專利名稱：斜電樞的卷繞方法及其使用的設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種旋轉磁場電機的電樞的卷繞方法，更具體地說，是涉及一種改進的卷繞方法，該方法能獲得更大的線圈密度，并避免在卷繞操作中卷繞針造成繞線損壞的可能性，還使線圈圍繞斜極齒卷繞。
此外，針有可能會接觸已經卷繞好的線圈中并可能會損壞它們，尤其是可能會除去它們的絕緣層。這些各種現有技術的方法在轉讓給本受讓人的共同待批的申請中有十分詳細的描述，該申請名為“Stator Coil Structure ForRevolving-Field Electrical Machine and Method Of Manufacturing Same(旋轉電機的定子線圈結構和其它制造方法)”，申請號為“09/683764”，提出于2002年2月12日。
當諸極齒和置于其中的諸狹槽相對相關機器的旋轉軸傾斜時，就會引起更大的問題。對這種傾斜極齒的權宜方法一般是當與并排放置的多個磁極齒相對的磁體在磁極齒之間穿過時防止齒槽效應的發生。由于傾斜的極齒和狹槽，傳統的卷繞機器不允許卷繞針橫穿過極齒。如果想這么做，極齒會妨礙到卷繞針的經過路徑。由于這樣的線圈是手工卷繞的，因此就增加了機器的成本。
因此，本發明的一個主要的目的是提供一種用來在帶斜電樞齒的旋轉電機上卷繞線圈的自動卷繞方法和設備。
本發明而還有一個目的是提供這樣一種方法和設備，它能夠通過在卷繞操作中保持卷繞針基本處在極齒間狹槽的外面來顯著地增大線圈密度。
發明內容
本發明的第一個特征為一種旋轉電機線圈的卷繞方法，該旋轉電機包括一種磁體材料制成的圓形磁芯和多個從圓形磁芯徑向伸出的磁極齒，其中每個磁極齒確定一個磁芯和形成于相鄰磁極齒之間的狹槽。各個狹槽確定了一個形成于相鄰磁芯外端部之間的口部。極齒和狹槽相對旋轉電機的旋轉軸傾斜，所以槽在展開平面圖中呈一個平行四邊形。卷繞方法包括若干步驟定位帶有一開口的卷繞針，卷繞線圈所用的繞線通過開口供給到這些口部中一個的附近；使針和極齒的相對移動以使針開口在一條圍繞在狹槽一側的一個極齒的路徑上移動來形成第一個線匝，并無需把針沿該極齒長度移動任何顯著距離；針和極齒的相對移動繼續進行以使針開口在一條圍繞在狹槽一側的一個極齒的路徑上移動來形成后續的線匝，并無需把針沿該極齒長度移動任何顯著距離，各后續的線匝將前面的線匝沿著極齒移向圓形磁芯，無需把針沿該極齒長度移動任何顯著距離，所以無需移動針進入槽中任何顯著距離。
本發明的另一個特征是適用于一種實施前述方法的設備。該設備包括一個帶有一開口的卷繞針，卷繞線圈所用繞線通過該開口供給到口部中一個的附近。一個支承圓形磁芯的支座。一個驅動裝置，它操作支座和所述卷繞針，來實現針和極齒的相對移動以使針開口在一條圍繞在狹槽一側的一個極齒的路徑上移動來形成第一個線匝，并無需把針沿該極齒長度移動任何顯著距離，以及繼續針和極齒的相對移動以使針開口在一條圍繞在狹槽一側的一個極齒的路徑上移動來形成后續的線匝，并無需把針沿該極齒長度移動任何顯著距離，各后續的線匝將前面的線匝沿著極齒移向圓形磁芯，無需把針沿該極齒長度移動任何顯著距離，所以無需移動針進入槽中任何顯著距離。
附圖的簡要說明
