使絕緣導(dǎo)體成形和退火的方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]絕緣導(dǎo)體一般使用在電機中。這種絕緣導(dǎo)體通常成形為線圈或繞組以獲得特定的特性，諸如響應(yīng)于通過絕緣導(dǎo)體的電流獲得磁場。為了最優(yōu)化電機的效率，有時理想的是，將盡可能多的導(dǎo)體裝填入機器內(nèi)可利用的有限容積中。因此，工業(yè)上會易于接受新的成形絕緣導(dǎo)體的方法以獲得高機器裝填密度。工業(yè)上還會易于接受在可能造成使絕緣導(dǎo)體變硬的成形過程之后保持導(dǎo)體的高傳導(dǎo)性方面的改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]提供一種成形絕緣導(dǎo)體的方法，該方法包括以下過程:成形絕緣導(dǎo)體以修改所述絕緣導(dǎo)體的橫截面形狀；將所述絕緣導(dǎo)體的至少一部分加熱到選擇的溫度范圍；將所述選擇的溫度范圍保持至少選擇的時長從而使所述導(dǎo)體退火；將所述絕緣導(dǎo)體成形為多個山墻形狀的環(huán)；以及保持所述絕緣導(dǎo)體的絕緣層的絕緣性能。
[0003]提供一種使絕緣導(dǎo)體退火的方法，該方法包括以下過程:將所述絕緣導(dǎo)體的至少一部分加熱到選擇的溫度；將所述選擇的溫度保持至少選擇的時長；以及保持所述絕緣導(dǎo)體上的絕緣層的絕緣性能。
[0004]提供一種成形絕緣導(dǎo)體的方法，該方法包括以下過程:成形所述絕緣導(dǎo)體，從而使橫截面幾何形狀變?yōu)榇笾戮匦蔚臋M截面形狀；將所述絕緣導(dǎo)體的至少一部分加熱至低于750華氏度的溫度；將所述溫度保持至少選擇的時長從而使所述導(dǎo)體退火。
【附圖說明】
[0005]下文的描述無論如何不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是限制性的。參照附圖，相同的元件編號相同:
[0006]圖1繪出了本文中公開的輥模的邊視圖；
[0007]圖2繪出了圖1的輥模的平面視圖；
[0008]圖3繪出了圖1的輥模中的凹槽的放大視圖；
[0009]圖4繪出了本文中公開的模組件的平面視圖；
[0010]圖5繪出了本文中公開的第二模組件的平面視圖；
[0011]圖6繪出了本文中公開的第三模組件的正視圖；以及
[0012]圖7繪出了本文中公開的導(dǎo)體退火機器的正視圖。
【具體實施方式】
[0013]在此參照附圖以示例性而非限制性的方式給出對所公開的裝置和方法的若干個實施方式的詳細(xì)描述。
[0014]諸如例如交流發(fā)電機之類的電機通常將一個或更多個由絕緣導(dǎo)體制成的繞組結(jié)合在其內(nèi)以產(chǎn)生用于機器的運行所需的磁場。根據(jù)特定的機器，繞組可以設(shè)置在例如定子處、轉(zhuǎn)子處或定子和轉(zhuǎn)子兩者處。例如，在繞組設(shè)置在定子處的情況下，中空的圓筒狀的定子芯體可以將多個插槽形成在其沿周向面向內(nèi)的表面中。來自導(dǎo)體繞組的多層導(dǎo)體部段定位在每個插槽內(nèi)。在其他條件都等同的情況下，導(dǎo)體填充插槽容積的百分比越大，機器的性能越好。照此，理想的是，將導(dǎo)體的橫截面形狀由圓形形狀進行更改以增大導(dǎo)體裝填到插槽中的裝填密度。與圓形橫截面形狀相比，例如矩形橫截面形狀能夠允許更高的插槽裝填密度。
[0015]參照圖1和圖2，其示出了能夠?qū)⒔^緣導(dǎo)體輥軋成形為所需的橫截面形狀的輥模10。為了使定子中的絕緣導(dǎo)體的量最大化，絕緣導(dǎo)體的所需橫截面形狀大致為矩形。然而，該絕緣導(dǎo)體可以具有諸如六邊形、橢圓形等之類的其他所需的橫截面形狀。對那些本領(lǐng)域技術(shù)人員而言周知的是，具有矩形橫截面形狀的導(dǎo)體可以有圓角。成形之前，絕緣導(dǎo)體通常會具有大致圓形的橫截面形狀。輥模10包括圓柱形本體14，該圓筒本體14帶有周向外表面18，該周向外表面18在其內(nèi)形成有凹槽22。輥模10具有鍵孔26，該鍵孔26穿過輥模10且與周向表面18同中心地定位。凹槽22具有特定的形狀，以下將參照圖3對該特定的形狀進行描述。
