電動機轉子及其製造方法和互鎖工具的製作方法
2023-06-02 21:00:01 2
專利名稱：電動機轉子及其製造方法和互鎖工具的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種如直接起動(line-start)電動機的電動機轉子和製造該轉子的方法。特別是，本發明涉及一種具有由薄片疊層製成的芯的轉子，每個薄片包括導體孔和磁體孔，其與疊層中的其他薄片的對應的孔組合，構成導體槽和磁體槽，導體槽和磁體槽在軸向相對端面之間延伸穿過轉子。轉子還包括固定磁體槽中磁體的端板。為減少磁短路，在端板上提供有與磁體槽相通的開孔。
背景技術：
在常用的一類電動機中，定子包括繞組，在繞組中由電場產生旋轉磁場。在定子的內側或圓周外側，轉子可旋轉地連接以在磁場作用下旋轉。這裡有各種原理。在同步電動機中，轉子被磁化，或包括一套永磁體。這種類型電動機簡單可靠，並且轉子的旋轉速度對應於定子繞組中電場的旋轉速度。然而，在某些應用中，同步電動機具有較差的起動特性。
在異步電動機中，轉子包括基本上縱向延伸的繞組，其在定子的軸向相對端由短路環相互連接。典型地，異步電動機的轉子包括由導磁材料(magnetically conductive material)做成的轉子芯和鼠籠，其中繞組和短路環由導電材料，如鋁模製成一體。轉子可以由金屬薄片疊層形成，其中每個薄片包括一個孔，每個薄片與其他薄片組合形成導體槽，該導體槽軸向延伸貫穿轉子。將薄片組合成轉子芯後，以導體槽作為模具，將組成繞組的導電棒直接模製到導體槽中，並且短路環和導電棒模製成一體。在使用中，通過在定子中產生的磁場將電流誘導到轉子的繞組中，並且由於定子繞組中的電場和轉子繞組中的電場之間的偏差，轉子開始旋轉。這樣的電動機有較好的起動特性，但為能持續將電場引入轉子繞組，定子電場必須不斷地相對於轉子繞組移動。因此轉子的旋轉速度總是低於定子中電場的旋轉速度。為增加轉子的旋轉速度，直接起動電動機的轉子包括除了繞組以外的一套永磁體，因此直接起動電動機具有同步電動機和異步電動機的優點。
在製造直接起動電動機的過程中，將永磁體固定在轉子芯中是敏感的工藝。由於模製鼠籠的過程中溫度的升高可能影響甚至破壞永磁體，因此希望在鼠籠模製以後再將磁體插入其中。因此，典型的芯帶有用於磁體的槽和轉子端面上的孔。這些孔足夠大，以便模製工藝後能從該孔中插入磁體。將磁體插入磁體槽後，應將其牢固的固定好，以避免磁體在轉子的旋轉過程中錯位。為達到該目的，有些轉子包括用於封閉孔或至少減小孔大小的終端端板，以防止磁體滑出磁體槽。目前已知的電動機，端板是用傳統的延伸通過端板的孔直到轉子芯中的鉚釘或釘子連接起來的，其中鉚釘最後錨固在芯中，或者將端板膠合在端面上。任何情況下，將端板附著在轉子端面上都會增加製造轉子的複雜度和製造成本。
發明內容
本發明的目的是改進現有的電動機，特別是為直接起動電動機提供在轉子中加固磁體的更方便有效的方式。據此，本發明的第一方面提供在技術領域部分描述的轉子，其中，端板開孔比磁體孔大，並且端板與磁體槽相關以使進入磁體槽內的孔的第一部分能與開孔相通，且磁體槽剩下的第二部分被端板覆蓋。由於開孔至少是槽腔斷面的大小，因此與現有類型的端板相比，端板能防止或減少磁體短路。
端板可以包括導體孔，其與導體槽配合，以允許導體穿過端板的導體孔延伸。由於端板導體孔的存在，端板可以在鼠籠模製之前與轉子芯連接，在鼠籠模製之後，導體延伸穿過芯的槽和端板導體孔。因此端板可以形成轉子芯的集成部件，並且可以沒有必要將端板進一步固定在芯上。因此，可以避免單獨的固定端板的步驟，如用鉚釘。
芯和端板可以用導磁材料板做成，如含鐵材料。端板可以用與其它板同樣的材料做成。而且，包括端板的形成芯的所有薄片都可以在互鎖工藝中製造並互鎖，在該工藝中，各個板逐一由薄片材料片材衝壓出來，並接著與前面製造出來的板連接在一起。這樣獲得的轉子芯包括在軸向相對的端板之間延伸的導體槽和磁體槽，在第一端面中，端板固定磁體防止其滑出。然而，最好在鼠籠模製以後再將磁體插入。據此，轉子芯和端板可以設置在注射成型機中，在該注射成型機中，鼠籠模製，導體直接模製在導體槽中並穿過端板導體孔。在成型工藝結束並且當轉子冷卻時，從相對的第二端面將磁體插入磁體槽。隨後，封閉構件，例如另一塊端板連接在第二端面以將磁體固定，以防止磁體從該端滑出。該另一塊端板是在成型鼠籠之後連接在轉子上的，並且為了能將其徑向適配於短路環內側，徑向尺寸優選比包括導體孔的端板小。在此實施例中，導體孔對於另一塊端板而言毫無意義。
