專利名稱：電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對(duì)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子鐵心的方案，并專門用于開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)的定子鐵心包括許多固定到一對(duì)支承轉(zhuǎn)子的軸承的支架上的獨(dú)立疊片極對(duì)鐵心。
在許多電動(dòng)機(jī)尤其是開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)中，電動(dòng)機(jī)的性能和效率受氣隙的影響，磁場(chǎng)必須通過(guò)在定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心之間的氣隙。氣隙越大，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)效率下降的磁路的磁阻就越高。在開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)中，該氣隙的尺寸因其代表了電動(dòng)機(jī)的主要損耗源而非常重要。但是，對(duì)于具有60mm直徑的轉(zhuǎn)子和包括四個(gè)U形疊片極對(duì)鐵芯的定子的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，能用0.2mm至0.3mm的均勻氣隙而獲得大于50％可以接近75％的效率。
雖用手工裝配來(lái)獲得這樣的定子鐵芯和轉(zhuǎn)子鐵芯之間的均勻氣隙相對(duì)簡(jiǎn)單，但費(fèi)時(shí)又走味使這種裝配方法昂貴。
因而希望使該過(guò)程自動(dòng)化而避免手工裝配，但普通的自動(dòng)裝配過(guò)程會(huì)帶來(lái)不可能獲得0.2至0.3mm的均勻一致氣隙的制造公差。用螺栓把疊片鐵芯固定到軸承支架上的普通方法與在手工裝配方法中所用的一種會(huì)因?yàn)槁菘椎拈g隙要求和螺栓桿和/或螺紋的制造公差而帶來(lái)0.5mm或以上的公差。顯然，如果氣隙過(guò)大，電動(dòng)機(jī)的下降，如果氣隙過(guò)小，轉(zhuǎn)子和定子會(huì)接觸而使電動(dòng)機(jī)不能工作。
GB968871公開(kāi)了使用從軸承支架沖壓出的凸起，該軸承支架同定子鐵心上的通孔或凹槽相嚙合。這雖然是對(duì)使用螺栓和通孔的一個(gè)改進(jìn)，但使用沖壓凸起會(huì)導(dǎo)致凸起的邊緣變圓，尤其是隨著沖壓模的磨損，而導(dǎo)致令人不滿意，即增加了會(huì)影響氣隙的制造公差。而且，其還需要某個(gè)其他的布置，以把定子鐵心固定到支架上。如果這是螺栓，就需要在定子鐵心上的另一個(gè)孔，這就進(jìn)一步減小了鐵心的磁通通過(guò)能力?？梢允褂门c穿過(guò)凸起的螺栓相同的孔。這就需要一個(gè)孔，該孔大于螺栓或凸起單獨(dú)的需要，由此仍會(huì)減小鐵心的磁通通過(guò)能力。這可以通過(guò)把鐵心作得更大來(lái)解決，如空間和材料成本不是關(guān)鍵性的話，但在許多情況下，這些因素是重要的。
因而，就需要一種定位和固定布置，該布置與現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)相比不會(huì)對(duì)定子磁路產(chǎn)生較大影響，而能在大批量生產(chǎn)的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子之間提供良好的定位可靠性一致性、均勻性和小的氣隙。
在本發(fā)明中，通過(guò)使用精確形成的硬鋼銷釘同定子鐵心和軸承支架上精確形成的孔相配合而實(shí)現(xiàn)上述目的。這將會(huì)使轉(zhuǎn)子的位置重新排列，其是由軸/軸承/軸承支架連接所決定的，也是由把定子相對(duì)于軸承支架進(jìn)行定位所決定的，定子鐵心相對(duì)于轉(zhuǎn)子鐵心定位。
因而，本發(fā)明提供一種電動(dòng)機(jī)，包括一個(gè)定子，具有定子鐵心和定子繞組；一個(gè)轉(zhuǎn)子，具有一個(gè)軸和安裝在軸上的轉(zhuǎn)子鐵心，該轉(zhuǎn)子被設(shè)置成通過(guò)氣隙同定子相對(duì)；軸承支架，固定在定子鐵心上并支承軸的軸承；和定位裝置，用于把定子相對(duì)于軸承支架進(jìn)行定位，其特征在于，該定位裝置包括實(shí)質(zhì)上無(wú)間隙地設(shè)置在定子鐵心和軸承支架上的精確形成的孔中的精確形成的硬鋼銷釘，和同該銷釘配合作用的固定裝置，以把軸承支架固定到定子鐵心上。