圖1為根據本發明一實施例的方法和設備形成的一個旋轉電機的橫剖面圖；圖2為從一側所見的磁芯迭片結構的端部視圖，但未表示出極齒的傾斜；
圖3為該磁芯的側視圖；圖4為在與圖2相反的方向上所見的磁芯端部視圖，但仍未表示極齒的傾斜；圖5為一個與圖2部分相似的端部視圖，但表示了帶有放置在適當位置上的絕緣體的結構，并且一部分的絕緣體打上了陰影線，以表示絕緣體的側面是如何構造以協助卷繞操作的，但仍未表示極齒的傾斜；圖6為一個與圖3部分相似的側視圖，但表示了帶有放置在適當位置上的絕緣體的磁芯組件；圖7為一個與圖4部分相似并在與圖5相反的方向上所見的端部視圖，所示絕緣體的一部分打上陰影線，以表示絕緣體的側面是如何漸縮的，但仍未表示極齒的傾斜；圖8為本實施例的一個極齒去除線圈線匝時的橫剖面圖；圖9為沿圖8中箭頭9的方向所見的一個局部端部視圖，但仍未表示極齒的傾斜；圖10為沿與圖8相同平面截取的上半繞線管的橫剖面圖；圖11為在與圖9相同方向上所見的一個端部視圖；圖12a-12k為沿圖8的縱向以相同間隔獲取的一系列的橫剖面圖，該系列從極齒的基部(左手側)處開始并于其尖端(右手側)處結束；圖13為表示真實的極齒傾斜和極齒間狹槽的展開圖；圖14為一個與圖13部分相似的視圖，表示了卷繞針經過的路徑和根據本發明第一實施例電樞在卷繞操作過程中的移動；圖15為表示卷繞設備真實形狀和實現圖14中移動的方式的局部俯視圖；圖16為表示圖15所示完整設備的帶局部橫剖面的側視圖；圖17為一個與圖14部分相似的示圖，但所示為根據本發明另一個實施例的卷繞設備和方法；圖18為一個與圖15部分相似的局部俯視圖，所示為本實施例的設備和方法；圖19為一個與圖16部分相似的側視圖，所示為本實施例的結構。
具體實施例方式
現在請詳細參見附圖，開始參見圖1至16所示的實施例，首先請主要參見圖1，根據本發明構造的旋轉電機一般用標號31標識。根據所需應用，旋轉電機31可以是電動機或發電機。
旋轉電機31包括一個一般用標號32表示的定子組件和一個一般用標號33表示的轉子組件。這些部件包括在一殼體組件中，該殼體組件包括一杯形主殼件34和一蓋板35，將該蓋板適當地附連于主殼件上以形成機殼36，并且定子組件32和轉子組件33就定位在其中。
轉子組件33形成有一中心部分37，以已知的方式將多個周向隔開的、具有交替極性的永久磁體38固定在該中心部分上。轉子組件33的端部包括分別支承在軸承42和軸承44中的軸部39和41，該軸承42由杯形主殼件34的整體封閉壁43承載，該軸承44承載在蓋板35的凹部45中。
轉子組件33的構造可視為普通的傳統類型，并且可以采用本技術領域中已知的任何類型。同樣，盡管所述電機采用一種設置，其中將一個一般用標號46表示的線圈線匝組件設置在定子組件32上形成的各個電樞磁極(待述)上，但應予理解的是，可以將線圈線匝組件46安裝在轉子組件33上，并且永久磁體38可安裝成為包括杯形主殼件34的定子組件32的一部分。
定子組件32包括一個一般用標號47表示的電樞芯，如圖2至4所示，該電樞芯由多塊疊壓的電樞板組成。在該實施例中，由于電樞芯47是旋轉電機31的外部元件，因此它包括一圓形磁芯部分48，多個極齒(一般用標號49表示每個極齒)從該圓形磁芯部分處延伸。
