CN102710033A - 内径可调式电机外定子及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种内径可调式电机外定子，其特殊之处是：定子铁心为多个环形一体式结构的定子铁心冲片叠合而成，定子铁心冲片的齿片对应叠合形成定子铁心的单元齿块，定子铁心冲片的连接体对应叠合形成单元齿块之间的连接部，单元齿块的齿根部构成定子铁心的主轭部，连接部弯曲呈耳状形成定子铁心的副轭部，定子铁心外周面与环箍紧密配合，形成电机外定子整体结构。本发明降低了绕线难度，同时在不改变电机定子铁心冲片模具的情况下，仅改变环箍的内径和垫块的尺寸就可通过控制定子铁心的缩合程度进而改变电机定子的直径，以适应不同直径的转子，大大降低电机的生产成本。

Description

内径可调式电机外定子及其制造方法

技术领域

本发明涉及电机外定子，特别是一种可实现机械化绕组的内径可调式电机外定子及其制造方法。

背景技术

传统外定子电机的铁心大多数都是使用整体的圆形冲片材料叠铆而成，使用该制造工艺制造的定子铁心及定子存在如下问题：

1、圆形铁心冲片材料利用率低，一般不超过30%。

2、如图1、图2所示，定子铁心的槽口a1开口大，但槽满率低。使用探头式绕线机进行生产，由于绕线探头在槽a中进行运动时要留有自身经过的空间，因此槽满率不能做得太高，并且由于要给绕线探头预留空间，铁心槽开口a1较大，这会引起电机的转矩脉动，影响电动机性能。

CN1178410中公开的“旋转式电机的铁心制造方法与铁心”、 CN1391330中公开的“铁心装置”，解决了传统外定子电动机定子铁心冲片利用率低，槽满率低，槽口开口大的问题。其通过若干铁心拼接片叠合形成多个单独的铁心段，然后直接将铜线绕制在单独的铁心段上，再将各铁心段连接起来形成定子铁心整体结构。这种拼块式结构的定子铁心虽然解决了绕线问题，但却存在以下不足：

1、结构复杂。由于电机外定子铁心是若干块拼合在一起的结构，在拼合过程中每个绕组及铁心段是彼此分开的结构单元，分块较多，不利于作业现场物料管理。

2、连接导线困难。每块定子铁心的导线都有独立的线头，连接导线非常费时，并且由于导线连接接头增多，降低了电机电气连接的可靠性。

3、拼合之后紧固、定型困难。多个铁心段拼接并固定成环形定子本体时，相邻铁心段之间利用其两端设置的连接用凸、凹部形成连接，或通过定子两端面加装的环形压板及穿过环形压板上的预制孔的螺钉（铆钉）来进行相邻铁心段之间的连接与紧固。

4、上述利用连接用凸、凹部或铁心下端的紧固件连接的定子结构使各定子铁心紧密接触，完全闭合形成磁路，对于对定子铁心有特殊要求的（要求铁心轭部必须预留出隔磁或散热的缝隙）的电机来说，是不适用的。

另外，现有的电机外定子成型方案中，定子的直径在不修改冲片模具的情况下是不能够改变的。若想通过改变定子直径来适应不同直径的转子就必须修改定子模具或重新制造定子冲片模具，灵活性差，制造成本高。

发明内容

本发明所要解决技术问题是提供一种采用一体式定子铁心冲片的内径可调式电机外定子及其制造方法，解决了绕线探头运动时槽口空间不够造成干涉的问题，通过该工艺成型获得的外定子可以实现高槽满率和小槽口或无槽口设计，降低了绕线的难度，能够实现机械化操作，大大提高了绕线效率，降低了制造成本，更有利于实现自动化生产。

本发明的技术方案是：

一种内径可调式电机外定子，包括定子铁心、绕组及支架，其特殊之处是：所述定子铁心为多个环形一体式结构的定子铁心冲片叠合而成，所述定子铁心冲片具有多个齿片，及与相邻所述齿片的齿根底部相连的连接体，所述齿片对应叠合形成定子铁心的单元齿块，所述连接体对应叠合形成所述单元齿块之间的连接部，所述单元齿块的齿根部构成定子铁心的主轭部，所述连接部向定子铁心的外部弯曲呈耳状形成定子铁心的副轭部，所述支架为管状环箍，所述环箍与所述定子铁心外周面紧密配合。

