电动机转子及其制造方法
【专利摘要】公开了一种电动机转子，包括：转子轴；叠钢片，其由在转子轴上沿轴向排列且彼此对正的多个钢片组成，每个钢片限定出内孔，所述转子轴穿过所述内孔；以及注射成型的一体式绝缘塑料元件，其包括形成在叠钢片的内孔与转子轴的外圆周面之间的圆筒形部分以及形成在所述圆筒形部分的轴向两端的隔断部分，叠钢片通过所述圆筒形部分固定在所述转子轴上，所述隔断部分约束各钢片的轴向位置。还公开了这种转子的制造方法，其中通过注射成型形成所述绝缘塑料元件。根据本申请，通过单一的注射成型步骤同时实现了转子轴与叠钢片连接以及转子绝缘。
【专利说明】电动机转子及其制造方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及一种改进的电动机转子及其制造方法。
【背景技术】
[0002]电动机转子通常包括转子轴、固定在转子轴上的叠钢片(stack)和缠绕于叠钢片的绕组。叠钢片通常由在转子轴上沿轴向并排布置的多个钢片组成。
[0003]在传统转子组装过程中，包括彼此分开的两个步骤，即转子轴与叠钢片连接，以及转子绝缘。用于将转子轴与叠钢片连接的传统工艺包括:使轴向两端钢片的内周部分变形而紧固在转子轴上；通过使转子轴局部变形(挤出突出部)，并将轴压入叠钢片从而固定；利用机械紧固件；利用转子支架等等。用于转子绝缘的传统工艺包括在各钢片上涂布环氧塑料；嵌入绝缘片或绝缘纸；通过注射成型实现绝缘等等。
[0004]在小型电动机中，经常采用小型薄壁转子。上面描述的通过两个彼此分开的步骤组装转子的过程对于小型薄壁转子来说，因下述原因而不太适用。首先，基于转子轴与叠钢片连接的传统变形工艺，需要采用压力机这种投资相对较大的设备；而利用机械紧固件、转子支架等，会增加转子的零件数量和成本。其次，基于传统的转子绝缘工艺，对于薄壁转子来说，由于铜填充比例方面的限制，因此绝缘纸和绝缘片显得太大且不可控。在各钢片上涂布环氧粉末有可能会影响绕线或划伤铜线。
[0005]更重要的是，在传统技术中，由于要通过两个彼此分开的步骤组装转子，需要采用不同的设备，因此设备成本高。并且，要在不同工位之间传送半成品工件，因此组装过程复杂且耗时，废品率高。
【发明内容】
[0006]本申请旨在解决现有技术中电动机转子组装过程中存在的设备成本高、组装过程复杂且耗时、不适合于小型薄壁转子等缺陷。
[0007]为此，本申请在其一个方面提供了一种电动机转子，包括:转子轴；叠钢片，其由在转子轴上沿轴向排列且彼此对正的多个钢片组成，每个钢片限定(例如冲压)出内孔，所述转子轴穿过所述内孔；以及注射成型的一体式绝缘塑料元件，其包括形成在叠钢片的内孔与转子轴的外圆周面之间的圆筒形部分以及形成在所述圆筒形部分的轴向两端的隔断部分，叠钢片通过所述圆筒形部分固定在所述转子轴上，所述隔断部分约束各钢片的轴向位置。
[0008]在本申请的电动机转子中，优选地，所述转子轴包括位于轴向中部且被叠钢片围绕着的非光轴部分和位于所述非光轴部分轴向两侧的光轴部分。
[0009]在本申请的电动机转子中，优选地，所述非光轴部分具有糙化外周表面或与所述圆筒形部分形状配合的结构。
[0010]在本申请的电动机转子中，优选地，所述非光轴部分的轴向长度等于或小于所述叠钢片的轴向长度，所述圆筒形部分紧密围绕着所述非光轴部分，可能还紧密围绕着两侧光轴部分中的至少一个的一部分。
[0011]在本申请的电动机转子中，优选地，所述叠钢片的内孔沿圆周方向具有波纹形状。
[0012]在本申请的电动机转子中，优选地，所述隔断部分的轮廓与所述叠钢片相符。
