CN101192764B - 电机的叠片式铁芯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电机的叠片式铁芯,其可以尽可能地降低挤缝产生的铁损,它包括:定子铁芯,通过层压多个定子铁芯薄片而成,定子铁芯薄片在其内周侧沿着圆周方向以固定间隔设置有多个磁极,它们向着中心方向突出;和转子铁芯,与定子铁芯同心地布置于定子铁芯的轴线上,并且通过层压多个圆盘形的转子铁芯薄片而成,定子铁芯和转子铁芯分别通过将多个薄片彼此挤缝而固定。其中,定子铁芯薄片的挤缝凹凸部的中心设置于最小圆圈的外面,所述最小圆圈的半径是从定子铁芯薄片的中心到其最短边线外缘的距离,转子铁芯薄片的挤缝凹凸部的中心设置于一个圆圈部分的里面,所述圆圈部分离转子铁芯薄片外缘的距离大于从定子铁芯薄片的边线外缘到其槽部的宽度。

Description

电机的叠片式铁芯
技术领域
本发明涉及一种电机的叠片式铁芯。
背景技术
在形成电机的叠片式铁芯结构的时候,通常采用一种被称为挤缝(caulking)的方法,该方法用于层压并且固定通过冲裁硅钢片等获得的薄铁片,在该方法中,通过称为压花的制造方法在所述铁片的一部分中形成凹凸部,并且凹凸部彼此配合。
在挤缝的固定过程中,凹凸部会对磁通的通过产生阻碍,因此会打乱整个磁路的磁平衡,所以对电机特性产生负面影响。于是已提出了解决这个问题的一些办法。
图6和图7表示了步进电机的传统叠片式铁芯结构。图6表示了用于步进电机的定子铁芯的定子铁片100,图7表示了用于步进电机的转子铁芯的转子铁片105(参见日本特开2001-292541号公报,其公开了一种相关现有技术)。
对于定子铁片100,其材料采用电工钢片。定子铁片100设置有多个(图示的例子中为八个)磁极101,磁极101在基本上为正方形的铁片的内周侧沿着圆周方向以固定间隔布置,并向着中心方向突出。在磁极101的根部设置有缠绕定子线圈的桥接部101a,并且在磁极101之间设置有供定子线圈穿过的槽101b。在定子铁片100的四个角上设置有装配螺孔102,并且在装配螺孔102的两侧的部分中设置有挤缝凹凸部103。而且,磁极101的桥接部101a上也设置有挤缝凹凸部104。
转子铁片105设置有多个挤缝凹凸部106,挤缝凹凸部106在圆盘形铁片的外周缘部分中沿着圆周方向以固定间隔布置。
根据该现有技术,定子铁片100通过如下方式装配成一体,即,将定子铁片100彼此重叠并且层压,从而使挤缝凹凸部103和挤缝凹凸部 104分别彼此对齐,将挤缝凹凸部103和挤缝凹凸部104彼此挤压在一起,由此定子铁芯就制造完成。转子铁片105也是通过重叠并且层压挤缝凹凸部106并且通过将挤缝凹凸部106彼此挤压在一起而装配成一体,由此转子铁芯制造而成。
该现有技术中的挤缝凹凸部103的直径为1mm或者更小,挤缝凹凸部104的直径为0.8mm或者更小。而且,转子铁片105的挤缝凹凸部106的直径为0.81mm或者更小。
挤缝凹凸部103的凸起部分的高度设定为铁片厚度的70%左右。
在日本特开2001-292541号公报中,用于压花的凹模和凸模之间的中心位移设定为3μm或者更小。因此,当通过将挤缝凹凸部103、104和106彼此配合而将定子铁片100和转子铁片105层压的时候,消除了凹凸部配合部分中发生摩擦的可能性,因此薄钢片彼此可以很紧密地接触。
故此提出了通过计算挤缝部的形状和大小获得低损耗的叠片式铁芯的方法。
如图8所示,混合式步进电机的磁路X通常如箭头所示构成。因此,在日本特开2001-292541号公报的技术中,挤缝凹凸部形成于磁路X内的中间部分,因此挤缝凹凸部仍然存在磁阻,所以造成铁损。
而且,混合式步进电机的转子通常制造为:在两个转子铁芯之间固定有永磁体,所述永磁体可以采用稀土磁铁等。因此,在混合式步进电机中,转子铁芯的铁材料的数量大大少于定子铁芯的。
由于这个原因,认为由转子铁芯的挤缝所引起的磁特性下降而产生的电机损耗(铁损)相当地小。因此,转子铁芯的挤缝位置到目前还没有给予充分的研究。
发明内容
为了解决上述问题,本发明的目的是提供一种电机的叠片式铁芯结构,尽可能地降低由挤缝所产生的铁损。
