CN1929246A - 旋转电机的叠片铁芯 - Google Patents

Abstract

一种旋转电机(1)的叠片铁芯(30)，具有第一数量(n)的磁极，第一数量为被2整除的自然数，该叠片铁芯包括若干弧形单元铁芯(31)，其特征在于各单元铁芯具有第二数量(m)的磁极，第二数量为除了第一数量的约数之外的自然数，单元铁芯卷绕层叠预定次数，构成方式为通过等式X＝θ＊t/360得到单元铁芯(31)的轴向叠层量，X为轴向叠层量，θ为单元铁芯(31)的卷绕角度，以及t为单元铁芯的厚度，并且在圆周方向上彼此毗连的单元铁芯在其外周的一部分处相互连接。

Description

旋转电机的叠片铁芯

技术领域

本发明一般地涉及一种用于诸如发电机和电动机的旋转电机的叠片铁芯。

背景技术

在日本专利文献JP2003-528557A和JP2002-262496A中，披露了一种已知的叠片铁芯。也就是说，如日本专利文献JP2003-528557A中所披露，电机定子铁芯由多块片状部件以Z字形方式层叠而成，其中每块片状部件成形为弧形。更确切地说，这些片状部件相邻放置并且彼此接合以形成叠片铁芯。大致弧形的片状部件弧段(片状部件区段)经冲压形成，弧段的外周长度对应于角度α＝360°/n，n为大于或等于2的正整数。然后，将n个片状部件弧段放置于一个平面以制成片状部件，将这些片状部件相邻放置并且利用至少一个连接件进行连接和/或焊接。

日本专利JP2002-262496A披露了一种旋转电机的铁芯结构。在各扇形弧段铁芯的周向端面上设置的凹入和凸起部分相互配合，以形成环状转子铁芯。然后，预定数量的环形转子铁芯的层叠件形成圆柱形的转子铁芯。借助于各个部分的布置，其中凹入和凸起部分在圆周方向以交错方式相互配合，每块圆柱形转子铁芯形成砌砖式叠片结构。

然而，根据上述的JP2003-528557A和JP2002-262496A，要求弧形片状部件或扇形弧段铁芯以预定的角度沿圆周方向交错放置。此外，将弧形片状部件之间的接触部分或扇形弧段铁芯之间的接触部分沿圆周方向在这些层之间移位，从而使得转子铁芯合成一体，且防止分离。因此，在实现过程中，弧形片状部件或扇形弧段铁芯的层叠处理会变得麻烦，并且可能会导致增加层叠时间。结果，可能增加电机的制造成本。而且，根据JP2002-262496A，需要一个沿轴向的连接处理，来实现在各扇形弧段铁芯的圆周方向端面上设置的凹入部分和凸起部分之间的连接，从而会增加层叠工序。

因此，需要一种旋转电机的叠片铁芯，其能减少层叠处理的时间，并且能获得高的机械强度。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种旋转电机的叠片铁芯，具有第一数量磁极，第一数量为被2整除的自然数，该叠片铁芯包括若干弧形单元铁芯，其特征在于各单元铁芯具有第二数量磁极，第二数量为除了第一数量的约数之外的自然数，单元铁芯在圆周方向卷绕层叠预定的次数而形成螺旋状，构成方式为借助等式X＝θ*t/360得到单元铁芯轴向叠层量，X为轴向叠层量，θ为单元铁芯的卷绕角度，以及t为单元铁芯的厚度，并且在圆周方向彼此毗连的单元铁芯在其外周的一部分处相互连接。

根据上述发明，由于弧形单元铁芯通过外周的一部分相互连接，因此叠片铁芯可以依次顺序形成。从而，可以减少用于卷绕和形成叠片结构的时间。

根据本发明的另一方面，一种旋转电机的叠片铁芯，具有第一数量磁极，第一数量为被2整除的自然数，该叠片铁芯包括若干弧形单元铁芯，其特征在于各单元铁芯具有第二数量磁极，第二数量为除了第一数量的约数之外的自然数，单元铁芯在圆周方向卷绕层叠预定的次数而形成螺旋状，构成方式为通过等式X＝θ*t/360得到单元铁芯轴向叠层量，X为轴向叠层量，θ为单元铁芯的卷绕角度，以及t为单元铁芯的厚度，并且单元铁芯包括可分别插有各套筒的通孔。

