專利名稱：用于旋轉(zhuǎn)磁場電機(jī)的定子繞組結(jié)構(gòu)及其制造方法
相關(guān)申請的交叉參考本申請是本人在2002年2月12日申請的序列號為09/683764，名稱和本申請的名稱相同的并委托給同一個代理人的專利申請的部分繼續(xù)申請。
背景技術(shù)：
本申請涉及一種用于旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子線圈的結(jié)構(gòu)及其制造方法，更具體地說，本申請涉及一種改進(jìn)的線圈結(jié)構(gòu)及其制造方法，使得具有高的效率和小的體積。
大多數(shù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)由可以相對旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子和定子構(gòu)成。轉(zhuǎn)子和定子中的一個具有多個分開的永磁體，這些永磁體和被形成在這些部件的另一個上的電線圈繞組協(xié)同操作。正是電線圈繞組的結(jié)構(gòu)在很大程度上決定了這些類型的電機(jī)的效率。一般地說，以前提出的卷繞機(jī)制和方法的效率較低，并且時(shí)常導(dǎo)致非常昂貴的方法和最終產(chǎn)品。這可以通過說明用于卷繞線圈的多種結(jié)構(gòu)及其制造方法進(jìn)行清楚地說明。一般地說，具有5種用于繞制線圈的方法。
第一種方法可以被表征為“直接繞制”方法，其中提供一種橫向振蕩系統(tǒng)，使用一個穿有繞線的針圍繞鐵心的磁極齒繞制由漆包線構(gòu)成的繞組。所述繞線被繞在相鄰的磁極齒上，并且上下兩個導(dǎo)向裝置交替地在極間滑動，從而把繞線繞在極上。此外，所述的針在極齒之間的槽中往復(fù)運(yùn)動，并直接地把導(dǎo)線繞在齒上。
這種繞制方法的缺點(diǎn)在于，用于纏繞導(dǎo)線的針必須從槽的開口端置于槽中，或者所述導(dǎo)向裝置必須在這個區(qū)域內(nèi)運(yùn)動，因而需要在相鄰的繞組之間具有一個死區(qū)。這限制了繞線密度，降低了繞組的空間因數(shù)。即使使用被稱為線圈架的導(dǎo)向裝置，所述繞組也不能對齊，因而難于增加繞線密度。此外，這種方法難于應(yīng)用于具有大量磁極齒的定子，或者應(yīng)用于具有小的內(nèi)徑的旋轉(zhuǎn)磁場型繞組。此外，這種繞線裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且其體積相當(dāng)大。
當(dāng)使用繞線導(dǎo)向裝置(線圈架)時(shí)，和導(dǎo)線之間產(chǎn)生的摩擦接觸可能剝離或破壞絕緣的漆覆層，因而減少電效率。
關(guān)于內(nèi)轉(zhuǎn)子型電機(jī)，定子鐵心被分成具有連續(xù)的內(nèi)周邊的沿徑向凸出的部分，一個外周邊鐵心被裝配在其上。制造這種類型的裝置的一種方法是把線圈繞在凸出部分上的線軸上。然后在繞完線圈之后裝配外圍鐵心。這種方法被稱為線軸繞制方法。
制造內(nèi)轉(zhuǎn)子型的電機(jī)的另一種方法是把繞組直接繞在具有徑向凸出部分的鐵心上，在所述凸出部分之間設(shè)置有絕緣材料。這種方法被稱為外部繞制方法所述第二種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是，被分割的鐵心必須被裝配在一起，使得保持尺寸精度，并且需要防止以后這些部件被分開。此外，必須防止繞組向所述裝置的外周邊凸出。這便導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和低的生產(chǎn)效率。
利用線軸繞制方法，繞組可能引起連接法蘭變形，并且不能增加繞線密度。此外，和外周邊鐵心之間的干擾以及在其法蘭處的死區(qū)也阻止繞線密度的增加。在這種情況下，和第一種方法一樣具有低的空間因數(shù)。
第三種繞制方法使用分開的磁極鐵心。在這種情況下，電樞被作為幾個部分被構(gòu)成，每個部分具有各自的極齒。把繞組繞在每個極齒上，然后用合適的方式把各個部分裝配在一起，一般是利用激光束進(jìn)行焊接。這種方法不僅昂貴，而且產(chǎn)生和尺寸精度以及由于額外的步驟而導(dǎo)致的成本問題。
另一種方法使用所謂的“拉鋸”方法。在這種情況下，使用具有多個齒的整體鐵心。一根針作前后拉鋸運(yùn)動按照順序通過磁極齒之間的槽，從而繞制繞組。這種方法具有和上述第一種方法相同的缺點(diǎn)。此外，這種方法對導(dǎo)線施加高的應(yīng)力，這可能引起絕緣的破損或破裂。
