用于制造分段线圈的方法和设备与流程

1.本发明涉及用于制造分段线圈的方法和设备。


背景技术：

2.电机即电动马达和发电机被用于许多应用中。电动马达用于驱动不同种类的机器，而发电机用于产生电力。
3.电机可以包括旋转轴、轴上的转子、静止的定子和框架。转子可以设置有转子绕组。定子可以包括具有定子绕组的定子芯。
4.轴可以经由轴承支承在端板上，所述端板附接至框架。
5.大型电机可以具有由区段制成的定子芯。每个定子区段可以包括用于定子线圈的轴向定向的凹槽。定子线圈的直的部分可以坐置在凹槽中，并且定子线圈的端部部分可以定位在电机中的端部空间中。电机中的端部空间设置为超出定子芯的两个轴向端部。
6.端部空间可能相当有限，这意味着定子绕组的端部部分必须弯曲以配装到有限的端部空间中。端部部分的弯曲可以以不同的方式来完成。一种可能性是使用三种不同类型的分段线圈，使得一个分段线圈具有直的端部，第二分段线圈具有45度弯曲的线圈端部，并且第三分段线圈具有90度弯曲的线圈端部。
7.用于为具有受限制的端部空间的电机制造分段线圈的现有技术方法并非在所有方面都令人满意。
8.us 2016/0105087公开了一种线圈和一种制造该线圈的方法。平坦的线圈至少包括具有环形形状并且堆叠的第一线圈层和第二线圈层，第一线圈层和第二线圈层中的每一者包括在第一方向上彼此面对的一对线性部分和在与第一方向交叉的第二方向上彼此面对的一对端部部分，并且平坦的线圈在端部部分中的至少一个端部部分上是弯曲的。平坦的线圈是α绕组线圈，并且从第二线圈层朝向第一线圈层弯曲。第一线圈层在第二方向上的第一端面和第二线圈层在第二方向上的第二端面在要被弯曲的端部部分处定位在同一平面上。


技术实现要素：

9.本发明的目的是实现一种用于制造分段线圈的改进的方法和设备。
10.在权利要求1中限定了根据本发明的用于制造分段线圈的方法。
11.在权利要求4中限定了根据本发明的用于制造分段线圈的设备。
12.该方法包括：
13.由连续的电导体制造线圈环的堆叠件，连续的电导体包括具有矩形横截面的至少一个电导体，线圈环具有两个平行的直的侧部部分和两个相对的弯曲的端部部分，侧部部分以彼此相距一定距离的方式沿纵向方向延伸，端部部分连接侧部部分的端部，
14.将线圈环的堆叠件制造成使得线圈环的堆叠件中的每个线圈环的在纵向方向上的长度减小，由此在线圈元件的堆叠件的每个端部处形成错列的端部部分，
15.将线圈环的堆叠件的端部部分弯曲成相对于纵向方向的预定弯曲角度，由此相邻的线圈环的在线圈环的堆叠件的端部部分中的错列量已经确定，使得当线圈环的堆叠件被弯曲成预定弯曲角度时线圈环的堆叠件的端部部分的外端部大体上是直的，
16.在弯曲压力机中完成线圈环的堆叠件的端部部分的弯曲，弯曲压力机包括经由第一轴支承在静止框架上的第一柱形件和经由第二轴可旋转地支承在摆动框架上的第二柱形件，摆动框架可旋转地支承在第一轴上，线圈环的堆叠件的第一表面抵靠第一柱形件定位并且线圈环的堆叠件的相反的第二表面抵靠第二柱形件定位，在摆动框架绕第一轴转动使得第二柱形件在线圈环的堆叠件的第二表面上旋转以使线圈环的堆叠件弯曲时，第一柱形件形成线圈环的堆叠件的内弯曲半径。
17.该方法提供了一种为电机制造分段线圈的相当简单的方法。
18.本发明特别适用于大型电机、即具有大约一兆瓦或更多兆瓦的额定功率的电机。这样的大型电机可以具有由区段制成的定子芯。每个定子区段的外表面可以设置有接纳定子绕组的直的部分的轴向延伸的凹槽。定子绕组可以由堆叠于彼此之上的线圈环形成以形成分段线圈。线圈可以由电导体形成，该电导体包括具有矩形横截面的一个或更多个导体。导体可以由导电材料、例如铜制成。
19.电机可以是发电机或电动马达。
附图说明
20.在下文中，将参照附图借助于优选实施方式更详细地描述本发明，在附图中：
21.图1示出了电机的侧视图，
22.图2示出了电机中的定子的横截面，
23.图3示出了图2的定子的右手侧端部部分的放大图，
24.图4示出了图3的定子的左手侧端部部分的放大图，
25.图5a至图5e示出了定子分段线圈，
26.图6示出了45度弯曲的定子分段线圈的端部，
27.图7示出了90度弯曲的定子分段线圈的端部，
28.图8示出了线圈环，
29.图9示出了导体的弯曲，
