CN111682713B - 一种电机定子铁芯的批量制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机定子铁芯的批量制造方法，按如下步骤：1）冲槽；将硅钢片展平，依序冲槽；2）卷绕；将冲槽完毕的硅钢片卷绕成卷，直至达到要求的层数，形成铁芯单元；卷绕时确保卷内各层硅钢片上冲出的槽在径向上对齐；3）焊接；对铁芯单元的铁芯面进行焊接；4）打孔；在铁芯单元上沿轴向打孔；5）磨削；对铁芯单元的焊接面进行研磨打平。本发明的有益效果是：高效率、可大批量制造、且制造出来的批量内定子的铁芯一致性很好。

Description

一种电机定子铁芯的批量制造方法

技术领域

本发明属于电机制造领域，具体是一种永磁盘式电机定子铁芯的批量制造方法。

背景技术

盘式电机又叫碟式电机，具有体积小、重量轻、效率高的特点，一般电机的转子和定子是里外套着装的，盘式电机为了薄，定子在平的基板上，转子是盖在定子上的，一般定子是线圈，转子是永磁体或粘有永磁体的圆盘。中国专利文献CN105471196A于2016年4月6日公开了“叠片铁芯的制造方法及制造装置”， 提供一种在从同一条材制造转子叠片铁芯和定子叠片铁芯双方的时候可提高材料成品率的叠片铁芯的制造方法及制造装置。在从同一条材(10)分别冲裁多个铁芯片(11、12)并进行层叠来制造转子叠片铁芯(13)和定子叠片铁芯(14)双方的时候，从条材(10)还冲裁多个铁芯片(11a)并进行层叠，制造多种转子叠片铁芯(13、13a)。在这里，多种转子叠片铁芯(13、13a)可用于不同的电动机。此类现有技术生产效率低，一致性差，这种落后的工艺已经无法满足自动化加工流水线大批量、高一致性的要求。

发明内容

现有电机定子铁芯采用单独冲片的制造方式，效率低、一致性差。本发明需要克服背景技术存在的不足，提供一种高效率、可大批量制造、且批量内定子的铁芯一致性很好的制造方法。

本发明电机定子铁芯的批量制造方法，按如下步骤：

1）冲槽；将硅钢片展平，依序冲槽，；

2）卷绕；将冲槽完毕的硅钢片卷绕成卷，直至达到要求的层数，形成铁芯单元；卷绕时确保卷内各层硅钢片上冲出的槽在径向上对齐；

3）焊接；对铁芯单元的铁芯面进行焊接；

4）打孔；在铁芯单元上沿轴向打孔；

5）磨削；对铁芯单元的焊接面进行研磨打平；

所述卷绕步骤中使用了精确对槽机构；所述精确对槽机构包括可升降的硅钢片卷筒芯；一套激光收发装置，控制中心；冲槽之后的硅钢片沿水平向展平后卷绕在硅钢片卷筒芯上；所述一套激光收发装置包括激光发出器和激光接收器，激光发出器位于硅钢片的水平上游侧，激光接收器位于硅钢片卷筒芯的下游侧，激光发出器紧贴硅钢片的上表面发出平行于硅钢片的激光信号，激光接收器接收激光信号；所述控制中心与激光收发装置和驱动硅钢片卷筒芯升降的部件电连接；当激光发出器发出的激光信号无法被激光接收器接收时，控制中心驱动硅钢片卷筒芯在竖直方向或斜下方向上向下位移，直至激光发出器发出的激光信号可以被激光接收器接收。

本方案采用的技术方案是，先将硅钢片展平，然后通过冲槽设备按照设定好的间隔距离进行冲槽。此过程一般会用到硅钢带退卷机和槽型冲孔机。冲槽之后的硅钢片卷绕叠层，形成环形的铁芯单元，此时要求各层冲槽在径向上排列齐平。随着卷绕动作，铁芯单元的直径逐渐增大，因此相邻的冲槽的位置之间的间距也应当随之变大，此处的人工计算要求精确，或者也可以使用自PLC等自动化控制手段来实现。卷绕完毕再进行焊接，将铁芯单元的顶面必要的地方焊接起来，保证铁芯单元不会松散。然后在铁芯单元上打孔。最后对铁芯单元的因焊而形成的凸点进行磨削，磨削完毕即可。使用本方案，一条硅钢片就缠绕成一个定子铁芯，因此产品的制造速度快，效率高，批量一致性好。

