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CN113364158B - 一种便于外圆面加工的电机定子、电机及其加工装配工艺 - Google Patents

一种便于外圆面加工的电机定子、电机及其加工装配工艺 Download PDF

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CN113364158B CN202110569041.2A CN202110569041A CN113364158B CN 113364158 B CN113364158 B CN 113364158B CN 202110569041 A CN202110569041 A CN 202110569041A CN 113364158 B CN113364158 B CN 113364158B
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Abstract

本发明公开了一种便于外圆面加工的电机定子，包括定子铁芯，所述定子铁芯外表面设有绝缘层，所述绝缘层外表面设有金属外壳，所述绝缘层与定子铁芯和金属外壳采用金属嵌件注塑工艺注塑为一体。还公开了基于上述电机定子的电机。另外还公开了一种电机加工装配工艺。本发明通过将定子铁芯和金属外壳作为嵌件放入到模具中，通过注塑工艺形成与定子铁芯及金属外壳一体的绝缘层，定子铁芯获得双绝缘，满足安规要求。同时由于金属外壳位于最外层，便于对该定子的外圆面进行精加工，能够精确控制该定子的内孔与外圆的同心度，进而获得定子与转子之间所需要的气隙值，同时不易发生定子与转子机械干涉的质量问题。

Description

一种便于外圆面加工的电机定子、电机及其加工装配工艺
技术领域
本发明属于电机设备领域，尤其涉及一种便于外圆面加工的电机定子、电机及其加工装配工艺。
背景技术
高压无刷电机，特别是微型高压开关磁阻电机，为了保证功率密度和效率，其定子和转子之间的气隙一般在0.2mm-0.35mm，而其轴向长度一般大于60mm，这就导致在装配过程中对定子和转子的同心度要求极高。另外出于安全规定的要求，定子转子均需要采用双绝缘结构，现有技术中定子的双绝缘结构一般采用在定子外表面涂覆绝缘材料的方式制成，或者采用在定子外圆与电机机壳之间加上一圈绝缘材料的方式制成，虽然这些措施解决了定子的双绝缘问题，但同时对定子与转子之间的气隙均匀性造成影响。具体的，如果采用在定子外表面涂覆绝缘材料的方式，由于一般绝缘材料为有机高分子材质，涂覆后难以通过精加工的方式来控制定子内孔与外圆面的同心度，这就造成定子在与电机支架装配时定子内孔的中心轴线与电机支架的中心轴线同心度不能满足精度要求，而转子是电机轴通过轴承与电机支架的轴承室配合，这样最终导致难以控制转子外圆与定子内孔的同心度，难以获得所要求的均匀气隙值。如果采用在定子外圆与电机机壳之间设置绝缘材料的方式，首先还是存在上述的问题，绝缘材料本身的内圈难以通过精加工的方式与定子外圆配合，另外还需要增加装配工艺步骤，更容易积累误差。现有技术中批量生产的高压无刷电机往往由于定子与转子的同心度无法精确控制，而所设计的定子与转子的气隙又很小，导致在使用时发生定子与转子的机械干涉(俗称擦铁或扫膛)，属于质量问题。
另外，在尽可能的获得小气隙的情况下，由于定子与转子之间的间隙很小，就要求在长期运行过程中，定子不能相对转子发生径向偏移，否则也容易造成定子和转子机械干涉，使电机失效。然而现有技术中由于定子外的有机高分子材料绝缘层强度较小，有机高分子材料容易在外力作用下相对定子发生局部变形，造成定子径向偏移，可能引起定子与转子机械干涉。
发明内容
本发明的目的在于提供一种便于外圆面加工的电机定子、电机及其加工装配工艺，能够有效解决现有技术中为满足双绝缘要求难以对定子外圆面进行精加工以保证定子内外圈高同心度的问题，进而可以提高定子与转子的同心度，保证定子与转子之间能够获得所需的均匀小气隙。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种便于外圆面加工的电机定子，包括定子铁芯，所述定子铁芯外表面设有绝缘层，所述绝缘层外表面设有金属外壳，所述绝缘层与定子铁芯和金属外壳采用金属嵌件注塑工艺注塑为一体。
