CN101227106A - 一种直列式电机铁芯及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种直列式电机铁芯，包括有多个相互冲压叠加、且呈圆形的铁芯冲片，其特征在于：铁芯冲片由直列式带状冲片卷绕而成，每个带状冲片包括若干个相互连接的弧形单元齿块，相邻两个弧形单元齿块由可在外力作用下弯曲的外缘方向上的连接部彼此连接，连接部的下方开豁口，豁口在尖角部位又开有一个内槽口，同一带状冲片中的首尾两个弧形单元齿块上还分别设置有能够互相适配的扣头和卡口。本发明把未成型的铁芯冲片设计成直列式的带状冲片，可以大大提高冲裁时的材料利用率；弧形单元齿块在连接部位处增设了一个内槽口，减小因卷曲成形带来的相邻弧形单元齿块之间的应力，保证卷绕后的弧形单元齿块之间的贴合更加平稳、牢固。

Description

一种直列式电机铁芯及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种电机铁芯，特别是涉及一种能够实现机械化绕组的电机铁芯结构及其加工方法，该电机铁芯既可以作为电动机外定子铁芯，也可以作为发电机的转子铁芯。

背景技术

传统的铁芯都是在设计成型后，按照形状制作冲压模具，再冲片叠片成型。目前，针对普通作为内转子的定子铁芯都是使用这样的工艺，因此材料利用率比较低，一般在50％以内；另一方面，采用传统的工艺方法，由于绕线是通过内圆结构槽绕线，很难实现机械化作业，因为成型后的铁芯绕线空间很小，槽口也很小，即便是采用机械化操作，也导致绕线效率偏低。

因此，在工业应用中，人们又采用了另一种工艺方法，即使用单根带料卷绕叠片成型。如申请号89109681.7的中国发明专利《电机铁芯无废料制造工艺》就提供一种电机铁芯低废料制造工艺，它将电机铁芯的齿部及轭部分别用螺旋形卷绕工艺制造，使硅钢片利用率大大的提高。但是，这种方法虽然将铁芯的齿部、轭部分开加工，为电机定子自动嵌线提供了方便，但是由于是在铁芯齿部卷绕叠压成型后再绕线，结构上依旧受电机槽口和线径的限制，实现机械化绕线的难度仍然较大。

又如申请号为200610111973.8的中国发明专利《旋转电机的叠片铁芯》公开了一种旋转电机的叠片铁芯，具有第一数量的磁极，第一数量为被2整除的自然数，该叠片铁芯包括若干弧形单元铁芯，其特征在于各单元铁芯具有第二数量的磁极，第二数量为除了第一数量的约数之外的自然数，单元铁芯卷绕层叠预定次数，构成方式为通过等式X＝θ×t/360得到单元铁芯的轴向叠层量，X为轴向叠层量，θ为单元铁芯的卷绕角度，以及t为单元铁芯的厚度，并且在圆周方向上彼此毗连的单元铁芯在其外周的一部分处相互连接。所述专利的叠片铁芯虽然能够减少卷绕层叠时间，但是在卷绕成型过程中进行自动化绕线的工艺比传统冲压叠片后再绕线的工艺要复杂，对设备的要求也高，因此，要使用目前普遍使用的冲压式铁芯加工设备，并实现高效的机械化绕组，还需要设计出一种更为优化的铁芯结构以及相应的加工工艺。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种采用冲压叠片成型、材料利用率高、并且容易实现高效化机械绕组的直列式电机铁芯及其制造方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该直列式电机铁芯，包括有多个相互冲压叠加、且呈圆形的铁芯冲片，其特征在于：所述的铁芯冲片由直列式带状冲片卷绕而成，每一个带状冲片包括有若干个相互连接的弧形单元齿块，相邻两个弧形单元齿块由可在外力作用下弯曲的外缘方向上的连接部彼此连接，所述连接部的下方开有能减小卷绕应力的带张角的豁口，在所述豁口在尖角部位又开有一个内槽口，同一带状冲片中的首尾两个弧形单元齿块上还分别设置有能够互相适配的扣头和卡口，所述的扣头和卡口构成一个卡扣结构使得卷绕后的所述带状冲片能够首尾连接。

所述的弧形单元齿块横截面可以为适合于带状冲片卷绕成型的任意形状，优选地采用呈“工”字型的横截面，包括有齿冠、齿身和齿根，每个弧形单元齿块都可以设置有若干个叠压连接时所用的铆扣，简单地，可以在齿冠和齿根的中心位置上分别设置有一个所述的铆扣。