[0013]在本申请的电动机转子中，优选地，每个钢片具有径向向外伸出的多个齿部和从每个齿部的径向外端沿圆周方向向两侧伸出的圆弧段形冠部，通过各钢片的齿部和冠部在叠钢片中限定出轴向延伸的多个槽；并且，所述绝缘塑料元件还包括在所述槽中形成在所述隔断部分之间的槽内绝缘层。
[0014]在本申请的电动机转子中，优选地,所述绝缘塑料元件还包括从所述隔断部分中的至少一个围绕所述转子轴轴向向外延伸的套筒部分。
[0015]本申请在其另一个方面提供了 一种电动机转子制造方法，包括下述步骤:制备转子轴；制备多个钢片，将所述多个钢片套装在转子轴上而形成转子轴与钢片的预组装组件；将所述预组装组件置于注射成型模具中，并且利用绝缘塑料注射成型出所述一体式绝缘塑料元件。
[0016]在本申请的电动机转子制造方法中，优选地，所述注射成型模具包括定模、动模和沿轴向位于定模和动模之间的多个径向可移动模块；各可移动模块能够在收缩位置和展开位置之间移动；其中，在收缩位置，各可移动模块贴紧于叠钢片的外圆周面并且构成封闭的圆筒；在展开位置，各可移动模块径向移离叠钢片的外圆周面。
[0017]在本申请的电动机转子制造方法中，优选地，所述定模和动模的对置表面上在轴向相对的位置上分别形成有沿轴向朝向对方突伸的销，在合模状态下，利用这些销将各钢片轴向夹紧在一起。
[0018]根据本申请，通过单一的注射成型过程，完成转子轴与叠钢片之间的连接，同时实现了转子绝缘。本申请可以简化制造过程，减少设备成本，降低废品率。
[0019]此外，根据本申请，通过流入转子轴和叠钢片之间的塑料实现二者之间良好的连接强度。各钢片的冠部之间空隙和齿部之间空腔由一体的槽内绝缘层覆盖，因此可避免绕组与钢片间短路或被划伤。
[0020]此外，本申请的电动机转子非常适合于小型电动机中的小型薄壁转子。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]从后述的详细描述并结合下面的附图将能更全面地理解本申请的前述以及其它方面，在附图中:
[0022]图1是根据本申请的一个实施方式的电动机转子沿中心轴线剖切的剖视图；
[0023]图2是图1中的转子的右视图；
[0024]图3是图1中的转子中的一个钢片的示意图；
[0025]图4是沿着图1中的线A-A所作的剖面图；
[0026]图5是图1中的转子中的转子轴的示意图；
[0027]图6是根据本申请的一个实施方式的电动机转子制造方法中的转子组装过程的示意图。
【具体实施方式】[0028]下面参照附图描述根据本申请的电动机转子及其制造方法的一些可行实施方式。
[0029]本申请所涉及的转子适用于各种电动机，尤其适用于小型电动机，例如车辆、电动工具等中使用的电动机。本申请所涉及的转子在被构造为小型薄壁转子时特别有益。
[0030]图1中示意性显示了根据本申请的一个实施方式的电动机转子，其主要包括转子轴1、由转子轴I承载的叠钢片2和缠绕于叠钢片的绕组(未示出)。
[0031]根据本申请的一个方面，叠钢片2通过注射成型形成的单件绝缘塑料元件3固定在转子轴I上，该绝缘塑料元件3还同时实现了转子的绝缘。为了实现这一点，转子需要被构造出相应的结构，下面具体描述。
[0032]参照图1、5，转子轴I是具有中心轴线的单体轴，该中心轴线也限定了转子的中心轴线。转子轴I具有纵向(轴向)两侧的光轴部分11、12和位于光轴部分11、12之间的非光轴部分13。