極齒49相對轉子軸37的旋轉軸C傾斜，并具有若干大致呈平行四邊形的部分51(詳見圖13)，所述平行四邊形部分從圓形磁芯部分48處向外延伸，并且終止在放大的平行四邊形凸起端部52。這種極齒49的傾斜是用來減少齒槽效應的。
平行四邊形的間隙53(詳見圖13)形成在相鄰的這些凸起端部52之間，它們形成了在相鄰極齒49之間的狹槽54的外終止端。在圖3至12中，未示出極齒51、凸起端部52、間隙53以及狹槽54的平行四邊形狀以簡化這些圖。如將會簡短地提及的，為了協助電樞芯47的磁芯片的疊層的對齊，每片磁芯在其圓形部分48的外圓周上都形成有一個參考狹槽55。該狹槽54不僅協助對齊，還有助于在杯形主殼件34中的定位。連續的磁芯片疊層相互略繞軸C旋轉，以實現圖13所示的傾斜。
通過成角度地設置形成在每個極齒49基部的相對兩側上的表面56，就形成電樞芯47的圓形部分48附近的狹槽54的端部。這些可作為與極齒49的外端部處的凸起端部52相協作的凸起，以協助定位一個絕緣繞線管成形構件57，且線圈線匝組件46就圍繞該絕緣繞線管成形構件57形成，以及定位各個線匝自身。
絕緣繞線管成形構件57包括右手部分57a和左手部分57b，除下文將要敘述的以外，它們具有大致相同的構造。與電樞芯47相同，絕緣繞線管成形構件57包括一個圓形部分58，該圓形部分具有一L形橫截面，并且從該圓形部分處伸出若干大致呈U形的單條腿部59，這些腿部互補且密合地接合在磁芯極齒49上。這些腿部59的基部處的傾斜面60與上述成角度設置的、形成于極齒49的外端部處的表面56相協作，以提供一線圈線匝實際上所接觸抵靠的一止動件或鄰接部。該構造也方便了對齊。
從圖5至7可見，絕緣繞線管成形構件57的圓形部分58的外周緣周向延伸的程度小于電樞芯47的圓形部分48的外周緣。
圍繞絕緣繞線管成形構件57的周緣周向間隔位置處形成有若干凸起，如63處所示，這些凸起中至少有一個對準絕緣體腿部59，另一個凸起則位于傾斜面60之間的交界處附近，如圖5最佳地所示的。該構造形成在絕緣繞線管形成的部件57a或57b之一上的絕緣體的一側處。選擇這些凸起的間距，以便于連接線圈線匝組件46的各線圈的繞線通過。在另一側上有還有一些類似的凸起，如64處所示，它們可以達到類似的目的。
用標號65表示的特殊絕緣體插入件被放置在一個(或最好是兩個)絕緣體上的絕緣體腿部59的表面上，并且在相應的弧形部分62與其上的另外凸起63和64之間的區域中。在圖5和7中用線條示出了這些絕緣體，以表示它們與各自的絕緣繞線管成形構件57a或57b的關系。
選擇這些絕緣體插入件65的形狀，以使它們作為用于一種用途的周長變化裝置，現在將結合圖8-12來敘述該用途。使用根據本發明的圓周變化構件65來代替前面提到的錐形構件65。圓周變化構件65可以是一與絕緣繞線管成形構件57分離的部件，或者是一與其整體模制的部件。
如圖12最佳地所示，在頂面上的相對兩端處(以65a表示)斜切的圓周變化構件65，其中該斜切的程度從位置(a)至(k)向外緣逐漸增加。這使圓周變化構件65的表面長度逐漸縮短，且因此向著極齒51尖端方向前進的線圈線匝46的每一匝所繞的長度或周長也縮短。這樣的變化在圖13中予以了圖示。
