CN101232206A - 一种分块式电机铁芯及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种分块式铁芯，包括由多组可缠绕线圈的扇形齿块拼接而成，每一组扇形齿块又由多个扇形冲片相互叠加构成，其特征在于：每一个扇形冲片为单齿冲片，包括有齿冠、齿身和具有啮合断面的轭部，每一个扇形冲片在齿身底端还延伸有一个上窄下宽的燕尾形凸部，两个相互对应地可啮合在一起的扇形冲片在凸部之间可形成有一个底部宽而开口小的燕尾槽截面。本发明采用了分块冲压在叠加组合的加工方法，材料利用率提高；单个扇形冲片在齿身底部设计了一个燕尾形凸部，并且相互啮合的两个扇形冲片之间也具有燕尾槽，这样的槽形结构能够将扇形齿块卡固在具有相适配的齿槽结构的定位支架上，无须通过螺钉穿孔固定，结构简单、组装方便，定位精度高。

Description

一种分块式电机铁芯及其制造方法

技术领域

本发明属于电机制造技术领域，具体地说，是涉及一种可分块式组装的电机铁芯及其制造方法，该电机铁芯既可以作为电动机内定子铁芯，也可以作为发电机的转子铁芯。

背景技术

目前，电机铁芯通常采用冲压叠片方法或者卷绕方法加工而成。其中，卷绕方法只适合加工曲率半径较大且槽相对比较浅的窄环铁芯，并且主要是适合内开口槽，比如汽车发电机铁芯，但对于小半径、外开口槽的铁芯用普通的卷绕加工方法无法实现。因此，一般铁芯多采用冲压叠片方法，其基本步骤为：先根据铁芯的横截面形状在硅钢片上通过模具体用冲床冲压得到一片一片的冲片，再将冲片叠压在一起成为图纸要求厚度的铁芯。在冲压过程中，落下来的料片成型为有用的冲片，留在板上的是废料，根据铁芯横截面形状的不同，这种冲压叠片的加工方法的材料利用率一般在25-50％之间。

于是，为了解决传统电机定子中电工冲片的利用率低、槽满率低、端部大、绕组制造费高得问题，现有专利号为200620020255.5(授权公告号为CN2888726Y)的中国实用新型《拼装式内定子永磁电机》公开了一种内定子结构的永磁电机，该定子铁心由多组缠绕着线圈的扇形定子齿块拼接而成，每一组扇形定子齿块是由多个扇形冲片单元相互叠加构成的，定子绕组是由多个线圈串联或并联构成的。该定子铁心可以作为直接启动同步电动机或无刷直流电动机的定子，有效地改善了传统电机定子中电工冲片的利用率低等问题，不存在绕组嵌线的问题。但是，所述的专利在多组齿块拼接成环形定子本体时，需要采用附着于定子本体两面的环形上压板、环形下压板通过扇形定子齿块轭部下端的紧固件(如螺栓、螺钉等)才能固定连接成一体，组装比较麻烦，并且工艺精度不高；其次，由于配件太多，加工非常复杂，在一定程度上增加了生产成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种工艺精度高、组装简单的分块式电机铁芯及其制造方法，用该制造方法获得电机铁芯能够明显地提高材料利用率，并且很容易实现用机械化方式给铁芯绕组。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该分块式铁芯，包括由多组可缠绕线圈的扇形齿块拼接而成，每一组扇形齿块又由多个扇形冲片相互叠加构成，其特征在于：每一个所述的扇形冲片为单齿冲片，包括有齿冠、齿身和具有啮合断面的轭部，每一个扇形冲片在齿身底端还延伸有一个上窄下宽的燕尾形凸部，两个相互对应地可啮合在一起的扇形冲片在所述的凸部之间可形成有一个底部宽而开口小的燕尾槽截面。