[0033]非光轴部分13的外周被处理，以提高其与绝缘塑料元件3之间的连接强度，如后文详细描述。对非光轴部分13的外周所做处理包括使外周表面糙化，例如通过滚花、拉丝等形成纹理，通过喷丸处理等增大表面粗糙度等等；在非光轴部分13的外周形成与绝缘塑料元件3形状配合的结构，例如突起、凹槽等，这种配合结构是点状散布的和/或连续延伸的。为了便于对非光轴部分13进行处理，可以在非光轴部分13与光轴部分11、12之间形成环形凹槽14。非光轴部分13、光轴部分11、12三者的直径可以相等或不等，但三者具有公共的中心轴线。
[0034]转子轴I的两端形成有倒角。为了便于将转子轴I与被电动机驱动的元件之间的连接，在转子轴I的一端(图1中的左端)处形成有便于外部连接的结构，例如图1中所示的台阶15或者未示出的键槽、花键等。
[0035]如图1所示，叠钢片2由在转子轴I上沿轴向并排布置且彼此对正的多个钢片(娃钢片)6组成。为了实现各钢片6相互对正，各钢片6之间可以形成彼此配合的定位结构。相邻钢片6之间通过绝缘层7相互绝缘。所述绝缘层7可以是涂覆在钢片6上的绝缘材料覆层，或是夹在钢片6之间的绝缘片材。
[0036]各钢片6是通过硅钢板材冲裁而制成的，形状如图3示意性显示。每个钢片6具有内侧环形部61、从环形部61径向向外伸出的多个(例如图中所示的8个)齿部63、从每个齿部63的径向外端沿圆周方向向两侧伸出的圆弧段形冠部64。
[0037]环形部61具有限定出内周面的内孔，该内孔通常在钢片6的制造过程中冲压出来，但也不排除以其它方式形成。该内周面被形成为具有朝向环形部61凹入的多个凹坑62。这些凹坑62沿着该内周面的周向均布，从而该内周面具有波纹形状。相邻凹坑62之间形成径向向内突伸部。
[0038]这样，各钢片6的内孔沿轴向组合起来构成叠钢片2的内孔，各钢片6的波纹形内周面构成叠钢片2的波纹形内周面。需要指出，在叠钢片2中，各钢片6的波纹形内周面最好沿轴向对齐，即各钢片6的凹坑62沿轴向对齐。当然，这一点并非必需的。
[0039]相邻齿部63之间形成空腔65，并且相邻冠部64之间形成与空腔65相通的空隙66。这些空腔65和空隙66构成叠钢片2中的轴向延伸的多个槽，用于接纳绕组。构成绕组的线圈(未示出)可经空隙66进入空腔65中并且围绕齿部63缠绕。每个齿部63具有宽度T3，如图3所示。[0040]参看图1，绝缘塑料元件3主要包括下面各部分:形成在叠钢片2与转子轴I之间的圆筒形部分31，形成在圆筒形部分31轴向两端的隔断部分32、33，分别由隔断部分32、33轴向向外伸出的套筒部分34、35，以及在隔断部分32、33之间沿着各钢片6的空腔65和空隙66轴向延伸的槽内绝缘层70 (见图4)。
[0041 ] 如图4所示，槽内绝缘层70形成在各空腔65的内表面上从而限定成绝缘空腔40，以及形成在相邻冠部64的对置端面上从而限定出绝缘间隙41。槽内绝缘层70径向向外终止于各钢片6的外周面。
[0042]槽内绝缘层70具有满足绕组与钢片6之间绝缘要求的厚度，这样在每个带有槽内绝缘层的齿部63处，总宽度T4为齿部63的宽度T3加上两倍的槽内绝缘层厚度。
[0043]槽内绝缘层70的各部位可以具有一致的厚度，也可以根据各部位不同的需要具有不同的厚度，这可以通过绝缘塑料元件3的注射成型中的模腔尺寸设置而容易地实现。
[0044]如图1所示，非光轴部分13的轴向长度小于叠钢片2的轴向长度，因此，叠钢片2在轴向上围绕着整个非光轴部分13以及光轴部分11、12的轴向内侧部分。
[0045]当然，非光轴部分13的轴向长度也可以等于或大于叠钢片2的轴向长度，这样，叠钢片2在轴向上只围绕着非光轴部分13,或是围绕着光轴部分11、12之一和非光轴部分13。
