CN102710034B - 外径可调式电机内定子及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种外径可调式电机内定子，其特殊之处是：定子铁心为多个环形一体式结构的定子铁心冲片叠合而成，定子铁心冲片的齿片对应叠合形成定子铁心的单元齿块，定子铁心冲片的连接体对应叠合形成单元齿块之间的连接部，单元齿块的齿根部构成定子铁心的主轭部，连接部向定子铁心的圆心位置弯曲呈耳状形成定子铁心的副轭部，定子支架的边缘对应单元齿块的齿根与连接部形成的通槽处设置多个限位支撑凸台，并利用限位支撑凸台与定子铁心扣合为一体。本发明降低了绕线难度，同时在不改变电机定子铁心冲片模具的情况下，仅改变定子支架尺寸就可通过控制定子铁心的缩合程度进而改变电机定子的直径，以适应不同直径的转子，大大降低电机的生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及电机内定子，特别是一种可实现机械化绕组的外径可调式电机内定子及其制造方法。
背景技术
传统内定子电机的铁心大多数都是使用整体的圆形冲片材料叠铆而成，使用该制造工艺制造的定子铁心及定子存在如下问题：
1、圆形铁心冲片材料利用率低，一般不超过30%。
2、如图1、图2所示，定子铁心的槽口a1开口大，但槽满率低。使用探头式绕线机进行生产，由于绕线探头在槽a中进行运动时要留有自身经过的空间，因此槽满率不能做得太高，并且由于要给绕线探头预留空间，铁心槽开口a1较大，这会引起电机的转矩脉动，影响电动机性能。
CN1178410中公开的“旋转式电机的铁心制造方法与铁心”、 CN1391330中公开的“铁心装置”，解决了传统内定子电动机定子铁心冲片利用率低，槽满率低，槽口开口大的问题。其通过若干铁心拼接片叠合形成多个单独的铁心段，然后直接将铜线绕制在单独的铁心段上，再将各铁心段连接起来形成定子铁心整体结构。这种拼块式结构的定子铁心虽然解决了绕线问题，但却存在以下不足：
1、结构复杂。由于电机内定子铁心是若干块拼合在一起的结构，在拼合过程中每个绕组及铁心段是彼此分开的结构单元，分块较多，不利于作业现场物料管理。
2、连接导线困难。每块定子铁心的导线都有独立的线头，连接导线非常费时，并且由于导线连接接头增多，降低了电机电气连接的可靠性。
3、拼合之后紧固、定型困难。多个铁心段拼接并固定成环形定子本体时，相邻铁心段之间利用其两端设置的连接用凸、凹部形成连接，或通过定子两端面加装的环形压板及穿过环形压板上的预制孔的螺钉（铆钉）来进行相邻铁心段之间的连接与紧固。
4、上述利用连接用凸、凹部或铁心下端的紧固件连接的定子结构使各定子铁心紧密接触，完全闭合形成磁路，对于对定子铁心有特殊要求的（要求铁心轭部必须预留出隔磁或散热的缝隙）的电机来说，是不适用的。
另外，现有的电机内定子成型方案中，定子的直径在不修改冲片模具的情况下是不能够改变的。若想通过改变定子直径来适应不同直径的转子就必须修改定子模具或重新制造定子冲片模具，灵活性差，制造成本高。
发明内容
本发明所要解决技术问题是提供一种采用一体式定子铁心冲片的外径可调式电机内定子及其制造方法，解决了绕线探头运动时槽口空间不够造成干涉的问题，通过该工艺成型获得的内定子可以实现高槽满率和小槽口或无槽口设计，降低了绕线的难度，能够实现机械化操作，大大提高了绕线效率，降低了制造成本，更有利于实现自动化生产。
本发明的技术方案是：
一种外径可调式电机内定子，包括定子铁心、绕组及支架，其特殊之处是：所述定子铁心为多个环形一体式结构的定子铁心冲片叠合而成，所述定子铁心冲片具有多个齿片，及与相邻所述齿片的齿根底部相连的连接体，所述齿片对应叠合形成定子铁心的单元齿块，所述连接体对应叠合形成所述单元齿块之间的连接部，所述单元齿块的齿根部构成定子铁心的主轭部，所述连接部向定子铁心的圆心位置弯曲呈耳状形成定子铁心的副轭部，所述支架为圆盘状，其边缘对应单元齿块的齿根与连接部形成的通槽处设置多个限位支撑凸台，并利用所述限位支撑凸台与定子铁心扣合为一体。
