DE2821740B2

DE2821740B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Verdichten einer zylindrischen Wicklung eines eisenlosen Läufers einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE2821740B2
Application number: DE2821740A
Authority: DE
Inventors: Yoshimitsu Settsu Nakamura
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1977-05-18
Filing date: 1978-05-18
Publication date: 1981-06-19
Also published as: DE2821740C3; NL7805222A; FR2391587A1; US4373256A; GB1586426A; FR2391587B1; HK16485A; US4236295A; JPS53142603A; JPS6142494B2; NL178737C; DE2821740A1

Description

50

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verdichten einer zylindrischen Wicklung eines eisenlosen Läufers einer elektrischen Maschine, bei dem zwischen einem radial innerhalb der Wicklung angeordneten Dorn und einer radial außerhalb der Wicklung angeordneten Außenform wiederholt Druckkräfte auf die Wicklung ausgeübt werden, sowie auf eine Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens (DE-AS 21 466).

Das Verdichten einer zylindrischen Wicklung eines eisenlosen Läufers einer elektrischen Maschine wird hauptsächlich zu dem Zweck durchgeführt, einen verbesserten Wirkungsgrad hinsichtlich der erreichbaren magnetischen Kraftflußdichte für die mittels eines Spulenwicklers konventionell gewickelte Wicklung zu erhalten. Weiterhin zielt ein solcher Verdichtungsvorgang darauf ab, mit den dabei zwangsläufig stattfindenden Verformungen der einzelnen Drahtwindungen der Wicklung zu einem unrunden oder vieleckigen Querschnitt, der die einzelnen Windungen unter Ausschluß von Luftzwischenräumen entsprechend enger aneinander anlegen läßt, eine entsprechend stärkere Verringerung der radialen Dicke der Wicklung zu erreichen, womit dann der in bezug auf den Eisenrückschlußteil in solchen elektrischen Maschinen geschaffene Arbeitsluftspalt entsprechend enger toleriert werden kann und es somit dann möglich ist, die gesamte Baugröße der Maschine zu verkleinern. Solche dünnwandigen Wicklungen ergeben außerdem eine wesentlich verbesserte Wärmeabfuhr, was beispielsweise für die Kleinstmaschinen sehr wichtig ist, die in elektrischen Trockenrasiergeräten verwendet werden.

Aus der DE-AS 10 21466 ist für eine dabei angestrebte Herstellung einer in ihrer Gesamtheit glockenförmigen Wicklung bekannt, zunächst zylindrisch gewickelte Fiachspulen zu etwa rechteckigen Rahmen so zu verformen, daß sich die Flachspulen an den Rahmenlängsseiten in eine Kreisform legen, um so aus mehreren derart verformten Rahmen die Zylinderbzw. Glockenform der Wicklung zu erhalten. Beim Aneinanderfügen der einzelnen Rahmen wird dabei eine erste Verdichtung der Wicklung durchgeführt, die nachfolgend zur Erzielung der Fertigmaße der Wicklung bei entsprechend höheren Druckkräften mittels einer oder entsprechend mehreren Vorrichtungen ein- oder mehrfach wiederholt wird, wobei jede dieser Vorrichtungen eine feststehende Bodenplatte zum Verschließen des einen axialen Endes der Axialbohrung einer ungeteilten Außenform umfaßt, über deren anderes offenes Ende die auf einen Dorn der Vorrichtung aufgeschobene Wicklung bis zum Anschlag an die Bodenplatte vorgeschoben wird. Die Durchmesser des im übrigen mit einem entsprechenden Anschlagbund versehenen Domes einerseits und der Axialbohrung der Außenform andererseits sind dabei so aufeinander abgestimmt, daß bei dem letzten Verdichtungsvorgang die zwischen dem Dorn und der Außenform resp. der Bodenplatte sowohl in radialer als auch in axialer Richtung wirkenden Druckkräfte das gewünschte Fertigmaß der Wicklung ergeben. Aus der DE-AS 14 89 900 ist es für einen damit im Prinzip gleichen Aufbau derartiger Vorrichtungen zum Verdichten einer zylindrischen Wicklung bekannt, noch zusätzlich ein elastisches Druckkissen in einer auf den Dorn aufgeschobenen Anordnung innerhalb der Axialbohrung der auch dabei ungeteilten Außenform vorzusehen und über dieses elastische Druckkissen die Druckkräfte mittels eines in der Achse des Domes verschiebbaren Stempels auf die Wicklung auszuüben. An diesen vorbekannten Formen des Verdichtens einer zylindrischen Wicklung ist nachteilig, daß es auf Grund von deren eigenelastischem Verhalten vergleichsweise sehr schwierig ist, eine enger tolerierte Zylinderform der Wicklung mit nur wenigen aufeinanderfolgenden Stufen der Verdichtung zu erhalten, und daß für jede Stufe einer Verdichtung eine separate Vorrichtung bereitgestellt werden muß, um zur Überwindung dieses eigenelastischen Verhaltens der Wicklung dessen progressiven Abbau mit einer entsprechend allmählich ablaufenden Verringerung der Wanddicke zu erreichen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Verdichten einer zylindrischen Wicklung eines eisenlosen Läufers einer elektrischen Maschine sowie eine Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens bereitzustellen, womit es insbesondere für

