专利名称：斜电枢的卷绕方法及其使用的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种旋转磁场电机的电枢的卷绕方法，更具体地说，是涉及一种改进的卷绕方法，该方法能获得更大的线圈密度，并避免在卷绕操作中卷绕针造成绕线损坏的可能性，还使线圈围绕斜极齿卷绕。
此外，针有可能会接触已经卷绕好的线圈中并可能会损坏它们，尤其是可能会除去它们的绝缘层。这些各种现有技术的方法在转让给本受让人的共同待批的申请中有十分详细的描述，该申请名为“Stator Coil Structure ForRevolving-Field Electrical Machine and Method Of Manufacturing Same(旋转电机的定子线圈结构和其它制造方法)”，申请号为“09/683764”，提出于2002年2月12日。
当诸极齿和置于其中的诸狭槽相对相关机器的旋转轴倾斜时，就会引起更大的问题。对这种倾斜极齿的权宜方法一般是当与并排放置的多个磁极齿相对的磁体在磁极齿之间穿过时防止齿槽效应的发生。由于倾斜的极齿和狭槽，传统的卷绕机器不允许卷绕针横穿过极齿。如果想这么做，极齿会妨碍到卷绕针的经过路径。由于这样的线圈是手工卷绕的，因此就增加了机器的成本。
因此，本发明的一个主要的目的是提供一种用来在带斜电枢齿的旋转电机上卷绕线圈的自动卷绕方法和设备。
本发明而还有一个目的是提供这样一种方法和设备，它能够通过在卷绕操作中保持卷绕针基本处在极齿间狭槽的外面来显著地增大线圈密度。
发明内容
本发明的第一个特征为一种旋转电机线圈的卷绕方法，该旋转电机包括一种磁体材料制成的圆形磁芯和多个从圆形磁芯径向伸出的磁极齿，其中每个磁极齿确定一个磁芯和形成于相邻磁极齿之间的狭槽。各个狭槽确定了一个形成于相邻磁芯外端部之间的口部。极齿和狭槽相对旋转电机的旋转轴倾斜，所以槽在展开平面图中呈一个平行四边形。卷绕方法包括若干步骤定位带有一开口的卷绕针，卷绕线圈所用的绕线通过开口供给到这些口部中一个的附近；使针和极齿的相对移动以使针开口在一条围绕在狭槽一侧的一个极齿的路径上移动来形成第一个线匝，并无需把针沿该极齿长度移动任何显著距离；针和极齿的相对移动继续进行以使针开口在一条围绕在狭槽一侧的一个极齿的路径上移动来形成后续的线匝，并无需把针沿该极齿长度移动任何显著距离，各后续的线匝将前面的线匝沿着极齿移向圆形磁芯，无需把针沿该极齿长度移动任何显著距离，所以无需移动针进入槽中任何显著距离。
本发明的另一个特征是适用于一种实施前述方法的设备。该设备包括一个带有一开口的卷绕针，卷绕线圈所用绕线通过该开口供给到口部中一个的附近。一个支承圆形磁芯的支座。一个驱动装置，它操作支座和所述卷绕针，来实现针和极齿的相对移动以使针开口在一条围绕在狭槽一侧的一个极齿的路径上移动来形成第一个线匝，并无需把针沿该极齿长度移动任何显著距离，以及继续针和极齿的相对移动以使针开口在一条围绕在狭槽一侧的一个极齿的路径上移动来形成后续的线匝，并无需把针沿该极齿长度移动任何显著距离，各后续的线匝将前面的线匝沿着极齿移向圆形磁芯，无需把针沿该极齿长度移动任何显著距离，所以无需移动针进入槽中任何显著距离。
附图的简要说明
图1为根据本发明一实施例的方法和设备形成的一个旋转电机的横剖面图；图2为从一侧所见的磁芯迭片结构的端部视图，但未表示出极齿的倾斜；