所述连接体为中部宽度小于两侧宽度的细长条状，连接体与齿根的连接处设有豁口，则连接部的中部、连接部与单元齿块的齿根连接处形成能够发生优先形变的薄弱点，以便于生产工艺中牵拉变形形成规则的设计形态，以达到其弯曲变形可控的目的。
所述连接部的弧长大于或等于单元齿块的齿冠外缘弧长，以便于定子铁心冲片材料的冲裁过程中，同时冲裁多个相互咬合布置的定子铁心冲片，节省原材料，提高生产效率。
所述限位支撑凸台与通槽数量相等、其截面形状与通槽相同，起到牵拉副轭部、保持铁心张紧和精确保持定子铁心外圆形状的作用。
所述支架的限位支撑凸台的高度大于所述定子铁心的厚度，以便于组装定子铁心后对其固定。
所述定子铁心冲片材料为低硅电工钢片。
一种如上所述的电机内定子的制造方法，其包括如下步骤：
1）、冲裁成型，利用冲裁模具将整片的定子铁心冲片材料冲裁成多个互相咬合的闭合的扁环状的定子铁心冲片，定子铁心冲片的齿片的齿冠咬合在相邻的定子铁心冲片的连接体与齿根之间，前后相邻的定子铁心冲片相互交错布置；
2）、叠固成铁心初形，将冲裁后的多个定子铁心冲片叠铆至定子铁心要求厚度，使定子铁心冲片的齿片相互重合形成定子铁心的单元齿块，使定子铁心冲片的连接体相互重合形成定子铁心的连接部，形成定子铁心初形；
3）、扩张整形，将定子铁心初形向四周牵拉扩张至圆环状，扩张后定子铁心各槽口间距满足绕线机探头的绕线空间；
4）、绝缘处理及绕线，对整形后的定子铁心进行绝缘处理，然后利用绕线机对定子铁心各单元齿块进行机械化绕线，在单元齿块的齿身处形成绕组；
5）、缩合处理，向定子铁心的圆心位置牵拉各单元齿块间的连接部，各单元齿块的齿根部逐渐靠近，使相邻单元齿块齿根部位彼此紧靠或留有间隙，形成定子铁心的主轭部，各连接部向圆心位置弯曲呈耳状形成定子铁心的副轭部；
6）、将缩合后的定子铁心压入支架，所述支架上设有多个限位支撑凸台，每个限位支撑凸台对应压入单元齿块的齿根与连接部形成的通槽中，实现固定支撑，进而形成电机内定子的整体结构。
所述支架压入之后，将限位支撑凸台露出铁心外的部分施以压力，使该部位发生形变、胀大，从而将支架和定子铁心牢固的结合在一起。
本发明的有益效果是：
1、与传统内定子电机的定子相比，定子铁心冲片材料利用率高、铁心缩合之前定子槽口较大，方便绕线，缩合之后可以将槽口做得极小甚至做成闭口槽，槽满率可达90%以上，在不改变冲片模具的情况下槽口、定子外径大小均可调整，灵活性好。
2、与拼块式定铁心相比，结构简单，部件少，方便现场管理；相邻单元齿块间不用紧固件进行连接，组装容易，省去了铁心拼合过程及单个绕组连接过程，节约了生产时间，提高了电机电气连接和机械连接的可靠性；同时，还具有可以用来导磁的单元齿块间的连接部（副轭部），该连接部（副轭部）可以等效为电机铁心的磁路轭部的一部分，改善整机磁路，进而改善电动机的性能，故其综合性能超过拼块式铁心。
3、在不改变电机定子铁心冲片模具的情况下，仅仅改变定子支架尺寸就可通过控制定子铁心的缩合程度进而改变电机定子的直径，以适应不同直径的转子，从而发展出一系列不同性能的电动机产品，大大降低电机的生产成本。
附图说明
图1为传统电机内定子铁心冲片的结构示意图；
图2为传统电机内定子铁心的绕线状态示意图；
图3为本发明的定子铁心冲片原料制作冲片排样示意图；
图4为图3中多个定子铁心冲片叠铆在一起成为定子铁心初形的结构示意图；
图5为图4中所示的定子铁心初形通过外力牵拉逐渐展开示意图；
图6为在图5的基础上进一步牵拉展开定子铁心；
图7为在图6的基础上把定子铁心展开成圆环形示意图；
图8为牵拉绕线后的定子铁心的连接部进行缩合工作的示意图；
图9为定子铁心缩合后的结构示意图；
图10为在图9的基础上进一步缩合的结构示意图；
图11为本发明的支架的结构示意图；
图12为本发明的支架与缩合之后的定子铁心的组装示意图；
图13为本发明的结构示意图（定子铁心槽口m不闭合，主轭部有一定缝隙p）；