die Verhältnisse von Kleinstmaschinen möglich ist, auf wirtschaftlichere Art und Weise das auf engere Toleranzen begrenzte Fertigmaß der fertigen Wicklung zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art zur Ausbildung der Druckkräfte der Durchmesser des Dorns und/oder der Außenform veränderbar ist und vor jeder neuen Druckeinwirkung auf die Wicklung deren Relativlage zu dem Dorn und der Außenform geändert wird.

Eine Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens kann nach der Erfindung mehrere Ausbildungen erfahren. So kann beispielsweise gemäß einem Aspekt der Erfindung der Dorn und/oder die Außenform mehrteilig ausgebildet sein, wobei dann der Dorn und die Außenform so dimensioniert sind, daß im drucklosen Zustand der Dorn und die Außenform ein Spiel gegenüber der Wicklung aufweisen.

Gemäß einer anderen Ausbildung kann auer auch die Außenform sich aus einer Matrize und einem darin angeordneten elastischen Druckkissen zusammensetzen, für dessen Verformung ein in der Achse des Dorns verschiebbarer Stempel vorgesehen ist Dabei kann es dann für zweckmäßig angesehen werden, daß der Dorn einen vergrößerten Kopfteil aufweist, durch dessen axiale Bewegung relativ zu der Matrize auf die Wicklung axiale Druckkräfte ausgeübt werden. Der Kopfteil kann dabei ein von dem Dorn getrenntes und an dem Stempel federnd abgestütztes Bauteil sein.

Gemäß einer weiteren Alternative einer derartigen Vorrichtung kann auch die Außenform sich aus einer mehrteiligen Matrize und einer drehbaren Bodenplatte zusammensetzen, oder es kann der Dorn durch ein elastisches Druckkissen gebildet sein, für dessen Verformung in radialer Richtung auf die Innenfläche der Wicklung zu ein in der Achse des Dorns verschiebbarer Stempel vorgesehen ist

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt einer elektrischen Maschine, die mit einer nach der Erfindung verdichteten zylindrischen Wicklung ihres eisenlosen Läufers versehen ist,

F i g. 2 eine Perspektivansicht des eisenlosen Läufers der elektrischen Maschine gemäß F i g. 1,

F i g. 3 eine Perspektivansicht des eisenlosen Läufers dieser elektrischen Maschine,

F i g. 4 einen Teilquerschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung, mittels welcher die Wicklung gemäß F i g. 3 verdichtet werden kann,

F i g. 5 eine der F i g. 3 entsprechende Perspektivansicht der Wicklung, nachdem sie mit der in F i g. 4 gezeigten Vorrichtung verdichtet worden ist,

F i g. 6 einen Querschnitt der Wicklung gemä3 F i g. 5, wobei gleichzeitig die eingekreiste Einzelheit des Querschnitts in vergrößertem Maßstab dargestellt ist,

F i g. 7 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung gemäß einer alternativen Ausbildungsform, mittels welcher die Wicklung gemäß F i g. 3 verdichtet werden kann und

F i g. 8 einen Längsschnitt einer Vorrichtung gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform, mittels welcher ebenfalls die Wicklung gemäß F i g. 3 verdichtet werden kann.

