CN104901451B - 叠片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种叠片。小的PMDC马达具有缠绕的凸极电枢。电枢(22)具有布置在每个绕组道(36)内的绕组导向件(38)，绕组道(36)形成在电枢的邻近的凸极之间。绕组导向件(38)布置为分开各绕组道的径向内部部分，由此围绕电枢的邻近的凸极缠绕的绕组(30)被限制进入绕组道(36)的相对的径向内部部分。

Description

叠片
本申请是申请号200610100197.1、申请日2006年6月30日、发明名称“叠片”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及小的永磁直流(PMDC)马达，且更特定地涉及形成该马达的电枢芯部的叠片。
背景技术
在小的PMDC马达中，转子或电枢典型地具有带叠片的芯部。叠片由电工硅钢片冲压且堆叠在一起以形成电枢芯部，它与换向器被压到轴上。然后将芯部放在绕线机内，其中，典型地为漆包铜线的线围绕芯部的凸极缠绕且终止于换向器。
在三极电枢中，线绕单个极缠绕，而对于带有更高极数的电枢，绕组可以绕极组缠绕。
在单独地缠绕的极中，邻近极的绕组占据或享有共同的绕组道，该绕组道是相邻的极之间的空间。对于带有高填充率和/或具有细的线尺寸的电枢，待缠绕的第一绕组可以填满绕组道的底部，延展到理想地应由邻近的仍待缠绕的绕组占据的区内。因此，当缠绕邻近的绕组时，它至少部分地缠绕在以前缠绕的绕组的顶上。这导致了多个问题，包括第二绕组大于第一绕组且最后的绕组仍又可能地更大，因为它缠绕在两个邻近的绕组之间。这意味着虽然每个绕组的匝数是相同的，但是所使用的线的量不同，因为后来的绕组被沿更长的路径缠绕。因此每个绕组的电阻将不同，对于细的线和非常细的线，这可能对马达性能具有不利的影响。更大的线的体积也意味着绕组重量不相同，导致了马达平衡的问题，即如果电枢芯部在绕线前几乎被平衡，则在绕线后电枢将显著地不平衡，且当使用自动态平衡机来平衡电枢时，这可能对性能具有不利的影响，因为自动态平衡机以材料移除原理运行且从电枢芯部上移除材料以平衡电枢。从芯部上移除的材料越多，对性能的影响也越大。在电枢的平衡中另一个重要的考虑是线圈的径向定位。如果径向定位不同，电枢的动态平衡将受到不利的影响。对于径向定位，此处意味着电枢轴线和线圈质心之间的径向距离。该电枢线圈之间距离的差异如不修正，则将影响电枢的动态平衡而导致使用中的振动。
因此本发明的目的是提供用于电枢的叠片，它可以使用绕线机缠绕，这以简单但有效的方式提供了围绕单个电枢极的绕组的分离。
发明内容
因此，本发明提供了具有被缠绕的凸极电枢的小的PMDC马达，其中电枢具有布置在绕组道内的绕组导向件，绕组道形成在邻近的电枢凸极之间且布置为分离绕组道的径向内部部分，由此，围绕邻近的电枢凸极缠绕的绕组被限制进入绕组道的相对的径向内部部分。
优选地，绕组导向件包括位于每个绕组道内的叶片，每个叶片沿绕组道延伸且径向地从绕组道的径向内部表面向外延伸。
优选地，叶片沿对开绕组道的平面延伸。
优选地，叶片径向地延伸到足够分开共享绕组道的绕组的高度。
优选地，电枢芯部以堆叠的电工硅钢叠片形成且叶片以叠片的指状物形成。
优选地，大致上成形为T形的凸极具有从中央区域延伸的径向延伸的辐片和周向延伸的极头，极头形成了径向向外的极面，每个极头在周向间隔开的尖端之间延伸，绕组间隙形成在邻近的极头的尖端之间，且绕组道形成在中央区域和辐片和邻近的极的极头之间且径向地通过绕组间隙开放，其中叶片沿径向平面延伸，对开了绕组道且向绕组间隙突出且具有足够分开在绕组道内邻近的绕组的径向高度，但是小于等于径向线条的高度，该径向线条延伸经过叶片且被从一个邻近极头的邻近尖端延伸到另一个邻近极头的邻近尖端的线条所切开。
选择地，叶片的径向高度大致上等于延伸经过叶片且被从邻近极头的邻近尖端延伸到根部区域的线条切开的径向线条的高度。