[0046]图2中显示了右侧的隔断部分33的形状。隔断部分33具有与钢片6相符的轮廓，并且主要包括紧密围绕着转子轴I (优选围绕着光轴部分12)的中央环形部37，从环形部61径向向外伸出的多个齿部38、从每个齿部38的径向外端沿圆周方向向两侧伸出的圆弧段形冠部39。相邻齿部38之间形成与槽内绝缘层70中的绝缘空腔40连续且形状一致的绝缘空腔40,相邻冠部39之间形成与绝缘空腔40相通、并且与槽内绝缘层70中的绝缘空隙41连续且形状一致的绝缘空隙41。此外，在至少一些所述齿部38中，形成有轴向贯通的通孔36，用于在注射成型过程中对各钢片6进行轴向定位，如后文所述。
[0047]左侧的隔断部分32具有与隔断部分33大体一致的形状，因此不再详细描述。
[0048]参看图1，隔断部分32、33分别具有轴向厚度T I和T2，二者可以相同或不同。此夕卜，套筒部分34、35分别紧密围绕着转子轴I (优选围绕着光轴部分11、12)轴向延伸相同或不同的轴向长度。套筒部分34、35的轴向外端内分别形成有围绕着转子轴I (优选围绕着光轴部分11、12)的环形槽。这种环形槽可用于容纳其它元件的安装部。
[0049]由于叠钢片2与转子轴I之间也需绝缘，因此可以在叠钢片2的内孔与转子轴I的外周之间存在一定间隙，充填到该间隙中的塑料构成圆筒形部分31，如图4所示。圆筒形部分31的部分材料充填到各钢片6的凹坑62中。
[0050]在各钢片6本身已被绝缘处理的情况下，叠钢片2的内孔也可以与转子轴I的外周局部接触(例如通过凹坑62之间的径向向内突伸部实现接触)。
[0051]叠钢片2与转子轴I之间的连接强度主要包括圆周方向连接强度和轴向连接强度，其中圆周方向连接强度更为重要，因为要保证叠钢片2的旋转力传递到转子轴I。通过为转子轴I提供非光轴部分13，绝缘塑料元件3的圆筒形部分31的内周牢固地连接在转子轴I上。另一方面，通过在各钢片6的内孔中设置波纹形内周面，绝缘塑料元件3的圆筒形部分31的外周牢固地连接在叠钢片2上。这样，通过单一的绝缘塑料元件3，在叠钢片2与转子轴I之间建立了结实的连接，提供了足够的连接强度，尤其是圆周方向连接强度。[0052]此外，绝缘塑料元件3的隔断部分32、33形成在叠钢片2的轴向两端，隔断部分32、33不但将各钢片6沿轴向约束在一起，而且为叠钢片2提供了轴向绝缘。此外，如前所述，叠钢片2与转子轴I之间的绝缘完全或部分地通过绝缘塑料元件3的圆筒形部分31实现。叠钢片2的外圆周没有被绝缘塑料元件3覆盖。
[0053]下面描述根据本申请的一个实施方式的制造图1中的转子的过程。
[0054]首先，制造出前面描述的转子轴1，其具有光轴部分11、12和位于二者之间的非光轴部分13。
[0055]其次，将叠钢片2的各钢片6套装在转子轴I上，以形成预组装组件。需要指出，各钢片6可以彼此分开地套装到转子轴I上，也可以将各钢片6预先组合在一起而形成一个整体式叠钢片2，然后将叠钢片2套装到转子轴I上。
[0056]然后，在注射成型模具中注射成型绝缘塑料元件3，以便组装成整个转子。可以理解，在这里可以利用各式各样的注射成型模具，图6中示出了可以采用的一种可行注射成型模具，但不必局限于此。此外，需要指出，图6中所示的模具结构是示例性的，模具的许多细节被省略，并且为了清楚图示，模具的结构和尺寸被有意改变。
[0057]如图6所示，注射成型模具包括定模81和动模82。前述预组装组件的转子轴I的光轴部分11、12分别插入定模81和动模82中的容纳槽中。