为了能够使得带状冲片达到较佳的卷绕效果，在卷绕成型后，相邻弧形单元齿块之间的贴合更加平稳、牢固，同时，考虑到材料的合理利用率，所述的连接部宽度、豁口张角β和内槽口的设置都有一定的范围，具体地，可以采用如下的参数范围：所述的连接部在圆周的径向宽度范围为0.75～1.5mm；所述的豁口张角β＝360/n度，公差范围在+0～+60分，其中，n为每一个带状冲片卷绕成圆形后所包含的弧形单元齿块的数量，一般地，取n≥3。

所述的内槽口可以为任意的形状，如圆弧形槽口、椭圆槽口、三角槽口等，目的是在卷绕成型时，让相邻弧形单元齿块之间在豁口尖角处的挤压材料有一定的容置空间，减小卷绕应力，防止卷绕时在豁口尖角出现断裂，优选地可以设计呈圆弧张口的内槽口，并且，所述内槽口的圆弧曲率半径范围为0.25～0.5mm。

考虑到有的电机在运行时需要设置霍尔元件，可以在相应地需要设置霍尔元件的所述的弧形单元齿块的齿根部位预留有霍尔槽。

本发明制造上述直列式电机铁芯的方法为，包括有以下工艺步骤：

①、单片冲裁，可以在同一条板材上一次单列冲裁，或者在一块板材上进行同时两列对排、四列两两对排或四列以上双数排的冲裁，以获得具有若干个连续相接有弧形单元齿块的单片带状冲片；

②、冲片叠压，将所述的多个单片带状冲片直接扣式冲叠成一带状冲片组，所述的弧形单元齿块对应地叠加为弧形单元齿块组，并且，所述的带状冲片组在头尾相应地形成一个由所述的扣头叠加而成的柱状扣条，以及由所述的卡口叠加而成的卡槽；

③、绕线，将所述带状冲片组的每一个弧形单元齿块组套上绝缘套，并且可以通过手工或者机械绕上线圈。

④、卷绕成型，将绕上线圈的带状冲片组一次卷绕成圆形铁芯，所述的扣条扣入所述的卡槽内，将所述的带状冲片组的卷绕接口连接起来，此时，为了防止卷绕成型后的相邻弧形单元齿块组之间过于挤压变形，所述的卷绕后的相邻弧形单元齿块组之间留有0～1mm的缝隙。

如果需要在铁芯上设置霍尔元件，还可以在单片冲裁时，在霍尔元件安装位置所对应的弧形单元齿块上预留霍尔槽，在带状冲片叠压并卷绕成型后，在相应的霍尔槽中放置霍尔元件。

与现有技术相比，本发明的优点在于：1)、把未成型的铁芯冲片设计成直列式的带状冲片，可以大大提高冲裁时的材料利用率，通常可以达到80％，节省了冲裁成本；2)、带状冲片包括有多个相互连接的弧形单元齿块，这些弧形单元齿块在连接部位处增设了一个内槽口，能够增加卷绕时相邻结构的弧形单元齿块之间的挤压空间，减小因卷曲成形带来的相邻弧形单元齿块之间的应力，保证卷绕后的弧形单元齿块之间的贴合更加平稳、牢固，同时，也能够防止豁口尖角的断裂，增强了带状冲片的卷曲韧性；3)、在带状冲片的首尾弧形单元齿块上设计了能够相互卡配的卡扣结构，当冲片叠压后进行卷绕时，能够通过该卡扣结构方便地将卷绕接口处连接起来，工装方便，无须其他的结构或工艺，就能够实现一次卷绕成型；4)、采用了先叠压绕线、后卷绕成型的工艺，主要突出用直列式结构的叠压冲片因为卷绕前空间足够，无论机械化绕线或者手工绕线都非常容易，尤其是在机械化的自动绕线中，直列式结构的绕线机的通用性非常强，在提高绕线效率的同时，还省去了专用结构绕线机的投资成本。另外，采用这种绕线工艺后的铁芯槽口设计不再受绕线的约束，降低了槽口设计的难度。

