CN103427518A - 小功率电动机和转子叠片构造 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动机技术领域。本发明提供一种用于小功率电动机的转子叠片，包括中心件和齿茎，该中心件具有孔并且用于容置转子轴，该齿茎从中心件向外延伸且分别转变成一齿顶，该齿顶具有设置于两侧的齿端，其中以该齿茎的中轴线为参照，该齿茎的齿端不对称。本发明还提供一种包括该转子叠片的小功率电动机。

Description

小功率电动机和转子叠片构造

技术领域

本发明涉及用于小功率电动机且齿顶采用特殊设计的转子叠片以及用该转子叠片制成的小功率电动机。

背景技术

永磁直流小功率电动机目前用途广泛。其中包括用在家用电器和手动工具中的驱动装置以及用在汽车上的作动器等等。

这种电动机的转子通常包括一组堆叠设置且具有凸极的电枢叠片。转子的外表面不是封闭表面，而是被若干缝隙隔断，设置这些缝隙是为了将绕组装入位于极之间的槽内。如果采用这种结构的转子在安装在电动机壳体中的磁体所产生的磁场中旋转，叠片缝隙相对于磁体的位置就会发生变化，进而引起磁阻变化，转子就会受到磁力作用，这部分磁力起止动转矩的作用。这类电动机上常会出现的止动转矩对各种驱动装置而言都是不受欢迎的。这种止动转矩会导致转子运行不稳定，尤其是在转速较低的情况下，此外还会使得转子在某些状态下无法定位。另外，止动转矩还是一个噪声源。

此外，安装在壳体内的磁体所产生的磁通是电动机产生转矩所必需的，而极之间必须设置的缝隙会让这部分磁通遇到较大阻力。

已知有多种用来减小这一止动转矩的措施，例如将转子叠片组斜扭，在转子叠片的电枢中增设槽(DE102006060891A1)，或者在安装完转子绕组后通过电枢叠片的变形来减小缝隙宽度（EP1047177B1和该案中引用的文献）。

根据本发明，如果转子叠片在槽区域内实施为不对称，就能获得更多优点。

发明内容

本发明提供一种用于小功率电动机的转子叠片，该转子叠片的齿顶被构造成不对称。至少一个齿端突出在转子的最终外径之外，并且在装入绕组后才被调整成转子直径的大小。本发明还提供一种用该转子叠片制成的小功率电动机。

附图说明

图1为根据本发明实施的具有常规组件的小功率电动机的纵向剖视图；

图2为图1所示电动机的转子的前视图，该转子具有换向器和绕组；

图3与图2相似，只是两侧齿端对调设置；

图4为本发明所提供的转子叠片；

图5为本发明所提供的另一转子叠片；

图6为本发明所提供的转子叠片，其中，齿茎的中轴线相对于以转子轴为圆心的圆的半径有一定偏移D；

图7为本发明所提供的转子叠片，其中，齿茎的中轴线与以转子轴为圆心的圆的半径之间成一定角度α；

图8为本发明所提供的转子叠片，其中，槽内侧设有凹口；

图9为齿顶末端造型后的转子叠片组；

图10为转子叠片组的俯视图，其中，电枢槽形成直缝隙；

图11为转子叠片组的俯视图，其中，电枢槽形成斜缝隙。

具体实施方式

本发明所提供的小功率电动机主要由转子组件1、壳体组件2和输电组件3构成。这些组件中的单个部件在传统的电动机上都有，属于众所周知的技术，因而此处仅在方便理解本发明的范围内对这些部件进行说明。