图3为该磁芯的侧视图；图4为在与图2相反的方向上所见的磁芯端部视图，但仍未表示极齿的倾斜；图5为一个与图2部分相似的端部视图，但表示了带有放置在适当位置上的绝缘体的结构，并且一部分的绝缘体打上了阴影线，以表示绝缘体的侧面是如何构造以协助卷绕操作的，但仍未表示极齿的倾斜；图6为一个与图3部分相似的侧视图，但表示了带有放置在适当位置上的绝缘体的磁芯组件；图7为一个与图4部分相似并在与图5相反的方向上所见的端部视图，所示绝缘体的一部分打上阴影线，以表示绝缘体的侧面是如何渐缩的，但仍未表示极齿的倾斜；图8为本实施例的一个极齿去除线圈线匝时的横剖面图；图9为沿图8中箭头9的方向所见的一个局部端部视图，但仍未表示极齿的倾斜；图10为沿与图8相同平面截取的上半绕线管的横剖面图；图11为在与图9相同方向上所见的一个端部视图；图12a-12k为沿图8的纵向以相同间隔获取的一系列的横剖面图，该系列从极齿的基部(左手侧)处开始并于其尖端(右手侧)处结束；图13为表示真实的极齿倾斜和极齿间狭槽的展开图；图14为一个与图13部分相似的视图，表示了卷绕针经过的路径和根据本发明第一实施例电枢在卷绕操作过程中的移动；图15为表示卷绕设备真实形状和实现图14中移动的方式的局部俯视图；图16为表示图15所示完整设备的带局部横剖面的侧视图；图17为一个与图14部分相似的示图，但所示为根据本发明另一个实施例的卷绕设备和方法；图18为一个与图15部分相似的局部俯视图，所示为本实施例的设备和方法；图19为一个与图16部分相似的侧视图，所示为本实施例的结构。
具体实施例方式
现在请详细参见附图，开始参见图1至16所示的实施例，首先请主要参见图1，根据本发明构造的旋转电机一般用标号31标识。根据所需应用，旋转电机31可以是电动机或发电机。
旋转电机31包括一个一般用标号32表示的定子组件和一个一般用标号33表示的转子组件。这些部件包括在一壳体组件中，该壳体组件包括一杯形主壳件34和一盖板35，将该盖板适当地附连于主壳件上以形成机壳36，并且定子组件32和转子组件33就定位在其中。
转子组件33形成有一中心部分37，以已知的方式将多个周向隔开的、具有交替极性的永久磁体38固定在该中心部分上。转子组件33的端部包括分别支承在轴承42和轴承44中的轴部39和41，该轴承42由杯形主壳件34的整体封闭壁43承载，该轴承44承载在盖板35的凹部45中。
转子组件33的构造可视为普通的传统类型，并且可以采用本技术领域中已知的任何类型。同样，尽管所述电机采用一种设置，其中将一个一般用标号46表示的线圈线匝组件设置在定子组件32上形成的各个电枢磁极(待述)上，但应予理解的是，可以将线圈线匝组件46安装在转子组件33上，并且永久磁体38可安装成为包括杯形主壳件34的定子组件32的一部分。
定子组件32包括一个一般用标号47表示的电枢芯，如图2至4所示，该电枢芯由多块叠压的电枢板组成。在该实施例中，由于电枢芯47是旋转电机31的外部元件，因此它包括一圆形磁芯部分48，多个极齿(一般用标号49表示每个极齿)从该圆形磁芯部分处延伸。
极齿49相对转子轴37的旋转轴C倾斜，并具有若干大致呈平行四边形的部分51(详见图13)，所述平行四边形部分从圆形磁芯部分48处向外延伸，并且终止在放大的平行四边形凸起端部52。这种极齿49的倾斜是用来减少齿槽效应的。
平行四边形的间隙53(详见图13)形成在相邻的这些凸起端部52之间，它们形成了在相邻极齿49之间的狭槽54的外终止端。在图3至12中，未示出极齿51、凸起端部52、间隙53以及狭槽54的平行四边形状以简化这些图。如将会简短地提及的，为了协助电枢芯47的磁芯片的叠层的对齐，每片磁芯在其圆形部分48的外圆周上都形成有一个参考狭槽55。该狭槽54不仅协助对齐，还有助于在杯形主壳件34中的定位。连续的磁芯片叠层相互略绕轴C旋转，以实现图13所示的倾斜。
通过成角度地设置形成在每个极齿49基部的相对两侧上的表面56，就形成电枢芯47的圆形部分48附近的狭槽54的端部。这些可作为与极齿49的外端部处的凸起端部52相协作的凸起，以协助定位一个绝缘绕线管成形构件57，且线圈线匝组件46就围绕该绝缘绕线管成形构件57形成，以及定位各个线匝自身。
