低成本双线管电动机 及其加工方法 本发明涉及低成本电动机及其加工方法，具体地说，涉及改进的新型双线管两极和四极电动机及其加工方法。
在传统的C形框架的两极电动机的结构中，第一组导磁铁心片的一端设置有对齐的圆形转子开口，另一端设置有对齐的U形开口。第二组单独地细长的铁心片在一个单独的导电线圈位于其上之后，交叉地安装在第一组铁心片对齐的U形开口内。这样第二组铁心片提供了一个线圈缠绕区，导电线圈绕于其上以产生磁力线进入第一组铁心片对齐的转子开口内部设置的转子里，构成磁感应回路。
在这种传统的C形框架的两极电动机中，第二组铁心片的线圈缠绕区的外部横截面形状在电动机的叠压高度等于线圈缠绕区的横截面的宽度时为典型的正方形。在导电线圈使用铜的情况下，这是最有效的铁心片高度，因为周长和线圈缠绕区的横截面积的比率最小。当铁心片组的高度增加时，为了增加电动机的输出功率，线圈缠绕区的横截面积变得愈来愈接近矩形，其周长对缠绕区面积的比率变大，效率降低。同样，减少铁心片组的高度来降低电动机的输出功率会引起线圈缠绕区的横截面变得接近矩形，因此效率也降低。形成线圈缠绕区的第一组铁心片和第二组铁心片的柱一般具有大致相等的横截面积。
对于两极电动机结构，发现第一组铁心片两个隔开的边柱可用于线圈缠绕，无论是做成典型的四边形(正方形或矩形)还是做成较高阶次的(多于四边直到部分或全部的圆)形状。在这两种形式中，如果第一组叠压片的隔开的边柱的线圈缠绕区的位于靠近对齐的转子开口和转子，可获得几个重要的优点。这种结构允许导电线圈安装在隔开的柱上，从而提供一个更大和/或更有效的经过磁感应回路的转子的磁通。同时，形成位于每个隔开的边柱上的导电线圈的电线比用于传统的C形框架电动机结构的单一导电线圈的电线长度短二分之一，电线的直径也可减小。
与传统的C形框架电动机结构中的单一导电线圈相比，由于绕在隔开的边柱上的两个导电线圈具有更长的缠绕长度和更小的平均缠绕直径，可以使安装于两极电动机中第一组叠压铁心片的每对隔开的边柱上的导电线圈的电线长度短二分之一。结果，绕在隔开的边柱上的一个导电线圈的电线的长度变短。此外，用于两个导电线圈的电线的直径可减小。可以看出，由于每个线圈的电线长度缩短、两个导电线圈的缠绕表面积增大以及第一组叠压铁心片的隔开的边柱上的导电线圈邻近对齐的转子孔和转子，因此电线的直径可以减小。
所述两极电动机中的导电线圈的邻近位置提供了更为有效的从磁感应线圈回路经过磁极进入电动机的转子的磁通。在某些情况下，电动机的总尺寸的减小，也可减小磁通路径的长度。事实上，性能实验已表明这种结构的两极电动机比传统的所述型式的C形框架电动机的总效率高。例如，这种电动机效率的提高表现在其边柱的外部横截面具有一大于四边的高阶次形状，以及可节省铜。然而，这种改进的电动机的效率也可存在于那些边柱的外横截面具有典型的四边形(正方形或矩形)的结构中。
关于四极电动机，现在的四极电动机一般制成环状或环形室状的单元体，四个磁极沿环状或环形室状等间距分布。在一些设计中，正方形和矩形单元也可替代环状或环形室状的单元体。环形或其他封闭式结构之所以被选用是因为在最经济的可适用于各种不同用途的设计中它产生最短的磁通路径。例如，环形或环室形单元周围的磁通在各磁极处分成不同的两路，并沿大致垂直于每极中心的方向离开。如将在下面的讨论中看到的，这种仍在当前的设计中采用的磁通路运动在改进这种电动机的经济性和操作效率方面存在固有的限制。
在本发明的改进的新双线管四极结构中，隔开的成对的柱从带有用于安装转子的转子开口的四极中心区对边伸出。在每个隔开的柱的自由端，一端柱跨过各隔开的柱。根据设计的选择，线管安装在每个中心区对边的隔开的成对的柱上或缠绕在每个端柱上。任何一种情况，由于这种设计的“脚印”(foot print)的效果使得用于绕在每个绝缘线管上的每个导电线圈的所需材料会有显著的节省。例如，一个位于每个中心区对边的隔开的边柱上的导电线圈在相同的磁感应回路下可比单一导电线圈长度少二分之一，导线的直径也可减小。通过将每个导电线圈装在每个隔开的柱上，可形成更长的缠绕长度和更小的线圈缠绕直径，使组成每个导电线圈的电线长度显著地缩短。另外，由于上面解释的原因，可使电线的直径减小和每个导电线圈的电线长度缩短。
除此以外，因为带有缠好的导电线圈的绝缘线管安装在中心区对边上的每对叠压柱上，也可提供超过当前的四极电动机的改进的操作性能和效率。这也许部分地由于尽管总的所用铁心片材料减少而改进的新结构的横截面积却增加的缘故。
在本发明的给定的电动机结构中，隔开的边柱的组合的给定外横截面的形状为典型的四边形(正方形或矩形)；然而，在一些设计中，大于四边的更高阶次的外横截面形状也被采用，以比典型的多边形横截面形状甚至更能节省所需电线量。这些可参考本中请人前述的专利申请。
在下面的讨论中，本发明公开了上面大致描述的新改进的两极和四极电动机结构，以及这种电动机结构的改进的新加工方法，可提高效率、降低材耗。
本发明的目的和优点包括：
提供改进的新的低成本电动机，包括两极和四极电动机；
提供改进的新的低成本和高效率的电动机结构；
提供采用几种不同形式的双线管结构的电动机结构；
提供一种可显著节省材耗的电动机结构；
提供一种电动机结构，可节约导电线圈的材耗，在特定情况下，也可节约构成磁感应回路的导磁材料；
提供一种电动机结构，可节约电动机中其他元件的材耗；
提供一种电动机结构，尽管这种电动机的结构可节约大量的材料，但仍然具有比该领域的电动机具有更好的效率和总体性能；
