CN1808842B - 电动机转子及其制造方法和互锁工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动机转子、制造转子芯的工具和制造转子的方法。转子可以结合直接起动电动机并且包括鼠笼和设置在转子芯中的磁体。在转子一端，磁体被带开孔的端板固定，其中，开孔比磁体孔大并且端板与磁体槽相关以使磁体槽第一部分能与开孔相通，并且磁体槽剩下的第二部分被端板覆盖。一方面，端板形成转子芯的集成部件，且端板包括导体孔与导体槽结合为鼠笼导体形成通道。这样，端板被鼠笼保持在完全固定的位置，且该鼠笼被直接模制在导体槽内的芯上。

Description

电动机转子及其制造方法和互锁工具

技术领域

本发明涉及一种如直接起动(line-start)电动机的电动机转子和制造该转子的方法。特别是，本发明涉及一种具有由薄片叠层制成的芯的转子，每个薄片包括导体孔和磁体孔，其与叠层中的其他薄片的对应的孔组合，构成导体槽和磁体槽，导体槽和磁体槽在轴向相对端面之间延伸穿过转子。转子还包括固定磁体槽中磁体的端板。为减少磁短路，在端板上提供有与磁体槽相通的开孔。

背景技术

在常用的一类电动机中，定子包括绕组，在绕组中由电场产生旋转磁场。在定子的内侧或圆周外侧，转子可旋转地连接以在磁场作用下旋转。这里有各种原理。在同步电动机中，转子被磁化，或包括一套永磁体。这种类型电动机简单可靠，并且转子的旋转速度对应于定子绕组中电场的旋转速度。然而，在某些应用中，同步电动机具有较差的起动特性。

在异步电动机中，转子包括基本上纵向延伸的绕组，其在定子的轴向相对端由短路环相互连接。典型地，异步电动机的转子包括由导磁材料(magnetically conductive material)做成的转子芯和鼠笼，其中绕组和短路环由导电材料，如铝模制成一体。转子可以由金属薄片叠层形成，其中每个薄片包括一个孔，每个薄片与其他薄片组合形成导体槽，该导体槽轴向延伸贯穿转子。将薄片组合成转子芯后，以导体槽作为模具，将组成绕组的导电棒直接模制到导体槽中，并且短路环和导电棒模制成一体。在使用中，通过在定子中产生的磁场将电流诱导到转子的绕组中，并且由于定子绕组中的电场和转子绕组中的电场之间的偏差，转子开始旋转。这样的电动机有较好的起动特性，但为能持续将电场引入转子绕组，定子电场必须不断地相对于转子绕组移动。因此转子的旋转速度总是低于定子中电场的旋转速度。为增加转子的旋转速度，直接起动电动机的转子包括除了绕组以外的一套永磁体，因此直接起动电动机具有同步电动机和异步电动机的优点。

在制造直接起动电动机的过程中，将永磁体固定在转子芯中是敏感的工艺。由于模制鼠笼的过程中温度的升高可能影响甚至破坏永磁体，因此希望在鼠笼模制以后再将磁体插入其中。因此，典型的芯带有用于磁体的槽和转子端面上的孔。这些孔足够大，以便模制工艺后能从该孔中插入磁体。将磁体插入磁体槽后，应将其牢固的固定好，以避免磁体在转子的旋转过程中错位。为达到该目的，有些转子包括用于封闭孔或至少减小孔大小的终端端板，以防止磁体滑出磁体槽。目前已知的电动机，端板是用传统的延伸通过端板的孔直到转子芯中的铆钉或钉子连接起来的，其中铆钉最后锚固在芯中，或者将端板胶合在端面上。任何情况下，将端板附着在转子端面上都会增加制造转子的复杂度和制造成本。

发明内容

本发明的目的是改进现有的电动机，特别是为直接起动电动机提供在转子中加固磁体的更方便有效的方式。

根据本发明，提供了一种电动机转子，包括：

芯，其由薄片叠层形成，每个薄片包括导体孔和磁体孔，其与叠层中其它薄片组合，形成在转子轴向相对的第一和第二端面之间延伸的导体槽和磁体槽，

端板，其上提供开孔，

其特征在于，所述开孔的面积大于磁体孔的面积；该端板相对于该磁体槽这样对应，以使构成磁体槽的磁体孔的第一部分与该开孔相通，且构成磁体槽的磁体孔的剩下的第二部分被该端板覆盖。

