CN1158511A - 电动机 - Google Patents

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Abstract

一种电动机,具有由多个叠装的极对22构成的绕线定子19和安装在由支架21所支撑的轴承上的转子17。极对22由固定销钉31固定到支架21上,固定销钉31穿过极面附近的定子叠片组而固定到支架21上。销钉实质上无间隙地穿过极对上的孔和支架,例如压配合或紧配合。定子极对和轴承支架上的孔被精确设置以使转子相对于定子精确定位,从而在大量生产中获得转子和定子之间的最小气隙。

Description

电动机
本发明涉及一种用于对准电动机的转子和定子铁心的方案,并专门用于开关磁阻电动机,该电动机的定子铁心包括许多固定到一对支承转子的轴承的支架上的独立叠片极对铁心。
在许多电动机尤其是开关磁阻电动机中,电动机的性能和效率受气隙的影响,磁场必须通过在定子铁心和转子铁心之间的气隙。气隙越大,导致电动机效率下降的磁路的磁阻就越高。在开关磁阻电动机中,该气隙的尺寸因其代表了电动机的主要损耗源而非常重要。但是,对于具有60mm直径的转子和包括四个U形叠片极对铁芯的定子的开关磁阻电动机,能用0.2mm至0.3mm的均匀气隙而获得大于50%可以接近75%的效率。
虽用手工装配来获得这样的定子铁芯和转子铁芯之间的均匀气隙相对简单,但费时又走味使这种装配方法昂贵。
因而希望使该过程自动化而避免手工装配,但普通的自动装配过程会带来不可能获得0.2至0.3mm的均匀一致气隙的制造公差。用螺栓把叠片铁芯固定到轴承支架上的普通方法与在手工装配方法中所用的一种会因为螺孔的间隙要求和螺栓杆和/或螺纹的制造公差而带来0.5mm或以上的公差。显然,如果气隙过大,电动机的下降,如果气隙过小,转子和定子会接触而使电动机不能工作。
GB968871公开了使用从轴承支架冲压出的凸起,该轴承支架同定子铁心上的通孔或凹槽相啮合。这虽然是对使用螺栓和通孔的一个改进,但使用冲压凸起会导致凸起的边缘变圆,尤其是随着冲压模的磨损,而导致令人不满意,即增加了会影响气隙的制造公差。而且,其还需要某个其他的布置,以把定子铁心固定到支架上。如果这是螺栓,就需要在定子铁心上的另一个孔,这就进一步减小了铁心的磁通通过能力。可以使用与穿过凸起的螺栓相同的孔。这就需要一个孔,该孔大于螺栓或凸起单独的需要,由此仍会减小铁心的磁通通过能力。这可以通过把铁心作得更大来解决,如空间和材料成本不是关键性的话,但在许多情况下,这些因素是重要的。
因而,就需要一种定位和固定布置,该布置与现有技术的设计相比不会对定子磁路产生较大影响,而能在大批量生产的电动机的转子和定子之间提供良好的定位可靠性一致性、均匀性和小的气隙。
在本发明中,通过使用精确形成的硬钢销钉同定子铁心和轴承支架上精确形成的孔相配合而实现上述目的。这将会使转子的位置重新排列,其是由轴/轴承/轴承支架连接所决定的,也是由把定子相对于轴承支架进行定位所决定的,定子铁心相对于转子铁心定位。
因而,本发明提供一种电动机,包括:一个定子,具有定子铁心和定子绕组;一个转子,具有一个轴和安装在轴上的转子铁心,该转子被设置成通过气隙同定子相对;轴承支架,固定在定子铁心上并支承轴的轴承;和定位装置,用于把定子相对于轴承支架进行定位,其特征在于,该定位装置包括:实质上无间隙地设置在定子铁心和轴承支架上的精确形成的孔中的精确形成的硬钢销钉,和同该销钉配合作用的固定装置,以把轴承支架固定到定子铁心上。
借助精确形成的孔,我们希望:不仅使孔的尺寸被控制在非常小的公差之内,而且相对于轴承支架的其他孔和轴承以及相对于定子铁心上的其他孔和极面把孔的位置控制在非常小的公差之内。通过在精确形成的孔中没有间隙地使用精确形成的销钉,就可保证这些部件的位置。紧固装置例如弹簧紧固螺母、焊接、铆接等同该销钉的一起使用来把支架和定子铁心固定在一起,意味着穿过定子铁心的孔的数量和尺寸保持为最小量。