提供一种电动机结构，适应当前的加工技术，而不需做大量修改和变动，并具有比目前结构更高的高效率、更好的总体操作性能和更低的成本；
提供这种改进的新的低成本、高效率电动机的加工方法；
提供这种低成本高效率的电动机的改进的新加工方法，及具有可靠的、不需要大量修改和变动熟知的加工技术即可连续操作的改进的新方法或加工步骤。
简而言之，本发明的低成本、高效率的C形框架或两极电动机包括导磁的叠压铁心片，各带有一对隔开的端柱和一对隔开的边柱。这种铁心片的组合的叠压结构形成了隔开的叠压端柱和隔开的叠压边柱。至少一个叠压端柱带有用于安装一转子的对齐的转子开口。每个叠压边柱上的线圈缠绕区具有一组合的给定外横截面的形状，一导电线圈绕紧在每个叠压边柱的线圈缠绕区上。
至少一个端柱与隔开的一对边柱构成整体。对齐的转子开口加工在与边柱整体制成的叠压端柱上。最好，每个铁心片的一个端柱与和端柱一体的隔开的边柱分开。每个这样分开的端柱在隔开的边柱的自由端上与之相连。
一个导电线圈，当绕紧在相应的每个隔开的边柱的线圈缠绕区时，其位置紧靠电动机的磁极、对齐的转子开口和转子。
形成每个导电线圈的电线位于每个线圈缠绕区上，最好多排并列，分层叠压缠紧。最好，一个带有缠好的线圈的绝缘线管位于每个叠压边柱的线圈缠绕区。用于形成每个导电线圈的电线在相同的磁感应回路下比形成单一线圈的长度小二分之一。最好，用于每个隔开的叠压边柱的电线在相同的磁感应回路下与用于单一线圈的同类电线相比具有更短的预定长度和更小的预定直径。
每个叠压边柱线圈缠绕区的组合的给定外横截面为四边形(正方形或矩形)，并且每个绕紧在每个叠压边柱上的导电线圈也具有相应的形状。另外，每个叠压边柱线圈缠绕区的组合的给定外横截面也可以是大于四边的较高阶次的外横截面形状，并且每个绕紧在每个叠压边柱上的导电线圈也具有相应的形状。
电动机最好有第一组和第二组铁心片。第一组铁心片包括带有一端柱和一对隔开的边柱的导磁的叠压铁心片。隔开的一对边柱一端与端柱相连，另一端为自由端。组合的叠压端柱和成对的隔开的叠压边柱组成第一组铁心片。转子开口设置在每个铁心片的端柱上并与相邻叠压端柱的转子开口对齐用以安装一个转子。每个叠压边柱有一个具有组合的给定外横截面形状的线圈缠绕区。导电线圈绕紧在每个叠压边柱的线圈缠绕区。第二组铁心片包含一有相同数量的单独的导磁叠压铁心片，并连接在第一组铁心片的隔开的一对叠压边柱的外自由端，以提供一组合的磁感应回路。
电动机带有极屏蔽元件，其靠近电动机磁极，并位于对齐的转子开口周围的缺口内。布置在对齐的转子开口上端的两极屏蔽元件最好斜向或弯向叠压边柱之间的中心，以减小叠压边柱之间的宽度和/或间距以及整个电动机的尺寸。
本发明也公开了一种从细长的导磁材料的片上加工端柱和与隔开的边柱为一体的C形框架铁心片以形成C形框架或两极电动机的改进的新方法。相邻C形框架铁心片由细长片压制而成，每个铁心片的端柱和隔开的边柱为一体并且相邻铁心片之间为对置的相互成镜像关系，其隔开的边柱沿片的长度纵向伸展。当铁心片叠压成型后，隔开的边柱具有一个组合的给定外横截面形状的线圈缠绕区。两个单独的端柱连接每对隔开的边柱的外自由端，至少其中之一是由细长片形成。
最好，至少一些单独的端柱铁心片是用C形框架铁心片的隔开的边柱之间的细长片加工制成。至少一些单独的端柱铁心片也可在细长片以外制成。至少一些单独的端柱铁心片也可由单独的导磁材料片形成。在特定的情况下，至少两个单独的端柱铁心片是由相邻C形框架铁心片对置的隔开的边柱之间的细长片形成。互补的紧固件也可在相邻C形框架铁心片的对置的隔开的边柱之间形成，用以连接在单独的端柱叠片上形成的互补的紧固件。
对于四极电动机，本发明的低成本、高效率的四极电动机包括导磁叠压铁心片，组成上有一带有转子开口的四极中心区和两对边柱的第一组铁心片。每对隔开的边柱大致相互成镜像地从中心区的对边伸出，另一端为外自由端。组合的叠压铁心片在叠压中心区的对片上组成间隔的成对的叠压边柱，并带有用于安装一转子的对齐的转子开口。每个隔开成对的叠压边柱具有一组合的给定外横截面的构形。单独的导磁叠压铁心片制成两组第二组铁心片用于连接第一组铁心片的一对叠压边柱上的外自由端。第二组铁心片具有一组合的给定外横截面形状。至少一个导电线圈绕紧在具有组合的给定外横截面形状的第一组或第二组铁心片的至少一个叠压边柱上。
在这其中的一种设计中，一导电线圈在第二组铁心片与第一组铁心片的每对叠压边柱的外自由端连接之前绕紧在每个第一组铁心片的叠压边柱上。在另一种设计中，一导电线圈在连接到第一组铁心片的每对叠压边柱的外自由端之前绕紧在每个第二组铁心片上。
在其中的一种设计中，每个叠压边柱的组合的给定外横截面形状为四边形(正方形或矩形)，并使每个绕紧在每个叠压边柱上的导电线圈具有相应的形状。在另一种设计中，这种叠压边柱的组合的给定外横截面形状为大于四边的较高阶次形状，每个与之连接的线圈也具有相应的形状。在又一种设计中，每组第二组铁心片的组合的给定外横截面形状为大于四边的较高阶次的外横截面形状，每个绕紧在第二组铁心片的导电线圈具有相应的形状。
在那些每个导电线圈绕紧在每个叠压边柱上的结构中，这种线圈的位于靠近叠压中心区的对齐的转子开口和转子。
形成每个导电线圈的导线在每个线圈缠绕区时，多排并列，紧密叠压地分层缠绕。最好，一带有缠好的导电线圈的绝缘线管在一种电动机结构中位于第一组铁心片的每个组合的给定横截面形状的线圈缠绕区，而在另一种电动机结构中位于第二组铁心片的每个组合的给定横截面形状的线圈缠绕区。