优选的，所述定子铁芯包括轭部和齿部，所述绝缘层包括端板绝缘层、支架绝缘层和绕组绝缘层，所述端板绝缘层覆盖在轭部的上下端面上，所述支架绝缘层覆盖在轭部的外圈面上，所述绕组绝缘层覆盖在齿部的两侧侧面和轭部的内圈面上。依据该定子铁芯的结构，注塑形成的绝缘层包括端板绝缘层、支架绝缘层和绕组绝缘层，这样除定子铁芯内圈面之外的部位能够保证绝缘层覆盖到位，满足双绝缘安规要求。
优选的，所述金属外壳环绕定子铁芯设置，所述金属外壳有两圈，两圈所述金属外壳之间的支架绝缘层上设有环形开口槽。设置环形开口槽一方面能够有效减少金属外壳与绝缘层材料的使用，降低材料成本；另一方面能够提高定子的散热效果。
优选的，所述环形开口槽两侧的支架绝缘层均沿径向设有环形凸起，所述环形凸起的外圆面与金属外壳的外圆面齐平。一方面通过该环形凸起可以完全隔绝该金属外壳与定子铁芯，保证绝缘效果；另一方面这样设置增加了金属外壳与绝缘层的注塑连接面积，能够提高金属外壳与绝缘层的连接稳定性。
优选的，所述环形开口槽内沿周向均匀设有多根加强筋。这样在保持上述有益效果的同时还能增加绝缘层的强度。
优选的，位于上方的一圈金属外壳的上表面与绝缘层的上表面齐平，位于下方的另一圈金属外壳的下表面与绝缘层的下表面齐平。这样便于后续对金属外壳的精加工操作，另外对于尺寸相同的金属外壳来说，这样将金属外壳设置在上下端部可以相应的减少绝缘层的材料使用(因为环形开口槽的尺寸可以设计的更大一些)，降低生产成本。
优选的，所述金属外壳的强度大于绝缘层的强度。这样金属外壳在外力作用下不易发生变形，因此增加了整体结构的强度和刚性，可以避免造成定子径向偏移，进而避免引起定子与转子机械干涉，保持设备运行的稳定性。
为解决上述技术问题，本发明还采用如下技术方案：一种电机，包括定子、转子和电机支架，所述定子固定连接在电机支架上，所述转子转动连接在电机支架上，所述定子为上述技术方案中任一项所述的一种便于外圆面加工的电机定子。由于该电机采用了上述方案中的定子，能够精确控制定子与转子的同心度，进而获得所需要的定子与转子之间的气隙值，具有较高的电机功率密度和效率，有效扩大该电机的应用范围与使用稳定性。
为解决上述技术问题，本发明还采用如下技术方案：一种电机加工装配工艺，包括以下步骤：
S10：制作定子铁芯和金属外壳；
S20：将定子铁芯和金属外壳作为嵌件放置并定位于注塑模具内；
S30：使用具有绝缘性的注塑材料挤入注塑模具，通过注塑工艺形成与定子铁芯及金属外壳一体的绝缘层；
S40：装夹定子铁芯内圈面进行定位，然后对金属外壳外圈面进行精车加工和/或精磨加工，制成电机定子；
S50：将所述电机定子固定安装至电机支架上，再将电机转子通过电机轴转动安装在电机支架上。
优选的，所述步骤S30与S40之间还包括步骤S31：对所述定子铁芯的内圈面进行精车加工和/或精磨加工。进一步提高定子内圈与转子外圈的同心度，获得所需的均匀气隙值。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：通过将定子铁芯和金属外壳作为嵌件放入到模具中，通过注塑工艺形成与定子铁芯及金属外壳一体的绝缘层，也即利用注塑工艺将绝缘层与定子铁芯及金属外壳注塑为一体，其结构连接稳固，定子铁芯获得双绝缘，满足安规要求。同时，由于金属外壳位于最外层，也即该定子的最外层为金属材质，这样便于对该定子的外圆面进行精加工(精车加工或精磨加工或两种加工方式配合)，能够精确控制该定子的内孔与外圆的同心度，进而便于后续的装配操作，能够精确控制该定子内圈与转子外圆的同心度，便于获得定子与转子之间所需要的均匀气隙值，并且该气隙值足够小以提升电机的功率，同时不易发生定子与转子机械干涉的质量问题。
附图说明
图1实施例一提供的一种便于外圆面加工的电机定子的结构示意图；
图2实施例一提供的一种便于外圆面加工的电机定子的爆炸图；
图3实施例一提供的一种便于外圆面加工的电机定子的剖视图；
图4实施例二提供的一种电机的剖视图。
