專(zhuān)利名稱(chēng)：用于形成電動(dòng)式機(jī)械絕緣線圈的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于形成電動(dòng)式機(jī)械用絕緣線圈的方法，特別涉及適合于交流(AC)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子線圈。由本發(fā)明形成的線圈能實(shí)現(xiàn)在將線圈彎曲和伸展成其最終的三維剛性構(gòu)造前，在不必將施加和移除臨時(shí)犧牲性保護(hù)帶作為伸展工藝的一部分的情況下，圍繞線圈圓周進(jìn)行絕緣帶的機(jī)器卷繞。本發(fā)明方法的應(yīng)用減少了在彎曲和成形操作后對(duì)線圈進(jìn)行手動(dòng)繞帶的需要。
背景技術(shù)：
電動(dòng)式機(jī)械在處于相對(duì)運(yùn)動(dòng)中的轉(zhuǎn)子和定子之間生成電磁力(EMF)。交流電動(dòng)機(jī)的一般物理原理、構(gòu)造和操作對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員是已知的。示例性已知交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)20，如圖1和2所示，具有旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子25和軸26。在旋轉(zhuǎn)軸26上生成的扭矩允許電動(dòng)機(jī)20進(jìn)行有用的工作。在形成于定子環(huán)30內(nèi)的磁極內(nèi)感生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)生成使轉(zhuǎn)子25和軸26旋轉(zhuǎn)的電磁力。
交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)20的定子環(huán)30具有環(huán)形地成形的定子薄板32的層疊體，其形成大體沿軸向從轉(zhuǎn)子的一端向另一端延伸的徑向槽33。定子薄板徑向槽33接收圍繞定子環(huán)30的圓周排列在磁極中的定子線圈35。順次向定子磁極施加電流會(huì)在定子環(huán)30中感生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。感生的電磁力進(jìn)而使轉(zhuǎn)子25和軸26旋轉(zhuǎn)。
一示例性已知定子線圈35在圖3和3A中示出。定子線圈35是形成為三維形狀的卷繞的連續(xù)的導(dǎo)電線束。線圈35具有一對(duì)大體平行的直線部分36A和36B，所述直線部分36A和36B具有相應(yīng)的大體矩形的截面，其取向成用于插入由定子環(huán)薄板32形成的徑向槽33中。為了實(shí)現(xiàn)直線部分36A和36B在徑向槽33內(nèi)的期望徑向取向，線圈35形成有端部37A和37B，其經(jīng)常具有復(fù)合曲線U形彎曲部38A和38B。設(shè)置在線圈端部37A上的引線39聯(lián)接至電流電源。當(dāng)電流施加至引線39時(shí)，在線圈內(nèi)感生電磁場(chǎng)。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的，形成線圈35的連續(xù)帶狀導(dǎo)線40具有絕緣外層涂層，以使在線圈內(nèi)感生的磁場(chǎng)強(qiáng)度最佳化。線40通常由銅構(gòu)成，并且涂覆有樹(shù)脂或者其它電氣絕緣層，其相對(duì)于導(dǎo)線尺寸是薄的。
如本領(lǐng)域眾所周知的，單個(gè)定子線圈35通過(guò)周向絕緣層(通常是帶和硬化樹(shù)脂的多層式組合)與它們的周?chē)h(huán)境電氣絕緣。絕緣層是使用已知技術(shù)施加的。在圖3和3A中，絕緣層42示意性地圖示為一層沿周向螺旋纏繞的帶44，其隨后被多部分環(huán)氧樹(shù)脂46涂覆。通常，定子線圈是在只有螺旋纏繞帶層44的狀態(tài)下供給至電動(dòng)機(jī)制造商的，已準(zhǔn)備好由電動(dòng)機(jī)制造商施加樹(shù)脂46。在纏繞線圈上施加樹(shù)脂涂層不是本發(fā)明的一部分，在本文不具體要求權(quán)利。