本发明尤其适用于使用独立U形叠片极对铁心的开关磁阻电动机。在这种电动机中,极面受到使极面产生振动的强磁力的作用。在严峻的条件下,极面的振动会很大的使定子铁芯和转子之间产生抵触。因而,就需要大大减小极面振动,这可以通过把极面固定到坚固的支撑部件上来实现。这通过在极面附近把铁心上的孔同销钉进行定位来简单实现,其使得销钉和轴承支架吸收振动。
最好,固定装置是弹簧紧固件,其同销钉的端部相啮合以防止支架从销钉上脱离。易于装入的弹簧紧固件是可靠的并且他们的使用是易于自动化的。给出类似或更好的工艺解决方法但更难于自动化的替代方案包括:i)使销钉在支架的孔中产生干涉或紧配合。ii)把销钉的端部焊接到支架上,iii)对销钉的端部进行铆接或其他塑性形变,或iv)使销钉的端部形成螺纹并把螺母旋到该螺纹上。使用螺母就允许当需要时易于拆下电动机,也允许支架在轴承支架之间强力夹紧定子铁心。
最好,轴承支架是坚硬的黄铜板,因为他们不会与电动机的磁路产生影响。
最好,一个或每个轴承支架包括一个用塑料材料外模制(overmoulded)的坚硬板。该外模制允许轴承支架用于支撑电动机的其他部件例如电路板和/或控制电路元件。该外模制可以提供整体隔板以把轴承支架同定子铁心隔开。该隔板用于降低轴承支架对电动机磁路的影响,或者用于在把定子铁心高度保持在最小值上以优化性能和最低限度材料消耗时在转子和轴承支架之间提供间隙。该外模制材料的隔板最好具有帮助销钉同轴承支架上的孔对准的表面。通过把销钉的端部引导到孔中,以简化装配。
作为一个把同轴承支架为一整体的隔板和隔板分开的替代方案,销钉可以具有阶梯状端部以形成用于支架的支座,从而把支架同定子铁心隔开。
下面将参照附图来说明本发明的实施例,但仅作为例子。
图1表示本发明的开关磁阻电动机;
图2是图1的电动机的部分剖视图;
图3是图1的电动机的定子极对;
图4是表示图1的电动机的端部支架和定子极对的一部分之间的连接的部分剖视细节;
图5至9是替代方案的类似于图4的视图。
图1和2表示实施本发明的开关磁阻电动机15。电动机15具有一个支承转子17的轴16。轴16支承在轴承中,以旋转支承转子,而使之面对并接近定子19的极面24。轴承被支架21支承,也被称为端板或轴承支架,位于电动机15的轴向端部并以固定的空间关系相互支持。定子19具有四个单独的U形叠片定子极对22,给出定子八个极23。每个极23具有一个极面24。定子铁心20包括极对22的叠片组28,通过下述的定位装置相对于轴承支架21被固定在适当位置上。定位装置轴向伸出电动机以同轴承支架相啮合并且不会横向伸出极对22。
在电动机驱动端上的支架21在支架的边缘上具有安装孔55,以把电动机固定到一台设备上。非驱动端支架具有开口56,以给驱动端支架的安装孔55提供通路。
图3是图1的电动机的定子极对22的平面图。通过把许多由电工钢片冲制的U形叠片28叠装在一起而形成极对22。每个极对22具有一个对应的定子绕组29。如图3所示,该定子绕组通过两个预先绕制的线圈架30形成,绕圈架30放在U形极对22的各个臂即极23上。
定位装置包括插入孔32中的硬钢精确销钉,该孔32形成在靠近极面24的U形极对22的臂23上,销钉和孔32的尺寸设计成相应紧配合或至少没有间隙地配合在一起以把叠片组28固定在一起并固定到销钉上。销钉最好是圆的以易于制造,但并不是必须的。
图4至9表示根据本发明的优选定位装置的替代或变型方案。最佳方案表示在图4中,图4以局部剖视地表示出一个极对的叠片铁心28与轴承支架21之间的连接。如所示那样,从图解的角度表示了顶部支架21的一半,为了清楚起见只表示出了靠近定位销31的底部支架21的那部分。电动机轴16用虚线表示以说明其同在顶部支架21中所示的轴承18的关系。