因为电动机设计采用在中心区的每个边上设置隔开的叠压边柱并且导电线圈缠绕在每个叠压边柱上，在相同的磁感应回路下，与用于单一线圈的电线相比，用于每个线圈的电线长度短二分之一。用于每个这样的线圈的电线在相同的磁感应回路下，比单一线圈具有短的预定长度，并可有更小的预定直径。
在另外的实施例中，带有一用于连接导电线圈的一对叠压边柱的U形铁心片可连接到带有用于安装一转子的转子开口的基底铁心片的对边上。
本发明又公开了一种用细长的导磁材料片加工四极电动机的改进的新方法，即从一细长片压制出带有转子开口的中心区和两对隔开的从中心区对边大致相互成镜像地伸出的边柱。两对隔开的边柱成形后具有组合的给定的外横截面形状。用于连接到隔开的一对边柱自由端的单独的端柱铁心片也相继成形，至少一个单独的端柱铁心片是由细长片制成。
最好，至少一些单独的端柱铁心片是由隔开的成对的边柱之间的细长片形成。至少一些单独的端柱铁心片也可在细长片以外形成。至少一些单独的端柱铁心片也可由单独的细长导磁材料片形成。在特定的情况下，至少两个单独的端柱铁心片可在相邻铁心片的对置的隔开的边柱之间由细长片制成。互补的紧固件也可在相邻铁心片的对置的隔开的边柱之间制成，用以连接在单独的端柱铁心片上形成的互补紧固件。
最好，方法中包括制出带有一对隔开的边柱的相邻铁心片，其铁心片在加工过程中连接在一起，然后最终彼此分开。至少一些端柱铁心片是在相邻铁心片的隔开的一对边柱之间由细长片制成。
本发明的这些和另外一些意图和优点将在下面的描述中变得显而易见，图中：
图1是本发明的一种低成本、高效率的双线管C形框架电动机结构的透视图；
图2是图1所示的双线管C形框架电动机的分解的侧视图；
图3是图1所示的双线管C形框架电动机的侧视图；
图4是图1所示的双线管C形框架电动机的俯视图；
图5是图1所示双线管C形框架电动机沿图3中5-5线剖开的剖视图；
图6是图1所示双线管C形框架电动机沿图4中6-6线剖开的剖视图；
图7是C形框架铁心片的叠压边柱为典型的四边形(正方形或矩形)的缠绕区并且有相应形状的导电线圈的双线管C形框架电动机变型例的透视图；
图8是图7所示双线管C形框架电动机变型例的分解的透视图；
图9是图7所示双线管C形框架电动机变型例的侧视图；
图10是图7所示双线管C形框架电动机变型例的俯视图；
图11是图7-10所示双线管C形框架电动机变型例的C形铁心片的放大的侧视图；
图12是图9所示的双线管C形框架电动机的放大的侧视图；
图13是本发明的用于加工C形框架铁心片和端铁心片的一种方法的模具平面图的俯视图；
图14是本发明双线管C框架电动机变型例的侧视图；
图15是图21所示双线管C框架电动机变型例的模具平面图的俯视图；
图16是图21-22所示电动机变型例的C形框架和端铁心片的加工方法的模具平面图；
图17是加工图7-11实施例的一种方法的模具平面图；
图18是本发明的一种低成本、高效率的双线管四极电动机的结构形式的透视图；
图19是去掉了转子支架和转子的双线管四极电动机的透视图；
图20是图19所示双线管四极电动机的分解侧视图；
图21是图19所示双线管四极电动机的侧视图；
图22是图19所示的双线管四极电动机的俯视图；
图23是图18-19所示双线管四极电动机沿图21中23-23线剖开的剖视图；
图24是图18-19所示双线管四极电动机沿图22的24-24线剖开的剖视图；
图25是双线管四极电动机变型例的透视图，其中，基底或第一组铁心片的每个隔开的叠压边柱具有典型的四边形(正方形或矩形)的线圈缠绕区，并带有相应形状的导电线圈；
图26是图25所示双线管四极电动机变型例的分解透视图；
图27是图25所示双线管四极电动机变型例的侧视图；
图28是图25所示双线管四极电动机变型例的俯视图；
图29是图27所示双线管四极电动机的放大了的侧视图；
图30是加工图18-24的实施例中的基底和端铁心片所用到的模具平面图的俯视图；
图31是根据本发明的双线管四极电动机变型例的侧视图；
图32是图31所示双线管四极电动机变型例的俯视图；
图33是图31-32所示双线管四极电动机变型例所用到的模具平面图的俯视图；
图34是加工图25-29的实施例中的基底和端铁心片所用到的模具平面图的俯视图；
图35是本发明范围之内的四极电动机变型例；
图36是图35中的电动机所用到的元件的分解侧视图；
图37是加工图35所示的电动机中的基底铁心片所用到的模具平面图的俯视图；
图38是加工用于图35的电动机的U形铁心片所用到的模具平面图的俯视图；
图39是另一种双线管四极电动机变型例的侧视图，其中，电动机的相对端设有对置的双线管；和
图40是图39所示四极电动机变型例的后视图。
对应的标号将通用于附图中的所有图。
下面将通过举例的方法而不是限制的方法详细说明本发明。这些描述显然可使本领域的技术人员能够加工和运用本发明，这些描述包括本发明的几个实施例、适应例、修改例、替换例和使用例，包括目前本申请人所认为的本发明的最好的实施形式。
在如下讨论的本发明的改进的新电动机设计中，会看到电动机铁心片的隔开的边柱可有效地用于线圈缠绕以产生新的预料之外的结果；进而，本发明公开了用于加工这种改进的电动机结构的改进的新方法。
关于C形框架或两极电动机及其加工方法的描述，其说明在开始的图1-17中，后面的关于四极电动机及其加工方法的说明将示于图18-40中。 本发明的C形框架电动机或两极结构包括几种不同的实施例，其说明见附图中的图1-6，图7-12，和图14-15。除此以外，几种加工这种改进了的C形框架电动机的方法的说明见附图的图13，16和17。