在转子组件1中，轴体1.1上安装着一个由若干转子叠片1.4堆叠而成的叠片组，绕组1.3安装在该叠片组中并且与换向器1.2连接。

壳体组件2由壳体2.1和磁体2.2构成并且为转子1提供支撑点2.3，所述磁体固定在内壁上并产生激励磁通。

输电组件3通过电刷系统3.1和接头3.3为换向器1.2供电，所述接头穿过绝缘材料3.2从电动机中伸出。所述输电组件此外还为转子1提供另一支撑点3.4。

转子叠片1.4具有中心件1.9，其中央设有用于将转子叠片固定到轴体1.1上的孔1.10。多个茎部1.7从该中心件向外突出，这些茎部向外延伸形成一个具有末端1.5和1.6的顶部。茎部1.7连同该顶部一起构成转子齿。用于容置绕组的槽1.8位于转子齿之间，绕组经由槽口1.11进入槽内。所述槽口具有宽度G，这个宽度须大于绕组线径才能将绕组装入。

转子叠片的外轮廓通常是一个与孔1.10同心的外接圆C。在此前提下，装有绕组的转子上的槽口1.11的宽度G是确定的。在电动机的磁路中，这个槽口相对于齿顶的外表面会形成较大磁阻，这个磁阻会引发止动转矩并且使功率输出受到限制。为了缓解这些不良后果，有必要将槽口宽度G减至最小。这一点可以通过下述方案而实现：齿顶的末端1.5和1.6突出在外接圆C之外，装入绕组后再对其进行造型处理，使其位于外接圆C之内，借此可将槽口宽度G调整成宽度G’，这个宽度小于安装绕组所需要的宽度，在有益的设计方案中还小于绕组线径（图9）。

根据本发明，齿顶的末端1.5和1.6实施为不对称。这些末端具有不同尺寸或不同形状，例如不同的长度或宽度，或者不同的曲率，以齿茎1.7的中轴线为参照它们不对称。在一种实施方式中，齿顶的末端1.5和1.6从齿茎1.7的中轴线测量得到的长度比为1.01至100，例如1.1至10或者1.2至3。在另一实施方式中，齿顶的末端1.5和1.6从齿茎1.7的中轴线测量得到的长度比为0.99至0.01，例如0.9至0.1或者0.83至0.33。

在一种实施方式中，齿茎1.7的中轴线为径向走向，并且转子齿具有长度不同的齿端1.5和1.6（图4、图5）。

在另一实施方式中，齿端1.5和1.6中仅其中一个突出在外接圆C之外，而另一齿端在造型处理之前就具有一曲率，这个曲率与外接圆C的曲率大体相符（图5）。因此，装入绕组后只需对突出在外接圆C之外的齿端进行变形处理。

在另一实施方式中，齿茎1.7的中轴线相对于外接圆C的半径平行偏移一定距离D（图6），并且转子齿具有长度不同的齿端1.5和1.6。在一种实施方式中，距离D达到齿茎1.7的宽度的50%，例如达到齿茎1.7的宽度的25%或10%。

在本发明所提供的另一技术方案中，齿茎1.7的中轴线相对于外接圆C的半径倾斜一定角度α（图7），并且转子齿同样具有长度不同的齿端1.5和1.6。在一种实施方式中，角度α小于30°，例如≤20°或者≤15°或者≤10°或者甚至≤5°。在一种实施方式中，角度α大于1°，例如≥2°或者甚至≥5°。

所述长度不同的齿端形成磁性不对称，这可以在槽口变窄的基础上进一步地减小止动转矩。

这种磁性不对称还能使转子针对某个旋转方向进行优选定向，并且在这个旋转方向上使电动机的工作性能得到优化，例如提高功率。

若想针对另一旋转方向达到上述效果，只需以镜像反转的方式安装叠片组，在将叠片组安装到轴体1.1上时将较短末端1.5和较长末端1.6位置对调（图3）。

在本发明所提供的另一技术方案（图8）中，在槽1.8的位于齿顶区域的内壁上设有凹口1.12，这些凹口有助于齿端1.5和1.6通过造型来达到外接圆C的曲率。在本发明所提供的一种实施方式中，齿端1.5和1.6仅在齿端顶部与凹口1.12之间的区域内发生变形。

