專利名稱：一種分塊式電機(jī)鐵芯及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電機(jī)制造技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種可分塊式組裝的電機(jī)鐵芯 及其制造方法，該電機(jī)鐵芯既可以作為電動機(jī)內(nèi)定子鐵芯，也可以作為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子 鐵芯。
背景技術(shù)：
目前，電機(jī)鐵芯通常采用沖壓疊片方法或者巻繞方法加工而成。其中，巻繞方法 只適合加工曲率半徑較大且槽相對比較淺的窄環(huán)鐵芯，并且主要是適合內(nèi)開口槽，比 如汽車發(fā)電機(jī)鐵芯，但對于小半徑、外開口槽的鐵芯用普通的巻繞加工方法無法實 現(xiàn)。因此， 一般鐵芯多采用沖壓疊片方法，其基本步驟為先根據(jù)鐵芯的橫截面形狀 在硅鋼片上通過模具體用沖床沖壓得到一片一片的沖片，再將沖片疊壓在一起成為圖 紙要求厚度的鐵芯。在沖壓過程中，落下來的料片成型為有用的沖片，留在板上的是 廢料，根據(jù)鐵芯橫截面形狀的不同，這種沖壓疊片的加工方法的材料利用率一般在25-50%之間。于是，為了解決傳統(tǒng)電機(jī)定子中電工沖片的利用率低、槽滿率低、端部大、繞組 制造費高得問題，現(xiàn)有專利號為200620020255.5(授權(quán)公告號為CN2888726Y)的中國實 用新型《拼裝式內(nèi)定子永磁電機(jī)》公開了一種內(nèi)定子結(jié)構(gòu)的永磁電機(jī)，該定子鐵心由 多組纏繞著線圏的扇形定子齒塊拼接而成，每一組扇形定子齒塊是由多個扇形沖片單 元相互疊加構(gòu)成的，定子繞組是由多個線圈串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成的。該定子鐵心可以作為 直接啟動同步電動機(jī)或無刷直流電動機(jī)的定子，有效地改善了傳統(tǒng)電機(jī)定子中電工沖 片的利用率低等問題，不存在繞組嵌線的問題。但是，所述的專利在多組齒塊拼接成 環(huán)形定子本體時，需要采用附著于定子本體兩面的環(huán)形上壓板、環(huán)形下壓板通過扇形 定子齒塊軛部下端的緊固件(如螺栓、螺釘?shù)?才能固定連接成一體，組裝比較麻煩， 并且工藝精度不高；其次，由于配件太多，加工非常復(fù)雜，在一定程度上增加了生產(chǎn) 成本。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀而提供一種工藝精度高、組 裝簡單的分塊式電機(jī)鐵芯及其制造方法，用該制造方法獲得電機(jī)鐵芯能夠明顯地提高 材料利用率，并且很容易實現(xiàn)用機(jī)械化方式給鐵芯繞組。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為該分塊式鐵芯，包括由多組可纏 繞線圈的扇形齒塊拼接而成，每一組扇形齒塊又由多個扇形沖片相互疊加構(gòu)成，其特 征在于每一個所述的扇形沖片為單齒沖片，包括有齒冠、齒身和具有嚙合斷面的軛 部，每一個扇形沖片在齒身底端還延伸有一個上窄下寬的燕尾形凸部，兩個相互對應(yīng) 地可嚙合在一起的扇形沖片在所述的凸部之間可形成有一個底部寬而開口小的燕尾槽 截面。