Die elektrische Maschine gemäß den F i g. 1 und 2 umfaßt ein Eisenrückschlußteil 1, das einen Dauermagneten 2 aufnimmt, der mittels eines an seinem Boden festgeklemmten Isolierstückes 3 gehalten wird. Das Isolierstück 3 weist zwei Lager 4 für die Welle 5 des eisenlosen Läufers der Maschine auf, deren zylindrische Wicklung 6 in dem zwischen dem Eisenrückschlußteil 1 und dem Dauermagneten 2 geschaffenen Arbeitsluftspalt angeordnet und an einem an der Welle 5 befestigten Isolierstück 7 angeordnet ist Auf dem Isolierstück 7 liegen mehrere, durch radial ausgerichtete Zwischenräume voneinander getrennte Kollektorsegmente 8 auf, die mit dem abisolierten oberen Rand der Wicklung 6 in stromleitender Berührung gehalten sind und an denen zwei Kotaktbürsten 9 anliegen, die für ihren Stromanschluß über ein Deckelteil 10 des Eisenrückschlußteils 1 nach außen vorstehen.

Die zylindrische Wicklung 6 wird beispielsweise aus einem mit einer Isolierbeschichtung versehenen Kupferdraht mittels eines Spulenwicklers in konventioneller Weise in zwei Lagen so gewickelt daß mit einer zur Achse der Wicklung schräg ausgerichteten Wicklungsrichtung etwa dreieckförmige Leiterfelder gebildet werden. Die von dem Spulenwickler erhalten fertige Wicklung 11 hat eine frei tragende Zylinderform und zeichnet sich darin aus, daß bei ihr die einzelnen Windungen noch ziemlich lose aneinander liegen und praktisch nur eine Linienberührung der isolierenden Ummantelung des Kupferdrahtes aufweisen, so daß wegen der zwischen den Windungen vorhandenen Luftzwischenräume die gesamte Wicklung 11 entsprechend voluminös ist. Eine solche voluminöse Wicklung

11 kann mithin nicht ohne weiteres für eine Kleinstmaschine der in den F i g. 1 und 2 gezeigten Art verwendet werden, weil sie eine zu große Dimensionierung des Arbeitsluftspaltes zwischen dem Eisenrückschlußteil 1 und dem Dauermagneten 2 erfordern würde, womit die Maschine einen schlechten Wirkungsgrad erhält. Die Wicklung 11 wird daher beispielsweise mittels der in F i g. 4 im Querschnitt gezeigten Vorrichtung verdichtet, die einen gegenüber dem Innendurchmesser der Wicklung 11 etwas kleineren Dorn 12 und eine wenigstens zweiteilige Außenform 13 umfaßt, deren beide Teile etwa halbzylindrische Auswölbungen 13a aufweisen, die sich zu einem gegenüber dem Außendurchmesser der Wicklung 11 etwas größeren Durchmesser ergänzen, so daß im drucklosen Zustand dieser Außenform 13 zwischen diesen halbzylindrischen Auswölbungen 13a und dem Dorn 12 ein so großer Zwischenraum besteht, daß die Wicklung 11 in diesen Zwischenraum mit einem entsprechenden Spiel gegenüber dem Dorn 12 einerseits und den beiden Teilen der Außenform 13 andererseits eingesetzt werden kann. Zum Verdichten der Wicklung werden dann die beiden Teile der Außenform 13 gegeneinander geschlossen, wobei die Wicklung 11 durch die halbzylinderischen Auswölbungen 13a gegen die Mantelfläche des Domes