以這種方式逐步縮小周長，使從針抽出的線匝的拉動支承點可被設置在外周側上，并且當圍繞內周側卷繞線匝時，使線匝易于向外滑動。因此，無需將針插入狹槽54內，在狹槽54外側(在本實例中是在內周側之外)或接近狹槽54入口的針卷繞動作便可使需卷繞在磁極齒51上的線匝到達狹槽54的底側。在這種情況下，對于針的卷繞動作，最好是使匝長增加到線匝中具有一定的松馳度的程度，以便于執行卷繞動作。
因此，從針抽出的線匝拉動支承點設置在狹槽的底部，以為針的卷繞動作在線匝中提供一定的松馳度，這使線匝可平滑地向下滑動，從而在磁極齒51上形成線圈46，并同時保持圓周變化構件65的高度不變。
然而，如上文中提到的錐形構件65，圓周變化構件65的上表面可以朝著底側向下傾斜。如上所述，形成這種傾斜表面同樣也可使線匝向下滑動到底側。然而，形成這樣一種傾斜表面使位于狹槽入口側上的圓周變化構件的高度較高，造成線圈端部的一個大凸起，由此，如上所述的，造成其徑向外形較大。對此，如圖8到12中示出的實例那樣保持高度恒定可以獲得一種緊湊外形的定子。
需指出的是，在每個極齒49的基部處無需再形成另外的凸起63和64，其原因在于，那里形成的傾斜表面60會阻止繞線沿著那點之下的斜面向下滑動。然而，將會變得清楚的是，除了阻止線圈超過該點向下滑動之外，另外凸起部63還有另外的目的。
完成卷繞的方法最好可以主要參照圖14到圖16進行理解，以下是對其進行的描述。卷繞裝置(總的以70表示，如圖15和16所示)包括一針座71，該針座可載有一個具有適當形狀的卷繞針72。針座71和針72形成有一個繞線導向開口73，單個涂有絕緣漆的繞線69從一進給輥(未圖示)通過該開口73。圖16中的箭頭T示出了繞線行進的路徑。
如圖15和16所示，針座71和針72相對于基座74在一個豎直的方向(旋轉軸C的方向)上往復運動，如箭頭Q1和Q2所示。針座71和針72也繞旋轉軸C旋轉，如箭頭P1和P2所示，因此，它可以在一個徑向方向上向右和左(如從磁極齒47的前方看其內圓周表面)移動針72。利用這個移動一般以一個矩形的圖形繞單個極齒49和它們上面的絕緣繞線管成形構件57來移動針座71，并且經過如圖14中所示的路徑E、F、G及H。
但是，從該圖中可清楚地可見，極齒47的傾斜會使針72與極齒相干擾。為了防止這種情況，在本實施例中，電樞32是繞旋轉軸C可旋轉地支承的。這種旋轉如圖15中的箭頭R1和R2所示。這是通過將電樞32安裝在一個通過軸承76支承安裝在基座74上的夾盤75來實現的。
于是線圈46的卷繞是以如下方式完成的。開始時，繞線69的一端由一個夾具(未圖示)夾固在徑向向外超過電樞芯47的端部的位置上，以形成線圈線匝組件46的線圈線匝中一個的一端。然后針沿著極齒在Q1方向上徑向移動，但在較適合地設置在極齒間所狹槽54的稍內側且在其一軸向側上的一個區域內。以這種方式，當形成了線匝，疊置在繞線端部上的鼓出部分就不會填充狹槽54，而是會位于從這些間隙向外的軸向方向上并沿著單個極齒49的一側表面的位置上。
為了跟隨極齒47的傾斜形狀，夾盤75在針72的這個移動過程中在R1方向上旋轉。這種旋轉可以通過兩種方式中的一種來完成。在第一種方法中，當行進在P1和P2方向上時，夾盤被保持住以阻止轉動，而在Q1和Q2方向上卷繞時，夾盤被釋放以在繞線69卷繞過程中的壓力下自由旋轉。在另一種方法中，當在Q1和Q2方向卷繞時，夾盤在一個伺服電動機作用下旋轉，并且當在P1和P2方向上卷繞時，就鎖住伺服電動機。
