用來疊放不旋轉的疊層片芯的成對的相互鎖定件的製作方法

2024-03-25 23:31:05

專利名稱：用來疊放不旋轉的疊層片芯的成對的相互鎖定件的製作方法
技術領域：
本發明的領域一般說來，本發明涉及電動機，更具體地說，涉及用來疊放不旋轉的疊層片芯的成對的相互鎖定件，以及用來製作這樣的芯的方法。
本發明的背景電動機被大規模地使用，並且，電動機衝擊著工業、商業和日常生活的每個方面。這種電動機可以由小的分數功率電動機例如在洗衣機和電冰箱中可以找到的小馬達到大的工業應用電動機之間變化，它們用來驅動製造設備、風扇以及類似裝置。馬達通常用來把電能轉換成旋轉能或旋轉作用力。
典型地，一個馬達包括被稱為轉子的一個轉動的中心部分和被稱為定子的一個靜止的外部分。把定子和轉子裝在一個殼體中，此殼體包容著該馬達。轉子和定子都包含導電件。可以把轉子和定子芯做成帶有數量不等的狹縫，這些狹縫是容納導電件的開孔。
轉子芯是轉子的中心部分，它包含導電件。在轉子芯中的匯流條的數目可以顯著地改變。在較小的分數功率鼠籠式電動機中，例如，在轉子直徑大約為兩英寸的馬達中，匯流條的數目通常在8到52之間。
典型地把芯的結構做成多個疊放的平板或疊層片。這些疊層片可以為金屬的，可以把它們在衝壓機中衝壓，隨後，把它們一片放在另一片上，形成該芯。在某些芯中，這些疊層片可以相對於彼此旋轉，來補償疊層材料中可能的不對稱。在另外的不旋轉的芯中，可以僅把這些疊層片一片放在另一片上，並把它們相互鎖定，形成一種剛性的芯結構，防止這些疊層片相對於彼此移動。
在一種已知的相互鎖定裝置中，每片疊層片有衝壓進表面的一個凹坑或凹進部分，它在疊層片的相反的側面上形成一個相應的突起。隨後，把這些疊層片一片重疊到另一片上，一片疊層片的突起與下一片相鄰的疊層片中的凹坑接合，並座放在該凹坑中。在這樣的嵌套的裝置中，通過突起與凹坑的接合保持這些疊層片彼此對準。這是用來把疊層片相互鎖定的通常的被普遍接受的方法。
雖然通常使用這些已知的方法，但是，它們確有它們的缺點。首先，這種直接的嵌套裝置提供了相對較短的路徑，並因此，對於漩渦電流提供了一個低阻抗的電流路徑。如對本技術熟悉的人們所承認的那樣，這可能造成通過芯的電磁損失的增加。這種設置降低了馬達的效率，該馬達的定子芯由這種裝置構成。
因此，對於一種轉子芯疊層片的相互鎖定裝置有持續的需求，該裝置要使疊層片的製作變得容易，由此鎖定裝置製成的轉子芯對於漩渦電流產生一個高阻抗的電流路徑，以降低通過該轉子的電磁損失。
本發明的概述由疊層片的疊放體形成用於旋轉的電動機的一個轉子芯。該芯包括多個通常為圓形的疊層片，一片疊放在另一片上。每個疊層片確定了一根軸線，此軸線與在疊放體中的相互疊放的疊層片的軸線共線。每個疊層片有第一和第二表面，把疊放體的構形做成確定有與所述第一和第二側面相鄰的疊層片的至少一個內疊層片和有與所述第一和第二側面之一相鄰的疊層片的外疊層片。
每個疊層片有預定數量的在圓周上等間隔的狹縫，狹槽與相鄰的狹槽間隔開，從而形成容納導電件的區域。每個內疊層片包括在第一和第二表面之一上在離開疊層片軸線一個預定的徑向距離形成的至少一個相互鎖定突起。每個疊層片還確定了在其中形成的至少一個容納突起的區域或凹部，用來容納相鄰的疊層片的一個突起。
當平行於所述軸線看所述疊層片的疊放體時，該突起接合到相應的容納凸起的凹部中，從而形成穿過疊層片的疊放體的一條突起與容納突起的凹部接合起來的交錯的路徑。此突起和容納突起的凹部的曲折路徑形成一條細長的曲折的路徑，其具有的長度對於通過該疊層片的疊放體的渦漩電流來說，比該疊放體的高度要長，從而提高了從中通過的渦漩電流的阻抗。
在一種優選的芯中，每個疊層片包括多個容納突起的區域和多個突起。最好，把疊層片的構形做成使得每個容納突起的區域可以容納相鄰的疊層片的任何突起。
