CN1287705A - 换向式电机的转子及其改进的批量生产的方法 - Google Patents

Abstract

一种电机的转子包括芯(1),可磁化材料制成的圆柱面扇形段(5,6,7),及其端部连接到至少一对平的构件(8,9)上的基本为圆柱形的护壳(10)。该转子还包括第一弹性装置(11,12,13),它的长度不小于芯的长度,并由平行于芯的转动轴(X)、与芯整体形成的装置(2,3,4)支撑,该弹性装置与圆柱面扇形段的相邻的纵向边缘抵触,从而使扇形段保持相互隔开。在一种优选的方式中,转子还包括第二弹性装置(21—26),它们宜用于补偿转子各构件的纵向和径向间隙,从而确保扇形段的外表面与护壳的内表面接触。本发明还包括生产这种转子的方法,该方法用于驱动密封制冷压缩机的换向电机上,其优点是有利于高质量、低成本地进行批量生产。

Description

换向式电机的转子及其改进 的批量生产的方法

本发明关于换向式电机的转子。

换向式电机由于它们通常提供的效率和易于调节每分钟转数，在很多方面用得越来越普遍了。

为了节省电能，无电刷型换向式电机正用于驱动家用制冷机的密封压缩机中，还用在工业设备上。

这种换向式电机的转子及生产它们的方法和设备是许多专利公开文件的主题。尤其是US-A-5040286和US-A-5237737公开了一种基本封闭的转子，它具有一个磁钢迭层的圆柱形的芯，多个可磁化的、形成圆柱段的烧结的扇形段，这些扇形段具有与芯一样的长度并宜于胶接到其外表面上，护壳是由非磁性的不锈钢焊接管和铝制的端部封闭环制成。

上述护壳的内径小于由芯和可磁化扇形段形成的转子分组件的外径，大于上述端部封闭环的外径。

与这些先有技术有关的缺点主要是由可磁化的扇形段的尺寸误差较大引起，这使护壳所加压力变化很大，在其它构件中需要长时间硬化的胶在使用时必须特别仔细、从而确保为达此目的提供的胶能确实完全填满间隙和小的管座。另外由护壳的外表面确定的转子的最终形状，由于护壳必须至少部分地按实际的可磁化的扇形段形状而定，因此很少能与理论形状、即圆柱形一致，这将会产生一些平衡上的问题。

当转子的产量必须达到每天数千块那样的高产时、如用在驱动家用制冷机的密封压缩机的情况下，上述所有的缺陷会构成很大的问题。事实上，在这些条件下，将高质量和低生产成本结合是一项非常艰难的任务。

为了克服这些缺点，与本申请的同一申请人在1998年1月20日提出的意大利实用新型nos.PN898U000003和1998年3月10日提出的PN98U000016中公开了换向式无电刷型电机的转子，其中已提出了先进的设计方案，这里提出以供参考。

本发明的一个目的是提供一种换向式电机的转子，它可以是不同于无电刷型的转子，宜于批量生产，同时又对在上述意大利实用新型申请中提出的特征进行最佳化。

本发明的进一步的目的是提供一种采用较简单的工具和设备、以降低的生产成本批量生产高质量标准的转子的方法。

当转子和生产方法具有如所附权利要求中指出的特征时就可达到上述和进一步的目标。

通过下面参照附图、以非限制性的示例的、对一些优选实施例的描述，可以更易理解本发明。

图1是无电刷型换向式电机转子的第一实施例的简化分解图；

图2是从图1的转子的转动轴方向看去的顶视图；

图3是沿图2中Ⅲ-Ⅲ线的转子的截面图，其中以简化的方式示出一些构件；

图4是与图2相同的示图，但它示出转子的第二个实施例；

图5是可用于上述两个实施例的转子中的磁铁护簧的三维示图；

图6是图5所示弹簧的纵向示图；

图7是图5和6所示弹簧的截面图。

正如以简化的方式在图2及图1和3所示，在第一个优选实施例中，磁片的圆柱形迭层形成转子的基本为圆柱形宜与轴(未示)连接的芯1，在转子是拟用于驱动制冷装置的密封式制冷压缩机的情况下，该轴是用于电机和压缩机的公知的共用轴。每个磁片除了用于处理和对中的目的而提供的通常的凹口和凸头外，还冲压成如V形的径向凸头和基本为长方形的沿其周边的6个纵向凹口。这样，由若干磁片层迭而得到的芯1具有三个纵向的凸棱2、3和4，它们相互相隔60°，还具有一个圆柱形的通道27，在图1所示的纵向凸棱2和3之间仅具有槽14，15，而在凸棱3、4和4、2之间也分别具有槽16、17和18、19，它们如图2所示。