优选地，该转子还包括鼠笼，其包括轴向相对设置的短路环，其用模制入导体槽中的导体连接，其中，该端板包括导体孔，其与导体槽相配合，以允许导体延伸穿过该端板的该导体孔。

优选地，该开孔是弧形的。

优选地，该开孔这样设置，使得构成磁体槽的磁体孔的所述第一部分与该开孔相通，并且构成磁体槽的磁体孔剩下的所述第二部分被该端板覆盖，从而，不依赖于该端板绕中心轴的取向，将磁体固定在该磁体槽中。

优选地，该端板通过互锁与该薄片连接。

优选地，该薄片与该端板用同种薄片材料形成。

根据本发明，还提供了一种制造如上所述的转子的互锁工具，包括：

用于制造包括导体孔和磁体孔的各个薄片的冲孔构件，

用于制造端板的冲孔构件，

叠片构件，其适合于：

●堆叠该薄片，以使多个薄片的该导体孔和磁体孔组合，形成导体槽和磁体槽，其在该转子轴向相对的第一和第二端面之间延伸，和

●在薄片叠层的一个端面定位该端板，以使构成磁体槽的磁体孔的第一部分能与该开孔相通，并且构成磁体槽的磁体孔剩下的第二部分被该端板覆盖。

优选地，用于制造该端板的该冲孔构件包括在该端板中形成导体孔的构件，并且其中，该叠片构件还包括连接该薄片和该端板以形成一个单体的转子芯部件的构件。

根据本发明，还提供了一种制造转子的方法，其中，芯通过互锁薄片材料的板形成，其中，在叠层中的每个板包括导体孔和磁体孔，以形成轴向延伸的导体槽和磁体槽，并且其中，该叠层的端板形成有开孔，该开孔这样定位，以使构成磁体槽的磁体孔的第一部分能与该开孔相通，并且构成磁体槽的磁体孔剩下的第二部分被该端板覆盖。

优选地，该薄片和该端板在互锁工艺中制造并堆叠形成一个单体的转子芯部件。

据此，本发明的第一方面提供在技术领域部分描述的转子，其中，端板开孔比磁体孔大，并且端板与磁体槽相关以使进入磁体槽内的孔的第一部分能与开孔相通，且磁体槽剩下的第二部分被端板覆盖。由于开孔至少是槽腔断面的大小，因此与现有类型的端板相比，端板能防止或减少磁体短路。

端板可以包括导体孔，其与导体槽配合，以允许导体穿过端板的导体孔延伸。由于端板导体孔的存在，端板可以在鼠笼模制之前与转子芯连接，在鼠笼模制之后，导体延伸穿过芯的槽和端板导体孔。因此端板可以形成转子芯的集成部件，并且可以没有必要将端板进一步固定在芯上。因此，可以避免单独的固定端板的步骤，如用铆钉。

芯和端板可以用导磁材料板做成，如含铁材料。端板可以用与其它板同样的材料做成。而且，包括端板的形成芯的所有薄片都可以在互锁工艺中制造并互锁，在该工艺中，各个板逐一由薄片材料片材冲压出来，并接着与前面制造出来的板连接在一起。这样获得的转子芯包括在轴向相对的端板之间延伸的导体槽和磁体槽，在第一端面中，端板固定磁体防止其滑出。然而，最好在鼠笼模制以后再将磁体插入。据此，转子芯和端板可以设置在注射成型机中，在该注射成型机中，鼠笼模制，导体直接模制在导体槽中并穿过端板导体孔。在成型工艺结束并且当转子冷却时，从相对的第二端面将磁体插入磁体槽。随后，封闭构件，例如另一块端板连接在第二端面以将磁体固定，以防止磁体从该端滑出。该另一块端板是在成型鼠笼之后连接在转子上的，并且为了能将其径向适配于短路环内侧，径向尺寸优选比包括导体孔的端板小。在此实施例中，导体孔对于另一块端板而言毫无意义。

如果端板由导磁材料做成，由端板固定的磁体槽中的磁体可能会由此短路，以致磁体形成的磁场会减弱。为了减少磁体短路，端板除了包括导体孔外，还可以至少包括一个开孔。开孔应该对应磁体槽设置，以使磁体槽第一部分能与开孔相通，且磁体槽剩下的第二部分被端板覆盖。在一个实施例中，开孔面积比磁体槽的孔的面积大，在另一个实施例中，开孔是弧形的，如对称设置在中心轴周围。