12 angedrückt wird und es somit auf Grund der in Richtung der in Fig.4 gezeigten Pfeile wirkenden Druckkräfte, die im wesentlichen radial ausgerichtet sind, zu dem Verdichten der Wicklung komait. Dieses Verdichten der Wicklung 11 wird mehrfach wiederholt, und zwar derart daß vor jeder neuen Druckeinwirkung auf die Wicklung deren Relativlage zu dem Dorn 12 und der Außenform 13 geändert wird. Indem folglich die wiederholten Druckeinwirkungen auf die Wicklung 11 aus ständig anderen Richtungen wirksam sind und dabei die Deiden Teile der Außenform 13 eine stetige Annäherung an das Fertigmaß des Außendurchmessers der Wicklung 11 erfahren, deren Innendurchmesser sein Fertigmaß durch den Dorn 12 erhält, erfahren die

einzelnen Windungen der Wicklung 11 fortschreitend eine ziemlich gleichmäßige Verformung über den gesamten Querschnitt der Wicklung 11, so daß die am r.nde der Verdichtung erhaltene Wicklung eine ziemlich formstabile Zylinderform aufweist, die ausweislich der F i g. 5 und 6 so dimensioniert ist, daß sie dann ohne weiteres die Einbauverhältnisse der elektrischen Maschine gemäß den F i g. 1 und 2 erfüllen kann. Aus der in Fig. 6 gezeigten Einzelheit des Querschnitts dieser fertigen Wicklung 11 ist dabei gleichzeitig ersichtlich, wie die einzelnen Windungen der Wicklung ohne irgendwelche Luftzwischenräume zu einem vieleckigen Querschnitt verformt und dabei so eng aneinander gelegt sind, daß für die fertige Wicklung eine Wanddicke von nur beispielsweise 0,7 mm erhalten ist im Vergleich zu einer anfänglichen Wanddicke von 1,1 mm der Wicklung, bevor diese dem Verdichten durch solche wiederholt auf sie ausgeübten Druckkräfte mittels der Vorrichtung gemäß F i g. 4 unterworfen wurde. Bevor die fertig verdichtete Wicklung in die Maschine gemäß den F i g. 1 und 2 eingebaut werden kann, muß sie noch an ihrem einen Rand abisoliert werden, um die stromleitende Berührung mit den einzelnen Kollektorsegmenten 8 zu erhalten.

Die Ausübung der wechselnden Druckkräfte auf die Wicklung 11 mittels der Vorrichtung gemäß F i g. 4 kann beispielsweise dadurch noch effektiver gestaltet werden, daß die Außenform 13 nicht nur in zwei sondern in eine viel größere Zahl von Teilen unterteilt wird, damit beim Schließen einer solchen mehrteiligen Außenform an jedem einzelnen Formteil genau radial ausgerichtete Druckkräfte auf einen entsprechenden Teilbereich der Wicklung ausgeübt werden. Auch der Dorn 12 kann in entsprechender Weise aus mehreren Teilen ausgebildet werden, die dann beim eigentlichen Verdichtungsvorgang eine gleichmäßige Spreizung erfahren und somit aktive Druckkräfte gegen die Innenwand der Wicklung 11 ausüben, die den gleichartig aktiven Druckkräften der einzelnen Formteile der Außenform 13 entgegen wirken.

Eine andere Ausführungsform der Vorrichtung ist in F ι g. 7 gezeigt und umfaßt in diesem Fall einen dem Dorn 12 vergleichbaren Dorn 14 sowie eine Matrize 17, in der ein beispielsweise aus Urethangummi bestehendes elastisches Druckkissen 16 angeordnet ist, das durch einen in der Achse des Dorns 14 verschiebbaren Stempel 19 verformt werden kann. Der Dorn 14 weist einen vergrößerten Kopfteil 18 auf, der ein von dem Dorn getrenntes und an dem Stempel 19 federnd abgestütztes Bauteil ist und durch welchen folglich erreicht werden kann, daß beim Verschieben des Stempels 19 auf die Wicklung 11 nicht nur radiale Druckkräfte infolge der dabei stattfindenden Verformung des elastischen Druckkissens 16 sondern zusätzlich auch noch axiale Druckkräfte ausgeübt werden. Die bei der Verformung des elastischen Druckkissens 16 auf die Wicklung 11 in radialer Richtung einwirkenden Druckkräfte sind in Fig. 7 mit Pfeilen verdeutlicht und leiten sich daraus ab, daß der in axialer Richtung wirksame Druck des Stempels 19 durch die geschlossene Innenwand 15 der Matrize 17 bei der durch ihn

