力可通過下述方式施加，即，內部部件2輾軋在形成馬達線圈5的線圈的內側上。替選地，也可設想，內部部件2實施成在線圈內振蕩運動，且改變該振蕩運動的方向，使得相繼擠壓線圈的所有位于內部的圓周部分。在最終狀態(tài)下，單個線圈的內層再次向外擠壓，使得線圈內的內直徑大致對應于端板4的外直徑。通過該方式確保馬達線圈5與內部部件2之間的基本恒定的空隙。
【權利要求】
1.一種用于制造旋轉電機的方法，該電機具有無支撐制造的用于馬達或發(fā)動機的馬達線圈，其中，該線圈在制造時已經(jīng)包圍內部部件，即，預安裝，且該內部部件在制造線圈時也作為用于線圈成形的輔助件，其特征在于， 在第一步中，馬達線圈(5)分步地在兩個端面(4，4 ‘)之間纏繞到磁性內部部件(2)上，其中，該線圈完全包圍內部部件(2)， 在第二步中，以下述方式通過擠壓線圈導線實現(xiàn)馬達線圈(5)的成形，即，軸(I)以內部部件(2)的表面抵靠馬達線圈(5)的內側地運動，特別地，將其偏心地輾軋在所述內側上，且擠壓線圈抵靠支座(7)，以及 在第三步中，被擠壓的馬達線圈(5)通過施加熱量而受熱。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，方法步驟I和2合并成單個方法步驟，其中，在纏繞過程期間馬達線圈(5)的成形通過內部部件(2)的表面偏心地輾軋在馬達線圈(5)的內側上抵靠支座(7)而實現(xiàn)，且在下一步中，通過施加熱量而實現(xiàn)被擠壓的電樞線圈(5)受熱。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，方法步驟1、2和3合并成一個方法步驟，其中，在纏繞過程期間馬達線圈(5)的成形和受熱通過下述方式實現(xiàn)，即，內部部件(2)的表面偏心地輾軋在電樞繞組(5)的內側上，抵靠支座(7)，且被擠壓的電樞繞組(5)通過施加熱量分步地受熱。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，成形過程期間，利用機械振動激勵支座⑵或內部部件(2)。
5.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，馬達線圈(5)由漆包線纏繞，且其在纏繞馬達線圈(5)的最后的圈期間被預纏繞成正方形。
6.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，端面是布置在內部部件上的端板的部分。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，端板的外直徑略大于內部部件的外直徑，特別大于馬達線圈與內部部件之間的空隙兩倍。
8.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，內部部件與軸抗扭地連接。
9.一種旋轉電機，特別是利用根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法制造，其特征在于，該電機具有磁性內部部件以及由至少一圈構成的馬達線圈，馬達線圈沿著內部部件的圓柱形外表面延伸，經(jīng)過內部部件的一個正面，返回經(jīng)過內部部件的外表面，且經(jīng)過內部部件的另一正面，其中，在馬達線圈的內側與內部部件的外表面之間存在空隙，且其中，線圈至少在鄰接內側的部分中被機械地壓緊。
10.根據(jù)權利要求9所述的電機，其特征在于，位于馬達線圈的內側上的導線部分在指向內部部件的中軸線的一側上變平。
11.根據(jù)權利要求9或10所述的電機，其特征在于，線圈在內部部件的外表面的區(qū)域中平行于內部部件的中軸線延伸。
12.—種組件，具有圓柱形的內部部件和馬達線圈，內部部件設置有至少一個磁體，馬達線圈由多個線圈構成，線圈延伸經(jīng)過布置在內部部件的正面上的端板，沿著內部部件的圓柱形圓周面，且經(jīng)過端板的正面，使得內部部件在所有側被馬達線圈包圍，其中，馬達線圈的內直線圈直于內部部件的圓周面上。
【文檔編號】H02K15/04GK104247220SQ201280072196
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2012年12月21日 優(yōu)先權日:2012年4月7日
【發(fā)明者】特勞戈特·韋勒, 蘇珊·韋勒 申請人:特勞戈特·韋勒, 蘇珊·韋勒