PL169597B1

PL169597B1 - Sposób wytwarzania uzwojenia silnika elektrycznego PL

Info

Publication number: PL169597B1
Application number: PL92302773A
Authority: PL
Inventors: Emil S Mihalko
Original assignee: Faraday Energy Found
Priority date: 1991-09-13
Filing date: 1992-09-11
Publication date: 1996-08-30
Also published as: DK0694227T3; CN1072047A; ATE153808T1; SG42878A1; AU2683092A; WO1993006649A1; AU1505397A; DE69220094T2; JPH06506100A; DE69220094D1; KR100282762B1; US5197180A; EP0694227B1; CN1043449C; JP2799395B2; US5294855A; MX9205184A; ES2103970T3; RU2120174C1; TW212257B

Abstract

1. Sposób wytwarzania uzwojenia sil- nika elektrycznego, pradnicy lub alternatora w którym wokól osi nawija sie izolowany przewód i otrzymuje sie cewke, znamienny tym, ze nawija sie izolowany przewód wokól osi i tworzy sie cewke z pierwszym zespolem uzwojen oraz z drugim zespolem uzwojen, a nastepnie splaszcza sie cewke i tworzy sie plaska, dwuwarstwowa wstege z koncami pierwszym i drugim, przy czym obwodowy odcinek jednego z pierwszych zespolów uz- w ojen nakrywa odpowiadajacy mu, przeciwlegly po srednicy, odcinek obwodo- wy jednego z drugich zespolów uzwojen. F i g . 6 . PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania uzwojenia silnika elektrycznego.

Bezszczotkowe silniki prądu zmiennego (AC) i prądu stałego (DC) zwykle mają zewnętrzny stojan otaczający wewnętrzny wirnik, przy czym wirnik instalowany jest obrotowo wewnątrz stojana.

W większości silników elektrycznych stojan zaopatrzony jest w pewną liczbę regularnie rozmieszczonych promieniowych zębów wzdłuż obwodu wewnętrznego, które tworzą odpowiednią liczbę żłobków. Zęby i żłobki biegną wzdłuż całego stojana. Przez stosowanie różnych sposobów w żłobkach między zębami umieszcza się uzwojenia elektryczne biegnące od jednego końca stojana do drugiego oraz wokół zęba, po przeciwnej stronie stojana. W ten sposób uzwojenia elektryczne ustawia się dokładnie względem wirnika, tak że napięcia AC lub komutowane DC przyłożone do uzwojeń będzie indukować pole magnetyczne o znanym zadanym kierunku. Pole elektromagnetyczne jest dobrane tak, aby reagowało z magnesami stałymi lub uzwojeniami indukcyjnymi wirnika obracając wirnik w pożądanym kierunku.

Instalowanie uzwojeń elektrycznych w żłobkowanym statorze może być trudne i czasochłonne, tak że w ciągu lat opracowano dużą ilość skomplikowanej aparatury do wykonywania tej czynności. Poza trudnościami wykonawczymi, które sprawia żłobkowana konstrukcja stojana, obecność zębów, które tworzą żłobki, powoduje powstanie nieciągłości magnetycznych, które mogą wpływać na sprawność silnika. Poza tym obecność zębów ogranicza liczbę zwojów mieszczących się w krytycznym obszarze stojana, w sąsiedztwie wirnika. To również wpływa ujemnie na sprawność silnika. Jeżeli cały obszar stojana sąsiadujący z wirnikiem może być wypełniony przewodami, to sprawność silnika jest większa, a zmniejszają się straty spowodowane czynnikami takimi, jak na przykład histereza.

Znane są inne kształty uzwojeń silnika eliminujące konieczność stosowania zębów stojana i żłobków, lecz wymagają one najróżnorodniejszych specjalnych kształtów cewek, specjalizowanych maszyn uzwajających do wykonywania cewek o specjalnej geometrii lub specjalnych konstrukcji pomocniczych. Tego rodzaju struktury są kosztowne i skomplikowane w budowie. W wyniku tego, niezależnie od znanych ich wad, większość silników elektrycznych wytwarza się w dalszym ciągu w konfiguracji ze stojanem żłobkowanym.

Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania uzwojenia silnika elektrycznego, zapewniającego dużą gęstość uzwajania większą od osiąganej przy konfiguracji żłobkowej, niezawodnego i taniego.

Sposób wytwarzania uzwojenia silnika elektrycznego, prądnicy lub alternatora według wynalazku, w którym wokół osi nawija się izolowany przewód i otrzymuje się cewkę, charakteryzuje się tym, że nawija się izolowany przewód wokół osi i tworzy się cewkę z pierwszym zespołem uzwojeń oraz z drugim zespołem uzwojeń, a następnie spłaszcza się cewkę i tworzy się płaską, dwuwarstwową wstęgę z końcami pierwszym i drugim, przy czym obwodowy odcinek jednego z pierwszych zespołów uzwojeń nakrywa odpowiadający mu, przeciwległy po średnicy, odcinek obwodowy jednego z drugich zespołów uzwojeń.

Korzystnie nawija się izolowany przewód w sposób ciągły wokół trzpienia i otrzymuje się cewkę z pierwszym zespołem poszczególnych uzwojeń nawiniętych w pierwszym kierunku wokół trzpienia oraz z drugim zespołem uzwojeń nawiniętych w drugim kierunku trzpienia, przeciwnym względem kierunku pierwszego i następnie łączy się pierwszy koniec wstęgi z drugim jej końcem, tak że odcinek obwodowy innego spośród drugich zespołów uzwojeń nakrywa odpowiadający mu, przeciwległy po średnicy, odcinek obwodowy innego z pierwszych zespołów uzwojeń.

Korzystnie dodatkowo mocuje się poszczególne uzwojenia przesunięte jedno względem drugiego o skok uzwojenia dla umożliwienia zdjęcia cewki ze stanowiska nawijania.