過(guò)去，定子線圈絕緣層42通常是在線圈線束最終形成為其最終期望形狀后施加的。帶絕緣施加的最初形式完全是通過(guò)手工進(jìn)行的。后來(lái)，通過(guò)在直線部分36A和36B上采用機(jī)器卷繞帶層，實(shí)現(xiàn)了成本節(jié)約。然而，復(fù)合彎曲端部37A、37B和線圈引線39仍然需要通過(guò)手工進(jìn)行帶纏繞。手動(dòng)繞帶是昂貴的、耗時(shí)的，并且可能容易發(fā)生人為錯(cuò)誤。通常，在線圈形成為其最終期望構(gòu)造之后再通過(guò)機(jī)器卷繞復(fù)合彎曲端部37A和37B (包括U形彎曲部38A和38B或者引線39)是不實(shí)際的。
通常，本領(lǐng)域中技術(shù)人員的觀點(diǎn)是，應(yīng)該在定子線圈完成其形成操作后向定子線圈施加絕緣層，以防止在形成操作期間損壞絕緣層的風(fēng)險(xiǎn)。在一些情況下，制造商向定子芯部線束的直線部分施加絕緣帶，緊接著施加一層臨時(shí)的犧牲性保護(hù)帶，然后再進(jìn)行它們的成形/彎曲形成操作。臨時(shí)的犧牲性帶層被認(rèn)為會(huì)減少絕緣導(dǎo)線股40上的機(jī)械損壞或者磨損的風(fēng)險(xiǎn)，和/或在高壓、高溫形成步驟期間熔化的樹(shù)脂從帶上熱遷移的風(fēng)險(xiǎn)。臨時(shí)的犧牲性保護(hù)帶層然后必須在形成步驟后從形成的線圈上剝離。然后，使用已知技術(shù)，通過(guò)完成絕緣帶44的纏繞操作和樹(shù)脂浸潰46，來(lái)使現(xiàn)在已完全形成的定子線圈完全絕緣。
因此，在本領(lǐng)域中存在對(duì)這樣一種用于形成電動(dòng)式機(jī)械線圈的方法的需要，該方法減少繞帶操作，包括在線圈制造期間臨時(shí)施加犧牲帶，并且優(yōu)選以機(jī)器繞帶操作代替手動(dòng)繞帶。雖然在所有制造操作中以機(jī)器繞帶工藝代替所有手動(dòng)繞帶可能是不可行的(例如，圍繞定子線圈引線的局部繞帶)，繞帶操作的減少會(huì)降低成本以及在已去除的額外步驟中發(fā)生繞帶錯(cuò)誤的可能性。發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是減少電動(dòng)式機(jī)械線圈制造期間的繞帶操作；并且優(yōu)選地在可能的情況下以機(jī)器繞帶程序代替手工繞帶程序。
這些以及其它目的根據(jù)本發(fā)明的形成電動(dòng)式機(jī)械線圈比如交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子線圈的方法得以實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的方法，多部分樹(shù)脂浸潰系統(tǒng)的至少一部分，特別是催化材料，在線圈束的最終形成步驟前施加至線圈束。本發(fā)明的方法消除了在線圈線束形成前暫時(shí)向線圈線束施加保護(hù)帶的必要，從而消除了在所形成的線圈能夠接收其最終的周向絕緣帶層前剝離保護(hù)帶的必要性。
通過(guò)采用本發(fā)明的線圈形成方法，能夠在線圈接收其成形和彎曲/形成操作前，施加包括多部分樹(shù)脂催化材料的至少一部分的最終絕緣帶層。這樣，線圈被設(shè)置有發(fā)揮恰當(dāng)電動(dòng)式機(jī)械功能所需的絕緣層。
本發(fā)明的線圈形成方法允許線圈束在它們處于比較簡(jiǎn)單的二維扁平線圈構(gòu)造時(shí)進(jìn)行機(jī)器繞帶。比起完全形成的定子線圈環(huán)在制造期間的形成操作后的更復(fù)雜的復(fù)合彎曲部，二維扁平線圈的扁平的、比較溫和的環(huán)構(gòu)造更易于接受穩(wěn)定的且可靠的機(jī)器纏繞。因此，比起使用已知現(xiàn)有技術(shù)以其它方式可能的程度，制造商具有很大的靈活性來(lái)以繞帶機(jī)器纏繞環(huán)圓周的一個(gè)較大百分比。


通過(guò)結(jié)合附圖考慮以下詳細(xì)描述，能夠輕松地理解本發(fā)明的教導(dǎo)，附圖中:
圖1示出了一已知電動(dòng)式機(jī)械交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的透視圖，其被部分地剖切以顯示定子環(huán)、轉(zhuǎn)子和軸；
圖2是圖1的定子環(huán)的剖切透視圖3是圖1的電動(dòng)機(jī)的定子線圈的透視圖3A是圖3的定子線圈沿其3-3所取的正視截面圖4是形成圖3和3A的定子線圈的現(xiàn)有技術(shù)方法的流程圖5是用于形成圖3和3A的定子線圈所做成的現(xiàn)有技術(shù)的環(huán)狀導(dǎo)線線圈的示意性俯視圖6A和6B分別是在施加構(gòu)成圖3和3A的成品所必需的最終絕緣層之前的、由圖4所示現(xiàn)有技術(shù)方法制成的定子線圈的示意性俯視圖和正視圖7是形成圖3和3A的定子線圈的本發(fā)明方法的流程圖；而
