多邊形軸孔轉子的製作方法
2023-05-28 23:52:36 2
專利名稱：多邊形軸孔轉子的製作方法
背景技術：
本發明總體涉及電動機，特別是用於感應電動機的疊片式轉子。
用於感應電動機的疊片式轉子的使用是眾所周知的，例如，參閱第5,767,607號美國專利，該專利所揭示的內容結合在此以供參閱。一般這樣的疊片式轉子包括一具有中心軸線的軸和一套軸向安裝的、由鐵磁材料製成的疊片結構。
由於可通過衝壓方式確定尺寸與結構，這類轉子的疊片可以很多樣化。先前技術的疊片被衝有或模壓有圓形軸孔。先前技術的疊片也可衝有可進一步加工成圓形軸孔的多邊形中心孔。
然而，疊片的優點會因為在將它們安裝到轉子軸上時所遇到的困難而一定程度地打折扣。典型地，疊片在其中心上設有一圓軸孔。一套疊片可通過一冷壓過程而施加於一圓形轉軸。在安裝轉子時，壓配合冷壓過程是一難題。
首先，在軸和軸孔間的過盈量一般大約0.0005英寸。已發現這是一最大過盈量，並由此產生最緊的配合，並向軸作用一冷壓力。更大的過盈量將會對將軸壓入這套疊片的軸孔中形成妨礙。為達到精確配合，疊片的內徑和/或軸的外徑要求很費時又花費較大的精加工。持續的機加工變成了一個前提，這是因為背離適宜的精加工後將產生額外的壓力和誤壓偏差。
第二點，在疊片中的軸孔公差一般大約0.0007英寸。這些緊的公差將疊片壓配合在軸上將產生一問題，由此疊片相對於軸是「直的」或垂直的。這一般通過使用直塞規而保證，該直塞規小於軸孔的最小直徑0.0002英寸。如果疊片相對於軸不夠直，它們將不會通過塞規。無法通過塞規的組件將被丟棄。
最後第三點，冷壓配合的成功與否關鍵取決於轉子軸和將軸壓入其中的疊片的相對溫度。由於這兩種材料的相對熱膨脹係數，軸和轉子間的溫度改變將會使其產生一過緊配合或過松配合，這都是不希望得到的結果。無論配合過松或過緊，轉子的整體性都將下降，電動機性能都將產生波動，且轉子發生故障的可能性將會增加。
因此，先前技術的疊片是有缺陷的，因為它們將導致在轉子生產時產生的大量廢料，產生轉子相對於軸的種種保持轉矩，其結果使轉子性能產生變化。
發明概要本發明的多個優點將敘述為提供一疊片式轉子，其中疊片的軸孔可衝壓至一定尺寸，無需過多的費用以及耗時的精加工；提供使疊片對轉子軸的保持轉矩增加的疊片式轉子；提供一可減少將轉子疊片壓到軸上的力的疊片式轉子；並提供一可減少在生產和組裝轉子時所產生的廢品的疊片式轉子。
總地來說，本發明包括一疊片式轉子，其中鐵磁疊片被衝壓成多邊形的中心孔，相對於先前技術疊片的圓孔。多邊形孔具有一基本等長的奇數直邊，各邊在由多邊形的交匯邊形成的頂點間延伸。多個疊片彼此堆疊以形成轉子殼體。各疊片從這套疊片中的下一疊片繞轉子軸的軸線略微旋轉。
在較佳實施例中，疊片沿軸至少有不同的兩組堆起的疊片。這套疊片中的每隔一個疊片屬於一組，而其餘疊片屬於另一組。這樣，這套疊片包括多對疊片，每一疊片來自各組。一組疊片可相對於另一組旋轉，由此疊片組的中心多邊形孔直接相對，(即，相互旋轉180度)。換句話說，即一對相鄰的疊片，這兩個疊片相對轉動，由此其中一疊片的多邊形孔的頂點置於另一疊片的相鄰頂點之間，且距離大致相等。這樣，由於疊片的相對轉動，轉子殼體的內部具有一致的蜂巢狀外觀。
在另一實施例中，疊片分成沿軸連續設置的不同的三個或更多組的堆起的疊片。各組疊片可相對於另一組疊片旋轉，由此各組疊片的多邊形軸孔的頂點置於其它組多邊形軸孔的相鄰的頂點之間。
使這套疊片模鑄成型，穿過在各疊片外緣附近的槽形成一籠形繞組。將端環置於這套疊片的末端，由此形成轉子殼體。