所述定子铁心冲片的齿片的齿根处设有齿尾，所述齿尾对应叠合形成单元齿块的齿尾部，所述齿尾部与所述环箍内壁紧密接触。

所述定子铁心的齿根部之间设有工字型垫块，所述工字型垫块由导磁材料制成，起到保持主轭部缝隙、导通主轭部的磁通、配合环箍调整电机定子内径、保持铁心张紧和精确保持定子铁心外圆形状的作用。

所述连接体为中部宽度小于两侧宽度的细长条状，连接体与齿根的连接处设有豁口，则连接部的中部、连接部与单元齿块的齿根连接处形成能够发生优先形变的薄弱点，以便于生产工艺中变形形成规则的设计形态，以达到其弯曲变形可控的目的。

所述定子铁心冲片材料为低硅电工钢片。

一种如上所述的电机外定子的制造方法，其包括如下步骤：

1）、冲裁成型，利用冲裁模具将整片的定子铁心冲片材料冲裁成扁环状的定子铁心冲片； 

2）、叠固成铁心初形，将冲裁后的多个定子铁心冲片叠铆至定子铁心要求厚度，使定子铁心冲片的齿片相互重合形成定子铁心的单元齿块，使定子铁心冲片的连接体相互重合形成定子铁心的连接部，形成定子铁心初形；

3）、扩张整形，将定子铁心初形向四周牵拉扩张至圆环状，扩张后定子铁心各槽口间距满足绕线机探头的绕线空间；

4）、绝缘处理及绕线，对整形后的定子铁心进行绝缘处理，然后利用绕线机对定子铁心各单元齿块进行机械化绕线，在单元齿块的齿身部形成绕组；

5）、缩合处理，向定子铁心的圆心位置牵拉各单元齿块的齿冠部，各单元齿块的齿根部逐渐靠近，使相邻单元齿块间的齿根部彼此紧靠形成定子铁心的主轭部，或使相邻单元齿块间的齿根部留有设计间隙形成定子铁心的主轭部，所述设计间隙中***形状相符的工字形垫块，各连接部弯曲呈耳状形成定子铁心的副轭部； 

6）、将环箍套在缩合后的定子铁心外周面，使单元齿块的齿尾部与所述环箍内壁紧密接触，将定子铁心与环箍牢固的结合在一起。

本发明的有益效果是：

1、与传统外定子电机的定子相比，定子铁心冲片材料利用率高、铁心缩合之前定子槽口较大，方便绕线，缩合之后可以将槽口做得极小甚至做成闭口槽，槽满率可达90%以上，在不改变冲片模具的情况下槽口、定子内径大小均可调整，灵活性好。

2、与拼块式定铁心相比，结构简单，部件少，方便现场管理；相邻单元齿块间不用紧固件进行连接，组装容易，省去了铁心拼合过程及单个绕组连接过程，节约了生产时间，提高了电机电气连接和机械连接的可靠性；同时，还具有可以用来导磁的单元齿块间的连接部（副轭部），该连接部（副轭部）可以等效为电机铁心的磁路轭部的一部分，改善整机磁路，进而改善电动机的性能，故其综合性能超过拼块式铁心。

3、在不改变电机定子铁心冲片模具的情况下，仅仅改变工字型垫块和环箍的尺寸就可通过控制定子铁心的缩合程度进而改变电机定子的直径，以适应不同直径的转子，从而发展出一系列不同性能的电动机产品，大大降低电机的生产成本。

附图说明

图1为传统电机外定子铁心冲片的结构示意图；

图2为传统电机外定子铁心的绕线状态示意图；

图3为本发明的定子铁心冲片原料制作冲片排样示意图；

图4为图3中多个定子铁心冲片叠铆在一起成为定子铁心初形的结构示意图；

图5为图4中所示的定子铁心初形通过外力牵拉逐渐展开示意图；

图6为在图5的基础上进一步牵拉展开定子铁心；

图7为在图6的基础上把定子铁心展开成圆环形示意图；

图8为牵拉绕线后的定子铁心的齿冠部进行缩合工作的示意图；

图9为定子铁心缩合后的结构示意图；

图10为在图9的基础上进一步缩合的结构示意图；

图11为本发明的结构示意图（定子铁心槽口m不闭合，主轭部有一定缝隙p，缝隙p中插有工字形垫块VI）；

图12为本发明的结构示意图（定子铁心槽口n闭合，主轭部缝隙q呈闭合状态）；

图中序号说明：定子铁心冲片Ⅰ、定子铁心初形Ⅱ、定子铁心Ⅲ、绕组Ⅳ、环箍Ⅴ、工字形垫块VI、齿片1、齿冠101、齿身102、齿根103、齿尾104、连接体2、单元齿块3、齿冠部301、齿身部302、齿根部303、齿尾部304、连接部4。

