专利名称：电动机及其制造方法和制造装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求1的前序部分所述的带有一个开槽的、设有导线的基体的电动机，涉及一种按权利要求5的前序部分所述的制造该电动机的方法以及按权利要求12的前序部分所述的制造该电动机的装置。
背景技术：
电动机一般具有至少一个携带绕组的由层状软磁体叠片组成的基体。基体同时也是一个定子或定片的一部分，和/或一个转子或动片或者电枢的一部分，其中，绕组的导线绝缘地装入到叠片组的槽内并相互错接。在此方面，定子和转子通过一个所谓的工作气隙在电磁上共同作用。为避免绕组的振荡噪声，重要的是导线尽可能可靠地固定到槽内。此外，在转子高速旋转时，为避免导线因离心力而移动，导线的固定非常重要，因为它会导致转子的不平衡问题。
为此目的，普遍公知通过浸渍树脂将导线在槽内固定。然而，这种方法不仅污染环境，而且需要很高的设备投资以及连续操作步骤，以便去除例如像换向器、轴承部位和转子外围等电动机不同部位上的浸渍树脂。
为避免这种缺点，DE 100 49 699 A1公开了一种方法，将电动机的电枢叠片组的槽内的导线通过使两侧限定槽间隙的材料的变形而压入到槽底，并这样在其位置上固定。因为漆绝缘的导线在绝大多数情况下由于成本原因具有圆形横截面，所以在这种解决方案中槽填充系数相当小，由此限制了电动机的功率和/或者加大电枢的尺寸。为提高槽填充系数，将正方形、矩形或者椭圆形横截面的预压制的导线装入到相应构成的槽内的方法虽然普遍公知，然而是麻烦的，尤其是在槽带有多个导线的情况下，这些导线必然常常具有不同的横截面。这就意味着始终需要更为麻烦的程序技术以及更为复杂的和额外的设备或制造工位。此外，在现有的自动化生产中，将圆形导线改为与槽横截面相配合而预成型的导线横截面并不能经济地加以转换。
为采用尽可能简单的方法提高电动机的功率重量比，本解决方案力求在使用可低成本制造的、特别是具有圆形横截面导线的情况下，明显提高槽的填充系数。此外，这些方法也可以尽可能经济地适应现有的自动化生产设备。
发明内容
通过权利要求1、5和12所述特征，产生的优点是，通过导线在槽内的变形明显改善了所述槽填充，在导线变形时，叠片组与槽和处于槽之间的极齿产生如同压花模的作用。因为导线和槽壁之间通常存在绝缘材料，所以由此在变形时防止导线的绝缘漆层受到叠片组的片边缘的损坏。另一优点在于，导线在槽内变形这道附加工序可以简单地集成到现有的生产线中，因为该工序对上道工序和下道工序的影响微乎其微。
通过从属权利要求中所列举的技术特征，得到独立权利要求中所述特征的具有优点的方案和改进方案。
本发明优选用于其基体为一个设置在电动机轴上的筒状电枢叠片组的电动机。在那里，槽间隙特别便于使用一个使导线横截面变形的冲压头。在此方面，最好可以在电枢叠片组的槽内彼此平行地延伸多个导线，然后一个槽的所有导线的全部导线横截面由冲压头与全部槽横截面相匹配。在此方面，如果槽侧壁之间的槽宽度向槽间隙扩大的话，叠片组以特别具有优点的方式起到有利于导线变形的模具的作用。
本发明特别适用于这种换向器转子在其槽内径向上下重叠设置两个轴向彼此平行延伸的导线，并且其导线横截面分别与槽横截面通过冲压头在各自导线的部位上相配合。
在本发明具有优点的改进方案中，在为了将导线固定到槽内而将一个槽的导线冲压后，在另一冲压过程中，将基体的从两侧限定槽间隙的材料如此压向导线并变形，使得槽间隙至少部分地封闭。
为了利用随后的对于槽间隙冲压而使导线在槽内变形，最好使用具有权利要求12所述特征的组合的冲压模具。在此方面，以最简单的方式在冲压头的两侧构成用于冲压槽间隙的压紧头，该压紧头作为冲压台肩相对于冲压头的端面向后布置。