Korzystnie mocowanie wykonuje się przez nałożenie przynajmniej jednego odcinka taśmy adhezyjnej wzdłuż zewnętrznej powierzchni cewki, poprzecznie do kierunku zwojów.

Korzystnie dodatkowo umieszcza się materiał nieprzewodzący wewnątrz cewki przed jej spłaszczaniem.

Korzystnie umieszcza się nieprzewodzący pasek korzystnie ze wzmocnionego polimeru do wnętrza cewki.

169 597

Korzystnie wstawia się wykonane uzwojenie do wnętrza zwory magnetycznej a następnie wstawia się element tulejowy do wnętrza uzwojenia, przy czym element tulejowy wyznacza przestrzeń wewnętrzną dla obrotowego zamocowania zespołu wirnika.

Korzystnie dodatkowo promieniowo rozpręża się uzwojenia z dociskaniem do zwory magnetycznej zanim wstawi się element tulejowy i powoduje się promieniowe sprasowanie uzwojenia po wstawieniu go do wnętrza zwory magnetycznej.

Korzystnie dodatkowo promieniowo rozpręża się element tulejowy z dociśnięciem go do zwory magnetycznej po wstawieniu tego elementu tulejowego do wnętrza zwory magnetycznej.

Korzystnie rozprężanie odbywa się przez wstawienie trzpienia rozprężnego do wnętrza elementu tulejowego.

Korzystnie dodatkowo termicznie utwardza się zespół stojana po wstawieniu elementu tulejowego.

Korzystnie równocześnie nawija się przynajmniej dwa izolowane przewody wokół wspólnej osi w rozsuniętych osiowo obszarach w pierwszym kierunku i tworzy się grupę przynajmniej dwóch sąsiednich bloków cewkowych, następnie osiowo przesuwa się izolowane przewody względem bloków cewkowych o odległość równą w przybliżeniu iloczynowi osiowej szerokości bloku cewkowego i pomniejszonej o jeden liczbie nawijanych przewodów, równocześnie nawija się drugą grupę sąsiednich bloków cewkowych wokół wspólnej osi w rozsuniętych osiowo obszarach w drugim kierunku nawijania przeciwnym do pierwszego kierunku nawijania, przy czym druga grupa bloków cewkowych sąsiaduje z pierwszą grupą bloków cewkowych, następnie sprasowuje się sąsiednie grupy cewkowe i tworzy się płaską dwuwarstwową wstęgę z końcami osiowymi, pierwszym i drugim oraz zwija się płaską wstęgą w uzwojenie przez połączenie końców osiowych, pierwszego i drugiego.

Korzystnie nawija się trzy przewody.

Korzystnie izolowane przewody nawija się wokół wspólnego trzpienia.

Korzystnie stosuje się trzpień o kształcie wielokątnym, dla precyzyjnego sprasowywania grup cewek.

Korzystnie stosuje się trzpień sześciokątny.

Korzystnie przed sprasowaniem równoczesne nawijanie przynajmniej dwóch izolowanych przewodów, osiowe przesuwanie i równoczesne nawijanie drugiej grupy sąsiednich bloków cewkowych powtarza się co najmniej raz i otrzymuje się więcej niż dwa sąsiednie bloki cewkowe.

Korzystnie sprasowywuje się sąsiednie grupy cewkowe tak, że odcinek obwodowy każdego z bloków cewkowych nawinięty w pierwszym kierunku uzwajania nakrywa odpowiadający, mu przeciwległy po średnicy, odcinek obwodowy innego bloku cewkowego nawijanego w drugim kierunku uzwajania, przy czym przednie odcinki obwodowe bloku cewkowego pierwszego końca i tylne odcinki obwodowe bloku cewkowego drugiego końca odsłonięte są w postaci jednowarstwowych części wstęgi na końcach osiowych, odpowiednio pierwszym i drugim, płaskiej wstęgi dwuwarstwowej.

Korzystnie łączy się pierwszy koniec osiowy z drugim osiowym, tak że przedni odcinek obwodowy bloku cewkowego pierwszego końca nakrywa tylny odcinek obwodowy bloku cewkowego drugiego końca.

Korzystnie dodatkowo mocuje się poszczególne uzwojenia w położeniach wzajemnych nawinięciu dla umożliwienia zdjęcia cewki ze stanowiska nawijania.

Korzystnie mocowanie wykonuje się przez umieszczenie przynajmniej jednego odcinka taśmy adhezyjnej wzdłuż zewnętrznej powierzchni cewki poprzecznie względem kierunku uzwojeń.

Korzystnie dodatkowo umieszcza się materiał nieprzewodzący wewnątrz cewki przed prasowaniem.

Korzystnie wstawia się nieprzewodzący pasek, korzystnie ze wzmocnionego polimeru do wnętrza cewki.

Korzystnie dodatkowo wstawia się uzwojenie do wnętrza zwory magnetycznej.

Korzystnie równocześnie nawija się dwa izolowane przewody wokół wspólnej osi w pierwszym obwodowym kierunku uzwajania i tworzy się pierwszą grupę dwóch oddzielnych

169 597 rozsuniętych osiowo bloków cewkowych, następnie osiowo przesuwa się każdy izolowany przewód względem pierwszej grupy bloków cewkowych do położenia, w którym przewody są przygotowane do nawijania drugiej grupy oddzielnych osiowo rozsuniętych bloków cewkowych w pewnym odstępie osiowym względem pierwszej grupy bloków cewkowych, po czym równocześnie nawija się przewody w drugim obwodowym kierunku uzwajania, przeciwnym do pierwszego obwodowego kierunku uzwajania i tworzy się drugą grupę bloków cewkowych, a dalej zmienia się ułożenie wszystkich bloków cewkowych i jednocześnie promieniowo sprasowuje się bloki cewkowe i tworzy się płaską dwuwarstwową wstęgę i osiowo przemieszcza się jedną warstwę wstęgi względem drugiej warstwy tej wstęgi o odległość równą osiowemu wymiarowi jednej z grup cewek oraz łączy się przeciwległe końce wstęgi z utworzeniem cylindrycznego stojana przez nałożenie części bloku cewkowego znajdujących się na jednym końcu wstęgi w pierwszej jej warstwie na części bloku cewkowego znajdujące się na przeciwległym końcu wstęgi i drugiej jej warstwie dla zapewnienia przepływu prądu w tym samym kierunku w każdym z przewodów w nałożonych na siebie warstwach każdego bloku cewkowego i wytworzenia kompatybilnego, wzmacniającego się wzajemnie pola elektromagnetycznego.