30.图10示出了定子分段线圈的弯曲的第一视图，
31.图11示出了定子分段线圈的弯曲的第二视图，
32.图12示出了电机的定子的端部的视图。
具体实施方式
33.图1示出了电机的侧视图。
34.电机100可以包括纵向中心轴线x-x、轴10、附接至轴10的中央部分的转子20、围绕转子20的定子30、以及围绕定子30的框架50。转子20和定子30可以是筒形的。
35.轴10的每个端部可以可旋转地支承在轴承11、12上。每个轴承11、12可以支承在电机100的相应的端板13、14中的轴承壳体中。端板13、14可以附接至框架40的相应的端部。
36.转子20可以设置有转子绕组(附图中未示出)。
37.定子30可以包括围绕转子20的定子芯。定子30的芯可以设置有定子绕组。该图仅示出了定子绕组的绕组端部42、43。
38.在转子20的外表面与定子30的内表面之间存在空气间隙g1。
39.框架50可以支承在电机100的安装位置处的支承结构r上。
40.框架50具有轴向长度l1。
41.端板13、14可以通过紧固装置例如螺钉附接至框架50。紧固装置可以沿轴向x-x方向穿过端板13、14延伸至框架50的端部。
42.电机100可以是电动马达或发电机。
43.图2示出了电机中的定子的横截面，图3示出了图2的定子的右手侧端部部分的放大图，以及图4示出了图2的定子的左手侧端部部分的放大图。
44.图2示出了在定子的端部之间沿轴向方向延伸的定子芯30。定子芯30可以设置有轴向延伸的凹槽，凹槽接纳定子绕组的线圈的直的部分。轴向凹槽可以从定子芯30的外表面向内延伸。轴向凹槽可以沿着定子芯30的长度l30延伸。在电机中在定子芯30的两个端部处还可以存在端部空间l31、l32。端部空间l31、l32可以接纳定子绕组的端部42a、42b、42c、43a、43b、43c。电机的端部处的端部空间l31、l32可以为定子绕组的端部42a、42b、42c、43a、43b、43c仅提供有限的空间。这可以例如为风力涡轮机中的情况，其中，电机中的端部空间l31、l32可能非常受限。因此，将端部42a、42b、42c、43a、43b、43c容纳到这些有限的端部空间l31、l32中可能是挑战。定子绕组由三个定子线圈形成。第一定子线圈的端部42a、43a是直的，第二定子线圈的端部42b、43b弯曲45度，并且第三定子线圈的端部42c、43c弯曲90度。
45.图3示出了电机的右手侧端部空间l31。在该示例电机中，右手侧端部空间l31中的边界尺寸可以是a10＝220mm和b10＝170mm。从线圈的顶部到区段的外半径的最小距离h1可以是5mm。
46.在该示例电机中，定子绕组的右手侧端部42a、42b、42c应当适配这些边界尺寸。
47.图4示出了电机的左端部空间l32。在该示例电机中，左手侧端部空间l32中的边界尺寸可以是a20＝232mm，b20＝225mm。从线圈的顶部到区段的外半径的最小距离h1可以是5mm。
48.在该示例电机中，定子绕组的左手侧端部43a、43b、43c应当适配这些边界尺寸。
49.图5a至图5e示出了定子分段线圈。
50.图5a示出了三个定子线圈。每个定子线圈40包括中央部分41和两个相对的端部部分42、43。所有定子线圈的中央部分41都是直的。第一定子线圈的端部部分42a、43a是直的，第二定子线圈的端部部分42b、43b是弯曲45度，并且第三定子线圈的端部部分42c、43c是弯曲90度。
51.在该示例电机中，定子线圈的右手侧第一端部部分42的尺寸可以是a15＝186.56mm、b15＝210.23mm。
52.在该示例电机中，定子线圈的左手侧端部部分43的尺寸可以是a25＝228.94mm、b25＝211.44mm。
53.这些尺寸在图3和图4中所示的电机的端部处的边界条件内。
54.图5b示出了第二定子线圈中的以错列的方式堆叠于彼此之上的线圈环的堆叠件。
55.尺寸t＝94mm表示整个线圈元件的堆叠件的厚度，整个线圈元件的堆叠件包括线
圈元件的绝缘件。倾斜角β30＝53度表示线圈元件的错列堆叠件的倾斜度。
56.图5c示出了第三定子线圈中的以错列的方式堆叠于彼此之上的线圈环的堆叠件。
57.尺寸t1＝4.7mm表示一个线圈元件的厚度，一个线圈元件包括该线圈元件的绝缘件。在线圈元件的堆叠件中，线圈元件的数目n可以是20。倾斜角β31＝34度表示线圈元件的错列堆叠件的倾斜度。