选择地，指状物的高度大约为绕组道高度的一半。
优选地，绕组导向件为分开地形成的物体，它在绕线之前装配到电枢芯部中。
优选地，绕组导向件为绝缘材料制造且形成了邻近绕组之间的绝缘屏障。
优选地，绕组导向件为槽绝缘(slot insulation)的整体部分。
选择地，槽绝缘直接模制在芯部上。
选择地，绕组导向件为可移除的屏障。
优选地，绕组导向件为至少部分地由低摩擦材料形成，特别是聚四氟乙烯(PTFE)。
选择地，绕组导向件为绕线机的部分。
优选地，电枢为三极电枢。
附图说明
现在将仅通过例子结合附图描述本发明的优选的实施例，各附图为：
图1为PMDC马达，本发明应用于该马达；
图2为图1的PMDC马达的根据优选实施例的电枢；
图3为图2的电枢的叠片；
图4为示出了叠加到图3的电枢上的绕组的示意截面视图；
图5为用于五极电枢的根据本发明的另一个实施例的叠片；
图6示出了用于三极电枢的未缠绕的芯部，芯部带有根据本发明另一个实施例的绕组导向件；
图7示出了三极电枢芯部的部分分解视图，该电枢芯部带有根据本发明进一步的实施例的绕组导向件；
图8为图7的绕组导向件的透视图；和
图9为根据本发明的再另一个实施例的可移除线导向件的透视图。
具体实施方式
图1图示了通用的小尺寸PMDC马达10，例如用于汽车附件和电池驱动的应用中。以部分截面示出的马达10示出了内部工作。马达10具有杯形壳体12和封闭了壳体12的打开端的端盖14。端盖14典型地由绝缘材料制成或具有绝缘塑料材料衬，它支撑了马达接线端16、一对叶型电刷组件18和选择地马达的其它电气部件，例如噪声抑制部件，如扼流圈和电容器。壳体12容纳了永磁体定子20和缠绕的转子或电枢22。电枢22具有轴24，轴24上安装了换向器26和具有多个凸极的电枢芯部28。绕组30围绕凸极形成且终止于换向器26。每个绕组30包括多个绝缘电线匝，形成了围绕芯部28的各单个极缠绕的线圈。电枢芯部28为由电工硅钢片冲压的叠片的堆。轴24轴颈支承在轴承32中，轴承32由壳体12的封闭的端部和端盖14所保持。
在使用中，将马达的接线端连接到合适的电源上以使马达运行。电力从接线端经过电刷机构和换向器传递到电枢绕组上，当电枢旋转时电刷机构与换向器进行滑动接触。
优选的电枢为三极电枢，这意味着它具有三个凸极34，围绕凸极34缠绕各电枢绕组，每极一个绕组。图2示出了未缠绕的三极电枢，以更清晰地图示电枢的芯部的结构。电枢的芯部28由电枢叠片堆形成。芯部28在绕组区域，也就是在绕组道36的轴向端部和内表面处，即邻近的极之间容纳绕组的空间，涂覆有环氧树脂涂层。在每个绕组道中为径向和轴向延伸的叶片，它形成了如以下将解释的绕组导向件38。
图3示出了根据本发明的优选的三极电枢叠片40。叠片40由电工硅钢片冲压且具有中央孔24，用于接收轴。三个等间距的极34从中央区域径向延伸。每个极34具有一般地为T形形状的构造，该构造具有径向延伸的辐片44和周向延伸的盖或极面46。每个极的极面的端部或尖端48跨过已知为绕组间隙50的小间隙面向邻近极的尖端。绕组间隙50的径向内部为较大的空间，它形成了在堆叠的芯部内的通道，已知为绕组道36，如上所述的绕组位于其中。
在极辐片44之间为较小的径向突出，已知为指状物52。指状物52有效地将绕组道36的下部部分分为两个分开的侧。因此在绕线时，指状物52将线导向为敷设在邻近围绕其线正被缠绕的极34的绕组道36的下部部分的其自己的一半内。当叠片堆叠以形成芯部时，指状物52形成了脊或叶片，其称为绕组导向件38。因此，当围绕邻近的极绕线时，线可以靠近极辐片44的基部或根部缠绕，因为以前的绕组没有占有绕组道底部的空间。这在图4中示意性地示出，其中绕组被示出为叠加到图3的叠片上。因此，每个绕组具有相同的物理形状，占据类似的空间、体积和径向位置，且使用了相同量的线。因此绕组不制造在现有技术的叠片中的不平衡的情况。
