电动机的绕组体和用于加工电动机绕组体的方法

摘要

本发明涉及一种用于具有空气隙绕组的电动机、尤其是无碳刷直流电动机(200)的绕组体，其中每相(10，20，30)设置至少两个线圈(12，14；22，24；32，34)，本发明还涉及其加工方法。本发明建议，直接相互衔接地缠绕绕组体(100)一个相(10；20；30)的线圈(12，14；22，24；32，34)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种如独立权利要求前序部分所述的电动机绕组体和用于加工电动机绕组体的方法。

背景技术

已知无碳刷的直流电机(BLDC电机)，具有所谓的带有一端固定的绕组体的空气隙绕组。通常使绕组对于这种绕组体首先放置在芯轴上，它在缠绕过程期间支承线圈并且保持位置。然后将通常由烤漆线(backlackdraht)制成的绕组通过加热和挤压置于其最终的形状，绕组体在加热后保持该形状。接着使绕组体从芯轴脱模并且可以继续处理。

在三相双极绕组中在加工时加工三个独立的绞合线，这使操作是非常费事的并且只能以不是正确的费用实现。这种具有空气隙绕组的BLDC电机的绕组体通常手工地制成。因此这种具有空气隙绕组的BLDC电机只能用于小批量的需求，例如在样机结构(modellbau)领域。

发明内容

本发明源自一个用于具有空气隙绕组的电动机、尤其是无碳刷整流电动机的绕组体，其中每相设置至少两个线圈。

本发明建议，直接相互衔接地缠绕所述绕组体的一个相的线圈。一个相是绕组两个接头端部的连接并且由至少两个线圈组成，也称为分线圈。每个分线圈附属于电动机的另一极。通常线圈通过由多根单根导线组成的绞合线缠绕。有利地通过相互衔接地缠绕一个相的线圈能够实现缠绕过程自动化。所有相的线圈都可以连续地通过唯一的绞合线缠绕，它只有在缠绕后才必需分开。

有利地使所述绕组体钵形地构成。优选使所述绕组体在一个轴向端部上具有绕组头，它径向向外敷设。同样可以使所述绕组头在一个轴向端部上具有绕组头，它径向向内敷设。由此可以分别赢到高价值的结构空间。如果在一个端部上设置凸起形扩展形式的向外敷设的绕组头并且在另一端部上设置向内敞开的底部形式的向外敷设的绕组头，可以使绕组头在两个端部上缩短并且赢得结构空间。

本发明还源自一种用于加工具有空气隙绕组的电动机、尤其是无碳刷直流电动机的绕组体方法，每相具有至少两个线圈。

本发明建议，在缠绕另一个相的线圈之前，相互衔接地缠绕一个相的线圈。所述绕组体的绕组在缠绕技术上由连续的串联电路构成。由此可以实现绕组体加工的自动化。不再需要手工缠绕。所述绕组体对于三相电机由例如六个线圈组成，每相两个线圈。根据所期望的电机转速并根据供电电压由几圈组成绕组体的绕组。通过相互衔接地缠绕一个相的线圈的省去在缠绕期间固定两个不同相的线圈的线圈端部的必要性。在已知的绕组体中首先缠绕第一相的第一线圈、然后缠绕第二相的第一线圈、然后缠绕第三相的第一线圈、然后缠绕第一相的第二线圈等等。这种已知的缠绕顺序的前提是，通过三个绞合线、即每相一个绞合线缠绕。

为了达到高充满系数和良好地执行缠绕或可能的最小的直径，进行平行缠绕，即，通过多个导线同时缠绕。由于自动化的加工性使绕组在缠绕技术上优选以连续的串联电路构成。优选直接相互衔接地缠绕一个相的线圈。

绕组导线可以由烤漆线构成。绕组体的线圈缠绕在一个线圈体上，它在缠绕后可以去掉。为了减小结构长度成形绕组头，它形成径向向外围绕的边缘，在对置一侧上边缘径向向内围绕，由此在中心形成敞开的底部。接着使绕组或绕组体烘干成固定的基体。在绕组体上涂覆表面绝缘，最好是由表面绝缘构成的一端固定的套。将绝缘的绕组体插入到定子铁心里面，它由轴向相互叠摞的薄板环组成。可以通过由烤漆纸构成的表面绝缘或者通过附加地滴注浸渍树脂实现在定子中的固定配合。滴注的优点一方面是机械地固定绕组，防止由于产生的电机转矩而旋转，另一方面改善绕组排热，这使额定功率升高，但是也改善过载能力并由此导致特别结实的电机。

所述绕组体的整个绕组可以通过唯一的绞合线制成，其中绞合线在从一个相的线圈过渡到下一个相的下一线圈时保持共轭并且只有在缠绕后为了加工电机的相接头才分开。有利地使用由多个单根导线组成的绞合线，因此实现并行缠绕。通过并行缠绕在加工中几个不同的导线直径就足够了，例如对应于确定的电机参数的变化数量。