于是，疊壓在一起的多個扇形沖片在所述的凸部位置形成一凸柱，每組扇形齒塊 對應(yīng)有一個凸柱，當(dāng)扇形齒塊相互拼接時，相鄰兩個所述的凸柱之間即形成一個如上 所述的底部寬而開口小的燕尾槽。為了在沖壓疊加過程能夠?qū)⒏魃刃螞_片在疊壓方向緊密貼合并固定，每一個扇形 沖片在齒冠和/或齒身的合適位置可以設(shè)置有一個、兩個或多個用于扇形沖片相互定位 的鉚扣，簡單地，可以在齒冠兩端、齒身下部分別設(shè)置一個鉚扣，能夠?qū)崿F(xiàn)扇形沖片 之間的牢靠疊壓。為了保證不同扇形齒塊之間的拼接配合平整和相對位置的固定，所述的嚙合斷面 可以為各種形狀的截面，簡單地可以為呈短直線-半橢圓-短直線的截面，在每一個扇形 沖片的軛部端面分別形成一個凸起部分和一個凹入部分，所述的凸起部分和一個凹入 部分可以相互嚙合形成一個短直線-半橢圓-短直線的裂縫。為了保證相鄰扇形齒塊的嚙合緊密性，并考慮到拼接成型后各扇形齒塊之間會由 于擠壓受力而產(chǎn)生變形，因此，需要設(shè)計合理的嚙合面縫隙，可以將相鄰扇形齒塊之 間的裂縫縫隙設(shè)計為0 0.5毫米。無刷電機(jī)設(shè)計一般需要在非熱源區(qū)設(shè)置光電或磁性(霍爾元件)傳感器，用于檢 測電機(jī)轉(zhuǎn)動位置，此時，還可以在所述的扇形齒塊預(yù)留有可容置霍爾元件的霍爾槽， 即在對應(yīng)這組扇形齒片的疊壓扇形沖片的齒冠位置預(yù)留開出霍爾孔，具體地，可以根 據(jù)電機(jī)的型號和性能要求，在需要布置霍爾元件的對應(yīng)角度位置的扇形齒塊上設(shè)置霍 爾槽。本發(fā)明制造上述分塊式電機(jī)鐵芯的制造方法為，包括有以下步驟a. 電工鋼板單片沖壓，獲得若干個獨立的扇形沖片；b. 將所述的扇形沖片進(jìn)行機(jī)器自動沖壓疊加，得到多組具有相同疊加厚度的扇形 齒塊；c. 給所述的每一組扇形齒塊上絕緣套，并進(jìn)行機(jī)器自動繞線或者手工繞線；d. 拼接成型，將單組已經(jīng)繞好線的扇形齒塊分別依次拼接，然后直接套壓在定位 支架上，定位支架和拼接后的扇形齒塊之間為過盈配合，所述的扇形齒塊在定位支架 上實現(xiàn)分塊式鐵芯的一次固定成型。為了減少鐵芯壓制成型后的線頭焊接次數(shù)，在拼接組合之前可以由機(jī)器實現(xiàn)機(jī)械化自動繞線，對單組、兩組或者兩組以上設(shè)置有絕緣套的扇形齒塊進(jìn)行連續(xù)繞線，大 大提高了給鐵芯繞線的效率，當(dāng)然也可以直接手工繞線，因為不受空間限制，也比較 方便。為了能夠?qū)崿F(xiàn)對每組扇形齒塊的定位，方便將不同的分塊式扇形齒塊固定組合稱 為一個完整的鐵芯結(jié)構(gòu)，本發(fā)明設(shè)計了一個便于分塊式扇形齒塊安裝的定位支架，該 定位支架的外表面具有和所述扇形沖片的凸部以及嚙合后相鄰扇形沖片之間形成的燕 尾槽截面分別對應(yīng)相適配的齒槽結(jié)構(gòu)，定位支架和疊壓成組后扇形沖片在這些所述的 凸部和燕尾槽截面緊配固定。所述的定位支架和扇形沖片分開設(shè)計，并采用不同的材料加工，具體地說，所述 的定位支架采用復(fù)合材料，即可以通過鋁合金材料擠壓成型，或者通過非金屬合成材 料熱壓成型，還可以通過非金屬合成材料注塑工藝結(jié)合在軸上面，或者是通過注塑工 藝固定在一個金屬套上面，再用金屬套跟軸配合。