该转子还包括：

圆柱面的三个扇形段5、6和7，正如本专业技术人员公知的，它们由可磁化材料，最好是永久磁铁的烧结材料制成。正如说明书中的下面要详细描述的，上述圆柱面扇形段5、6和7宜于固定到芯1的外表面上，从而形成所谓的转子分组件。为此，每个圆柱面扇形段5、6和7所具有的内径与芯1外表面的直径相同，芯1的外表面区位于纵向凸棱2、3和4之间、略小于120°。另外纵向凸棱具有朝向转动轴X和转子外部(见图2)的斜角；

三个由钢带制成的弹簧夹11、12和13，在本说明书中它们被称为对中弹簧。正如图2以放大形式清楚示出的，弹簧夹11与凸棱4配合，对中弹簧11、12和13具有与朝向转子X轴、并沿圆柱面扇形段5、6和7的纵向边缘的斜角的形状相对应的V形截面。任何情况下，对中弹簧11、12和13的横向尺寸T不小于纵向凸棱2、3和4(不考虑凸棱的实际形状)的宽度，而其长度最好小于或等于芯1的高度(见图1)；

两个由非磁性金属、如铝制成的端环8和9，它们具有对中的凸头28和29；

一个圆柱形的由非磁性金属、如AISI 304钢制成的圆柱形护壳10，它们长度大于芯1的高度、内径大于或等于环8和9的外径；

多个波纹形的弹簧夹，在本说明书中称为护簧21～26(见图2)，它们由钢丝制成。每个弹簧宜插入芯1的纵向槽14～19的一个槽中。图3示出插在槽14中的波纹形弹簧的例子。

在生产如上所述的图1～3所示的转子时，按照本发明的优选的方法包括下列步骤：

1．迭合多个磁片，从而得到上述特征的芯1，

2．将护簧21～26插入芯1的纵向槽14～19中；

3．用芯1、护簧21～26和沿芯1的外表面布置的圆柱面扇形段5、6和7形成转子的分组件。由于护簧21～26对圆柱面扇形段5、6和7的作用，在此步骤与先有技术中所用的生产方法不同，此时不采用任何胶就可进行，这就可证明在提高产量上的特殊优越性，这是由于它能使转子在显然增大的每天的生产率的情况下生产出来；

4．将圆柱形护壳10沿转子轴X插入，使它包围上述转子分组件。由于存在故意提供的径向间隙，护壳10的内径选成大于或等于转子分组件的外径，故在本发明方法的这个步骤仍可在没有任何困难的情况下进行，这又一次有利于减少制造时间。此时护壳10的外表面能保持为圆柱形，结果能以非常容易的方式平衡转子。再用护簧21～26来补偿由于各种构件的不同尺寸误差引起的径向和纵向间隙，这样圆柱面扇形段5、6和7的外表面能与护壳10的内表面接触，而其内表面也可稍微离开芯1的外表面。在电机工作期间，离心力的方向与护簧21～26所加作用力的方向相同，因此减小了损坏圆柱面扇形段5、6和7的危险，这是考虑到这些扇形段由烧结金属制成，它们的机械强度较低。

5．从护壳10的一端侧开始、沿转动轴X插入对中弹簧11、12和13(如图1的三个平行箭头所示)，从而使它们如上所述、由凸棱2、3和4支撑，与邻近圆柱面扇形段5、6和7的纵向边缘的朝向转动轴X的斜角抵触。这样在圆柱面扇形段5、6和7之间具有精确的周向间隔，不会产生上述扇形段相互接触的危险，上述周向间隔在使电机获得高的电效率方面起着十分重要的作用；

6．插入环8和9，使它们与芯1的端部接触，与护壳10的端部不抵触；

7．使护壳10的端部周向变形，套在环8和9上，从而使它们通过密封折迭而相互连接，通过密封折叠操作产生一个圆柱形的、包围电机的芯1的基本密封的壳(关于这一点，应该特别指出的是，为简化起见，图3所示的转子是在进行本步骤以前的情况)；

8．使转子磁化，从而使圆柱面扇形段5、6和7的相邻的纵向边缘变成相反的磁极(见图1)。

图4表示本发明的转子的第二个实施例。

该转子的与上述第一个实施例有关的下列特征保持不变；

三个由可磁化材料制成的圆柱面扇形段，它们现在以数字31、32和33示出，

两个由外磁性材料制成的端环，现仅示出一个端环34，

也是由外磁性材料制成的圆柱形护壳36，

以数字37～42示出的护簧。

与上述第一个实施例相比，该第二个实施例作出下列改变：

芯30，仍由磁片迭合而成，它还具有相互呈60°均匀隔开的为护簧准备的纵向槽，现在图中示为43～48；还具有三个周向切口49、50和51。上述切口的截面为大致的Ω形它们相互隔开120°角，从芯30的外表面开始伸到较短的径向长度上。