根据上述发明，将套筒插入各自的通孔，并且以铆钉固定套筒的端部来保持单元铁芯31在层叠方向上的位置。从而，可获得这样的叠片铁芯，其可承受随叠片铁芯的旋转产生并施加的离心力。

附图说明

通过随后详细描述并结合附图，本发明的上述特性以及附加特性将更加明了，其中：

图1是根据本发明实施例的使用转子叠片铁芯的电动机的剖视图；

图2是图1所示转子的剖视图；

图3是图2所示转子叠片铁芯的正视图；

图4是组成叠片铁芯并且通过冲压形成的弧形单元铁芯的正视图；以及

图5是图4所示弧形单元铁芯的放大正视图。

具体实施方式

现参照附图描述本发明的实施例。

图1是使用转子叠片铁芯的电动机的剖视图。图2是图1所示转子的剖视图。图3是图2中应用的转子叠片铁芯的正视图。图4是组成叠片铁芯并且通过冲压形成的弧形单元铁芯的正视图。图5是图4所示弧形单元铁芯的放大正视图。

根据本发明，转子的叠片铁芯使用于电动机1。然而，除了电动机之外，还可以使用于发电机中。如图1所示，电动机1包括定子10，以及布置在定子10内部的转子20。定子10的组成方式为将定子铁芯12和定子线圈13安装在定子安装架11上。用于控制电动机1旋转的控制电路14也与定子安装架11相连接。根据本发明，定子铁芯12和定子线圈13借助于多个安装螺钉15装配至定子安装架11。电动机1的定子10的上述结构为已知结构。

如图2所示，转子20是通过将叠片铁芯30安装在转子保持架21上而组成。如图3所示，叠片铁芯30包括多个弧形单元铁芯31，借助于在其轴向两端处保持叠片铁芯30的端板23a和23b，使得这些单元铁芯相互紧密接触。通过可将端板23b固定至转子保持架21的多个安装螺钉24，将叠片铁芯30整体地固定至转子保持架21。在层叠处理时，借助于沿着单元铁芯31的圆周方向布置的凸起36，在轴向对这些弧形单元铁芯31加压，以使其能在被端板23a和23b夹在中间之前形成一体。

在层叠处理之后，将永磁体28分别插入各永磁体安装孔32中。换句话说，根据本实施例，使用永磁体作为磁极，在这种情况下永磁体28与定子10之间的磁吸力大于界定在相邻永磁体28间的部分与定子10之间的磁吸力。由于除了端板23a和23b之外，套筒22分别插入至单元铁芯31的通孔33内，以使得弧形单元铁芯31彼此紧密接触，并且套筒22的端部用铆钉固定，因此转子20能够承受随着转子20的旋转而产生并施加的离心力。接着，中心孔21b形成于转子保持架21的中央。同样地，多个安装孔21a也形成于中心孔21b的周围，并且如图1所示通过安装螺钉26固定至输出轴25。

叠片铁芯30将如下详细描述。根据本实施例，叠片铁芯30具有布置在整个圆周上的“n”个(第一数量)磁极，n为被2整除的自然数。图3是表示具有20个磁极的叠片铁芯30的实例。根据本实施例，各弧形单元铁芯31都具有3个磁极。单元铁芯31通常具有“m”个(第二数量)磁极，m为除了“n”的约数之外的自然数。如图4所示，这些弧形单元铁芯31是通过冲压诸如硅钢板的钢板带而连续地形成。因此，单元铁芯31的磁极数量越少，越能够减少钢板带的宽度W。