然後轉子軸通過冷壓加工壓配合進入轉子殼體內。由於疊片和鋼製轉子軸之間的相對材料硬度，當將軸壓入轉子內部時，疊片會屈服。轉子殼體內部的蜂巢狀結構對軸提供相對較小的阻力。將軸插入時，最大過盈發生於外殼內部的最小直徑上(即，在多邊形孔的邊上的中點)。在這些特定點上，由於僅一單層厚度的疊片對軸的插入產生反抗作用，疊片材料相對較易屈服。屈服的疊片材料會填充在下一個疊片的諸頂點所產生的諸蜂巢單元的空間內，這樣，將軸插入所需作用力明顯減小。然而，發生於軸周圍的屈服過程實際上產生一比先前技術中使用圓孔的疊片的普通壓配合加工更強的結合。在軸和轉子殼體之間的過盈就大大減小了。
另外由於疊片的屈服進入轉子殼體的蜂巢狀結構之中，可避免對疊片進行花費較大的加工。由此，比較而言，相對於先前技術的轉子，本發明中的轉子可在更少的時間內、以更低的花費製造而成。另外，由於將轉子軸插入所需力的減少，額外的力作用而產生誤壓的情況減少了，且在轉子製造時產生的廢品數量也隨之減少。最後，疊片的屈服減少了在疊片中心孔中公差的影響，並進一步減少在轉子軸和疊片間的相對溫度差的影響。
本發明的其它目的和特徵將在後面的敘述中逐步明顯和逐步被指出。
附圖簡述
圖1是按照本發明的一疊片式轉子的一部分的立體圖；圖2是本發明疊片的俯視圖；圖3表示本發明的這套疊片的側視圖；圖4是本發明的這套疊片的放大截面圖；在給出的附圖中，相同的標號在各視圖中表示相同的部分。
較件實施例的描述現參閱附圖，本發明的疊片式轉子的一部分如圖1所示，並且總的由標號10表示。一細長的、圓形轉子軸12具有沿軸的縱向中心線安裝於軸上的多個疊片14。這些盤狀疊片14由鐵磁材料製成並通過下面描述的加工過程使之基本垂直於軸12安裝。
如圖1中，明顯看出疊片具有位於其中心的孔16以容納轉子軸2的插入。疊片14總體上是實心的(即，在疊片內部僅有一中心孔，其尺寸可容納轉子軸12)，但是疊片易於受衝壓並形成不同的截面以滿足不同目的。要知道，這些多種類型的疊片可單獨地運用或結合地應用於本發明。為便於討論，在後面將僅討論如圖1所示的疊片。
現參閱圖2，按照本發明的一鐵磁製的疊片總體上由標號14表示。疊片相對較薄並具有圓形外緣26以及用來容納轉子軸的位於其中心的孔16。衝孔而成的中心孔16具有適當尺寸以與轉子軸12配合，並通常是多邊形的。多邊形孔由「通過」、「不通過」的量規測量以保證孔具有適當尺寸，使其可與轉子軸適當配合。孔16的邊緣界定疊片的一內緣28，並包含多個基本等長的直邊30。內緣28的這些邊30交匯於諸點或諸頂點32上。
發明者已找到一九邊形、或一具有九條邊形狀的孔特別適於與轉子軸形成一較好的配合，如下所述。然而眾所周知，多邊形孔16可具有多於或少於九條的邊數，且也能實現本發明的優點。同樣，雖然多邊形的各邊基本等長，然而不同長度的邊也可用於本發明中。
當疊片被堆在一起以形成轉子殼體時，疊片14在中心孔16外側具有多個互鎖凸出34以將一疊片相對於其它疊片保持在位。然而，相鄰的兩疊片間的相對轉動可以是任意的。因此，對於實現本發明，互鎖部分34並不一定需要。在疊片14的外緣26附近具有多個間隔均勻的槽36以容納轉子繞組(未示出)。
一旦疊片形成且中心孔16被衝成，疊片就處於待安裝狀態，現參閱圖3，多個疊片相互堆疊以形成轉子外殼40，這套疊片中的各疊片相對於相鄰疊片而定位，由此它們表現為相對彼此旋轉180度。在各疊片外緣上的一點，例如圖2中所示的凹進部分38，將如圖3所示在轉子殼體40的外表面上以斜線形式出現。
因此，這套疊片包括基本對齊的、彼此相對旋轉180度的兩主要的交替組。可以認識到，其它疊片組可附加應用於所述兩疊片組上。由於多邊形中心孔16具有奇數邊，相對轉動將引起兩疊片組中心孔16的直邊30和內緣28的端點或頂點32的不對齊或徑向偏移(即，彼此相對轉動)。結果，兩組疊片的各頂點32基本上彼此等距。換句話說，由於兩疊片組的其中一組的進一步轉動會導致其它頂點彼此更接近，因此兩疊片組的兩相鄰的頂點32間的迴轉偏移或間隔會達到最大。
