CN102638137A - 构建用于电机的由约束为堆叠的叠片组成的磁芯的方法 - Google Patents

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Abstract

用于构建用于电机(1)的由约束为堆叠的叠片(9)组成的磁芯(8)的方法，该构建方法具有步骤如下：一个在另一个上面地堆叠叠片(9)的组以形成该磁芯(8)；通过锁定元件(10)将形成该磁芯(8)的叠片(9)的组约束为堆叠，所述锁定元件以预定的夹紧力轴向迫压该叠片(9)的组；和在通过所述锁定元件(10)约束为堆叠之前，通过施加大于该夹紧力的迫压力到叠片(9)的组，通过预压压机(11)预压所述叠片(9)的组，该预压压机独立于所述锁定元件(10)并与所述锁定元件(10)分离开。

Description

构建用于电机的由约束为堆叠的叠片组成的磁芯的方法
技术领域
本发明涉及用于构建用于电机的由约束为堆叠的叠片组成的磁芯的方法。
本发明有利地应用于用于自动牵引的旋转电机的实施方式中，关于该应用，将不丧失一般性地清楚地参考下面的说明。
背景技术
结合有传统热牵引以获得混合牵引的电气牵引在道路车辆中日益受到欢迎。
电气牵引要求采用至少一个旋转电机，该旋转电机通常是可逆的(也即其可以通过吸收电力并产生机械驱动转矩而用作电机，也可以通过吸收机械能并产生电力而用作发电机)，并通过其传动装置机械地连接到车辆的驱动轮上。
汽车制造商想要使得道路车辆具有混合牵引的一个需求在于旋转电机名义特性的低分散性(dispersal)，也即名义上相同的旋转电机也具有相同的实际特性(显然在误差余量内，其将是最小可能的)。名义上相同的旋转电机的实际特性的恒定性允许道路车辆执行真实的性能，所述性能基本上等于名义性能(也即最终顾客所期待的性能)。而且，名义上相同的旋转电机的实际特性的恒定性允许电气牵引系统的控制策略更加有效和可靠，因为需要控制的主要对象(也即进行电机交互作用的旋转电机)的行为可更加容易和精确地预期。
然而，通过跟踪旋转电机规则的构建技术注意到，名义特性的分散性相对较高，决定这样的分散性的一个最重要的要素是磁芯的铁磁特性的可变性。
专利申请US2010154968A1描述了用于构建用于电机的由约束为堆叠的叠片组成的磁芯的方法；该构建方法具有：一个在另一个上面地堆叠叠片的组以构建磁芯；通过预压压机预压叠片的组；在叠片的组通过预压压机迫压的时候测量叠片的组的实际的轴向长度；将叠片的组的实际的轴向长度与叠片的组所需的轴向长度进行比较；和如果实际的轴向长度不同于所需的轴向长度(同时考虑构建和测量误差)，从叠片的组添加或移除单个叠片，从而重复上述测量周期。
然而，专利申请US2010154968A1中提出的构建方法具有许多缺点，因为其要求非常长的时间用于制作磁芯，这可能不是自动的(也即总是要求操作者人工干预)，并且其可能导致损坏在叠片之间的绝缘体，结果是增加、甚至是显著地增加电机运行过程中由于磁芯中涡流导致的功率损失(也即恶化电机的能效)。
发明内容
本发明的目的在于提供用于构建用于电机的由约束为(bound into)堆叠(packs)的叠片(laminations)组成的磁芯的方法，其不具有上述缺点，同时容易和可提供用于使用中。
根据本发明，构建方法提供用于构建用于电机的由约束为堆叠的叠片组成的磁芯，该构建方法包括步骤如下：
一个在另一个上面地堆积叠片的组以构建该磁芯；
通过锁定元件将构建该磁芯的叠片的组约束为堆叠，所述锁定元件以预定的夹紧力轴向迫压该叠片的组；
在通过所述锁定元件夹紧该堆叠之前，通过预压压机(pre-compression press)预压所述叠片的组，该预压压机独立于所述锁定元件并与所述锁定元件分离开；和
在所述叠片的组通过所述预压压机迫压的时候，测量所述叠片的组的轴向长度；
该构建方法特征在于：还包括如下步骤：
初始以通常缺乏数量的叠片形成叠片的组，从而初始具有小于或等于所需的轴向长度的测量到的轴向长度；和