圖8A和8B分別是在構(gòu)成圖3和3A的成品所必需的最終絕緣層的施加和最終三維形成/彎曲操作之前的、用于形成由圖7的本發(fā)明的方法制成的定子線圈的中間制造步驟的示意性俯視圖和正視圖。
為了促進(jìn)理解，在可能的情況下，使用了相同的附圖標(biāo)記，來(lái)指代各圖通用的相同元件。
具體實(shí)施方式
在考慮以下描述后，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將清楚地意識(shí)到本發(fā)明的教導(dǎo)能夠輕松地采用在用于形成電動(dòng)式機(jī)械絕緣線圈的方法中，比如被采用來(lái)作為交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中的定子線圈的那些絕緣線圈。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解的，本發(fā)明的線圈形成方法也可以采用在其它類(lèi)型的電動(dòng)式機(jī)械中，包括直流電動(dòng)機(jī)和發(fā)電動(dòng)機(jī)。
在開(kāi)篇處應(yīng)該指出的是，本發(fā)明涉及的是用于形成電動(dòng)式機(jī)械線圈的方法，而不是它們的一般結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本發(fā)明的方法用于任意期望的線圈構(gòu)造。參考用于圖1-3A所示交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子線圈的形成來(lái)進(jìn)一步描述本發(fā)明的應(yīng)用。
現(xiàn)有技術(shù)的描述
定子線圈形成方法
圖4是用于形成圖1-3A的交流電動(dòng)機(jī)定子線圈35的一典型已知方法的流程圖。在步驟101中，一條連續(xù)的、外部絕緣的帶狀導(dǎo)線40圍繞銷(xiāo)50形成長(zhǎng)環(huán)35A，如圖5所示。所述銷(xiāo)具有外徑山大體為I英寸(25毫米)左右。在步驟102中，通過(guò)已知技術(shù)將一層犧牲性保護(hù)帶(未示出)施加至長(zhǎng)環(huán)35A?？蛇x地，在旨在形成為最終直線部分36A、36B的環(huán)35A的犧牲性帶部的施加前，那些直區(qū)可以被意圖在最終形成后殘留在線圈上的絕緣帶纏繞。
在步驟103中，將長(zhǎng)環(huán)35A插入加過(guò)熱的壓機(jī)中，在這里熱和壓力的組合使線圈的直線(或者槽狀)部分固結(jié)并硬化。于是，線圈通過(guò)已知的形成工藝形成為其如圖6A和6B所示的最終三維形狀。當(dāng)從壓機(jī)中取出時(shí)，環(huán)35A被允許冷卻。然后，在完成絕緣處理前，使它接收最終的彎曲和扭曲，以生成如圖6A和6B所示的最終輪廓。應(yīng)注意的是，最終形成的形狀輪廓與圖3A所示的定子線圈35相符。參考步驟104，然后取出犧牲帶。
接下來(lái)，環(huán)35A已做好準(zhǔn)備使用本領(lǐng)域眾所周知的技術(shù)以纏繞帶進(jìn)行絕緣。基于制造商的決定，帶纏繞操作的任意部分可以通過(guò)手工或者機(jī)器或者兩者的組合來(lái)進(jìn)行，取決于在制造場(chǎng)所處可獲得的纏繞設(shè)備。在步驟105中，通過(guò)機(jī)器纏繞線圈的槽狀或者直線部分36A、36B。帶彎折的次數(shù)和與樹(shù)脂施加的協(xié)調(diào)由制造商規(guī)范設(shè)定。
在完成直線部分36A、36B的絕緣后，在步驟106中通過(guò)手工來(lái)使定子線圈35的殘留暴露部分絕緣。這種殘留部分可以例如包括具有U形彎曲部38A、38B的定子線圈端部37A、37B，和引線39?？蛇x地，可以向定子線圈35添加附加的外部帶(未示出)層。樹(shù)脂催化劑的沉積可以基于制造商的決定在絕緣步驟102-106內(nèi)的任一時(shí)刻施加。
本發(fā)明的描述
定子線圈形成方法
