專利名稱：用于電機的槽楔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及用于電機的繞線鐵芯組件的設(shè)計和構(gòu)造。
背景技術(shù)：
電機一般被構(gòu)造為電鋼板的疊片，所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)用于承載該電機賴以進行工作的 磁通量。所述結(jié)構(gòu)被層疊以減小渦流效應(yīng)，該渦流由于通量的時間變化率而在鋼中流動。通 常只有具有不變通量的機器才具有非疊片的結(jié)構(gòu)。例如，直流機器的場結(jié)構(gòu)可以是非疊片 的(即由固體金屬制造)，即使在這些機器中，也通常采用疊片結(jié)構(gòu)以當所述機器移動到新 的工作環(huán)境時改善瞬態(tài)響應(yīng)。疊片的程度通?；跈C器中通量變化的頻率。例如，在直接 自50Hz或60Hz主電源供能并工作在例如1500或1800轉(zhuǎn)/分的機器中，通常采用0. 50mm 或0. 65mm厚的疊片。對于以400Hz供電工作并且運行在12000轉(zhuǎn)/分下的機器，可以選擇 0. 20mm厚的疊片。 所述疊片被堆疊以提供期望長度的捆扎或鐵芯，固定疊片構(gòu)成定子鐵芯并且移動 疊片構(gòu)成轉(zhuǎn)子鐵芯。雖然為了方便本文中公開的繞線鐵芯組件將按照旋轉(zhuǎn)電機進行說明， 但該繞線鐵芯組件的原理可同等地應(yīng)用到具有軌跡形式定子和沿該軌跡移動的移動部件 的線性機器。本領(lǐng)域中使用的詞語"轉(zhuǎn)子"涉及旋轉(zhuǎn)機器和線性機器的可移動部件并且在 本文中以這種方式解釋。因此，一些示例的以下說明通過示例性方式進行并且不作為限制 旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的目的。 構(gòu)成鐵芯的疊片被牢固地保持在一起，不僅便利了機器所要求的繞組的后續(xù)裝 配，而且最小化了機器使用時的振動。振動導(dǎo)致了聲學(xué)噪聲和繞組絕緣的衰退。已發(fā)展了 多種技術(shù)來將捆扎保持在一起，其中的一些技術(shù)更適合于小型機器，一些技術(shù)更適合于機 器的批量生產(chǎn)，其他一些技術(shù)更適合于批量生產(chǎn)作業(yè)中的小數(shù)量生產(chǎn)。 —種常用的方法如圖l所示，其中一束疊片15被堆疊形成鐵芯10。每個疊片限定 了背部鐵制部分11和多個徑向突出的齒狀物或電極12。鐵芯10的外部提供有凹口或凹 槽14，在該凹口或凹槽14中軸向延伸有焊縫16。疊片由此牢固地保持在一起。這種技術(shù) 由于可以手動地或通過自動裝置實施而常用。在焊接期間，疊片捆扎在夾具中被保持在一 起。由于較難進入到轉(zhuǎn)子的孔眼內(nèi)部，因此這種技術(shù)最常用在定子鐵心上。
這種技術(shù)的一個難題是當焊縫冷卻時，其會皺縮并且所引起的鐵芯中的張力趨于 當夾具被移除時，使得疊片的電極12靠近鐵芯向外張開的端部。例如，參考圖l，在鐵芯的 外側(cè)端部處的疊片的外邊緣由于凹槽14中的皺縮的焊縫而處于張力下。這種張力使得疊 片在電極區(qū)域的區(qū)域中被撕開，間隔朝電極的尖端而增大。疊片的這種間隔可以使得繞線 鐵芯組件的繞組的后續(xù)絕緣更加困難。進一步地，疊片在電極的區(qū)域中的間隔會使工作期 間疊片振動的問題惡化。這種振動可以引起金屬疲勞并且還可以磨損布置在電極周圍的繞 組的絕緣，最終導(dǎo)致短路和機器故障。 另一種將捆扎保持在一起的方法是通過安裝夾板，其中例如低碳鋼的條狀物被壓 入圍繞鐵芯外徑的楔形的槽中并且所述條狀物的端部在鐵芯端部上彎曲。雖然這種方法避免了焊縫皺縮的問題，但疊片仍可以由于缺乏適當?shù)闹味陔姌O區(qū)域中振動。 為了支撐端部疊片的尖端，公知的是在鐵芯的端部處結(jié)合支撐板20，如圖2所示。
這些板的厚度通常是單一疊片的厚度的數(shù)倍并且通常包括在延伸的焊縫里，從而使其固定
到疊片的捆扎并且支撐端部疊片。然而，如果所述支撐板由通常被選擇以便于加工和節(jié)約