绝缘绕线管成形构件57包括右手部分57a和左手部分57b，除下文将要叙述的以外，它们具有大致相同的构造。与电枢芯47相同，绝缘绕线管成形构件57包括一个圆形部分58，该圆形部分具有一L形横截面，并且从该圆形部分处伸出若干大致呈U形的单条腿部59，这些腿部互补且密合地接合在磁芯极齿49上。这些腿部59的基部处的倾斜面60与上述成角度设置的、形成于极齿49的外端部处的表面56相协作，以提供一线圈线匝实际上所接触抵靠的一止动件或邻接部。该构造也方便了对齐。
从图5至7可见，绝缘绕线管成形构件57的圆形部分58的外周缘周向延伸的程度小于电枢芯47的圆形部分48的外周缘。
围绕绝缘绕线管成形构件57的周缘周向间隔位置处形成有若干凸起，如63处所示，这些凸起中至少有一个对准绝缘体腿部59，另一个凸起则位于倾斜面60之间的交界处附近，如图5最佳地所示的。该构造形成在绝缘绕线管形成的部件57a或57b之一上的绝缘体的一侧处。选择这些凸起的间距，以便于连接线圈线匝组件46的各线圈的绕线通过。在另一侧上有还有一些类似的凸起，如64处所示，它们可以达到类似的目的。
用标号65表示的特殊绝缘体插入件被放置在一个(或最好是两个)绝缘体上的绝缘体腿部59的表面上，并且在相应的弧形部分62与其上的另外凸起63和64之间的区域中。在图5和7中用线条示出了这些绝缘体，以表示它们与各自的绝缘绕线管成形构件57a或57b的关系。
选择这些绝缘体插入件65的形状，以使它们作为用于一种用途的周长变化装置，现在将结合图8-12来叙述该用途。使用根据本发明的圆周变化构件65来代替前面提到的锥形构件65。圆周变化构件65可以是一与绝缘绕线管成形构件57分离的部件，或者是一与其整体模制的部件。
如图12最佳地所示，在顶面上的相对两端处(以65a表示)斜切的圆周变化构件65，其中该斜切的程度从位置(a)至(k)向外缘逐渐增加。这使圆周变化构件65的表面长度逐渐缩短，且因此向着极齿51尖端方向前进的线圈线匝46的每一匝所绕的长度或周长也缩短。这样的变化在图13中予以了图示。
以这种方式逐步缩小周长，使从针抽出的线匝的拉动支承点可被设置在外周侧上，并且当围绕内周侧卷绕线匝时，使线匝易于向外滑动。因此，无需将针插入狭槽54内，在狭槽54外侧(在本实例中是在内周侧之外)或接近狭槽54入口的针卷绕动作便可使需卷绕在磁极齿51上的线匝到达狭槽54的底侧。在这种情况下，对于针的卷绕动作，最好是使匝长增加到线匝中具有一定的松驰度的程度，以便于执行卷绕动作。
因此，从针抽出的线匝拉动支承点设置在狭槽的底部，以为针的卷绕动作在线匝中提供一定的松驰度，这使线匝可平滑地向下滑动，从而在磁极齿51上形成线圈46，并同时保持圆周变化构件65的高度不变。
然而，如上文中提到的锥形构件65，圆周变化构件65的上表面可以朝着底侧向下倾斜。如上所述，形成这种倾斜表面同样也可使线匝向下滑动到底侧。然而，形成这样一种倾斜表面使位于狭槽入口侧上的圆周变化构件的高度较高，造成线圈端部的一个大凸起，由此，如上所述的，造成其径向外形较大。对此，如图8到12中示出的实例那样保持高度恒定可以获得一种紧凑外形的定子。
需指出的是，在每个极齿49的基部处无需再形成另外的凸起63和64，其原因在于，那里形成的倾斜表面60会阻止绕线沿着那点之下的斜面向下滑动。然而，将会变得清楚的是，除了阻止线圈超过该点向下滑动之外，另外凸起部63还有另外的目的。
完成卷绕的方法最好可以主要参照图14到图16进行理解，以下是对其进行的描述。卷绕装置(总的以70表示，如图15和16所示)包括一针座71，该针座可载有一个具有适当形状的卷绕针72。针座71和针72形成有一个绕线导向开口73，单个涂有绝缘漆的绕线69从一进给辊(未图示)通过该开口73。图16中的箭头T示出了绕线行进的路径。
如图15和16所示，针座71和针72相对于基座74在一个竖直的方向(旋转轴C的方向)上往复运动，如箭头Q1和Q2所示。针座71和针72也绕旋转轴C旋转，如箭头P1和P2所示，因此，它可以在一个径向方向上向右和左(如从磁极齿47的前方看其内圆周表面)移动针72。利用这个移动一般以一个矩形的图形绕单个极齿49和它们上面的绝缘绕线管成形构件57来移动针座71，并且经过如图14中所示的路径E、F、G及H。