Wynalazek w przykładzie wykonania jest przedstawiony przy pomocy rysunku, na którym fig. 1 przedstawia częściowo schematyczny perspektywiczny widok silnika elektrycznego, fig. 2 przedstawia perspektywiczny widok przewodów pierwszego, drugiego i trzeciego nawiniętych wokół trzpienia, fig. 3 jest schematem izomerycznym przedstawiającym początkowe etapy uzwajania sposobem według wynalazku, fig. 3a stanowi powiększony widok boczny z częściowym wyrwaniem, cewek nawijanych na trzpieniu po zamocowaniu ich w stałych położeniach osiowych, fig. 4 stanowi widok perspektywiczny przedstawiający nawijane cewki po usunięciu trzpienia i wstawieniu wkładki, fig. 5 stanowi widok czołowy perspektywiczny nawiniętych cewek z fig. 4, fig. 6 stanowi powiększony widok z góry cewek uzwojenia z fig. 4 po ich sprawowaniu w dwuwarstwową wstęgę, fig. 7 stanowi powiększony, częściowo schematyczny, widok czołowy przedstawiający sprasowywanie w celu otrzymania płaskiej dwuwarstwowej wstęgi przedstawionej na fig. 6, fig. 8 jest częściowo schematycznym widokiem od czoła uzwojenia ilustrującym jego kształtowanie przez łączenie końców spłaszczonej, dwuwarstwowej wstęgi, fig. 9 jest częściowo schematycznym widokiem perspektywicznym ilustrującym wstawienie wykonanego uzwojenia w ukształtowaną wstępnie zworę magnetyczną, fig. 10 stanowi częściowo schematyczny widok czołowy przedstawiający uzwojenie wewnątrz zwory magnetycznej po wstawieniu w nią trzpienia rozprężnego, fig. 11 jest częściowo schematycznym fragmentarycznym widokiem perspektywicznym ilustrującym wstawienie cylindra wewnętrznego do wnętrza wykonanego uzwojenia po jego zgęszczeniu, fig. 12 stanowi częściowo schematyczny widok czołowy przedstawiający trzpień rozprężny wstawiony do cylindra wewnętrznego przed rozprężeniem tego cylindra wewnątrz zgęszczonego uzwojenia (podczas następnego prasowania zasadniczego), fig. 13 stanowi częściowo schematyczny widok przedstawiający strukturę przedstawioną na fig. 1 po rozprężeniu trzpienia rozprężnego dociskającego cylinder wewnętrzny w celu dodatkowego zagęszczenia uzwojenia, fig. 14 stanowi schematyczny widok przedstawiający nagrzewanie struktury przedstawionej na fig. 13, a fig. 15 stanowi uproszczony przekrój silnika elektrycznego z fig. 1 wzdłuż linii 15-15.

Figura 1 przedstawia silnik elektryczny 10 zawierający stały nieruchomy zespół stojana 12 oraz wirnik 14 zainstalowany obrotowo wewnątrz zespołu 12 stojana. Silnik 10 może być włączony w zespół napędowy 11 narzędzia. Zespół napędowy 11 narzędzia może być częścią dowolnego typu narzędzia napędzanego silnikiem elektrycznym. W odmianach wykonania wynalazku odnośnik liczbowy 10 może oznaczać prądnicę elektryczną lub alternator, które pod względem konstrukcyjnym są bardzo podobne do silnika elektrycznego.

Wirnik 14 połączony jest z wałem 16, stanowiącego element wyjściowy silnika elektrycznego 10. Do silnika 10 dochodzą przewody 18, 20, 22, zapewniając połączenie zespołu 12 stojana, w sposób który szczegółowo zostanie omówiony poniżej.

Rozpatrując fig. 15, która przedstawia uproszczony przekrój zespołu 12 stojana, wirnik 14 i wał 16 silnika 10 przedstawionego na fig. 1, widać, że wewnętrzny obwód stojana 12 jest otoczony uzwojeniem 24. Uzwojenie 24 jest ukształtowane cylindrycznie i cała jego grubość jest prawie całkowicie wypełniona przewodami. Należy zaznaczyć, że uzwojenie 24 jest uzwo169 597 jeniem samonośnym, w tym sensie, że do właściwego zorientowania poszczególnych jego przewodów względem wirnika 14 nie wymaga się zębów i żłobków. Specyficzna konstrukcja uzwojenia 24 i ukierunkowanie w nim przewodów są bardziej szczegółowo omówione poniżej.

Jak to widać również na fig. 15, zespół 12 stojana zawiera zworę magnetyczną 26, w którą wstawione jest uzwojenie 24. Zwora magnetyczna 26 może być wykonana albo w postaci laminowanego pierścienia, albojako zwora z proszku metalowego, którego poszczególne cząstki przewodące są izolowane względem siebie. W wykonaniu przedstawionym na fig. 15, w skład wirnika 14 wchodzą cztery stałe bieguny magnetyczne, 28, 30, 32, 34, które rozmieszczone są w odstępach co 90°C wokół obwodu i biegną wzdłuż wirnika 14. W przedstawionym wykonaniu uzwojenie 24 i wirnik 14 dostosowane są do pracy przy zasilaniu trójfazowym prądem przemiennym (AC). Wirnik 14 i uzwojenia 24 mogą być także odpowiednio zmodyfikowane i dostosowane do innych rodzajów zasilania.