如果端板由導磁材料做成，由端板固定的磁體槽中的磁體可能會由此短路，以致磁體形成的磁場會減弱。為了減少磁體短路，端板除了包括導體孔外，還可以至少包括一個開孔。開孔應該對應磁體槽設置，以使磁體槽第一部分能與開孔相通，且磁體槽剩下的第二部分被端板覆蓋。在一個實施例中，開孔面積比磁體槽的孔的面積大，在另一個實施例中，開孔是弧形的，如對稱設置在中心軸周圍。
磁體槽的形狀應該與磁體的形狀精確匹配，以使其緊包住磁體。優選地，磁體和磁體槽的形狀為矩形斷面，優選磁體槽以一致的橫斷面尺寸和形狀通過轉子芯從第一軸向端面延伸到相對的第二軸向端面。
第二方面，本發明提供了一種製造上述本發明第一方面的轉子的互鎖工具。該工具包括用於製造包括導體孔和磁體孔的各個薄片的衝孔構件，用於製造端板的衝孔構件，疊片構件，其適合於●堆疊該薄片，以使多個薄片的該導體孔和磁體孔組合，形成導體槽和磁體槽，其在該轉子軸向相對的第一和第二端面之間延伸，和●在薄片堆疊的一個端面定位該端板，以使磁體槽中的磁體孔第一部分能與該開孔相通，並且剩下的該磁體槽的磁體孔的第二部分被該端板覆蓋。
特別地，可以將用於製造薄片的衝孔構件和製造端板的衝孔構件分成衝孔構件的部件組，其中的一組可以衝壓導體孔。為此目的，該組衝孔構件可以用來製造薄片和端板，另一組衝孔構件的部件組可以衝壓出薄片的磁體孔，並且另一組衝孔構件的部件組可以在端板中穿開孔以減少磁體短路。
第三方面，本發明提供了製造轉子的方法，其中芯由薄片材料的互鎖板形成，其中疊層中的每個板包括導體孔和磁體孔以形成縱向延伸的導體槽和磁體槽，並且其中疊層的端板形成有對應的導體孔，並且將端板作為堆疊層中第一或最後的板引入疊層，使端板導體孔與導體槽相通，以便隨後用導體相互連接的短路環的模製，導體模製成穿過導體槽和端板的導體孔。根據本方法，端板可以在互鎖工藝中形成並引入疊層，而且可以在互鎖工藝中製造芯剩餘部分。
在製造芯和端板之後製造鼠籠，例如，將芯置入注射成型機模具中，在注射成型機中注入導電材料使兩軸向相對設置的短路環和基本上縱向延伸的導體形成一體。
下面，將參照附圖對本發明的一個優選實施例進行更詳細的描述，其中圖1示出根據本發明的轉子，圖2示出用於轉子堆疊的板的示意圖，圖3-6示出三種不同端板的實施例，和圖7-10示出另外兩種可選的端板實施例。
具體實施例方式
圖示出一個轉子1，其支撐在定子上使轉子繞中心軸2旋轉，轉子包括帶軸向相對的第一和第二端面4的轉子芯3。轉子還包括連接軸向延伸繞組6的軸向相對的第一和第二短路環5。在轉子上裝有驅動軸(未示出)，驅動軸延伸穿過軸孔7，並懸掛在旋轉軸承中，以使轉子的旋轉能與對應的定子(未示出)相關聯。轉子由金屬薄片做成，金屬薄片堆疊起來形成疊層芯。每個薄片上都有孔，與其它薄片組合，形成沿軸向貫穿轉子的導體槽。將所有薄片組裝在一起形成轉子芯後，以導體槽作為模具，直接將構成繞組的導電棒模製在導體槽中，並且模製短路環作為導電棒的集成部件。為增加轉子的轉速，轉子包括6個永磁體，即轉子可用於直接起動電動機。
圖2顯示轉子疊片中金屬薄片8的頂視圖，其中當很多薄片堆疊在一起形成疊層轉子結構時，導體孔9形成導體槽的一部分。在兩徑向相對的位置，導體槽10變長變寬以形成磁通屏障。在組裝狀態下，矩形磁體孔11形成磁體槽，以便永磁體從轉子兩軸向相對端面的一面插入到孔中，以形成直接起動電動機。中心軸孔12構成用於驅動軸的貫穿轉子的軸向延伸孔的一部分。
圖3-6為端板13，14，19的三個不同的實施例示意圖。端板形成轉子疊層的一部分，並且為一個軸向相對端面的終端。端板的作用是固定磁體槽中的磁體。為降低製造成本，端板與轉子疊層其它薄片的製造材料一樣，即導磁材料。這樣，可以在一個集成聯鎖工藝中，製造轉子中所有的板並連接轉子疊層。為不使磁體短路，開孔15，16定位成與磁體槽中的磁體孔相通。為固定磁體槽中的磁體，端板中的開孔與磁體槽中的磁體孔不一致(non-congruent)。在圖3中開孔15是弧狀的，它們對稱設置在端板中心17的周圍。在圖4中，同時示出了端板13與磁體槽中有矩形磁體孔11的轉子。
