CN1027777C - 叠片的改进 - Google Patents

Abstract

叠片组和制造如所述变压器或电动机的电磁装置的铁心叠片组的装配方法。互配的叠片(12、14)的第一和第二组有相对自由配合在一起且有如鸠尾构造(16)和凸出部(18)的互相配合的构造。最好每组邻接的叠片相贴附。第一和第二叠片组(12、14)如在装配架上以机械接触方式牢靠地夹持在一起。在叠片的一个或两个上的构造(18)变形接合到另一个叠片的构造(16)，把第一和第二叠片组夹紧在一起。在可供选择形式中，第一和第二叠片组夹持在一起。

Description

本发明涉及改进构成电磁装置的铁心的叠片，所说叠片的叠片组以及所说的叠片组形成铁心的装配方法。

电磁装置，如变压器和电动机一般具有由各个叠片组成的铁心，该铁心可具有对接的层叠组件，交替的层叠组件或所谓的“Unilam”层叠组件（参见英国专利GB-A-1466878、1466879和146680）的形式。已知的各种方法把叠片夹持在一起以制成电磁装置的铁心。它们有用螺栓连在一起的，有焊接在一起的，有粘附在一起的，有装进固定座里的。但是，所有这些方法都是昂贵的，因为它们含有附加的部件和/或增加了铁心装配操作所需的时间和次数。

美国专利（US-A-4594295）说明书中提出了有切口的薄板叠片，该叠片为了避免在高负载/温度工作状态时的变压器噪声而可以压配合在一起。这样的叠片之一有窄小的凸出部，该凸出部和其互配叠片对应的凹口压配合。但是，在压配合装配方式中互配的部分抵抗这种装配是固有的，并且任何装配部分之间所引起的不完全的机械接触增加了装置的磁阻和相应的效率降低。此外，所说的美国专利不以压配合作为唯一的把叠片夹在一起的方式，还用现有技术中常规的焊接方式来扣紧叠片。在西德专利（DE-A-2744711、3008598，和3008599）的说明书中也描述了压配合。我们的欧洲专利（EP-A-0028494）说明书中描述和要求在变压器铁心中使用具有凸出部和凹口的F形叠片，该凸出部和凹口要受压配合或者充当弹性夹。 在后面的形式中，叠片侧臂的回复力夹住互相紧靠着形成铁心的交叠中心臂，以提供对部件分开的摩擦阻力。

本发明目的是提供一种用于电磁装置的叠片新结构，使叠片能够在少量操作下简单且便宜地装配在一起并且使用时具有最低限度的损耗。

本发明的进一步目的是提供一种叠片的新结构，该叠片从薄板上进行切割基本上没有废料且没有以摩擦抵制散开的交叠部分。

一方面，本发明提供用于电磁装置的叠片组件，它由第一和第二叠片组配合组成，所述第一叠片组至少包括一个其中具有鸠尾构造的外表面，所述第二叠片组至少包括一个在其上的可变形的凸出部，而所述的叠片组件是通过将所述第二叠片组的各所述可变形的凸出部向内弯曲朝向所述第一叠片组的所述有关的鸠尾构造和永久地接合所述有关的鸠尾构造，以使所述第一和第二叠片组锁定在一起而构成的。

在形式上第一组和第二组相对自由地配合在一起，该部分由永久变形把这些组夹在一起。

自由地容易装配叠片在一起使它们能在一起且由外部夹紧力保持良好的机械接触直到可变形部分把叠片组夹在一起机械地变形为止。

本发明还提供用于电磁装置的叠片组件包括：配合在一起的互配的第一和第二组叠片以及把第一和第二组叠片夹在一起的有弹性或永久可变形的部分，第一和第二组叠片成对地出现，它们的外轮廓线相互套接而且可大体上没有废料的从薄板上切割。

再进一步的情况，本发明提供装配电磁装置叠片组的方法，包括下列步骤：

提供配合在一起且具有互相配合的构造的互配叠片的第一和第二叠片组，所述第一叠片组至少包括一个其中具有鸠尾构造的外表面和所述第二叠片组至少包括一个在其上的可变形的凸出部;以及 将所述第二叠片组的各所述可变形的凸出部向内弯曲朝向所述第一叠片组的所述有关的鸠尾构造和永久地接合所述有关的鸠尾构造，以使所述第一和第二叠片组锁定在一起。