三个对中弹簧，现示为52、53和54，它的截面做成为Ω形，其尺寸做成能接纳在芯30的周向切口49、50和51中，其端部弯曲成V形，从而能抵触到沿圆柱面扇形段31、32和33的相邻的纵向边缘提供的朝向转子轴的斜角上。这些特征在图4的放大图中可清楚地看出，它仅示出切口49和与其合作的带有弯曲端部55和56的对中弹簧52。为简化起见，对于与前述第一实施例有关的、与其相等或没有变化的部分，只要与本发明没有什么直接的关系，这里均未进行描述。

按照本发明的转子的第二个实施例的制造方法基本与第一个实施例中描述的相同，该方法保留了基本的特征和特殊的优点，尤其是将护壳36插入以包围转子分组件很易做到，这是因为护壳的内径不小于转子的外径，由转子的各构件的不同的尺寸误差引起的纵向和径向间隙由护簧37～42补偿，护簧确保圆柱面扇形段31、32和33的外表面能够保持与护壳36的内表面接触，由弯曲的对中弹簧52、53和54的V形端的抵触作用确保了圆柱面扇形段31、32和33之间保持精确的周向间隔。

在图5～7中示出了上述实施例的各种改型，其中有利地使用了单根护簧60，它由钢丝制成“圆筒形笼子”的形状，而不是前面描述的多个简单的护簧，上述护簧60包括：

第一个平行延伸部分，它们在图中以61～66表示，它们的数量与转子芯周向上的相应的槽的数量相等(在本特征实施例中为6个)，参见图5和6；

圆弧形的第二部分，它们在图中以67～72表示，在上述第一部分61～66的端部之间分为相同数量的两组(在本特殊实施例中为3加3)，见图5；

短的径向连接部分，在图中示为37～84，它们位于上述每个第一部分61～66和相邻的第二部分67～72的端部之间(见图7)，当然它们的数量加倍(即在本实施例中为12个)，见图5。

护簧60还具有如下的特征：

上述第一部分61～66和第二部分67～72都不是直线性的而是波纹形的，因此增大了各个方向的弹性变形性能，从而增大了补偿各种构件不同尺寸的误差的能力(见图5和6)；

它的长度(亦即两组第二部分67～72之间的距离)基本等于转子芯的高度H(见图5)；

当在垂直于转动轴的平面上测量时，连接部分73～84的径向伸长小于转子分组件圆柱面扇形段的厚度。

采用单根护簧60使所有的圆柱面扇形段能同时并最精确地放置在芯的周围。当将这些特征再加上前面所述的优点时，就有可能既提高转子生产率又能提高质量。

应该看出，对于本专业技术人员来说，可以各种不同方式对本发明作出进一步改型和实施例，尤其对一些有关特征如圆柱面扇形段(或任何其它类型的转子分组件的可磁化的构件)、对中弹簧、护簧、芯子的结构的数量及形状、以及连接护壳和环(或任何可能使用的端部构件)的方法等更是如此，这些改型均不超出本发明的范围。

Claims (15)

1．一种换向式电机的转子，包括：由磁片的圆柱形叠层形成的芯(1，30)，多个最好由烧结的可磁化的材料制成的圆柱面的扇形段(5，6，7；31，32，33)，基本为圆柱形的护壳(10，36)，在它们放置芯(1，30)的外表面上时包围住上述圆柱面扇形段(5，6，7；31，32，33)，至少一对平的构件(8，9；34，35)在芯(1，30)的顶端连到上述护壳(10，36)的端部，其特征在于：它还包括第一弹性装置(11，12，13；52，53，54)，它的长度(L)不小于芯(1，30)的长度(H)，并由与芯做成整体的、平行于转子的转动轴(X)的装置(2，3，4；49，50，51)支撑，该弹簧装置与上述圆柱面扇形段(5，6，7；31，32，33)的相邻的纵向边缘抵触，从而保持上述扇形段相互间的周向间隔。

2．按照权利要求1的转子，其特征在于：在相邻的纵向边缘上，上述圆柱面扇形段(5，6，7；31，32，33)具有最好朝向转子轴(X)的斜角。

3．按照权利要求1或2的转子，其特征在于：支撑上述第一弹性装置(11，12，13)的装置基本由凸棱(2，3，4)构成，它们相互均匀隔开地整体形成在芯(1，30)的外表面上。