于是，叠压在一起的多个扇形冲片在所述的凸部位置形成一凸柱，每组扇形齿块对应有一个凸柱，当扇形齿块相互拼接时，相邻两个所述的凸柱之间即形成一个如上所述的底部宽而开口小的燕尾槽。

为了在冲压叠加过程能够将各扇形冲片在叠压方向紧密贴合并固定，每一个扇形冲片在齿冠和/或齿身的合适位置可以设置有一个、两个或多个用于扇形冲片相互定位的铆扣，简单地，可以在齿冠两端、齿身下部分别设置一个铆扣，能够实现扇形冲片之间的牢靠叠压。

为了保证不同扇形齿块之间的拼接配合平整和相对位置的固定，所述的啮合断面可以为各种形状的截面，简单地可以为呈短直线-半椭圆-短直线的截面，在每一个扇形冲片的轭部端面分别形成一个凸起部分和一个凹入部分，所述的凸起部分和一个凹入部分可以相互啮合形成一个短直线-半椭圆-短直线的裂缝。

为了保证相邻扇形齿块的啮合紧密性，并考虑到拼接成型后各扇形齿块之间会由于挤压受力而产生变形，因此，需要设计合理的啮合面缝隙，可以将相邻扇形齿块之间的裂缝缝隙设计为0～0.5毫米。

无刷电机设计一般需要在非热源区设置光电或磁性(霍尔元件)传感器，用于检测电机转动位置，此时，还可以在所述的扇形齿块预留有可容置霍尔元件的霍尔槽，即在对应这组扇形齿片的叠压扇形冲片的齿冠位置预留开出霍尔孔，具体地，可以根据电机的型号和性能要求，在需要布置霍尔元件的对应角度位置的扇形齿块上设置霍尔槽。

本发明制造上述分块式电机铁芯的制造方法为，包括有以下步骤：

a.电工钢板单片冲压，获得若干个独立的扇形冲片；

b.将所述的扇形冲片进行机器自动冲压叠加，得到多组具有相同叠加厚度的扇形齿块；

c.给所述的每一组扇形齿块上绝缘套，并进行机器自动绕线或者手工绕线；

d.拼接成型，将单组已经绕好线的扇形齿块分别依次拼接，然后直接套压在定位支架上，定位支架和拼接后的扇形齿块之间为过盈配合，所述的扇形齿块在定位支架上实现分块式铁芯的一次固定成型。

为了减少铁芯压制成型后的线头焊接次数，在拼接组合之前可以由机器实现机械化自动绕线，对单组、两组或者两组以上设置有绝缘套的扇形齿块进行连续绕线，大大提高了给铁芯绕线的效率，当然也可以直接手工绕线，因为不受空间限制，也比较方便。

为了能够实现对每组扇形齿块的定位，方便将不同的分块式扇形齿块固定组合称为一个完整的铁芯结构，本发明设计了一个便于分块式扇形齿块安装的定位支架，该定位支架的外表面具有和所述扇形冲片的凸部以及啮合后相邻扇形冲片之间形成的燕尾槽截面分别对应相适配的齿槽结构，定位支架和叠压成组后扇形冲片在这些所述的凸部和燕尾槽截面紧配固定。

所述的定位支架和扇形冲片分开设计，并采用不同的材料加工，具体地说，所述的定位支架采用复合材料，即可以通过铝合金材料挤压成型，或者通过非金属合成材料热压成型，还可以通过非金属合成材料注塑工艺结合在轴上面，或者是通过注塑工艺固定在一个金属套上面，再用金属套跟轴配合。

与现有技术相比，本发明的优点在于：首先，传统铁芯冲片工艺采用一次冲压成型后叠压的方法，这种工艺冲出来的材料利用率大概只有50％以内，本专利采用了分块冲压在叠加组合的加工方法，先冲出单个扇形冲片，然后再叠压成扇形齿块，最后将多组扇形齿块拼接成型，这样的工艺可以使材料利用率提高到70％以上，能够最大限度的节约硅钢材料；