如通過(guò)檢閱圖7而顯而易見(jiàn)的，本發(fā)明的定子線圈形成方法比圖4的現(xiàn)有技術(shù)方法簡(jiǎn)單。這是可能的，由于以下意識(shí):包括作為多部分環(huán)氧樹(shù)脂催化材料的一部分的催化性化合物的最終絕緣層可以在不損壞絕緣層或者線圈絞線絕緣層的情況下，在最終形成和彎曲操作前施加至最終形成成品定子線圈的導(dǎo)線環(huán)。本發(fā)明的形成方法通過(guò)以下因素來(lái)實(shí)現(xiàn)成本節(jié)約:消除制造步驟；消除在形成操作前施加臨時(shí)犧牲帶的必要；以及利用機(jī)器繞帶操作而不是手動(dòng)繞帶操作。
參考圖7，在步驟201中，使一條連續(xù)的、外部絕緣的帶狀導(dǎo)線40圍繞銷(xiāo)50形成長(zhǎng)環(huán)35B，如圖8A和8B所示。本發(fā)明中采用的銷(xiāo)具有外徑D，大體為6_8英寸(150-200毫米)左右，其比先前在圖4的現(xiàn)有技術(shù)形成方法中采用的外徑大6-8倍。較大的卷繞直徑允許對(duì)于整個(gè)環(huán)35B的圓周，或者對(duì)于制造商期望的其任意較小部分，應(yīng)用機(jī)器繞帶操作。在環(huán)35B的形成后，形成于環(huán)內(nèi)的線圈引線部分39優(yōu)選在其它絕緣操作前被絕緣。
在步驟203中，圖8A和8B的整個(gè)平環(huán)線圈35B優(yōu)選圍繞其圓周被機(jī)器繞帶。帶纏繞偏置角度、帶張力、纏繞速度等，與現(xiàn)有技術(shù)中一樣，在沒(méi)有過(guò)度實(shí)驗(yàn)的情況下由制造商選擇，這取決于可獲得的繞帶機(jī)械設(shè)備的內(nèi)部規(guī)范和能力。
絕緣帶44和/或線束35A被旨在與涂覆后絕緣樹(shù)脂反應(yīng)的比如催化性化合物等材料預(yù)處理。催化性化合物可以是通過(guò)浸潰、涂覆或者鑲嵌工藝包括有絕緣帶44的多部分環(huán)氧樹(shù)脂絕緣化合物的一個(gè)或多個(gè)部分。一示例性催化性化合物和絕緣帶材料組合是浸潰在云母型絕緣帶中的環(huán)燒酸鋅(zinc napthenate)。催化性化合物加速多部分環(huán)氧絕緣樹(shù)脂的固化。相似地，可以對(duì)預(yù)處理絕緣帶采用已知的附加技術(shù)來(lái)協(xié)助樹(shù)脂層的形成，包括熱、壓力、催化性化合物和活性化紫外光或者其它電磁輻射激發(fā)頻率。
接下來(lái)，在步驟204中，將大直徑絕緣導(dǎo)線環(huán)35B放置到形成設(shè)備中，以進(jìn)行彎曲和伸展步驟，其是使環(huán)與作為圖3和3A所示定子線圈35的最終期望構(gòu)造相符的必要步驟。完成的、繞帶后的定子線圈35可以被提供至電動(dòng)機(jī)制造商，以便其完成絕緣樹(shù)脂施加。可以在步驟204的最終形成操作前、中或者后進(jìn)行附加的樹(shù)脂浸潰步驟。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在沒(méi)有過(guò)度實(shí)驗(yàn)的情況下改變形成操作，以對(duì)以下因素主觀地確定其自身的最佳平衡:形成速度、形成模具步驟的數(shù)量和在形成工藝期間保護(hù)帶層免受機(jī)械損壞。
雖然在本文示出和詳細(xì)描述了包含本發(fā)明的教導(dǎo)的各種實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以輕松地設(shè)計(jì)許多其它變型實(shí)施例，其仍然包含這些教導(dǎo)。
權(quán)利要求
1.一種用于制造電動(dòng)式機(jī)械導(dǎo)電線圈的方法，包括: 將一條連續(xù)的絕緣涂覆過(guò)的導(dǎo)線形成為具有圓周和外表面的長(zhǎng)閉環(huán)； 圍繞所述閉環(huán)的外表面的至少一部分機(jī)器纏繞永久絕緣帶層，所述帶在其上具有包括多部分環(huán)氧樹(shù)脂的至少一部分的催化性化合物；以及 通過(guò)施加壓力將所述閉環(huán)成形為剛性電動(dòng)式機(jī)械導(dǎo)電線圈。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在成形步驟前加熱所述閉環(huán)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在成形步驟后在不取出先前施加的永久絕緣層的情況下施加附加的絕緣層。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在形成步驟期間，圍繞至少兩個(gè)卷繞銷(xiāo)卷繞所述導(dǎo)線，每個(gè)卷繞銷(xiāo)具有至少為6英寸(150毫米)的直徑。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述閉環(huán)的圓周的至少一部分在施加步驟中被螺旋纏繞的帶絕緣。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，整個(gè)閉環(huán)圓周在施加步驟中被機(jī)器纏繞的帶絕緣。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述導(dǎo)電線圈是交流電動(dòng)機(jī)定子線圈。
