專利名稱：磁性粉末金屬構(gòu)件定子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機(jī)所用鐵心構(gòu)件，且特別是涉及定子組件，該組件用于電機(jī)，最典型的是用于電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
電機(jī)例如電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)具有一個(gè)通常稱為定子的固定部件，并具有通常稱為轉(zhuǎn)子的活動(dòng)的或轉(zhuǎn)動(dòng)的部件。定子與轉(zhuǎn)子之間的相互作用，是由于定子或轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的磁場(chǎng)而引起的。此種磁場(chǎng)通常是由在定子或轉(zhuǎn)子上的繞組(winding)中的電流所產(chǎn)生或所感應(yīng)的。此種繞組通常包括多個(gè)纏繞在線圈支承件周圍的線圈(coils)。繞組支承件通常由軟的磁性材料構(gòu)成，按照傳統(tǒng)，該材料由所選用鋼材料的一些疊片制成。疊片彼此絕緣，以便減少渦電流。
對(duì)此種電機(jī)的設(shè)計(jì)有一個(gè)令人關(guān)注的問題，即需要或希望通過改進(jìn)線圈的填充系數(shù)而減少自由空間。最好令繞組盡可能實(shí)用地填充空隙，以便改進(jìn)定子與轉(zhuǎn)子二者電磁場(chǎng)之間的相互作用。這樣會(huì)產(chǎn)生更加有效率的電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)。人們用術(shù)語(yǔ)把這種情況稱為電動(dòng)機(jī)的功率密度。
人們也已經(jīng)知道，以金屬粉末操作方式壓實(shí)的鐵磁粉末顆粒替代定子或轉(zhuǎn)子磁心的疊層鋼材料，以便形成繞組支承件。鐵磁粉末顆粒本身是彼此絕緣的，從而使壓實(shí)的產(chǎn)品以相似于使用疊層鋼材料堆垛的方式，呈現(xiàn)出較低的渦電流損耗。在電機(jī)的鐵心中使用此種由鐵磁粉末顆粒組成的壓實(shí)金屬粉末，其情況在美國(guó)專利第6,956,307號(hào)、6,300,702號(hào)以及6,441,530號(hào)中已公開。
相應(yīng)地，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供電機(jī)所用一種改進(jìn)的定子組件，其中，繞組的填充系數(shù)被減小，且相應(yīng)地電動(dòng)機(jī)本身的功率密度得到改進(jìn)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供電機(jī)所用一種改進(jìn)的定子組件，其中，定子組件使用由壓實(shí)的鐵磁粉末所構(gòu)成的部件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供電機(jī)所用一種改進(jìn)的定子組件，更具體地說，是電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)所用一種改進(jìn)的定子組件。該改進(jìn)的定子組件包括多個(gè)部件。每個(gè)定子組件形成定子本身的一個(gè)弧形區(qū)段，顯然該區(qū)段一般是筒狀結(jié)構(gòu)。每個(gè)定子組件包括內(nèi)托板、繞組組件、支承件(back piece)，以及兩個(gè)端蓋。每個(gè)定子組件沿著該定子本身的圓周平面與相似的另一個(gè)定子組件鄰接。