在圆周方向上彼此相邻的(即彼此紧接的)弧形单元铁芯31，通过宽度大约为0.5至5mm的接触部分(接续部分)而彼此相接。接触部分的宽度由单元铁芯31的厚度t mm、磁极数量m、转子20的直径等等所决定，通常设为大约1至3mm。而且，在各单元铁芯31的一端和另一端上分别形成有凸起部分34a和凹入部分34b。根据本实施例，凸起部分34a和凹入部分34b各具有半圆形状。可选择地，为了实现本实施例，凸起部分34a和凹入部分34b可采用诸如三角形的楔形形状，从而，在将相邻单元铁芯31在接触部分处弯曲以使其卷绕层叠时，使相邻单元铁芯31自然连成一体。由于凸起部分34a和凹入部分34b的形状，能减少永磁体28与相邻的单元铁芯31等之间所形成磁路的磁阻。

各弧形单元铁芯31均包括有对应于磁极数量的“m”个永磁体安装孔32。在各永磁体安装孔32圆周方向中心与单元铁芯31弧形中心的连接线段上，即在图5中用线φ1表示的线段上，形成有通孔33，各通孔中可插入套筒22。同时，该通孔33形成于远离永磁体安装孔32位置处，以获得一定的机械强度。

接着，在各弧形单元铁芯31上形成有切口凹入部35，其位于定子10的相对侧。在层叠处理时，将切口凹入部35用于使连续放置的单元铁芯31以螺旋方式卷绕，以及用于按顺序组装单元铁芯31。切口凹入部35形成于这样的位置处，使承受离心力的各通孔33的周围强度不受影响，所述离心力随转子20旋转而产生。该位置位于相邻的通孔33的中心与单元铁芯弧形中心的连接线上，即图5中用φ2表示的线上。

按照下列步骤，对依序排列并组装具有上述结构的弧形单元铁芯31。首先，借助于磁体及类似物，将单元铁芯31的起始部分(从该部分开始卷绕)固定至笼形旋转架(未示出)的一端，其中，切口凹入部35与该笼形旋转架相啮合。同时，如下定义了轴向叠层量X，即，单元铁芯31轴向的叠层量：X＝θ*t/360，其中θ为单元铁芯的卷绕角度，t为各单元铁芯31的厚度。例如，如果单元铁芯31的厚度为2mm，单元铁芯31卷绕层叠2次，那么卷绕角度为720°，由此轴向叠层量X为4mm。

当使单元铁芯31在圆周方向卷绕层叠预定的次数而形成螺旋状时，也就是，在与切口凹入部35相啮合的笼形旋转架向右旋转的同时，将单元铁芯31卷绕层叠，例如，如图3所示，将单元铁芯31a至31g依次放置以使其呈螺旋式卷绕。当得到如图3所示的第一个单元铁芯31叠片结构时，单元铁芯31g尺寸的三分之一搭在单元铁芯31a上。换句话说，在叠片铁芯30的叠片结构之间在圆周方向出现了相位移动。更确切地说，在叠片结构之间，毗邻单元铁芯31之间的接触面在圆周方向交错地放置，从而构成交错式叠片转子铁芯。

这是因为叠片铁芯30具有“n”个磁极，n为被2整除的自然数，而各单元铁芯31具有“m”个磁极，m为除了n的约数之外的自然数。当单元铁芯31的轴向叠层量X达到预定值时，层叠处理完成。考虑到总体的平衡，卷绕结束时的单元铁芯31终止部分可以如此方式放置，以使得该终止部分与单元铁芯31a的起始部分在轴向上成一直线。

在进行层叠处理时，借助于沿着叠片铁芯30的整个圆周设置的凸起36，对具有上述结构的叠片铁芯30加压并且使之成为一体。然后，将该叠片铁芯30夹于端板23a和23b之间。套筒22插入各通孔33，并且其端部用铆钉固定，由此得到转子20，该转子20可承受随着转子20的旋转产生并施加的离心力。通过多个安装螺钉24，将端板23b整体固定至转子保持架21。随着安装螺钉26插入至多个安装孔21a，以上述方式组装的叠片铁芯30被固定至由定子安装架11旋转支撑的输出轴25。

根据上述的实施例，相邻单元铁芯31通过外周的一部分相互连接。因此，叠片铁芯30可由一连串的单元铁芯31连续形成。此时，通过切口凹入部35，连续放置的单元铁芯31能在圆周方向依次卷绕而形成螺旋状。此外，当层叠单元铁芯31时，凸起36在轴向上相互啮合，该凸起31可实现单元铁芯31的准确定位，并且能够受压以达到保持层叠状态的目的。由此，可减少层叠处理的时间，以及能够实现高机械强度的叠片铁芯30。