为了实现上述目的,本发明提供了一种电机的叠片式铁芯结构,其包括:定子铁芯,所述定子铁芯是通过层压多个定子铁芯薄片而成,所述定子铁芯薄片在其内周侧沿着圆周方向以固定间隔设置有多个磁极,这些磁极向着中心方向突出;和转子铁芯,其与所述定子铁芯同心地布置于所述定子铁芯的轴线上,并且是通过层压多个圆盘形的转子铁芯薄片而成,所述定子铁芯和所述转子铁芯分别通过将多个薄片彼此挤缝而固定,其特征在于,所述定子铁芯薄片的挤缝凹凸部的中心设置在最小圆圈的外面,所述最小圆圈的半径是从所述定子铁芯薄片的中心到其最短边线外缘的距离,并且所述转子铁芯薄片的挤缝凹凸部的中心设置在所述转子铁芯薄片的外缘内的一个圆圈部分里面,所述圆圈部分离所述转子铁芯薄片的外缘的距离大于从所述定子铁芯薄片的边线外缘到其槽部的宽度。
而且,根据本发明,所述定子铁芯的外形基本上为正方形,并且所述定子铁芯薄片的挤缝凹凸部的中心设置于在所述定子铁芯薄片的四个角上所形成的装配螺孔和所述定子铁芯薄片的角外缘之间。
根据本发明的第一方案,因为所述定子铁芯薄片的挤缝凹凸部的中心设置于最小圆圈的外面,所述最小圆圈的半径是从所述定子铁芯薄片的中心到其最短边线外缘的距离,而且所述转子铁芯薄片的挤缝凹凸部的中心设置于所述转子铁芯薄片的外缘内的一个圆圈部分的里面,所述圆圈部分离所述转子铁芯薄片的外缘的距离大于从所述定子铁芯薄片的边线外缘到其槽部的宽度,所述定子铁芯和所述转子铁芯的挤缝位置都不处于主磁路上,因此由挤缝所造成的铁损就能受到尽可能的抑制。
根据本发明的第二个方案,因为所述定子铁芯薄片的挤缝凹凸部的中心设置于在所述定子铁芯薄片的四个角上所形成的装配螺孔和所述定子铁芯薄片的角外缘之间,挤缝位置处于远离磁路的位置,因此由挤缝所造成的铁损受到尽可能的抑制。
附图说明
图1表示了混合式步进电机结构的局部剖面图;
图2是表示本发明一个实施例的定子铁片的挤缝凹凸部的平面图;
图3是表示本发明一个实施例的转子铁片的挤缝凹凸部的平面图;
图4是本发明另一个实施例的定子铁片的挤缝凹凸部的平面图;
图5是本发明另一个实施例的转子铁片的挤缝凹凸部的平面图;
图6是表示传统定子铁片的挤缝凹凸部的平面图;
图7是表示传统转子铁片的挤缝凹凸部的平面图;以及
图8是表示混合式步进电机的磁路的示意图。
具体实施方式
图1是混合式步进电机1的结构图。在混合式步进电机1中,定子铁芯4布置于电机法兰盘2和支架3之间,以形成电机壳体5,并且转子6布置于电机壳体5之中。转子6由磁体8以及转子铁芯9a和9b构成,磁体8支撑于输出轴7的中轴线上,磁体8的两侧由转子铁芯9a和9b固定。
转子6同心地布置于定子铁芯(定子)4的轴线上并旋转地支撑在输出轴7上,输出轴7分别通过轴承10a和10b安装于支架3和电机法兰盘2上。
图2表示了构成定子铁芯4的定子铁片(用于定子铁芯的薄片)20,图3表示构成转子铁芯9的转子铁片30。定子铁片20采用电工钢片作为其材料,并且通过冲裁制成基本上为正方形的薄片。定子铁片20在其内周侧沿着圆周方向以固定间隔设置有多个磁极21,它们向着中心方向突出,并且每个磁极21的端部设置有许多极齿(小齿)21a。在构成定子铁片20的薄片的四个角上形成有切口20a,并且在切口20a的两侧位置上形成有装配螺孔22。
另一方面,转子铁片(用于转子铁芯的薄片)30和定子铁片20一样采用电工钢片作为其材料,并且通过冲裁制成圆形薄片。转子铁片30由其外周缘部分中的许多极齿(小齿)31形成,并且在转子铁片30的中心形成有用于插入输出轴7的孔32。
在定子铁片20上,挤缝凹凸部23和24通过压花形成于定子铁片20的装配螺孔22和角外缘20b之间。这些挤缝凹凸部23和24的中心设置于最小圆圈A的外面,所述圆圈A的半径r是从定子铁片20的中心O到其最短边线外缘25的距离,所述最短边线外缘25是指定子铁片20的除了切口20a部分的外缘以外的外缘。挤缝凹凸部23和24中的挤缝凹凸部23设置在离定子铁片20的中心最远的位置,大致设置于从定子铁片20的中心穿过装配螺孔22的中心的延长线上,这样它离磁路就最远。而且,挤缝凹凸部24设置在装配螺孔22的远离最近的磁极21的一侧和定子铁片20的角外缘20b之间。
另一方面,在转子铁片30的铁片表面上,转子铁片30的挤缝凹凸部33和34的中心设置在转子铁片30的外缘30a以内的圆圈部分D的里面,圆圈部分D离外缘30a的距离大于从定子铁片20的边线外缘25到其槽部26的宽度Wy(称为磁轭宽度)。