此外，內(nèi)托板部件、支承件以及端蓋的每一個(gè)均由鐵磁粉末顆粒形成。此種鐵磁粉末顆粒相互絕緣。鐵磁金屬粉末顆粒被以粉末金屬操作方式而壓成實(shí)心固體的形式。
本發(fā)明的一個(gè)特征在于，由互相絕緣的鐵磁粉末金屬顆粒所形成的多個(gè)區(qū)段組成的改進(jìn)定子組件，由于減少了電機(jī)中的渦電流而提供了改進(jìn)的性能。此種改進(jìn)的性能主要是由于在定子組件之內(nèi)改進(jìn)線圈的填充系數(shù)以消除空隙而實(shí)現(xiàn)的。這種在定子組件之內(nèi)對(duì)空隙填充的改進(jìn)，也改進(jìn)電動(dòng)機(jī)的功率密度。


圖1是透視圖，以所示各個(gè)分開的單獨(dú)部件，顯示符合本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的定子組件；圖2是符合本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的定子組件的透視圖；圖3是定子組件的透視圖，顯示以粘合劑所封裝的定子組件的各個(gè)部件；以及圖4是定子的剖視圖，顯示符合本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的多個(gè)定子組件。
具體實(shí)施例方式
參看圖1，定子組件總括地以附圖標(biāo)記10表示。定子組件10一般包括內(nèi)托板部件24，該部件一般為矩形的形狀，其具有朝內(nèi)彎曲的內(nèi)表面28與朝外彎曲的外表面30。觀察內(nèi)托板部件24的另一種方式，就是把內(nèi)表面28看成沿著內(nèi)托板部件24的縱向軸線的一個(gè)凹面，并把外表面30看成沿著內(nèi)托板部件24的縱向軸線的一個(gè)凸面。所示線圈導(dǎo)向件26是從內(nèi)托板部件24的外表面30上升起并延伸的。所示每個(gè)線圈導(dǎo)向件26都具有弧形或圓形剖面的外表面，以及為平直的內(nèi)表面。
所示繞組20一般是橢圓形的，其由許多絕緣電線纏繞而成。線圈導(dǎo)線22從繞組20朝外延伸，以便使最終構(gòu)成的定子組件10可以并適當(dāng)?shù)仉娺B接。所示繞組20裝配在導(dǎo)向件26周圍，以便把鄰接繞組20的內(nèi)托板部件24的間隙封閉。
所示端蓋12與18是同樣的，帽蓋12帶有外表面13且帽蓋18帶有外表面19，該表面朝外彎曲，或一般沿著定子組件10的縱向軸線凸起。另外，所示端蓋18具有切除部(cut out)34，該切除部裝配在繞組20的一個(gè)末端周圍。因此，端蓋18形成一種圍繞繞組20末端的滑配合，端蓋12也是如此。另外，所示端蓋12和18緊緊靠近內(nèi)托板部件24的外表面30。
支承件14與16是同樣的，且看上去彼此鄰接，并位于端蓋12與18里面且與其相鄰接。所示每個(gè)支承件14與16具有支承件14與16所用的朝外彎曲的外表面21與23。另外，所示支承件16具有與支承件16的一橫向邊緣鄰近的切除部分36及與支承件16的另一橫向邊緣鄰近的另一個(gè)切除部分。支承件14具有相似的切除部分。切除部分36和與支承件16的另外那個(gè)橫向邊緣相鄰接的那個(gè)相似切除部分，最好是弧形的，以便適合盡可能靠近繞組20的頂部表面。然而，假如由于某種原因，繞組20采用其他形狀而非弧形，那么，支承件16中切除部分的開口36與另外那個(gè)切除部分的開口，就對(duì)于繞組20頂部的形狀做相似的補(bǔ)償。
另外，所示支承件16具有內(nèi)支承部38，該內(nèi)支承部延伸與切除部分36相鄰接，且相似的內(nèi)支承部與支承件16中另外那個(gè)切除部分相鄰接。此種內(nèi)支承部形成為切除部分36的一部分，并確保支承件16的一部分的物理位置盡可能靠近內(nèi)托板部件24的外表面30。