另一種方法是所謂的“犰狳”方法。在這種情況下，鐵心被制成環(huán)形，然后被變形成為如同直線電機(jī)中使用的直線形。然后把繞組置于鐵心上，然后通過焊接以前的切開端使裝置再行連接。這種方法也具有尺寸精度問題，并且因?yàn)樵谙嗬^的彎曲操作期間在繞組上施加的應(yīng)力，可靠性被大大地降低。
另一種類型的繞制機(jī)構(gòu)使用在鐵心的一端被保持在電樞齒之間的槽的外部的針，并提供一個凸輪形的部件，用于在鐵心上進(jìn)行往復(fù)繞制。這些方法也具有相當(dāng)大的缺點(diǎn)。在這種類型的機(jī)構(gòu)中，用于纏繞的保持的釋放機(jī)構(gòu)是非常復(fù)雜的，并且在每匝期間必須重復(fù)纏繞動作，使得不可能進(jìn)行快速生產(chǎn)。此外，反復(fù)的保持和釋放不能保證好的對齊。雖然針不進(jìn)入槽中，但是需要把導(dǎo)線引入槽中的機(jī)構(gòu)。當(dāng)把導(dǎo)線引入槽中時(shí)，繞線上的絕緣可能被破壞。
因而，常規(guī)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)具有這樣的問題，即，其中的定子必須具有較大直徑的繞線，以便使得能夠使用低電壓和大電流來獲得大的功率。此外，需要大量的磁極齒來減少打榫和提供較為平滑的轉(zhuǎn)動和較好的效率。這又導(dǎo)致在制造繞組方面的困難。
因此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種用于旋轉(zhuǎn)電機(jī)的改進(jìn)的繞制裝置和繞組裝置，其中可以獲得具有高的密度并在相鄰極齒的繞組之間具有最小間隙的精確的繞組。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種方法和裝置，使得可以大大提高這種電機(jī)的效率。
我的前述的同時(shí)待審的申請披露了若干個用于實(shí)現(xiàn)這些目的的實(shí)施例。不過，仍然有可能獲得進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。在所有這些實(shí)施例中，使用錐形的插入件把來自針的導(dǎo)線引向磁極的相對端。在針的區(qū)域內(nèi)的錐形插入件的端部的高度限制了在這個區(qū)域中的可以纏繞的繞線的數(shù)量。因而使得最大的繞線密度有些折中。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)我的前述申請的目的的插入件，并且所述插入件能夠提供更大的繞線密度。
可以改進(jìn)的另一個區(qū)域是在我的先前申請中使用的環(huán)形凸起的區(qū)域。所述環(huán)形凸起增加了結(jié)構(gòu)的成本，并增加了繞組的長度。除去增加成本之外，增加長度還具有增加電阻的缺點(diǎn)，這使得降低電機(jī)的效率。
因此，本發(fā)明的另一個目的在于提供一種結(jié)構(gòu)，其能夠?qū)崿F(xiàn)我的先前申請的目的，而不需要用于在導(dǎo)線上方進(jìn)行交叉的環(huán)形凸起。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個特征適用于在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中實(shí)施，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)包括定子，其具有由磁材料制成的環(huán)形鐵心和從所述環(huán)形鐵心上沿徑向延伸的多個磁極齒，轉(zhuǎn)子和所述磁極齒的端部并置，并和所述環(huán)形鐵心分開。每個磁極齒限定一個鐵心和在所述鐵心的端部的放大的部分。相鄰的磁極齒限定一個槽，所述槽具有在相鄰的放大部分之間形成的開口。一個絕緣體蓋住所述磁極齒的鐵心。線圈繞組被繞在磁極齒的鐵心上，使絕緣體位于所述繞組和磁極齒之間。每個絕緣體具有沿其長度沿軸向而減少的圓周長度。
旋轉(zhuǎn)電機(jī)的線圈繞制方法構(gòu)成本發(fā)明的另一個特征。在所述方法中，提供由磁材料制成的環(huán)形鐵心，從所述環(huán)形鐵心沿徑向延伸有多個磁極齒。每個磁極齒限定一個鐵心和在所述鐵心之間形成的槽。每個槽限定一個開口，所述開口形成在鐵心的相鄰的外端之間。所述繞制方法包括以下步驟設(shè)置一個穿線針，所述穿線針具有孔，通過所述孔把用于繞制繞組的導(dǎo)線饋送到一個開口附近。所述針孔沿著圍繞一個極齒的路徑在槽的一側(cè)運(yùn)動，而不使針以任何實(shí)質(zhì)的距離沿著一個極齒的長度運(yùn)動，從而形成第一匝。所述針孔的運(yùn)動在槽的一側(cè)沿著圍繞一個極齒的路徑被繼續(xù)，而不使針以任何實(shí)質(zhì)的距離沿著一個極齒的長度運(yùn)動，從而形成相繼的匝。極齒的周長沿著長度方向沿軸向減小，并且導(dǎo)線的端部被保持在和針分開的極齒的端部，使得每個相繼的匝強(qiáng)迫前一個匝沿著極齒朝向環(huán)形鐵心，而不需要使針以任何實(shí)質(zhì)的距離沿著一個極齒的長度運(yùn)動，使得不以任何實(shí)質(zhì)的距離運(yùn)動到槽中。