尽管在附图的图1-6、7-12和14-15中的各种C形框架或两极电动机的结构采用一些相同的特征，然而，值得注意的是每种所述C形框架电动机的结构具有独特的、具体的、相互不同的特征，见下面的详细解释。
如图1-6实施例的说明，C形框架两极电动机1包括一系列各自带有一端柱5和一对隔开的边柱7，7的具有相同形状的导磁叠压铁心片组成的第一组铁心片3。隔开的一对边柱7，7的一端与端柱5连在一起，而另一端为自由端。连接在一起的叠压端柱5和隔开的一对边柱7，7组成了第一组叠压铁心片3。转子开口9设置在每个铁心片的端柱5上，与相邻叠压端柱5的转子开口9对齐以在叠压端柱5上形成用来安装一转子11的对齐的转子开口9，如附图中的图3的说明。转子11由一系列用铝模铸的棒和端环组成的叠压铁心片组成。
C形框架两极电动机1是极屏蔽型电动机，包括产生起动力矩和使转子11旋转的屏蔽线圈。为此，每个铁心片大致在直径相对端设有成对的开口13，13和15，15，每对配合的开口13，15和13，15分别安装一大的和小的屏蔽线圈17，19，如附图中的图1所示。每个屏蔽线圈17，19是由铜环或其他电导体环制成并缠在两极电动机的磁极21，21中的一个磁极上，磁极21，21由大致在开口9的对边上对置的磁阻间隙23，23隔开。每个较大的和较小的屏蔽线圈17，19被设计成其一端安装在对置的成对的孔13，13中的一对孔中，其另一端通过贯通的开口15，15而相互靠紧。典型地，屏蔽线圈被成形并焊成两个导体材料环，且合适地绕在成对的开口13，13和15，15内使其绕在转子开口9的对边上的电动机极21，21的一个区上。值得注意的是，在对齐的转子开口9一边上的贯通开口或孔15，15被位于大致第一组的叠压边柱7，7之间以减小叠压边柱7，7之间的宽度和/或间距，以及整个电动机1的尺寸。特别注意到对齐的转子开口9的一边上的相贯的开口或孔15，15位于带有一个边柱7的端柱5的横断面上。结果，在对齐的转子开口9的上部区的极屏蔽件17，19成角度或曲线地朝向叠压边柱7，7之间的中心，以减小叠压边柱7，7之间总的宽度和/或间距，以及电动机的整个宽度。减小了总的宽度尺寸即缩短了磁通路径，提高了电动机的效率，如下面的进一步讨论。
一对隔开的C形框架的互为镜像的开口25，25被设置在第一组叠压铁心片的对边上，用以安装用于支撑转子的托架(未示出)的螺钉以支撑转子11相对于转子开口9的旋转，如这一领域里所熟知的。
每个第一组铁心片3的叠压边柱7，7有一组合的给定外横截面形状的线圈缠绕区27。在图1-6的实施例中，组合的给定外横截面形状的线圈缠绕区有一大致为圆形的外横截面形状，其最好的说明见附图中的图2-5。具体地说，每个叠压边柱7，7有一近似的圆形至少沿对置隔开的部分29，29，又有对置隔开的平面31，31沿另外的对置隔开的部分。
为了本发明的目的，术语“大于四边的较高阶”是指大致为圆形的外横截面形状，包括完全圆形状，部分圆形状，一至少是沿着对置隔开的部分为近似的圆形或除正方形或矩形的外周长较短的其他的修改形状。这样，六边形或其它大于四边的形状也可含盖在内。另一方面，一个正方形或矩形被认为具有四边形状。
每个大致圆形的隔开的边柱7，7的外横截面形状27，被设计成具有不同的渐进宽度，如附图中的图2-5所示，用以在中心线的对边上产生渐增的阶梯形缠绕区从而形成大致对置隔开的圆形区29，29，见图1-6的实施例。用于把相邻叠压铁心片做成不同的渐进宽度以产生大致圆形的每个叠压边柱7，7的缠绕区的外横截面形状27的方法将在下边的讨论中进一步说明。
一对带有缠好的导电线圈或电线35的绝缘线管33，33可安装在每个隔开的叠压边柱7，7上。每个绝缘线管33大致为圆形，与每个叠压边柱7，7的大致圆形的外横截面形状相对应，这样，用于线圈35的所需电线数量可显著减少，使用于导电线圈或电线35的花费显著减少。
在每个带有缠好的导电线圈或电线35的绝缘线管33安装在每个叠压边柱7后，由相应数量的单独的导磁叠压铁心片组成的第二组叠压铁心片37与第一组叠压铁心片3通过形状互补的凸凹紧固件39，41连接，如附图中的图1，2和6所示。每个第二组叠压铁心片37形成一第二或单独的端柱。这样，第一组叠压铁心片3有一包括端柱5和在大致的U形结构中两个隔开的边柱7，7的单独的柱，而单独的导磁叠压铁心片形成第二组叠压铁心片37，形成用于连接第一组叠压铁心片3的单独的端柱，以构成用于C形框架电动机1的磁感应回路。很显然，两个隔开的边柱7，7可能会在另一实施例中与端柱铁心片37连接，用于在一个带有缠好的导电线圈35的绝缘线管33位于至少一个，最好是两个所述隔开的边柱7，7上之后，最后连接到端柱铁心片5上。为此目的，互补的凸凹紧固件39，41将设置在隔开的边柱7，7的外自由端上和端柱铁心片5上。
为分别相互连接第一组和第二组铁心片3，37，如图1-6的实施例，每个叠压边柱7，7的外自由端分别设置一向外伸出的凸耳39，用以嵌入第二组铁心片37上设置的形状互补的槽或开口41。见如下的讨论，凸耳39可设置在与第一组铁心片3上的凹槽41相对应的第二组铁心片37上，如可设计的那样。在每种情况下，凸形耳39和形状互补的凹槽41具有不规则的形状以增加第一组和第二组铁心片3，37之间配合的紧度。
将注意到，当每个带有缠绕好的导电线圈或电线35的线管33安装在第一组铁心片3的每个叠压边柱7上时，每个导电线圈35的位置紧靠电动机的极21、第一组铁心片3的对齐的转子开口9和转子11。另外，用于形成至少一个导电线圈35的电线长度小于在相同的磁感应回路下用于组成单一导电线圈的电线的二分之一。值得注意的是，与传统的C形成框架电动机的单一导电线圈相比，分别安装在每个叠压边柱7的两个导电线圈35具有更大的缠绕面积。与单一的导电线圈相比，因为具有更大的缠绕表面积，两个导电线圈35的每个线圈具有更长的缠绕长度和更小的缠绕直径。所以，每个安装在叠压边柱7上的导电线圈35的电线更短。