在一種構形中，突起為細長的弧形的形狀，而容納突起的區域具有與突起形狀互補的細長的弧形形狀，從而可以完全容納相鄰的疊層片的突起。容納突起的區域的長度可以比其相應的突起的長度長。
本發明的其它特點、好處和優點將由下面的附圖、詳細描述和所附的權利要求書看得更清楚。
附圖的描述

圖1為一個示例性的馬達的部件分解透視圖，示出了一個轉子，它有按照本發明的原理製作的一個芯；圖2為由疊放的多個疊層片形成的一個轉子芯的透視圖，這些疊層片包括成對的相互鎖定系統的一個實施例；圖3為圖2所示的芯的疊層片之一的頂透視圖；圖4為圖3所示的芯的疊層片的底透視圖；圖5為圖4所示的芯的疊層片的放大圖，示出了一個相互鎖定的突起；圖6為沿著圖2的6-6線截取的疊層片重疊體的部分剖面圖；圖7為沿著圖5的7-7線截取的部分剖面圖；圖8為一個疊層片的部分透視圖，它包括成對的相互鎖定系統的另一個實施例；以及圖9A-9E示出了用於本發明的相互鎖定系統的各種另外的突起的形狀。
本發明的詳細描述儘管本發明易於以多種形式實施，但是，在圖中示出了並將在下面描述當今的優選實施例和方法，同時理解到，認為本文件對本發明來說是示例性的，並不把本發明限制為所示出的特定實施例和所描述的方法。
現在參見附圖，特別是參見圖1，該圖示出了整體地以標號10表示的一個馬達。馬達10被封裝在一個殼體12中，此馬達包括一個轉子14和一個定子16。定子16是馬達10的靜止部分，其被安裝到殼體12上，並安裝在殼體12中。定子16確定出一條從中通過的以標號18表示的縱軸線。轉子14是馬達10的轉動部分，其位於定子16內。轉子14也確定了一條縱軸線，用標號20表示，該軸線與定子16的對準，使得轉子14和定子16的軸線18、20是共線的。
轉子14位於定子16內，在它們之間確定了一個間隙，把它稱為空氣間隙，用標號22表示。此間隙22使得轉子14可以在定子16內自由旋轉，而轉子14和定子16不會偶然地彼此接觸。在典型的小型的分數功率例如小於1匹馬力的馬達中，此間隙22可以大約為一英寸的千分之十(十密耳)。
轉子14由多塊平板或疊層片24構成，這些疊層片一片疊放在另一片上。用整體地以標號26表示的一個相互鎖定系統把這些疊層片24相對於彼此緊固在其位置。相互鎖定系統26防止疊層片24彼此相對旋轉和移動，並防止彼此分開，因此，使芯28在製造過程中保持為一個整體件。
如在圖2和3中所示出的那樣，芯28包括在每片疊層片24的邊緣或周邊32上形成的預定數量的狹縫30。這些狹縫30由齒34確定，這些齒把狹縫30彼此分開。在典型的轉子疊層片24中，齒34與疊層片的中心部分36為一個整體。把齒之間的空間即狹縫30的構形製成容納並緊固導電件，它的一個示例性的導電件在圖2中用38表示。在示例性的分數功率馬達中，每個導電件38例如由鋁製成，被做成一個單一的件，把鋁以熔融的形式注入狹縫30中。把這種類型的轉子製作通常稱為鼠籠型馬達。
平板或疊層片24通常由薄片材料製成，比如鋼薄片，它們已經被衝壓成疊層片24的形式。隨後，把單個的疊層片24疊放，一片放在另一片上，形成芯28。雖然某些芯28採用一個旋轉過程製成，其中每片疊層片24相對於相鄰的下一片疊層片24旋轉一個預定的角度，但是，某些芯28不要求這樣的旋轉。典型地，這些不旋轉的芯28可以由材料的厚度公差可以控制的材料製成，或者，可以使芯28自身受到一個製造後的旋轉操作，以確保該芯28被做成對稱的方式。在某些情況下，芯28的本體可能太大，以至無法旋轉疊層片24，或者，可能沒有任何控制芯28的尺寸的必要。儘管如此，這樣的芯28仍然需要相互鎖定的裝置26，以便確保使疊層片24相對於彼此保持固定。