轴承支架21包括一个用塑料材料35外模制的坚硬板34。板34可以是金属的,即钢或黄铜,但最好是黄铜的,因其是非磁性的而不会对电动机的磁路产生影响。使用塑料材料就给支架一个电绝缘包覆,而使电气控制电路可以直接安装在支架上,并提供整体隔板以把支架同定子铁心隔开。整体隔板具有锥形内表面46,以引导销钉进入坚硬板34的孔中。如坚硬板34是磁性的,塑料材料35被用于借助物理隔开两个部件来把板34同定子磁路磁隔离。销钉31会提供一个连接板34和定子极23的漏磁路径,但如果需要,可以通过选择适当的销钉材料和/或支架材料来把该漏磁路径减至最小。
支架21在中心开口36中支承着轴承,例如所示的自对准轴套轴承18。转子的轴16穿过驱动端支架21的中心开口36。在非驱动端上,轴16可以穿过中心开口36而稍稍伸出,即中心开口36可以被一个同外模制件35整体形成的帽37(见图1)盖住。每个支架21具有一个轴承挡圈,该挡圈以向外伸出的凸缘38的形式形成在中心开口36的周围的坚硬板34上以接收自对准轴承18。保持弹簧39按公知的那样同凸缘38相接触来保持轴承18。顶板34具有一个切口或窗口40,其中可以放置电动机控制电路的电气元件。所示的是直接由外模制件35支承一霍尔传感器40并用粘合剂或者借助于外模铸件35中的孔径42与霍尔传感器40的相对尺寸来保持在适当位置上。
销钉31具有在无心磨床中磨光的平硬钢销钉精度。这保持其外径在2.5μm之内。
坚硬板34具有孔33,用于接收销钉31。该孔33的大小适合于以紧公差接收销钉31,该紧公差可以是精确配合、压缩合和静配合以保证在销钉与支架之间没有间隙。如果销钉31同板34的孔33具有静配合,就可足以把销钉31固定在支架21上。板上的孔33以与轴承挡圈的形成相同的过程进行冲压。孔33的直径可以精确形成到2.5μm之内,相对于相互以及轴承挡圈,具有与孔33的该位置上的精度相同的精度。最好,销钉31是精确配合并通过弹簧紧固件48紧固到板34上,该弹簧紧固件48同销钉的端部相啮合以固定其联结。该外模制件35提供隔板43,直接支承在极对22的定子叠片组28上以把坚硬板34同定子铁心隔开。外模制件35具有孔径44、45,用于使销钉31进入孔33并使弹簧紧固件48进入销钉31的头部。内孔径45具有带引入端的斜面46,以引导销钉31进入板34上的孔33。
销钉31轴向穿过定子极对22的叠片铁心20上的孔32。销钉31最好同孔32具有压配合或静配合以把定子叠片组坚固地固定在销钉31上。但是,由于定子铁心20被压在轴承支架21之间,可以使用精确配合孔以帮助销钉插过定子铁心20。
在其余的附图中,仅表示出一个销钉31、定子铁心20和支架21之间的联结。
在图5中,支架21被直接固定到定子铁心20的轴向端部上。支架实质上是适合于保持其轴承的平板。销钉31把铁心叠片组28的支架21同被支架21夹住的铁心叠片组28一起夹持住。支架21可以是任何依用途而决定的适当材料,可以包括工程塑料和金属(包括铝、黄铜、钢和铁)。如果使用磁性材料,就会在极对22之间产生磁短路,而降低了电动机的效率。合适的隔离或材料的选择可以使之最小。销钉31的端部被变形而形成铆钉50以把销钉固定在适当位置上。
图6的实施例除了支架21具有台阶之外与图5的实施例相类似,而所形成的台阶使得定子铁心20可以与转子铁心具有相同的高度,这依靠在转子铁心的端部和轴承等之间具有必要间隙的支架上的台阶而实现。销钉31具有带螺纹的端部54和螺母51,螺母51被旋到销钉的端部上以把他们固定在适当位置上。使用螺母就使得电动机更易于拆卸。弹簧垫圈58把螺母同支架隔开,以使带螺纹的区域在装配位置上的垫圈内开始,这就保持了销钉和支架之间的对准不受销钉的带螺纹部分的影响。