卷绕步骤中，在铁芯单元的直径因卷绕而逐渐变大的过程中，持续保持卷绕的稳定、孔的精确对齐，对产品质量有重大意义。为此可以有两种方案。

作为优选之一，为了保证每层硅钢片上的冲出的槽都在径向上对齐，除了采用PLC控制器等统一控制硅钢片卷的转动速度和冲槽设备的冲槽间隔时间外，还需要保证硅钢片在展开时平整，在卷绕后彼此紧贴无间隙。为此可以在冲槽设备的上下游设置辊筒进行滚压，以提高硅钢片的平整度，还可以通过激光来测量硅钢片的平整度。其方法是，将硅钢片卷筒芯设计为可升降的，例如安装在电缸上；沿硅钢片水平延伸方向的上下游设置激光收发装置，激光发出器位于硅钢片的水平上游侧，激光接收器位于硅钢片卷筒芯的下游侧，激光发出器紧贴硅钢片的上表面发出平行于硅钢片的激光信号，激光接收器接收激光信号；再用控制中心信号连接驱动硅钢片卷筒芯在竖直方向上位移的设备和激光收发装置。当硅钢片延伸方向为水平时，硅钢片卷筒芯、包括卷绕过程中，最上端始终为与水平延伸的硅钢片相切；当硅钢片逐步卷绕在硅钢片卷筒芯上后，硅钢片卷筒直径变大，上端升高，将激光信号阻挡，控制中心获取该信息后会控制硅钢片卷筒芯轴向下移动，直至卷绕完成。

作为优选，所述精确对槽机构还包括冲槽检查销；冲槽检查销位于硅钢片卷筒芯的正上方，其截面形状与硅钢片上的冲槽匹配；冲槽检查销可在竖直方向上升降，当下降至下止点时，冲槽检查销适配的插入层叠卷绕的硅钢片上的冲槽孔中。冲槽孔是指由硅钢片在厚度方向上卷绕层叠后各层硅钢片上相应位置上的冲槽连接而形成的孔或孔的局部。该方案是一个检查保险机制，只要精确对槽机构正常使用，卷绕后的硅钢片的冲槽孔始终开口在卷绕最上方，且肯定是沿竖直向向下延伸。通过冲槽检查销下降并适配的插入冲槽孔，可以有效的检查卷绕效果，一旦出现无法插入的情况，就意味着硅钢片卷筒芯的转动速度或者是冲槽设备的冲槽间隔时间出现异常，需要进行调整，从而确保卷绕后的硅钢片上的孔在径向上对齐。

作为优选，冲槽检查销的动作由控制中心控制。为了提高效率，降低劳动强度，可以将冲槽检查销的动作由控制中心控制，每当卷绕后的硅钢片转动至冲槽孔向上时，即暂停转动，让冲槽检查销下落进行检查。检查完毕，冲槽检查销升起后硅钢片继续转动卷绕。

作为优选之二，所述卷绕步骤中使用了斜向推动机构；所述精确对槽机构包括硅钢片卷筒芯，硅钢片卷绕在硅钢片卷筒芯上，硅钢片卷筒芯可沿斜下方向滑动。本方案中，将硅钢片卷筒芯设置为可沿斜下方向滑动，但是滑动过程中硅钢片卷筒芯的轴向是不变的。例如可以通过电缸、油缸等设备连接硅钢片卷筒芯，将电缸、油缸等设备的动作部件的动作方向定义为斜向，随着硅钢片卷绕在硅钢片卷筒芯上的直径越来越大，电缸、油缸等设备带动硅钢片卷筒芯斜向下行，保证了卷绕的张力恒定，保证了卷绕在硅钢片卷筒芯上的硅钢片顶部也保持高度的恒定。电缸、油缸等设备可以由PLC控制，配合冲槽设备的冲槽间距调整，即可实现保持卷绕的稳定、保持孔的精确对齐的效果。