第一和第二组叠片的互相配合构造在它们中的一个可变形构造对它们的另一个不变形的构造变形时可以简单地引起摩擦夹紧力，但是最好是有这样的外形，以便所说的构造变形机械地把第一和第二组扣紧在一起。在后一种情况，第一和第二组叠片的互相配合构造有利的有鸠尾或其它外形，以致所说的构造变形可靠地把第一和第二组叠片夹在一起。鸠尾在不变形的基座构造上便利地形成，而且也可以在可变形的耳状构造上形成。

最好是由间隙配合提供自由互相配合，但也可以由过渡配合提供互相配合，在凸形的和凹形的部件之间的线接触对装配提供小的阻力。把叠片层叠组装配在一起的任何必须的力比可得到的夹紧力应相对的小。

此外，如果凸形和凹形的部件是紧过渡配合，产品的特征在第一组和第二组叠片靠近完全邻接位置的行程的最后部分时如阻力的减少是允许的。

在更具体的方面，本发明提供用于电磁装置的由把第一和第二组互配的叠片扣紧在一起形成的叠片组件，其中：

a）各组的叠片有彼此隔开的收敛面;和

b）各组的叠片有彼此隔开的用于装在收敛面上的夹紧凸出部，和当对所说的面无弹性地变形或弯曲时机械地把第一和第二组叠片卡在一起。

本发明进一步提供在电磁装置里使用的叠片组，所说的叠片有为承受互配组叠片凸出部的彼此隔开的收敛面，当对所说面变形时 把叠片组卡在一起。

本发明进一步提供在电磁装置里使用的叠片组，所说的叠片有对互配叠片组的收敛面配合的彼此隔开的夹紧凸出部，且对所说面变形时机械地把叠片一起卡住。

上述装配方法可使用松开的叠片和扭转挠性的层叠片。这样，刚性的E形叠片组可装配到I形叠片组，该I形叠片组是挠性的，如由单栓夹住完整的叠片。I形叠片具有这种挠性容易适应任何不规则的E形叠片，并且得到好的机械和磁的接触。在本发明中对E形叠片和I形叠片使用二个或更多的栓。

更进一步，本发明提供用于电磁装置的叠片有用以承受互配叠片凸出部的彼此隔开的收敛面，当对所说的面变形时把叠片一起卡住。

另一方面，本发明提供用于电磁装置的叠片有对互配叠片收敛面配合的彼此隔开的夹紧凸出部，并且当对所说的面变形时把叠片一起机械地卡住。

本发明更进一步提供用于电磁装置的叠片组件包括：第一和第二组互配的叠片配合起来并有把第一和第二组叠片卡在一起的有弹性或永久地可变形部分，叠片组之一有邻接构造，该构造夹紧时在另一组叠片部分上引起反作用力，并且至少部分地防止所说另一组的所说部分永久变形。

本发明第一和第二叠片组可供选择的形式是弹性夹持在一起。在这种形式中，叠片组之一的边柱当夹持在一起时可向内变形，但最好是向外变形，以便变压器铁心在所说的一组叠片的中柱上在第一和第二组夹持在一起时不变压缩。

本发明的各种形式将由实施例参照附图的方式加以描述，其中：

图1a是装配前变压器构件的正视图，图1b、1c和1d分别是一组I形叠片中心横截面图，铁心的横截面和一组E形叠片的端视图都以构件形式出现于图1;

图2a是从如图1所示构件装配好的变压器正视图，图2b是变压器铁心的I形和E形叠片对接在一起之前，在其接触面处的一个边的放大详图，图2c和图2d是变压器的端视图，表示可供选择的铁心结构;

图3是在装配时的变压器正视图;

图4a、4b和4c是完成对接I形和E形叠片后，在接触面处的变压器铁心的一个边的放大详图，表示可供选择切口外形;

图5a、5b和5c是变压器铁心在I形和E形叠片间接触面处的一个边放大详图，表示使用不同的切口角度和弯边刀外形;

图6a至6e是根据本发明的多种变压器和抗流器装配的有代表性的叠片组件下正视图;