在另一實施例中，疊片以三組或多組沿軸的形式連續堆疊。各疊片組相對於其它疊片組轉動，由此各疊片組多邊形孔的諸頂點處於其它疊片組的多邊形軸孔的相鄰諸頂點之間。
在圖4中可看到，其中一疊片組的邊30的中點42轉動地對齊於其它疊片組相鄰頂點32。因此，在一對疊片中，其中一疊片的頂點32的位置與另一疊片孔16的邊30的中點42一致。這樣，由於兩組疊片的相對轉動，轉子殼體40的內部具有一致的蜂巢狀外觀。一疊片的頂點32在與其直接相連的疊片的邊30之間形成單元或凹入處。
以這種方式組裝時，將這套疊片40模鑄，並穿過在各疊片14的外緣26附近的槽36形成一籠形繞組。然後將端環(未示出)裝於轉子殼體的各末端上，以完成轉子殼體40的安裝。
此時通過冷壓加工使轉子殼體40配合於轉子軸12上。由於疊片14和鋼製轉子軸12之間的相對材料硬度，當軸12壓入轉子殼體40內部並穿過疊片的多邊形孔16時，疊片會屈服。將軸12插入轉子殼體40時，最大過盈發生於轉子殼體內部的最小直徑上(即，在多邊形孔16的邊30上的中點42)。在中點42處，受插入軸的作用，作為單層厚度疊片14的材料相對較易屈服，當軸12壓入轉子殼體40中時，從疊片14的邊30的中點42處移動的材料填充入直接相鄰的疊片相鄰頂點32的空間內。這個過程在疊片中相繼發生，直至軸12完全插入轉子殼體40，由此完成轉子的安裝。
因此，相對於先前技術的疊片所構造成的轉子殼體，轉子軸12可更平穩地壓配合入轉子殼體40。另外由於轉子殼體40的結構，可在殼體40和轉子軸12之間、在中心孔16的邊30的中點42處設置最大過盈量，疊片材料可在這些點上屈服並移動進入相鄰疊片的頂點32內，所以插入轉子軸12所需的作用力非常小。另外，發生於轉子軸周圍的疊片14的屈服過程實際上會產生結合性，比在先前技術中使用圓孔疊片的普通壓配合過程所產生的結合性更強。轉子軸12和轉子殼體40之間的名義過盈可從先前技術中的0.0005英寸增加到0.003英寸，材料的屈服和移動所產生的實際過盈量從先前技術的0.0026英寸增加至0.0076英寸。
由此，本發明的疊片獲得一壓配合，相對於先前技術中轉子在轉子殼體和轉子軸之間的壓配合更好，同時減少插入軸所需要的作用力並易於轉子的安裝。這樣，軸插入時所產生的過大的力和誤壓以及由此產生的相應的廢品數量也隨之減少。同樣，由於疊片的屈服而進入轉子殼體的蜂巢狀結構中，可避免疊片的花費較大的加工。最後，疊片16的孔和轉子軸12間名義過盈的增加減輕了轉子軸和轉子殼體間在安裝過程中的溫度差異造成的影響。這樣，相對先前技術而言，本發明的轉子可更快、更容易、更低價地製造。
本發明已結合具體實施例而進行了描述，應該理解，各種修改和變化對於本技術領域中的一普通技術人員來說是顯而易見的，這些修改和變化均在本發明所保護的範圍中，它們僅由權利要求及其等價物所限定。
權利要求
1．一用於感應電動機的疊片式轉子，包括一具有一中心軸線的圓軸；鐵磁材料制的、軸向地安裝於軸上的多個疊片；以及多個具有一外緣和一內緣的疊片，所述內緣具有至少一直邊部分。
2．如權利要求1所述疊片式轉子，其特徵在於，所述內緣呈多邊形狀。
3．如權利要求2所述疊片式轉子，其特徵在於，所述內緣具有多個基本等長的邊。
4．如權利要求3所述疊片式轉子，其特徵在於，所述內緣具有奇數邊。
5．如權利要求4所述疊片式轉子，其特徵在於，所述內緣是一個九邊形。
6．如權利要求2所述疊片式轉子，其特徵在於，所述多邊形具有交叉於多個點的多個邊；以及多個相對於彼此轉動的疊片式轉子，由此相鄰疊片的的多個點彼此移位。
7．如權利要求6所述疊片式轉子，其特徵在於，所述多邊形具有多個等長的邊。