图14为本发明的结构示意图（定子铁心槽口n闭合，主轭部缝隙q呈闭合状态）；
图15为图13中A-A剖视图。
图中序号说明：定子铁心冲片Ⅰ、定子铁心初形Ⅱ、定子铁心Ⅲ、绕组Ⅳ、支架Ⅴ、齿片1、齿冠101、齿身102、齿根103、连接体2、单元齿块3、齿冠301、齿身302、齿根303、连接部4、通槽5、限位支撑凸台6。
具体实施方式
如图13、图14所示，该外径可调式电机内定子，包括定子铁心Ⅲ、绕组Ⅳ及支架Ⅴ。
如图3-图7所示，定子铁心Ⅲ由多个环形一体式结构的定子铁心冲片Ⅰ叠合变形后而成，定子铁心冲片Ⅰ的初始形状为扁环状，最终展开成圆环状。每个定子铁心冲片Ⅰ具有多个齿片1和连接体2，每个齿片1包括齿冠101、齿身102和齿根103，连接体2与相邻齿片的齿根103底部相连。
多个定子铁心冲片Ⅰ的齿片1对应叠合形成定子铁心Ⅲ的单元齿块3，每一个单元齿块3则具有齿冠301、齿身302和齿根303，连接体2对应叠合形成单元齿块3间的连接部4，单元齿块3上的齿根303构成定子铁心Ⅲ的主轭部，连接部4向定子铁心Ⅲ的圆心位置弯曲呈耳状形成定子铁心Ⅲ的副轭部（如图9所示）。连接部4一方面可以起到保持铁心形状提供缩合预紧力，另一方面又形成了与铁心主轭部同时工作的副轭部，起导通磁路的作用。连接部4的弧长大于或等于单元齿块3的齿冠301外缘弧长度。
由于连接体2为中部宽度小于两侧宽度的细长条状，连接体2与齿根103的连接处设有豁口，则连接部4的中部c处、连接部4与单元齿块3的齿根303的连接处d处具有能够发生优先形变的薄弱点。为使连接部4发生较为理想的形变，定子铁心材料以含碳量和含硅量较低、韧性较好的材料为佳，如电工钢片，优选低硅电工钢片。
如图12所示 ，支架Ⅴ对应单元齿块3的齿根303与连接部4形成的通槽5处设置限位支撑凸台6，限位支撑凸台6的数量与通槽5数量相等，其截面形状与通槽5的形状相同，利用限位支撑凸台6与定子铁心Ⅲ扣合为一体。如图13 中r部、图14中s部所示，限位支撑凸台6与齿根部紧密接触、准确定位，故齿根部的距离是通过使用不同尺寸的定子支架Ⅴ来实现的，定子支架Ⅴ保证了铁心尺寸的准确性。
根据电动机的要求，定子铁心槽口分为闭合和不闭合两种情况。如图14所示，定子铁心槽口n闭合，主轭部缝隙q呈闭合状态，大部分磁路通过主轭部导通，副轭部辅助。如图13所示，定子铁心槽口m不闭合，主轭部有一定缝隙p，对磁路产生了一定影响，但是由于有副轭部的存在，相当大的一部分磁路通过副轭部进行导通，总磁通量不会有较大变化。可以通过调整定子支架尺寸来调节主轭部的间隙，合理分配通过主轭部和副轭部的磁通量，使电动机工作在最佳状态。根据材料硬度和工艺要求，连接部4在满足电机定子铁心正常形变缩合的条件下尽可能宽，以增强其导磁性。
上述电机内定子的制造方法，包括如下步骤：
1、冲裁成型，如图3所示，利用冲裁模具将整片的定子铁心冲片材料冲裁成多个互相咬合的闭合的扁环状的定子铁心冲片Ⅰ，定子铁心冲片Ⅰ的齿片1的齿冠101咬合在相邻的定子铁心冲片的连接体2与齿根103之间，前后相邻的定子铁心冲片Ⅰ相互交错布置，交错距离为一个齿距以达到冲片最高利用率为准。冲裁后的定子铁心冲片Ⅰ的连接体2为易发生变形的细长条状（如图7中c处所示），连接体中部宽度小于两侧宽度（如图7中d处所示），连接体2与齿根103的连接处中间较厚部位冲裁出一个半圆形豁口。
2、叠固成铁心初形，如图4所示，将冲裁后的多个定子铁心冲片Ⅰ叠铆至定子铁心要求厚度，使定子铁心冲片Ⅰ的齿片1相互重合形成定子铁心的单元齿块3，使定子铁心冲片Ⅰ的连接体2相互重合形成定子铁心Ⅲ的连接部4，构成闭合的扁环状定子铁心初形。
3、扩张整形，如图5-图7所示，利用液压扩张器将定子铁心初形向四周牵拉扩张至圆环状，扩张后定子铁心Ⅲ各槽口间距满足绕线机探头的绕线空间，其中连接部4为发生形变的主要工作部分。
4、绝缘处理及绕线，如图8所示，对整形后的定子铁心Ⅲ进行绝缘处理，即加装绝缘器或进行粉末喷涂，而后利用绕线机对定子铁心各单元齿块进行机械化绕线，在单元齿块3的齿身302处形成绕组Ⅳ。