作为优选，斜向推动机构还包括一条斜轨，斜轨的轴向与硅钢片卷筒芯的轴向垂直；卷绕在硅钢片卷筒芯上的硅钢片的外侧壁与斜轨的轨面紧贴。设计了斜轨，一来可以使硅钢片卷筒芯的斜向滑动更稳定，二来在卷绕时对最外层的硅钢片产生径向压力，更好的防止卷绕的松散。

作为优选，所述硅钢片卷筒芯的截面形状的轮廓线为渐开线，渐开线首尾连接部的台阶高度与硅钢片的厚度适配。本方案给出了一种硅钢片卷筒芯的设计方案，将其截面形状的轮廓线设计为渐开线，渐开线仅一圈，在渐开线的首尾相接的地方形成台阶，台阶的高度与硅钢片的厚度适配，则硅钢片可以沿着渐开线逐步卷绕，不会形成显著的扭曲或凹凸，确保卷绕效果的稳定。

作为优选，焊接步骤中采用了保压焊接法；所述保压焊接法为：将待焊接铁芯单元的两端用力夹持，夹持力平行于铁芯单元的轴向，在保持夹持力的同时进行焊接；焊接完毕撤除夹持力。焊接是制造定子铁芯的必要工序。铁芯单元在卷绕的过程中，容易出现端面不平整的问题，需要采用合适的方式将这种不平整消除。本方案给出的方式是采用加压法，采用对应的夹具，夹住待焊接铁芯单元的两端，夹持力为平行于待焊接铁芯单元的轴向，可以有效的将待焊接铁芯单元的顶面和底面夹紧，尽可能消除高低差，提高铁芯单元顶面和底面的平整度，还可以避免在焊接时受热变形，使最终产品的质量趋于稳定可靠。

作为优选，焊接步骤和打孔步骤之间还设有打标步骤，打标步骤为使用激光打标设备在铁芯单元表面进行打标。激光打标，可以在不影响长期使用的前提下在定子铁芯上留下标记，以便终身跟踪。

作为优选，打孔步骤中使用了内涨式打孔夹具来夹持铁芯单元；内涨式打孔夹具包括外夹具和内夹具，外夹具由多件外夹具拼合件在圆周上拼合而成，拼合而成的外夹具中心设有配合孔，配合孔为圆锥台形，圆锥台形上大下小；外夹具的外轮廓与铁芯单元的中心孔的内轮廓适配；内夹具为上大下小的圆锥台形，其母线与配合孔圆锥台形的母线倾斜角度相等；内夹具上端面的直径大于配合孔下端面的直径，小于配合孔上端面的直径。已经完成焊接的铁芯单元，对外轮廓用力夹持可能导致变形，而打孔步骤中，铁芯单元必须夹持才能保证稳定，因此本方案采用了内涨式打孔夹具来夹持铁芯单元。内涨式打孔夹具包括互相匹配的外夹具和内夹具。而外夹具则是由数个外夹具拼合件在周向上拼合而成。每个外夹具拼合件都是扇环形，拼合而成的外夹具就是一个中心有孔的旋转体。该中心孔为配合孔，用来与内夹具适配。具体的，配合孔为圆锥台形，圆锥台形上大下小；外夹具的外轮廓与铁芯单元的中心孔的内轮廓适配；内夹具为上大下小的圆锥台形，其母线与配合孔圆锥台形的母线倾斜角度相等；内夹具上端面的直径大于配合孔下端面的直径，小于配合孔上端面的直径。铁芯单元的内轮廓一般都是圆形的，因此外夹具拼合件的外侧壁紧贴铁芯单元的内轮廓，内侧壁则紧贴内夹具的外侧壁，当内夹具向下移动时，对外夹具形成射线方向的挤压力，外夹具拼合件沿射线方向外移，顶住铁芯单元的内轮廓，即形成了对铁芯单元的有效夹持。在完成夹持后，即可对铁芯单元进行打孔作业，打孔完毕即可撤去内涨式打孔夹具。外夹具和内夹具可以由自动化设备进行气动控制，因而可以做到高效精确。