借助精確形成的孔，我們希望不僅使孔的尺寸被控制在非常小的公差之內(nèi)，而且相對(duì)于軸承支架的其他孔和軸承以及相對(duì)于定子鐵心上的其他孔和極面把孔的位置控制在非常小的公差之內(nèi)。通過(guò)在精確形成的孔中沒(méi)有間隙地使用精確形成的銷釘，就可保證這些部件的位置。緊固裝置例如彈簧緊固螺母、焊接、鉚接等同該銷釘?shù)囊黄鹗褂脕?lái)把支架和定子鐵心固定在一起，意味著穿過(guò)定子鐵心的孔的數(shù)量和尺寸保持為最小量。
本發(fā)明尤其適用于使用獨(dú)立U形疊片極對(duì)鐵心的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。在這種電動(dòng)機(jī)中，極面受到使極面產(chǎn)生振動(dòng)的強(qiáng)磁力的作用。在嚴(yán)峻的條件下，極面的振動(dòng)會(huì)很大的使定子鐵芯和轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生抵觸。因而，就需要大大減小極面振動(dòng)，這可以通過(guò)把極面固定到堅(jiān)固的支撐部件上來(lái)實(shí)現(xiàn)。這通過(guò)在極面附近把鐵心上的孔同銷釘進(jìn)行定位來(lái)簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)，其使得銷釘和軸承支架吸收振動(dòng)。
最好，固定裝置是彈簧緊固件，其同銷釘?shù)亩瞬肯鄧Ш弦苑乐怪Ъ軓匿N釘上脫離。易于裝入的彈簧緊固件是可靠的并且他們的使用是易于自動(dòng)化的。給出類似或更好的工藝解決方法但更難于自動(dòng)化的替代方案包括i)使銷釘在支架的孔中產(chǎn)生干涉或緊配合。ii)把銷釘?shù)亩瞬亢附拥街Ъ苌?，iii)對(duì)銷釘?shù)亩瞬窟M(jìn)行鉚接或其他塑性形變，或iv)使銷釘?shù)亩瞬啃纬陕菁y并把螺母旋到該螺紋上。使用螺母就允許當(dāng)需要時(shí)易于拆下電動(dòng)機(jī)，也允許支架在軸承支架之間強(qiáng)力夾緊定子鐵心。
最好，軸承支架是堅(jiān)硬的黃銅板，因?yàn)樗麄儾粫?huì)與電動(dòng)機(jī)的磁路產(chǎn)生影響。
最好，一個(gè)或每個(gè)軸承支架包括一個(gè)用塑料材料外模制(overmoulded)的堅(jiān)硬板。該外模制允許軸承支架用于支撐電動(dòng)機(jī)的其他部件例如電路板和/或控制電路元件。該外模制可以提供整體隔板以把軸承支架同定子鐵心隔開(kāi)。該隔板用于降低軸承支架對(duì)電動(dòng)機(jī)磁路的影響，或者用于在把定子鐵心高度保持在最小值上以優(yōu)化性能和最低限度材料消耗時(shí)在轉(zhuǎn)子和軸承支架之間提供間隙。該外模制材料的隔板最好具有幫助銷釘同軸承支架上的孔對(duì)準(zhǔn)的表面。通過(guò)把銷釘?shù)亩瞬恳龑?dǎo)到孔中，以簡(jiǎn)化裝配。
作為一個(gè)把同軸承支架為一整體的隔板和隔板分開(kāi)的替代方案，銷釘可以具有階梯狀端部以形成用于支架的支座，從而把支架同定子鐵心隔開(kāi)。
下面將參照附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例，但僅作為例子。


圖1表示本發(fā)明的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)；圖2是圖1的電動(dòng)機(jī)的部分剖視圖；圖3是圖1的電動(dòng)機(jī)的定子極對(duì)；圖4是表示圖1的電動(dòng)機(jī)的端部支架和定子極對(duì)的一部分之間的連接的部分剖視細(xì)節(jié)；圖5至9是替代方案的類似于圖4的視圖。
圖1和2表示實(shí)施本發(fā)明的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)15。電動(dòng)機(jī)15具有一個(gè)支承轉(zhuǎn)子17的軸16。軸16支承在軸承中，以旋轉(zhuǎn)支承轉(zhuǎn)子，而使之面對(duì)并接近定子19的極面24。軸承被支架21支承，也被稱為端板或軸承支架，位于電動(dòng)機(jī)15的軸向端部并以固定的空間關(guān)系相互支持。定子19具有四個(gè)單獨(dú)的U形疊片定子極對(duì)22，給出定子八個(gè)極23。每個(gè)極23具有一個(gè)極面24。定子鐵心20包括極對(duì)22的疊片組28，通過(guò)下述的定位裝置相對(duì)于軸承支架21被固定在適當(dāng)位置上。定位裝置軸向伸出電動(dòng)機(jī)以同軸承支架相嚙合并且不會(huì)橫向伸出極對(duì)22。
