专利名称：多边形轴孔转子的制作方法
背景技术：
本发明总体涉及电动机，特别是用于感应电动机的叠片式转子。
用于感应电动机的叠片式转子的使用是众所周知的，例如，参阅第5,767,607号美国专利，该专利所揭示的内容结合在此以供参阅。一般这样的叠片式转子包括一具有中心轴线的轴和一套轴向安装的、由铁磁材料制成的叠片结构。
由于可通过冲压方式确定尺寸与结构，这类转子的叠片可以很多样化。先前技术的叠片被冲有或模压有圆形轴孔。先前技术的叠片也可冲有可进一步加工成圆形轴孔的多边形中心孔。
然而，叠片的优点会因为在将它们安装到转子轴上时所遇到的困难而一定程度地打折扣。典型地，叠片在其中心上设有一圆轴孔。一套叠片可通过一冷压过程而施加于一圆形转轴。在安装转子时，压配合冷压过程是一难题。
首先，在轴和轴孔间的过盈量一般大约0.0005英寸。已发现这是一最大过盈量，并由此产生最紧的配合，并向轴作用一冷压力。更大的过盈量将会对将轴压入这套叠片的轴孔中形成妨碍。为达到精确配合，叠片的内径和/或轴的外径要求很费时又花费较大的精加工。持续的机加工变成了一个前提，这是因为背离适宜的精加工后将产生额外的压力和误压偏差。
第二点，在叠片中的轴孔公差一般大约0.0007英寸。这些紧的公差将叠片压配合在轴上将产生一问题，由此叠片相对于轴是“直的”或垂直的。这一般通过使用直塞规而保证，该直塞规小于轴孔的最小直径0.0002英寸。如果叠片相对于轴不够直，它们将不会通过塞规。无法通过塞规的组件将被丢弃。
最后第三点，冷压配合的成功与否关键取决于转子轴和将轴压入其中的叠片的相对温度。由于这两种材料的相对热膨胀系数，轴和转子间的温度改变将会使其产生一过紧配合或过松配合，这都是不希望得到的结果。无论配合过松或过紧，转子的整体性都将下降，电动机性能都将产生波动，且转子发生故障的可能性将会增加。
因此，先前技术的叠片是有缺陷的，因为它们将导致在转子生产时产生的大量废料，产生转子相对于轴的种种保持转矩，其结果使转子性能产生变化。
发明概要本发明的多个优点将叙述为提供一叠片式转子，其中叠片的轴孔可冲压至一定尺寸，无需过多的费用以及耗时的精加工；提供使叠片对转子轴的保持转矩增加的叠片式转子；提供一可减少将转子叠片压到轴上的力的叠片式转子；并提供一可减少在生产和组装转子时所产生的废品的叠片式转子。
总地来说，本发明包括一叠片式转子，其中铁磁叠片被冲压成多边形的中心孔，相对于先前技术叠片的圆孔。多边形孔具有一基本等长的奇数直边，各边在由多边形的交汇边形成的顶点间延伸。多个叠片彼此堆叠以形成转子壳体。各叠片从这套叠片中的下一叠片绕转子轴的轴线略微旋转。
在较佳实施例中，叠片沿轴至少有不同的两组堆起的叠片。这套叠片中的每隔一个叠片属于一组，而其余叠片属于另一组。这样，这套叠片包括多对叠片，每一叠片来自各组。一组叠片可相对于另一组旋转，由此叠片组的中心多边形孔直接相对，(即，相互旋转180度)。换句话说，即一对相邻的叠片，这两个叠片相对转动，由此其中一叠片的多边形孔的顶点置于另一叠片的相邻顶点之间，且距离大致相等。这样，由于叠片的相对转动，转子壳体的内部具有一致的蜂巢状外观。
在另一实施例中，叠片分成沿轴连续设置的不同的三个或更多组的堆起的叠片。各组叠片可相对于另一组叠片旋转，由此各组叠片的多边形轴孔的顶点置于其它组多边形轴孔的相邻的顶点之间。
使这套叠片模铸成型，穿过在各叠片外缘附近的槽形成一笼形绕组。将端环置于这套叠片的末端，由此形成转子壳体。