磁体槽的形状应该与磁体的形状精确匹配，以使其紧包住磁体。优选地，磁体和磁体槽的形状为矩形断面，优选磁体槽以一致的横断面尺寸和形状通过转子芯从第一轴向端面延伸到相对的第二轴向端面。

第二方面，本发明提供了一种制造上述本发明第一方面的转子的互锁工具。该工具包括：

用于制造包括导体孔和磁体孔的各个薄片的冲孔构件，

用于制造端板的冲孔构件，

叠片构件，其适合于：

●堆叠该薄片，以使多个薄片的该导体孔和磁体孔组合，形成导体槽和磁体槽，其在该转子轴向相对的第一和第二端面之间延伸，和

●在薄片堆叠的一个端面定位该端板，以使磁体槽中的磁体孔第一部分能与该开孔相通，并且剩下的该磁体槽的磁体孔的第二部分被该端板覆盖。

特别地，可以将用于制造薄片的冲孔构件和制造端板的冲孔构件分成冲孔构件的部件组，其中的一组可以冲压导体孔。为此目的，该组冲孔构件可以用来制造薄片和端板，另一组冲孔构件的部件组可以冲压出薄片的磁体孔，并且另一组冲孔构件的部件组可以在端板中穿开孔以减少磁体短路。

第三方面，本发明提供了制造转子的方法，其中芯由薄片材料的互锁板形成，其中叠层中的每个板包括导体孔和磁体孔以形成纵向延伸的导体槽和磁体槽，并且其中叠层的端板形成有对应的导体孔，并且将端板作为堆叠层中第一或最后的板引入叠层，使端板导体孔与导体槽相通，以便随后用导体相互连接的短路环的模制，导体模制成穿过导体槽和端板的导体孔。根据本方法，端板可以在互锁工艺中形成并引入叠层，而且可以在互锁工艺中制造芯剩余部分。

在制造芯和端板之后制造鼠笼，例如，将芯置入注射成型机模具中，在注射成型机中注入导电材料使两轴向相对设置的短路环和基本上纵向延伸的导体形成一体。

附图说明

下面，将参照附图对本发明的一个优选实施例进行更详细的描述，其中：

图1示出根据本发明的转子，

图2示出用于转子堆叠的板的示意图，

图3-6示出三种不同端板的实施例，和

图7-10示出另外两种可选的端板实施例。

具体实施方式

图示出一个转子1，其支撑在定子上使转子绕中心轴2旋转，转子包括带轴向相对的第一和第二端面4的转子芯3。转子还包括连接轴向延伸绕组6的轴向相对的第一和第二短路环5。在转子上装有驱动轴(未示出)，驱动轴延伸穿过轴孔7，并悬挂在旋转轴承中，以使转子的旋转能与对应的定子(未示出)相关联。转子由金属薄片做成，金属薄片堆叠起来形成叠层芯。每个薄片上都有孔，与其它薄片组合，形成沿轴向贯穿转子的导体槽。将所有薄片组装在一起形成转子芯后，以导体槽作为模具，直接将构成绕组的导电棒模制在导体槽中，并且模制短路环作为导电棒的集成部件。为增加转子的转速，转子包括6个永磁体，即转子可用于直接起动电动机。

图2显示转子叠片中金属薄片8的顶视图，其中当很多薄片堆叠在一起形成叠层转子结构时，导体孔9形成导体槽的一部分。在两径向相对的位置，导体槽10变长变宽以形成磁通屏障。在组装状态下，矩形磁体孔11形成磁体槽，以便永磁体从转子两轴向相对端面的一面插入到孔中，以形成直接起动电动机。中心轴孔12构成用于驱动轴的贯穿转子的轴向延伸孔的一部分。

图3-6为端板13，14，19的三个不同的实施例示意图。端板形成转子叠层的一部分，并且为一个轴向相对端面的终端。端板的作用是固定磁体槽中的磁体。为降低制造成本，端板与转子叠层其它薄片的制造材料一样，即导磁材料。这样，可以在一个集成联锁工艺中，制造转子中所有的板并连接转子叠层。为不使磁体短路，开孔15，16定位成与磁体槽中的磁体孔相通。为固定磁体槽中的磁体，端板中的开孔与磁体槽中的磁体孔不一致(non-congruent)。在图3中开孔15是弧状的，它们对称设置在端板中心17的周围。在图4中，同时示出了端板13与磁体槽中有矩形磁体孔11的转子。