为控制在转子高速旋转时的高离心力，槽间隙应尽可能封闭。为达到这一点，在本发明的改进方案中，一方面用于冲压槽的两个压紧头并且另一方面用于导线变形的冲压头可独立地在冲压方向上轴向移动，从而在冲压槽时冲压头可以从槽间隙中返回运动。
导线在槽内的变形和必要时后面的槽间隙冲压以最简单的方式一个槽接一个槽地逐步进行。但是在费用相应增加的情况下，同样也可以选择使导线处的冲压过程、以及基体的彼此对置或者所有槽的槽间隙处的冲压过程同时例如通过一个彩虹式设计的冲压模具进行。
该方法原则上可用于每个槽任意数量的导线并且用于不同直径的导线。在此方面，为导线和槽间隙变形而使用带有可彼此独立移动的压紧头和冲压头的冲压模具是有优点的，由此甚至可以将槽完全封闭。此外用于导线变形的冲压头还可以加宽，因此减少了变形时导线横截面从冲压头侧面滑过的危险。此外也提高了冲压头的刚性。因为必须通过彼此独立的压紧头和冲压头来控制在时间上错开运动的两个模具部分，所以模具结构相对复杂，所以在彩虹式冲压模具上的使用不如在更加牢固的模具上的使用更合适，该模具带有仅一个用于导线变形的冲压头及其用于槽间隙冲压的两侧冲压台肩。
下面借助附图举例对本发明作详细说明。附图示出图1带有开槽叠片组的一个电动机的换向器电枢的部分纵剖面；图2作为第一实施例的一部分叠片组一该叠片组部分带有一个槽，以及通过一个为两部分的冲压模具进行变形之前装入到槽内的为圆形横截面的两根导线；图3在图2之后的一部分，带有进入槽内用于导线变形的冲压头；图4在图3之后的一部分，带有用于冲压槽的冲压模具的套装的压紧头和返回运动的冲压头；图5叠片组的放大部分，带有在槽内变形和固定的导线；图6-8作为另一实施例示出依据图2至4的叠片组部分，带有用于导线和槽间隙变形的整体冲压模具。
具体实施例方式
图1在纵剖面中部分地示出了一个电动机的换向器电枢，该换向器电枢在该实施例中作为汽车内燃机起动电动机的电枢使用。电枢10具有一个由板片冲压的筒状叠片组11，该叠片组作为基体冲压在电动机轴12上。叠片组11在其外圆周上具有均匀分布设置的槽13，该槽的纵截面对于电动机轴轴向地延伸。电枢10通过一个工作气隙与电动机未示出的一个环状环绕叠片组11的定子共同作用。由发针状弯曲的绕组元件组成的一个电枢绕组15的导线14装入槽13内，该导线的自由端连接在筒状换向器17的接线片16上。槽13分别向着叠片组11的外圆周因此也是向着工作气隙设有槽间隙18。
在第一实施例中，图2至5以横截面示出叠片组11的部分连同槽13，在制造电动机时的多道工序中电枢绕组15的导线14装入槽内，在槽内该导线变形和定位。依据图2，首先将两个对于槽轴向延伸的、具有圆形横截面的导线14径向重叠设置地通过一个敞开的槽间隙18a装入到槽13内。槽13的横截面这样构成，使得在槽13的侧壁13a之间的槽宽度向外向着槽间隙18扩大。由此首先在槽13之间形成极齿19，依据图5极齿在整个径向长度上具有几乎相同的横截面，因此形成磁通的有益分布。两个导线14由一个绝缘纸20包住，该绝缘纸紧贴在槽13的侧壁13a上。通过槽横截面的V形设计，下导线只能装入到槽13的中间，上导线还处于敞开的槽间隙18a内，部分处于槽13的上方。叠片组11的从两侧限定槽间隙18的材料构成槽间隙18的边缘21，该边缘在其原始形状中是竖起的，由此可以加宽槽间隙18a，以便将导线14装入到槽13内。在后面的加工步骤中，在槽13的上面设置一个带有一个可向槽13轴向移动的冲压头23的冲压模具22。在冲压头23的两侧设置两个压紧头24，它们相对于冲压头23逆冲压方向轴向向后布置。冲压头23具有一个凹陷的端面23b，依据图2处于上导线14上，在槽13的整个长度上将导线握住，并与此同时将绝缘纸20的末端固定住。