然后转子轴通过冷压加工压配合进入转子壳体内。由于叠片和钢制转子轴之间的相对材料硬度，当将轴压入转子内部时，叠片会屈服。转子壳体内部的蜂巢状结构对轴提供相对较小的阻力。将轴插入时，最大过盈发生于外壳内部的最小直径上(即，在多边形孔的边上的中点)。在这些特定点上，由于仅一单层厚度的叠片对轴的插入产生反抗作用，叠片材料相对较易屈服。屈服的叠片材料会填充在下一个叠片的诸顶点所产生的诸蜂巢单元的空间内，这样，将轴插入所需作用力明显减小。然而，发生于轴周围的屈服过程实际上产生一比先前技术中使用圆孔的叠片的普通压配合加工更强的结合。在轴和转子壳体之间的过盈就大大减小了。
另外由于叠片的屈服进入转子壳体的蜂巢状结构之中，可避免对叠片进行花费较大的加工。由此，比较而言，相对于先前技术的转子，本发明中的转子可在更少的时间内、以更低的花费制造而成。另外，由于将转子轴插入所需力的减少，额外的力作用而产生误压的情况减少了，且在转子制造时产生的废品数量也随之减少。最后，叠片的屈服减少了在叠片中心孔中公差的影响，并进一步减少在转子轴和叠片间的相对温度差的影响。
本发明的其它目的和特征将在后面的叙述中逐步明显和逐步被指出。
附图简述
图1是按照本发明的一叠片式转子的一部分的立体图；图2是本发明叠片的俯视图；图3表示本发明的这套叠片的侧视图；图4是本发明的这套叠片的放大截面图；在给出的附图中，相同的标号在各视图中表示相同的部分。
较件实施例的描述现参阅附图，本发明的叠片式转子的一部分如图1所示，并且总的由标号10表示。一细长的、圆形转子轴12具有沿轴的纵向中心线安装于轴上的多个叠片14。这些盘状叠片14由铁磁材料制成并通过下面描述的加工过程使之基本垂直于轴12安装。
如图1中，明显看出叠片具有位于其中心的孔16以容纳转子轴2的插入。叠片14总体上是实心的(即，在叠片内部仅有一中心孔，其尺寸可容纳转子轴12)，但是叠片易于受冲压并形成不同的截面以满足不同目的。要知道，这些多种类型的叠片可单独地运用或结合地应用于本发明。为便于讨论，在后面将仅讨论如图1所示的叠片。
现参阅图2，按照本发明的一铁磁制的叠片总体上由标号14表示。叠片相对较薄并具有圆形外缘26以及用来容纳转子轴的位于其中心的孔16。冲孔而成的中心孔16具有适当尺寸以与转子轴12配合，并通常是多边形的。多边形孔由“通过”、“不通过”的量规测量以保证孔具有适当尺寸，使其可与转子轴适当配合。孔16的边缘界定叠片的一内缘28，并包含多个基本等长的直边30。内缘28的这些边30交汇于诸点或诸顶点32上。
发明者已找到一九边形、或一具有九条边形状的孔特别适于与转子轴形成一较好的配合，如下所述。然而众所周知，多边形孔16可具有多于或少于九条的边数，且也能实现本发明的优点。同样，虽然多边形的各边基本等长，然而不同长度的边也可用于本发明中。
当叠片被堆在一起以形成转子壳体时，叠片14在中心孔16外侧具有多个互锁凸出34以将一叠片相对于其它叠片保持在位。然而，相邻的两叠片间的相对转动可以是任意的。因此，对于实现本发明，互锁部分34并不一定需要。在叠片14的外缘26附近具有多个间隔均匀的槽36以容纳转子绕组(未示出)。
一旦叠片形成且中心孔16被冲成，叠片就处于待安装状态，现参阅图3，多个叠片相互堆叠以形成转子外壳40，这套叠片中的各叠片相对于相邻叠片而定位，由此它们表现为相对彼此旋转180度。在各叠片外缘上的一点，例如图2中所示的凹进部分38，将如图3所示在转子壳体40的外表面上以斜线形式出现。
因此，这套叠片包括基本对齐的、彼此相对旋转180度的两主要的交替组。可以认识到，其它叠片组可附加应用于所述两叠片组上。由于多边形中心孔16具有奇数边，相对转动将引起两叠片组中心孔16的直边30和内缘28的端点或顶点32的不对齐或径向偏移(即，彼此相对转动)。结果，两组叠片的各顶点32基本上彼此等距。换句话说，由于两叠片组的其中一组的进一步转动会导致其它顶点彼此更接近，因此两叠片组的两相邻的顶点32间的回转偏移或间隔会达到最大。