为了保证磁路宽度大于定子磁路的宽度,当定子铁片20的磁轭宽度是Wy时,转子6被设定为Dr-D>2·Wy,其中Dr为转子6的转子铁片30的直径,D为在其内设置有挤缝凹凸部33和34的圆圈部分的直径,并且挤缝凹凸部33和34设置在D的里面。
根据上述构成,多个定子铁片20是通过将定子铁片20的挤缝凹凸部23和24挤缝并将多个定子铁片20彼此对齐层压而成,将螺钉插入装配螺孔22a和22b,然后拧紧从而将层压而成的定子铁片20固定在电机法兰盘2和支架3上,由此电机壳体5装配而成。通常,通过使用四个角上的任一个装配螺孔22a和22b,将层压而成的定子铁片20装配在电机法兰盘2和支架3上。同样,多个转子铁片30是通过将挤缝凹凸部33和34对齐,层压多个转子铁片30而成,并形成两套转子铁芯9(9a,9b)。两套转子铁芯9(9a,9b)装配在输出轴7上,并且它们两者之间夹入磁体8,并且容纳在电机壳体5之内。
如上所述,因为定子铁片20的挤缝凹凸部23和24的中心设置在最小圆圈A的外面,所述圆圈A的半径r是从定子铁片20的中心O到其最短边线外缘25的距离,挤缝位置(挤缝凹凸部23和24)所处的位置不在定子铁芯4的主磁路上,从而由于挤缝造成的铁损会尽可能受到抑制。类似地,因为挤缝位置(挤缝凹凸部33和34)所处的位置不在转子铁芯9a、9b的主磁路上,所以很难对磁通产生影响,因此由挤缝所造成的铁损会尽可能地受到抑制。
图4和图5表示了本发明的另一个实施例,其中相同的标记适用于与图2和图3中相同的元件。在该实施例中,定子铁片20和转子铁片30上形成的挤缝凹凸部只有凹凸部23和33,而凹凸部24和34被省略(凹凸部的数量减少)。
当仅仅由挤缝所提供的强度不足的情况下,定子铁芯4和转子铁芯9在经过退火之后可以通过粘合剂而加强。在进行退火的情况下,在退火之后要进行粘结。
此外,用于层压的定子铁片20和转子铁片30可通过适当地改变其厚度而进一步降低损耗。
本发明不限于上述实施例。例如,尽管定子铁片20的挤缝凹凸部23和24的中心设置在最小圆圈A的外面,所述圆圈A的半径r是从定子铁片20的中心O到其最短边线外缘25的距离,但它们最好是设置在外面尽可能远的位置。定子铁片20和转子铁片30上形成的挤缝凹凸部的直径、深度等等可以根据需要加以设定。可以认为,挤缝凹凸部的直径或者深度越小越好,因为随着铁片之间的接触电阻增加,铁损(涡流损耗)就会降低。但是,因为存在强度的问题,可以认为直径不大于1mm、深度为铁片厚度的70%是比较合理的。而且,上述实施例是以混合式步进电机为例解释的。但是,本发明可以适用于其它类型的电机。无庸讳言,在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作一些适当的变化。

Claims (2)

1.一种电机的叠片式铁芯,包括:
定子铁芯(4),所述定子铁芯(4)是通过层压多个定子铁芯薄片(20)而成,所述定子铁芯薄片(20)在其内周侧沿着圆周方向以固定间隔设置有多个磁极(21),这些磁极(21)向着中心方向突出;和
转子铁芯(9a,9b),其与所述定子铁芯(4)同心地布置于所述定子铁芯(4)的轴线上,并且是通过层压多个圆盘形的转子铁芯薄片(30)而成,所述定子铁芯(4)和所述转子铁芯(9a,9b)分别通过将多个薄片彼此挤缝而固定,其特征在于,
所述定子铁芯薄片(20)的挤缝凹凸部(23,24)的中心设置在最小圆圈(A)的外面,所述最小圆圈(A)的半径(r)是从所述定子铁芯薄片(20)的中心(O)到其最短边线外缘(25)的距离,并且所述转子铁芯薄片(30)的挤缝凹凸部(33,34)的中心设置在所述转子铁芯薄片(30)的外缘(30a)内的一个圆圈部分(D)里面,所述圆圈部分(D)离所述转子铁芯薄片(30)的外缘(30a)的距离大于从所述定子铁芯薄片(20)的边线外缘(25)到其槽部(26)的宽度(Wy)。
2.根据权利要求1所述的电机的叠片式铁芯,其特征在于,所述定子铁芯(4)的外形基本上为正方形,并且所述定子铁芯薄片(20)的挤缝凹凸部(23,24)的中心设置于在所述定子铁芯薄片(20)的四个角上所形成的装配螺孔(22)和所述定子铁芯薄片(20)的角外缘(20b)之间。
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