在卷繞過程中，針72可徑向地定位在就在槽54內側的區域中，且是在形成于極齒49端部處凸起端部52之間的間隙53中的區域里，或者只要在卷繞操作中繞線將接觸到絕緣繞線管成形構件75的弧形部分62的內緣，就可以徑向定位在該區域的內側。但在任何情況下，針72也不會深入到槽54中，并總是位于間隙53的附近。
當達到位置F(圖14)，夾盤75被保持住以阻止旋轉，并且針座71在P1方向上將針72旋轉到位置G。然后當夾盤75被釋放時，針72就沿Q2方向回到位置H，并且電樞32就沿P2方向旋轉以回到點E。
當各線匝以這種方式完成后，下一個線匝就會與前一個線匝接合并迫使它沿著絕緣體插入件65的斜面向下移動，以使繞線集合在槽54的徑向外周緣處。在那里繞線會受到絕緣繞線管成形構件57的傾斜表面60的限制。在各圓周變化構件65如圖12所示地具有不變高度的情況下，并通過針72的一匝動作所拉出的線匝長度大于線圈46的一匝長度，以使線匝有一定的松弛度，線匝69通過一種類似拉攏效應被滑向磁極齒47的基部。
然后，形成緊接的連續線匝，并且所提供的線匝是十分整齊且沒有鼓起的，并占據狹槽54中極齒49間的間隙的大致一半。這實現了很高的線圈密度，并保證機器最大的生產功率。
在目前為止所述的實施例中，卷繞針72是以一個矩形路徑移動的，并且通過夾盤75的裝置按照極齒51的形狀旋轉電樞32。圖17至19所示的為本發明的另一個實施例，在該實施例中電樞32是不旋轉的。
現在來敘述這個實施例，卷繞針座71當其在Q1和Q2方向上移動時在P1、P2方向上旋轉，以跟隨極齒47的傾斜形狀來形成線匝。移動的路徑示于圖17中，并且在這種情況下，路徑形成帶有角部或者點J、K、L及M的平行四邊形。在點J處開始，針座71和針72沿Q1方向移動，同時沿P1方向繞軸C旋轉，直至到達點K。然后，僅沿P1方向旋轉以將針開口72從點K移動到點L。
當達到點L，針開口就沿Q2方向移回，并同時沿P2方向旋轉，直至到達點M。然后，停止在Q1和Q2方向上的移動，并沿P2方向旋轉以回到點J。之后卷繞就以這種方式繼續進行以完成繞線管的卷繞。
當利用任何前述卷繞方法完成了所要的卷繞后，一個任何所要求類型的控制器組件82(圖1)就安裝到絕緣繞線管成形構件57a的另外凸起64上。
在前面進行的敘述中，所描述的是單根卷繞針，但是應該十分顯著是，生產可以通過在圍繞設備的周向位置上間隔地設置多個卷繞針，以能夠同時完成多個線匝。
因此，從前面進行的敘述中，應該十分顯著是，所述的方法和設備在提供帶斜極齒的電樞的自動機器卷繞方面是十分有效的，并且由于繞線針開口不進入到極齒間的槽中，所以可以獲得最大的線圈密度。當然，前面的敘述是對本發明較佳實施例的敘述，并且本發明可以有各種變化和修改變型而不超出如所附權利要求書所定義的本發明的原理和范圍。
權利要求