[0058]注射成型模具还包括沿轴向位于定模81和动模82之间的多个径向可移动模块83。这些可移动模块83能够径向向内移动到推抵于叠钢片2的外圆周面上的收缩位置，并且构成封闭的圆筒以贴紧叠钢片2的外圆周面。在收缩位置，这些可移动模块83还确保叠钢片2与转子轴I之间的正确径向位置，即确保叠钢片2的内孔与转子轴I的外周之间的正确间隙(如果有的话)。
[0059]在定模81和动模82合模后，处于收缩位置的这些可移动模块83的轴向两端被夹持在定模81和动模82的对置表面之间。此外，这些可移动模块83能够径向向外移动离开叠钢片2的外圆周面而达到展开位置。
[0060]定模81和动模82的对置表面上在轴向相对的位置上分别形成有沿轴向朝向对方突伸的销84，在合模状态下，这些销从轴向两侧向内推抵于轴向最外侧的两个钢片6，以将各钢片6轴向夹紧在一起。
[0061]此外,动模82还设有轴向朝向定模81延伸的多个柱86,每个柱86适于插入叠钢片2中的相应空腔65和空隙66中。柱86的径向外缘与叠钢片2的外圆周平齐，柱86的其它外周部位与叠钢片2的对应部位之间形成有用于产生槽内绝缘层70的间隙。
[0062]此外，定模81和动模82的对置表面中分别形成有用于产生套筒部分34、35的凹腔85。
[0063]在利用图6所示的注射成型模具组装转子时，首先，动模82位于轴向移动离开定模81的开模位置，而各可移动模块83处于展开位置。在这种状态下，将前述预组装组件放入模具中，其中光轴部分11插入定模81中的容纳槽中。然后，可移动模块83移动到收缩位置而推抵于叠钢片2的外圆周面上。接下来，动模82朝向定模81轴向移动到合模位置，其中光轴部分12插入动模82中的容纳槽中，各个柱86插入叠钢片2中的相应空腔65和空隙66中，定模81和动模82上的销84将各钢片6轴向夹紧在一起。这样，叠钢片2的各钢片6相对于转子轴I的轴向和径向位置都被限定。[0064]在合模状态下，在定模81、动模82以及可移动模块83之间限定出符合绝缘塑料元件3外形的模腔。
[0065]接下来，向模腔中注射熔融绝缘塑料，熔融塑料流入模腔中，以形成绝缘塑料元件3的前述各部位。
[0066]具体而言，熔融塑料流入模具中，充填到转子轴I和叠钢片2之间的间隙中，通过特殊的间隙形式实现高连接强度。
[0067]此外，熔融塑料还会充填到叠钢片与模腔表面之间的空间中，从而形成绝缘塑料元件的槽内绝缘层70以及两侧的隔断部分32、33和套筒部分34、35。所述销84在所形成的隔断部分32、33的齿部38中产生轴向贯通的通孔36。
[0068]在塑料冷却固化后，动模82轴向移离定模81，可移动模块83移动到展开位置，组装好的转子可从模具中脱出。
[0069]这样，通过单一的注射成型过程，完成转子轴与叠钢片之间的连接，同时实现了转子绝缘。
[0070]如前所述，在传统技术中，转子轴与叠钢片连接和转子绝缘通过不同的工艺过程实现，可能需要提供注射成型机和压力机。利用本申请的注射成型连接方法，两个工艺过程被合二为一，只需要提供注射成型机和注射成型模具，不需要压力机和冲压模具，因此设备成本与现有技术中的注射成型机加注射成型模具相比几乎相同。
[0071]此外，根据本申请，在不同工位之间传送半成品工件的动作减少，因此制造过程得以简化。此外，只通过一个工序加工，因此废品率降低。
[0072]根据本申请，转子轴和叠钢片上加工出专门的结构，以确保通过流入二者之间的熔融塑料实现良好的连接强度。
[0073]其次，根据叠钢片的外轮廓设置和制造注射成型模具。通过塑料注射成型将叠钢片固定到转子轴上，以同时实现连接和绝缘。此外，可通过在模具的特定区域构造出专门的结构，从而确保绝缘塑料元件各部位的壁厚和结构。