在完成预压之后，将根据所需的轴向长度和测量到的轴向长度之间的差确定的额外数量的叠片添加到所述叠片的组上。
附图说明
现在将参考附图描述本发明，所述附图示例了本发明非限制性的实施方式，其中：
图1是用于自动牵引的旋转电机图表的纵向横截面，清楚起见，部分被移除了；和
图2-5是根据本发明的构建方法的图1中的电机的磁芯的连续构建步骤的四个图表的视图。
具体实施方式
图1中的数字1总体上表示用于可逆型(reversible)自动牵引的同步电机(也即其可以通过吸收电力并产生机械驱动转矩而用作电机，也可以通过吸收机械能并产生电力而用作发电机)。电机1包括轴2，该轴可旋转地安装用于绕着中心旋转轴线3旋转，转子4，该转子具有圆柱形永磁体并键合到轴2上以与轴2一起旋转，和圆柱形管状定子5，该定子设置在转子4的周围以将转子4本身包围在其中。定子5插入到圆柱形外壳6里面，该外壳在中间具有孔，以允许轴2的一端从其中出来，还容纳有一对轴承7，所述轴承可旋转地支撑该轴2。
转子4包括圆柱形的磁芯8a，该磁芯由约束为堆叠的多个重叠的叠片9a组成；形成磁芯8a的叠片9a的组通过已知类型的锁定元件10(在图5中示出)而保持约束在堆叠中，所述锁定元件以预定的夹紧力轴向地迫压叠片9a的组；类似地，转子5包括螺旋管形的磁芯8b，该磁芯由约束为堆叠的多个重叠的叠片9b组成；形成磁芯8b的叠片9b的组通过已知类型的锁定元件10(在图5中示出)而保持约束在堆叠中，所述锁定元件以预定的夹紧力轴向地迫压叠片9b的组。
参见图2-5，该方法将描述电机1的磁芯8的构建，该磁芯由约束为堆叠的叠片9组成。
初始，如图2所示，通过一个在另一个之上地堆叠叠片9的组而构建磁芯，该叠片的组由初始N1个叠片9组成。当磁芯8的形成完成时(也即当叠片9的组由最终和永久的N2个叠片9组成时)，形成磁芯8的叠片9的组将通过锁定元件10(图5中示出)约束为堆叠，所述锁定元件以预定的夹紧力F1轴向地迫压叠片9的组。
如图3和4所示，在通过锁定元件10将叠片9的组约束为堆叠之前，叠片9的组通过预压压机11预压，通过向叠片9的组施加大于夹紧力F1的迫压力F2，该预压压机独立于锁定元件10并从锁定元件分开(也即完全不同于锁定元件10)。
如图4所示，在预压过程中，在叠片9的组被预压压机11迫压的时候，通过采用精确的测量仪器12测量叠片9的组的轴向长度。因此，如果负载下测量得到的轴向长度(实际的)不同于所需的轴向长度的话，形成叠片9的组的叠片9的数量发生变化；换句话说，形成叠片9的组的叠片9的数量是变化的(调节的)，以确保负载下(也即在预压压机11施加预压的过程中)测量到的轴向长度(基本上)与所需的轴向长度相同。显然，为了从叠片9的组添加叠片9，需要暂时地延缓通过预压压机11施加的迫压动作。
叠片9的组初始由开始通常缺少的N1个叠片9形成，使得测量到的轴向长度初始小于或最多等于所需的轴向长度；由此通常需要增加其他叠片9(或者在最幸运的限定情形下，无需做任何事，因为测量到的轴向长度已经等于所需的轴向长度)，但是永远不需要移除叠片9。一旦叠片9的组预压在一起了，最好不去移除已经预压的叠片9，从而不去改变由预压实现的结构；而且，在预压之后移除一些叠片9是非常复杂的，因为在预压之后叠片9“焊接”在一起，要找到叠片9之间几十毫米厚的分开线是非常复杂的。
根据优选实施方式，叠片9的组初始由通常缺少数量的叠片9构建，使得测量到的轴向长度(实际的)初始小于或等于所需的轴向长度；然后，在完成测量测量到的轴向长度(实际的)和预压之后，增加额外数量的叠片9(总是增加，从不移除)到叠片9的组，这是根据所需的轴向长度和测量到的轴向长度(实际的)之间的差确定的。一旦“缺乏的”叠片9添加上(其数量基于所需的轴向长度和测量到的轴向长度之间的差)，形成磁芯8的叠片9的组通过锁定元件10约束为堆叠而没有其他的预压和/或测量。换句话说，对叠片9的组的测量到的轴向长度进行一次单个的测量，对到叠片9的“缺乏的”叠片9进行一次单个的添加；在对到形成磁芯8的叠片9的组的“缺乏的”叠片9进行唯一一次的添加之后，通过锁定元件10而无需其他和/或额外的预压、测量而永久地约束到堆叠中。