在另一实施例中，叠片以三组或多组沿轴的形式连续堆叠。各叠片组相对于其它叠片组转动，由此各叠片组多边形孔的诸顶点处于其它叠片组的多边形轴孔的相邻诸顶点之间。
在图4中可看到，其中一叠片组的边30的中点42转动地对齐于其它叠片组相邻顶点32。因此，在一对叠片中，其中一叠片的顶点32的位置与另一叠片孔16的边30的中点42一致。这样，由于两组叠片的相对转动，转子壳体40的内部具有一致的蜂巢状外观。一叠片的顶点32在与其直接相连的叠片的边30之间形成单元或凹入处。
以这种方式组装时，将这套叠片40模铸，并穿过在各叠片14的外缘26附近的槽36形成一笼形绕组。然后将端环(未示出)装于转子壳体的各末端上，以完成转子壳体40的安装。
此时通过冷压加工使转子壳体40配合于转子轴12上。由于叠片14和钢制转子轴12之间的相对材料硬度，当轴12压入转子壳体40内部并穿过叠片的多边形孔16时，叠片会屈服。将轴12插入转子壳体40时，最大过盈发生于转子壳体内部的最小直径上(即，在多边形孔16的边30上的中点42)。在中点42处，受插入轴的作用，作为单层厚度叠片14的材料相对较易屈服，当轴12压入转子壳体40中时，从叠片14的边30的中点42处移动的材料填充入直接相邻的叠片相邻顶点32的空间内。这个过程在叠片中相继发生，直至轴12完全插入转子壳体40，由此完成转子的安装。
因此，相对于先前技术的叠片所构造成的转子壳体，转子轴12可更平稳地压配合入转子壳体40。另外由于转子壳体40的结构，可在壳体40和转子轴12之间、在中心孔16的边30的中点42处设置最大过盈量，叠片材料可在这些点上屈服并移动进入相邻叠片的顶点32内，所以插入转子轴12所需的作用力非常小。另外，发生于转子轴周围的叠片14的屈服过程实际上会产生结合性，比在先前技术中使用圆孔叠片的普通压配合过程所产生的结合性更强。转子轴12和转子壳体40之间的名义过盈可从先前技术中的0.0005英寸增加到0.003英寸，材料的屈服和移动所产生的实际过盈量从先前技术的0.0026英寸增加至0.0076英寸。
由此，本发明的叠片获得一压配合，相对于先前技术中转子在转子壳体和转子轴之间的压配合更好，同时减少插入轴所需要的作用力并易于转子的安装。这样，轴插入时所产生的过大的力和误压以及由此产生的相应的废品数量也随之减少。同样，由于叠片的屈服而进入转子壳体的蜂巢状结构中，可避免叠片的花费较大的加工。最后，叠片16的孔和转子轴12间名义过盈的增加减轻了转子轴和转子壳体间在安装过程中的温度差异造成的影响。这样，相对先前技术而言，本发明的转子可更快、更容易、更低价地制造。
本发明已结合具体实施例而进行了描述，应该理解，各种修改和变化对于本技术领域中的一普通技术人员来说是显而易见的，这些修改和变化均在本发明所保护的范围中，它们仅由权利要求及其等价物所限定。
权利要求
1．一用于感应电动机的叠片式转子，包括一具有一中心轴线的圆轴；铁磁材料制的、轴向地安装于轴上的多个叠片；以及多个具有一外缘和一内缘的叠片，所述内缘具有至少一直边部分。
2．如权利要求1所述叠片式转子，其特征在于，所述内缘呈多边形状。
3．如权利要求2所述叠片式转子，其特征在于，所述内缘具有多个基本等长的边。
4．如权利要求3所述叠片式转子，其特征在于，所述内缘具有奇数边。
5．如权利要求4所述叠片式转子，其特征在于，所述内缘是一个九边形。
6．如权利要求2所述叠片式转子，其特征在于，所述多边形具有交叉于多个点的多个边；以及多个相对于彼此转动的叠片式转子，由此相邻叠片的的多个点彼此移位。
7．如权利要求6所述叠片式转子，其特征在于，所述多边形具有多个等长的边。