图7是根据本发明已装配的罩极电动机的铁心图解正视图;

图8a和8b是根据本发明I形和E形叠片交替层叠组件的正视和侧视图，图8c是由交替的层叠组形成I形和E形叠片的视图;

图9和图10是变压器叠片的正视图，表示可供选择的对接;

图11、11a和12、12a表示用于图9和图10叠片的可供选择的切口和凸出部外形详图;

图13和13a表示更进一步的切口和凸出部外形的详图;

图14和14a表示用于鸠尾切口的更进一步的凸出部外形的详图;和

图15a至15c是E形和I形变压器叠片的正视图，表示根据本发明进一步形式装配叠片的方法详图，以及图15d表示对于联锁构造的可供选择的外形详图;

图16是E形和I形变压器叠片局部的正视图，表示气隙的形成;

图17和18是E形和I形变压器叠片进一步形式的正视和放大详图，表示根据本发明进一步形式的装配方法;和

图19a至19c是E形和I形变压器叠片的进一步形式正视图，表示其装配方法。

在图1a以及图1b、1c和1d中，变压器10具有绕组11和由E形叠片组12和I形叠片组14装配起来的铁心。E形叠片组的叠片由一对冲压成形的窝接式的扣（Spigot    and    Socket    fasteners）夹持在一起。E形叠片组12顶端外缘有鸠尾构造16，I形叠片组14有不变形凸出部或耳状物18。鸠尾构造16和耳状物18在冲压或压力加工时在各自的叠片上按需要成形的。凸出部的尺寸或长度及宽度和鸠尾槽的外形和尺寸完全取决于所要变压器装配的尺寸、重量和层叠组长度。为了装配变压器，E形叠片组12被放置在装配架里，绕组11放置在E形叠片的中柱上，I形叠片组以松配合的方式置于E形叠片上。施加夹紧力F以使叠片组12、14有好的机械接触，如I形组是扭曲挠性时是有助于此的。良好的机械接触避免了在已装配的铁心上磁通路径的中断，因此也避免了效率的降低。

向内变形D（图2b）是由冲击（impact）产生的，如耳18上适当外形的指状物定位于鸠尾构造内并把E形和I形叠片组机械地固紧在一起。由于鸠尾构造，变形作用也拉着I形层叠组14牢固地靠在E形层叠组12上。由于叠片组12和14之间的连接是足够牢固而耐久的，故 无必要再用其它方式的连接，如果需要也可以使用通过粘结或其它传统的把组件夹在一起的方式。已装配好的变压器如图2a和2c所示。

上述予叠装弯边变压器叠片的结构在装配期间有许多优点。不需要焊接、叠装或选择器“对接层叠组”（“butt    stack”）的机器，且装配可大量，便宜地实现。基本上没有，由弯曲或损坏松动了的叠片废料，同时也没有备料的不平衡，如由于I形叠片的报废而使与其互配的E形叠片也得报废。产品控制是容易的，层叠组可以折卸，如果需要还可以重新弯边，但焊接叠片装配如果出现缺陷不能拆开和重新装配。传统的焊接和紧夹操作时，松的叠片可能倾斜，使接缝的对正变差了，这可影响叠片组的电气性能。予叠装的相邻叠片已由栓或类似物件连接的E形和I形叠片组互相垂直以好的接缝定位连接起来，尤其是其中I形层叠组有单个定位栓且是扭曲柔性时（如我们的英国专利（GB-A-2206453）说明书所描述的。

E形叠片（25）的一种变化（图2d），该叠层是松的，不是叠片组中的互相粘结，而是由线圈11的定位构造26夹在一起。叠片25与如上所述的一组I形叠片27相连。E形叠片也可以是由一个或更多的冲击栓（impingment    peg）夹在一起的叠片组。

图3示意地表示在装配时变压器线圈11和在装配架30上的叠片12和14，在凸出部或耳状物18上冲击以使其产生所需向内变形的具有斜角端面34的弯边刀32。

在图4a-4c中表示种种切口和耳状物。在图4a中，切口16是平鸠尾且耳状物18a伸进部分鸠尾，如沿着鸠尾面稍过半。在图4b中，切口16b的鸠尾表面是双弯曲的，在图4c中，切口16c也是有角度的，它的下表面不是平行于E形叠片12的端面而是向外倾斜，且耳状物18 c大体上沿鸠尾切口基本上伸进整个切口面。

