專利名稱：電動機(jī)轉(zhuǎn)子及其制造方法和互鎖工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如直接起動(line-start)電動機(jī)的電動機(jī)轉(zhuǎn)子和制造該轉(zhuǎn)子的方法。特別是，本發(fā)明涉及一種具有由薄片疊層制成的芯的轉(zhuǎn)子，每個(gè)薄片包括導(dǎo)體孔和磁體孔，其與疊層中的其他薄片的對應(yīng)的孔組合，構(gòu)成導(dǎo)體槽和磁體槽，導(dǎo)體槽和磁體槽在軸向相對端面之間延伸穿過轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子還包括固定磁體槽中磁體的端板。為減少磁短路，在端板上提供有與磁體槽相通的開孔。
背景技術(shù)：
在常用的一類電動機(jī)中，定子包括繞組，在繞組中由電場產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。在定子的內(nèi)側(cè)或圓周外側(cè)，轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)地連接以在磁場作用下旋轉(zhuǎn)。這里有各種原理。在同步電動機(jī)中，轉(zhuǎn)子被磁化，或包括一套永磁體。這種類型電動機(jī)簡單可靠，并且轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度對應(yīng)于定子繞組中電場的旋轉(zhuǎn)速度。然而，在某些應(yīng)用中，同步電動機(jī)具有較差的起動特性。
在異步電動機(jī)中，轉(zhuǎn)子包括基本上縱向延伸的繞組，其在定子的軸向相對端由短路環(huán)相互連接。典型地，異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子包括由導(dǎo)磁材料(magnetically conductive material)做成的轉(zhuǎn)子芯和鼠籠，其中繞組和短路環(huán)由導(dǎo)電材料，如鋁模制成一體。轉(zhuǎn)子可以由金屬薄片疊層形成，其中每個(gè)薄片包括一個(gè)孔，每個(gè)薄片與其他薄片組合形成導(dǎo)體槽，該導(dǎo)體槽軸向延伸貫穿轉(zhuǎn)子。將薄片組合成轉(zhuǎn)子芯后，以導(dǎo)體槽作為模具，將組成繞組的導(dǎo)電棒直接模制到導(dǎo)體槽中，并且短路環(huán)和導(dǎo)電棒模制成一體。在使用中，通過在定子中產(chǎn)生的磁場將電流誘導(dǎo)到轉(zhuǎn)子的繞組中，并且由于定子繞組中的電場和轉(zhuǎn)子繞組中的電場之間的偏差，轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)。這樣的電動機(jī)有較好的起動特性，但為能持續(xù)將電場引入轉(zhuǎn)子繞組，定子電場必須不斷地相對于轉(zhuǎn)子繞組移動。因此轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度總是低于定子中電場的旋轉(zhuǎn)速度。為增加轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，直接起動電動機(jī)的轉(zhuǎn)子包括除了繞組以外的一套永磁體，因此直接起動電動機(jī)具有同步電動機(jī)和異步電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。
在制造直接起動電動機(jī)的過程中，將永磁體固定在轉(zhuǎn)子芯中是敏感的工藝。由于模制鼠籠的過程中溫度的升高可能影響甚至破壞永磁體，因此希望在鼠籠模制以后再將磁體插入其中。因此，典型的芯帶有用于磁體的槽和轉(zhuǎn)子端面上的孔。這些孔足夠大，以便模制工藝后能從該孔中插入磁體。將磁體插入磁體槽后，應(yīng)將其牢固的固定好，以避免磁體在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)過程中錯(cuò)位。為達(dá)到該目的，有些轉(zhuǎn)子包括用于封閉孔或至少減小孔大小的終端端板，以防止磁體滑出磁體槽。目前已知的電動機(jī)，端板是用傳統(tǒng)的延伸通過端板的孔直到轉(zhuǎn)子芯中的鉚釘或釘子連接起來的，其中鉚釘最后錨固在芯中，或者將端板膠合在端面上。任何情況下，將端板附著在轉(zhuǎn)子端面上都會增加制造轉(zhuǎn)子的復(fù)雜度和制造成本。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是改進(jìn)現(xiàn)有的電動機(jī)，特別是為直接起動電動機(jī)提供在轉(zhuǎn)子中加固磁體的更方便有效的方式。據(jù)此，本發(fā)明的第一方面提供在技術(shù)領(lǐng)域部分描述的轉(zhuǎn)子，其中，端板開孔比磁體孔大，并且端板與磁體槽相關(guān)以使進(jìn)入磁體槽內(nèi)的孔的第一部分能與開孔相通，且磁體槽剩下的第二部分被端板覆蓋。由于開孔至少是槽腔斷面的大小，因此與現(xiàn)有類型的端板相比，端板能防止或減少磁體短路。