图7的实施例通过使用隔板43而把图5的平板支架21同图6的更短的定子铁心20相组合,由隔板43把支架21同定子铁心20的端部隔开。隔板43的附加优点是,如果使用磁性材料的支架,其有助于减小极23之间通过支架21的漏磁。弹簧紧固件48同销钉31的端部相啮合以把销钉固定在支架上。平板垫圈57被置于弹簧紧固件48与支架21之间。
在图8的变型中,销钉31具有台阶状端部47以把支架21同定子铁心20隔开。通过使支架21坐在台阶47上,销钉31可以被焊接,铆接,用旋在销钉伸出端部上的螺母进行固定等,但在此仅表示出了用圆形弹簧紧固件48紧固到支架21上,该紧固件48是带有向内伸出的指状物49的类似垫圈,该指状物49弹性向外弯曲以在销钉的端部上滑动,而插入销钉以抵抗移动。由于叠片组28未被夹紧在支架21之间,销钉31必须坚固固定到定子铁心20上。可以使用粘结、焊接或附加弹簧紧固件,最好是把销钉31压配合或静配合在叠片组28的孔32中。
作为替代,如图9所示,销钉31可以具有内螺纹53,螺钉52同销钉31的内螺纹53相啮合以把支架21固定到销钉31上。如上述那样,可以使用隔件来把支架21同定子铁心20隔开,或者如所示那样,支架21可以坐在形成在销钉31端部的台阶47上。
本领域技术人员应知道,销钉的截面形状可以是包括方形、矩形、椭圆形、六边形和星形的任何形状。但是,为了易于制造,最好是具有圆形截面的销钉。需要该销钉以保证定子铁心尽可能精确地相对于轴承支架固定在适当位置上。
可以对所述实施例进行各种变型,但各种变型都应处于权利要求的范围之内。

Claims (12)

1.一种电动机,包括:
一定子(19),具有定子铁心(20)和定子绕组(29);
一转子(17),具有一轴(16)和一安装在该轴上的转子铁心,转子布置成隔着气隙同定子(19)相对;
轴承支架(21),固定在定子铁心(20)上并支承轴(16)的轴承(18);和
定位装置,用于使定子铁心(20)相对于轴承支架(21)定位,其特征在于,
定位装置包括精确形成的硬钢销钉(31),该硬钢销钉(31)放置在定子铁心(20)和轴承支架(21)上的精确形成的孔(32、33)内而实质上没有间隙;和固定装置,其同销钉相配合来把轴承支架(21)固定到定子铁心(20)上。
2.根据权利要求1所述的电动机,其特征在于,其电动机是开关磁阻电动机(15)并且定子铁心包括多个单独固定在轴承支架(21)上的单独的叠装极对铁心(22)。
3.根据权利要求2所述的电动机,其特征在于,每个极对铁心(22)具有两个面对转子(19)的极面(24),用于销钉(31)的孔(32)位于接近极面(24)处。
4.根据权利要求1所述的电动机,其特征在于,固定装置包括同销钉(31)端部相啮合的弹簧固定件(48)。
5.根据权利要求1所述的电动机,其特征在于,固定装置包括销钉端部的塑性变形部(50)。
6.根据权利要求1所述的电动机,其特征在于,固定装置包括销钉端部和轴承支架之间的焊接接点。
7.根据权利要求1所述的电动机,其特征在于,轴承支架(21)包括黄铜的坚硬板(34)。
8.根据权利要求1所述的电动机,其特征在于,轴承支架(21)包括用塑料材料(35)外模制成的坚硬板(34)。
9. 根据权利要求8所述的电动机,其特征在于,塑料材料(35)形成隔件(43)以把轴承支架(21)同定子铁心(20)隔开。
10.根据权利要求8所述的电动机,其特征在于,塑料材料(35)具有表面(46),用于在装配过程中引导销钉(31)进入轴承支架(21)上的孔(33)中。
11.根据权利要求1至8中任一项所述的电动机,其特征在于,销钉(31)具有台阶形端部(47),轴承支架(21)坐在该台阶上以使轴承支架(21)同定子铁心(20)分隔开。
12.根据权利要求1所述的电动机,其特征在于,销钉(31)与轴承支架(21)上的孔(33)是圆形的并具有小于10μm的间隙。
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