进一步，用于形成导电线圈35的电线与相同的磁感应回路的单一线圈的相应的电线相比也会有更小的直径。如上面的解释，这些可归因于更短的导线，更大的缠绕表面积以及安装在隔开的边柱7，7上的隔开的导电线圈35，35与电动机极21，21，对齐的转子开口9和转子11的相邻位置。
前述的导电线圈35，35的相邻位置也使磁感应回路中的磁通路径缩短，这样使更大的和/或更有效的磁通经过磁极21进入转子11。磁通路的缩小也可归因于叠压边柱7，7的宽度的减小以及带来的电动机的整个尺寸和/或磁感应回路的磁通路的减小，使更大的和/或更有效的磁通经过磁极21，21进入电动机1的转子11中。与图11-12相比，会看到上端的相贯开口15，15位于图11所示的位置，使得极屏蔽件17，19如图12所示斜向或弯向叠压边柱7，7之间的中心。结果，叠压边柱7，7之间的组合宽度和/或间距及电动机1的总体尺寸由于去掉叠压边柱7，7的外部或边缘处的材料而减小。其实际效果是磁通更有效地经过磁极21，21进入转子11。
性能试验表明，具有如此结构的电动机具有比该领域的传统的C形框架电动机更高的总体效率，而同时显著地减少了由于叠压边柱7，7的外横截面的近似圆的形状而导致的导电线圈35的所需材料。这种电动机效率的改进也可在那些叠压边柱7，7的外横截面形状为典型的四边形(正方形或矩形)的结构上实现，因为经过磁极和转子的磁通可由于所述导电线圈35，35的靠近位置和/或电动机的总体尺寸的减小而增加，如上面的描述。
一种四边结构的说明见附图的7-12，图中表示了C形框架两极屏蔽的电动机51的形式。电动机51除下述的区别外在其它方面均与电动机1同。首先，每个叠压边柱7，7有一组合的给定外横截面形状的线圈缠绕区为典型的四边形状(正方形或矩形)。这使带有缠好的导电线圈55的具有对应形状的绝缘线管53安装在每个叠压边柱7的具有外横截面形状的线圈缠绕区27上。
虽然组成导电线圈55的电线数量比图1-6所示实施例的大于四边的较高阶次的线圈缠绕区27的大，仍发现图7-11所示的结构的成本显著降低并在一些情况下具有比传统的C形框架结构电动机更好的工作效率。如上面的解释，这些可归因为更短的电线长度，更大的缠绕表面积和设置在每个叠压边柱7，7上的导电线圈55与转子开口9和转子11的相邻位置。磁感应回路的磁通路径的减小是由于在叠压边柱7，7之间的至少一部分极屏蔽件17，19的重新位于使得叠压边柱之间的宽度和/或间隙减小的缘故，如同上面的解释。
加工这种如图1-6所示的C形框架铁心片的方法可通过参考附图13很好地理解。如图13所示，一种最好的用于加工每个导磁叠压铁心片3，即组成第一组铁心片3的方法包括相邻大致相互成镜像的C形框架铁心片3，3的加工方法，其中的每个铁心片3带有沿纵向伸展的隔开的边柱7，7，如图16所示，并带有在互为镜像的铁心片3，3的隔开的边柱7，7之间形成的单独的端柱铁心片37。第二端柱铁心片37根据图中的虚线所示可在铁心片3的上端部形成，根据需要，一些或全部的端柱铁心片可由单独的导磁材料片制成。
由图13的模具外形，可看出对置的成镜像的铁心片3，3在其对齐的隔开的边柱7，7上形成互相啮合的凸凹紧固件39，41。另外，单独的端柱37形成在对置的互为镜像的铁心片3，3的隔开的边柱7，7的范围之内，并具有形状互补的凹形槽41，41，而另一个端柱铁心片37带有凸形紧固件39，39。这样，靠下的带有伸出的紧固凸耳39，39的铁心片3可连接对置的成镜像的铁心片3，3的隔开的边柱7，7之间单独的端柱铁心片37，这是因为它具有用于互补连接的隔开的凹槽41，41。靠上的铁心片3在其隔开的柱7，7的自由端带有紧固凹槽41，41，用于互补地连接从另一个单独的端柱铁心片37的伸出的紧固凸耳39，39。在相邻铁心片的隔开的柱7，7上可设置成不同的调整宽度以形成隔开的柱7，7的渐进阶梯形的大致圆形的外横截面形状。
在某些情况下，可能会希望从对置的互成镜像的相邻C形框架铁心片的对置的隔开的边柱之间的细长片制成两个单独的端柱铁心片37，37。与之相应的模具平面图见图16。为此，每个相应的铁心片上隔开的边柱7，7必须使其间距更大，如图16所示。如此产生的图14-15所示的电动机101除隔开的叠压边柱7，7的间距大于图1-6的实施例以在图16所示的对置的互为镜像的相邻铁心片3，3间产生成对的单独的端柱37，37外，全部与图1-6所示的电动机相同。显然这样可在加工上节省费用，但电磁感应回路增大，这种电动机的功率输出不令人满意。
在图7-12所示的用于加工C形框架铁心片的方法中，显然不再需要用于加工图1-6实施例的大致圆形的外横截面形状的柱7，7的较复杂的方法。这样可采用图11所示的简单的加工过程。在这一例中，与图13的方法相比，图17的模具平面图显示了图7-12所示的铁心片沿片111横向的排列。显然，图7-12所示的铁心片也可以根据要求沿片纵向排列。
在图17的模具示意图中，形成图7-12的铁心片的简单加工过程包括首先第一步或第一站从镜像的铁心片33压制出转子铁心片11，11。第二步包括在每个铁心片3的柱7，7之间压制出端铁心片37，以及在铁心片3的一外端压制出端铁心片37。最后，左侧或右侧的铁心片在另一个右侧或左侧的铁心片压制成之后也被制成。加工过程非常简单。