8．如權利要求7所述疊片式轉子，其特徵在於，所述相鄰疊片相對於彼此而轉動，由此在相鄰疊片間的諸點的移位基本上是最大的。
9．如權利要求8所述疊片式轉子，其特徵在於，所述多邊形具有奇數邊。
10．一用於感應電動機的疊片式轉子，包括一具有一中心軸線的圓軸；鐵磁材料制的、軸向地安裝於軸上的多個疊片；以及多個疊片中的各疊片具有一位於其中心的多邊形孔。
11．如權利要求10所述疊片式轉子，其特徵在於，所述多邊形孔具有多條基本等長的邊。
12．如權利要求10所述疊片式轉子，其特徵在於，所述鄰接疊片相對彼此轉動，由此相鄰疊片的所述多邊形孔徑向偏移。
13．如權利要求11所述疊片式轉子，其特徵在於，所述多邊形孔的各邊具有一中點；以及一對相鄰疊片中的一疊片的中點與該對相鄰疊片的另一疊片的至少兩個中點之間的距離相等。
14．如權利要求13所述疊片式轉子，其特徵在於，所述多邊形孔具有九條邊。
15．一用於感應電動機的疊片式轉子，包括一具有一中心軸線的圓軸；軸向安裝在軸上的至少第一和第二鐵磁疊片組，所述至少第一和第二疊片組的諸疊片彼此交替設置，由此相鄰疊片分別屬於不同疊片組；以及在第一和第二疊片組中的各疊片具有一中心孔，所述中心孔至少具有一直邊。
16．如權利要求15所述疊片式轉子，其特徵在於，所述第一疊片組中的各直邊基本對齊，所述第二疊片組中的各直邊也基本對齊；且所述第一疊片組的各直邊與所述第二疊片組中的各直邊不對齊。
17．如權利要求16所述疊片式轉子，其特徵在於，所述第一和第二疊片組的中心孔具有相同的形狀。
18．如權利要求17所述疊片式轉子，其特徵在於，所述第一和第二疊片組中的至少一組中心孔是多邊形的。
19．如權利要求18所述疊片式轉子，其特徵在於，所述第一和第二疊片組中的至少一組的各疊片的多邊形孔均具有九條邊。
20．如權利要求16所述疊片式轉子，其特徵在於，各孔具有多個帶頂點的角，且第一疊片組的所述各疊片的頂點與第二疊片組的所述各疊片的頂點之間的距離基本相等。
21．一用來製造一疊片式轉子的方法，包括提供一轉子軸以及多個鐵磁疊片，各疊片具有一外緣和在外緣附近的多個多個槽；通過在各疊片的中心衝孔而成多邊形孔；將多個這套疊片疊，由此在這套疊片中每隔一片的疊片相對於相鄰疊片旋轉180度；將這套疊片保持在略微傾斜的位置，由此各疊片相對於這套疊片中的相鄰疊片略微有偏轉；模鑄這套疊片，由此穿過在各疊片外緣附近的槽形成一籠形繞組；以及將所述轉子軸壓入這套疊片中，由此將所述諸疊片永久連接於所述軸上。
22．如權利要求21所述方法，其特徵在於，還包括將終端板安裝到這套疊片上。
23．如權利要求21所述方法，其特徵在於，還包括在疊片上形成一具有奇數邊的、衝孔而成中心孔。
24．如權利要求21所述方法，其特徵在於，還包括為各疊片提供多個互鎖凸起以將各疊片保持在略微斜扭於相鄰疊片的位置。
25．如權利要求21所述方法，其特徵在於，所述這套疊片和轉子軸的周圍的溫度大致相同。
全文摘要
一用於感應電動機的疊片式轉子具有軸向裝於電動機軸上的多個鐵磁製疊片。各疊片具有一各邊等長的多邊形的中心孔。諸疊片交替地彼此旋轉180度,由此各多邊形孔的直邊不對齊。當圓形轉子軸壓配合入這套疊片中時,最大過盈處產生於多邊形邊的中點上(即,在疊片中心孔的最小直徑上)。由於疊片可交替地轉動,將軸插入這套疊片時,最大過盈處的疊片材料可相對較易地屈服進入下一疊片中心孔頂點(即,中心孔的最大直徑處)內。屈服過程可減少將軸插入所需的力並能獲得較緊的配合。
文檔編號H02K1/28GK1321352SQ99811649
公開日2001年11月7日 申請日期1999年11月12日 優先權日1998年11月12日
發明者J·H·赫西, J·S·羅斯, J·J·邁斯特裡克, K·L·懷特 申請人:埃墨森電氣公司