在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)端上的支架21在支架的邊緣上具有安裝孔55，以把電動(dòng)機(jī)固定到一臺(tái)設(shè)備上。非驅(qū)動(dòng)端支架具有開(kāi)口56，以給驅(qū)動(dòng)端支架的安裝孔55提供通路。
圖3是圖1的電動(dòng)機(jī)的定子極對(duì)22的平面圖。通過(guò)把許多由電工鋼片沖制的U形疊片28疊裝在一起而形成極對(duì)22。每個(gè)極對(duì)22具有一個(gè)對(duì)應(yīng)的定子繞組29。如圖3所示，該定子繞組通過(guò)兩個(gè)預(yù)先繞制的線圈架30形成，繞圈架30放在U形極對(duì)22的各個(gè)臂即極23上。
定位裝置包括插入孔32中的硬鋼精確銷釘，該孔32形成在靠近極面24的U形極對(duì)22的臂23上，銷釘和孔32的尺寸設(shè)計(jì)成相應(yīng)緊配合或至少?zèng)]有間隙地配合在一起以把疊片組28固定在一起并固定到銷釘上。銷釘最好是圓的以易于制造，但并不是必須的。
圖4至9表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選定位裝置的替代或變型方案。最佳方案表示在圖4中，圖4以局部剖視地表示出一個(gè)極對(duì)的疊片鐵心28與軸承支架21之間的連接。如所示那樣，從圖解的角度表示了頂部支架21的一半，為了清楚起見(jiàn)只表示出了靠近定位銷31的底部支架21的那部分。電動(dòng)機(jī)軸16用虛線表示以說(shuō)明其同在頂部支架21中所示的軸承18的關(guān)系。
軸承支架21包括一個(gè)用塑料材料35外模制的堅(jiān)硬板34。板34可以是金屬的，即鋼或黃銅，但最好是黃銅的，因其是非磁性的而不會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)的磁路產(chǎn)生影響。使用塑料材料就給支架一個(gè)電絕緣包覆，而使電氣控制電路可以直接安裝在支架上，并提供整體隔板以把支架同定子鐵心隔開(kāi)。整體隔板具有錐形內(nèi)表面46，以引導(dǎo)銷釘進(jìn)入堅(jiān)硬板34的孔中。如堅(jiān)硬板34是磁性的，塑料材料35被用于借助物理隔開(kāi)兩個(gè)部件來(lái)把板34同定子磁路磁隔離。銷釘31會(huì)提供一個(gè)連接板34和定子極23的漏磁路徑，但如果需要，可以通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)匿N釘材料和/或支架材料來(lái)把該漏磁路徑減至最小。
支架21在中心開(kāi)口36中支承著軸承，例如所示的自對(duì)準(zhǔn)軸套軸承18。轉(zhuǎn)子的軸16穿過(guò)驅(qū)動(dòng)端支架21的中心開(kāi)口36。在非驅(qū)動(dòng)端上，軸16可以穿過(guò)中心開(kāi)口36而稍稍伸出，即中心開(kāi)口36可以被一個(gè)同外模制件35整體形成的帽37(見(jiàn)圖1)蓋住。每個(gè)支架21具有一個(gè)軸承擋圈，該擋圈以向外伸出的凸緣38的形式形成在中心開(kāi)口36的周圍的堅(jiān)硬板34上以接收自對(duì)準(zhǔn)軸承18。保持彈簧39按公知的那樣同凸緣38相接觸來(lái)保持軸承18。頂板34具有一個(gè)切口或窗口40，其中可以放置電動(dòng)機(jī)控制電路的電氣元件。所示的是直接由外模制件35支承一霍爾傳感器40并用粘合劑或者借助于外模鑄件35中的孔徑42與霍爾傳感器40的相對(duì)尺寸來(lái)保持在適當(dāng)位置上。
銷釘31具有在無(wú)心磨床中磨光的平硬鋼銷釘精度。這保持其外徑在2.5μm之內(nèi)。