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于首先，傳統(tǒng)鐵芯沖片工藝采用一次沖壓成 型后疊壓的方法，這種工藝沖出來的材料利用率大概只有50%以內(nèi)，本專利采用了分 塊沖壓在疊加組合的加工方法，先沖出單個扇形沖片，然后再疊壓成扇形齒塊，最后 將多組扇形齒塊拼接成型，這樣的工藝可以使材料利用率提高到70%以上，能夠最大 限度的節(jié)約硅鋼材料；其次，本專利的單個扇形沖片在齒身底部設(shè)計了一個燕尾形凸部，并且能夠使得 相互嚙合的兩個扇形沖片之間產(chǎn)生一個燕尾槽，這樣的槽形結(jié)構(gòu)能夠?qū)_壓疊加而成 的單組扇形齒塊卡固在具有相適配的齒槽結(jié)構(gòu)的定位支架上，無須通過螺釘穿孔固定，結(jié)構(gòu)簡單、組裝方便，定位精度高；另外，傳統(tǒng)方式因為鐵芯槽口結(jié)構(gòu)沒有辦法做的太大，導(dǎo)致在粗線徑繞制時候必 須由手工完成，效率和合格率都不高，采用本專利的鐵芯結(jié)構(gòu)及其制造方法，能夠?qū)?現(xiàn)繞線工藝的機(jī)械化作業(yè)，因為單齒結(jié)構(gòu)的扇形沖片在疊壓成一組扇形齒塊后便進(jìn)行 機(jī)器單個繞制，不受槽口寬度的限制，很容易實現(xiàn)機(jī)械化繞線工藝，提高了合格率和 繞線效率。于是，這種分塊式鐵芯在成型前，因為槽口寬度不受繞線線徑限制可以無 限做小，為大線徑、高槽滿率的鐵芯實現(xiàn)自動繞線提供了技術(shù)可能。


圖1為安裝有本發(fā)明分塊式鐵芯的電機(jī)軸組件正視圖。 圖2為圖1中所示的A-A向剖視圖。 圖3為普通的單個扇形沖片的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4為開有霍爾孔的單個扇形沖片的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5為相鄰兩個扇形沖片嚙合的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為圖5所示I部的局部放大圖。圖7為拼接后安裝到定位支架上的成型鐵芯結(jié)構(gòu)示意圖(去掉線圈)。圖8為圖7中定位支架的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9為圖8中所示的B-B向剖視圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖l、圖2所示，為本發(fā)明實施例的電機(jī)軸組件結(jié)構(gòu)示意圖，包括有電機(jī)軸l、套 設(shè)在電機(jī)軸上的定位支架2、以及卡固在定位支架2上的電機(jī)鐵芯，其中，所述的電機(jī) 鐵芯通過定位支架2實現(xiàn)在電機(jī)軸1上的定位，鐵芯由9組纏繞有線圈4的扇形齒塊5拼接 而成，每一組扇形齒塊5的沖壓厚度n均相同，分別由88個每片0.5mm的扇形沖片51相 互緊壓疊加構(gòu)成，參見圖2;其中，每組扇形齒塊5外套有絕緣套3，絕緣套3外纏繞有 所述的線圈4，定位支架2的外圈設(shè)置有與每一組扇形齒塊5相適配的卡固結(jié)構(gòu)，纏繞有 線圈4的扇形齒塊5可以直接壓固到定位支架2上而一次拼接成型為所述的電機(jī)鐵芯，參 見圖l。