8．如权利要求7所述叠片式转子，其特征在于，所述相邻叠片相对于彼此而转动，由此在相邻叠片间的诸点的移位基本上是最大的。
9．如权利要求8所述叠片式转子，其特征在于，所述多边形具有奇数边。
10．一用于感应电动机的叠片式转子，包括一具有一中心轴线的圆轴；铁磁材料制的、轴向地安装于轴上的多个叠片；以及多个叠片中的各叠片具有一位于其中心的多边形孔。
11．如权利要求10所述叠片式转子，其特征在于，所述多边形孔具有多条基本等长的边。
12．如权利要求10所述叠片式转子，其特征在于，所述邻接叠片相对彼此转动，由此相邻叠片的所述多边形孔径向偏移。
13．如权利要求11所述叠片式转子，其特征在于，所述多边形孔的各边具有一中点；以及一对相邻叠片中的一叠片的中点与该对相邻叠片的另一叠片的至少两个中点之间的距离相等。
14．如权利要求13所述叠片式转子，其特征在于，所述多边形孔具有九条边。
15．一用于感应电动机的叠片式转子，包括一具有一中心轴线的圆轴；轴向安装在轴上的至少第一和第二铁磁叠片组，所述至少第一和第二叠片组的诸叠片彼此交替设置，由此相邻叠片分别属于不同叠片组；以及在第一和第二叠片组中的各叠片具有一中心孔，所述中心孔至少具有一直边。
16．如权利要求15所述叠片式转子，其特征在于，所述第一叠片组中的各直边基本对齐，所述第二叠片组中的各直边也基本对齐；且所述第一叠片组的各直边与所述第二叠片组中的各直边不对齐。
17．如权利要求16所述叠片式转子，其特征在于，所述第一和第二叠片组的中心孔具有相同的形状。
18．如权利要求17所述叠片式转子，其特征在于，所述第一和第二叠片组中的至少一组中心孔是多边形的。
19．如权利要求18所述叠片式转子，其特征在于，所述第一和第二叠片组中的至少一组的各叠片的多边形孔均具有九条边。
20．如权利要求16所述叠片式转子，其特征在于，各孔具有多个带顶点的角，且第一叠片组的所述各叠片的顶点与第二叠片组的所述各叠片的顶点之间的距离基本相等。
21．一用来制造一叠片式转子的方法，包括提供一转子轴以及多个铁磁叠片，各叠片具有一外缘和在外缘附近的多个多个槽；通过在各叠片的中心冲孔而成多边形孔；将多个这套叠片叠，由此在这套叠片中每隔一片的叠片相对于相邻叠片旋转180度；将这套叠片保持在略微倾斜的位置，由此各叠片相对于这套叠片中的相邻叠片略微有偏转；模铸这套叠片，由此穿过在各叠片外缘附近的槽形成一笼形绕组；以及将所述转子轴压入这套叠片中，由此将所述诸叠片永久连接于所述轴上。
22．如权利要求21所述方法，其特征在于，还包括将终端板安装到这套叠片上。
23．如权利要求21所述方法，其特征在于，还包括在叠片上形成一具有奇数边的、冲孔而成中心孔。
24．如权利要求21所述方法，其特征在于，还包括为各叠片提供多个互锁凸起以将各叠片保持在略微斜扭于相邻叠片的位置。
25．如权利要求21所述方法，其特征在于，所述这套叠片和转子轴的周围的温度大致相同。
全文摘要
一用于感应电动机的叠片式转子具有轴向装于电动机轴上的多个铁磁制叠片。各叠片具有一各边等长的多边形的中心孔。诸叠片交替地彼此旋转180度,由此各多边形孔的直边不对齐。当圆形转子轴压配合入这套叠片中时,最大过盈处产生于多边形边的中点上(即,在叠片中心孔的最小直径上)。由于叠片可交替地转动,将轴插入这套叠片时,最大过盈处的叠片材料可相对较易地屈服进入下一叠片中心孔顶点(即,中心孔的最大直径处)内。屈服过程可减少将轴插入所需的力并能获得较紧的配合。
文档编号H02K1/28GK1321352SQ99811649
公开日2001年11月7日 申请日期1999年11月12日 优先权日1998年11月12日
发明者J·H·赫西, J·S·罗斯, J·J·迈斯特里克, K·L·怀特 申请人:埃墨森电气公司