Na fig. 2 do 14 przedstawiono, opisywany poniżej, korzystny sposób wytwarzania według wynalazku uzwojenia 24 i instalowania wytworzonego uzwojenia 24 we wnętrzu zwory magnetycznej 26 z utworzeniem kompletnego zespołu 12 stojana. Na fig. 2 i 3 przedstawiono pierwszy etap sposobu, obejmujący wytwarzanie zespołu 36 cewki. Poniższy opis odnosi się do nawijania rdzenia uzwojenia 24 dla trójfazowego silnika prądu przemiennego, jednak wynalazek znajduje zastosowanie również do innych konfiguracji uzwojeń.

Jak to przedstawiono na fig. 2, pierwszy przewód izolowany 38, drugi przewód izolowany 40, i trzeci przewód izolowany 42 nawija się wokół trzpienia 58. W korzystnym wykonaniu trzpień 58 ma sześciokątną powierzchnię zewnętrzną 56, ale można również stosować inne kształty wielokątne o parzystej liczbie boków, pierwszy przewód izolowany 38 ma pierwszy koniec 44 i drugi koniec 46. Drugi przewód izolowany 40 ma pierwszy koniec 48 i drugi koniec 50. Trzeci przewód izolowany 42 ma pierwszy koniec 52 i drugi koniec 54, jak to pokazano na fig. 2 i 3. Korzystne jest, jeżeli trzpień 58 jest symetryczny względem osi 60.

Jak to najlepiej widać na fig. 3, przewody izolowane, pierwszy 38, drugi 40 i trzeci 42, nawija się równocześnie wokół pierwszej końcowej części trzpienia 58 w pierwszym kierunku, wskazanym skierowanymi w dół strzałkami na fig. 3 i tworzy się odpowiednio pierwszy blok cewkowy 64, drugi blok cewkowy 66 i trzeci blok cewkowy 68. Takie nawijanie odbywa się przez obracanie trzpienia 58 lub też przez okręcanie przewodów izolowanych 38,40,42 wokół obwodu trzpienia 58. Tak więc fig. 3 przedstawia nawijanie pierwszego przewodu izolowanego 38 w kierunku zgodnym z kierunkiem ruchu wskazówek zegara wokół trzpienia 58 w celu utworzenia pierwszego bloku cewkowego 64. Drugi przewód izolowany nawija się w kierunku zgodnym z kierunkiem ruchu wskazówek zegara wokół trzpienia 58 i tworzy się drugi blok cewkowy 66. Trzeci przewód izolowany 42 nawija się w kierunku zgodnym z kierunkiem ruchu wskazówek zegara równocześnie z nawijaniem bloków cewkowych pierwszego 64 i drugiego 66 i tworzy się trzeci blok cewkowy 68. W korzystnym wykonaniu wynalazku każdy blok cewkowy 64, 66, 68 składa się z ośmiu do dwunastu zwojów przewodu izolowanego 38,40,42 nawiniętego wokół trzpienia 58. Razem pierwszy, drugi i trzeci blok cewkowy 64,66,68 tworzą pierwszą grupę 62 uzwojenia cewek.

Kiedy nawinie się pierwszą grupę 62 cewek, przewody izolowane 38, 40 42 przesuwa się wzdłuż osi 60 trzpienia 68 o odległość w przybliżeniu dwa razy większą od szerokości jednego z bloków cewkowych 64, 66, 68. Te przesunięcia osiowe trzech przewodów izolowanych 38, 40,42 przedstawiono na fig. 3 jako odpowiednio 70,72,74. Pierwsze przesunięcia 70 pierwszego przewodu izolowanego 38 w bezpośrednim sąsiedztwie ostatniego zwoju trzeciego bloku cewkowego 68, jak to pokazano na fig. 3. Pierwsze przesunięcie osiowe 72 drugiego przewodu izolowanego 40 jest odległe w przybliżeniu o szerokość jednego bloku cewkowego na zewnątrz trzpienia 58 od miejsca, gdzie kończy się pierwsze przesunięcie 70 pierwszego przewodu 38, a pierwsze przesunięcie osiowe 74 trzeciego przewodu izolowanego 42 jest odległe w przybliżeniu o szerokość dodatkowego bloku cewkowego na zewnątrz trzpienia od miejsca, gdzie kończy się przesunięcie 72 drugiego przewodu 40. Tak więc przewody izolowane 38, 40, 42 ustawione są do nawijania drugiej grupy 76 bloków cewkowych.

Drugą grupę 76 bloków cewkowych nawija się w drugim kierunku, przeciwnym do kierunku, w którym nawinęło się pierwszą grupę bloków cewkowych 62. W wykonaniu