如圖3、圖4所示，每一個所述的扇形沖片51為單齒沖片，包括有齒冠511、齒身 512和具有嚙合斷面的兩個軛部513，每一個扇形沖片51在齒身512底端還延伸有一個上 窄下寬的燕尾形凸部514，其中，嚙合斷面為呈短直線-半橢圓-短直線的截面，即在每 一個扇形沖片的兩個軛部513端面分別形成一個凸起部分515和一個凹入部分516;每一 個扇形沖片51在齒冠511兩端和齒身512的下部分別設(shè)置有一個可用于將扇形沖片相互 定位疊壓在一起的鉚扣517，這樣，三個鉚扣517在同一扇形沖片上形成一個三角形結(jié) 構(gòu)，能夠保證扇形沖片之間在疊壓后的穩(wěn)定性。另外，圖4所示的扇形沖片在齒冠的一 端還開有霍爾孔518，這樣的具有霍爾孔的扇形沖片疊壓成的扇形齒塊即形成一個能夠 容置霍爾元件的霍爾槽。如圖5、圖6所示，為了保證配合平整和相對位置的固定，任意的兩個扇形沖片51 可以通過相互適配的凸起部分515和凹入部分516而嚙合在一起，在嚙合面處形成一個 短直線-半橢圓-短直線的裂縫7，并且，兩個相互嚙合的扇形沖片51在各自對應(yīng)的兩個 凸部515之間還形成有一個底部寬而開口小的燕尾槽截面6，參見圖5;于是，疊壓在一 起的多個扇形沖片51在所述的凸部位置形成一凸柱，每組扇形齒塊5就對應(yīng)有一個凸 柱，當(dāng)不同組的扇形齒塊5之間鉚榫拼接在一起時，拼接的結(jié)合面為所述的短直線-半 橢圓-短直線的裂縫7，裂縫縫隙為0 0.5毫米，并且，在相鄰兩個扇形齒塊5的凸柱之 間還形成一個具有所述的燕尾槽截面6的燕尾槽。在需要安裝霍爾元件的扇形齒塊上可 以開有所述的霍爾槽，如圖5中的I部所示，通常，兩個扇形齒塊的霍爾槽518相對拼接 在一起形成一個容置空間8，可以在該容置空間8內(nèi)安裝一個霍爾元件，參見圖6。如圖7所示，把九組扇形齒塊5全部拼接到一起后，即可形成一個完整的電機(jī)鐵 芯，該鐵芯上具有三個分別以120度均布設(shè)置的霍爾元件，每一個霍爾元件放置在如圖 5中I部所示的容置空間8中，相鄰的兩個扇形齒塊5之間形成有槽口9，這種分塊式鐵芯 在成型前，當(dāng)扇形沖片在疊壓成一組扇形齒塊后便進(jìn)行機(jī)器單個繞制，槽口寬度不受 繞線線徑限制，因此可以將槽口無限做小，為大線徑、高槽滿率的鐵芯實現(xiàn)自動繞線 提供了技術(shù)可能。如圖8、圖9所示，為分塊式鐵芯實現(xiàn)拼接壓固成型的定位支架2以及其在電機(jī)軸1 上的安裝定位，結(jié)合圖2、圖7，所述的定位支架2采用復(fù)合材料，中間具有通孔21，通 過注塑工藝結(jié)合在電機(jī)軸l上面，具體地說，本實施例采用的定位支架2通過注塑工藝 先固定在一個金屬套20上面，再用金屬套20跟電機(jī)軸1配合，參見圖2;重點在于，所 述的定位支架2的外圈具有和拼接成型后的鐵芯內(nèi)圈齒槽結(jié)構(gòu)相適配的凹槽22和凸齒 23，即由疊壓后扇形沖片的凸部514組成的每一組扇形齒塊上的凸柱和所述的凹槽22相 適配，相鄰兩個扇形齒塊之間形成的燕尾槽和所述的凸齒23相適配，參見圖7。本發(fā)明的分塊式鐵芯采用如下的制造方法，具體包括有以下步驟a. 電工鋼板(硅鋼片)單片沖壓，獲得若干個相互獨立的扇形沖片51;在預(yù)定位 置的扇形沖片上開設(shè)霍爾孔518;b. 將所述的扇形沖片51以88片為一組進(jìn)行機(jī)器自動沖壓疊加，共沖壓疊加9組，其 中，留有預(yù)定霍爾孔518的扇形沖片疊壓為一組，共有3組，所有9組扇形齒塊5均分別 具有44mm的疊加厚度(每片扇形沖片厚0.5mm);c. 