端板可以包括導(dǎo)體孔，其與導(dǎo)體槽配合，以允許導(dǎo)體穿過端板的導(dǎo)體孔延伸。由于端板導(dǎo)體孔的存在，端板可以在鼠籠模制之前與轉(zhuǎn)子芯連接，在鼠籠模制之后，導(dǎo)體延伸穿過芯的槽和端板導(dǎo)體孔。因此端板可以形成轉(zhuǎn)子芯的集成部件，并且可以沒有必要將端板進(jìn)一步固定在芯上。因此，可以避免單獨(dú)的固定端板的步驟，如用鉚釘。
芯和端板可以用導(dǎo)磁材料板做成，如含鐵材料。端板可以用與其它板同樣的材料做成。而且，包括端板的形成芯的所有薄片都可以在互鎖工藝中制造并互鎖，在該工藝中，各個(gè)板逐一由薄片材料片材沖壓出來，并接著與前面制造出來的板連接在一起。這樣獲得的轉(zhuǎn)子芯包括在軸向相對的端板之間延伸的導(dǎo)體槽和磁體槽，在第一端面中，端板固定磁體防止其滑出。然而，最好在鼠籠模制以后再將磁體插入。據(jù)此，轉(zhuǎn)子芯和端板可以設(shè)置在注射成型機(jī)中，在該注射成型機(jī)中，鼠籠模制，導(dǎo)體直接模制在導(dǎo)體槽中并穿過端板導(dǎo)體孔。在成型工藝結(jié)束并且當(dāng)轉(zhuǎn)子冷卻時(shí)，從相對的第二端面將磁體插入磁體槽。隨后，封閉構(gòu)件，例如另一塊端板連接在第二端面以將磁體固定，以防止磁體從該端滑出。該另一塊端板是在成型鼠籠之后連接在轉(zhuǎn)子上的，并且為了能將其徑向適配于短路環(huán)內(nèi)側(cè)，徑向尺寸優(yōu)選比包括導(dǎo)體孔的端板小。在此實(shí)施例中，導(dǎo)體孔對于另一塊端板而言毫無意義。
如果端板由導(dǎo)磁材料做成，由端板固定的磁體槽中的磁體可能會由此短路，以致磁體形成的磁場會減弱。為了減少磁體短路，端板除了包括導(dǎo)體孔外，還可以至少包括一個(gè)開孔。開孔應(yīng)該對應(yīng)磁體槽設(shè)置，以使磁體槽第一部分能與開孔相通，且磁體槽剩下的第二部分被端板覆蓋。在一個(gè)實(shí)施例中，開孔面積比磁體槽的孔的面積大，在另一個(gè)實(shí)施例中，開孔是弧形的，如對稱設(shè)置在中心軸周圍。
磁體槽的形狀應(yīng)該與磁體的形狀精確匹配，以使其緊包住磁體。優(yōu)選地，磁體和磁體槽的形狀為矩形斷面，優(yōu)選磁體槽以一致的橫斷面尺寸和形狀通過轉(zhuǎn)子芯從第一軸向端面延伸到相對的第二軸向端面。
第二方面，本發(fā)明提供了一種制造上述本發(fā)明第一方面的轉(zhuǎn)子的互鎖工具。該工具包括用于制造包括導(dǎo)體孔和磁體孔的各個(gè)薄片的沖孔構(gòu)件，用于制造端板的沖孔構(gòu)件，疊片構(gòu)件，其適合于●堆疊該薄片，以使多個(gè)薄片的該導(dǎo)體孔和磁體孔組合，形成導(dǎo)體槽和磁體槽，其在該轉(zhuǎn)子軸向相對的第一和第二端面之間延伸，和●在薄片堆疊的一個(gè)端面定位該端板，以使磁體槽中的磁體孔第一部分能與該開孔相通，并且剩下的該磁體槽的磁體孔的第二部分被該端板覆蓋。
特別地，可以將用于制造薄片的沖孔構(gòu)件和制造端板的沖孔構(gòu)件分成沖孔構(gòu)件的部件組，其中的一組可以沖壓導(dǎo)體孔。為此目的，該組沖孔構(gòu)件可以用來制造薄片和端板，另一組沖孔構(gòu)件的部件組可以沖壓出薄片的磁體孔，并且另一組沖孔構(gòu)件的部件組可以在端板中穿開孔以減少磁體短路。
第三方面，本發(fā)明提供了制造轉(zhuǎn)子的方法，其中芯由薄片材料的互鎖板形成，其中疊層中的每個(gè)板包括導(dǎo)體孔和磁體孔以形成縱向延伸的導(dǎo)體槽和磁體槽，并且其中疊層的端板形成有對應(yīng)的導(dǎo)體孔，并且將端板作為堆疊層中第一或最后的板引入疊層，使端板導(dǎo)體孔與導(dǎo)體槽相通，以便隨后用導(dǎo)體相互連接的短路環(huán)的模制，導(dǎo)體模制成穿過導(dǎo)體槽和端板的導(dǎo)體孔。根據(jù)本方法，端板可以在互鎖工藝中形成并引入疊層，而且可以在互鎖工藝中制造芯剩余部分。
