用于制造电的机器的转子的绕组的方法
阅读说明：本技术 用于制造电的机器的转子的绕组的方法 (Method for producing a winding of a rotor of an electrical machine ) 是由 拉尔斯·胡斯梅耶 于 2021-06-09 设计创作，主要内容包括：用于制造电机器的转子的绕组的方法及电机器,转子由多个U形弯曲的导体部件构成,每一个导体部件都有封闭端部和开口端部,开口端部有第一边腿和第二边腿,该方法包括：把多个导体部件的开口端部插入到成型模具的多个凹槽中；多个导体部件交错,从而U形弯曲的导体部件的封闭端部从成型模具的凹槽中伸出并形成卷绕头；卷绕头在多个导体部件交错期间形成变细的形状,在含有成型模具的中轴线的剖切面中,在延伸经过第一点和第二点的直线与成型模具的中轴线之间的角度至少为10°,第一点在绕组的外直径上位于导体部件从成型模具伸出的平面高度上,第二点在绕组的外直径上位于等于卷绕头的总高度的至少10％、至多90％的高度上。(A method of manufacturing a winding for a rotor of an electric machine and an electric machine, the rotor being formed of a plurality of U-shaped bent conductor members, each conductor member having a closed end and an open end, the open end having a first leg and a second leg, the method comprising: inserting the open ends of the plurality of conductor members into the plurality of recesses of the molding die; the plurality of conductor members are staggered so that the closed ends of the U-shaped bent conductor members protrude from the grooves of the forming die and form a winding head; the winding head is formed in a tapering shape during the interleaving of the plurality of conductor parts, the angle between a straight line extending through a first point on the outer diameter of the winding at the height of the plane of the conductor parts projecting from the forming die and a second point on the outer diameter of the winding at a height equal to at least 10% and at most 90% of the total height of the winding head being at least 10 DEG in a cross-sectional plane containing the central axis of the forming die.)
技术领域
本发明涉及一种用于制造电的机器的转子的绕组的方法以及一种电的机器。
背景技术
电的机器特别是起动机电机的转子可以由金属的转子芯部构成，该转子芯部带有插入的U形导体部件作为绕组或所谓的插塞绕组。从该芯部伸出的弧形部形成所谓的卷绕头，该卷绕头可以具有特定形状，如DE 10 2014 226 224 A1中所述。在此，这些弧形部例如复合地在利用所谓的压紧模具被轴向地施加力时在成型模具中彼此相对转动，从而形成具有近乎柱形形状的卷绕头。由交错的导体部件如此产生的复合体随后可以借助输送装置从成型模具中取出，并且插入到转子芯部上的多个凹槽内。