堅(jiān)硬板34具有孔33，用于接收銷釘31。該孔33的大小適合于以緊公差接收銷釘31，該緊公差可以是精確配合、壓縮合和靜配合以保證在銷釘與支架之間沒(méi)有間隙。如果銷釘31同板34的孔33具有靜配合，就可足以把銷釘31固定在支架21上。板上的孔33以與軸承擋圈的形成相同的過(guò)程進(jìn)行沖壓?？?3的直徑可以精確形成到2.5μm之內(nèi)，相對(duì)于相互以及軸承擋圈，具有與孔33的該位置上的精度相同的精度。最好，銷釘31是精確配合并通過(guò)彈簧緊固件48緊固到板34上，該彈簧緊固件48同銷釘?shù)亩瞬肯鄧Ш弦怨潭ㄆ渎?lián)結(jié)。該外模制件35提供隔板43，直接支承在極對(duì)22的定子疊片組28上以把堅(jiān)硬板34同定子鐵心隔開(kāi)。外模制件35具有孔徑44、45，用于使銷釘31進(jìn)入孔33并使彈簧緊固件48進(jìn)入銷釘31的頭部。內(nèi)孔徑45具有帶引入端的斜面46，以引導(dǎo)銷釘31進(jìn)入板34上的孔33。
銷釘31軸向穿過(guò)定子極對(duì)22的疊片鐵心20上的孔32。銷釘31最好同孔32具有壓配合或靜配合以把定子疊片組堅(jiān)固地固定在銷釘31上。但是，由于定子鐵心20被壓在軸承支架21之間，可以使用精確配合孔以幫助銷釘插過(guò)定子鐵心20。
在其余的附圖中，僅表示出一個(gè)銷釘31、定子鐵心20和支架21之間的聯(lián)結(jié)。
在圖5中，支架21被直接固定到定子鐵心20的軸向端部上。支架實(shí)質(zhì)上是適合于保持其軸承的平板。銷釘31把鐵心疊片組28的支架21同被支架21夾住的鐵心疊片組28一起夾持住。支架21可以是任何依用途而決定的適當(dāng)材料，可以包括工程塑料和金屬(包括鋁、黃銅、鋼和鐵)。如果使用磁性材料，就會(huì)在極對(duì)22之間產(chǎn)生磁短路，而降低了電動(dòng)機(jī)的效率。合適的隔離或材料的選擇可以使之最小。銷釘31的端部被變形而形成鉚釘50以把銷釘固定在適當(dāng)位置上。
圖6的實(shí)施例除了支架21具有臺(tái)階之外與圖5的實(shí)施例相類似，而所形成的臺(tái)階使得定子鐵心20可以與轉(zhuǎn)子鐵心具有相同的高度，這依靠在轉(zhuǎn)子鐵心的端部和軸承等之間具有必要間隙的支架上的臺(tái)階而實(shí)現(xiàn)。銷釘31具有帶螺紋的端部54和螺母51，螺母51被旋到銷釘?shù)亩瞬可弦园阉麄児潭ㄔ谶m當(dāng)位置上。使用螺母就使得電動(dòng)機(jī)更易于拆卸。彈簧墊圈58把螺母同支架隔開(kāi)，以使帶螺紋的區(qū)域在裝配位置上的墊圈內(nèi)開(kāi)始，這就保持了銷釘和支架之間的對(duì)準(zhǔn)不受銷釘?shù)膸菁y部分的影響。
圖7的實(shí)施例通過(guò)使用隔板43而把圖5的平板支架21同圖6的更短的定子鐵心20相組合，由隔板43把支架21同定子鐵心20的端部隔開(kāi)。隔板43的附加優(yōu)點(diǎn)是，如果使用磁性材料的支架，其有助于減小極23之間通過(guò)支架21的漏磁。彈簧緊固件48同銷釘31的端部相嚙合以把銷釘固定在支架上。平板墊圈57被置于彈簧緊固件48與支架21之間。
在圖8的變型中，銷釘31具有臺(tái)階狀端部47以把支架21同定子鐵心20隔開(kāi)。通過(guò)使支架21坐在臺(tái)階47上，銷釘31可以被焊接，鉚接，用旋在銷釘伸出端部上的螺母進(jìn)行固定等，但在此僅表示出了用圓形彈簧緊固件48緊固到支架21上，該緊固件48是帶有向內(nèi)伸出的指狀物49的類似墊圈，該指狀物49彈性向外彎曲以在銷釘?shù)亩瞬可匣瑒?dòng)，而插入銷釘以抵抗移動(dòng)。由于疊片組28未被夾緊在支架21之間，銷釘31必須堅(jiān)固固定到定子鐵心20上?？梢允褂谜辰Y(jié)、焊接或附加彈簧緊固件，最好是把銷釘31壓配合或靜配合在疊片組28的孔32中。
作為替代，如圖9所示，銷釘31可以具有內(nèi)螺紋53，螺釘52同銷釘31的內(nèi)螺紋53相嚙合以把支架21固定到銷釘31上。如上述那樣，可以使用隔件來(lái)把支架21同定子鐵心20隔開(kāi)，或者如所示那樣，支架21可以坐在形成在銷釘31端部的臺(tái)階47上。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)知道，銷釘?shù)慕孛嫘螤羁梢允前ǚ叫巍⒕匦?、橢圓形、六邊形和星形的任何形狀。但是，為了易于制造，最好是具有圓形截面的銷釘。需要該銷釘以保證定子鐵心盡可能精確地相對(duì)于軸承支架固定在適當(dāng)位置上。