本发明的有益效果是，高效率、可大批量制造、且制造出来的批量内定子的铁芯一致性很好。

附图说明

图1是本发明的方法流程图。

图2是本发明冲槽、卷绕步骤的一种方案的示意图。

图3是本发明冲槽、卷绕步骤的另一种方案的示意图。

图4是硅钢片卷筒芯的截面轮廓局部示意图。

图5是本发明打孔步骤的俯视图。

图6是图5的径向剖面图。

图中：1硅钢片卷筒芯，21激光发出器，22激光接收器，3冲槽检查销，4电缸，5冲槽机，6辊筒，7外夹具，71外夹具拼合件，72外夹具拼合件间缝，8内夹具，89钻头，9斜轨，97铁芯单元，98冲槽孔，99硅钢片。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

实施例1

实施例1为一种电机定子铁芯的批量制造方法，其流程图如图1所示，包括：1）冲槽；2）卷绕；3）焊接；4）打标；5）打孔；6）磨削等主要工艺步骤。下面对这些步骤进行详细介绍。

冲槽，就是将硅钢片99展平，在预设的位置冲出槽或孔。如图2所示，硅钢片99从左侧向右侧水平的移动，先经过一对辊筒6的滚压，再由冲槽机5冲出设计好的槽形，之后再经过一对辊筒6的滚压以消除冲压毛边。

卷绕，继续如图2所示，完成冲槽的硅钢片99继续向右侧前进，卷绕在硅钢片卷筒芯1上，形成硅钢片卷筒。卷绕时要确保卷内各层硅钢片99上冲出的槽在径向上对齐。硅钢片卷筒芯1的截面外轮廓是微幅渐变的渐开线。如图4所示，在硅钢片卷筒芯1的截面外轮廓渐开线的首尾连接部，清晰的形成了台阶，台阶的高度为A，对应适配硅钢片99的厚度。卷绕开始时，硅钢片99的首部就紧贴在台阶处。硅钢片卷筒芯1的转轴被安装在一对电缸4上，电缸可驱动硅钢片卷筒芯1在竖直向上升降。本例中设有精确对槽机构，精确对槽机构包括有控制中心（图中未示出），控制中心与电缸4、冲槽机5和驱动硅钢片卷筒芯1转动的电机信号连接，可以实现自动化控制。合理的控制硅钢片卷筒芯1的转动速度和冲槽机5的冲槽间隔时间，就可以将每层硅钢片上冲出的槽在径向上对齐，形成冲槽孔98。在第二对辊筒6的下游，固定有激光发出器21，而在硅钢片卷筒的右侧，固定有激光接收器22，激光发出器21紧贴在硅钢片99的上表面发射激光信号，由激光接收器22接收，以确认水平展开的硅钢片99未发生弯曲隆起。同时，由于硅钢片99在硅钢片卷筒芯1上的卷绕层数越来越多，硅钢片卷筒的直径也越来越大，当硅钢片卷筒的直径增大，上方出现隆起时，激光信号被遮蔽，激光接收器22将信息传递给控制中心，控制中心即可指示电缸4下降，以调节硅钢片卷筒芯1在竖直向上的位置，保证硅钢片99的展开部分始终水平。针对上述的冲槽孔98，本步骤中还设有冲槽检查销3。冲槽检查销3位于硅钢片卷筒芯1的正上方，其截面形状与硅钢片99上的冲槽匹配；冲槽检查销3由直线电机控制（图中未示出），直线电机也与控制中心信号连接，可驱动冲槽检查销3在竖直方向上升降。工作时，硅钢片卷筒转动至冲槽孔98开口向正上方后暂停，冲槽检查销3下降至下止点，适配的插入卷绕后的层叠硅钢片上的冲槽孔98中，进行检查；而检查完毕，升起冲槽检查销3，硅钢片卷筒继续转动卷绕。