但是，从该图中可清楚地可见，极齿47的倾斜会使针72与极齿相干扰。为了防止这种情况，在本实施例中，电枢32是绕旋转轴C可旋转地支承的。这种旋转如图15中的箭头R1和R2所示。这是通过将电枢32安装在一个通过轴承76支承安装在基座74上的夹盘75来实现的。
于是线圈46的卷绕是以如下方式完成的。开始时，绕线69的一端由一个夹具(未图示)夹固在径向向外超过电枢芯47的端部的位置上，以形成线圈线匝组件46的线圈线匝中一个的一端。然后针沿着极齿在Q1方向上径向移动，但在较适合地设置在极齿间所狭槽54的稍内侧且在其一轴向侧上的一个区域内。以这种方式，当形成了线匝，叠置在绕线端部上的鼓出部分就不会填充狭槽54，而是会位于从这些间隙向外的轴向方向上并沿着单个极齿49的一侧表面的位置上。
为了跟随极齿47的倾斜形状，夹盘75在针72的这个移动过程中在R1方向上旋转。这种旋转可以通过两种方式中的一种来完成。在第一种方法中，当行进在P1和P2方向上时，夹盘被保持住以阻止转动，而在Q1和Q2方向上卷绕时，夹盘被释放以在绕线69卷绕过程中的压力下自由旋转。在另一种方法中，当在Q1和Q2方向卷绕时，夹盘在一个伺服电动机作用下旋转，并且当在P1和P2方向上卷绕时，就锁住伺服电动机。
在卷绕过程中，针72可径向地定位在就在槽54内侧的区域中，且是在形成于极齿49端部处凸起端部52之间的间隙53中的区域里，或者只要在卷绕操作中绕线将接触到绝缘绕线管成形构件75的弧形部分62的内缘，就可以径向定位在该区域的内侧。但在任何情况下，针72也不会深入到槽54中，并总是位于间隙53的附近。
当达到位置F(图14)，夹盘75被保持住以阻止旋转，并且针座71在P1方向上将针72旋转到位置G。然后当夹盘75被释放时，针72就沿Q2方向回到位置H，并且电枢32就沿P2方向旋转以回到点E。
当各线匝以这种方式完成后，下一个线匝就会与前一个线匝接合并迫使它沿着绝缘体插入件65的斜面向下移动，以使绕线集合在槽54的径向外周缘处。在那里绕线会受到绝缘绕线管成形构件57的倾斜表面60的限制。在各圆周变化构件65如图12所示地具有不变高度的情况下，并通过针72的一匝动作所拉出的线匝长度大于线圈46的一匝长度，以使线匝有一定的松弛度，线匝69通过一种类似拉拢效应被滑向磁极齿47的基部。
然后，形成紧接的连续线匝，并且所提供的线匝是十分整齐且没有鼓起的，并占据狭槽54中极齿49间的间隙的大致一半。这实现了很高的线圈密度，并保证机器最大的生产功率。
在目前为止所述的实施例中，卷绕针72是以一个矩形路径移动的，并且通过夹盘75的装置按照极齿51的形状旋转电枢32。图17至19所示的为本发明的另一个实施例，在该实施例中电枢32是不旋转的。
现在来叙述这个实施例，卷绕针座71当其在Q1和Q2方向上移动时在P1、P2方向上旋转，以跟随极齿47的倾斜形状来形成线匝。移动的路径示于图17中，并且在这种情况下，路径形成带有角部或者点J、K、L及M的平行四边形。在点J处开始，针座71和针72沿Q1方向移动，同时沿P1方向绕轴C旋转，直至到达点K。然后，仅沿P1方向旋转以将针开口72从点K移动到点L。
当达到点L，针开口就沿Q2方向移回，并同时沿P2方向旋转，直至到达点M。然后，停止在Q1和Q2方向上的移动，并沿P2方向旋转以回到点J。之后卷绕就以这种方式继续进行以完成绕线管的卷绕。
当利用任何前述卷绕方法完成了所要的卷绕后，一个任何所要求类型的控制器组件82(图1)就安装到绝缘绕线管成形构件57a的另外凸起64上。
在前面进行的叙述中，所描述的是单根卷绕针，但是应该十分显著是，生产可以通过在围绕设备的周向位置上间隔地设置多个卷绕针，以能够同时完成多个线匝。