附图说明

图1为本发明实施例的电机铁芯绕线结构示意图。

图2为图1中A-A向剖视图。

图3为本发明实施例的具有铁芯冲片截面的铁芯结构示意图(未绕线)。

图4为图3中B-B向剖视图。

图5为图3所示铁芯展开后的带状冲片结构示意图。

图6为图5中所示的I部局部放大图。

图7为图5中所示的II部局部放大图。

图8为本发明实施例中具有霍尔槽的单元齿块结构示意图。

图9为图1和图3中所示的C部局部放大图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1、图2所示，为本发明的直列式电机铁芯绕线结构示意图，该铁芯包括由50片厚为0.5mm的圆形铁芯冲片相互冲压叠加而成，铁芯上套有绝缘体1，线圈2绕置在绝缘体1上，所述的铁芯具有一个接口，该接口C通过卡扣结构固定连接。

图3、图4为和图1、图2相对应的去掉了绝缘体1和线圈2后的叠压铁芯冲片的结构示意图，在铁芯的内圈还设置有三个相邻的能够容置霍尔元件的霍尔槽3；

如图5所示，所述的每一个圆形铁芯冲片是由如图5中的直列式带状冲片4卷绕而成，每一个带状冲片4包括有12个相互连接的、呈“工”字型的弧形单元齿块41，弧形单元齿块41包括有齿冠411、齿身412和齿根413，每个弧形单元齿块41在齿冠411和齿根413中心分别具有一个用于叠压连接所述的铁芯冲片的铆扣5，参见图6、图7；

如图6～图8所示，相邻两个弧形单元齿块41通过圆周的径向宽度为0.75～1.5mm的连接部6互相连接，在所述的连接部6下方开有豁口7，豁口张角β可以根据以下公式设计，即β＝360/n度，公差范围在+0～+60分，其中，n为每一个带状冲片4所包含的弧形单元齿块41的数量，在本实施例中，具体地n＝12，则豁口张角β的范围即为30。≤β≤30.60°；在所述豁口7的尖角部位又开有一个曲率半径范围为0.25～0.5mm的、呈圆弧张口的内槽口71，参见图6、图7；并且，所述的铁芯在需要安装霍尔元件的相应位置上还预留出霍尔槽，对应到每一带状冲片的弧形单元齿块上也具有相应的霍尔槽414，参见图8。

另外，在每一个带状冲片的首尾两个弧形单元齿块41的齿冠411部位还分别设置有能够互相适配的带凸部的扣头42和带凹部的卡口43，所述的扣头42和卡口43构成一个卡扣结构使得卷绕后的所述带状冲片能够首尾连接，参见图9。于是，所述的55个带状冲片4相互叠压后，在叠压得到的带状冲片组的第一个弧形单元齿块组一侧形成由所述的扣头42叠加而成的柱状扣条，而在带状冲片组的最后一个弧形单元齿块一侧则形成由所述的卡口43叠加而成的卡槽，当把所述的带状冲片组卷绕成型时，所述的扣条和卡槽相互扣合起来，从而将铁芯的接口连接固定。

上述直列式铁芯采用如下的制造方法，具体包括有以下的工艺步骤：

①、单片冲裁，获得具有12个连续相接有弧形单元齿块41的若干个单片带状冲片4；

②、冲片叠压，将冲裁得到所述的单片带状冲片4选择以55片为一组，用胎具直接扣式冲叠成一个整体的带状冲片组，所述的弧形单元齿块41由机器叠加成为一个弧形单元齿块组，并且，所述的带状冲片组在头尾的齿冠部位相应地形成一个由所述的扣头42叠加而成的柱状扣条，以及由所述的卡口43叠加而成的卡槽；

③、绕线，将所述带状冲片组的每一个弧形单元齿块组套上绝缘套1，并且用机器实现自动缠绕线圈2。

④、卷绕成型，将绕上线圈2的带状冲片组用专用工具一次卷绕成圆形铁芯，所述的扣条扣入所述的卡槽内，将卷绕后所述的带状冲片组的接口连接起来，并且，卷绕成型后的相邻弧形单元齿块组之间具有槽口9，并且在所述的豁口7处相应地形成有一个范围在0～1mm的缝隙72。

这样，就组成了一个完整的缠绕有线圈的铁芯，可以整体安装到电机壳上。

在上述的步骤①中，单片冲裁可以在同一条板材上同时冲出两列对排、四列两两对排或四列以上双数排的单片带状冲片，这样能够大大提高冲裁材料的利用率，降低成本，同时也能提高冲裁效率。