在图5a中，刀32有一平斜面34。刀32在耳状物18上的碰撞使耳状物向内变形，并引起它在如箭头36所示方向稍有伸长。鸠尾切口16的工作面与E形叠片12的端面垂直线38之间的夹角有利的是大于大约5°角，并且为了使叠片组12和14牢固地连接可有其它值。可以用大于或小于5°角，在任何情况下，角的选择取决于所要铁心结构的尺寸和重量。图5b的结构除刀32a的端面34a呈如图所示的肋状外其余是相似的。在图5c中，刀32b有增加沿着切口16的分量作用的斜角，并且有一为充分地弯边和挤压在耳状物18上的凸出弯曲端面36b。

在图6中，表示种种可能的铁心外形。在图6a中，表示抗流器铁心，该铁心有一对在中柱44之间具有气隙42的E形叠片40。图6b表示由U形叠片46和T形叠片48形成的另一种抗流器铁心。在图6c中，由E形叠片50和I形叠片52形成的第三种抗流器铁心。图6d表示由一对F形叠片54形成的变压器铁心。在这结构中，其中一个叠片54有切口或凹槽56，另一个叠片54有夹紧的耳状状物58。图6e表示由U形叠片60和T形叠片62形成的又一种变压器铁心。在这种结构中，在T形叠片62上的倾斜面64容纳在U形叠片60上的夹紧耳状物66。

图7中，表示在由U形叠片72确定的定子中旋转的转子70这样的罩极电动机结构。在叠片组76上的极线圈架74由如上所述的夹紧耳状物和凹槽相连。

在图8a-8c中，表示E形和I形叠片80、81的交替层叠组的安装。如在图8c中所见，空白的薄钢板上的切割线把I形叠片81套在E形叠片里面并可由先进的成形刀具大体上没有废料的从薄板上切割。在 E形叠片80的边上形成具有一般的半园形凹槽82，如在图8b所见到的，在装配交替的层叠组里耳状物和凹槽16、18交替在一起。耳状物18的端18a凸出地弯曲在E形叠片18上产生相应的弯曲凹槽。以对装配好的变压器铁心磁通路径的影响减至最小来选择弯曲形状。I形叠片81和E形叠片80有窝接式的接头83、85，其数量和位置的决定取决于制成铁心的尺寸和其它参数。

在图9中，I形叠片90配合E形叠片92形成变压器铁心。I形叠片90有自其端96向内轻微偏斜的凸出或耳状物94与E形叠片92的端面上的切口98相配合。在箭头100所示的切口98的外端使用上述的弯边刀对组合件向内弯边。图10中的“Unilam”型铁心具有加长边柱104的E形叠片102容纳一个缩短了的I形叠片106。E形叠片102在它加长边柱104的内端面上有槽103，在另一边柱的端面上有槽108，它们容纳在I形叠片106上的相应凸出物或耳状物。应该注意槽103、108和必要弯边刀相应的动作如箭头110、112所示通常是互相垂直的。

I形和E形叠片的分别相应于其变形前和变形后可能的槽和耳状物构造的详图表示在图11、11a和12、12a上。在图11a中，鸠尾面111在槽98的可变形外部形成，而在图12a中，它在耳状物94的外表面上形成于114。

可以看出上述扣紧件系统的许多优点。它能根据电磁装置快而便宜地装配铁心。叠片可以几乎没有废料的加以制造。可以使用松的叠片装配变压器和层叠叠片变压器或具有部分层叠和部分松的或互相交替叠片变压器的装配方式。根据本发明的已装配的铁心，试验表明其效率大体上与传统装配的铁心相同或仅稍低一点。

图13和13a表示当需要高保持力时可使用的槽和耳状物的更进 一步的外形。一组叠片有凸出侧面122的耳状物120，该凸侧面122可变形的和在另一组叠片126上的凹口124进行接触。凸出侧面122最初与叠片126的通过面125有间隙，而后机械地变形卡在一起。

图14和14a表示一组叠片有园端132的耳状物130的切口外形。从把叠片组夹紧在一起的观点来看这些耳状物的外形是有效的，而且能够用较简单的刀具大量加工并在生产期间减少刀具磨损。