本发明还涉及一种包含本发明所提供的转子叠片的转子叠片组。在本发明所提供的一种实施方式中，该转子叠片组中的单个叠片堆叠设置，且其设置方式使得这些叠片的槽口1.11相互叠合，并且由此形成的缝隙在转子叠片组的侧面平行于所述轴体的轴线延伸（图10）。在本发明所提供的另一实施方式中，该转子叠片组中的单个叠片堆叠设置，且其设置方式使得这些叠片的槽口1.11相对偏移，从而使得由此形成的缝隙在转子叠片组的侧面相对于所述轴体的轴线倾斜延伸，参见图11。倾斜程度通常不超过一半的槽距。穿过转子槽中心的轴线与轴体1.1的中轴线之间成一定角度β。这种实施方案可以进一步减小止动转矩。

本发明还涉及一种制造用于小功率电动机的转子的方法，其中，将多个本发明所提供的转子叠片设置在轴体1.1上，装上绕组，而后对所述转子叠片进行变形处理，使得所述转子叠片的槽口1.11的宽度G’小于造型前槽口1.11的宽度G，并且所述转子叠片的齿端1.5和1.6位于外接圆C之内。外接圆C的半径等于造型前齿茎1.7的末端到孔1.10的中心的最小距离。

元件符号表

1     转子组件（转子）

1.1   轴体

1.2   换向器

1.3   绕组

1.4   转子叠片

1.5   转子叠片的齿端

1.6   转子叠片的齿端

1.7   转子叠片的齿茎

1.8   转子叠片的槽

1.9   转子叠片的中心件

1.10  孔

1.11  槽口

1.12  凹口

2     壳体组件

2.1   壳体

2.2   磁体

2.3   轴承

3     输电组件

3.1   电刷系统

3.2   绝缘材料

3.3   接头

3.4   轴承

G     转子叠片造型前的槽口宽度

G’   转子叠片造型后的槽口宽度

C     转子的外接圆

D     齿茎的中轴线与外接圆C的半径之间的距离

α    齿茎的中轴线与外接圆C的半径之间的角度

β    穿过转子叠片的槽的中心的轴线与轴体中轴线之间的角度

Claims (8)

1.一种用于小功率电动机的转子叠片(1.4)，包括中心件(1.9)和齿茎(1.7)，所述中心件具有孔(1.10)并且用于容置转子轴(1.1)，所述齿茎从所述中心件(1.9)向外延伸且分别转变成一齿顶，所述齿顶具有设置于两侧的齿端(1.5,1.6)，其特征在于，以所述齿茎(1.7)的中轴线为参照，所述齿茎(1.7)的齿端(1.5,1.6)不对称。

2.如权利要求1所述的转子叠片(1.4)，其特征在于，所述齿茎(1.7)的中轴线相对于以所述孔(1.10)的中心为圆心的外接圆C的半径平行偏移。

3.如权利要求1所述的转子叠片(1.4)，其特征在于，所述齿茎(1.7)的中轴线相对于以所述孔(1.10)的中心为圆心的外接圆C的半径倾斜。

4.一种用于小功率电动机的转子叠片组，包括多个如权利要求1至3中任一项所述的转子叠片(1.4)，所述转子叠片设置在转子轴(1.1)上。

5.如权利要求4所述的转子叠片组，其特征在于，所述转子叠片(1.4)堆叠设置，且其设置方式使得所述转子叠片的槽口(1.11)相对偏移，并且由此形成的缝隙在所述转子叠片组的侧面相对于所述转子轴(1.1)的轴线倾斜延伸。

6.一种用于小功率电动机的转子组件(1)，包括如权利要求4或5所述的转子叠片组以及安装在所述转子叠片组上的绕组(1.3)。

7.一种小功率电动机，包括如权利要求6所述的转子组件。

8.一种制造用于小功率电动机的转子组件(1)的方法，其特征在于，

i)将如权利要求1至3中任一项所述的转子叠片(1.4)安装到转子轴(1.1)上；

ii)随后将绕组(1.3)安装到由所述转子叠片(1.4)构成的转子叠片组上；以及

iii)随后对所述转子叠片(1.4)的齿端(1.5,1.6)进行变形处理，使得所述齿端位于以所述转子组件(1)的中轴线为圆心的外接圆C之内。

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