可以對(duì)所述實(shí)施例進(jìn)行各種變型，但各種變型都應(yīng)處于權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)機(jī)，包括一定子(19)，具有定子鐵心(20)和定子繞組(29)；一轉(zhuǎn)子(17)，具有一軸(16)和一安裝在該軸上的轉(zhuǎn)子鐵心，轉(zhuǎn)子布置成隔著氣隙同定子(19)相對(duì)；軸承支架(21)，固定在定子鐵心(20)上并支承軸(16)的軸承(18)；和定位裝置，用于使定子鐵心(20)相對(duì)于軸承支架(21)定位，其特征在于，定位裝置包括精確形成的硬鋼銷釘(31)，該硬鋼銷釘(31)放置在定子鐵心(20)和軸承支架(21)上的精確形成的孔(32、33)內(nèi)而實(shí)質(zhì)上沒(méi)有間隙；和固定裝置，其同銷釘相配合來(lái)把軸承支架(21)固定到定子鐵心(20)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，其特征在于，其電動(dòng)機(jī)是開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)(15)并且定子鐵心包括多個(gè)單獨(dú)固定在軸承支架(21)上的單獨(dú)的疊裝極對(duì)鐵心(22)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動(dòng)機(jī)，其特征在于，每個(gè)極對(duì)鐵心(22)具有兩個(gè)面對(duì)轉(zhuǎn)子(19)的極面(24)，用于銷釘(31)的孔(32)位于接近極面(24)處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，其特征在于，固定裝置包括同銷釘(31)端部相嚙合的彈簧固定件(48)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，其特征在于，固定裝置包括銷釘端部的塑性變形部(50)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，其特征在于，固定裝置包括銷釘端部和軸承支架之間的焊接接點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，其特征在于，軸承支架(21)包括黃銅的堅(jiān)硬板(34)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，其特征在于，軸承支架(21)包括用塑料材料(35)外模制成的堅(jiān)硬板(34)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電動(dòng)機(jī)，其特征在于，塑料材料(35)形成隔件(43)以把軸承支架(21)同定子鐵心(20)隔開(kāi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電動(dòng)機(jī)，其特征在于，塑料材料(35)具有表面(46)，用于在裝配過(guò)程中引導(dǎo)銷釘(31)進(jìn)入軸承支架(21)上的孔(33)中。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)，其特征在于，銷釘(31)具有臺(tái)階形端部(47)，軸承支架(21)坐在該臺(tái)階上以使軸承支架(21)同定子鐵心(20)分隔開(kāi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，其特征在于，銷釘(31)與軸承支架(21)上的孔(33)是圓形的并具有小于10μm的間隙。
全文摘要
一種電動(dòng)機(jī)，具有由多個(gè)疊裝的極對(duì)22構(gòu)成的繞線定子19和安裝在由支架21所支撐的軸承上的轉(zhuǎn)子17。極對(duì)22由固定銷釘31固定到支架21上，固定銷釘31穿過(guò)極面附近的定子疊片組而固定到支架21上。銷釘實(shí)質(zhì)上無(wú)間隙地穿過(guò)極對(duì)上的孔和支架，例如壓配合或緊配合。定子極對(duì)和軸承支架上的孔被精確設(shè)置以使轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子精確定位，從而在大量生產(chǎn)中獲得轉(zhuǎn)子和定子之間的最小氣隙。
文檔編號(hào)H02K5/04GK1158511SQ96121370
公開(kāi)日1997年9月3日 申請(qǐng)日期1996年12月7日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月8日
發(fā)明者G·施特羅布爾 申請(qǐng)人:德昌電機(jī)股份有限公司