在图15a-15c中，叠片134的E形层叠组和I形叠片136的层叠组有互配的鸠尾构造138和耳状物140。园端142或其它的凸轮外形端部在耳状物140上形成。耳状物140有与鸠尾构造相近或稍小的角度。越过鸠尾构造138顶部的距离一般比耳状物138内表面之间的间隙大0.5mm，尽管这尺寸可能完全取决于叠片尺寸和材料。如果压力F施加于层叠组136和138之间，这样层叠组件可以夹持在一起。I形层叠组136不挠曲，但E形层叠组134的支柱在没有永久变形的情况下足以允许两个层叠组卡在一起。力F的大小与前面实施例使耳状物夹紧所需的力相近，并且I形和E形叠片足够紧密地对接在一起以提供满足要求的电气性能。鸠尾构造138形成具有比耳状物140的内拐角144更大半径的拐角142或做成具有倾斜拐角，以便层叠组134、136进入没有抵触的对接。采用这样的配制方式，生产中层叠组有效对接没有刀具磨损的危害。在变化了的情况（图15d）中，从外形角度看，耳状物140a有增大的球形端和由鸠尾构造138a确定的引入面139，该面139在层叠组134、138被推到一起时带动层叠组134的边柱向内。

如图16所示，在具有相对长的柱身或用比0.5mm厚度小，如0.2-0.5mm厚的材料制成叠片的叠片组，在弯边时由于边柱的偏斜而 可能成为问题。如果在图16中箭头150所示的弯边时边柱偏斜，那么在E形层叠组12的中柱152和I形层叠组边缘14之间可形成气隙151。气隙151的形成，除在需要气隙的抗流平稳变压器而外，可引起变压器电气性能的恶化。对于变压器，希望防止在其中柱的气隙的发生，提供了防止E形层叠组边柱向内变形的方式（图17和18）。这些方式可包括：在一些或所有I形层叠组14的叠片上的小突起154，叠片154与I形层叠组14的端头靠近对着但又隔开。当I形叠片组14放置在E形叠片组12上时，E形叠片组12的边柱在它们相应的突起154和耳状物18之间配合。当耳状物或凸出部18被弯边进入鸠尾16时，小突起154阻止E形叠片组的边柱在弯边压力下的偏斜，且随后也就防止了不希望的气隙产生。

图19a-19c表示本发明的进一步形式，在这里I形叠片组150和E形叠片组162由E形叠片的边柱164弹性的向外变形而夹持在一起。边柱164在内棱边端形成具有如图16d所示的接榫构造166，I形叠片组从它的所示端形成间隔、向外的凸榫构造168。当I形叠片组的耳状物168与E形叠片组的支柱164（图19b）接触时，支柱164如箭头所示向外弯曲以允许I形叠片组耳状物168通过且挨靠E形叠片组的鸠尾或接榫166。当I形叠片组160与E形叠片组162对接时，支柱164放松无任何永久变形牢固地紧扣I形叠片组的耳状物168，并且以其鸠尾形状牢固地夹持对着E形叠片组对接面的I形叠片组（图19c）。

Claims (24)

1、一种用于电磁装置的叠片组件，它由第一和第二叠片组(12，14)配合组成，其特征在于，

所述第一叠片组(12)至少包括一个其中具有鸠尾构造(16)的外表面，

所述第二叠片组(14)至少包括一个在其上的可变形的凸出部(18)，

所述的叠片组件是通过将所述第二叠片组(14)的各所述可变形的凸出部(18)向内弯曲朝向所述第一叠片组(12)的所述有关的鸠尾构造(16)和永久地接合所述有关的鸠尾构造(16)，以使所述第一和第二叠片组(12，14)锁定在一起而构成的。

2、根据权利要求1所述的叠片组件，其特征在于，各所述凸出部具有一宽度和一长度，其长度大于宽度。

3、根据权利要求2所述的叠片组件，其特征在于，该第一叠片组具有外柱，外柱接触第二叠片组（14）的相邻对接构造（154，图17），该构造用作在弯折过程中限制外柱的向内变形。