其中，1.定子铁芯，10.轭部，11.齿部，2.绝缘层，20.端板绝缘层，21.支架绝缘层，210.环形开口槽，211.环形凸起，22.绕组绝缘层，3.金属外壳，4.电机支架，5.转子，6.电机轴，7.轴承，8.气隙，9.散热风叶。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。另外，本发明中“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
实施例一：如图1所示，本实施例提供的一种便于外圆面加工的电机定子，包括定子铁芯1，定子铁芯1外表面设有绝缘层2，绝缘层2外表面设有金属外壳3，绝缘层2与定子铁芯1和金属外壳3采用金属嵌件注塑工艺注塑为一体，具体的，就是将将定子铁芯1和金属外壳3作为嵌件放入到注塑模具中，通过注塑工艺形成与定子铁芯1及金属外壳3一体的绝缘层2，其结构连接稳固，同时定子铁芯1获得双绝缘，满足安规要求。另外，由于金属外壳3位于最外层，也即该电机定子的最外层为金属材质，这样便于对该定子的外圆面进行精加工(精车加工或精磨加工或两种加工方式配合)，能够精确控制该定子的内孔与外圆的同心度，进而便于后续的装配操作，增强定子整体结构的强度和刚性，能够精确控制该定子内圈与转子外圆的同心度，便于获得定子与转子之间所需要的均匀气隙值，并且该气隙值足够小以提升电机的功率，同时不易发生定子与转子机械干涉的质量问题。
结合图2和图3所示，本实施例中的定子铁芯1包括轭部10和齿部11，绝缘层2包括端板绝缘层20、支架绝缘层21和绕组绝缘层22，端板绝缘层20覆盖在轭部10的上下端面上，支架绝缘层21覆盖在轭部10的外圈面上，绕组绝缘层22覆盖在齿部11的两侧侧面和轭部10的内圈面上。这样依据该定子铁芯1的结构，注塑形成的绝缘层2包括端板绝缘层20、支架绝缘层21和绕组绝缘层22，这样除了定子铁芯1的内圈面之外，绝缘层2能够覆盖到位，满足双绝缘安规要求。
本实施例中的金属外壳3环绕定子铁芯1设置，金属外壳3有两圈，两圈金属外壳3之间的支架绝缘层21上设有环形开口槽210。设置环形开口槽210一方面能够有效减少金属外壳3与绝缘层2材料的使用，降低材料成本；另一方面能够提高定子的散热效果。进一步的，本实施例中还在环形开口槽210两侧的支架绝缘层21均沿径向设置环形凸起，可以理解的是，该环形凸起可以在注塑时一体成型，环形凸起的外圆面与金属外壳3的外圆面齐平。这样一方面通过该环形凸起可以完全隔绝该金属外壳3与定子铁芯1，保证绝缘效果；另一方面这样设置增加了金属外壳3与绝缘层2的注塑连接面积，能够提高金属外壳3与绝缘层2的连接稳定性。另外，为了保证该绝缘层2的强度，还可以在环形开口槽210内沿周向均匀设有多根加强筋(图中未示出)，这样在保持上述有益效果的同时还能增加绝缘层2的强度。
为便于后续精加工，本实施例中位于上方的一圈金属外壳3的上表面与绝缘层2的上表面齐平，位于下方的另一圈金属外壳3的下表面与绝缘层2的下表面齐平，另外对于尺寸相同的金属外壳3来说，这样将金属外壳3设置在上下端部可以相应的减少绝缘层2的材料使用(因为环形开口槽210的尺寸可以设计的更大一些)，降低生产成本。
本实施例中所选用的金属外壳3的强度大于绝缘层2的强度，当然，一般情况下金属材质的强度都会大于绝缘层2强度，在材料选择上具有很大的选择范围。这样设置的好处在于：金属外壳3强度及刚性较大，在外力作用下不易发生变形，可以避免造成定子径向偏移，进而避免引起定子与转子机械干涉，保持设备运行的稳定性。
实施例二：本实施例提供了一种电机，如图4所示，该电机包括电机定子、电机转子5和电机支架4，电机定子通过螺栓固定连接在电机支架4上，电机转子5固定连接在电机轴6上，电机支架4的前后两端均设有轴承室，轴承室内设有轴承7，电机轴6的前后端分别转动连接在对应侧的轴承7上，在定子与电机转子5之间具有气隙8，其内部还设有散热风叶9。其中，定子为上述实施例提供的一种便于外圆面加工的电机定子。由于该电机采用了上述方案中的定子，能够精确控制定子与转子的同心度，进而获得所需要的定子与电机转子5之间的气隙值，具有较高的电机效率，有效扩大该电机的应用范围与使用稳定性。
实施例三：本实施例提供了一种电机加工装配工艺，结合图4中的电机进行说明，该电机加工装配工艺包括以下步骤：
S10：制作定子铁芯1和金属外壳3；本实施例中通过冲压制成硅钢片，再通过紧固件将硅钢片叠压制成定子铁芯1，而金属外壳3采用压铸工艺制成，当然可以理解的是，金属外壳3也可以采用拉伸、粉末冶金、挤压等工艺制成。