5、缩合处理，向定子铁心Ⅲ的圆心位置牵拉各单元齿块间的连接部4实现定子缩合，各单元齿块3的齿根部逐渐靠近，使相邻单元齿块间的槽口闭合或留有设计间隙，形成定子铁心Ⅲ的主轭部，各连接部4向圆心位置弯曲呈耳状形成定子铁心Ⅲ的副轭部，所以可以通过调节齿根部之间的距离来调节定子的半径以适合不同半径的电机转子。如图9所示，定子铁心缩合之后槽口不闭合、形成主轭部的齿根部彼此有一定间隙；图10为在图9的基础上进一步缩合之后槽口闭合、形成主轭部的齿根部彼此紧靠，闭合没有间隙。
6、如图11所示，将缩合后的定子铁心Ⅲ压入定子支架Ⅴ，定子支架Ⅴ上设有多个限位支撑凸台6，每个限位支撑凸台6对应压入单元齿块3的齿根303与连接部4形成的通槽5中，实现固定支撑。如图12所示，将限位支撑凸台6插入电机定子铁心副轭部和主轭部形成的通槽5里，进而形成电机内定子的整体结构。
如图15所示，限位支撑凸台6的高度大于定子铁心Ⅲ的厚度。支架Ⅴ压入之后将限位支撑凸台6露出铁心外的部分施以压力，使该部位发生形变、胀大，从而使支架Ⅴ和定子铁心Ⅲ牢固的结合在一起。
Claims (6)
1.一种外径可调式电机内定子，包括定子铁心、绕组及支架，其特征是：所述定子铁心为多个环形一体式结构的定子铁心冲片叠合而成，所述定子铁心冲片具有多个齿片，及与相邻所述齿片的齿根底部相连的连接体，所述齿片对应叠合形成定子铁心的单元齿块，所述连接体对应叠合形成所述单元齿块之间的连接部，所述单元齿块的齿根部构成定子铁心的主轭部，所述连接部向定子铁心的圆心位置弯曲呈耳状形成定子铁心的副轭部，所述支架为圆盘状，其边缘对应单元齿块的齿根与连接部形成的通槽处设置多个限位支撑凸台，并利用所述限位支撑凸台与定子铁心扣合为一体，所述连接体为中部宽度小于两侧宽度的细长条状，连接体与齿根的连接处设有豁口，所述连接部的弧长大于或等于单元齿块的齿冠外缘弧长。
2.根据权利要求1所述的外径可调式电机内定子，其特征是：所述限位支撑凸台与通槽数量相等、其截面形状与通槽相同。
3.根据权利要求1所述的外径可调式电机内定子，其特征是：所述限位支撑凸台的高度大于所述定子铁心的厚度。
4.根据权利要求1所述的外径可调式电机内定子，其特征是：所述定子铁心冲片材料为低硅电工钢片。
5.一种如权利要求1所述的电机内定子的制造方法，其特征是，包括如下步骤：
1）、冲裁成型，利用冲裁模具将整片的定子铁心冲片材料冲裁成多个互相咬合的闭合的扁环状的定子铁心冲片，定子铁心冲片的齿片的齿冠咬合在相邻的定子铁心冲片的连接体与齿根之间，前后相邻的定子铁心冲片相互交错布置；
2）、叠固成铁心初形，将冲裁后的多个定子铁心冲片叠铆至定子铁心要求厚度，使定子铁心冲片的齿片相互重合形成定子铁心的单元齿块，使定子铁心冲片的连接体相互重合形成定子铁心的连接部，构成定子铁心初形；
3）、扩张整形，将定子铁心初形向四周牵拉扩张至圆环状，扩张后定子铁心各槽口间距满足绕线机探头所需要的绕线空间；
4）、绝缘处理及绕线，对整形后的定子铁心进行绝缘处理，而后利用绕线机对定子铁心各单元齿块进行机械化绕线，在单元齿块的齿身处形成绕组；
5）、缩合处理，向定子铁心的圆心位置牵拉各单元齿块间的连接部，各单元齿块的齿根部逐渐靠近，使相邻单元齿块间的槽口、齿根部闭合或留有设计间隙，形成定子铁心的主轭部，各连接部向圆心位置弯曲呈耳状形成定子铁心的副轭部；
6）、将缩合后的定子铁心压入支架，所述支架上设有多个限位支撑凸台，每个限位支撑凸台对应压入单元齿块的齿根与连接部形成的通槽中，实现固定支撑，进而形成电机内定子的整体结构。
6.根据权利要求5所述的电机内定子的制造方法，其特征是：所述支架压入之后，将限位支撑凸台露出铁心外的部分施以压力，使该部位发生形变，从而将支架和定子铁心牢固的结合在一起。
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