焊接，将完成卷绕的硅钢片卷筒放在激光焊接机上，采用保压焊接法进行焊接。所谓保压焊接法，具体是在激光焊接机的焊接工位上设置夹具，将硅钢片卷筒沿轴向施加夹持力，使硅钢片卷筒的顶面和底面尽量保持齐平，在保持夹持力的同时进行焊接；焊接完毕撤除夹持力，即得到一体的一个电机使用的铁芯单元97。

焊接后紧接着打标步骤，即使用激光打标设备在铁芯单元97表面进行打标。

打孔，采用数控加工中心对铁芯单元97进行打孔作业。为了不破坏铁芯单元97的外轮廓，在固定夹持铁芯单元97的时候采用的是内涨式打孔夹具，包括外夹具7和内夹具8。参见图5、图6，外夹具由多件外夹具拼合件71在圆周上拼合而成，如本例所示是8件外夹具拼合件71，它们在周向上合拢时为一个圆环形，中间的孔为配合孔，配合孔为圆锥台形，圆锥台形上大下小。外夹具7的外轮廓与铁芯单元71的中心孔的内轮廓适配。内夹具8为上大下小的圆锥台形，其母线与配合孔圆锥台形的母线倾斜角度相等；内夹具8上端面的直径大于配合孔下端面的直径，小于配合孔上端面的直径。当安装内涨式打孔夹具时，8件外夹具拼合件71合拢，置于中心孔内，然后将内夹具8置于外夹具7的配合孔内，由上向下挤压内夹具8，即可将8件外夹具拼合件71沿径向向外推挤，从内侧涨紧中心孔的孔壁，从而实现对铁芯单元97的有效夹持。外夹具拼合件71沿径向向外推挤后，相邻的外夹具拼合件71之间形成外夹具拼合件间缝72。本例中，内夹具8上还设有固定螺栓孔，可将完成夹持的铁芯单元97和内涨式打孔夹具一起固定在数控加工中心的工位上，然后由钻头89进行打孔。

磨削，采用平面磨床进行磨削，将铁芯单元97放在磨床平台上，齿面朝下，将焊接点朝上，使用磨头将凸起部分磨平。

此外还包括一些清洗、质检等辅助工序，均为常规工序，此处不做赘述。

本例的电机定子铁芯的批量制造方法，最大的优势在于，可以高效率生产、可大批量制造、且制造出来的单个定子的硅钢片一致性很好。

实施例2

实施例2的方法步骤与实施例1相同，唯卷绕阶段的具体结构有所区别。

如图3所示，本例的卷绕阶段使用了斜向推动机构。硅钢片99在冲槽完成后还是继续向右前进，并卷绕在硅钢片卷筒芯1上，形成硅钢片卷筒。而本例的硅钢片卷筒芯1被安装在一对电缸4上，可沿着左上-右下的方向向右下方移动。同时，与钢片卷筒芯1的转轴移动轨迹对应的还设有一条斜轨9，斜轨9的轴向与硅钢片卷筒芯1的轴向垂直，斜轨9的延伸方向也是左上-右下的方向。硅钢片99卷绕在硅钢片卷筒芯1上，最外侧的硅钢片的外侧壁与斜轨9的轨面紧贴，起到了径向压紧硅钢片卷筒的作用。随着硅钢片卷筒的直径逐渐增大，控制中心输出预设好的信号控制电缸4向右下方移动，始终保持硅钢片卷筒处于径向夹紧状态。而硅钢片卷筒芯1转动的角速度与冲槽机5的冲槽间距，同样是由控制中心按照程序进行控制，无需人工干预。

余同实施例1。

Claims (9)