图5所示是转子端面上的端板，端板中开孔16的位置相对于磁体槽中的磁体孔而言是可见的。转子在磁体槽中有6个矩形孔，并且端板中有4个矩形开孔，其中每个开孔的面积都比磁体槽中的大。磁体被与磁体槽相关的端板中形状和位置不一致的开孔固定起来。

图6所示端板19只包括两个开孔20，21，并且开孔形状与磁体槽的三个孔的外部轮廓相对应。然而，开孔20，21与磁体槽孔错开，这样可以固定磁体槽中的磁体。

在图7中，端板22除了包括导体孔9外，只包括一个大孔23。图8是将端板固定在转子24上时的端板图。大孔23的周边覆盖了磁体25的边缘部分以固定转子中的磁体。用于转子轴的孔26不受端板影响。

在图9中，端板包括较小主体部分27，其带有径向向外延伸的凸出28和用于转子轴的孔29。在图10中，端板固定到转子31上，凸出28覆盖磁体30的边缘部分，以固定转子中的磁体。

Claims (10)

1.一种电动机转子(1)，包括：

芯(3)，其由薄片叠层形成，每个薄片包括导体孔(9)和磁体孔(11)，其与叠层中其它薄片组合，形成在转子轴向相对的第一和第二端面之间延伸的导体槽和磁体槽，

端板(13，14，19)，其上提供开孔(15，16，20)，

其特征在于，所述开孔的面积大于磁体孔的面积；该端板相对于该磁体槽这样对应，以使构成磁体槽的磁体孔的第一部分与该开孔相通，且构成磁体槽的磁体孔的剩下的第二部分被该端板覆盖。

2.根据权利要求1所述的转子，其中，该转子还包括鼠笼(5，6)，其包括轴向相对设置的短路环(5)，其用模制入导体槽中的导体(6)连接，其中，该端板包括导体孔(9)，其与导体槽相配合，以允许导体延伸穿过该端板的该导体孔。

3.根据权利要求1或2所述的转子，其中，该开孔是弧形的。

4.根据权利要求3所述的转子，其中，该开孔这样设置，使得构成磁体槽的磁体孔的所述第一部分与该开孔相通，并且构成磁体槽的磁体孔剩下的所述第二部分被该端板覆盖，从而，不依赖于该端板绕中心轴(2)的取向，将磁体固定在该磁体槽中。

5.根据权利要求1或2所述的转子，其中，该端板通过互锁与该薄片连接。

6.根据权利要求1或2所述的转子，其中，该薄片与该端板用同种薄片材料形成。

7.一种制造如权利要求1-6中任一项所述的转子的互锁工具，包括：

用于制造包括导体孔和磁体孔的各个薄片的冲孔构件，

用于制造端板的冲孔构件，

叠片构件，其适合于：

●堆叠该薄片，以使多个薄片的该导体孔和磁体孔组合，形成导体槽和磁体槽，其在该转子轴向相对的第一和第二端面之间延伸，和

●在薄片叠层的一个端面定位该端板，以使构成磁体槽的磁体孔的第一部分能与该开孔相通，并且构成磁体槽的磁体孔剩下的第二部分被该端板覆盖。

8.如权利要求7所述的互锁工具，其中，用于制造该端板的该冲孔构件包括在该端板中形成导体孔的构件，并且其中，该叠片构件还包括连接该薄片和该端板以形成一个单体的转子芯部件的构件。

9.一种制造转子的方法，其中，芯通过互锁薄片材料的板形成，其中，在叠层中的每个板包括导体孔和磁体孔，以形成轴向延伸的导体槽和磁体槽，并且其中，该叠层的端板形成有开孔，该开孔这样定位，以使构成磁体槽的磁体孔的第一部分能与该开孔相通，并且构成磁体槽的磁体孔剩下的第二部分被该端板覆盖。

10.根据权利要求9所述的方法，其中该薄片和该端板在互锁工艺中制造并堆叠形成一个单体的转子芯部件。

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