圖1是按照本發(fā)明的一個實(shí)施例并使用其中披露的一種方法制成的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的截面圖；圖2是鐵心裝置的絕緣體的一部分的放大的拆開的透視圖；圖3是從一側(cè)看時(shí)鐵心的層疊體的端視圖；圖4是鐵心的側(cè)視圖；圖5是從圖3的相反方向看時(shí)鐵心的端視圖；圖6是一個端視圖，部分地和圖3類似，但表示帶有絕緣體的結(jié)構(gòu)，其中有陰影的絕緣體的一部分表示絕緣體的側(cè)部是如何呈錐形的；圖7是一個側(cè)視圖，部分和圖4類似，但表示具有安裝好的絕緣體的鐵心裝置；圖8是一個端視圖，部分和圖5類似，是從圖6的相反方向看的，并示出了有陰影的絕緣體的一部分，表示絕緣體的側(cè)部是如何呈錐形的；圖9A是從和圖3與圖6相同的方向看時(shí)的端視圖，表示安裝好的各個線圈繞組；圖9B是線圈繞組的示意的電路10是通過絕緣材料和插入物沿徑向平面取的截面圖，表示其結(jié)構(gòu)；圖11是部分和圖10類似的截面圖，表示另一個實(shí)施例；
圖12是部分和圖10，11類似的截面圖，表示第三實(shí)施例；圖13是從垂直于圖10到圖12的方向看的圖，表示沿著這3個圖的平面a，b，c的絕緣體表面的形狀；圖14部分和圖10，11，12類似，表示本發(fā)明的另一個實(shí)施例；圖15部分和圖10，11，12，14類似，表示本發(fā)明的另一個實(shí)施例；圖16是放大的端視圖，表示一組繞組，說明它們是如何構(gòu)成的，基本上是圖9A的一個放大的部分；圖17是類似于圖6的圖，表示在纏繞操作期間繞線針是如何和極齒之間的槽關(guān)聯(lián)的；圖18是一個側(cè)視圖，表示當(dāng)繞制一個線圈時(shí)繞線針?biāo)〉穆窂剑粓D19是沿垂直于圖21的方向看的側(cè)視圖，表示繞線針的同一個行進(jìn)路徑；圖20是一個放大圖，表示最終的線圈繞組，并說明其尺寸；圖21是一個透視圖，表示本發(fā)明的一個實(shí)施例，并和一個電樞齒有關(guān)；圖22是部分和圖21類似的透視圖，表示本發(fā)明的另一個實(shí)施例；圖23是一個放大圖，表示按照本發(fā)明和兩個極齒相關(guān)的繞線針的實(shí)施例；圖24部分和圖23類似，表示另一個實(shí)施例；圖25部分和圖23，24類似，表示另一個實(shí)施例；圖26是部分和圖2類似的拆開的透視圖，表示本發(fā)明的另一個實(shí)施例；圖27是和圖20類似的圖，表示圖26所示的實(shí)施例的最終的繞組；圖28是和圖2，圖26類似的放大的透視圖，表示本發(fā)明的另一個實(shí)施例；圖29是和圖16部分類似的端視圖，表示按照圖28的實(shí)施例的繞組；圖30是一個局部的側(cè)視圖，部分和圖16，19類似，表示本發(fā)明的另一個實(shí)施例；圖31是本實(shí)施例的一個極齒的截面圖，其線圈繞組被除去了；圖32是沿圖31的箭頭32的方向取的局部端視圖；圖33是沿和圖31相同的平面取的上線軸的一半的截面圖；圖34是沿圖33的箭頭34的方向取的端視圖；以及圖35a-35k是沿圖33的長度等間隔取的一系列截面圖，從極齒的底部(左側(cè))開始，在極齒的末端(右側(cè))結(jié)束。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在詳細(xì)參看附圖，首先主要參看圖1到圖8，按照本發(fā)明構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)電機(jī)在總體上由標(biāo)號31表示。旋轉(zhuǎn)電機(jī)31可以是電動機(jī)，或者是發(fā)電機(jī)，根據(jù)所需的用途而定。
旋轉(zhuǎn)電機(jī)31由用標(biāo)號32表示的定子裝置和由標(biāo)號33表示的轉(zhuǎn)子裝置構(gòu)成。這些元件被容納在一個殼體裝置內(nèi)，所述殼體由杯形的主殼體件34和蓋板35構(gòu)成，所述蓋板適合于被固定到主殼體件上，從而形成外殼36，在所述外殼中設(shè)置有定子裝置32和轉(zhuǎn)子裝置33。