169 :597 przedstawionym na fig. 3 drugą grupę 76 bloków cewkowych nawija się w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu wskazówek zegara, co wskazano strzałkami skierowanymi ku górze. W celu nawinięcia drugiej grupy 76 bloków cewkowych przewody izolowane, pierwszy, drugi i trzeci, 38, 40, 42, nawija się równocześnie w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu wskazówek zegara tą samą liczbą zwojów, którą nawinięto w pierwszej grupie 62 bloków cewkowych. W wyniku tego pierwszy przewód izolowany 38 utworzy czwarty blok cewkowy 78, drugi przewód izolowany 40 utworzy piąty blok cewkowy 80, a trzeci przewód izolowany 42 utworzy szósty blok cewkowy 82. Po nawinięciu bloków cewkowych 78, 80, 82, przewody izolowane 38, 40, 42 przesuwa się osiowo po raz drugi o odległość w przybliżeniu równą dwóm szerokościom bloku cewkowego, na przykład do takiego położenia przewodów 38, 40, 42, które służy do nawijania trzeciej grupy 90 bloków cewkowych. Tak więc pierwszy przewód izolowany 38 zajmuje drugie położenie osiowe 84, drugi przewód izolowany 40 zajmuje drugie położenie osiowe 86, a trzeci przewód izolowany 42 zajmuje drugie położenie osiowe 88. Po przystąpieniu do nawijania drugiej grupy bloków cewkowych przewody izolowane 38, 40, 42 nawija się w tym samym kierunku, co pierwsza grupa 62 bloków cewkowych, który jest przeciwny do kierunku, w którym nawinięta została druga grupa 76 bloków cewkowych. W przedstawionym wykonaniu trzecią grupę 90 bloków cewkowych nawija się w kierunku zgodnym z kierunkiem ruchu wskazówek zegara, jak to pokazano za pomocą skierowanych ku dołowi strzałek na fig. 3. Przewody izolowane, pierwszy, drugi i trzeci 38,40 i 42, nawija się równocześnie, tą samą liczbą zwojów, którą nawinięto pierwszą i drugą grupę 62, 66 bloków cewkowych. W wyniku tego pierwszy przewód izolowany 38 utworzony siódmy blok cewkowy 92, drugi przewód izolowany 40 utworzy ósmy blok cewkowy 94, a trzeci przewód izolowany 42 utworzy dziewiąty blok cewkowy 96.

W tym momencie izolowane 38, 40, 42 znowu równocześnie przesuwa się o odległość równą szerokości dwóch bloków cewkowych. Trzecie przesunięcie osiowe pierwszego przewodu izolowanego 38 oznaczono odnośnikiem 98 na fig. 3. Trzecie przesunięcie osiowe drugiego przewodu izolowanego 40 oznaczono odnośnikiem 100, a trzecie przesunięcie osiowe trzeciego przewodu izolowanego 42 oznaczono odnośnikiem 102 na fig. 3. Bezpośrednio po rozmieszczeniu przewodów izolowanych 38, 40, 42, nawija się czwartą grupę 104 bloków cewkowych w kierunku, który jest zgodny z kierunkiem, w którym została nawinięta druga grupa 76 bloków cewkowych. W wykonaniu przedstawionym na fig. 3 jest to nawijanie w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu wskazówek zegara, przy którym pierwszy przewód izolowany 38 utworzy dziesiąty blok cewkowy 106, drugi przewód izolowany 40 utworzy jedenasty blok cewkowy 108, a trzeci przewód izolowany 42 utworzy dwunasty blok cewkowy 110. Po nawinięciu czwartej grupy cewkowej 104 drugie końce 46, 50, 54 odpowiednich przewodów 38, 40, 42 odprowadza się z utworzonego zespołu 36 uzwojeń a później łączy się po wytworzeniu uzwojenia 24, co zostanie opisane bardziej szczegółowo poniżej.

Co się tyczy fig. 3a, 4 i 5, to kształtowanemu zespołowi 36 uzwojeń nadaje się strukturę umożliwiającą zdjęcie zespołu 76 uzwojeń z sześciokątnego trzpienia 58 bez zmiany kształtu ani wzajemnych proporcji cewek w zespole 36 uzwojeń. Korzystne jest, jeżeli konstrukcja mocująca ma postać przynajmniej dwóch pasków 114 i 118 taśmy adhezyjnej, którajest nałożona wzdłużnie względem osi trzpienia 58, wzdłuż przeciwległych powierzchni zespołu 36 uzwojeń. Jak pokazano na fig. 3a, pierwszy pasek 114 taśmy adhezyjnej nakłada się wzdłużnie na powierzchnię zespołu 36. Drugi pasek 118 nakłada się na powierzchnię zewnętrzną zespołu 36 uzwojeń przeciwległą po średnicy względem zewnętrznej powierzchni, na którą nałożono pierwszy pasek 114. W tym momencie zespół 36 uzwojeń zdejmuje się z trzpienia 58.

Po zdjęciu zespołu 36 uzwojeń z trzpienia 58 korzystnie wstawia się wkładkę 122 do wnętrza zespołu 36 uzwojeń, jak to widać na fig. 4 i 5. Wkładka 122 w najkorzystniejszym przypadku jest paskiem ze zbrojonego włóknem szklanym bakielitu B z pokryciem epoksydowym i korzystnie ma szerokość, która jest nieco mniejsza od maksymalnego odstępu między dwoma wierzchołkami sześciokątnego wewnętrznego obwodu zespołu 36 uzwojeń.

Jak widać na fig. 6 i 7, zamocowany zespół 36 uzwojeń ze znajdującą się w nim wkładką 122 następnie sprasowywuje się i tworzy się płaską dwuwarstwową wstęgę 138, z pierwszym końcem osiowym 124 utworzonym przez pierwszy blok cewkowy 64 i drugim końcem osiowym

169 597

128 utworzonym przez dwunasty blok cewkowy 110. Jak to widać najlepiej na fig. 7, płaska dwuwarstwowa wstęga 138 składa się z pierwszej warstwy 132 i drugiej warstwy 134, która jest przeciwległa do pierwszej warstwy 132. Rdzeń 136 utworzony przez wkładkę 122 znajduje się między warstwami, pierwszą i drugą, 132, 134.