因此，从前面进行的叙述中，应该十分显著是，所述的方法和设备在提供带斜极齿的电枢的自动机器卷绕方面是十分有效的，并且由于绕线针开口不进入到极齿间的槽中，所以可以获得最大的线圈密度。当然，前面的叙述是对本发明较佳实施例的叙述，并且本发明可以有各种变化和修改变型而不超出如所附权利要求书所定义的本发明的原理和范围。
权利要求
1.一种旋转电机线圈的卷绕方法，该旋转电机包括一磁体材料制成的圆形磁芯和多个从圆形磁芯径向伸出的磁极齿，其中每个磁极齿确定一个磁芯和形成于相邻磁极齿之间的狭槽，各个狭槽确定了一个形成于相邻磁芯外端部之间的口部，所述极齿和所述狭槽相对旋转电机的旋转轴倾斜，所以槽在展开平面图中呈一个平行四边形；所述卷绕方法包括以下步骤定位带有一开口的卷绕针，卷绕线圈所用的绕线通过该开口供给到这些口部中一个的附近，使针和极齿相对移动以使针开口在一条围绕在狭槽一侧的一个极齿的路径上移动来形成第一个线匝，并无需把针沿该极齿长度移动任何显著距离，以及针和极齿的相对移动继续进行以使针开口在一条围绕在狭槽一侧的一个极齿的路径上移动来形成后续的线匝，并无需把针沿该极齿长度移动任何显著距离，各后续的线匝将前面的线匝沿着极齿移向圆形磁芯，无需把针沿该极齿长度移动任何显著距离，所以无需移动针进入槽中任何显著距离。
2.如权利要求1所述的旋转电机线圈的卷绕方法，其特征在于卷绕连续进行，直至一个绕组基本沿极齿的整个长度形成。
3.如权利要求2所述的旋转电机线圈的卷绕方法，其特征在于第二个绕组以相同的方式接着覆层于前一个绕组之上。
4.如权利要求1所述的旋转电机线圈的卷绕方法，其特征在于针开口在一条矩形的路径上移动，并且当针开口沿着在极齿相对侧上界定狭槽的极齿的侧面移动时，极齿旋转。
5.如权利要求1所述的旋转电机线圈的卷绕方法，其特征在于针开口在与极齿的周边向外间隔一定距离的一条平行四边形路径上移动，并且极齿在卷绕的过程中被保持住，不旋转。
6.一种用于卷绕旋转电机线圈的设备，该旋转电机包括一磁体材料制成的圆形磁芯和多个从圆形磁芯径向伸出的磁极齿，其中每个磁极齿确定一个磁芯和形成于相邻磁极齿之间的狭槽，各个狭槽确定了一个形成于相邻磁芯外端部之间的口部，所述极齿和所述狭槽相对旋转电机的旋转轴倾斜，所以槽在展开平面图中呈一个平行四边形；所述卷绕设备包括一个带有一开口的卷绕针，卷绕线圈所用绕线通过该开口供给到口部中一个的附近，和一个支承圆形磁芯的支座，操作所述支座和所述卷绕针来实现针和极齿的相对移动以使针开口在一条围绕在狭槽一侧的一个极齿的路径上移动来形成第一个线匝，并无需把针沿该极齿长度移动任何显著距离，以及继续针和极齿的相对移动以使针开口在一条围绕在狭槽一侧的一个极齿的路径上移动来形成后续的线匝，并无需把针沿该极齿长度移动任何显著距离，各后续的线匝将前面的线匝沿着极齿移向圆形磁芯，无需把针沿该极齿长度移动任何显著距离，所以无需移动针进入槽中任何显著距离。
7.如权利要求6所述的旋转电机线圈的卷绕设备，其特征在于针开口在一条矩形的路径上移动，并且当针开口沿着在极齿相对侧上界定狭槽的极齿的侧面移动时，极齿旋转。
8.如权利要求6所述的旋转电机线圈的卷绕设备，其特征在于针开口在与极齿的周边向外间隔一定距离的一条平行四边形路径上移动，并且极齿在卷绕的过程中被保持住，不旋转。
全文摘要
旋转电机线圈的卷绕方法和设备的两个实施例，且在所述旋转电机中电枢齿是倾斜的。卷绕机械和方法的操作使卷绕针无需进入到极齿间狭槽的底部，而是通过一种结构来将绕线从极齿的一端卷绕到极齿上，该结构使线匝在进行卷绕时逐渐地沿着极齿移动。
文档编号H02K15/095GK1471219SQ0212778
公开日2004年1月28日 申请日期2002年8月5日 优先权日2001年8月3日
发明者高野正, 安藤劝, 加藤良雄, 雄 申请人:株式会社萌力克