成本的低碳鋼制成，則其傾向于承載邊緣磁通并且因此承受顯著的鐵耗。這些鐵耗可以降
低機器的效率。此外，類似于疊片本身，這些支撐板在焊接后仍可能(因同樣的原因)向外
張開并且由此可以比期望的效率低。 因此，需要一種簡單的方法來解決以上支撐電機的繞線鐵芯組件中的疊片的缺點 中的一個或多個。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在所附獨立權(quán)利要求中限定。進一步地，本發(fā)明的實施例的任意特征在分
別從屬于獨立權(quán)利要求的權(quán)利要求中詳述。 根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供一種繞線鐵芯組件，其包括疊片的堆疊，所述疊片限定
了具有多個電極的鐵芯，所述繞線鐵芯組件進一步包括至少一個槽楔，其中槽楔包括布置 在相鄰電極之間的第一部分和自第一部分突出并鄰接鐵芯的端面的至少一個第二部分。 本發(fā)明的實施例提供一種鐵芯，該鐵芯具有固定在相鄰電極之間的槽楔，所述槽 楔支撐電極區(qū)域中的繞線鐵芯組件的疊片。這種支撐可以避免電機工作中的疊片振動，其 中繞線鐵芯組件是電機的一部分，其延長電機的工作壽命。進一步地，這種支撐可以避免疊 片張開，使得疊片更易于使繞線鐵芯組件絕緣。 槽楔可以僅具有一個第二部分，從而使槽楔大致為"L"形。這種槽楔的第二部分 可以被布置以接合一個電極的端面。 所述槽楔可以具有至少兩個第二部分。所述至少兩個第二部分可以自槽楔的相對 側(cè)延伸從而使槽楔大致為"T"形。這種槽楔可以關(guān)于中心線對稱。這種槽楔的第二部分可 以接合兩個相鄰電極的區(qū)域中的端面。 第一部分的邊緣可以具有與電極的側(cè)面的過盈配合。第二部分的邊緣可以施加壓 力到電極區(qū)域中的端面。所述第二部分的邊緣可以布置為與所述第一部分的邊緣呈直角。
所述槽楔可以是單片材料或者所述槽楔可以由多于一片材料構(gòu)造。所述槽楔可以 包括限定第一部分的第一片和限定第二部分的第二片，其中第一片附連到第二片。
所述槽楔可以包括絕緣材料。所述絕緣材料可以包括玻璃增強型環(huán)氧樹脂。
所述第一部分和第二部分之間的匯合點可以限定為凹進。 根據(jù)本發(fā)明的實施例，進一步提供一種裝配用于電機的繞線鐵芯組件的方法，所 述組件包括疊片的堆疊，所述疊片的堆疊限定了具有多個電極的鐵芯，所述相鄰電極之間 的空間限定了槽，所述方法包括將槽楔插入所述槽中從而使槽楔固定在相鄰電極之間，其 中所述槽楔具有布置為支撐鐵芯的端面的至少一個突出部分。


本文公開的設(shè)備的其他方面和優(yōu)點將基于閱讀以下繞線鐵芯組件的示例的詳細 說明并且基于參考附圖而變得清楚，其中
4
圖1示出了公知的機器的鐵芯； 圖2示出了具有端板的鐵芯； 圖3示出了繞線鐵芯組件的部分區(qū)域； 圖4示出了圖3中的繞線鐵芯組件的展開的示意圖； 圖5示出了具有T形槽楔的繞線鐵芯組件； 圖6示出了圖5中的繞線鐵芯組件的展開的示意圖； 圖7示出了具有L形槽楔的繞線鐵芯組件； 圖8示出了圖7中的繞線鐵芯組件的展開的示意圖； 圖9示出了T形槽楔； 圖10示出了 L形槽楔；以及 圖11示出了具有T形槽楔的繞線鐵芯組件的進一步的示例。
具體實施例方式
圖3示出了電機的定子鐵芯10的部分區(qū)域。鐵芯10的輪廓限定了圓形的背部鐵制部分11和多個徑向向內(nèi)突出的電極12。所述鐵芯通過將多個疊片堆疊在一起而構(gòu)成。所述鐵芯包括電磁化鋼的徑向疊片15的堆疊，每個疊片限定鐵芯輪廓。疊片的中心構(gòu)成鐵芯的軸線并且所述堆疊的第一個疊片和最后一個疊片的軸向地面向外的面各自限定鐵芯的端面。 每個槽的周長通常以由絕緣材料板制成的槽襯30來絕緣。插入適當?shù)牟壑械慕^緣電線的一些匝33的線圈32被連接以形成相繞組。為了將繞組固定在槽中，槽楔34被插入電極尖端之間的槽的開口處。已知槽楔被可替換地稱為"頂桿(top sticks)"。槽楔34可以是接近鐵芯的軸向長度的一片或者可以在多個軸向區(qū)域以幫助其安裝。如圖3和4所示，通過適配在電極12的側(cè)面中的凹口 35中的位置，槽楔通常保持在通過被置于電極的懸端下的位置中。