[0016]參照圖3，其示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的凹槽22的放大視圖。該凹槽22凹陷入周向表面18中，并且圍繞本體14的周向延伸整360度。該凹槽22包括第一表面30和第二表面34。第一表面30和第二表面34這兩個表面均光滑且平坦(在橫截面上，但在三維上實際是截頭圓錐體形(frustoconical))。在本實施方式中的第一表面30定位成相對于第二表面34成大致90度，并在兩個表面30和34的交界處定位有小的弧形邊(radius)38或其它過渡形狀。該第一表面30具有長度40并且該第二表面34具有長度44。取決于絕緣導(dǎo)體在輥軋操作完成之后所需的橫截面形狀，所述長度40和44能夠彼此相等或不相等。
[0017]為了輥軋成形絕緣導(dǎo)體的橫截面，需要兩個輥模10。所述兩個輥模10定位成使其周向表面18彼此相切，并且其凹槽22彼此軸向地對準(zhǔn)。然而，兩個輥模10定向成使得其中一個輥模10的軸向表面42 (圖1)面向的軸向方向與另一輥模10的軸向表面42面向的軸向方向相反。照此，從兩個輥模10中的一個輥模10的周向表面18徑向向外延伸的周向突出部46配合在另一個輥模10的周向表面18的徑向向內(nèi)凹陷的互補的溝道50內(nèi)。因此，搭載在對應(yīng)的溝道50內(nèi)的兩組突出部46使兩個輥模10彼此軸向地定位同時允許它們繞其各自的鍵孔26旋轉(zhuǎn)。突出部46和溝道50的軸向尺寸選擇成使得兩個輥模10的凹槽22彼此軸向地對準(zhǔn)。
[0018]輥模10中的鍵孔26允許其中一個輥模10或兩個輥模10由電動馬達(未示出)或如在現(xiàn)有技術(shù)中已知的其他驅(qū)動裝置旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動。兩個輥模10沿彼此相反的方向旋轉(zhuǎn)，從而使得細(xì)長的絕緣導(dǎo)體與兩個輥模10的摩擦接合使絕緣導(dǎo)體在兩個輥模之間被牽拉。由于兩個輥模10是反向旋轉(zhuǎn)的，從而在絕緣導(dǎo)體與輥模10之間無相對運動的情況下對穿過所述兩個輥模10的導(dǎo)體進行牽拉，導(dǎo)體上絕緣材料的完整性進而絕緣性能得以保持。由于導(dǎo)體被牽拉，因此導(dǎo)體的橫截面形狀改變從而呈現(xiàn)由對準(zhǔn)的凹槽22形成的開口的大致形狀。例如，如果表面30和表面34彼此成90度，產(chǎn)生的絕緣導(dǎo)體的橫截面的形狀將會是尺寸為長度40X長度44的矩形。照此，如果長度40和長度44相等，產(chǎn)生的橫截面形狀將會是正方形。
[0019]參照圖4，其中示出了用于將絕緣導(dǎo)體成形為正弦曲線形狀的模組件54。該模組件54能夠?qū)⒕哂薪^緣層60和導(dǎo)體部61的大致直的絕緣導(dǎo)體58成形為正弦曲線形狀62。模組件54包括一個或更多個凸模66和一個或更多個凹模70。凸模66中的一個凸模和凹模70中的一個凹模用于每個待成形的正弦曲線環(huán)68。在本實施方式中，凸模66能夠沿箭頭72的方向以來回的方式移動，而凹模70是固定的。每個凸模66在具有外半徑78的一端上具有輥子74。每個凹模70在其互補于半徑78的一端上具有半徑80。絕緣導(dǎo)體58的一部分定位在凸模66與凹模70之間。在加工中，凸模66被順序地致動,使得每個凸模66依次朝向?qū)?yīng)的凹模70移動，從而接觸絕緣導(dǎo)體58。