图1-6的实施例将需要比图7-12的实施例更多的钢材，因为7-12的实施例的每个铁心片3的柱7，7的组合宽度可因对齐的转子开口9上端的孔15，15的重新位于而减小，从而使柱7，7的外边缘材料得以节省。另一方面，图1-6的实施例将由于柱7，7的外横截面形状比图7-12具有更高阶次的形状而增加铜的节省，如上解释。
虽然最好的结构包括在相同的磁感应回路下比单一线圈的长度短二分之一的每个导电线圈，但也可以在一个单独的叠压边柱上使用一个这样的导电线圈或者一个导电线圈用于一个叠压边柱，其中一个导电线圈的匝数比另外一个导电线圈的匝数多，即其中一个导电线圈带有少于单一线圈二分之一的电线，而另外一个导电线圈带有多于单一线圈二分之一的电线。进而，虽然最好的方法包括在第一组铁心片的隔开的叠压柱上安装隔开的线管之后，将端柱铁心片连接到隔开的叠压柱，但也可加工出带有隔开的叠压柱的铁心片之后，使用与电线啮合缠绕的拼合的线管，如本申请人前述的专利申请。
现在，本发明的四极电动机的描述如下。
本发明的双线管四极电动机结构包括几个不同的实施例，见图18-24、图25-29、31-32、图35和图39-40。除此以外，这种四极电动机的几种加工方法的说明见图30、图33、图34和图37-38。
尽管图18-24、25-29、31-32、35-36和39-40中所示的各种四极电动机结构具有一些相同的特征，但注意到，每种提到的四极电动机结构具有彼此不同的独特的具体特征，如下面的进一步的详细说明。
如图18-24所示的实施例，双线管四极电动机201包括由一系列导磁的叠压铁心片形成的第一组叠压铁心片203，各叠压铁心片上有一四极中心区205，从四极中心区205的对边大致相互成镜像地伸出两对隔开的边柱207，207和207，207。在图19-24所示的实施例中，中心区205的每边上的每对隔开的边柱207，207其一端与中心区205相连，相对的另一端为一自由端。一组合的叠压铁心片203在叠压中心区205的对边形成隔开的成对的叠压边柱207，207，从而组成第一组铁心片203。一转子开口209设置在每个铁心片的中心区205并且与相邻中心区205的转子开口对齐用以在中心区205形成一对齐的用于安装一转子211的转子开口209，见附图的图21的说明。转子211由一系列带有用铝模铸的棒和端环的叠压铁心片组成。
如图18所示，隔开的托架或端盖204，204由第一组铁心片203的对边伸出并通过对置的螺纹件206，206使其相互地螺纹连接在一起，每个螺纹件与隔开的从每个端盖或托架204，204伸出的耳架208，208螺纹连接。与转子211相连的转子轴210穿过端盖204的上端用以连接一待驱动的元件。每个端盖或托架204，204在其内表面设有支撑轴承(未示出)用来以所希望的旋转安装关系支撑转子211和转子轴210的旋转。
四极电动机201是一极屏蔽电动机，包括用以产生起动力矩和转子211的转动的屏蔽线圈211。为此，每个铁心片设置了大致径向对置的开口213，213和215，215。每个开口213和215分别安装一矩形或圆形的屏蔽线圈217，219，如附图的图21-22的说明。由铜或其它导体环制成的屏蔽线圈217，219围住四极电动机201的磁极221，221，221，221。四极电动机的四个极201，201，201，201各由转子开口209周边上的大约在0°，90°，180°和270°方位的磁阻间隙隔开。将注意到矩形屏蔽线圈217安装在四极中心区205最厚的一部分区上相对较深的开口或槽213内而圆形开口215与所述开口215隔开一定角度以避开可能会干涉磁通路径的中心区205上的深的缺口或槽215，圆的线圈219安装在圆开口215内。
在四极中心区205每边上每个叠压边柱207，207有一组合的给定外横截面形状的线圈缠绕区227。在图1-7的实施例中，组合的给定外横截面形状的线圈缠绕区具有大于四边的较高阶次的形状，大致为圆形，其最好的说明见图20-23。具体地，四极中心区205每边上的叠压边柱207，207至少是在对置隔开的部分229，229具有近似的圆形而在另外的相对隔开的部分具有对置隔开的平面区231，231，见图23。
在本发明中，术语“大于四边的较高阶次”是指大致为圆形的外横截面形状，包括完全圆形状、部分圆形状，一至少是沿着对置隔开的部分为近似的圆形以及除正方形或短形外外周长更短的其他的修改形状。这样，六边形或其更高阶次的多边形也可含盖在内。另一方面，一个正方形或矩形被认为具有四边形状。
在每个四极中心区205的对边上隔开的边柱207，207处形成的每个大致为圆形的外横截面形状227具有不同的渐进宽度，如图20-23所示，以形成在中心线对边处渐增的具有大致圆形截面的对置隔开的阶梯式缠绕区229，229，见18-24的实施例。用以在相邻铁心片形成不同的渐进宽度以在叠压四极中心区205的对边上的每个叠压边柱207，207的线圈缠绕区上形成大致为圆形的外横截面形状227的方法将在下面的产生该结构的更好的方法中进一步说明。
一对带有缠好的导电线圈或电线235的绝缘线管233，233可安装在四极中心区205的每个边上隔开的叠压柱207，207上。这样，图18-24的实施例具有两个双线管结构，其中隔开的一对线管233，233安装在四极中心区的每个边上隔开的叠压柱207，207上。每个绝缘线管233的形状为对应于四极中心区205的对边上每个叠压边柱207，207外横截面形状227的大致圆形，因此用于电线或导电线圈235的材料数量可显著减省，如所述解释。一个近似圆的外横截面形状使用于缠绕电线形成导电线圈的横截面具有更短的周长。除此之外，大致为圆的外横截面形状可使电线在分层缠绕时，其重叠的行之间更加紧密。而且，电线的直径可以减小而又不牺牲电动机的效率。结果，用于缠绕每个绝缘线管233的导线235的材料需求量可显著减小。