其次，本专利的单个扇形冲片在齿身底部设计了一个燕尾形凸部，并且能够使得相互啮合的两个扇形冲片之间产生一个燕尾槽，这样的槽形结构能够将冲压叠加而成的单组扇形齿块卡固在具有相适配的齿槽结构的定位支架上，无须通过螺钉穿孔固定，结构简单、组装方便，定位精度高；

另外，传统方式因为铁芯槽口结构没有办法做的太大，导致在粗线径绕制时候必须由手工完成，效率和合格率都不高，采用本专利的铁芯结构及其制造方法，能够实现绕线工艺的机械化作业，因为单齿结构的扇形冲片在叠压成一组扇形齿块后便进行机器单个绕制，不受槽口宽度的限制，很容易实现机械化绕线工艺，提高了合格率和绕线效率。于是，这种分块式铁芯在成型前，因为槽口宽度不受绕线线径限制可以无限做小，为大线径、高槽满率的铁芯实现自动绕线提供了技术可能。

附图说明

图1为安装有本发明分块式铁芯的电机轴组件正视图。

图2为图1中所示的A-A向剖视图。

图3为普通的单个扇形冲片的结构示意图。

图4为开有霍尔孔的单个扇形冲片的结构示意图。

图5为相邻两个扇形冲片啮合的结构示意图。

图6为图5所示I部的局部放大图。

图7为拼接后安装到定位支架上的成型铁芯结构示意图(去掉线圈)。

图8为图7中定位支架的结构示意图。

图9为图8中所示的B-B向剖视图。

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，为本发明实施例的电机轴组件结构示意图，包括有电机轴1、套设在电机轴上的定位支架2、以及卡固在定位支架2上的电机铁芯，其中，所述的电机铁芯通过定位支架2实现在电机轴1上的定位，铁芯由9组缠绕有线圈4的扇形齿块5拼接而成，每一组扇形齿块5的冲压厚度n均相同，分别由88个每片0.5mm的扇形冲片51相互紧压叠加构成，参见图2；其中，每组扇形齿块5外套有绝缘套3，绝缘套3外缠绕有所述的线圈4，定位支架2的外圈设置有与每一组扇形齿块5相适配的卡固结构，缠绕有线圈4的扇形齿块5可以直接压固到定位支架2上而一次拼接成型为所述的电机铁芯，参见图1。

如图3、图4所示，每一个所述的扇形冲片51为单齿冲片，包括有齿冠511、齿身512和具有啮合断面的两个轭部513，每一个扇形冲片51在齿身512底端还延伸有一个上窄下宽的燕尾形凸部514，其中，啮合断面为呈短直线-半椭圆-短直线的截面，即在每一个扇形冲片的两个轭部513端面分别形成一个凸起部分515和一个凹入部分516；每一个扇形冲片51在齿冠511两端和齿身512的下部分别设置有一个可用于将扇形冲片相互定位叠压在一起的铆扣517，这样，三个铆扣517在同一扇形冲片上形成一个三角形结构，能够保证扇形冲片之间在叠压后的稳定性。另外，图4所示的扇形冲片在齿冠的一端还开有霍尔孔518，这样的具有霍尔孔的扇形冲片叠压成的扇形齿块即形成一个能够容置霍尔元件的霍尔槽。

如图5、图6所示，为了保证配合平整和相对位置的固定，任意的两个扇形冲片51可以通过相互适配的凸起部分515和凹入部分516而啮合在一起，在啮合面处形成一个短直线-半椭圆-短直线的裂缝7，并且，两个相互啮合的扇形冲片51在各自对应的两个凸部515之间还形成有一个底部宽而开口小的燕尾槽截面6，参见图5；于是，叠压在一起的多个扇形冲片51在所述的凸部位置形成一凸柱，每组扇形齿块5就对应有一个凸柱，当不同组的扇形齿块5之间铆榫拼接在一起时，拼接的结合面为所述的短直线-半椭圆-短直线的裂缝7，裂缝缝隙为0～0.5毫米，并且，在相邻两个扇形齿块5的凸柱之间还形成一个具有所述的燕尾槽截面6的燕尾槽。在需要安装霍尔元件的扇形齿块上可以开有所述的霍尔槽，如图5中的I部所示，通常，两个扇形齿块的霍尔槽518相对拼接在一起形成一个容置空间8，可以在该容置空间8内安装一个霍尔元件，参见图6。