給所述的每一組扇形齒塊51裝設(shè)絕緣套3，并給每兩組或者兩組以上的絕緣套進(jìn) 行機(jī)器連續(xù)地自動繞線，這種繞線方式能減少鐵芯壓固成型后的線頭焊接次數(shù)；d. 拼接成型，將單組已經(jīng)繞好線圈4的扇形齒塊5分別依次拼接，然后直接壓入定 位支架2中進(jìn)行過盈配合，實現(xiàn)分塊式鐵芯的一次固定成型，最后再將各線圈接頭相互 串接或并接，形成一個完整的鐵芯繞組。將扇形齒塊5在定位支架2上固定成型后，再將定位支架2安裝到電機(jī)軸1上，如此 一來，分塊式鐵芯就被安裝到電機(jī)軸上了。上述鐵芯的制造工藝方法，將沖片和支架分割設(shè)計，并采用了拼裝式的分塊結(jié) 構(gòu)，可以最大限度上節(jié)約硅鋼材料，并且使得整個繞線工藝變得十分簡單，非常容易 做到高槽滿率和機(jī)械化作業(yè)。因為傳統(tǒng)沖片工藝的材料利用率大概只有50%以內(nèi)，而采用現(xiàn)在這樣的工藝后， 可以使材料利用率提高到70%以上，材料利用率比圓形沖片工藝提高將近一倍；其次，傳統(tǒng)的鐵芯加工方法，因為是在鐵芯成型后再繞線，因為槽口沒有辦法做 的太大，導(dǎo)致在粗線徑繞制時候必須由手工完成，效率和合格率都不高，而采用現(xiàn)在這樣的制造方法后，鐵芯在成型前是單個扇形齒塊先繞線，然后拼裝，于是，單組扇形齒塊的繞線很容易進(jìn)行機(jī)械化繞線操作，自動化程度高，大大提高了繞線效率和合 格率；同時，還可以實現(xiàn)對電機(jī)槽形的最優(yōu)化設(shè)計，完全不用顧慮槽口過小導(dǎo)致的不能 繞線，為大線徑、高槽滿率規(guī)格的鐵芯實現(xiàn)自動繞線提供了方便。最后的拼接成型階段，也是本鐵芯制造方法的一個主要發(fā)明點，分塊式鐵芯的組 裝是將拼接起來的扇形齒塊直接壓固在定位支架上，定位支架本身可以采用鋁合金材 料擠壓成型，或者非金屬合成材料熱壓或注塑成型，加工方便；而由于定位支架又具 有和扇形齒塊相互適配的齒槽結(jié)構(gòu)，兩者之間可以形成緊固的過盈配合，因此，在安 裝階段無需增設(shè)另外的緊固件，如用螺釘或螺栓將各個扇形齒塊穿接起來，只需要將 拼接好的齒塊直接壓入定位支架即可完成鐵芯的最終成型，結(jié)構(gòu)更為簡單、裝配更加 容易。
權(quán)利要求
1、一種分塊式電機(jī)鐵芯，包括由多組可纏繞線圈(4)的扇形齒塊拼接而成，每一組扇形齒塊又由多個扇形沖片(51)相互疊加構(gòu)成，其特征在于每一個所述的扇形沖片(51)為單齒沖片，包括有齒冠(511)、齒身(512)和具有嚙合斷面的軛部(513)，每一個扇形沖片(51)在齒身底端還延伸有一個上窄下寬的燕尾形凸部(514)，兩個相互對應(yīng)地可嚙合在一起的扇形沖片在所述的兩個凸部(514)之間可形成有一個底部寬而開口小的燕尾槽截面(6)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的分塊式電機(jī)鐵芯，其特征在于每一個扇形沖片(51)在 所述的齒冠(511)兩端和齒身(512)下部分別設(shè)置有可用于扇形沖片(51)相互定位疊壓的