通常，整個繞線鐵芯組件涂覆有絕緣漆，其幫助穩(wěn)定繞組并且還將絕緣系統(tǒng)的多個組件全部結(jié)合到一起。 圖4示出了從鐵芯孔眼的中心看去的圖3中的繞線鐵芯組件的展開視角的示意圖。這種情況下的槽楔34具有三個區(qū)域，但可以基于鐵芯的長度選擇任意的數(shù)量。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個方面具有T形槽楔的繞線鐵芯組件。包括槽襯和線圈的繞線鐵芯組件可以如圖4所示，但槽楔60具有不同形狀并且結(jié)合兩個功能。如從圖6中所示的鐵芯的展開視角中更清楚地顯示，鐵芯端部處的槽楔60的形狀為T形形式，其中中心部分62定位在電極的側(cè)面中的凹口 35中。該中心部分62的橫向?qū)挾缺贿x擇為電極的側(cè)面之間的過盈配合。中心部分62的長度根據(jù)鐵芯的長度以及是否使用中間的標準槽楔34而選擇。如圖6所示，使用了一個中間的標準槽楔34和兩個T形槽楔60，每一個槽楔均從鐵芯的一端插入。通過這種配置，中心部分62略小于鐵芯長度的三分之一。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，所述長度的其他配置顯然是可行的。 T的橫向片64延伸穿過端部疊片的面向外的面(其限定了鐵芯的端面)，如圖5和6所示，并且槽楔60被按壓到適當位置以使得橫向片64施加壓力到端部疊片上，從而將所述端部疊片保持在其相對于鐵芯的其余部分的正確位置。 槽楔60的這種設(shè)計是基本的槽楔的改良，因為其保留了槽中的繞組，并且此外還將外部疊片保持在適當位置。橫向片64還可以用于至少部分地支撐線圈的端部繞組。一旦全部繞組和楔形被裝配，則繞線鐵芯組件可以以傳統(tǒng)方式注入絕緣漆。這將全部組件結(jié)合到一起。 用于楔形的適合的材料是符合NEMAG11標準的玻璃增強型的環(huán)氧樹脂，例如Pyrotek TS-lll，但具有類似的結(jié)構(gòu)強度的其他類似的剛性非磁化材料也將是適合的。
可以將槽楔的T形制造為對稱的，即橫向片64不需要對稱地延伸在中心部分62的每一側(cè)。 所述槽的側(cè)面由多個疊片15限定。由于制造容差，疊片15的邊緣將不可能嚴格呈直線。典型地，疊片15的側(cè)面的位置沿槽的側(cè)面存在一些變化。也就是，一些疊片將比其他疊片更深入槽中。這種變化導(dǎo)致槽的側(cè)面具有不規(guī)則的鋸齒狀表面。任意這些鋸齒均有助于將槽楔固定和保持在所述槽中。當槽楔用于支撐一個或多個張開的端部疊片時，良好固定的槽楔是有益的。 具有L形槽楔的繞線鐵芯組件被顯示在圖7和8中。L形槽楔的中心部分82實現(xiàn)與前述示例中相同的功能。分支84僅延伸到一側(cè)并且僅相對一個疊片的面按壓。這種L形槽楔具有的優(yōu)點是當由原材料板制成多個楔形時，所述形狀可以"套入"或嵌入得更好，由此節(jié)約了材料成本。 圖9和10示出了 T形和L形槽楔的進一步的構(gòu)型。圖9的T形槽楔90具有中心部分92和橫向片94。在中心部分92和橫向片94的每個分支之間的匯合點被形成為沿半徑縱向延伸的凹進96。類似地，圖10中的L形槽楔100具有在中心部分102和分支104之間的匯合點處沿半徑縱向延伸的凹進106 。 凹進96、106用于容納鐵芯的疊片中的邊緣粘附物和任意其他制造邊緣缺陷。例如，如果疊片通過沖壓制造，則由于沖壓力使得彎曲表面可以產(chǎn)生在疊片的一面上。這種彎曲的表面會阻礙不具有凹進的槽楔恰好坐落于電極的頂表面。凹進96和106克服了這種問題。 槽楔可以通過例如精密沖裁的沖壓工藝或通過打線(routing)工藝而自材料板切割。然而，鋒利的內(nèi)角難以通過沖壓或靠打線工藝產(chǎn)生。因此，凹進96和106還允許槽楔90和100更穩(wěn)定的被生產(chǎn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到凹進在形式上不需要是徑向的而可以是在槽楔的內(nèi)角處功能地提供退切(radial)的任意易于生產(chǎn)的形狀。