Jak to można zauważyć na fig. 6, etap spłaszczania prowadzi się tak, że pierwszą warstwę 133 wstęgi 138 przemieszcza się osiowo względem drugiej warstwy 134 o taką wielkość, że przednią, jednowarstwową część 126 wstęgi 138 kształtuje się na drugim osiowym końcu 128 wstęgi 138 i że tylną jednowarstwową część wstęgi kształtuje się na pierwszym osiowym końcu 124 wstęgi 138. Korzystne jest, jeżeli przemieszczenie odbywa się o wielkość taką, że przednią jednowarstwową część 126 wstęgi na drugim osiowym końcu 128 wstęgi kształtuje się wyłącznie z przednich, w kierunku osiowym, skrajnych odcinków, czyli ramion, 106a, 108a, 110a (zwanych dalej ramionami przednimi 106a, 108a, 110a) bloków cewkowych 106, 108, 110 z utworzeniem czwartej grupy cewkowej 104, jak to widać na fig. 6 i tak, że tylnąjednowarstwową część 136 wstęgi na pierwszym osiowym końcu 128 wstęgi kształtuje się wyłącznie z tylnych, w kierunku osiowym, obwodowych odcinków ramion 64b, 66b, 68b (zwanych dalej ramionami tylnymi 64b, 66b, 68b) bloków cewkowych 64, 66, 68, z utworzeniem pierwszej grupy cewkowej 62.

W wyniku tego przednie ramiona 64a, 66a, 68a poszczególnych bloków cewkowych 64, 66, 68 w pierwszej grupie cewkowej 62 przemieszczone są o taką wielkość, że przednie ramię 64a pierwszego bloku cewkowego 64 nałoży się na tylne ramię 78b nawijanego w przeciwnym kierunku czwartego bloku cewkowego 78 a przednie ramię 66a drugiego bloku cewkowego 66 nałoży się na tylne ramię 80b nawijanego w przeciwnym kierunku piątego bloku cewkowego 80 oraz, że przednie ramię 68a trzeciego bloku cewkowego 68 nałoży się na tylne ramię 82b nawijanego w przeciwnym kierunku szóstego bloku cewkowego 82. Podobnie, przednie ramiona 78a, 80a, 82a bloków cewkowych czwartego, piątego i szóstego 78, 80, 82 grupy cewkowej przemieszczone są tak, że nakrywają tylne ramiona 92b, 94b, 96b nawiniętych w przeciwnym kierunku bloków cewkowych siódmego, ósmego i dziewiątego, odpowiednio 92, 94, 96. Tylne ramiona 92a, 94a, 96a bloków cewkowych siódmego, ósmego i dziewiątego 92, 94,96 przemieszczone są w taki sam sposób, tak że nakrywają tylne ramiona 106b, 108b, 110b nawiniętych w przeciwnym kierunku bloków cewkowych dziesiątego, jedenastego i dwunastego, odpowiednio 106, 108, 110. Jak to widać w następnym etapie montażu, opisanym w nawiązaniu do fig. 8, przednie ramiona 106a, 108a, 110a bloków cewkowych dziesiątego, jedenastego i dwunastego, 1-6,108,110 są w podobny sposób przemieszczone, tak że mogą w końcu nakryć tylne ramiona 64b, 66b, 68b, nawiniętych w przeciwnym kierunku bloków cewkowych pierwszego, drugiego i trzeciego odpowiednio 64,66,68, łącząc się z końcami pierwszym, drugim 124, 18 wstęgi 138.

W wyniku tego po połączeniu końców 124, 128 wstęgi 138, każde z przednich ramion, 64a, 78a, 92a, 106a, odprowadzone z pierwszym przewodem izolowanym 38 nakrywa tylne ramię 78b, 92b, 106b, 64b następnego kolejnego, nawiniętego w odwrotnym kierunku bloku cewkowego, który nawinięty jest również pierwszym przewodem izolowanym 38. Każde z przednich ramion 66a, 80a, 94a, 108a odprowadzone drugim przewodem izolowanym 40 nakrywa tylne ramię 80b, 94b, 108b, 66b następnego kolejnego, nawiniętego w odwrotnym kierunku bloku cewkowego, który nawinięty jest również drugim przewodem izolowanym 40. Podobnie każde z przednich ramion 68a, 82a, 96a, 110a odprowadzone trzecim przewodem izolowanym 42 nakrywa tylne ramię 82b, 96b, 110b, 68b następnego kolejnego, nawiniętego w przeciwnym kierunku bloku cewkowego, który nawinięty jest również tym przewodem. Zapewnia to, że prądy w nakrywających się ramionach bloków cewkowych płyną w tym samym kierunku i w związku z tym dają w wyniku kompatybilne, wzmacniające się wzajemnie pola elektromagnetyczne. Należy zauważyć, że następuje to niezależnie od konkretnej konstrukcji połączeniowej między drutami, zastosowanej przy uzwajaniu.

W innych wykonaniach uzwojenie wykonuje się z mniej lub więcej niż trzema przewodami izolowanymi, które oznaczono w przedstawionym korzystnym wykonaniu. W takich przypadkach liczba bloków cewkowych w konkretnej grupie uzwojenia odpowiada liczbie zastosowanych przewodów. Jest ważne aby po zagęszczeniu przednie ramię konkretnego bloku cewkowego nakrywało tylne ramię innego bloku cewkowego, który nawinięty jest tym samym

169 597 przewodem izolowanym, lecz w kierunku przeciwnym. Osiąga się to zwykle, jeżeli przednią jednowarstwową część 16 wstęgi kształtuje się z przednich ramion pierwszej grupy cewkowej w zespole uzwojenia i jeżeli tylnąjednowarstwową część 130 wstęgi tworzy się z tylnych ramion ostatniej grupy cewkowej w zespole uzwojenia.

Przedstawioną na fig. 8 płaską wstęgę 138 zwija się końcami do siebie, tak że przednia jednowarstwowa część 126 „wstęgi drugim końcem osiowym nakrywa tylną jednowarstwową część 130 wstęgi na pierwszym końcu osiowym 124. W wyniku tego powstaje uzwojenie 24 o prawie idealnym kształcie cylindrycznym.

Przedstawione na fig. 9 cylindryczne uzwojenie 24 wstawia się następnie w cylindryczną przestrzeń utworzoną przez wewnętrzną ścianę 142 wstępnie ukształtowanej zwory magnetycznej 140. Między uzwojenie 24 i wewnętrzną ścianę 142 zwory magnetycznej 140 można wstawić nasyconą epoksydem koszulkę w celu odizolowania wewnętrznej ściany 142 od uzwojenia 24.