在下道工序中，依据图3将冲压头23通过敞开的槽间隙18a在冲压方向25上压入到槽13内。此时带有相邻极齿19的槽13起到模具的作用。与此同时冲压头23使两个导线14这样变形，使导线横截面与槽横截面在各自导线的部位上相匹配。下导线14a由此形成大致为梯形的横截面，上导线14b形成大致为矩形的横截面。
在下道工序中，依据图4将设置在冲压头23两侧的压紧头24在冲压方向25上前移。此时它们处于槽间隙18a竖立的边缘21上。现在通过压紧头24使边缘21这样变形，使该边缘支撑在上导线14b上以及冲压头23的侧面上，由此使导线14a、14b在槽13内固定。同时将冲压头23逆冲压方向25从槽间隙18中回撤。在需要的情况下，可以将槽间隙18继续封闭。按照这种方式，在边缘21的材料相应堆积情况下，通过压紧头24变形时，可以对所要求的槽间隙宽度进行精确调整，以便将导线14在槽13内可靠地定位。最后图5示出一部分叠片组11，该叠片组带有与槽13的各自部位上横截面相匹配的导线横截面和变窄的半封闭的槽间隙18。
图6至8以另一实施例示出带有槽13的一部分叠片组11，导线14利用另一种冲压模具22a在槽13内变形和固定。取代图2至4的两个冲压头24，这里在一个整体冲压模具22a上、在冲压头23a的两侧设有压紧台肩24a，该压紧台肩相对于冲压头23a的端面24a向后布置。在这里，也是首先在将导线14装入到依据图6的叠片组11的槽13内之后，冲压头23a在叠片组11的整个长度上处于从敞开的槽间隙18a中突起的上导线14b上，并在此时将绝缘纸20夹紧。依据图7，此后将冲压头23a在冲压方向25上压入到敞开的槽间隙18a内，从而导线14几乎一直被压到槽13的底部，与此同时在横截面上这样变形，使该横截面与槽13相应部位上的横截面相匹配。依据图8，现在通过继续下降冲压头23a，将敞开的槽间隙18a的突起边缘21由冲压头23a的压紧台肩24a这样变形，使该边缘侧面支撑在冲压头23a的前段上以及上导线14b上。由此将槽间隙18部分封闭，导线14a和14b在槽13内固定。与此同时导线14在槽底部处也被压到其最终位置和形状。依据图8，冲压模具22a具有彩虹式设置的冲压头23a，从而电枢11的所有槽13内的导线同时由冲压头23a变形和固定。
所介绍的实施例不仅可以在图1所示的一个电枢的开槽叠片组上实现，而且一般也可用于转子或者定子上由软磁体材料制成的设有导线的开槽基体。在此方面，电动机可以设有一个内转子，外转子或者也可以设有盘状转子。
在本发明的构思内，必要时也可以取消槽间隙18的冲压，只要槽间隙一方面足够宽，以容纳冲压头23；但另一方面又足够窄，以便即使在移开冲压头23后导线也能够在槽13内固定。然而，附加的槽冲压更具优点，因为当槽间隙18较宽时可以使用相应牢固的冲压头23或23a，以便使槽13内的导线14通过变形与槽横截面相匹配。此外，这样还可在槽内上下重叠和/或者并排设置并多个导线使其变形。
权利要求
1.包括一个基体、最好由软磁材料制成的电枢(10)以及优选的一个叠片组(11)的电动机，在该叠片组的限定该电动机的一个工作气隙的圆周上优选以轴向延伸地布置多个横截面稍长的槽(13)，该槽朝着工作气隙分别有一个槽间隙(18)，并且在这些槽间隙中在槽的长度上各容纳至少一根电导线(14)，该导线并且通过基体的在两侧限定槽间隙的材料固定到槽中，其特征在于，借助一种可通过槽间隙(18)进入到槽(13)中的冲压头(23)使至少一根导线(14)在整个长度上在各自的槽(13)中如此变形，使得导线横截面在至少一根导线(14)的部位上匹配于槽横截面。
2.按权利要求1所述的电动机，其特征在于，所述基体是设置在电动机轴(12)上的筒状电枢叠片组(11)，在该叠片组的槽(13)内彼此平行延伸多个导线(14a，14b)，其中，一个槽(13)的所有导线(14a，14b)的全部导线横截面通过冲压头(23)与全部槽横截面相匹配。