指状物52可以为任何合适的形状和尺寸，只要它提供了在绕组之间有效的分离且优选地不大到使得它干涉正常绕线机的运行或需要任何对绕线机的标准绕线机构的修改。指状物的厚度必须足够使得指状物具有充足的强度以抵抗由绕组施加的力而不发生显著的变形。当然，较小的或非显著的变形虽然不是希望的，但是是可以接收的且仍提供了对现有技术显著的改进。
图5图示了根据本发明的另一个实施例的五极叠片40'。再有，指状物52在叠片的邻近极34的辐片44之间径向地延伸，对开了形成了绕组道36的邻近辐片之间的空间。
指状物的高度且因此绕组导向件的高度应该选择为不与围绕极的线圈的绕组干涉。如图3中所示，绕组导向件的最大高度应该使得绕组导向件的顶部刚好触及线条54，线条54从邻近在考虑中的极的极的极头的尖端到在考虑中的极的另一侧的其它邻近的极的极头的邻近尖端。线条54代表了线在围绕极缠绕时其进给路径。线条58代表了对开绕组道的径向平面，它为绕组导向件的径向方向。该最大高度可以描述为线条54与线条58的交叉点。
在实践中，对于大多数应用绕组导向件的高度将小于最大值。因为叠片设计为带有非常小的绕组间隙或带有非常低的填充率，导向件指状物的高度可以显著地短于该线条。对于五极电枢，例如在图5中所示，高度可以接近触及到线条56的高度，线条56从邻近的极面46的尖端48划向极辐片44的根部49。极辐片的根部的位置为极辐片联结到叠片的中央区域的位置。根部区域为初始极的辐片的邻近的边缘联结到中央区域的表面的点或区，忽略任何的倒角的角或交叉部分的辐射。它是绕组道的底部或内部边缘。同样地，用于五极电枢的绕组导向件的希望的高度可以考虑为线条56与线条58的交叉点。
导向件指状物的最小高度将取决于叠片设计和应用，即绕组道多满，因为指状物仅被要求分开邻近的绕组。对于带很少绕组的马达，例如小于填充道的40％的马达，则短的指状物是足够的，但是对于高填充的马达，例如填充道的60％到70％的马达，需要较长的指状物。对于本领域技术人员显见，因为绕组动力学的原因绕组的径向外部部分自然靠近极辐片缠绕且不要求附加的分离导向件。因此指状物不需要径向地向外延伸经过每个绕组的最外匝。然而，如果叶片太短，则绕组将越过叶片且绕组导向件将无效。如将认识到，在存在第一绕组时叶片需要足够的结构强度以抵抗变形或弯曲而不至于与为第二绕组保留的空间发生干涉。再有，这是折衷，因为一些弯曲是可容忍的且完全地刚性的叶片可能太大以在绕组道内占据显著的空间，该空间原本是绕组可利用的。
虽然优选的实施例具有整体地与叠片形成的导向件指状物，但是也可以使用在绕线中位于绕组道内的分开的导向件指状物来实现本发明。该分开的导向件指状物可以形成为槽绝缘装置的部分，或为相绝缘装置，或为独立的部分。作为独立的部分，它可以留在马达中或在绕线后从马达中移除。
图6示出了装配到轴上的未缠绕的三极电枢芯部。电枢芯部具有根据本发明的绕组导向件。在此实施例中，绕组导向件过模制到电枢芯部上，作为槽衬的整体部分。这通过将芯部和轴放置在注模机的模具中，且将塑料材料注入模具内以形成槽绝缘和线导向件来实现。槽绝缘为薄层，它在支撑或其它可能与线接触的区覆盖了芯部，即在绕组道的内表面和芯部的轴向端面内。此类槽衬为更一般地使用的环氧树脂涂层的替代。
作为过模制的替代，槽衬可以形成为分开的注模部分，以在绕线前装配到电枢芯部上的线导向件结束。一旦被缠绕，绕组将衬牢固地保持在芯部上，但是在绕线前，槽衬通过其几何形状被保持在位置上且经常通过槽衬和轴之间的装配的紧密性来保持。一个此类的实施例在图7中示出，其中槽衬示出为部分地组装到芯部。图8为图7的槽衬的透视图。
图7和图8的槽衬70具有形状类似于叠片的基部部分72且具有轴向延伸边缘部分或唇部78，其延伸到绕组道内以保护线不受芯部尖锐边缘的损坏。该部分也已知为支架(spider)。孔74以紧配合接收轴24以在绕线前将槽衬70保持在位置上。翼76轴向从支架延伸到覆盖绕组道的底板或径向内部部分。形成绕组导向件38的叶片径向从翼76延伸。当装配到芯部时，翼76为绕组导向件给予了侧向支撑。