具体实施方式

如图11、图12所示，该内径可调式电机外定子，包括定子铁心Ⅲ、绕组Ⅳ及支架，支架为管状环箍Ⅴ，环箍Ⅴ与定子铁心Ⅲ外周面紧密配合。

如图3-图7所示，定子铁心Ⅲ由多个环形一体式结构的定子铁心冲片Ⅰ叠合变形后而成，定子铁心冲片Ⅰ的初始形状为扁环状，最终展开成圆环状。每个定子铁心冲片Ⅰ具有多个齿片1和连接体2，每个齿片1包括齿冠101、齿身102、齿根103、齿根103处设有的齿尾104，连接体2与相邻齿片的齿根103底部相连。

多个定子铁心冲片Ⅰ的齿片1对应叠合形成定子铁心Ⅲ的单元齿块3，每一个单元齿块3则具有齿冠部301、齿身部302、齿根部303和齿尾部304，定子铁心的齿尾部304与环箍Ⅴ内壁紧密接触。连接体2对应叠合形成单元齿块3间的连接部4，单元齿块3上的齿根部303构成定子铁心Ⅲ的主轭部，连接部4向定子铁心外部弯曲呈耳状形成定子铁心Ⅲ的副轭部（如图9、图10所示）。连接部4形成了与铁心主轭部同时工作的副轭部，起导通磁路的作用。

由于连接体2为中部宽度小于两侧宽度的细长条状，连接体2与齿根103的连接处设有豁口，则连接部4的中部c处、连接部4与单元齿块3的齿根部303的连接处d处具有能够发生优先形变的薄弱点。为使连接部4发生较为理想的形变，定子铁心材料以含碳量和含硅量较低、韧性较好的材料为佳，如电工钢片，优选低硅电工钢片。

根据电动机的要求，定子铁心槽口分为闭合和不闭合两种情况。如图12所示，定子铁心槽口n闭合，主轭部缝隙q呈闭合状态，大部分磁路通过主轭部导通，副轭部辅助。如图11所示，定子铁心槽口m不闭合，主轭部有一定缝隙p，定子铁心Ⅲ的齿根部303之间（p处缝隙）设有由导磁材料制成的工字型垫块VI，保持主轭部的缝隙并起到导磁作用，由于还有副轭部进行辅助导磁，因此总磁通量不会有较大变化。根据材料硬度和工艺要求，连接部4在满足电机定子铁心正常形变缩合的条件下尽可能宽，以增强其导磁性。工字型垫块VI还配合环箍Ⅴ确定定子铁心Ⅲ的内径。

上述电机外定子的制造方法，包括如下步骤：

1、冲裁成型，如图3所示，利用冲裁模具将带状的钢片冲裁成扁环状的定子铁心冲片I。冲裁后的定子铁心冲片Ⅰ的连接体2为易发生变形的细长条状（如图7中c处所示），连接体2中部宽度小于两侧宽度，（如图7中d处所示），连接体2与齿根103的连接处冲裁出一个半圆形豁口。

2、叠固成定子铁心初形Ⅱ，如图4所示，将冲裁后的多个定子铁心冲片Ⅰ叠铆至定子铁心要求厚度，使定子铁心冲片Ⅰ的齿片1相互重合形成定子铁心的单元齿块3，使定子铁心冲片Ⅰ的连接体2相互重合形成定子铁心Ⅲ的连接部4，构成闭合的扁环状定子铁心初形Ⅱ。

3、扩张整形，如图5-图7所示，利用液压扩张器将定子铁心初形Ⅱ向四周扩张至圆环状，扩张后定子铁心Ⅲ各槽口间距满足绕线机探头的绕线空间，其中连接部4为发生形变的主要工作部分。

4、绝缘处理及绕线，如图8所示，对整形后的定子铁心Ⅲ进行绝缘处理，即加装绝缘器或进行粉末喷涂，而后利用绕线机对定子铁心各单元齿块3进行机械化绕线，在单元齿块3的齿身部302处形成绕组Ⅳ。 