58.图5d示出了第二定子线圈中的以错列的方式堆叠于彼此之上的线圈环的堆叠件。
59.尺寸d30＝3.69mm表示线圈环的堆叠件中的线圈环的错列量。
60.图5e示出了第三定子线圈中的以错列的方式堆叠于彼此之上的线圈环的堆叠件。
61.尺寸d31＝7.38mm表示线圈环的堆叠件中的线圈环的错列量。
62.图6示出了45度弯曲的定子分段线圈的端部，并且图7示出了90度弯曲的定子分段线圈的端部。
63.线圈环的堆叠件中的线圈环的错列量的计算将参照这些附图来举例说明。
64.线圈环的堆叠件可以如附图中的示例所示以α＝45度或α＝90度的角度弯曲。在该示例中，线圈环的堆叠件中最下部的线圈环的底部表面的弯曲半径r1为25mm。线圈环的堆叠件的厚度为t＝94mm。线圈环的堆叠件中最上部的线圈环的顶部表面的弯曲半径r2为r2＝r1 t。c0表示弯曲半径r1和r2的中心。
65.线圈环的堆叠件的内弧e1的长度为：
[0066][0067]
线圈环的堆叠件的外弧e2的长度为：
[0068][0069]
线圈环的堆叠件的外弧e2与内弧e1之间的长度差为：
[0070][0071]
因此，包括n个线圈环的线圈环堆叠件中的相邻的线圈环之间的错列量d为：
[0072][0073]
包括n＝20个线圈环的具有总厚度t＝94mm的线圈环的堆叠件中的相邻的线圈环之间的错列量d在弯曲角度α为45度时是3.69mm，并且在弯曲角度α为90度时是7.48mm。
[0074]
在图5b和图5c中所示的线圈环的堆叠件的表示为倾斜角度β30和β31的倾斜角度β可以通过以下方式计算：
[0075][0076]
因此，在线圈环的堆叠件的45度弯曲角度情况下的倾斜角度β30是34度，并且因此，在线圈环的堆叠件的90度弯曲角度情况下的倾斜角度β31是53度。
[0077]
线圈环的弯曲后的长度a40、a41在90度线圈中需要是92mm或更小、并且在45度线圈中需要是115mm或更小。
[0078]
图8示出了线圈环。
[0079]
电导体310被弯曲成线圈环300。电导体310可以由两个电导体元件311、312形成。两个电导体311、312可以是嵌套的，使得它们在共用第一平面p1中延伸。两个电导体311、312中的每一者都可以具有矩形横截面。在该示例实施方式中，每个电导体311、312的尺寸可以是10*4.35mm。矩形的较长侧可以坐置抵靠在第一平面p1上。
[0080]
然而，线圈300可以由包括仅一个导体元件或者多于两个导体元件的电导体310形成。因此，线圈300可以由包括至少一个导体元件的电导体310形成。
[0081]
线圈环300可以具有两个平行的直的侧部部分f1、f2和两个相对的弯曲的端部部分f3、f4，两个平行的直的侧部部分f1、f2以彼此相距一定距离的方式沿纵向方向延伸，两个相对的弯曲的端部部分f3、f4将侧部部分f1、f2的端部连接成线圈环300。侧部部分f1、f2和端部部分f3、f4可以在第一平面p1中延伸。端部部分f3、f4的弯曲部可以由半圆形成。
[0082]
线圈环300在纵向方向l上具有长度l10，并且在横向方向上具有宽度w1。纵向方向l由线圈环300的直的侧部部分f1、f2的纵向方向决定。线圈环300的直的部分f1、f2在纵向方向上具有长度l11。弯曲的端部部分f3、f4在纵向方向上具有长度l12、l13。
[0083]
线圈环300可以制造成使得线圈环300的堆叠件中的线圈环300的长度l10不同。线圈环300的长度l10可以变化，使得线圈环30的堆叠件400中的相邻线圈环300之间的台阶状部的长度在整个线圈环300的堆叠件400中保持恒定。台阶状部的长度是在线圈环300的纵向方向l上测量的。台阶状部的长度是在线圈环300的弯曲的端部部分的在纵向方向l上的最外部的点之间测量的。线圈环300在线圈环300的堆叠件的端部部分f3、f4中的预定的错列可以以这种方式实现。
[0084]
线圈环300的堆叠件可以由连续的导体310通过弯曲产生，使得线圈环300的堆叠件在堆叠线圈环300的端部部分f3、f4中在相邻的线圈环300之间形成有期望的错列。
[0085]
图9示出了导体的弯曲。
[0086]