如图7所示，把九组扇形齿块5全部拼接到一起后，即可形成一个完整的电机铁芯，该铁芯上具有三个分别以120度均布设置的霍尔元件，每一个霍尔元件放置在如图5中I部所示的容置空间8中，相邻的两个扇形齿块5之间形成有槽口9，这种分块式铁芯在成型前，当扇形冲片在叠压成一组扇形齿块后便进行机器单个绕制，槽口宽度不受绕线线径限制，因此可以将槽口无限做小，为大线径、高槽满率的铁芯实现自动绕线提供了技术可能。

如图8、图9所示，为分块式铁芯实现拼接压固成型的定位支架2以及其在电机轴1上的安装定位，结合图2、图7，所述的定位支架2采用复合材料，中间具有通孔21，通过注塑工艺结合在电机轴1上面，具体地说，本实施例采用的定位支架2通过注塑工艺先固定在一个金属套20上面，再用金属套20跟电机轴1配合，参见图2；重点在于，所述的定位支架2的外圈具有和拼接成型后的铁芯内圈齿槽结构相适配的凹槽22和凸齿23，即由叠压后扇形冲片的凸部514组成的每一组扇形齿块上的凸柱和所述的凹槽22相适配，相邻两个扇形齿块之间形成的燕尾槽和所述的凸齿23相适配，参见图7。

本发明的分块式铁芯采用如下的制造方法，具体包括有以下步骤：

a.电工钢板(硅钢片)单片冲压，获得若干个相互独立的扇形冲片51；在预定位置的扇形冲片上开设霍尔孔518；

b.将所述的扇形冲片51以88片为一组进行机器自动冲压叠加，共冲压叠加9组，其中，留有预定霍尔孔518的扇形冲片叠压为一组，共有3组，所有9组扇形齿块5均分别具有44mm的叠加厚度(每片扇形冲片厚0.5mm)；

c.给所述的每一组扇形齿块51装设绝缘套3，并给每两组或者两组以上的绝缘套进行机器连续地自动绕线，这种绕线方式能减少铁芯压固成型后的线头焊接次数；

d.拼接成型，将单组已经绕好线圈4的扇形齿块5分别依次拼接，然后直接压入定位支架2中进行过盈配合，实现分块式铁芯的一次固定成型，最后再将各线圈接头相互串接或并接，形成一个完整的铁芯绕组。

将扇形齿块5在定位支架2上固定成型后，再将定位支架2安装到电机轴1上，如此一来，分块式铁芯就被安装到电机轴上了。

上述铁芯的制造工艺方法，将冲片和支架分割设计，并采用了拼装式的分块结构，可以最大限度上节约硅钢材料，并且使得整个绕线工艺变得十分简单，非常容易做到高槽满率和机械化作业。

因为传统冲片工艺的材料利用率大概只有50％以内，而采用现在这样的工艺后，可以使材料利用率提高到70％以上，材料利用率比圆形冲片工艺提高将近一倍；

其次，传统的铁芯加工方法，因为是在铁芯成型后再绕线，因为槽口没有办法做的太大，导致在粗线径绕制时候必须由手工完成，效率和合格率都不高，而采用现在这样的制造方法后，铁芯在成型前是单个扇形齿块先绕线，然后拼装，于是，单组扇形齿块的绕线很容易进行机械化绕线操作，自动化程度高，大大提高了绕线效率和合格率；