在制造芯和端板之后制造鼠籠，例如，將芯置入注射成型機(jī)模具中，在注射成型機(jī)中注入導(dǎo)電材料使兩軸向相對設(shè)置的短路環(huán)和基本上縱向延伸的導(dǎo)體形成一體。
下面，將參照附圖對本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中圖1示出根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子，圖2示出用于轉(zhuǎn)子堆疊的板的示意圖，圖3-6示出三種不同端板的實(shí)施例，和圖7-10示出另外兩種可選的端板實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖示出一個(gè)轉(zhuǎn)子1，其支撐在定子上使轉(zhuǎn)子繞中心軸2旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子包括帶軸向相對的第一和第二端面4的轉(zhuǎn)子芯3。轉(zhuǎn)子還包括連接軸向延伸繞組6的軸向相對的第一和第二短路環(huán)5。在轉(zhuǎn)子上裝有驅(qū)動軸(未示出)，驅(qū)動軸延伸穿過軸孔7，并懸掛在旋轉(zhuǎn)軸承中，以使轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)能與對應(yīng)的定子(未示出)相關(guān)聯(lián)。轉(zhuǎn)子由金屬薄片做成，金屬薄片堆疊起來形成疊層芯。每個(gè)薄片上都有孔，與其它薄片組合，形成沿軸向貫穿轉(zhuǎn)子的導(dǎo)體槽。將所有薄片組裝在一起形成轉(zhuǎn)子芯后，以導(dǎo)體槽作為模具，直接將構(gòu)成繞組的導(dǎo)電棒模制在導(dǎo)體槽中，并且模制短路環(huán)作為導(dǎo)電棒的集成部件。為增加轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子包括6個(gè)永磁體，即轉(zhuǎn)子可用于直接起動電動機(jī)。
圖2顯示轉(zhuǎn)子疊片中金屬薄片8的頂視圖，其中當(dāng)很多薄片堆疊在一起形成疊層轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)時(shí)，導(dǎo)體孔9形成導(dǎo)體槽的一部分。在兩徑向相對的位置，導(dǎo)體槽10變長變寬以形成磁通屏障。在組裝狀態(tài)下，矩形磁體孔11形成磁體槽，以便永磁體從轉(zhuǎn)子兩軸向相對端面的一面插入到孔中，以形成直接起動電動機(jī)。中心軸孔12構(gòu)成用于驅(qū)動軸的貫穿轉(zhuǎn)子的軸向延伸孔的一部分。
圖3-6為端板13，14，19的三個(gè)不同的實(shí)施例示意圖。端板形成轉(zhuǎn)子疊層的一部分，并且為一個(gè)軸向相對端面的終端。端板的作用是固定磁體槽中的磁體。為降低制造成本，端板與轉(zhuǎn)子疊層其它薄片的制造材料一樣，即導(dǎo)磁材料。這樣，可以在一個(gè)集成聯(lián)鎖工藝中，制造轉(zhuǎn)子中所有的板并連接轉(zhuǎn)子疊層。為不使磁體短路，開孔15，16定位成與磁體槽中的磁體孔相通。為固定磁體槽中的磁體，端板中的開孔與磁體槽中的磁體孔不一致(non-congruent)。在圖3中開孔15是弧狀的，它們對稱設(shè)置在端板中心17的周圍。在圖4中，同時(shí)示出了端板13與磁體槽中有矩形磁體孔11的轉(zhuǎn)子。
圖5所示是轉(zhuǎn)子端面上的端板，端板中開孔16的位置相對于磁體槽中的磁體孔而言是可見的。轉(zhuǎn)子在磁體槽中有6個(gè)矩形孔，并且端板中有4個(gè)矩形開孔，其中每個(gè)開孔的面積都比磁體槽中的大。磁體被與磁體槽相關(guān)的端板中形狀和位置不一致的開孔固定起來。
圖6所示端板19只包括兩個(gè)開孔20，21，并且開孔形狀與磁體槽的三個(gè)孔的外部輪廓相對應(yīng)。然而，開孔20，21與磁體槽孔錯(cuò)開，這樣可以固定磁體槽中的磁體。
在圖7中，端板22除了包括導(dǎo)體孔9外，只包括一個(gè)大孔23。圖8是將端板固定在轉(zhuǎn)子24上時(shí)的端板圖。大孔23的周邊覆蓋了磁體25的邊緣部分以固定轉(zhuǎn)子中的磁體。用于轉(zhuǎn)子軸的孔26不受端板影響。
在圖9中，端板包括較小主體部分27，其帶有徑向向外延伸的凸出28和用于轉(zhuǎn)子軸的孔29。在圖10中，端板固定到轉(zhuǎn)子31上，凸出28覆蓋磁體30的邊緣部分，以固定轉(zhuǎn)子中的磁體。