轉(zhuǎn)子裝置33形成有中心部分37，其上用已知的方式固定著具有交替極性的多個沿圓周方向隔開的永磁體38。轉(zhuǎn)子裝置33的端部軸部39和41，它們分別被支撐在由杯形的主殼體件34的整個封閉的壁承載著的軸承42和在蓋板35的有槽的部分45中承載著的軸承44中。
轉(zhuǎn)子裝置33的結(jié)構(gòu)可以認(rèn)為是常規(guī)的，在本領(lǐng)域中已知的任何類型的結(jié)構(gòu)都可以使用。此外，雖然所述的電機(jī)使用這樣一種結(jié)構(gòu)，其中由標(biāo)號46表示的線圈繞組裝置被提供在形成在定子裝置32上的下面要說明的各個電樞磁極上，但是應(yīng)當(dāng)理解，所述線圈繞組裝置46可被安裝在轉(zhuǎn)子裝置33上，并且永磁體38可被安裝作為包括杯形的主殼體件34的定子裝置的一部分。
定子裝置32由用標(biāo)號47表示的電樞鐵心構(gòu)成，所述電樞鐵心由多個層疊的電樞板制成，如圖3到圖5所示。在本實(shí)施例中，因?yàn)殡姌需F心47是旋轉(zhuǎn)電機(jī)31的外部元件，其包括環(huán)形部分48，從所述環(huán)形部分，延伸出由標(biāo)號49表示的多個極齒。極齒49具有基本上是矩形的部分51，其由環(huán)形部分48向外延伸，在一個加大的凸出的端部52終止。在這些凸出的端部的相鄰的端部之間，形成有間隙53，其形成在相鄰的極齒49之間形成的槽54的外端。
為了幫助對齊電樞鐵心47的鐵心片的層疊體，每個鐵心片具有一個位于其環(huán)形部分48的外周邊上的參考槽55。所述槽55幫助在杯形主殼體件34內(nèi)對齊和定位。
和電樞鐵心47的環(huán)形部分48鄰接的槽54的端部由形成在每個極齒49的基部的相對側(cè)上的以一定角度設(shè)置的表面56限定。這些表面作為和在極齒49的外端的凸出的端部52協(xié)同操作的凸出部，用于幫助固定絕緣的線軸形成部件57，圍繞所述線軸形成部件，形成線圈繞組裝置46，所述線軸形成部件還用于固定各個繞組本身。
現(xiàn)在參看圖2說明絕緣線軸形成部件57的結(jié)構(gòu)。其由左右兩部分57A，57B構(gòu)成，除去后面將要說明的之外，它們具有基本上相同的結(jié)構(gòu)。圖2是不涉及左右側(cè)的絕緣線軸形成部件的示意圖。和電樞鐵心47一樣，絕緣線軸形成部件57包括圓環(huán)部分58，其具有L形截面，各個腿59從所述環(huán)形部分伸出，它們基本上呈U形，并互補(bǔ)而緊密地接收在鐵心極齒49上。在這些腿59的基部的傾斜的表面60和上述的形成在極齒49的外端的斜面56協(xié)同操作，使得提供和線圈繞組實(shí)際接合的停止或者鄰接部分。這種結(jié)構(gòu)還有助于實(shí)現(xiàn)對齊。
由圖6到圖8可見，絕緣線軸形成部件57的環(huán)形部分58的外圓周比電樞鐵心47的環(huán)形部分48的外圓周較小。
在絕緣體的腿59的外周邊和在槽隙53之間的區(qū)域，絕緣線軸形成部件57具有軸向延伸的法蘭部分61。這些法蘭部分61基本上和電樞鐵心部分51的凸出端52共同延伸。此外，電樞部分62互連這些軸向延伸的法蘭部分61，并沿徑向向外延伸，使得提供一個限定線圈繞組裝置46的鄰接部分，如后所述。最好是弓形的部分具有厚度或高度Sc，其等于或大于槽的寬度Ss的一半。
由標(biāo)號63表示的另一種凸起被形成在圍繞絕緣線軸形成部件57的圓周沿周向分開的位置，其中至少一個所述凸起和絕緣體腿部分59對齊，而另一個位于斜面60之間的交界處附近，如圖2和圖6所示。這種結(jié)構(gòu)在絕緣線軸形成部件57A或57B的一個上的絕緣體的一側(cè)被形成。這些凸起的間距被選擇，使得有助于通過連接線圈繞組裝置46的各個線圈的導(dǎo)線，這在下面將會看出。在另一側(cè)，具有類似的另一種凸起，由標(biāo)號64表示，其具有類似的功能。
按照本發(fā)明的一個重要特征，由標(biāo)號65表示的特殊的絕緣體插入物被設(shè)置在絕緣體腿59的表面上，其被設(shè)置在一個最好兩個絕緣體上，在各個弓形部分62之間的區(qū)域內(nèi)，其上形成有另一種凸起63和64。這些絕緣體在圖6和圖8中用直線示出了，借以表示它們和各個絕緣線軸形成部件57A，57B之間的關(guān)系。
這些絕緣體插入物65的形狀可以是圖10到12，14或15中所示的任何一種?；旧暇哂羞@樣的結(jié)構(gòu)，使得從各個極齒49的外周邊向著其和圓環(huán)部分58相遇的基部在總體上朝下傾斜。這樣做的目的稍后將進(jìn)行詳細(xì)說明?；旧?，所述形狀被這樣設(shè)計(jì)，使得促使導(dǎo)線從極齒49的外圓周沿徑向向外滑動，特別是促使其矩形部分51朝向環(huán)形部分58滑動。