W innym rozwiązaniu w celu otrzymania izolacji elektrycznej między zworą magnetyczną i uzwojeniem 24 wewnętrzną ścianę 142 pokrywa się proszkiem epoksydowym. Po wstawieniu uzwojenia 24 do wnętrza zwory magnetycznej 140, w przestrzeń utworzoną przez wewnętrzny obwód uzwojenia 24 wstawia się trzpień rozprężny 144, jak to pokazano na fig. 10. Trzpień rozprężny 144 następnie rozpręża się powodując dociśnięcie uzwojenia 24 do wewnętrznej ściany 142 zwory magnetycznej 140. Po dokonaniu tego rozprężania, trzpień 144 wyjmuje się, a wstawia się cylinder 146, wykonany z włókna szklanego zaprasowanego w żywicy epoksydowej, do przestrzeni utworzonej przez wewnętrzny obwód uzwojenia 24. Proces ten przedstawiono na fig. 11. Kiedy cylinder 146 zostanie wstawiony w uzwojenie 24, wstawia się ponownie trzpień rozprężny 144 w przestrzeń utworzoną przez wewnętrzną powierzchnię 148. Proces ten przedstawiono na fig. 12. W tym momencie rozpręża się trzpień rozprężny tak, aby rozciągnąć cylinder 146 i ponownie docisnąć uzwojenie 24 do wewnętrznej ściany 142 zwory magnetycznej 140. Ten drugi etap rozprężania przedstawiono na fig. 13. Kiedy zostanie wykonany, to cały zespół, łącznie z trzpieniem rozprężnym 144 i rozprężonymi ramionami 150, wstawia się do pieca 152 lub równorzędnego urządzenia nagrzewającego. W tym momencie dostarcza się ciepło w celu utwardzenia rozprężnego cylindra 146 i rdzenia 136 uzwojenia 24. Po zakończeniu tej czynności zespół 12 stojana jest gotowy do wmontowania w silnik elektryczny 10. Proces utwardzania termicznego można również przeprowadzić z wykorzystaniem elektrycznego nagrzewania rezystancyjnego.

Kiedy silnik elektryczny 10 zostanie w ten sposób wytworzony, można go zainstalować w zespole napędowym 11 narzędzia lub w dowolnym rodzaju urządzenia, w którym może być wykorzystany silnik elektryczny o dużej sprawności.

Sposób według wynalazku może być również zastosowanie do wytwarzania prądnicy elektrycznej lub alternatora, które pod względem konstrukcyjnym są bardzo podobne do silników.

Jest jednak zrozumiałe, że jeżeli nawet pewne parametry i zalety niniejszego wynalazku zostały zamieszczone w powyższym opisie wraz ze szczegółami konstrukcyjnymi i opisem działania wynalazku, to opis ma charakter tylko poglądowy i możliwe są zmiany szczegółów, zwłaszcza w zakresie kształtów wielkości i konstrukcji części, bez wychodzenia poza zasadę wynalazku w jej pełnym rozmiarze określonym ogólnym szerokim sensem terminów, w których wyrażone są załączone zastrzeżenia patentowe.

169 597

±•1 C±=l-J5.

169 597

169 597 'JS

-tŻLC ι/χ³.

/J-4.

-zrz

I—

-;ϊ&

//£

/&

/40

tr±L c

169 597

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania uzwojenia silnika elektrycznego, prądnicy lub alternatora w którym wokół osi nawija się izolowany przewód i otrzymuje się cewkę, znamienny tym, że nawija się izolowany przewód wokół osi i tworzy się cewkę z pierwszym zespołem uzwojeń oraz z drugim zespołem uzwojeń, a następnie spłaszcza się cewkę i tworzy się płaską, dwuwarstwową wstęgę z końcami pierwszym i drugim, przy czym obwodowy odcinek jednego z pierwszych zespołów uzwojeń nakrywa odpowiadający mu, przeciwległy po średnicy, odcinek obwodowy jednego z drugich zespołów uzwojeń.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nawija się izolowany przewód w sposób ciągły wokół trzpienia i otrzymuje się cewkę z pierwszym zespołem poszczególnych uzwojeń nawiniętych w pierwszym kierunku wokół trzpienia oraz z drugim zespołem uzwojeń nawiniętych w drugim kierunku wokół trzpienia, przeciwnym względem kierunku pierwszego i następnie łączy się pierwszy koniec wstęgi z drugim jej końcem, tak że odcinek obwodowy innego spośród drugich zespołów uzwojeń nakrywa odpowiadający mu, przeciwległy po średnicy, odcinek obwodowy innego z pierwszych zespołów uzwojeń.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że dodatkowo mocuje się poszczególne uzwojenia przesunięte jedno względem drugiego o skok uzwojenia dla umożliwienia zdjęcia cewki ze stanowiska nawijania.
4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że mocowanie wykonuje się przez nałożenie przynajmniej jednego odcinka taśmy adhezyjnej wzdłuż zewnętrznej powierzchni cewki, poprzecznie do kierunku zwojów.
5. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że dodatkowo umieszcza się materiał nieprzewodzący wewnątrz cewki przed jej spłaszczaniem.
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że umieszcza się nieprzewodzący pasek korzystnie ze wzmocnionego polimeru we wnętrzu cewki.
7. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że wstawia się wykonane uzwojenie do wnętrza zwory magnetycznej a następnie wstawia się element tulejowy do wnętrza uzwojenia, przy czym element tulejowy wyznacza przestrzeń wewnętrzną dla obrotowego zamocowania zespołu wirnika.
8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że dodatkowo promieniowo rozpręża się uzwojenia z dociskaniem do zwory magnetycznej zanim wstawi się element tulejowy i powoduje się promieniowe sprasowanie uzwojenia po wstawieniu go do wnętrza zwory magnetycznej.
9. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że dodatkowo promieniowo rozpręża się element tulejowy z dociśnięciem go do zwory magnetycznej po wstawieniu tego elementu tulejowego do wnętrza zwory magnetycznej.
10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że rozprężanie odbywa się przez wstawienie trzpienia rozprężnego do wnętrza elementu tulejowego.
11. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że dodatkowo termicznie utwardza się zespół stojana po wstawieniu elementu tulejowego.
12. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że równocześnie nawija się przynajmniej dwa izolowane przewody wokół wspólnej osi w rozsuniętych osiowo obszarach w pierwszym kierunku i tworzy się grupę przynajmniej dwóch sąsiednich bloków cewkowych, następnie osiowo przesuwa się izolowane przewody względem bloków cewkowych o odległość równą w przybliżeniu iloczynowi osiowej szerokości bloku cewkowego i pomniejszonej o jeden liczbie nawijanych przewodów, równocześnie nawija się drugą grupę sąsiednich bloków cewkowych wokół wspólnej osi w rozsuniętych osiowo obszarach w drugim kierunku nawijania przeciwnym do pierwszego kierunku nawijania, przy czym druga grupa bloków cewkowych sąsiaduje z pierwszą grupą bloków cewkowych, następnie sprasowuje się sąsiednie grupy cewkowe i tworzy