3.按权利要求2所述的电动机，其特征在于，槽内径向上下重叠设置两个轴向延伸的导线(14a，14b)，该导线横截面通过冲压头(23)分别与槽横截面在各自导线的部位上相匹配。
4.按前述权利要求之一所述的电动机，其特征在于，在槽(13)的侧壁(13a)之间，槽宽度向槽间隙(18)扩大。
5.用于制造按前述权利要求之一所述的电动机的方法，其特征在于，在将电导线(14)装入到基体(11)的槽(13)内之后，首先使一个冲压头(23)进入到槽(18)敞开的槽间隙(18a)内，并将至少一个导线(14)利用冲压头(23)这样在整个槽长度上变形，使得该导线横截面与槽横截面在导线(14)的部位上相匹配。
6.按权利要求5所述的方法，其特征在于，将多个导线(14)彼此平行延伸地装入到槽(13)内，此后将一个槽(13)的所有导线(14)的全部导线横截面由冲压头(23)与全部槽横截面相匹配。
7.按权利要求6所述的方法，其特征在于，将两个轴向相互平行延伸的导线(14)径向上下重叠地装入到槽(13)内，其中，上导线(14)处于敞开的槽间隙(18a)内，特别是部分地在槽(13)上方突出；此后该导线横截面由冲压头(23)分别与槽间隙在各自导线(14a，14b)的部位上相配合。
8.按权利要求5至7之一所述的方法，其特征在于，为了使导线(14a，14b)在槽(13)内固定而对一个槽(13)的导线(14)冲压后，在另一冲压过程中，使基体(11)的在两侧限定槽间隙(18a)的材料如此压向导线(14a，14b)并进行变形，使得槽间隙(18a)至少部分地封闭。
9.按权利要求8所述的方法，其特征在于，在为了使槽间隙(18)处的材料(21)变形而继续的冲压过程中，冲压头(23)为了使一个槽(13)的至少一个导线(14)变形而从槽间隙(18)中返回运动。
10.按权利要求5至9之一所述的方法，其特征在于，槽间隙(18)处的和/或一个槽(13)的至少一个导线(14)处的冲压过程逐步地一个槽接一个槽地进行。
11.按权利要求5至9之一所述的方法，其特征在于，槽间隙(18)上的和/或一个槽(13)的至少一个导线(14)处的冲压过程，在基体(11)的彼此相对置的、最好在所有槽上同时进行。
12.用于实施按权利要求5至11之一所述的方法制造按权利要求1至4之一所述的电动机的装置，其特征在于，用于使导线横截面变形的冲压头(23)是冲压模具(22)的部件，该冲压模具为了使在两侧限制槽间隙(18)的边缘(21)变形而具有两个在冲压头(23)的两侧设置的压紧头(24)，该压紧头相对于冲压头(23)逆冲压方向(25)轴向向后布置。
13.按权利要求12所述的装置，其特征在于，一方面两个压紧头(24)而另一方面冲压头(23)可彼此独立地在冲压方向(25)上轴向移动。
14.按权利要求12所述的装置，其特征在于，两个压紧头(24)是两个在冲压头(23a)上两侧构成的、相对于冲压头(23a)的端面(23b)向后布置的压紧台肩(24a)。
全文摘要
本发明涉及一种电动机、该电动机的制造方法以及制造该电动机用的装置，该电动机具有一个开槽的设有导线(14)的基体(11)，其中，所述导线(14)通过基体(11)上在两侧限定槽间隙(18)的材料(21)固定到槽(13)中。为了获得更好的槽满度，借助于一种可通过槽间隙(18)装入到各槽中的冲压头(23)使导线(14)在各自的槽(13)中在整个长度上如此变形，使得导线横截面在各导线部位上匹配于槽横截面。
文档编号H02K15/00GK1578063SQ20041005506
公开日2005年2月9日 申请日期2004年6月30日 优先权日2003年6月30日
发明者D·阿伦德斯, C·维尔斯曼, M·塞德尔, L·布伦克勒, M·邦策尔 申请人:罗伯特-博希股份公司