由于套筒22为压配合，并且其两端都用铆钉固定以保持单元铁芯31在层叠方向上的位置，所以在层叠方向上相邻单元铁芯31能够承受施加至单元铁芯31上的离心力。由此，可得到具有高的对抗离心力的叠片铁芯30。而且，与制造整体式环形铁芯的情况相比，材料生产率是很高的。而且，在层叠结构中，在圆周方向上相邻单元铁芯31之间的接触面被交错放置，从而得到交错式叠片转子铁芯。因此，磁通量可进入叠片结构中，从而避免由铁芯段造成的磁阻增加。

叠片铁芯30的单元铁芯31轴向叠层量X使所有的磁极达到平衡状态。因此，能够将永磁体安装孔32、通孔33等的位移最小化，这些位移可能在单元铁芯31由单个冲压模制成时由层叠处理引起。可实现永磁体28、套筒22等的方便组装，以及实现叠片铁芯30的目标功能。而且，可以在层叠方向加压叠片铁芯30，从而能提高其生产率。

此外，如图4所示，在外周侧上单元铁芯31彼此相连。因此，通过冲压模制成单元铁芯31后，可利用卷绕夹具将单元铁芯31以螺旋方式卷绕，从而得到连续的绕组和叠片结构。结果，与放置分隔开的单元铁芯的实例相比，能够在短时间内形成叠片铁芯30。

在圆周方向上相邻单元铁芯31通过外周的一部分相互连接，即通常宽度为0.5至5.0mm的接触部分。此外，在各单元铁芯31的两端形成有凸起部分34a和凹入部分34b。凸起部分34a和凹入部分34b可为楔形，以容易相互配合。在单元铁芯31上形成通孔33，并且其中可插有套筒22，通孔33可位于一定的位置，以不影响磁路和单元铁芯31的对抗离心力的强度。此外，切口凹入部35可放置于一定位置，以不影响磁路和单元铁芯31的对抗离心力的强度。

此外，在切口凹入部35附近形成有凸起36，对这些凸起36加压以保持单元铁芯31的层叠状态。各凸起36可放置于一定的位置，以不影响磁路和单元铁芯31的对抗离心力的强度。

根据上述实施例，已经说明了内部转子式电机1的转子20的实例。然而，本发明实施例也可使用于制造外部转子式电机1的转子或定子10。在这种情况下，永磁体安装孔32、通孔33、切口凹入部35以及凸起36均位于内周侧上，而不是外周侧。

此外，根据上述实施例，只需通过卷绕单元铁芯31，在叠片结构之间将铁芯的分割部分在圆周方向交错地放置，由此得到交错式叠片。因此，可以在短时间内制成交错式叠片铁芯。此外，相比于整体式环状铁芯，由于材料生产率的提高，所以能够得到低成本的电机。通过单元铁芯31之间的位置保持机构，能够得到具有高对抗离心力的叠片铁芯30。

此外，由于通过圆周的一部分而彼此相连的弧形单元铁芯31被卷绕层叠，所以与单元铁芯彼此隔开的情况相比，卷绕和形成叠片的时间得以减少。接着，由于分别在单元铁芯31的两端形成凸起部分34a和凹入部分34b，当单元铁芯31卷绕成螺旋状时，相邻单元铁芯31相互接触的表面尺寸得以增加，由此使得磁阻的降低，以及，因单元铁芯31的分割段的输出性质而产生的不利影响减少。

此外，叠片铁芯30的组成方式为，将套筒22分别插入至各通孔33内，且其两端均用铆钉固定以保持单元铁芯31在层叠方向上的位置。为了最小化对电机性能的影响，各通孔33均位于磁通量较小的位置处。此外，这时，要防止通孔33、切口凹入部35和凸起部分36之间的相互干扰。