优选地，叠片9的轴向长度的构建公差(building tolerance)提前确定；这样的构建公差典型地在某个百分比(例如5％)内，并通过叠片9的制造商提供和鉴定。然后，单个叠片9的最大轴向长度通过将相应的构建公差加到单个叠片9的公称轴向长度上而计算得到，然后初始形成叠片9的组的叠片9的数量N1这样计算得到：所需的轴向长度除以单个叠片9的最大轴向长度。最后，添加到叠片9的组的额外的叠片9的数量这样计算得到：所需的轴向长度和测量到的轴向长度之间的差除以单个叠片9的公称轴向长度。
检验一个数字的例子，让我们假设单个叠片9具有等于0.35mm的公称轴向长度(也即厚度)，让我们假设叠片9的构建公差是5％，我们还假设叠片9的组所需的轴向长度等于350mm；由此单个叠片9的最大轴向长度(也即最大厚度)等于0.3675mm(＝0.35*1.05)，初始形成的叠片9的组的叠片9的数量N1等于952(＝350/0.3675)。在完全非最幸运的情形下，也即如果所有952个叠片9都具有可能等于0.3325mm(＝0.35*0.95)的最小厚度，叠片9的组测量到的轴向长度(实际的)等于316.54mm(＝952*0.3325)；因此所需的轴向长度和测量到的轴向长度(实际的)之间的差等于33.46mm(＝350-316.54)，从而需要增加到叠片9的组的额外的叠片9的数量等于96(＝33.46/0.35)。在该修正中，可能的最大误差(再次在完全非幸运的情形下)是5％，也即等于1.67mm(＝33.46*0.05)，这对应于叠片9的组所需的轴向长度的0.5％；所需的轴向长度的0.5％的最大误差(其仅发生在非常不幸的情形下，其中所有操作误差最大并对大约一千个叠片9具有相同的正负号)完全是可接受的，不需要任何其他校正操作(也即其他校正操作的缺点超出相应的优点)。
根据优选实施方式，在第一次作动预压压机11之后，在通过测量仪器12测量叠片9的组的轴向长度之前期望有固定时间间隔。典型地，该固定时间间隔在几分钟内。
根据优选实施方式，在采用锁定元件10之前从预压压机11移除叠片9的组，也即在叠片9的组通过预压压机11迫压的同时不采用锁定元件10。由此可能的是，精确地校正通过锁定元件10施加的夹紧力F1而不受预压压机11产生的预压动作的影响。
根据优选实施方式，通过预压压机11施加的迫压力F2大于通过锁定元件10施加的夹紧力F1；通常，通过预压压机11施加的迫压力F2至少大于通过锁定元件10施加的夹紧力F1五倍(最好是十倍)。例如，通过预压压机11施加的偏压力F2在从300到400KN(对应于大约30-40吨)的范围中。
用于构建磁芯8的上述方法可以无偏袒地用于构建转子4的圆柱形磁芯8a和/或用于构建定子5的螺旋管形磁芯8b。
用于构建磁芯8的上述方法具有许多优点。
首先，用于构建磁芯8的上述方法是简单的并易于实现，因为相对于传统的构建方法，其只在采用锁定元件10之前提供通过预压压机11预压形成磁芯8的叠片9的组的额外步骤。
叠片9可能具有加工残留(典型地在叠片9的整形过程中形成的毛边或者覆盖叠片9的绝缘涂料的局部增厚)，这导致真实厚度非所需的增加；如果不执行通过预压压机11施加的预压动作，加工残留可能随机地和不可预知地改变叠片的实际厚度，从而具有相同轴向长度的叠片9的组(也即磁芯8)可能由不同数量的叠片9组成，从而具有不同“质量”的铁磁材料(也即具有不同的铁磁特性)。称量叠片9的组(也即磁芯8)的重量以确保叠片9的组(也即磁芯8)都具有相同的重量和不同的轴向长度也是不可能的，因为所有叠片9的组(也即磁芯8)必需具有相同的轴向长度，以插入到相应的外壳6内，所有外壳互相都是相同的。
通过预压压机11对叠片9的组的预压允许排除叠片9的加工残留的影响；毫无疑问，通过预压压机11施加到叠片9的组上的高压“压平”了叠片9的所有加工残留，从而事实上排除了它们的负面作用。由此，具有相同轴向长度的叠片9的组(也即磁芯8)总是由相同数量的叠片9，也即相同“质量”的铁磁材料组成，在包含名义特性的散布方面具有显而易见的好处。换句话说，由于通过预压压机11施加的预压作用，不同的磁芯8都互相相同，既具有相同的轴向长度，也具有相同的铁磁材料的“质量”。