應(yīng)當(dāng)注意，因?yàn)樵跇O齒的基部形成的斜面60，另一種凸起63和64不必形成在每個極齒49的基部，所述斜面趨于阻止導(dǎo)線沿著斜面向下滑動到該點(diǎn)之下。不過，另一種凸起63除去阻止導(dǎo)線向下滑動超過該點(diǎn)之外，還有另外的用途，這在下面可以看出。
現(xiàn)在專門參看不同實(shí)施例的外部構(gòu)型，圖10表示一個實(shí)施例，其中的絕緣體插入物由標(biāo)號65A表示，所述插入物從線圈繞組的徑向內(nèi)端朝向外端呈凸形彎曲。所述的彎曲是從圖10的徑向看的。當(dāng)從垂直方向看時(shí)，如圖13所示，可以看出沿所述軸向的彎曲從一端朝向另一端增加，如截面線a，b，c所示。
在圖11的實(shí)施例中，由標(biāo)號65B表示的絕緣體插入物的形狀不是和圖10那樣呈凸形彎曲的，而是呈凹形彎曲。不過，所述彎曲沿另一個方向(軸向)和圖13所示的相同。
不必使彎曲延伸線圈繞組的整個長度。圖12表示一個絕緣體插入物65C，其中傾斜的部分未達(dá)到腿部分59的端部，也未達(dá)到傾斜表面60。不過，最好使其間的距離不致過大。
圖14和15表示插入件的其它實(shí)施例，其尤其適用于利用針的繞制方法，這將在后面結(jié)合圖23到25進(jìn)行說明。在這些實(shí)施例中，在極齒49的徑向內(nèi)端的弓形部分62，特別是其矩形部分59，具有彎曲的或者圓的邊沿66，其向下引向傾斜的絕緣體插入物65D。在這種情況下，所述的傾斜在軸向平面內(nèi)是直線的，并且在徑向平面內(nèi)不會彎曲，如圖13所示。
圖15表示另一種傾斜的絕緣體插入物65E，其具有臺階狀的形狀，包括第一個，即在圓形邊沿66的端部附近的較陡的傾斜部分67，和第二個，即向著各個齒的徑向外端延伸的較緩的傾斜部分68。當(dāng)然，其它的構(gòu)型也是可以的。
在圖14和圖15所示的實(shí)施例中，可以沿徑向延伸凸起62的上端，如圖中細(xì)線區(qū)域62A所示，以便提供導(dǎo)線導(dǎo)向部分，使得如后所述的繞線針可以沿徑向向內(nèi)和間隙53分開。如果在電機(jī)31被裝配或運(yùn)行時(shí)需要間隙，則可以在繞制操作完成之后切除這些導(dǎo)線引導(dǎo)部分。
雖然作為單獨(dú)的元件說明了幾種斜的絕緣體元件，但是它們可以可拆下地固定到絕緣線軸形成部件57上或者和絕緣線軸形成部件形成一個整體。
已經(jīng)注意到，在電樞鐵心47的極齒49上形成有線圈繞組裝置46。雖然可以使用任何形狀的繞組，結(jié)合本發(fā)明可以利用的一般的繞組形式如圖9A，和圖9B所示。在這種特定的繞組中，具有三相三極串聯(lián)繞組，共形成9個電樞極齒49。
在這兩個圖中示出了一種可能的繞組結(jié)構(gòu)，其中每個相U，V和W具有其形成在相鄰的極上的線圈繞組，其中具有公共的連接C。每個線圈繞組包括正繞組，逆繞組和正繞組，由標(biāo)號F，R和F表示。
由圖9A可以看出，絕緣體的另一種凸起63保持相鄰線圈的繞線的端部，使它們沿軸向和徑向和各個線圈的繞線分開，從而在由標(biāo)號70表示的區(qū)域上形成交叉，這在圖1和圖9A中可以看出。通過這樣設(shè)置導(dǎo)線上方的3個交叉，可以使線圈繞組更緊湊，這由下面的說明可以看出。
圖16是V相繞組的放大圖，表示其中的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。在該圖中，導(dǎo)線的單個的股由標(biāo)號69表示。
通過主要參看圖17到19可以更好地理解繞組的繞制方法，現(xiàn)在進(jìn)行說明。繞制裝置包括針載體71，其承載著具有合適形狀的繞制針72，其例子將參照圖22到25進(jìn)行說明。針載體71和針72具有導(dǎo)線引導(dǎo)開口73，通過所述開口穿過來自饋給線卷74的單根漆包線股69。導(dǎo)線經(jīng)過的路徑由圖19中的箭頭R表示。
首先，導(dǎo)線的一端在圖19所示的位置X由夾子夾住，這被設(shè)置沿徑向向外超出電樞鐵心47的端部，從而形成線圈繞組裝置46的一個線圈繞組的一端。然后所述的針沿著齒作徑向運(yùn)動，但是處于這樣一個區(qū)域內(nèi)，所述區(qū)域位于齒之間的槽54的外部，并在其一個軸側(cè)上。用這種方式，當(dāng)形成繞組時(shí)，覆蓋在導(dǎo)線端部上的凸出的部分不會填入槽54中，而將沿著各個極齒49的一個側(cè)面位于由這些間隙徑向向外的位置。