絕緣導(dǎo)體58的超過正在成形部分的部分通過常規(guī)手段和/或通過其中一個凸模66抵靠其中一個凹模70的夾緊作用而被鎖定在適當(dāng)?shù)奈恢?。隨著附加長度的絕緣導(dǎo)體58從導(dǎo)體進給裝置82被拉入，由于每個相繼的凸模66沖擊，輥子74接合絕緣導(dǎo)體58并旋轉(zhuǎn)。每個凸模66的行程在與對應(yīng)的凹模70接觸時完成，此時，正弦曲線環(huán)68中的一個正弦曲線環(huán)完整地成形。半徑78、80基于預(yù)期的成品的環(huán)68的半徑來選擇。
[0020]輥子74的輥軋作用使摩擦最小化，并且因此使對絕緣導(dǎo)體58上的絕緣層60的損害最小化。因而，模組件54將絕緣導(dǎo)體58成形為正弦曲線形狀62，同時保持了絕緣層60的絕緣性能。然而，正弦曲線形狀62是一種中間形狀；絕緣導(dǎo)體58的最終形狀是多個山墻形狀(gable shaped)的環(huán)，所述多個山墻形狀的環(huán)中的每一個均具有可選的平面偏移(planar offset)。將絕緣導(dǎo)體58從正弦曲線形狀62改變?yōu)樯綁π螤钣玫诙＝M件來完成，接下來將描述該第二模組件。
[0021]參照圖5，其示出了用于將絕緣導(dǎo)體58成形為山墻形狀92的模組件84。模組件84包括至少一個凸模96和至少一個凹模100。凸模96中的一個凸模和凹模100中的一個凹豐旲在每個山墻環(huán)104的成形中一起使用。在本實施方式中，凸|旲96能夠沿fif頭108的方向以來回的方式移動，而凹模100是固定的。每個凸模96在一端上具有山墻尖角112，并且每個凹模100在其一端上具有互補于山墻尖角112的凹陷部116。將正弦曲線形狀件62的絕緣導(dǎo)體58定位在模組件84內(nèi)，使得每個正弦曲線環(huán)68在凸模96與凹模100之間對準(zhǔn)。凸模96然后被致動使得其朝向?qū)?yīng)的凹模100移動，從而將每個環(huán)的正弦曲線形狀62改變?yōu)樯綁π螤?2。與模組件54不同的是，由于絕緣導(dǎo)體58不相對于凸模96移動，因此，無需以特定的次序致動模組件84的凸模96。類似地，模組件中的用來在導(dǎo)體58上形成平面偏移的模具不需要以特定的次序來控制。
[0022]參照圖6，其中示出了用于在絕緣導(dǎo)體58上成形可選的平面偏移卷曲部128的可選擇的第三模組件124。模組件124具有至少一個第一模132和至少一個第二模136。在本實施方式中，第一模132沿箭頭140的方向以上下的方式移動，而第二模136是固定的。模組件124在絕緣導(dǎo)體58上成形平面偏移卷曲部128。該偏移卷曲部128允許導(dǎo)體58更有效地裝填進例如具有徑向向內(nèi)開口的插槽的中空的圓筒狀芯體的定子(未示出)中。
[0023]能夠給這三個模組件54、84以及124供給為一個連續(xù)件的絕緣導(dǎo)體58，例如，該絕緣導(dǎo)體58在通過模組件54、84以及124中的每一者而進行處理之前和之后被圍繞線軸纏繞。替代性地，能夠給所述三個模組件54、84以及124供給絕緣導(dǎo)體58的部分，這些部分在被供給到每個模組件54、84以及124之前已被切割成選擇的長度。
[0024]無論絕緣導(dǎo)體58是一個長的工件還是被切割成更小的部分，理想的是，在安裝到電機中之前，對導(dǎo)體58進行退火。退火降低了在導(dǎo)體58中已經(jīng)發(fā)生的加工硬化的水平。諸如例如銅之類的用作電導(dǎo)體的金屬由于應(yīng)力的施加而變得被加工硬化，這導(dǎo)致金屬的永久變形。持續(xù)使這種已經(jīng)達到其加工硬化的最大水平的導(dǎo)體變形會引起金屬的折斷或斷裂，從而致使其不合格到不能在電機中使用的程度。加工硬化還引起金屬的電阻率增加，由于其對電機的效率和性能具有不利的影響，因