具有T形槽楔的繞線鐵芯組件的進一步的示例顯示在圖11中。在這個示例中，兩種類型的槽楔被用于槽的端部第一種類型34具有沒有橫向片的標準形狀，并且第二種類型110是T形。T形的槽楔110具有中心部分112和橫向片114。橫向片114實現(xiàn)與前述實施例中相同的功能。然而，在本示例中，T形的槽楔110用在交替的槽中，其間帶有在槽中使用的標準形狀的槽楔34。橫向片114被顯示為始終大致延伸穿過每個相鄰的電極12的端面。在可替換的實施例中，槽楔110的橫向片114可以始終延伸或僅部分延伸穿過電極12的端面，例如半途延伸或比半途更多或更少地延伸。進一步地，圖5和6中的槽楔60可以根據(jù)本示例用于交替的構(gòu)造中。這種示例具有的優(yōu)點是可以使用更大量的標準槽楔34以降低制造成本。 在圖11中，T形的槽楔110被顯示用于特定槽的兩個端部，其中相鄰槽的兩個端部具有標準的槽楔34。作為對這種配置的替換，特定的槽在鐵芯的第一端部處具有T形的槽楔110，在鐵芯的另一端即第二端部處具有標準的槽楔34。在這種配置中，與特定槽相鄰的槽在鐵芯的第二端部處具有T形的槽楔IIO，在鐵芯的第一端部處具有標準的槽楔34。這樣，每個槽均僅在一個端部具有T形的槽楔IIO，而相鄰的槽在相對端部具有T形的槽楔110。 如圖所示的T形和L形的槽楔包括單片材料?？商鎿Q地，槽楔可以包括通過一些機
械或結(jié)合裝置固定到一起的第一片材料和第二片材料。T形和L形槽楔具有中心部分和橫
向片。制造這種槽楔的一種方式是自材料板切割期望的形狀。這種切割可以通過沖壓工藝
的方式執(zhí)行。另一種方式是將期望的形狀鑄造為整體產(chǎn)品。然而，生成期望形狀的再一種
方式是分離地生成中心部分和橫向片、分支或一對分支并且之后將兩部分附連在一起。所
述多個部分可以通過機械固定裝置附連，例如螺母和螺栓或鉚釘，或者通過結(jié)合附連，例如
焊接或使用粘合劑。這些制造方法可以同等地應(yīng)用到本文公開的T形和L形槽楔。 本文公開的繞線鐵芯組件的示例被顯示為每個槽中具有2或3個槽楔。在可替換
的實施例中，在每個槽中可以使用任意數(shù)量的槽楔，該選擇通常由鐵芯的長度確定。 本文公開的槽楔還被適用于逆變電機，S卩那些轉(zhuǎn)子在具有徑向向外延伸的電極的
定子外部周圍旋轉(zhuǎn)的機器。在這種配置中，定子鐵芯通常在圍繞內(nèi)徑的多個點處焊接或夾
持，外徑形成機器的工作氣隙的一側(cè)。在這種機器中，本文公開的槽楔用于支撐靠近這個外
徑的疊片的端部。 本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解公開的配置可以在不背離權(quán)利要求的范圍的情況下進行變化。因此，上述一些實施例的說明通過示例的方式進行并且不用于限制目的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚的是在對上述操作不產(chǎn)生明顯改變的情況下可以對所述配置進行微小修改。本發(fā)明旨在僅通過其權(quán)利要求的范圍進行限制。
權(quán)利要求
一種用于電機的繞線鐵芯組件，該繞線鐵芯組件包括疊片的堆疊，所述疊片限定了具有多個電極的鐵芯，所述繞線鐵芯組件進一步包括至少一個槽楔，其中所述槽楔包括布置在相鄰電極之間的第一部分和自所述第一部分突出并鄰接所述鐵芯的端面的至少一個第二部分。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的繞線鐵芯組件，其中所述槽楔具有一個單一的第二部分。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的繞線鐵芯組件，其中所述槽楔大致為"L"形。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的繞線鐵芯組件，其中所述槽楔被布置為與一個單一電 極的區(qū)域中的所述端面接合。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的繞線鐵芯組件，其中所述槽楔具有至少兩個第二部分。