針載體71一般沿圍繞各個極齒49及其覆蓋的絕緣線軸形成部件57的矩形路徑運(yùn)動，如圖18所示。所述繞線針在環(huán)繞各個極齒49也通過弧W轉(zhuǎn)動，如圖17的箭頭所示。稍后將會看出，在繞制期間，針72或者沿徑向位于在極齒49的端部在凸出端52之間的間隙53中形成的區(qū)域中的槽54的內(nèi)部的區(qū)域，或者在這個區(qū)域內(nèi)沿徑向向內(nèi)，只要在繞制操作期間，導(dǎo)線接觸絕緣線軸形成部件57的弧形部分62的內(nèi)邊沿即可。當(dāng)導(dǎo)線被纏繞時(shí)，其由這些邊沿?fù)踝?，并接合絕緣體插入物65的軸向最外的部分。因而，隨著針沿著圖18的箭頭P所示的路徑行進(jìn)，導(dǎo)線股69將和絕緣體插入物65的軸向最外的部分接合。在走完這個區(qū)域之后，針72和針載體71沿徑向運(yùn)動到在相鄰極齒49之間的由箭頭Q表示的區(qū)域內(nèi)，特別是在槽54的區(qū)域內(nèi)。
當(dāng)每個繞組完成時(shí)，下一個繞組則接合前一個繞組，并迫使其向下沿絕緣體插入物65滑動，使得導(dǎo)線集中在槽54的徑向外圓周。在那里，導(dǎo)線被絕緣線軸形成部件57的斜面60約束住。
然后，繞制下一個串聯(lián)繞組，最終的繞組如圖20所示。由圖可見，提供了一種非常整潔的繞組，其沒有凸出部分，并且基本上占據(jù)在槽54中的極齒49之間的間隙的一半。這提供了一種得非常密的線圈，并確保電機(jī)具有最大的輸出。
雖然只示出了一個針載體71和針72，最好沿圓周隔開的位置提供多個，以便加快繞制處理。例如，可以提供3個這樣的裝置，每個一樣一相繞組。它們同時(shí)進(jìn)行繞制。
已經(jīng)注意到，繞組的一端被保持在圖19的位置X的夾具中?？梢栽诿總€繞組完成之后，在絕緣體裝置的基部提供一個凸起或支柱應(yīng)當(dāng)是有幫助的，如圖21中的標(biāo)號75所示。在下一個繞組在各個極齒49上繞制之前，導(dǎo)線可以圍繞凸起75環(huán)繞。這將有助于向著和絕緣體的斜面60相鄰的繞組的外圓周拉出導(dǎo)線。此外，可以在絕緣體和極齒的弓形部分62上設(shè)置類似的支柱76，雖然并不是必須如此。
圖23示出了針和繞制方法的一種形式。在這種情況下，針72可以在槽54的外圓周的極齒之間的間隙53的區(qū)域中通過。
在另一個實(shí)施例中，如圖24所示，針不必位于槽54中，而僅位于極齒之間的間隙53中。這種特定的布置用于圖14和15所示的結(jié)構(gòu)中，其中倒圓66將向下朝向絕緣體插入物65平滑地引導(dǎo)導(dǎo)線股69。
圖25表示另一種形式的針，其中針具有一個加大的端部，并且實(shí)際上位于間隙53中。不過，這將是這樣一個區(qū)域，其中繞線最少，并且不妨礙槽54的其余部分被線圈繞組填充。這也允許針72的外開口73形成一個倒圓，如圖所示。這進(jìn)一步保護(hù)線股69的漆絕緣免遭破壞。
應(yīng)當(dāng)注意，所述的繞制方法在保證針或繞線不會相互接合，從而使得在各個導(dǎo)線上的絕緣不被破壞以及實(shí)現(xiàn)高的密度方面是非常有效的。
這可以利用圖26所示的標(biāo)號為77的絕緣體被進(jìn)一步改進(jìn)，所述絕緣體具有和上述結(jié)構(gòu)基本相同的結(jié)構(gòu)。圖中對于相同的結(jié)構(gòu)部分，用相同的標(biāo)號表示。
不過，在本實(shí)施例中，在槽54的徑向外周邊的斜面60之間的區(qū)域形成有分割壁78。所述分割壁78位于這樣的區(qū)域內(nèi)，其中針72不會通過，但是卻總是以分開的形式保持導(dǎo)線在極齒的各個腿59的外周邊上.使得獲得圖27所示的繞組，其進(jìn)一步改善了密度，同時(shí)，消除了在相鄰的極齒49上的繞組之間干擾的可能性。
圖28和圖29表示另一個實(shí)施例，其中代替分割壁78，提供一個片狀凸起79，其具有一個導(dǎo)向柱81。所述導(dǎo)向柱81可用于把一個繞組的端部向著另一個繞組環(huán)繞，并且?guī)椭３忠粋€更緊湊的繞組裝置，從而進(jìn)而改善密度。
在利用優(yōu)選的絕緣體結(jié)構(gòu)和優(yōu)選的針結(jié)構(gòu)實(shí)施所需的繞制方法之后，在絕緣線軸形成部件57A的另一種凸起64上安裝任何所需類型的控制器裝置82(圖1)。
前面的說明包括并且取自我的上述的同時(shí)專利申請。正如已經(jīng)注意到的，雖然這些實(shí)施例代表了本領(lǐng)域中的很大的進(jìn)展，但是可以作出其它的改進(jìn)。圖31-35表示一種形式的這種改進(jìn)。
現(xiàn)在參看這些附圖和本發(fā)明的這個附加的實(shí)施例，其中只示出了定子的一部分，因?yàn)殡姍C(jī)的其余部分的結(jié)構(gòu)可以是上述的任何形式的。此外，其中和圖1-10相同的部分用相同的標(biāo)號表示，并且只有當(dāng)本領(lǐng)域的技術(shù)人員在實(shí)施本實(shí)施例需要時(shí)才予以說明。