尽管这些导体部件通过轴向的施加力而限制了其轴向的宽度，但它们在径向方向上可以随意地展宽。因此，所形成的卷绕头例如会具有失衡，由此例如在高转速情况下会有不同的力作用到卷绕头上，并使得该卷绕头不均匀地变形。此外，卷绕头可以具有较小的径向强度(抗离心力)。
发明内容
根据本发明，提出具有独立权利要求的特征的用于制造电的机器的转子的绕组的方法以及电的机器。有利的设计是从属权利要求以及后续说明的主题。
本发明提出一种用于制造转子的绕组特别是插塞绕组的方法，其能实现制造具有相同径向宽度的卷绕头，且保持径向的强度和减小失衡。
根据本发明的方法尤其在制造电的机器特别是起动机电机的转子时使用。绕组由多个U形地弯曲的导体部件构成，其中的每一个导体部件都具有封闭的端部和开口的端部，其中，开口的端部具有第一边腿和第二边腿。
在根据本发明的方法中，把多个导体部件的开口的端部插入到成型模具的多个凹槽中。第一边腿例如插入到成型模具的内部的模具部分中，第二边腿插入到成型模具的外部的模具部分中。U形地弯曲的导体部件的封闭的端部在此从成型模具中伸出并且交错，也就是说，这些模具部分彼此相对转动，以便形成卷绕头。
卷绕头在多个导体部件交错期间或者在此之后形成变细的形状，其中，在含有成型模具的中轴线的剖切面中，在延伸经过第一点和第二点的直线与成型模具的中轴线之间的角度至少为10°，优选至少为20°，优选至少为25°，尤其至少为30°。第一点在绕组的外直径上位于导体部件从成型模具伸出的平面高度上，第二点在绕组的外直径上位于等于卷绕头总高度的至少10％、至多90％的高度上。第二点例如位于等于卷绕头总高度的至少20％、优选至少30％、优选至少40％且优选至多80％、优选至多70％、优选至多60％的高度上。第二点的高度的下限和上限尤其可以自由地相互组合。
相比于现有技术，卷绕头或导体部件的净宽因而至少沿着从第一点到第二点的直线径向地受到限制。优选地，所述角度对于含有中轴线的每个剖切面来说都是相同的，也就是说，在直线与中轴线之间的角度沿着整个圆周保持不变，从而产生了旋转对称的形状。卷绕头因而变细，并且由于较小的径向位置而在旋转期间受到较小的离心力。此外，该卷绕头相比于通常柱形的卷绕头具有较小的失衡，由此卷绕头例如在高转速情况下受到较小的变形。卷绕头因而具有较大的径向强度(抗离心力)。
有利地，“使得卷绕头形成变细的形状”包括：从成型模具伸出的导体部件的至少径向最外面的边腿相对于成型模具切向地且径向向内地(即朝向成型模具的中轴线)弯折。
尽管径向的弯折导致卷绕头形成变细的形状，但导体部件的切向弯折还导致，这些导体部件根据卷绕方案彼此相对交错，并且减小了卷绕头的轴向延展。
有利地，径向角度(即在成型模具中轴线与直线之间的角度)为切向角度即在导体部件与垂直于成型模具中轴线伸展的成型模具端面之间的角度的至少0.25、优选至少0.3、优选至少0.4、尤其至少0.5倍。换句话说，这些导体部件径向弯曲的程度越小，它们可以优选地径向向内弯曲的程度就越大。特别地，于是可以避免导体的材料受损，尽管如此，却实现了卷绕头的短小的结构高度。
有利地，“使得卷绕头形成变细的形状”按如下方式进行：使得卷绕头的在尖端处的外直径比在第一点处较小。这导致，卷绕头具有较大的抗离心力，并且即使在高转速情况下也不发生变形，或者发生较小的变形。
有利地，“使得卷绕头形成变细的形状”还包括：把压紧模具下降到卷绕头上，或者下降到导体部件的封闭的端部上，其中，压紧模具被设计用于，在导体部件交错期间，或者在两个模具部分围绕成型模具的或以后的卷绕头的旋转轴线彼此相对转动期间，把在导体部件方向上的轴向力和在成型模具的中轴线方向上的径向力施加到卷绕头上。
通过在导体部件方向上的轴向力，限制导体部件的轴向展宽，也就是说，调节了卷绕头的高度。此外，在成型模具的中轴线方向上的径向力导致形成卷绕头的变细的形状。