[0074]此外，各钢片的冠部之间的空隙由一体的绝缘层覆盖，因此绕组不会与钢片间短路或被划伤。
[0075]此外，在注射成型模具中，采用了侧面可移动模块，因此制成的转子的脱模方便，不必借助于斜度脱模，从而避免各钢片在脱模时受到模具牵拉而分开。
[0076]可以看出，本申请的电动机转子制造方法设备成本低，组装过程简单，且非常适合于小型薄壁转子。
[0077]尽管这里详细描述了本申请的特定实施方式，但它们仅仅是为了解释的目的而给出的，而不应认为它们对本申请的范围构成限制。在不脱离本申请精神和范围的前提下，各种替换、变更和改造可被构想出来。
【权利要求】
1.一种电动机转子,包括: 转子轴； 叠钢片，其由在转子轴上沿轴向排列且彼此对正的多个钢片组成，每个钢片限定出内孔，所述转子轴穿过所述内孔；以及 注射成型的一体式绝缘塑料元件，其包括形成在叠钢片的内孔与转子轴的外圆周面之间的圆筒形部分以及形成在所述圆筒形部分的轴向两端的隔断部分，叠钢片通过所述圆筒形部分固定在所述转子轴上，所述隔断部分约束各钢片的轴向位置。
2.如权利要求1所述的电动机转子，其中，所述转子轴包括位于轴向中部且被叠钢片围绕着的非光轴部分和位于所述非光轴部分轴向两侧的光轴部分。
3.如权利要求2所述的电动机转子，其中，所述非光轴部分具有糙化外周表面或与所述圆筒形部分形状配合的结构。
4.如权利要求3所述的电动机转子，其中，所述非光轴部分的轴向长度等于或小于所述叠钢片的轴向长度，所述圆筒形部分紧密围绕着所述非光轴部分，可能还紧密围绕着两侧光轴部分中的至少一个的一部分。
5.如权利要求1至4中任一项所述的电动机转子，其中，所述叠钢片的内孔沿圆周方向具有波纹形状。
6.如权利要求1至5中任一项所述的电动机转子，其中，所述隔断部分的轮廓与所述叠钢片相符。
7.如权利要求6所述的电动机转子，其中，每个钢片具有径向向外伸出的多个齿部和从每个齿部的径向外端沿圆周方向向两侧伸出的圆弧段形冠部，通过各钢片的齿部和冠部在叠钢片中限定出轴向延伸的多个槽；并且 所述绝缘塑料元件还包括在所述槽中形成在所述隔断部分之间的槽内绝缘层。
8.如权利要求6或7所述的电动机转子，其中，所述绝缘塑料元件还包括从所述隔断部分中的至少一个围绕所述转子轴轴向向外延伸的套筒部分。
9.一种如权利要求1至8中任一项所述的电动机转子的制造方法，包括下述步骤: 制备转子轴； 制备多个钢片，将所述多个钢片套装在转子轴上而形成转子轴与钢片的预组装组件； 将所述预组装组件置于注射成型模具中，并且利用绝缘塑料注射成型出所述一体式绝缘塑料元件。
10.如权利要求9所述的电动机转子的制造方法，其中，所述注射成型模具包括定模、动模和沿轴向位于定模和动模之间的多个径向可移动模块； 各可移动模块能够在收缩位置和展开位置之间移动； 其中，在收缩位置，各可移动模块贴紧于叠钢片的外圆周面并且构成封闭的圆筒；在展开位置，各可移动模块径向移离叠钢片的外圆周面。
11.如权利要求10所述的电动机转子的制造方法，其中，所述定模和动模的对置表面上在轴向相对的位置上分别形成有沿轴向朝向对方突伸的销，在合模状态下，利用这些销将各钢片轴向夹紧在一起。
【文档编号】H02K1/22GK103715791SQ201210370594
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年9月28日 优先权日:2012年9月28日
【发明者】张灏然, C·福尔默, J·诺瓦克 申请人:博世汽车部件(长沙)有限公司