4、根据权利要求1所述的叠片组件，其特征在于，第一组的相邻叠片被紧固在一起，以及第二组的相邻叠片被紧固在一起。

5、根据权利要求1所述的叠片组件，其特征在于，其中至少一组叠片组（14）是扭转挠性的。

6、根据权利要求5所述的叠片组件，其特征在于，扭转挠性叠片组（14）的各叠片或各扭转挠性叠片组（14）通过单独的连接被连接至相邻的叠片。

7、根据权利要求6所述的叠片组件，其特征在于，扭转挠性叠片组的各叠片或各扭转挠性叠片组在垂直于叠片的公共轴上包括：在其一侧上的一个单独的凹部和在其另一侧上的一个单独的凸出部，各叠片仅通过单独的凸出部伸进相邻叠片的单独的凹部与相邻叠片耦合。

8、根据权利要求1所述的叠片组件，其特征在于，各所述凸出部的外表面以相对于叠片组有关的外表面至少5°的角向内地对准。

9、根据权利要求1所述的叠片组件，其特征在于，第一和第二叠片组中的至少一组包括E形叠片。

10、根据权利要求1所述的叠片组件，其特征在于，第一和第二叠片组中的至少一组包括I形叠片。

11、根据权利要求1所述的叠片组件，其特征在于，第一和第二叠片组中的至少一组包括U形叠片。

12、根据权利要求1所述的叠片组件，其特征在于，第一和第二叠片组中的至少一组包括F形叠片。

13、根据权利要求1所述的叠片组件，其特征在于，所述第一叠片组是一组E形叠片组，而所述第二叠片组是一组I形叠片组。

14、根据权利要求10或13所述的叠片组件，其特征在于，其中所述I形叠片组对于垂直于叠片的轴是扭转挠性的。

15、根据权利要求2所述的叠片组件，其特征在于，其中所述长度大于所述宽度至少约1.5倍。

16、根据权利要求1所述的用于电磁装置的叠片组件，其特征在于，该电磁装置为一种变压器、抗流器或电动机。

17、一种电磁装置的叠片组的装配方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

提供配合在一起且具有互相配合的构造的互配叠片的第一和第二叠片组（12，14），所述第一叠片组（12）至少包括一个其中具有鸠尾构构（16）的外表面和所述第二叠片组（14）至少包括一个在其上的可变形的凸出部（18）;以及

将所述第二叠片组（14）的各所述可变形的凸出部（18）向内弯曲朝向所述第一叠片组（12）的所述有关的鸠尾构造（16）和永久地接合所述有关的鸠尾构造（16），以使所述第一和第二叠片组（12，14）锁定在一起。

18、根据权利要求17所述的方法，其特征在于还包括从单一薄片预先冲压所述第一组的叠片和所述第二组的叠片的步骤，用以形成所述叠片的图形是这样的，使得形成的一片叠片（14）套在另一片叠片（12）里面，以致它们能从所述薄片冲压出来而基本上没有废料（图8c）。

19、根据权利要求18所述的方法，其特征在于包括将第一叠片组的相邻叠片紧固在一起和将第二叠片组的相邻叠紧固在一起的步骤。

20、根据权利要求19所述的方法，其特征在于，其中第一叠片组（12）是刚性的，而第二叠片组（14）对于垂直于叠片平面的轴是扭转挠性的，从而在装配时第二叠片组（14）挠曲以适应第一叠片组上的不均匀性，且在第一和第二叠片组（12，14）之间获得良好的机械的和磁的接触。

21、根据权利要求20所述的方法，其特征在于，其中第一组叠片（12）是E形叠片，而第二组叠片（14）是I形叠片。

22、根据权利要求21所述的方法，其特征在于，该第一叠片组（12）具有外柱，外柱接触第二叠片组的相邻对接构造（154，图17），该构造用作在其弯折时限制外柱的向内变形。

23、一种用以组成如权利要求1所述叠片组件的叠片组，其特征在于，所述叠片组在其相对侧表面上具有鸠尾构造用以容纳另一互配叠片组的接榫构造。

24、一种用以组成如权利要求1所述叠片组件的叠片组，其特征在于，所述叠片组在其两侧表面上包括有一对永久可变形的接榫构造用作永久向内变形与互配叠片组的鸠尾构造接合。

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