此外，根据上述实施例，多个单元铁芯之一具有M个(第三数量)磁极，M为小于“m”的自然数。在本实施例中，在圆周方向上，用于卷绕成螺旋状的单元铁芯31的起始部分和终止部分可不重合。在这种情况下，多个单元铁芯31中只有一个单元铁芯可具有比其他单元铁芯31少的磁极，用来防止起始部分和终止部分不重合。对单元铁芯31之一的磁极数量M进行限定，以使卷绕单元铁芯31的起始部分和终止部分在轴向上成一条直线。

此外，根据上述实施例，通孔33在圆周方向被设置在永磁体28的大致中心线上。由于永磁体所形成的磁路被划分为右侧和左侧，因此上面所提及的中心线位置处的磁通量较小。

Claims (12)

1.一种旋转电机(1)的叠片铁芯(30)，具有第一数量(n)磁极，所述第一数量为被2整除的自然数，该叠片铁芯包括若干弧形单元铁芯(31)，其特征在于各单元铁芯具有第二数量(m)磁极，所述第二数量为除了所述第一数量的约数之外的自然数，所述单元铁芯在圆周方向卷绕层叠预定的次数而形成螺旋状，构成方式为通过等式X＝θ*t/360得到单元铁芯(31)的轴向叠层量，X为轴向叠层量，θ为所述单元铁芯(31)的卷绕角度，以及t为所述单元铁芯的厚度，并且在圆周方向彼此毗连的所述单元铁芯在其外周的一部分处相互连接。

2.根据权利要求1所述的旋转电机(1)的叠片铁芯(30)，其中所述单元铁芯(31)包括用于卷绕层叠的起始部分和终止部分，所述起始部分的单元，或所述终止部分的单元具有第三数量(M)磁极，所述第三数量为小于所述第二数量的自然数。

3.根据权利要求1所述的旋转电机(1)的叠片铁芯(30)，其中各所述单元铁芯(31)包括分别位于端部的凸起部分(34a)和凹入部分(34b)，当所述单元铁芯卷绕层叠时，所述凸起部分和所述凹入部分相互配对结合。

4.根据权利要求1所述的旋转电机(1)的叠片铁芯(30)，其中所述单元铁芯(31)包括可分别插有各套筒(22)的通孔(33)。

5.根据权利要求1所述的旋转电机(1)的叠片铁芯(30)，其中所述单元铁芯(31)包括切口凹入部(35)，所述单元铁芯借助该切口凹入部在圆周方向卷绕。

6.根据权利要求5所述的旋转电机(1)的叠片铁芯(30)，其中所述单元铁芯(31)包括在所述切口凹入部(35)附近的凸起(36)，用于保持所述单元铁芯的层叠状态。

7.根据权利要求5所述的旋转电机(1)的叠片铁芯(30)，其中所述切口凹入部(35)，在圆周方向形成于相邻通孔(33)之间的大致中心部分。

8.根据权利要求4所述的旋转电机(1)的叠片铁芯(30)，其中当使用永磁体作为磁极，在这种情况下，所述永磁体与定子(10)之间的磁吸力大于在相邻永磁体(28)之间限定部分与所述定子之间的磁吸力，在圆周方向，所述通孔(33)设置在所述永磁体(28)的大致中心线上。

9.根据权利要求4所述的旋转电机(1)的叠片铁芯(30)，其中当使用线圈作为磁极时，所述通孔(33)设置在相邻线圈之间的大致中心线上。

10.一种包括根据权利要求1至9中任一项权利要求所述叠片铁芯(30)的旋转电机(1)。

11.一种旋转电机(1)的叠片铁芯(30)，具有第一数量(n)电极，所述第一数量为被2整除的自然数，该叠片铁芯(30)包括若干弧形单元铁芯(31)，其特征在于各单元铁芯具有第二数量(m)磁极，所述第二数量为除了所述第一数量的约数之外的自然数，所述单元铁芯(31)在圆周方向卷绕层叠预定的次数而形成螺旋状，构成方式为通过等式X＝θ*t/360得到单元铁芯(31)的轴向叠层量，X为轴向叠层量，θ为单元铁芯(31)的卷绕角度，以及t为单元铁芯的厚度，并且这些所述单元铁芯包括其中分别插有各套筒的通孔。

12.一种包括根据权利要求11所述叠片铁芯(30)的旋转电机(1)。

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