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的繞線鐵芯組件，其中所述至少兩個第二部分自所述槽楔的相 對側(cè)延伸。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1、5或6所述的繞線鐵芯組件，其中所述槽楔大致為"T"形。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的繞線鐵芯組件，其中所述槽楔關(guān)于中心線對稱。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5、6、7或8所述的繞線鐵芯組件，其中所述第二部分與兩個電極的區(qū) 域中的所述端面接合。
10. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的繞線鐵芯組件，其中所述第一部分是相鄰電極之間 的過盈配合。
11. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的繞線鐵芯組件，其中所述第二部分的邊緣施加壓力 到相鄰電極的區(qū)域中的所述端面。
12. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的繞線鐵芯組件，其中所述槽楔是單片材料。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l-ll中任一權(quán)利要求所述的繞線鐵芯組件，其中所述槽楔由多于一 片材料構(gòu)造。
14. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的繞線鐵芯組件，其中所述槽楔包括絕緣材料。
15. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的繞線鐵芯組件，其中所述槽楔包括玻璃增強型的環(huán) 氧樹脂。
16. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的繞線鐵芯組件，其中在所述第一部分和所述第二部 分之間的所述匯合點限定了凹進。
17. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的繞線鐵芯組件，該繞線鐵芯組件進一步包括至少一 個繞組。
18. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的繞線鐵芯組件，其中每個所述電極具有第一端部和 第二相對端部，在所述第一端部，所述電極連接到所述鐵芯的其余部分，所述槽楔布置為鄰 近所述相鄰電極的所述第二端部以限定接收所述槽楔和所述電極之間的繞組的空間。
19. 一種裝配用于電機的繞線鐵芯組件的方法，所述組件包括疊片的堆疊，所述疊片的 堆疊限定了具有多個電極的鐵芯，相鄰電極之間的空間限定了槽，其中所述方法包括將槽 楔插入所述槽中從而使所述槽楔被固定在相鄰電極之間，其中所述槽楔具有布置為支撐所 述鐵芯的端面的至少一個突出部分。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，該方法包括在插入所述槽楔之前將用于所述繞線鐵 芯組件的繞組的一部分置于所述槽中。
全文摘要
一種用于電機的槽楔。一種用于電機的繞線鐵芯組件，該繞線鐵芯組件包括疊片的堆疊，所述疊片限定了具有多個電極的鐵芯，所述繞線鐵芯組件進一步包括至少一個槽楔，其中所述槽楔包括布置在相鄰電極之間的第一部分和自所述第一部分突出并鄰接在至少一個電極的區(qū)域中的鐵芯的端面的至少一個第二部分。所述至少一個第二部分可以將軸向壓力施加到端面以降低疊片軸向地向外張開的趨勢。
文檔編號H02K3/487GK101714792SQ200910177798
公開日2010年5月26日 申請日期2009年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月30日
發(fā)明者M·J·特納, S·D·吉布森 申請人:開關(guān)磁阻驅(qū)動有限公司