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的分塊式電機(jī)鐵芯，其特征在于所述的嚙合斷面為呈短 直線-半橢圓-短直線的截面，在每一個扇形沖片的軛部(513)端面分別形成一個凸起部 分(515)和一個凹入部分(516)，所述的凸起部分(515)和一個凹入部分(516)可以相互嚙合 形成一個短直線-半橢圓-短直線的裂縫(7)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的分塊式電機(jī)鐵芯，其特征在于所述的拼接后的相鄰扇 形齒塊(5)之間的裂縫(7)縫隙為0 0.5毫米。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的分塊式電機(jī)鐵芯，其特征在于所述的扇形沖片(51)在 齒冠(5)位置還預(yù)留開設(shè)有霍爾孔(518)。
6、 一種如權(quán)利要求1 5中任一權(quán)利要求所述的分塊式電機(jī)鐵芯的制造方法，其特 征在于包括有以下步驟a. 電工鋼板單片沖壓，獲得若干個獨立的扇形沖片(51);b. 將所述的扇形沖片(51)進(jìn)行機(jī)器自動沖壓疊加，得到多組具有相同疊加厚度的 扇形齒塊(5);c. 給所述的每一組扇形齒塊上絕緣套(3)，并進(jìn)行繞線；d. 拼接成型，將單組已經(jīng)繞好線的扇形齒塊(5)分別依次拼接，然后直接套壓在定 位支架(2)上，定位支架(2)和拼接后的扇形齒塊(5)之間為過盈配合，所述的扇形齒塊(5) 在定位支架(2)上實現(xiàn)分塊式鐵芯的一次固定成型。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的分塊式電機(jī)鐵芯的制造方法，其特征在于所述的步驟c 中的繞線可以是機(jī)器自動繞線或者人工繞線，機(jī)器自動繞線可以對單組、兩組或者兩 組以上設(shè)置有絕緣套(3)的扇形齒塊(5)連續(xù)繞線。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的分塊式電機(jī)鐵芯的制造方法，其特征在于所述的步驟d 中的定位支架(2)的外表面具有和所述扇形沖片的凸部(514)以及嚙合后相鄰扇形沖片之 間形成的燕尾槽截面(6)分別對應(yīng)相適配的齒槽結(jié)構(gòu)。9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的分塊式電機(jī)鐵芯的制造方法，其特征在于所述的步驟d 中的定位支架(2)通過鋁合金材料擠壓成型，或者通過非金屬合成材料熱壓或注塑成 型。
全文摘要
一種分塊式鐵芯，包括由多組可纏繞線圈的扇形齒塊拼接而成，每一組扇形齒塊又由多個扇形沖片相互疊加構(gòu)成，其特征在于每一個扇形沖片為單齒沖片，包括有齒冠、齒身和具有嚙合斷面的軛部，每一個扇形沖片在齒身底端還延伸有一個上窄下寬的燕尾形凸部，兩個相互對應(yīng)地可嚙合在一起的扇形沖片在凸部之間可形成有一個底部寬而開口小的燕尾槽截面。本發(fā)明采用了分塊沖壓在疊加組合的加工方法，材料利用率提高；單個扇形沖片在齒身底部設(shè)計了一個燕尾形凸部，并且相互嚙合的兩個扇形沖片之間也具有燕尾槽，這樣的槽形結(jié)構(gòu)能夠?qū)⑸刃锡X塊卡固在具有相適配的齒槽結(jié)構(gòu)的定位支架上，無須通過螺釘穿孔固定，結(jié)構(gòu)簡單、組裝方便，定位精度高。
文檔編號H02K15/02GK101232206SQ20081005932
公開日2008年7月30日 申請日期2008年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月22日
發(fā)明者晁會巖, 羅大鋮 申請人:寧波北斗科技有限公司