在每个带有缠好的导电线圈或电线235的绝缘线管233安装在每个叠压边柱207以形成四极中心区205对边上的隔开的成对线管233，233以后，由相同数量的单独的导磁铁心片组成的第二组铁心片237连接到第一组铁心片203，见图18-21和24的说明。每个第二组铁心片237构成一第二或单独的端柱。这样，第一组铁心片203带有一四极中心区及由中心区对边伸出的隔开的成对边柱207，207和207，207，而单独的导磁叠压铁心片组成第二组铁心片237，237并提供一单独的端柱用于连接四极中心区205对边上的一对叠压边柱207，207的外部自由端。这样即构成了用于四极电动机201的磁感应回路。
在图18-24的实施例中，为把第一组铁心片203连接到每组第二组铁心片237，237，每对叠压边柱207，207的上自由端，如图20所示，各自带有一外细的凸耳239用以安装于设置在上面第二组铁心片237上的形状互补的凹槽或缺口241内。在四极中心区205对边的每对叠压边柱207，207的下部，如图20所示，各自带有一凹槽或缺口241，用于互补地接收下部的第二组铁心片237的隔开的凸耳239，239。
如图18-19，21，和24所示，当每个带有缠好的导电线圈或电线235的绝缘线管233安装在第一组铁心片203的每个叠压边柱207上时，每个导电线圈235的安装紧靠一电动机磁极211、第一组铁心片上对齐的转子开口209和转子211。用于缠绕每个导电线圈235的电线在相同的磁感应回路下比用于组成单一导电线圈的电线短二分之一。与单一导电线圈相比较，每个安装在边柱207 207上的导电线圈235的所用电线短二分之一，是因为安装在隔开的边柱207 207上的导电线圈具有更长的长度和更小的平均直径。
除此以外，组成每个导电线圈235的电线也可具有更小的直径。组成每个导电线圈235的电线直径的减小是由于每个导电线圈235的电线长度的缩短、每个导电线圈235的缠绕表面积的增加以及安装在中心区205的每边上的隔开成对的边柱207，207上的隔开的导电线圈235与四个极221、对齐的转子开口209和转子211的相邻位置。
也可认为，改进的新结构中柱207的横截面积增加了，而且铁心片材料有显著的节省，因而比所述目前的四极电动机具有更大的和/或更有效的磁通。尽管用于导电线圈235的材料显著减少，但却得到了更高的效率，无论是组合的给定外横截面的每个叠压边柱207具有四边(正方形或矩形)的形状还是大于四边的更高阶次形状。
图25-29的实施例表示了一种四极电动机251上四边形的隔开的柱207，207的结构。电动机251除具有下述的区别外均与图18-24所示的电动机201相同。首先，第一组铁心片203的叠压中心区205的每边上的每个叠压边柱207，207带有一组合的给定外横截面形状的线圈缠绕区，其形状为典型的四边形(正方形或矩形)。这使带有缠好的导电线圈或导线255的绝缘线管253具有一相应的四边形形状并可安装在四极中心区205的每个边上的每个叠压边柱207，207的外横截面为四边形的线圈缠绕区227上。
除了图18-24所示的实施例与图25-29所示实施例相比具有大于四边的更高阶次的外横截面形状而带来的额外的电线节省外，发现图25-29结构保留了所有的与图18-24相同的在其他花费上比目前的四极电动机显著减少的优点。
加工图18-24所示形式的基底和端柱铁心片的方法，可参照图30更好地理解。图30显示了在加工图18-24实施例的基底和端柱铁心片所用到的模具示意图。如图30的说明，模具平面图表示了两排基底铁心片203，每个铁心片203在四极中心区205的对边上带有隔开的边柱207，207，并在相邻铁心片203，203的对置的隔开的柱207，207之间形成有一沿纵向沿细的单独的端柱237。在隔开的一对柱207，207的外自由端的一端，有一紧固凸耳239，而在四极中心区205的对边的第二对隔开的柱207，207的外自由端上带有外形互补的凹槽241，241。这种图案在模具的平面图中是始终重复的，这样可所需方式方便地叠制出相邻基底铁心片203。在相邻基底铁心片203，203上隔开的成对的柱207，207之间形成的端柱铁心片237上有隔开的紧固凸耳239，239，用以与每个基底铁心片203一端的紧固凹槽互补地紧密啮合。第二个端柱铁心片237在两排基底铁心片之间形成，单独的端柱铁心片237带有隔开的凹槽241，241，用于与每个基底铁心片相对端的紧固凸耳239，239配合地紧固啮合。值得注意的是，相邻铁心片可有足够的间距使各自带有隔开的凹槽241，241的一对铁心片237，237在两排相邻基底铁心片之间形成。此外，若需要的话，带有凹形槽241，241的端柱铁心片也可由单独的片制成。
可在相邻铁心片上设置不同的宽度以产生渐增的阶梯状，形成大致为圆的形外横截面形状，形成第一组叠压铁心片203的四极中心区205的每个边上隔开的叠压柱207，207。