8.一種用于制造交流電動(dòng)機(jī)定子線圈的方法，包括: 將一條連續(xù)的絕緣涂覆過(guò)的導(dǎo)線形成為具有圓周和外表面的長(zhǎng)閉環(huán)； 通過(guò)以纏帶機(jī)器在所述圓周的至少一部分上螺旋纏繞絕緣帶，來(lái)向所述閉環(huán)的外表面施加永久絕緣層，所述帶在其上具有包括多部分環(huán)氧樹(shù)脂的至少一部分的催化性化合物；以及 通過(guò)施加壓力將所述閉環(huán)成形為剛性導(dǎo)電線圈。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括在成形步驟前加熱所述閉環(huán)。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括在成形步驟后在不取出先前施加的永久絕緣層的情況下施加附加的絕緣層。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，在形成步驟期間，圍繞至少兩個(gè)卷繞銷(xiāo)卷繞所述導(dǎo)線，每個(gè)卷繞銷(xiāo)具有至少為6英寸(150毫米)的直徑。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，整個(gè)閉環(huán)圓周在施加步驟中被機(jī)器纏繞的帶絕緣。
13.一種用于制造交流電動(dòng)機(jī)定子線圈的方法，包括: 將一條連續(xù)的絕緣涂覆過(guò)的導(dǎo)線形成為具有圓周和外表面的大體平坦的長(zhǎng)閉環(huán)； 通過(guò)以纏帶機(jī)器圍繞所述閉環(huán)的圓周螺旋纏繞絕緣帶，來(lái)向所述閉環(huán)的外表面施加永久絕緣層，所述帶在其上具有包括多部分環(huán)氧樹(shù)脂的至少一部分的催化性化合物；以及通過(guò)施加熱和壓力將所述閉環(huán)成形為剛性導(dǎo)電線圈，以使線圈與期望輪廓相符。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括在成形步驟前以一層附加的永久施加的鎧甲保護(hù)帶來(lái)纏繞所述閉環(huán)。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，在形成步驟期間，圍繞至少兩個(gè)卷繞銷(xiāo)卷繞所述導(dǎo)線，每個(gè)卷繞銷(xiāo)具有至少為6英寸(150毫米)的直徑。
全文摘要
一種用于制造比如交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子線圈等電動(dòng)式機(jī)械導(dǎo)電線圈的方法。將一條連續(xù)的絕緣涂覆過(guò)的導(dǎo)線形成為具有圓周和外表面的大體平坦的長(zhǎng)閉環(huán)。然后，向閉環(huán)的外表面施加永久絕緣層，優(yōu)選是通過(guò)以纏帶機(jī)器圍繞閉環(huán)的圓周螺旋纏繞絕緣帶來(lái)進(jìn)行。絕緣帶具有包括多部分環(huán)氧樹(shù)脂的至少一部分的催化性化合物。通過(guò)施加壓力將所述閉環(huán)成形為剛性導(dǎo)電線圈，以使線圈與期望輪廓相符。在最終成形前向閉環(huán)施加永久絕緣層允許在線圈圓周的較大部分上進(jìn)行機(jī)器絕緣繞帶，從而減少對(duì)較慢且更昂貴的手動(dòng)繞帶的需要。
文檔編號(hào)H02K15/04GK103109448SQ201180044120
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2011年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月15日
發(fā)明者N.G.朗, W.R.芬利, W.盧茨, K.謝弗 申請(qǐng)人:西門(mén)子工業(yè)公司, 西門(mén)子公司