实际上需要两个根据图8的设计的槽衬来绝缘电枢芯部或保护绕组不受绕组道尖锐边缘的损坏，每端装配一个且在中间相遇。虽然看似需要两个槽衬相遇且优选地互锁以提供完整的保护层，但是这不是总是需要的，且间隙可以存在于两个衬的面对边缘之间而没有任何的衬或绕组导向件的安全性或有效性的关注。确实，小的间隙是希望的以保证衬靠在芯部的轴向端部面上的良好的装配且适应因为单个叠片的厚度的公差而导致的芯部长度上的变化。大的间隙对于一些应用也可接受。确实，在示出的例子中，内部叠片的辐片的侧面没有被衬所覆盖。对于其中完整的覆盖是必需的应用，环氧树脂涂层或过模制的替代是优选的。
图9图示了可移除的绕组导向件组件80。绕组导向件组件80具有盘82，盘82带有中央孔84，用于接收轴24。突出物86从盘82向外延伸且孔84延伸经过突出物86。突出物86提供了附加的在轴上的支撑，且用作安装和移除组件的把手。翼88轴向从盘延伸以沿绕组道的底板定位且形成绕组导向件38的叶片从翼88径向延伸。在绕线前绕组导向件组件80插入到绕组道内，且在绕线后将它移除。选择地，这可以通过手工过程完成。替代地，它也可以合并到绕线机中作为电枢拾取/保持机构的部分，其中当在绕线机中拾取或安装电枢时，绕组导向件放置在绕组道内，且当缠绕的电枢从绕线机中移出时被移除。对于可移除的绕组导向件，优选的是它们由低摩擦材料制造或涂覆有低摩擦材料，以便于移除且避免损坏在绕组的线上的绝缘，该绝缘典型地为漆包绝缘。一个特别地合适的低摩擦材料是聚四氟乙烯(PTFE)，也通过商标名“特氟纶(TEFLON)”已知。
本发明适合于具有凸极的电枢，其中电枢绕组围绕单个离散的极缠绕且不围绕多极缠绕。鉴于此，虽然此具有其它个数的凸极的电枢是已知的，且可以受到本发明的帮助，我们发现因为使用了简单的绕线过程和对于电枢绕组不平衡的较大的敏感性和三极电枢的绕组动力学的原因，具有三极的电枢最能受益于本发明。
以上描述的实施例仅通过例子给出，且不偏离在后附的权利要求书中限定的本发明的范围的不同的修改对于本领域技术人员是显见的。

Claims (9)

1.一种小型永磁直流马达，其具有缠绕的凸极电枢，其中
电枢(22)具有绕组导向件(38)，其设置在形成在电枢(22)的邻近的凸极(34)之间的绕组道(36)内且布置为分开绕组道的径向内部部分，由此围绕电枢的邻近的凸极(34)缠绕的绕组(30)被限制进入绕组道的相对的内部部分，每一凸极(34)具有位于其径向外端的极头，相邻凸极的极头之间形成绕组间隙(50)，所述绕组导向件(38)的径向最外端触及且未超过一线条(54，56)，所述线条(54)从邻近绕组(30)一侧的凸极(34)的极头的尖端延伸到邻近该绕组(30)另一侧的凸极(34)的极头的尖端或者所述线条(56)从邻近绕组道(36)的一个凸极(34)的极头的尖端延伸到邻近该绕组道(36)的另一个凸极(34)的根部区域(49)以便形成绕组的线方便地从绕组间隙(50)进入绕线道(36)内。
2.如权利要求1所述的马达，其中绕组导向件(38)是分开地形成的物体，在绕线前它装配到电枢芯部(28)上。
3.如权利要求1所述的马达，其中绕组导向件(38)由绝缘材料制成且在邻近的绕组(30)之间形成了绝缘屏障。
4.如权利要求1所述的马达，其中绕组导向件(38)为槽绝缘的整体部分。
5.如权利要求4所述的马达，其中槽绝缘直接地模制在芯部(28)上。
6.如权利要求1所述的马达，其中绕组导向件(36)为可移除的屏障。
7.如权利要求6所述的马达，其中绕组导向件(36)为绕线机的部分。
8.如权利要求6或7所述的马达，其中绕组导向件(36)至少部分地由低摩擦材料形成，特别是聚四氟乙烯。
9.如权利要求1所述的马达，其中所述线条(54，56)代表了形成绕组的线在围绕极缠绕时其进给路径。
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