在這個實(shí)施例中，由交叉導(dǎo)線66互連的相鄰的線圈繞組46通過在極齒51之間形成的槽54中。在這種線圈結(jié)構(gòu)中，線圈46被繞在三相電動機(jī)的定子上，所述電動機(jī)具有由線圈連續(xù)地形成的UVW3個相，所述線圈沿相反方向交替地繞制，如圖9所示。
作為所述反向交替繞制的線圈，線圈46被連續(xù)地形成在相鄰的磁極齒5 1之間，使得交叉導(dǎo)線66位于形成在相鄰的磁極齒51上的線圈46之間。這樣，即使交叉導(dǎo)線66跨過槽54，在繞制線圈時(shí)，針也不通過槽，如前所述(圖18和19)，借以阻止交叉導(dǎo)線66由于和針接觸被破壞或折斷。
交叉導(dǎo)線66用這種方式通過槽54被設(shè)置，借以使得不需要形成凸起用于掛起交叉導(dǎo)線，如在前面的實(shí)施例中那樣，使得絕緣體的結(jié)構(gòu)簡化，通過省去把交叉導(dǎo)線掛在被設(shè)置的凸起上，在形成線圈時(shí)可以容易地進(jìn)行穿線。此外，使得導(dǎo)線長度縮短，因而使導(dǎo)線電阻減小。
在上述的實(shí)施例中，使用錐形部件65作為繞線傳遞裝置，使繞在磁極齒的凸出的端部一側(cè)上的繞組向下滑動到其根部而不用把針插入槽中。不過，也可以通過使用圓周改變部件101代替所述錐形部件，或者通過控制針的環(huán)繞動作，使得當(dāng)繞組被拉長時(shí)在所述繞組中提供一個松弛的部分，因而使其向著根部滑動，線圈可以從磁極齒的根部繞組磁極齒上。
由圖31-35可見，使用按照本發(fā)明的圓周改變部件101代替上述的錐形部件65。圓周改變部件101可以是和絕緣線軸形成部件57分開的部件，或者是和其整體模制而成的部件。
如圖35所示，圓周改變部件101在其上表面的相對端被斜切，如102所示，其中斜切的數(shù)量從朝向外圓周的位置(a)到(k)逐漸增加。這使得逐漸縮短圓周改變部件101的表面長度，因而縮短線圈繞組46的每匝朝向極齒51的尖端進(jìn)展時(shí)環(huán)繞的長度或周長。
用這種方式逐漸縮小周長使得拉出針時(shí)繞組的拉針支撐點(diǎn)能夠被設(shè)置在外圓周的一側(cè)上，并使得當(dāng)繞組被繞在內(nèi)圓周一側(cè)上時(shí)所述繞組容易向外滑動，如圖29所示。因此，在槽54的外部(在本例中為內(nèi)圓周一側(cè)的外部)或者在槽54的入口附近的不用把針插入槽54內(nèi)的針的纏繞動作使得能夠把繞組在槽54的底部繞在磁極齒51上。在這種情況下，關(guān)于針的纏繞動作，希望把環(huán)繞部分的蹤跡移動增加到這樣的程度，使得在繞組中提供松弛部分，以便進(jìn)行纏繞操作因而，拉出針的繞線的拉出支撐點(diǎn)位于槽的底部，以便在繞組中提供松弛部分，以便進(jìn)行針的纏繞操作，這使得在保持圓周改變部件101的高度恒定的同時(shí)，繞線能夠平滑地向下滑動，從而在極齒51上形成線圈46。
不過，圓周改變部件101的上表面可以向下朝向底部傾斜，和前述的錐形部件65那樣。形成這種傾斜的表面還能夠使得繞組朝向底部向下滑動，如前所述。不過，形成這種傾斜的表面使得在槽的入口側(cè)上的圓周改變部件的高度較大，從而產(chǎn)生線圈端部的大的凸起，使其沿徑向具有較大的輪廓，如前所述。關(guān)于這方面，如圖29-35那樣保持高度恒定能夠獲得緊湊的定子。
雖然并非必須，凸起103可以被形成在圓周改變部件101的基部的線軸57上，或者被形成在圓周改變部件101本身上。
因而，由前所述，應(yīng)當(dāng)容易看出，和現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)和方法相比，上述的結(jié)構(gòu)和繞制方法以低的成本提供了非常密的線圈繞組，并提供了非常快的繞制方法。當(dāng)然，上面的說明是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的說明，不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的構(gòu)思，可以對上面的說明作出各種改變和改型。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)，包括定子，其具有由磁材料制成的環(huán)形鐵心和從所述環(huán)形鐵心上沿徑向延伸的多個磁極齒，轉(zhuǎn)子，其和所述磁極齒的端部并置并和所述環(huán)形鐵心分開，每個所述磁極齒限定一個鐵心和在所述鐵心的端部形成的放大部分，相鄰的磁極齒限定一個槽，所述槽具有在所述相鄰的放大部分之間形成的開口，絕緣體，其蓋住所述磁極齒的鐵心，線圈繞組，其被繞在所述磁極齒的所述鐵心上，使得所述絕緣體位于所述繞組和所述磁極齒之間，每個所述絕緣體具有沿其長度沿軸向而減少的圓周長度。