同时，还可以实现对电机槽形的最优化设计，完全不用顾虑槽口过小导致的不能绕线，为大线径、高槽满率规格的铁芯实现自动绕线提供了方便。

最后的拼接成型阶段，也是本铁芯制造方法的一个主要发明点，分块式铁芯的组装是将拼接起来的扇形齿块直接压固在定位支架上，定位支架本身可以采用铝合金材料挤压成型，或者非金属合成材料热压或注塑成型，加工方便；而由于定位支架又具有和扇形齿块相互适配的齿槽结构，两者之间可以形成紧固的过盈配合，因此，在安装阶段无需增设另外的紧固件，如用螺钉或螺栓将各个扇形齿块穿接起来，只需要将拼接好的齿块直接压入定位支架即可完成铁芯的最终成型，结构更为简单、装配更加容易。

Claims (9)

1.一种分块式电机铁芯，包括由多组可缠绕线圈(4)的扇形齿块拼接而成，每一组扇形齿块又由多个扇形冲片(51)相互叠加构成，其特征在于：每一个所述的扇形冲片(51)为单齿冲片，包括有齿冠(511)、齿身(512)和具有啮合断面的轭部(513)，每一个扇形冲片(51)在齿身底端还延伸有一个上窄下宽的燕尾形凸部(514)，两个相互对应地可啮合在一起的扇形冲片在所述的两个凸部(514)之间可形成有一个底部宽而开口小的燕尾槽截面(6)。

2.根据权利要求1所述的分块式电机铁芯，其特征在于：每一个扇形冲片(51)在所述的齿冠(511)两端和齿身(512)下部分别设置有可用于扇形冲片(51)相互定位叠压的铆扣(517)。

3.根据权利要求1所述的分块式电机铁芯，其特征在于：所述的啮合断面为呈短直线-半椭圆-短直线的截面，在每一个扇形冲片的轭部(513)端面分别形成一个凸起部分(515)和一个凹入部分(516)，所述的凸起部分(515)和一个凹入部分(516)可以相互啮合形成一个短直线-半椭圆-短直线的裂缝(7)。

4.根据权利要求3所述的分块式电机铁芯，其特征在于：所述的拼接后的相邻扇形齿块(5)之间的裂缝(7)缝隙为0～0.5毫米。

5.根据权利要求1所述的分块式电机铁芯，其特征在于：所述的扇形冲片(51)在齿冠(5)位置还预留开设有霍尔孔(518)。

6.一种如权利要求1～5中任一权利要求所述的分块式电机铁芯的制造方法，其特征在于包括有以下步骤：

a.电工钢板单片冲压，获得若干个独立的扇形冲片(51)；

b.将所述的扇形冲片(51)进行机器自动冲压叠加，得到多组具有相同叠加厚度的扇形齿块(5)；

c.给所述的每一组扇形齿块上绝缘套(3)，并进行绕线；

d.拼接成型，将单组已经绕好线的扇形齿块(5)分别依次拼接，然后直接套压在定位支架(2)上，定位支架(2)和拼接后的扇形齿块(5)之间为过盈配合，所述的扇形齿块(5)在定位支架(2)上实现分块式铁芯的一次固定成型。

7.根据权利要求6所述的分块式电机铁芯的制造方法，其特征在于：所述的步骤c中的绕线可以是机器自动绕线或者人工绕线，机器自动绕线可以对单组、两组或者两组以上设置有绝缘套(3)的扇形齿块(5)连续绕线。

8.根据权利要求6所述的分块式电机铁芯的制造方法，其特征在于：所述的步骤d中的定位支架(2)的外表面具有和所述扇形冲片的凸部(514)以及啮合后相邻扇形冲片之间形成的燕尾槽截面(6)分别对应相适配的齿槽结构。

9.根据权利要求8所述的分块式电机铁芯的制造方法，其特征在于：所述的步骤d中的定位支架(2)通过铝合金材料挤压成型，或者通过非金属合成材料热压或注塑成型。

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