S20：将定子铁芯1和金属外壳3作为嵌件放置并定位于注塑模具内；
S30：使用具有绝缘性的注塑材料挤入注塑模具，通过注塑工艺形成与定子铁芯1及金属外壳3一体的绝缘层2；本实施例中通过将熔融状态且具有绝缘性质的注塑材料挤压入注塑模具的模具腔内，通过注塑工艺制成一体的定子铁芯1、金属外壳3和绝缘层2。
S40：装夹定子铁芯1内圈面进行定位，然后对金属外壳3外圈面进行精车加工和/或精磨加工，制成电机定子；本实施例中对金属外壳3外圈面先进行精车加工，再根据所要求的气隙值决定是否进行精磨加工。
S50：将电机定子固定安装至电机支架4上，再将电机转子5通过电机轴6转动安装在电机支架4上。可以理解的是，在该步骤中也需要对电机支架4的装配端面进行精加工，以保证良好的稳定性，但该步骤采用现有技术中的方式即可，不再赘述。
进一步的，还可以在步骤S30与S40之间增加步骤S31：对定子铁芯1内圈面进行车削加工。这样能够进一步提高定子内圈与转子外圈的同心度，获得更精准的气隙值。
该电机加工装配工艺通过将定子铁芯1和金属外壳3作为嵌件放入到注塑模具中，通过注塑工艺形成与定子铁芯1及金属外壳3一体的绝缘层2，也即利用注塑工艺将绝缘层2与定子铁芯1及金属外壳3注塑为一体，其结构连接稳固，同时定子铁芯1获得双绝缘，满足安规要求。在对位于最外层的金属外壳3进行精加工(精车加工或精磨加工或两种加工方式配合)，相对于现有技术中涂覆在定子铁芯1外表面的绝缘材质而言，金属更加便于进行精加工操作，能够精确控制该定子的内孔与外圆的同心度，进而便于后续的装配操作，能够精确控制该定子内圈与转子外圆的同心度，便于获得定子与转子之间所需要的气隙值，同时不易发生定子与转子机械干涉的质量问题。
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (6)

1.一种便于外圆面加工的电机定子，包括定子铁芯，其特征在于：所述定子铁芯外表面设有绝缘层，所述绝缘层外表面设有金属外壳，所述绝缘层与定子铁芯和金属外壳采用金属嵌件注塑工艺注塑为一体；所述定子铁芯包括轭部和齿部，所述绝缘层包括端板绝缘层、支架绝缘层和绕组绝缘层，所述端板绝缘层覆盖在轭部的上下端面上，所述支架绝缘层覆盖在轭部的外圈面上，所述绕组绝缘层覆盖在齿部的两侧侧面和轭部的内圈面上；所述金属外壳环绕定子铁芯设置，所述金属外壳有两圈，两圈所述金属外壳之间的支架绝缘层上设有环形开口槽；位于上方的一圈金属外壳的上表面与绝缘层的上表面齐平，位于下方的另一圈金属外壳的下表面与绝缘层的下表面齐平，所述金属外壳位于最外层，所述环形开口槽两侧的支架绝缘层均沿径向设有环形凸起，所述环形凸起的外圆面与金属外壳的外圆面齐平；金属外壳分别设置在支架绝缘层轴向两端。
2.如权利要求1所述的一种便于外圆面加工的电机定子，其特征在于：所述环形开口槽内沿周向均匀设有多根加强筋。
3.如权利要求1所述的一种便于外圆面加工的电机定子，其特征在于：所述金属外壳的强度大于绝缘层的强度。
4.一种电机，包括定子、转子和电机支架，所述定子固定连接在电机支架上，所述转子转动连接在电机支架上，其特征在于：所述定子为权利要求1至3中任一项所述的一种便于外圆面加工的电机定子。
5.一种电机加工装配工艺，其特征在于，所述电机包括定子，所述定子为权利要求1至3中任一项所述的一种便于外圆面加工的电机定子；所述工艺包括以下步骤：
S10：制作定子铁芯和金属外壳；
S20：将定子铁芯和金属外壳作为嵌件放置并定位于注塑模具内；
S30：使用具有绝缘性的注塑材料挤入注塑模具，通过注塑工艺形成与定子铁芯及金属外壳一体的绝缘层；
S40：装夹定子铁芯内圈面进行定位，然后对金属外壳外圈面进行精车加工和/或精磨加工，制成电机定子；
S50：将所述电机定子固定安装至电机支架上，再将电机转子通过电机轴转动安装在电机支架上。
6.如权利要求5所述的一种电机加工装配工艺，其特征在于：所述步骤S30与S40之间还包括步骤S31：对所述定子铁芯的内圈面进行精车加工和/或精磨加工。
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