该图示出了用于使导体310弯曲的手动弯曲装置200。导体310可以由两个导体元件311、312形成，两个导体元件311、312以嵌套的方式定位在共同的平面上。每个导体元件311、312的横截面可以是大致矩形的。矩形的较长侧可以定位在该平面上。导体310的弯曲半径可以是55mm。
[0087]
手动弯曲装置200可以用于以一次单个线圈环300的方式弯曲导体310。弯曲装置200可以包括两个平行的导引板210、保持器220和后止挡件230。后止挡件230可以附接至可旋转的框架部件240。可旋转的框架部件240能够绕枢转点p1旋转。两个平行的导引板210和保持器220是静止的。可旋转的框架部件240被示出为处于图中的终止位置，即处于导体310弯曲之后的位置。可旋转的框架部件240可以沿逆时针方向旋转180度，以到达起始位置。保持器220可以包括底板和上杆。上杆可以通过锁定螺栓221附接至底板。
[0088]
在该示例中，导引板210之间可以存在弯曲的表面，该弯曲的表面具有期望的弯曲半径、例如55mm。后止挡件230可以具有允许后止挡件230在导体310上滑动的材料。保持器220在弯曲期间将导体310保持就位。
[0089]
锁定螺栓221和上杆可以首先从保持器220移除，在这之后可以将导体310定位到保持器220中并定位在底板上。此后，上杆可以通过锁定螺栓221附接至保持器220。锁定螺栓221可以在导体300在保持器220中处于正确的位置时被拧紧。可旋转的框架部件240在导
体300定位到保持器220中时处于起始位置。此后，可旋转的框架240可以沿顺时针方向旋转180度至终止位置，由此导体300将绕两个导引板210之间的弯曲表面弯曲。在该弯曲操作期间，后止挡件230将在导体310的外表面上滑动。
[0090]
导体310可以由两个导体元件311、312形成。两个导体元件311、312中的每一者都可以设置有它们自己的电绝缘件。因此，外导体元件311和内导体元件312可以是彼此电绝缘的。
[0091]
线圈环300的堆叠件中的每个线圈环300可以通过手动弯曲装置200一次弯曲一个。线圈环300的堆叠件可以以连续的过程制造，使得弯曲点以相对于彼此一定距离的方式定位，以便在线圈环300的堆叠件的相对的端部处实现期望的错列。因此可以手动制造线圈环300的堆叠件，其中，线圈环300的端部部分f3、f4通过弯曲装置200以期望的方式错列。
[0092]
对线圈环300的堆叠件中的线圈环300进行弯曲的过程自然可以是自动化的，使得线圈环300的堆叠件中的线圈环300通过自动化的过程以连续的方式制造。适合于将线圈环300弯曲成图8中所示形式的任何现有技术方法都可以使用以制造线圈环300的堆叠件，其中，在线圈环300的堆叠件的端部部分f3、f4处、在线圈环300的堆叠件中的每个线圈环300之间存在错列。
[0093]
图10示出了定子分段线圈的弯曲的第一视图。
[0094]
该图示出了线圈环300的堆叠件400的一个端部，从而使线圈环300的堆叠件400中的线圈环300中的每个线圈环在图9中所示的先前阶段中已经被弯曲成如图8中所示的线圈环。线圈环300中的导体310可以由两个导体元件即外导体元件311和内导体元件312形成。外导体元件311和内导体元件312可以定位在共同的第一平面中。
[0095]
线圈环300已经布置在线圈环300的堆叠件400中，使得实现了线圈环300的堆叠件400中的每个线圈环300之间的期望的错列量d。
[0096]
线圈环300的堆叠件400可以在弯曲压力机500中弯曲。线圈环300的堆叠件400可以沿垂直于线圈环300的堆叠件的纵向方向l的方向弯曲。
[0097]
弯曲压力机500可以包括支承弯曲压力机中的装置的主框架570。
[0098]
弯曲压力机500可以包括第一滚动装置510和第二滚动装置520。第一滚动装置510可以形成上滚动装置，并且第二滚动装置520可以形成下滚动装置。第一滚动装置510可以由通过轴连接的两个单独的平行的滚动件而形成。第二滚动装置520也可以由通过轴连接的两个单独的平行的滚动件而形成。第一滚动装置510中和第二滚动装置520中的滚动件中的每个滚动件作用于线圈环300的堆叠件400的相应的分支上。
[0099]