圖5所示是轉子端面上的端板，端板中開孔16的位置相對於磁體槽中的磁體孔而言是可見的。轉子在磁體槽中有6個矩形孔，並且端板中有4個矩形開孔，其中每個開孔的面積都比磁體槽中的大。磁體被與磁體槽相關的端板中形狀和位置不一致的開孔固定起來。
圖6所示端板19隻包括兩個開孔20，21，並且開孔形狀與磁體槽的三個孔的外部輪廓相對應。然而，開孔20，21與磁體槽孔錯開，這樣可以固定磁體槽中的磁體。
在圖7中，端板22除了包括導體孔9外，只包括一個大孔23。圖8是將端板固定在轉子24上時的端板圖。大孔23的周邊覆蓋了磁體25的邊緣部分以固定轉子中的磁體。用於轉子軸的孔26不受端板影響。
在圖9中，端板包括較小主體部分27，其帶有徑向向外延伸的凸出28和用於轉子軸的孔29。在圖10中，端板固定到轉子31上，凸出28覆蓋磁體30的邊緣部分，以固定轉子中的磁體。
權利要求
1.一種電動機轉子(1)，包括芯(3)，其由薄片疊層形成，每個薄片包括導體孔(9)和磁體孔(11)，其與疊層中其它薄片組合，形成在轉子軸向相對的第一和第二端面之間延伸的導體槽和磁體槽，端板(13，14，19)，其上提供開孔(15，16，20)，其特徵在於，所述開孔大於磁體孔；該端板相對於該磁體槽這樣對應，以使磁體槽磁體孔的第一部分與該開孔相通，且該磁體槽剩下的第二部分被該端板覆蓋。
2.根據權利要求1所述的轉子，該轉子還包括鼠籠(5，6)，其包括軸向相對設置的短路環(5)，其用模製入導體槽中的導體(6)連接，其中，該端板包括導體孔(9)，其與導體槽相配合，以允許導體延伸穿過該端板的該導體孔。
3.根據權利要求1或2所述的轉子，其中，該開孔是弧形的。
4.根據權利要求3所述的轉子，其中，該開孔這樣設置，使得該磁體槽中的磁體孔的所述第一部分與該開孔相通，並且該剩下的該磁體槽的磁體孔的所述第二部分被該端板覆蓋，從而，不依賴於該端板繞該中心軸(2)的取向，將磁體固定在該磁體槽中。
5.根據以上任一權利要求所述的轉子，其中，該端板通過互鎖與該薄片連接。
6.根據以上任一權利要求所述的轉子，其中，該薄片與該端板用同種薄片材料形成。
7.一種製造如權利要求1-6所述的轉子的互鎖工具，包括用於製造包括導體孔和磁體孔的各個薄片的衝孔構件，用於製造端板的衝孔構件，疊片構件，其適合於●堆疊該薄片，以使多個薄片的該導體孔和磁體孔組合，形成導體槽和磁體槽，其在該轉子軸向相對的第一和第二端面之間延伸，和●在薄片堆疊的一個端面定位該端板，以使磁體槽中的磁體孔第一部分能與該開孔相通，並且剩下的該磁體槽的磁體孔的第二部分被該端板覆蓋。
8.如權利要求7所述的互鎖工具，其中，用於製造該端板的該衝孔構件包括在該端板中形成導體孔的構件，並且其中，該疊片構件還包括連接該薄片和該端板以形成一個單體的轉子芯部件的構件。
9.一種製造轉子的方法，其中，芯由薄片材料的互鎖板形成，其中，在疊片中的每個板包括導體孔和磁體孔，以形成縱向延伸的導體槽和磁體槽，並且其中，該疊片的端板形成有開孔，該開孔這樣定位，以使該磁體槽中的磁體孔的第一部分能與該開孔相通，並且該磁體槽剩下的第二部分被該端板覆蓋。
10.根據權利要求9所述的方法，其中該薄片和該端板在互鎖工藝中製造並堆疊形成一個單體的轉子芯部件。
全文摘要
本發明提供了一種電動機轉子、製造轉子芯的工具和製造轉子的方法。轉子可以結合直接起動電動機並且包括鼠籠和設置在轉子芯中的磁體。在轉子一端，磁體被帶開孔的端板固定，其中，開孔比磁體孔大並且端板與磁體槽相關以使磁體槽第一部分能與開孔相通，並且磁體槽剩下的第二部分被端板覆蓋。一方面，端板形成轉子芯的集成部件，且端板包括導體孔與導體槽結合為鼠籠導體形成通道。這樣，端板被鼠籠保持在完全固定的位置，且該鼠籠被直接模製在導體槽內的芯上。
文檔編號H02K15/02GK1808842SQ20051013620
公開日2006年7月26日 申請日期2005年12月20日 優先權日2004年12月20日
發明者尼爾斯·C·韋勞赫, 彼得·S·安德森 申請人:丹佛斯壓縮機有限責任公司