本发明的主要发明点在于带状冲片4的相邻弧形单元齿块41之间的内槽口71设计，该内槽口71可以为圆形、椭圆或三角等各种结构，主要保证卷绕后的弧形单元齿块41之间的贴合更加平稳、牢固，让相邻弧形单元齿块41之间在豁口尖角处的挤压材料有一定的容置空间，减小卷绕产生的应力，同时，也能够防止豁口尖角的断裂，增强了带状冲片的卷曲韧性；同时，本发明采用了扣条和卡槽相互配合的卡扣结构来实现铁芯的接口连接和固定，这种结构是得卷绕后的铁芯成型固定更为简单、方便。

在制造工艺上，本发明采用冲压叠片式铁芯加工方法，先将带状冲片4用机器冲压成为一个带状冲片组，然后直接在冲片组上绕上线圈2，最后再用专用工具把直列式的带状冲片组一次卷绕成型，并在接口处采用卡扣结构铆合连接起来。这种直列式铁芯的制造方法首先节省了钢材，提高了材料的利用率，同时，能够实现机械化地高效自动绕线，而且绕线整齐，线径不受槽口9设计的限制。

本发明中带状冲片的弧形单元齿块分割数目不受本实施例的限制，本实施例为11槽、12块弧形单元齿块的设计方案，也可以将带状冲片分割成为具有3槽或者3槽以上的任意块相互连接的弧形单元齿块，只要保证在卷绕成型后能够形成一个完整的圆形横截面的铁芯。

Claims (8)

1.一种直列式电机铁芯，包括有多个相互冲压叠加、且呈圆形的铁芯冲片，其特征在于：所述的铁芯冲片由直列式带状冲片(4)卷绕而成，每一个带状冲片包括有若干个相互连接的弧形单元齿块(41)，相邻两个弧形单元齿块(41)由可在外力作用下弯曲的外缘方向上的连接部(6)彼此连接，所述连接部(6)的下方开有能减小卷绕应力的带张角的豁口(7)，在所述豁口(7)在尖角部位又开有一个内槽口(71)，同一带状冲片(4)中的首尾两个弧形单元齿块(41)上还分别设置有能够互相适配的扣头(42)和卡口(43)，所述的扣头(42)和卡口(43)构成一个卡扣结构使得卷绕后的所述带状冲片(4)能够首尾连接。

2.如权利要求1所述的直列式电机铁芯，其特征在于：所述的弧形单元齿块(41)呈“工”字型，包括有齿冠(411)、齿身(412)和齿根(413)，每个弧形单元齿块(41)在齿冠(411)和齿根(413)的中心分别具有一个用于叠压连接所述的带状冲片(4)的铆扣(5)。

3.如权利要求1所述的直列式电机铁芯，其特征在于：所述连接部(6)在圆周的径向宽度范围为0.75～1.5mm；所述豁口(7)的张角β＝360/n度，公差范围在+0～+60分，其中，n≥3，n为每一个带状冲片(4)所包含的弧形单元齿块(41)的数量；

4.如权利要求1所述的直列式电机铁芯，其特征在于：所述的内槽口(71)为一的圆弧张口，所述内槽口的圆弧曲率半径范围为0.25～0.5mm。

5.如权利要求1所述的直列式电机铁芯，其特征在于：所述的弧形单元齿块(41)在齿根(413)部位还预留有霍尔槽(414)。

6.一种如权利要求1～5中任一权利要求所述的直列式电机铁芯的制造方法，其特征在于包括有以下工艺步骤：

①、单片冲裁，获得具有若干个连续相接有弧形单元齿块(41)的单片带状冲片(4)；

②、冲片叠压，将所述的多个单片带状冲片(4)冲叠成一带状冲片组，所述的弧形单元齿块对应地叠加为弧形单元齿块组，并且，所述的带状冲片组在头尾相应地形成一个由所述的扣头(42)叠加而成的柱状扣条，以及由所述的卡口(43)叠加而成的卡槽；

③、绕线，将所述带状冲片组的每一个弧形单元齿块组套上绝缘套(1)，并且绕上线圈(2)。

④、卷绕成型，将绕上线圈(2)的带状冲片组一次卷绕成圆形铁芯，所述的扣条扣入所述的卡槽内，将卷绕后所述的带状冲片组的接口连接起来。

7.根据权利要求6所述的直列式电机铁芯的制造方法，其特征在于：所述的步骤①中，单片冲裁可以在同一条板材上同时冲出两列对排、四列两两对排或四列以上双数排的单片带状冲片(4)。

8.根据权利要求6所述的直列式电机铁芯的制造方法，其特征在于：所述的步骤④中，卷绕成型后的相邻弧形单元齿块组之间的缝隙(72)为0～1mm。

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