4．按照权利要求2的转子，其特征在于：上述第一弹性装置(11，12，13)、最好还有其支撑凸棱(2，3，4)均具有基本为“V”形的截面。

5．按照权利要求1的转子，其特征在于：支撑上述第一弹性装置(11，12，13)的装置基本由在芯(30)的外表面上均匀隔开的切口(49，50，51)构成，该切口的截面为“Ω”形，上述切口宜于接纳也做成“Ω”形的弹性装置(52，53，54)，该弹性装置的端部弯曲成“V”形，与圆柱面扇形段(31，32，33)的相邻的纵向边缘抵触。

6．按照前面权利要求中任何一个的转子，其特征在于：上述基本为圆柱形的护壳的内径不小于由芯(1，30)和圆柱面扇形段(5，6，7；31，32，33)形成的转子分组件的外径；该护壳由外磁性材料、最好由奥氏体的钢制成。

7．按照权利要求6的转子，其特征在于：它还包括由与芯(1，30)整体形成的装置(14～19；43～48)支撑的第二弹性装置(21～26；37～42；60)，它宜于补偿转子各构件的纵向和径向间隙，从而确保圆柱面扇形段(5，6，7；31，32，33)的外表面保持与护壳(10，36)的内表面接触。

8．按照权利要求7的转子，其特征在于：上述第二弹性装置(21～26，37～42，60)的支撑装置(14～19，43～48)是平行于转子的转动轴(X)延伸的槽，其数量等于上述第一弹性装置(11，12，13；52，53，54)的支撑装置(2，3，4；49，50，51)的数量或是它的倍数。

9．按照权利要求7或8的转子，其特征在于：上述第二弹性装置(21～26；37，42)是简单波纹形弹簧。

10．按照权利要求7或8的转子，其特征在于：上述第二弹性装置(60)包括金属丝制成的圆柱形笼子，该笼子包括第一个平行的波纹形部分(61～66)，其数量等于支撑装置(14～19；43～48)的数量；还包括第二个圆弧形的、最好也为波纹形的部分(67～72)，该部分在上述第一部分(61～66)的端部之间分为相等数量的两组；还具有径向连接部分(73～84)，该部分位于上述第一部分(61～66)和相邻的第二部分(67～72)的端部之间。

11．按照权利要求10的转子，其特征在于；在垂直于转子轴(X)的平面上测量时，上述连接部分(73-84)的径向延伸长度小于圆柱面扇形段(5，6，7；31，32，33)的厚度。

12．按照前述任何一个权利要求的转子，其特征在于：第一弹性件(11，12，13；52，53，54)的长度小于或等于芯(1，30)的长度(H)。

13．按照前面任何一个权利要求的转子，其特征在于：上述平的构件(8，9；34，35)是由非磁性材料、最好为铝制成的环，护壳(10，36)的端部在不采用任何外用胶和/或密封材料的情况下，仅用简单的机械变形来连接到上述平的构件(8，9；34，35)上。

14．按照前面任何一个权利要求的转子，其特征在于：该转子是用于驱动密封的制冷压缩机的换向式电机的构件。

15．生产前面任何一个权利要求的转子的方法包括下列步骤：

通过层迭多个磁片来制造芯(1，30)，

将上述第二弹性装置(21～26；37～42；60)连接到整体形成在芯子上的相应的装置(14～19，43～48)上；

用芯(1，30)、上述第二弹性装置(21～26，37，42；60)和沿芯(1，30)外表面安置的圆柱面扇形段(5，6，7；31，32，33)来组成转子的分组件；

使圆柱形护壳(10，36)沿转动轴(X)插入，在具有径向间隙的情况下包围上述转子分组件；

将上述第一弹性装置(11，12，13；52，53，54)插入相应的芯(1，30)上整体形成的支撑装置上，从而由于同样的第一弹性装置(11，12，13；52，53，54)抵触着圆柱面扇形段(5，6，7；31，32，33)的相邻的纵向边缘而使扇形段相互之间具有周向间隔；

将上述平的构件(8，9；34，35)插入，从而使它们能与芯(1，30)的端部接触；

使护壳(10，36)和/或平的构件(8，9，34，35)的端部产生周向的机械变形，从而使它们能相互连接形成圆柱形的、基本密封的壳；

磁化转子，使圆柱面扇形段(5，6，7；31，32，33)的相邻的纵向边缘变成具有相反的磁极。

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