5、缩合处理，向定子铁心Ⅲ的圆心位置牵拉各单元齿块3的齿冠部301实现定子缩合，各单元齿块3的齿根部303逐渐靠近，使相邻单元齿块3间的齿根部303彼此紧靠形成定子铁心Ⅲ的主轭部，或使相邻单元齿块3间的齿根部303留有设计间隙形成定子铁心Ⅲ的主轭部，各连接部4向定子铁心Ⅲ的外部弯曲呈耳状形成定子铁心Ⅲ的副轭部，如图9所示，定子铁心Ⅲ缩合之后槽口不闭合、形成主轭部的齿根部303彼此有一定间隙；图10为在图9的基础上进一步缩合之后槽口闭合、形成主轭部的齿根部303彼此紧靠，闭合没有间隙。若留有设计间隙，则在设计间隙中***形状相符的工字形垫块VI（参见图11），所以可以通过调节齿根部303之间的距离并配以不同尺寸的工字型垫块VI及环箍Ⅴ来调节定子的半径以适合不同半径的电机转子。

6、在缩合后的定子铁心Ⅲ的外周面套装环箍Ⅴ，使单元齿块3的齿尾部304与环箍Ⅴ内壁紧密接触，将定子铁心Ⅲ与环箍Ⅴ牢固的结合在一起，形成一体式的电机外定子结构。

Claims (6)

1.一种内径可调式电机外定子，包括定子铁心、绕组及支架，其特征是：所述定子铁心为多个环形一体式结构的定子铁心冲片叠合而成，所述定子铁心冲片具有多个齿片，及与相邻所述齿片的齿根底部相连的连接体，所述齿片对应叠合形成定子铁心的单元齿块，所述连接体对应叠合形成所述单元齿块之间的连接部，所述单元齿块的齿根部构成定子铁心的主轭部，所述连接部向定子铁心的外部弯曲呈耳状形成定子铁心的副轭部，所述支架为管状环箍，所述环箍与所述定子铁心外周面紧密配合。

2.根据权利要求1所述的内径可调式电机外定子，其特征是：所述定子铁心冲片的齿片的齿根处设有齿尾，所述齿尾对应叠合形成单元齿块的齿尾部，所述齿尾部与所述环箍内壁紧密接触。

3.根据权利要求1所述的内径可调式电机外定子，其特征是：所述定子铁心的齿根部之间设有工字型垫块，所述工字型垫块由导磁材料制成。

4.根据权利要求1所述的内径可调式电机外定子，其特征是：所述连接体为中部宽度小于两侧宽度的细长条状，连接体与齿根的连接处设有豁口。

5.根据权利要求1所述的内径可调式电机外定子，其特征是：所述定子铁心冲片材料为低硅电工钢片。

6.一种如权利要求1所述的电机外定子的制造方法，其特征是，包括如下步骤：

1）、冲裁成型，利用冲裁模具将整片的定子铁心冲片材料冲裁成扁环状的定子铁心冲片；

2）、叠固成铁心初形，将冲裁后的多个定子铁心冲片叠铆至定子铁心要求厚度，使定子铁心冲片的齿片相互重合形成定子铁心的单元齿块，使定子铁心冲片的连接体相互重合形成定子铁心的连接部，形成定子铁心初形；

3）、扩张整形，将定子铁心初形向四周牵拉扩张至圆环状，扩张后定子铁心各槽口间距满足绕线机探头的绕线空间；

4）、绝缘处理及绕线，对整形后的定子铁心进行绝缘处理，然后利用绕线机对定子铁心各单元齿块进行机械化绕线，在单元齿块的齿身部形成绕组；

5）、缩合处理，向定子铁心的圆心位置牵拉各单元齿块的齿冠部，各单元齿块的齿根部逐渐靠近，使相邻单元齿块间的齿根部彼此紧靠形成定子铁心的主轭部，或使相邻单元齿块间的齿根部留有设计间隙形成定子铁心的主轭部，所述设计间隙中***形状相符的工字形垫块，各连接部弯曲呈耳状形成定子铁心的副轭部； 

6）、将环箍套在缩合后的定子铁心外周面，使单元齿块的齿尾部与所述环箍内壁紧密接触，将定子铁心与环箍牢固的结合在一起。

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