2.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述絕緣體的圓周長度由在所述絕緣體的表面上形成的部分來改變。
3.如權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述絕緣體的部分被形成在其表面上，其不延伸進(jìn)入在各個極齒的每一側(cè)的槽中。
4.如權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述部分基本上是矩形的，通過在其相對的側(cè)部提供錐形的斜面來改變圓周長度。
5.如權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述絕緣體的部分被形成在其表面上，所述部分不延伸進(jìn)入各個極齒的每一側(cè)上的槽中。
6.如權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述的有斜面的一側(cè)是和所述槽相鄰的一側(cè)。
7.如權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述部分由被固定到所述絕緣體上的一個單獨(dú)的部件構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求7所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述單獨(dú)的部件被固定到絕緣體的表面時(shí)上，其不延伸進(jìn)入各個極齒的每一側(cè)上的槽中。
9.如權(quán)利要求8所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述單獨(dú)的部件基本上是矩形的，通過在其相對的側(cè)面提供錐形的斜面來改變其圓周長度。
10.權(quán)利要求9所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述有斜面的側(cè)面是和所述槽相鄰的側(cè)面。
11.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，在相鄰的鐵心上的線圈繞組利用交叉的導(dǎo)線相連。
12.如權(quán)利要求11所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述交叉的導(dǎo)線跨過所述從槽而延伸。
13.一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)的線圈繞制方法，包括提供由磁材料制成的環(huán)形鐵心，從所述環(huán)形鐵心沿徑向延伸有多個磁極齒，每個磁極齒限定一個鐵心和在所述鐵心之間形成的槽，每個槽限定一個開口，所述開口形成在鐵心的相鄰的外端之間，設(shè)置一個穿線針，所述穿線針具有孔，通過所述孔把用于繞制線圈的導(dǎo)線饋送到一個開口附近，使所述針孔沿著圍繞一個極齒的路徑在槽的一側(cè)運(yùn)動，而不使針以任何實(shí)質(zhì)的距離沿著一個極齒的長度運(yùn)動，從而形成第一匝，所述針孔的運(yùn)動在槽的一側(cè)沿著圍繞一個極齒的路徑被繼續(xù)，而不使針以任何實(shí)質(zhì)的距離沿著一個極齒的長度運(yùn)動，從而形成相繼的匝，使極齒的周長沿著長度方向沿軸向減小，并且把導(dǎo)線的端部保持在和針分開的極齒的端部，使得每個相繼的匝強(qiáng)迫前一個匝沿著極齒朝向環(huán)形鐵心，而不需要使針以任何實(shí)質(zhì)的距離沿著一個極齒的長度運(yùn)動，使得所述的針不以任何實(shí)質(zhì)的距離運(yùn)動進(jìn)入所述槽中。
全文摘要
本發(fā)明提供了旋轉(zhuǎn)電機(jī)及其繞組的繞制方法的幾個實(shí)施例，它們提供了高的空間利用率，和效率高的繞制，在繞制處理期間，對導(dǎo)線的絕緣的破壞的可能性較小。所述結(jié)構(gòu)基本上不需要繞線針在極之間的槽中前后運(yùn)動，而是使用絕緣插入物，所述絕緣插入物位于間隙外部的極的軸向端面上，用于引導(dǎo)導(dǎo)線從一端到另一端，從而提供高的空間利用率。在一個實(shí)施例中，絕緣插入物有效地改變線圈繞組的圓周長度，使其沿其長度沿軸向減小。
文檔編號H04N1/193GK1399391SQ0212750
公開日2003年2月26日 申請日期2002年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月11日
發(fā)明者高野正, 安藤勸 申請人:株式會社萌利克