由于导体部件插入到成型模具中并进而固定，所以可以使得卷绕头形成变细的形状，其中，特别是得到了事先调好的径向角度和/或切向角度。这导致，如此制得的卷绕头具有几乎相同的形状，几乎无法彼此区分开。卷绕头因而可以精确地形成分别所希望的形状。
有利地，压紧模具具有变细形状的凹模，该凹模接纳着卷绕头。导体部件因而在轴向方向和径向方向上被压紧模具限定，其中，凹模的形状转印到卷绕头上。这提高了卷绕头的形状质量，并且确保卷绕头的形状不会有差别。
有利地，“使得卷绕头形成变细的形状”包括：使得成型模具的内部的模具部分相对于成型模具的外部的模具部分转动。把内边腿层(例如第一边腿)插入到内部的模具部分中，并且把外边腿层(例如第二边腿)插入到外部的模具部分中。转动因而导致，内边腿层和外边腿层中的至少一个相应地随着内部的或外部的模具部分转动。在此，这些导体部件彼此相互交错。在这里，内部的或外部的模具部分转动得越大，导体部件的交错程度也就越大。
有利地，压紧模具可与内部的模具部分或者外部的模具部分一起转动或者固定不动。这还导致，导体部件一方面顶压到压紧模具的凹模上，以便形成变细的形状，另一方面在形成变细的形状时稳定。
有利地，通过调节压紧模具的下降高度来设定卷绕头的高度。总之，由此可以精确地制造卷绕头，该卷绕头具有所希望的高度和所希望的变细的形状，于是可以满足相应的电的机器—要把转子安装到该机器中—对卷绕头提出的不同的要求。
有利地，“使得卷绕头形成变细的形状”包括：卷绕头旋转对称地构造。旋转对称的卷绕头具有较小的失衡。这导致，起动机电机在旋转时更加平稳地运行，因而减小或防止了特别是在高转速情况下产生的噪声。
卷绕头形成变细的形状，该形状有利地是锥形、阶梯形、凸形或凹形。如果变细的形状例如是锥形，则卷绕头的表壳从第一点沿着直线伸展经过第二点。
如果变细的形状例如是阶梯形，则这些阶梯例如位于直线上，使得各个阶梯的后边缘接触该直线，进而也接触第二点，或者处于直线以下，使得各个阶梯的前边缘接触该直线，进而也接触第二点。相反，凸形或凹形的形状沿着直线伸展，使得这些形状在第二点与直线相交。
这些形状因而用于使得卷绕头沿着直线从第一点朝向第二点变细，此外，适合于实现这种变细的替代形状或混合形状是可行的。
本发明的其它优点和设计可由说明书和附图得到。
附图说明
本发明借助实施例在附图中示意性地示出，并将在下面参照附图予以介绍。
图1示意性地示出用于制造转子的根据本发明的绕组的成型模具的优选实施方式；
图2示意性地示出压紧模具的优选实施方式；
图3示意性地示出带有插入的导体部件的成型模具和压紧模具；
图4示意性地示出带有锥形卷绕头的转子的优选实施方式。
具体实施方式
图1中示意性地示出了用于制造转子的根据本发明的绕组的成型模具的优选实施方式，并且在整体上用10标出。
成型模具10具有内部的模具部分11和外部的模具部分12，其中，内部的模具部分11以及外部的模具部分12可彼此相对转动。
内部的模具部分11在其外圆周上具有外凹槽13，外部的模具部分12在其内圆周上具有内凹槽14。无论内凹槽14还是外凹槽13，都被设计用来接纳多个U形的导体部件120(见图3)或者分别接纳其笔直的边腿。
每个U形的导体部件120都具有封闭端和开口端，其中，开口端具有第一边腿和第二边腿。
第一边腿例如可插入到内部的模具部分11的外凹槽13之一中，第二边腿可插入到外部的模具部分12的内凹槽14之一中。多个导体部件120的封闭端在插入到成型模具10中之后从成型模具10中伸出，并且形成卷绕头105(见图3)。
通过彼此相对地转动两个模具部分，导体部件120可以根据卷绕方案相互交错。
然而，导体部件120在形成卷绕头105时会沿径向方向任意地伸展，并且形成随机的形状。如此形成的卷绕头具有失衡，由此例如在高转速情况下会有不同的力作用到卷绕头上，并使得该卷绕头不均匀地变形。此外，卷绕头可以具有较小的径向强度(抗离心力)。为了防止这种径向伸展，采用了压紧模具20(见图2)，以便使得卷绕头105形成变细的形状，其中，变细的形状例如是锥形、阶梯形、凸形或凹形。
图2中示意性地示出压紧模具20的优选实施方式，以便使得卷绕头105形成变细的形状，这里为锥形。图3示意性地示出带有插入的导体部件120的成型模具10和压紧模具20。