κι ausgelösten Verformung des elastischen Druckkissens 16 eine solche Aufteilung in diese radialen Druckkräfte erfährt. Für eine alternative Ausführungsform dieser Vorrichtung kann auch vorgesehen sein, daß der Kopfteil 18 mit dem Dorn 14 fest verbunden ist und zur Ausübung auch axialer Druckkräfte auf die Wicklung 11 der Dorn dabei dann in axialer Richtung relativ zu der Matrize 17 bewegt wird. Für eine andere Ausführungsform dieser Vorrichtung kann schließlich auch vorgesehen sein, anstelle eines starren Domes einen durch ein elastisches Druckkissen gebildeten Dorn zu verwenden, wobei dann für dessen Verformung in radialer Richtung auf die Innenfläche der Wicklung 11 zu ein in der Achse des Dorns verschiebbarer Stempel vorzusehen wäre, um so im Zusammenwirken mit der Matrize 17 eine zu dem elastischen Druckkissen 16 lediglich in der radial entgegengesetzten Richtung wirkende Verdichtung der Wicklung zu erhalten. Auch mit einer derart abgewandelten Ausführungsform dieser Vorrichtung können selbstverständlich Maßnahmen ergriffen werden, die noch zusätzlich axiale Druckkräfte auf die Wicklung 11 ausüben lassen, um eine entsprechend formstabile Zylinderform für die fertige Wicklung zu erhalten.

Die in F i g. 8 noch gezeigte Ausführungsform einer derartigen Vorrichtung zum Verdichten der zylindrisehen Wicklung umfaßt eine aus einer mehrteiligen Matrize 13' gebildete Außenform und eine drehbare Bodenplatte 20, die eine Bohrung 20' zur Zentrierung des mit einem Ringbund 12' versehenen Domes 12 aufweist. Die drehbare Bodenplatte 20 kann dabei für die Änderung der Relativlage der Wicklung relativ zu dem Dorn 12 und zu der Matrize 13' vor jeder neuen Druckeinwirkung auf die Wicklung benutzt werden, und außerdem ist es damit möglich, an dieser drehbaren Bodenplatte 20 beispielsweise eine Verzahnung auszubilden, die es erlaubt, nach der beendeten Verdichtung der Wicklung 11 im dann noch gegen den Dorn 12 geschlossenen Zustand der Matrize 13' den mit der Bodenplatte in Berührung gehaltenen Rand der Wicklung 11 mit einer Relativdrehung der Bodenplatte abzuisolieren, so daß für dieses Abisolieren nicht nochmals ein besonderer Verfahrensschritt erforderlich wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verdichten einer zylindrischen Wicklung eines eisenlosen Läufers einer elektrischen Maschine, bei dem zwischen einem radial innerhalb der Wicklung angeordneten Dorn und einer radial außerhalb der Wicklung angeordneten Außenform wiederholt Druckkräfte auf die Wicklung ausgeübt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausübung der Druckkräfte der Durchmesser des Doms und/oder der Außenform veränderbar ist und vor jeder neuen Druckeinwirkung auf die Wicklung deren Relativlage zu dem Dorn und der Außenform geändert wird.

2. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (12) und/oder die Außenform (13) mehrteilig ausgebildet sind und im drucklosen Zustand der Dorn (12) und die Außenform (13) ein Spiel gegenüber der Wicklung (11) aufweisen.

3. Vorrichtung nach Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenform sich aus einer Matrize (17) und einem darin angeordneten elastischen Druckkissen (16) zusammensetzt, für dessen Verformung ein in der Achse des Dorns (14) verschiebbarer Stempel (19) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (14) einen vergrößerten Kopfteil (18) aufweist, durch dessei. axiale Bewegung relativ zu der Matrize (17) auf die Wicklung (11) axiale Druckkräfte ausgeübt werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfteil (13) ein von dem Dorn (14) getrenntes und an dem Stempel (19) federnd abgestütztes Bauteil ist.

6. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenform sich aus einer mehrieiligen Matrize (13') und einer drehbaren Bodenplatte (20) zusammensetzt.

7. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn durch ein elastisches Druckkissen gebildet ist, für dessen Verformung in radialer Richtung auf die Innenfläche der Wicklung zu ein in der Achse des Dorns verschiebbarer Stempel vorgesehen ist.