有利地可以使所述线圈的端部在缠绕期间由绕组的回环构成，而在现有技术中线圈端部通过自由的绞合线端部形成，它们必需固定和可靠地标记，用于在以后连接到一起时不会混淆接头。通过在线圈端部上优选导引出回环减少混淆线圈端部的危险。

优选使所述回环在缠绕后分开。使回环的分开只在接近这个时刻时才分开，在该时刻完成线圈电接头的加工，因此线圈端部相互间的配置对于工作者已经是一目了然的。

本发明建议一个具有绕组体的电动机，它按照上述方法中任一项特征制成。该电动机、尤其是具有空气隙绕组的整流电机是具有空气隙绕组的BLDC电机，与具有刻槽的定子和DC电机的BLDC电机相比具有一系列优点。可以实现高转速，直到50000U/min且更高，直到与电机耦联的传动器的负载极限。在高转速时只出现微小的铁损。通过其结构形式使电机达到小的电感，较高的电感导致在转速提高时更小的有效电流并且增加的电感已经在电子电路中导致强化的控制损失。通过微小的铁损和铜损使具有空气隙绕组的BLDC电机达到高的最大效率。通过低欧姆绕组在几乎整个工作范围上达到最佳的效率。绕组的形式允许高的“槽充满系数”，由此导致高的功率密度并且允许相当精细地匹配于所期望的转速。通过绕组的加工形式使电机特别适合于从约20mm至大于40mm的定子直径范围。此外对于大批量地半自动加工只需相对微少的投资费用。此外有利的是，通过在电池技术中的进一步发展并由此更小的电池内阻使具有空气隙绕组的BLDC电机的优点与具有刻槽定子的BLDC电机相比变得更加突出。

优选使用电动机、尤其是电子整流电动机，它具有空气隙绕组，其中绕组体设置在定子铁心与转子之间的空气隙里面，该电动机用于电动工具机、尤其是具有冲击的和/或旋转驱动的置入工具的电动工具机、尤其是电池驱动的电动工具机。

已知的具有空气隙绕组的电动机由于绕组体已经不能自动化并因此对于批量加工不能使用。电池驱动的电动工具由于进步的电池技术与电网驱动的器械相比赢得越来越大的意义。一方面通过电池产品覆盖更加多的应用，另一方面驱动装置功率提高，由此强烈地提高驱动装置的效率，在许多应用中达到常见的具有永磁激励的DC电机的极限。例如对于相关的产品是旋紧机、钻孔机、冲击钻和锤钻，分别都在上述的功率等级里面。角磨机和圆锯在功率需求方面相对更高。具有永磁激励的DC电机的缺陷是，例如转速在使用需求方面受到限制。原因在于整流和电机起动时退磁的危险。工作点大多位于明显降低效率的范围。电枢的热损失难以排出。在整流器上产生的损失热使可靠性变差。产品特有的机械反作用影响整流并降低使用寿命。

而所建议的电动机能够使转速提高到相同功率的DC电机的两倍。功率密度在已经存在的应用中可以倍增，或者对于相同的功率只需一半的电机体积。相应地可以减轻重量。可能必需的附加的电路可以安置在其它的、不影响结构体积的位置上。效率几乎可以在整个重要的工作范围上保持高值并且在最佳状态高于可类比的DC电机。由于高效率产生更低的必需排出的损失热。尽管提出较高的功率需求，但是可以避免使用寿命和可靠性问题，因为电动机和相关的电动工具机是特别结实和可靠的并且具有长的使用寿命。有利地减小取决于运行温度的对效率的影响和产品特有的机械反作用对电动工具机功能的影响。

本发明建议一个电动工具机、尤其是具有冲击的和/或旋转驱动的置入工具的电动工具机，该电动工具机具有带有空气隙绕组的电动机、尤其是电子整流的电动机，其中绕组体设置在定子铁心与转子之间的空气隙里面。通过由于结构形式能够达到的高转速以及由于结构形式引起的微小电感使高值电动机具有特性，它们超过其它电动机如具有刻槽定子的BLDC电机或具有永磁激励的DC电机。相应地使优选的电动工具机是结实且可靠的。

优选可以在缠绕另一个相的线圈之前，相互衔接地缠绕绕组体一个相的线圈。绕组体的绕组在缠绕技术上由连续的串联电路构成。

所述电动工具机优选是手持工具机。还优选是通过电池驱动的手持工具机。

附图说明

由下面的附图描述给出其它优点。在附图中示出本发明的实施例。附图、描述和权利要求包括大量特征组合。专业人员能够以适宜的方式单独考虑特征并且组成有意义的其它组合。附图中：