169 597 siępłaską dwuwarstwową wstęgą z końcami osiowymi, pierwszym i drugim oraz zwija się płaską wstęgą w uzwojeniu przez połączenie końców osiowych, pierwszego i drugiego.
13. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że nawija się trzy przewody.
14. Sposób według zastrz 12, znamienny tym, że izolowane przewody nawija się wokół wspólnego trzpienia.
15. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że stosuje się trzpień o kształcie wielokątnym, dla precyzyjnego sprasowywania grup cewek.
16. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że stosuje się trzpień sześciokątny.
17. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że przed sprasowaniem równoczesne nawijanie przynajmniej dwóch izolowanych przewodów, osiowe przesuwanie i równoczesne nawijanie drugiej grupy sąsiednich bloków cewkowych powtarza się co najmniej raz i otrzymuje się więcej niż dwa sąsiednie bloki cewkowe.
18. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że sprasowuje się sąsiednie grupy cewkowe tak, że odcinek obwodowy każdego z bloków cewkowych nawinięty w pierwszym kierunku uzwajania nakrywa odpowiadający mu, przeciwległy po średnicy, odcinek obwodowy innego bloku cewkowego nawijanego w drugim kierunku uzwajania, przy czym przednie odcinki obwodowe bloku cewkowego pierwszego końca i tylne odcinki obwodowe bloku cewkowego drugiego końca odsłonięte są w postaci jednowarstwowych części wstęgi na końcach osiowych, odpowiednio pierwszym i drugim, płaskiej wstęgi dwuwarstwowej.
19. Sposób według zastrz. 18, znamienny tym, że łączy się pierwszy koniec osiowy z drugim końcem osiowym, tak że przedni odcinek obwodowy bloku cewkowego pierwszego końca nakrywa tylny odcinek obwodowy bloku cewkowego drugiego końca.
20. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że dodatkowo mocuje się poszczególne uzwojenia w położeniach wzajemnych nawinięciu dla umożliwienia zdjęcia cewki ze stanowiska nawijania.
21. Sposób według zastrz. 20, znamienny tym, że mocowanie wykonuje się przez umieszczenie przynajmniej jednego odcinka taśmy adhezyjnej wzdłuż zewnętrznej powierzchni cewki poprzecznie względem kierunku uzwojeń.
22. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że dodatkowo umieszcza się materiał nieprzewodzący wewnątrz przed prasowaniem.
23. Sposób według zastrz. 22, znamienny tym, że wstawia się nieprzewodzący pasek, korzystnie ze wzmocnionego polimeru do wnętrza cewki.
24. Sposób według zastrz 12, znamienny tym, że dodatkowo wstawia się uzwojenie do wnętrza zwory magnetycznej.
25. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że równocześnie nawija się dwa izolowane przewody wokół wspólnej osi w pierwszym obwodowym kierunku uzwajania i tworzy się pierwszą grupę dwóch oddzielnych rozsuniętych osiowo bloków cewkowych, następnie osiowo przesuwa się każdy izolowany przewód względem pierwszej grupy bloków cewkowych do położenia, w którym przewody są przygotowywane do nawijania drugiej grupy oddzielnych osiowo rozsuniętych bloków cewkowych w pewnym odstępie osiowym względem pierwszej grupy bloków cewkowych, po czym równocześnie nawija się przewody w drugim obwodowym kierunku uzwajania, przeciwnym do pierwszego obwodowego kierunku uzwajania i tworzy się drugą grupę bloków cewkowych, a dalej zmienia się ułożenie wszystkich bloków cewkowych i jednocześnie promieniowo sprasowywuje się bloki cewkowe i tworzy się płaską dwuwarstwową wstęgę i osiowo przemieszcza się jedną warstwę wstęgi względem drugiej warstwy tej wstęgi o odległość równą osiowemu wymiarowi jednej z grup cewek oraz łączy się p^iz^^^^l^g^^ końce wstęgi z utworzeniem cylindrycznego stojana przez nałożenie części bloku cewkowego znajdujących się najednym końcu wstęgi w pierwszej jej warstwie na części bloku cewkowego znajduje się na przeciwległym końcu wstęgi i drugiej jej warstwie dla zapewnienia przepływu prądu w tym samym kierunku w każdym z przewodów w nałożonych na siebie warstwach każdego bloku cewkowego i wytworzenia kompatybilnego, wzmacniającego się wzajemnie pola elektrycznego.

169 597