线圈环300的堆叠件400可以定位在弯曲压力机500中，使得线圈环300的堆叠件400的第一表面410坐置抵靠在第一滚动装置510上，并且线圈环300的堆叠件400的第二表面420坐置抵靠在第二滚动装置520上。线圈环300的堆叠件400中的线圈环300的长度l10从线圈环300的堆叠件400中的第二表面420朝向第一表面410减小。长度l10可以在线圈环300的堆叠件400中线性地减小。长度l10的减小可以在线圈环300的直的部分f1、f2中实现。每个线圈环300的弯曲部分f3、f4可以相同。
[0100]
第一滚动装置510可以支承在静止框架530上。静止框架530可以包括两个静止的支承臂。第一轴551可以穿过第一滚动装置510并且穿过静止框架中的支承臂。因此，第一滚动装置510可以经由第一轴551支承在静止框架530上。第一滚动装置510可以定位在静止框
架530的支承臂之间。静止框架530可以支承在弯曲压力机500的主框架570上。
[0101]
第二滚动装置520可以支承在摆动框架540上。摆动框架540可以包括两个摆臂。摆臂的上端部可以可旋转地支承在第一轴551的外端部。摆动框架540中的两个摆臂可以轴向地定位在静止框架530中的两个支承臂的外侧。第二滚动装置520可以定位在摆动框架540的摆臂之间。
[0102]
第二轴552可以穿过第二滚动装置520并且穿过摆动框架540的摆臂。第二滚动装置520可以可旋转地支承在第二轴552上。摆动框架540的摆臂可以可旋转地支承在第一轴551的外端部上。
[0103]
在该实施方式中，第一滚动装置510包括的两个滚动件即用于线圈元件的堆叠件中的每个分支的滚动件。然而，第一滚动装置510可以由在线圈元件的堆叠件的两个分支上延伸的单个柱形件形成。第一滚动装置510的直径可以是2*r1＝50mm。第一滚动装置510可以是静止的即非旋转的。
[0104]
在该实施方式中，第二滚动装置520包括两个滚动件即用于线圈元件的堆叠件的每个分支的滚动件。然而，第二滚动装置520可以由在线圈元件的堆叠件的两个分支上延伸的单个柱形件形成。
[0105]
第一轴551和第二轴552是平行的。
[0106]
摆动框架540可以通过活塞缸致动器560操作。活塞缸致动器560可以提供使摆动框架540绕第一轴551转动所需的力，使得线圈元件40的堆叠件可以弯曲成期望的弯曲角度。
[0107]
图11示出了定子分段线圈的弯曲的第二视图。
[0108]
该图示出了定子分段线圈，其中，定子分段线圈的端部已经弯曲成45度角。
[0109]
导体元件310中的每个导体元件311、312被单独地电绝缘。因此，两个导体元件311、312相对于彼此是电绝缘的。
[0110]
线圈环300的堆叠件400将在已经完成端部部分f3、f4的弯曲之后被进一步绝缘。
[0111]
线圈环300的堆叠件400的直的部分f1、f2将定位在定子芯上的轴向凹槽中。线圈环300的堆叠件400的端部部分f3、f4将定位在电机中的端部空间l31、l32中。
[0112]
活塞缸致动器560可以经由轴561连接至摆动框架540。
[0113]
该图还示出了主框架570的一部分。
[0114]
图12示出了电机的定子的端部的视图。
[0115]
该图示出了具有定子绕组的定子芯的区段的一部分。定子线圈环的三个堆叠件的端部部分42a、42b、42c从定子区段的轴向端部突出。定子线圈环的直的部分在定子芯30的凹槽中延伸。
[0116]
制造形成分段线圈的线圈环300的堆叠件400的导体310形成闭合环，该闭合环具有突出到电机的端部空间l31、l32中的两个敞开的端部。敞开的端部可以通过端部连接环连接至电机中的其他的线圈环的堆叠件。
[0117]
该图仅示出了电机的定子的分段线圈的一个示例。该示例涉及一种具有几兆瓦功率的大型电机。
[0118]
用于制造分段线圈的创造性方法不以任何方式限于附图中所描述的示例。该创造性方法可以应用于由线圈环形成的任何分段线圈。在附图中的示例中的弯曲角度α是45度
和90度。弯曲角度α本质上可以是大于0度的任何角度。
[0119]
对于本领域技术人员来说明显的是，随着技术的进步，创造性的概念可以以各种方式实现。本发明及其实施方式不限于上述示例，而是可以在权利要求的范围内变化。