權(quán)利要求
1.一種電動機(jī)轉(zhuǎn)子(1)，包括芯(3)，其由薄片疊層形成，每個(gè)薄片包括導(dǎo)體孔(9)和磁體孔(11)，其與疊層中其它薄片組合，形成在轉(zhuǎn)子軸向相對的第一和第二端面之間延伸的導(dǎo)體槽和磁體槽，端板(13，14，19)，其上提供開孔(15，16，20)，其特征在于，所述開孔大于磁體孔；該端板相對于該磁體槽這樣對應(yīng)，以使磁體槽磁體孔的第一部分與該開孔相通，且該磁體槽剩下的第二部分被該端板覆蓋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子還包括鼠籠(5，6)，其包括軸向相對設(shè)置的短路環(huán)(5)，其用模制入導(dǎo)體槽中的導(dǎo)體(6)連接，其中，該端板包括導(dǎo)體孔(9)，其與導(dǎo)體槽相配合，以允許導(dǎo)體延伸穿過該端板的該導(dǎo)體孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的轉(zhuǎn)子，其中，該開孔是弧形的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)子，其中，該開孔這樣設(shè)置，使得該磁體槽中的磁體孔的所述第一部分與該開孔相通，并且該剩下的該磁體槽的磁體孔的所述第二部分被該端板覆蓋，從而，不依賴于該端板繞該中心軸(2)的取向，將磁體固定在該磁體槽中。
5.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的轉(zhuǎn)子，其中，該端板通過互鎖與該薄片連接。
6.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的轉(zhuǎn)子，其中，該薄片與該端板用同種薄片材料形成。
7.一種制造如權(quán)利要求1-6所述的轉(zhuǎn)子的互鎖工具，包括用于制造包括導(dǎo)體孔和磁體孔的各個(gè)薄片的沖孔構(gòu)件，用于制造端板的沖孔構(gòu)件，疊片構(gòu)件，其適合于●堆疊該薄片，以使多個(gè)薄片的該導(dǎo)體孔和磁體孔組合，形成導(dǎo)體槽和磁體槽，其在該轉(zhuǎn)子軸向相對的第一和第二端面之間延伸，和●在薄片堆疊的一個(gè)端面定位該端板，以使磁體槽中的磁體孔第一部分能與該開孔相通，并且剩下的該磁體槽的磁體孔的第二部分被該端板覆蓋。
8.如權(quán)利要求7所述的互鎖工具，其中，用于制造該端板的該沖孔構(gòu)件包括在該端板中形成導(dǎo)體孔的構(gòu)件，并且其中，該疊片構(gòu)件還包括連接該薄片和該端板以形成一個(gè)單體的轉(zhuǎn)子芯部件的構(gòu)件。
9.一種制造轉(zhuǎn)子的方法，其中，芯由薄片材料的互鎖板形成，其中，在疊片中的每個(gè)板包括導(dǎo)體孔和磁體孔，以形成縱向延伸的導(dǎo)體槽和磁體槽，并且其中，該疊片的端板形成有開孔，該開孔這樣定位，以使該磁體槽中的磁體孔的第一部分能與該開孔相通，并且該磁體槽剩下的第二部分被該端板覆蓋。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中該薄片和該端板在互鎖工藝中制造并堆疊形成一個(gè)單體的轉(zhuǎn)子芯部件。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電動機(jī)轉(zhuǎn)子、制造轉(zhuǎn)子芯的工具和制造轉(zhuǎn)子的方法。轉(zhuǎn)子可以結(jié)合直接起動電動機(jī)并且包括鼠籠和設(shè)置在轉(zhuǎn)子芯中的磁體。在轉(zhuǎn)子一端，磁體被帶開孔的端板固定，其中，開孔比磁體孔大并且端板與磁體槽相關(guān)以使磁體槽第一部分能與開孔相通，并且磁體槽剩下的第二部分被端板覆蓋。一方面，端板形成轉(zhuǎn)子芯的集成部件，且端板包括導(dǎo)體孔與導(dǎo)體槽結(jié)合為鼠籠導(dǎo)體形成通道。這樣，端板被鼠籠保持在完全固定的位置，且該鼠籠被直接模制在導(dǎo)體槽內(nèi)的芯上。
文檔編號H02K15/02GK1808842SQ20051013620
公開日2006年7月26日 申請日期2005年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月20日
發(fā)明者尼爾斯·C·韋勞赫, 彼得·S·安德森 申請人:丹佛斯壓縮機(jī)有限責(zé)任公司