1.一種旋轉電機線圈的卷繞方法，該旋轉電機包括一磁體材料制成的圓形磁芯和多個從圓形磁芯徑向伸出的磁極齒，其中每個磁極齒確定一個磁芯和形成于相鄰磁極齒之間的狹槽，各個狹槽確定了一個形成于相鄰磁芯外端部之間的口部，所述極齒和所述狹槽相對旋轉電機的旋轉軸傾斜，所以槽在展開平面圖中呈一個平行四邊形；所述卷繞方法包括以下步驟定位帶有一開口的卷繞針，卷繞線圈所用的繞線通過該開口供給到這些口部中一個的附近，使針和極齒相對移動以使針開口在一條圍繞在狹槽一側的一個極齒的路徑上移動來形成第一個線匝，并無需把針沿該極齒長度移動任何顯著距離，以及針和極齒的相對移動繼續進行以使針開口在一條圍繞在狹槽一側的一個極齒的路徑上移動來形成后續的線匝，并無需把針沿該極齒長度移動任何顯著距離，各后續的線匝將前面的線匝沿著極齒移向圓形磁芯，無需把針沿該極齒長度移動任何顯著距離，所以無需移動針進入槽中任何顯著距離。
2.如權利要求1所述的旋轉電機線圈的卷繞方法，其特征在于卷繞連續進行，直至一個繞組基本沿極齒的整個長度形成。
3.如權利要求2所述的旋轉電機線圈的卷繞方法，其特征在于第二個繞組以相同的方式接著覆層于前一個繞組之上。
4.如權利要求1所述的旋轉電機線圈的卷繞方法，其特征在于針開口在一條矩形的路徑上移動，并且當針開口沿著在極齒相對側上界定狹槽的極齒的側面移動時，極齒旋轉。
5.如權利要求1所述的旋轉電機線圈的卷繞方法，其特征在于針開口在與極齒的周邊向外間隔一定距離的一條平行四邊形路徑上移動，并且極齒在卷繞的過程中被保持住，不旋轉。
6.一種用于卷繞旋轉電機線圈的設備，該旋轉電機包括一磁體材料制成的圓形磁芯和多個從圓形磁芯徑向伸出的磁極齒，其中每個磁極齒確定一個磁芯和形成于相鄰磁極齒之間的狹槽，各個狹槽確定了一個形成于相鄰磁芯外端部之間的口部，所述極齒和所述狹槽相對旋轉電機的旋轉軸傾斜，所以槽在展開平面圖中呈一個平行四邊形；所述卷繞設備包括一個帶有一開口的卷繞針，卷繞線圈所用繞線通過該開口供給到口部中一個的附近，和一個支承圓形磁芯的支座，操作所述支座和所述卷繞針來實現針和極齒的相對移動以使針開口在一條圍繞在狹槽一側的一個極齒的路徑上移動來形成第一個線匝，并無需把針沿該極齒長度移動任何顯著距離，以及繼續針和極齒的相對移動以使針開口在一條圍繞在狹槽一側的一個極齒的路徑上移動來形成后續的線匝，并無需把針沿該極齒長度移動任何顯著距離，各后續的線匝將前面的線匝沿著極齒移向圓形磁芯，無需把針沿該極齒長度移動任何顯著距離，所以無需移動針進入槽中任何顯著距離。
7.如權利要求6所述的旋轉電機線圈的卷繞設備，其特征在于針開口在一條矩形的路徑上移動，并且當針開口沿著在極齒相對側上界定狹槽的極齒的側面移動時，極齒旋轉。
8.如權利要求6所述的旋轉電機線圈的卷繞設備，其特征在于針開口在與極齒的周邊向外間隔一定距離的一條平行四邊形路徑上移動，并且極齒在卷繞的過程中被保持住，不旋轉。
全文摘要
旋轉電機線圈的卷繞方法和設備的兩個實施例，且在所述旋轉電機中電樞齒是傾斜的。卷繞機械和方法的操作使卷繞針無需進入到極齒間狹槽的底部，而是通過一種結構來將繞線從極齒的一端卷繞到極齒上，該結構使線匝在進行卷繞時逐漸地沿著極齒移動。
文檔編號H02K15/095GK1471219SQ0212778
公開日2004年1月28日 申請日期2002年8月5日 優先權日2001年8月3日
發明者高野正, 安藤勸, 加藤良雄, 雄 申請人:株式會社萌力克