本發明採用的相互鎖定系統26包括一個升高的突起或小片44，其在疊層片24的一個表面46上形成，並在相鄰的下一片疊層片24中包括一個相應的容納突起的區域，開孔或凹部48，突起或小片44就放在此區域內。在一個優選實施例中，突起44有一個前部50和一個尾部52。可以把前部50做成階狀，如在圖5中所示出的那樣。前部50基本上為由疊層片24的表面46升得最高的上部。尾部52可以由前部50向下變斜或傾斜，朝向疊層片24的表面46傾斜。如在圖5中最清楚地看出的那樣，突起44可以沿著它的周長形成一個弧形，如由Lp所表示的那樣，使得其用標號54表示的中心線仍保持離開疊層片的軸線即轉子的軸線20為一個固定的徑向距離dp。
與已知的相互鎖定件不同，那些已知的相互鎖定件採用一系列突起，這些突起以一種固定的關係並在固定的位置彼此鎖定或嵌套，把本發明的突起44容納在也在疊層片24中形成的凹部或開孔48中。凹部48可以是細長的，沿著開口區域的長度容納突起44，並因此使得突起44可以完全放在凹部48中。與突起44類似，凹部48最好也是弧形的，使得用標號56表示的凹部的中心線離開疊層片的軸線(轉子的軸線20)為一個固定的徑向距離ds，該距離等於突起44離開軸線20的徑向距離dp。最好，突起44和凹部48彼此成對，每個凹部48的周向長度為Ls，此長度比它的相應的突起44的長度Lp要長一些。
本發明比已知的凹坑-突起嵌套裝置有許多優點。特別是，本發明對於通過芯28的渦漩電流提供了阻抗較高的電流路徑。對本技術熟悉的人們將會認識到，這使在芯28中的電磁損失降低，這進而使馬達更有效。更具體地說，如在圖6中所示出的那樣，在一系列疊層片24內每個相互鎖定件26的位置在它的凹部48的位置與它的突起44的位置之間交替。這樣，渦漩電流的路徑不再像在凹坑-突起嵌套裝置中那樣是一個直的路徑，而是一個曲折的路徑，類似鋸齒形的構形，而不是通過芯28的直線路徑。此提高的路徑長度和所造成的對渦漩電流增加的阻抗使通過芯的電磁損失降低。如由圖6中看到的那樣，這樣產生的路徑比疊層片24的疊放體或芯28的高度長。
在實施本發明時可以採用多種突起和相應的凹部。例如，如在圖9A-9E中所示出的那樣，突起可以為實體的升高的圓形件或橢圓形件144，長方形的升高件244，正方形的升高件344，也可以為弧形的扁長的升高件444和＂蝴蝶結＂形狀的件544。由這些圖將會看到，凹部構形148、248、348、448和548分別與突起的構形144、244、344、444和544互補。在一個設想的裝置中，兩個或更多的突起144-544可以放在一個凹部148-548內。
用來製作這樣的疊層片24的轉子芯28的一種優選的方法包括衝壓出第一疊層片24，其帶有預定數量的相互鎖定件對(相應的突起44和凹部48)位置。每個鎖定件對有一個突起44和一個相應的凹部48，它們的位置離開疊層片(即轉子)軸線20相等距離。突起44和它的相應的凹部48的位置為彼此離開一個預定的徑向距離，或者以(見圖2)軸線20相對於疊層片24a有一個預定的角度α。衝壓出第二疊層片，例如疊層片24b，它們有預定數量的突起44和凹部48對。突起44和凹部48與在第一疊層片24a上形成的突起和凹部為相反的關係。隨後，把第二疊層片24b疊放在第一疊層片24a上，將第一疊層片24a的突起44放在第二疊層片24b的凹部48中，或者，將第二疊層片24b的突起44放在第一疊層片24a的凹部48中。更可取的是，把在芯28中的最後一片疊層片24z做成只有凹部48，而在疊層片24z中不包括任何突起。
在這種為＂非旋轉＂型的芯28中，對於相互鎖定件對的數目或相應的突起44和凹部48的間隔沒有任何限制。這樣，可以把疊層片24做成帶有任何數目的相應的突起44和凹部48，只限制突起44和凹部48離開疊層片軸線20的徑向距離dp、ds要一致，並且，相應的突起44與凹部48之間的周向上的距離即角度α要一致。