上述构建方法具有许多优点。
首先，上述构建方法容易自动化(也即完全可通过自动的机器实现，而无需操作者的干预)，因为其总是提供增加的叠片到磁芯上(容易自动化的操作)而永远不从磁芯上移除叠片(难以自动化的操作，因为在预压之后，叠片“焊接”在一起，要找到叠片之间几十毫米厚的分开线是非常复制的)。
而且，上述构建方法不显著地损坏叠片之间的绝缘体，因为其提供进行单周期的迫压和释放(也即停止迫压)磁芯；实际上，通过每个周期的迫压和释放磁芯，可能的(很可能的)是，残留加工毛边和/或任何不完整性引起绝缘体的局部损坏，并且通过重复迫压和释放周期几次，损坏逐渐增加。换句话说，通过进行单个迫压和释放周期，容易的是，对绝缘体的局部损坏只是表面的，因此不引起绝缘体中完全的局部破损，而只是其薄层；相反，通过进行几个迫压和释放周期，变得高度可能的是，对绝缘体的组合局部损坏最终完全刺穿绝缘体。
最后，上述构建方法要求相对较短的时间用于制造磁芯，因为其是在单个周期的迫压和释放磁芯之后完成的。

Claims (10)

1.用于构建用于电机(1)的由约束为堆叠的叠片(9)组成的磁芯(8)的方法，该构建方法包括步骤：
一个在另一个上面地堆积叠片(9)的组以构建该磁芯(8)；
通过锁定元件(10)约束构建该磁芯(8)的叠片(9)的组为堆叠，所述锁定元件(10)以预定的夹紧力轴向迫压该叠片(9)的组；
在通过所述锁定元件(10)夹紧该堆叠之前，通过预压压机(11)预压所述述叠片(9)的组，该预压压机独立于所述锁定元件(10)并与所述锁定元件(10)分离开；和
在所述叠片(9)的组通过所述预压压机(11)迫压的时候，测量所述叠片(9)的组的轴向长度；
该构建方法特征在于：还包括如下步骤：
初始以通常缺乏的数量的叠片(9)形成叠片(9)的组，从而初始具有小于或等于所需的轴向长度的测量到的轴向长度；和
在完成预压之后，将根据所需的轴向长度和测量到的轴向长度之间的差确定的额外数量的叠片(9)添加到所述叠片(9)的组上。
2.根据权利要求1所述的构建方法，还包括如下步骤：
对所述述叠片(9)的组的测量到的轴向长度进行一个单次测量；
单次添加“缺失的”叠片到所述叠片(9)的组；和
在添加额外的叠片(9)到所述述叠片(9)的组之后，通过锁定元件(10)将形成所述磁芯(8)的叠片(9)的组约束为堆叠，而不进行其他预压和/或测量。
3.根据权利要求1或2所述的构建方法，还包括如下步骤：
预先确定所述叠片(9)的轴向长度的构建公差；
通过增加相应的构建公差到单个叠片(9)的公称轴向长度上计算单个叠片(9)的最大轴向长度；和
通过令所需的轴向长度除以单个叠片(9)的最大轴向长度计算初始形成叠片(9)的组的叠片(9)的数量。
4.根据权利要求1或2所述的构建方法，还包括步骤：通过令所需的轴向长度和测量到的轴向长度之间的差除以单个叠片(9)的公称轴向长度计算额外的叠片(9)的数量。
5.根据权利要求1或2所述的构建方法，还包括步骤：在起动预压压机(11)之后、在测量叠片(9)的组的轴向长度之前等待稳定时间间隔。
6.根据权利要求1或2所述的构建方法，还包括步骤：在采用所述锁定元件(10)之前将叠片(9)的组从所述预压压机(11)上移开。
7.根据权利要求1或2所述的构建方法，其中通过所述预压压机(11)施加的迫压力高于通过所述锁定元件(10)施加的夹紧力。
8.根据权利要求7所述的构建方法，其中通过所述预压压机(11)施加的迫压力比通过所述锁定元件(10)施加的夹紧力大至少五倍。
9.根据权利要求7所述的构建方法，其中通过所述预压压机(11)施加的迫压力比通过所述锁定元件(10)施加的夹紧力大至少十倍。
10.根据权利要求7所述的构建方法，其中通过所述预压压机(11)施加的迫压力处于300到400千牛顿的范围中。
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