图1示出优选的绕组体，

图2示出用于绕组体的绕组示意图，具有6个线圈、2极和3相，

图3a示出绕组体的截面图，具有表明的线圈位置，

图3b示出优选电动机的纵向截面图，

图4a-4c示出常见的绕组体(图4a，4c)和优选的绕组体(图4b，4d)的不同视图，

图5示出优选的电动工具机。

具体实施方式

在附图中相同或相同功能的部件配有相同的标记符号。

图1示出用于电动机的优选绕组体100，该电动机例如由电子整流(换向)的、无碳刷的具有空气隙绕组的直流电动机(BLDC电机)构成。所述绕组体一端固定地构成并且具有类似钵形的形状，具有基本圆柱形的截段102、在一端上向内指向的绕组头106、它形成在中心敞开的底部，和向外环绕的绕组头108，它在绕组头100的另一端上形成凸起的边缘。通过电触点110可以使绕组头在运行中通电。在绕组头100的内部104在安装状态设置电动机的转子，其转子轴在绕组头100的两个端部上突出。

图2解释绕组示意图，它适用于电动机的三相(股)、双极绕组。

在三相双极绕组中对于第一相10设置两个线圈12，14，对于第二相20设置两个线圈22，24，对于第三相30设置两个线圈32，34，即总共六个线圈12，14，22，24，32，34，它们以所示的方式相互布线。在每相10，20，30上在运行中施加电相R，S，T用于供电。

图3a和3b以横截面图和侧向截面图示出优选的电动机200细节，没示出轴承座、外壳、冷却和类似部件。可以看出线圈12，14，22，24，32，34的位置，以及表明作为转子120的永久磁铁的北极N和南极S，它直接设置在转子轴122上并且位于绕组头100内部。各相10，20，30的分线圈12和14，22和24，32和34分别径向对置地设置。

转子120由转子轴122和固定在转子轴122上的永久磁铁构成，永久磁铁由整磁体、但是也可以由轴向并排的环构成并且大多由稀土-地磁材料构成，例如Nd-Fe-B合金。转子轴122是球体支承的，但是也可以设想滑动轴承。

所述绕组体100设置在定子130的径向外部的定子铁心132与转子120之间并且能够看到钵形形状，如同前面在图1中所述的那样，请参照对绕组体100细节的继续描述。定子130包括定子铁心132和绕组体100。在绕组体100的内轮廓与转子120之间设置机械的空气隙124。

优选的电动机200的特征在于微小的电感和高转速。通过绕组的加工方式使所述电动机特别适用于大范围的定子直径，从约20mm直到超过40mm并因此可以适用于许多应用场合。

所述绕组体100的一个相10，20，30的线圈12，14，22，24，32，34直接相互衔接地通过唯一的绞合线缠绕。由此改变绞合线导线在图1和2中所述的绕组体100中的位置，如同由图4a至4d中可以看到的那样。图4a从底部一侧示出常见的缠绕的绕组体100a，图4c示出在扩展的端部上具有向外敷设的绕组头108a，而图4b从绕组体底部106示出优选的绕组体100，图4d示出从绕组体扩展的端部具有向外围绕敷设的绕组头108。

按照优选的用于加工绕组体100的方法使第一相10的线圈12，14直接相互衔接地缠绕，然后直接相互衔接地缠绕第二相20的线圈22，24和第三相30的线圈32，34。绕组体100的整个绕组通过唯一的绞合线制成，其中绞合线在从第一相10的线圈12，14过渡到第二相20的线圈22，24、然后过渡到第三相30的线圈32，34时保持共轭并且在缠绕期间不分开。在此在各线圈端部上绞合线在缠绕期间由绕组的回环构成。回环只有在缠绕后才分开。

图4b和4d清楚地示出，每相10，20，30的线圈12，14，22，24，32，34分别对置。因此例如第一相10的线圈12和线圈14的最外面的圈部位形成底部向内指向的绕组头106的外侧面。在视图中这些部位分别半月形地构成。在其间可以看到第二相20的第一线圈22和第二线圈24；第三相30的线圈32，34被覆盖并不可见。相应地视图在绕组体100的另一端部上具有向外围绕的绕组头108。

最后图5以电动工具机的形式示出电池或电源驱动的优选电动工具机210，具有冲击的和/或旋转驱动的置入工具212。电动工具机210具有优选的电动机200，它具有空气隙绕组，该电动机配有绕组体100，如同前面在图1至3中所描述的那样。电动工具机210尤其可以是高要求的电动工具机210，例如工业旋紧机、电池旋紧机或电钻。

所述电动机200最好以三角电路布线。BLDC电机需要三相交流电。在电池驱动的电动工具机210中通过三相整流器实现各个电机绕组的控制。这个整流器代替永磁激励的DC电机的机械整流器。