在這種由非旋轉的疊層片24做成的芯28中，可以在一定程度上利用突起44來補償在芯28中可能的不對稱。這就是說，可以利用突起44相對於彼此「調整」疊層片24，以調節在疊層片材料中的微小的不一致或類似情況。
由上面所述將會看到，可以實現大量的改型和變化，而不偏離本發明的新穎概念的真實精神和範圍。將會理解到，關於所示出的具體實施例或所給出的方法沒有任何限制。力圖用所附的權利要求書使公開內容把所有這些改型包括在權利要求書的範圍以內。
權利要求
1.一種由疊層片的疊放體形成的轉子芯，它包括多個通常為圓形的疊層片，一片疊放在另一片上，每個所述疊層片在其上確定了一根軸線，此軸線與在所述疊放結構中的每個所述疊層片的軸線共線，每個所述疊層片有第一和第二表面，把疊放體的構形做成確定有與所述第一和第二側面相鄰的疊層片的至少一個內疊層片和有與所述第一和第二側面之一相鄰的疊層片的外疊層片，每個所述疊層片有預定數量的在其中形成的在大約所述疊層片的邊緣上圓周上等間隔的狹縫，每個所述狹縫與相鄰的狹縫分離開，從而形成容納導電件的區域，每個所述內疊層片包括在所述第一和第二表面之一上在離開所述軸線一個預定的徑向距離形成的至少一個相互鎖定突起，把所述至少一個突起做成伸展到所述第一和第二表面之一的平面之外，每個疊層片還確定了在其中形成的至少一個容納突起的區域，用來容納相鄰的疊層片的一個突起，其中，當平行於所述軸線看所述疊層片的疊放體時，所述突起接合進所述容納突起的區域中，從而形成穿過所述疊層片的疊放體的一條突起與容納突起的區域接合起來的交錯的路徑，形成一條細長的曲折的路徑，對於通過該疊層片的疊放體的渦漩電流來說，其長度比所述疊放體的高度要長，從而提高了從中通過的渦漩電流的阻抗。
2.按照權利要求1中所述的轉子芯，其特徵在於，每個所述疊層片包括多個容納突起的區域。
3.按照權利要求2中所述的轉子芯，其特徵在於，每個所述疊層片包括多個突起。
4.按照權利要求1中所述的轉子芯，其特徵在於，所述至少一個突起為細長的弧形的形狀，且所述至少一個容納突起的區域為與所述至少一個突起形狀互補的細長的弧形形狀。
5.按照權利要求4中所述的轉子芯，其特徵在於，所述容納突起的區域的長度比它的相應的突起的長度要長。
6.按照權利要求1中所述的轉子芯，其包括至少兩個突起和至少兩個相應的容納突起的區域，其中，把每片所述疊層片的構形做成使得每個所述容納突起的區域適宜於容納每個所述突起。
7.按照權利要求1中所述的轉子芯，其特徵在於，至少一個突起在疊層片之間提供了縫隙調整。
8.按照權利要求1中所述的轉子芯，其特徵在於，至少一個凹部可以同時容納多於一個的突起。
全文摘要
一種由疊層片的疊放體形成的轉子芯。該芯包括多個通常為圓形的疊層片,一片疊放在另一片上。每片疊層片確定了一根軸線,此軸線與在疊放結構中的每個疊層片的軸線共線。每個疊層片有第一和第二表面,把疊放體的構形做成確定有與第一和第二側面相鄰的疊層片的至少一個內疊層片和有與所述第一和第二側面之一相鄰的疊層片的外疊層片。每個疊層片有預定數量的在圓周上等間隔的狹縫,從而形成容納導電件的區域。每個內疊層片包括在第一和第二表面之一上在離開軸線一個預定的徑向距離形成的至少一個相互鎖定突起。每個疊層片還確定了在其中形成的至少一個容納突起的區域,用來容納相鄰的疊層片的一個突起。當平行於軸線看疊層片的疊放體時,突起接合進到容納突起的區域中,從而形成穿過疊層片的疊放體的一條突起與容納突起的區域接合起來的交錯路徑。此曲折路徑的構形形成一條細長的曲折路徑,對於通過該疊層片的疊放體的渦漩電流來說,其長度比疊放體的高度要長,從而提高了從中通過的渦漩電流的阻抗。
文檔編號H02K1/30GK1272973SQ99800980
公開日2000年11月8日 申請日期1999年6月18日 優先權日1998年6月19日
發明者D·M·薩班 申請人:通用電氣公司