压紧模具20包括保持构件21和锥形构件22。锥形构件22在外侧具有柱形的表壳221，且在内部具有内锥体222形式的凹模。
此外，保持构件21可以由固定的保持构件和可转动的保持构件构成，可转动的保持构件相对于固定的保持构件可转动地安置，并且可以接受成型模具10的内部的模具部分11和外部的模具部分12的旋转运动，以便保护导体部件120免于相对运动和受损。
锥形构件22具有第一开口223。内锥体222锥形地从第一开口223朝向保持构件21伸展，使得锥形构件22的内直径朝向保持构件21变细。第一开口223的内直径优选大于卷绕头105的内直径，从而卷绕头105可以无损地被锥形构件22接纳并形成锥形。
固定部件例如螺钉23用于使得锥形构件22与保持构件21连接。为此，螺钉23穿过锥形构件22的第二开口224，并且使得锥形构件22从内部与保持构件21连接。替代地，可以使用其它的固定部件例如螺栓，或者采用其它的固定方式例如钎焊、粘接、焊接等，以便使得锥形构件22与保持构件21连接。此外可行的是，保持构件21与锥形构件22一体地形成。
为了限制和形成卷绕头105，如图3中可见，将导体部件120插入到成型模具10中。压紧模具20从上面下降到卷绕头105上。压紧模具20被设计用于在切向的交错期间朝向导体部件120施加轴向的力，并且朝向成型模具10的或卷绕头105的中轴线140施加径向的力。通过调节压紧模具20的下降高度，可以精确地调节卷绕头105的高度。
压紧模具20还被设计用于在内部的模具部分11和/或外部的模具部分12旋转期间稳定导体部件120。为此，压紧模具20在此固定不动地设计，也就是说，在模具部分之一旋转时并不随之转动。然而，压紧模具20也可以被设计用于使其随着内部的模具部分11或外部的模具部分12旋转。
导体部件120的封闭端或卷绕头105由此形成锥形。这种锥形的卷绕头105的特点是，导体部件120的径向净宽相比于柱形的卷绕头受到限制。卷绕头105因而基本上是锥形的，并且相比于柱形的卷绕头具有较小的失衡，由此它例如在高转速情况下受到较小的变形或者具有较高的转速稳定性。卷绕头105因而具有较大的径向强度(抗离心力)。
此外，利用这种压紧模具20制得的每个锥形的卷绕头基本上具有相同的锥形形状，并且与其它的如此制得的卷绕头近乎相同。这导致，即使在不同的工厂中但采用相同结构的压紧模具制得的卷绕头具有相同的锥形形状。使用压紧模具20因而导致，能够保证卷绕头的一定的形状。
此外，如果要制造例如具有不同倾斜角度或卷绕头高度的不同卷绕头，则可以轻易地使用其它的压紧模具。于是可以使得生产灵活地满足相应的要求，而没有大的延迟。
另外，可以根据对压紧模具20的凹模选择，来使得卷绕头形成一定的形状，从而卷绕头也可以形成为阶梯形状、凸形或凹形的形式。该形式可以根据卷绕头的应用，优选地并且于是依照对卷绕头的要求来选择。
图4中示意性地示出带有锥形卷绕头105的转子100的优选实施方式。
转子100包括转子芯部104以及用于支撑转子100和用于传递扭矩的转子轴130。转子芯部104具有多个凹槽110，由多个U形地弯曲的导体部件120形成的绕组插入到这些凹槽中。
在含有转子芯部104的中轴线140的剖切面中，在延伸经过第一点108和第二点109的直线107与转子芯部104的中轴线140之间的径向角度α在此约为20°。第一点108在绕组的外直径上位于导体部件120从转子芯部104伸出的平面高度上，第二点109在绕组的外直径上位于高度h上。高度h大致等于卷绕头105的总高度H的45％。在导体部件120与转子芯部104的垂直于转子芯部104的中轴线140伸展的端面之间的切向角度β在此约为40°。角度α在此因而约为切向角度β的0.5倍。然而，角度α与切向角度β的比例可以由本领域技术人员根据转子100的应用来调节至满足相应的要求。
由于锥形形状，相比于从转子芯部104伸出时，卷绕头105的在尖端处即在背离转子芯部104一侧的外直径较小。这导致，卷绕头105具有较大的抗离心力，并且即使在较大转速情况下不经受变形，或者经受较小的变形。该卷绕头105因而比柱形卷绕头更加耐用。
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