在某些情况下，希望由相邻基底铁心片203，203对置隔开的边柱207，207之间的细长片来制成两个单独的端柱铁心片237，237。用于这种方法的相应的模具的平面图见图33。为此，如图33所示，在四极中心区205对边上铁心片203的隔开的边柱207，207必须相互隔开更大的间距。如此产生的图31所示的该形式电动机201与图18-24所示的电动机相比，除了四极中心区205的每边的隔开的叠压边柱207，207的相隔间距增加以在相邻铁心片203，203的隔开的边柱207，207之间产生一对隔开的端柱铁心片237，237外，其它方面均相同。显然，因为磁感应回路的放大，虽然这种方法使加工的费用节省，但却不能产生令人满意的功率输出。
还有一个不同之处是，成对的单独端柱铁心片237，237各自带有交替的凸凹紧固件239，241。每个单独的端柱237上的这种交替的凸/凹紧固件239，241与四极中心区205每边上隔开的叠压边柱207，207的外自由端的凸凹紧固件239，241相对应，见图33。可以看出，各铁心片237上的这种交替的凸/凹紧固件结构使两个端柱铁心片用相邻基底铁心片203的隔开的边柱之间的一个细长片制成。
这种相同的交替的凸凹紧固件结构可用于加工隔开的边柱为典型的四边形(正方形或矩形)结构的基底铁心片，如图34所示。图34的模具平面图表示四极中心区205每边上隔开的边柱207，207具有相同的宽度，用以产生一组合的给定外横截面形状的构形。在相邻铁心片203隔开的边柱207，207之间，可形成单独的端柱铁心片237，237。在这例中，每个端柱铁心片237，237也分别带有一个紧固凸耳和一个紧固凹槽239和241。
作为将边柱207，207连接至中心区205和将单独的端柱237固定在边柱207，207的外自由端上的一种代替结构，图35-36表示了一种四极电动机278的变型例，端柱237与边柱207，207制成一个整体，而构成U形铁心片280。该形式的边柱207，207的外自由端设置有互补的凸/凹紧固件239,241，用以互补地紧固啮合四极中心区205的对边上的凹/凸紧固件241，239。
图37-38示出了加工图35-36所示四极电动机278变型例的方法。基底铁心片282被制成具有一个带有转子开口209的中心区205。基底铁心片282制成片状，并在相邻基底铁心片282之间带有互补的配对凸/凹件239，241。在图38中，U形铁心片280由一片材料制成并相互嵌套。最后，基底铁心片282和U形铁心片280叠加，导电线圈235装在隔开的边柱207，207上，U形铁心片280与基底铁心片282以图35-36所示的方式相连。
在所有的前述四极电动机的结构以及其加工方法中，四极电动机结构被示成各种两双线管四极电动机。在图39-40所示的四极电动机实施例中，四极电动机是一种双线管四极电动机，其双线管不是安装在基底铁心片的隔开的边柱上，而是装在与基底铁心片的隔开边柱的自由端相连的单独的端柱铁心片上。
见图39-40，可看出其电动机301具有一系列叠压基底或定子铁心片303。每一定子铁心片303带有一四极中心区305，并带有在中心区对边伸出的隔开边柱307，307。一个转子开口309被设置在四极中心区以安装一转子311，如图所示。在相邻转子开口309设置四个切口313用以沿图1-7和8-11实施例中的磁力线插入屏蔽的铜环(未示出)。四个极321由四个沿转子开口209圆周的0°、90°、180°和270°方位定位的磁阻间隙323隔开，如图所示。这样，转子311以与图18-24和图25-29实施例相同的方式相对四个磁极321旋转。
每个叠压定子或基底铁心片303包括一对位于其四极中心区305各边上的每对隔开边柱307，307之间的基底303铁心片相对端的U形开口323，323。U形开口323，323各自容纳带有缠好的导电线圈327的线管325，该线管装在叠压线圈缠绕铁心片329上，线圈缠绕铁心片组装在一起，具有大致圆形的组合的给定外横截面形状，以安装带有缠好线圈327的线管325，如图27所示。象前述实施例一样，导电线圈327多排并列、紧密叠压地分层缠绕，如本申请人前述的专利申请。隔开的叠压边柱307，307的对置的自由端包括隔开的凸柱331，331用于与单独的叠压线圈缠绕铁心片329上的隔开的凹槽333，333互补协调地紧密互连。显然，这样，四极电动机301包括了安装在电动机相对端上的单独的端柱或线圈缠绕铁心片329，329上的隔开的线管，如图39-40所示。
虽然最好的结构包括四极中心区对边上各自带有一缠好的导电线圈的隔开的双线管，也可在四极中心区对边的单一叠压柱上仅用一个这样的线圈。进而，虽然隔开的双线管上导电线圈的电线最好少于单一导电线圈的二分之一，也可以是一个线圈的电线少于二分之一而另一个则多于二分之一。
从前述中，可以看到，以双线管C形框架电动机为例的新颍独特的C形框架两极电动机结构与现有的设计相比，显著节省了所需材料的数量。同时，在材料成本上的显著节省并未损害其性能或效率，因为本发明的C形框架电动机在设计中考虑了这两个因素。绝缘线管的装配也可有效地增加产量和最大程度地降低了成本。本发明的方法在降低成本方面同样优于其他现有的方法。
可以看到，本发明公开了几种不同的新的双线管四极电动机结构，与现有的设计相比，可显著节省成本。同时，在电动机材料上的显著减少没有影响操作性能或效率，甚至伴随着材料的节省，使其具有比现有的设计还高的工作效率。除此以外，被公开的加工各种四极电动机实施例的新方法说明了用以达到最佳的加工性能并加工出低成本、高效率的四极电动机结构的改进的新方法，如所述讨论。
如上所述，达到了本发明的目的和优点，并得到一些其他的有益效果。
在不脱离本发明的范围的情况下，可对所述结构和方法作各种改动，所述描述或图示中的所有内容只作为说明而没有限制的意思。