1.一种电机定子铁芯的批量制造方法，其特征在于按如下步骤：

1）冲槽；将硅钢片条展平，依序冲槽；

2）卷绕；将冲槽完毕的硅钢片条卷绕成卷，直至达到要求的层数，形成铁芯单元；卷绕时确保卷内各层硅钢片上冲出的槽在径向上对齐；

3）焊接；对铁芯单元的铁芯面进行焊接；

4）打孔；在铁芯单元上沿轴向打孔；

5）磨削；对铁芯单元的焊接面进行研磨打平；

所述卷绕步骤中使用了精确对槽机构；所述精确对槽机构包括可升降的硅钢片卷筒芯（1）；一套激光收发装置，控制中心；冲槽之后的硅钢片沿水平向展平后卷绕在硅钢片卷筒芯上；所述一套激光收发装置包括激光发出器（21）和激光接收器（22），激光发出器位于硅钢片的水平上游侧，激光接收器位于硅钢片卷筒芯的下游侧，激光发出器紧贴硅钢片的上表面发出平行于硅钢片的激光信号，激光接收器接收激光信号；所述控制中心与激光收发装置和驱动硅钢片卷筒芯升降的部件电连接；当激光发出器发出的激光信号无法被激光接收器接收时，控制中心驱动硅钢片卷筒芯在竖直方向或斜下方向上向下位移，直至激光发出器发出的激光信号可以被激光接收器接收。

2.根据权利要求1所述的电机定子铁芯的批量制造方法，其特征在于，所述精确对槽机构还包括冲槽检查销（3）；冲槽检查销位于硅钢片卷筒芯的正上方，其截面形状与卷绕后的硅钢片上的冲槽匹配；冲槽检查销可在竖直方向上升降，当下降至下止点时，冲槽检查销适配的插入卷绕后的硅钢片上的冲槽孔（98）中。

3.根据权利要求2所述的电机定子铁芯的批量制造方法，其特征在于，冲槽检查销的动作由控制中心控制。

4.根据权利要求1所述的电机定子铁芯的批量制造方法，其特征在于，所述卷绕步骤中使用了斜向推动机构；所述精确对槽机构包括硅钢片卷筒芯（1），硅钢片条卷绕在硅钢片卷筒芯上，硅钢片卷筒芯可沿斜下方向滑动。

5.根据权利要求4所述的电机定子铁芯的批量制造方法，其特征在于，斜向推动机构还包括一条斜轨（9），斜轨的轴向与硅钢片卷筒芯的轴向垂直；卷绕在硅钢片卷筒芯上的硅钢片条的外侧壁与斜轨的轨面紧贴。

6.根据权利要求1至5其中任一种所述的电机定子铁芯的批量制造方法，其特征在于，所述硅钢片卷筒芯的截面形状的轮廓线为渐开线，渐开线首尾连接部的台阶高度与硅钢片条的厚度适配。

7.根据权利要求1至5其中任一种所述的电机定子铁芯的批量制造方法，其特征在于，焊接步骤中采用了保压焊接法；所述保压焊接法为：将待焊接铁芯单元的两端用力夹持，夹持力平行于铁芯单元（97）的轴向，在保持夹持力的同时进行焊接；焊接完毕撤除夹持力。

8.根据权利要求1至5其中任一种所述的电机定子铁芯的批量制造方法，其特征在于，焊接步骤和打孔步骤之间还设有打标步骤，打标步骤为使用激光打标设备在铁芯单元表面进行打标。

9.根据权利要求1至5其中任一种所述的电机定子铁芯的批量制造方法，其特征在于，打孔步骤中使用了内涨式打孔夹具来夹持铁芯单元；内涨式打孔夹具包括外夹具（7）和内夹具（8），外夹具由多件外夹具拼合件（71）在圆周上拼合而成，拼合而成的外夹具中心设有配合孔，配合孔为圆锥台形，圆锥台形上大下小；外夹具的外轮廓与铁芯单元的中心孔的内轮廓适配；内夹具为上大下小的圆锥台形，其母线与配合孔圆锥台形的母线倾斜角度相等；内夹具上端面的直径大于配合孔下端面的直径，小于配合孔上端面的直径。

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