應(yīng)當(dāng)明白的是，端蓋12與18、支承件14與16以及內(nèi)托板部件24都是由絕緣粉末顆粒組成的壓實(shí)鐵磁粉末構(gòu)成的，以便使定子組件10的特殊部件成形。此種成形以所知的粉末金屬操作方式完成，該操作包括模壓處理和加熱處理。重要的是，用于形成定子組件10各部件的鐵磁金屬粉末顆粒是彼此絕緣的，從而在整個(gè)定子組件之內(nèi)使渦電流的構(gòu)成減少。
還應(yīng)當(dāng)明白的是，可以在帽蓋12、支承件14、支承件16以及端蓋18的各個(gè)鄰接表面之間，使用適當(dāng)?shù)慕^緣材料比如氧化物層。
另外，每個(gè)端蓋12與18都包括匹配表面52，該表面可以是與支承件16相鄰接的端蓋18的橫向表面中的一個(gè)突出部，或相似的脊?fàn)铙w或凹陷處。支承件16可以包括互補(bǔ)的邊緣表面，以確保在支承件16與端蓋18之間的互補(bǔ)裝配。端蓋12與支承件14應(yīng)具有相似的互補(bǔ)表面。
參見圖2，所示定子組件10帶有內(nèi)托板部件24、繞組20以及裝配在線圈上的支承件14與16。顯然，支承件14和16與內(nèi)托板部件24之間的任何間隙都被有效地消除了。所示繞組20基本上占據(jù)著支承件14和16與內(nèi)托板部件24之間的整個(gè)空間。這樣確保高的填充系數(shù)，并使采用定子組件10的電動(dòng)機(jī)的功率密度改進(jìn)。
參見圖3，該圖顯示整個(gè)已組裝的定子組件10。所示定子組件10包括內(nèi)托板部件24，裝配在線圈導(dǎo)向件26周圍的繞組20布置在該部件上，該導(dǎo)向件在圖中不可見。定子組件10還包括端蓋12、支承件14、支承件16以及端蓋18，所有這些部件都如上文所述裝配在繞組20周圍以及該繞組上。以附圖標(biāo)記56和58表示的粘合劑或樹脂，用于封住定子組件10并確保各部件組件的熱處理和強(qiáng)度。此種樹脂也用于端蓋12、支承件14、支承件16以及端蓋18之間，以進(jìn)一步確保對(duì)于這些部件的粘合與封裝。另外，所示通道57處于端蓋12與內(nèi)托板部件24之間，以便進(jìn)一步讓粘合劑注入該通道中并在其中移動(dòng)。設(shè)置了相似的通道59，以便讓粘合劑和樹脂進(jìn)一步固定定子組件10并使其形成良好的熱處理和強(qiáng)度。
參見圖4，所示已組裝的完整定子總括地以附圖標(biāo)記50表示。所示此種定子包括多個(gè)定子組件10，所述定子該組件形成為環(huán)狀排列的，這種排列為電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)所用的典型排列。如參照?qǐng)D1-3所作的描述，每個(gè)定子組件10包括內(nèi)托板部件24，該內(nèi)托板部件朝內(nèi)面向定子50的軸線。圖中繞組20在內(nèi)托板部件24上徑向朝外放置。盡管在本圖中未顯示，但可以知道的是，線圈20裝配在線圈導(dǎo)向件26周圍，該導(dǎo)向件從內(nèi)托板部件24的外表面30處突起。另外，如圖1至圖3所示，每個(gè)定子組件10還包括端蓋12、鄰接的支承件14、鄰接的支承件16以及端蓋18。在完成的定子50的最終組件中，所示各個(gè)端蓋本身彼此鄰接。
權(quán)利要求
1.一種用于電機(jī)的定子組件，該定子組件包括基本為矩形結(jié)構(gòu)的內(nèi)托板部件，該部件具有沿著內(nèi)托板部件的縱向軸線一般為凹面的內(nèi)表面，以及具有沿著內(nèi)托板部件的縱向軸線基本為凸面的外表面，還具有從凸面外表面上突出的至少一個(gè)繞組導(dǎo)向件；至少一個(gè)承支，其具有沿著支承件的縱向軸線的基本為凸面的外表面；以及一個(gè)內(nèi)表面，其具有兩個(gè)弧形切除部分，每個(gè)該切除部分適合于裝配在繞組組件的一個(gè)部分上；兩個(gè)端蓋，每個(gè)端蓋具有沿著端蓋縱向軸線的基本為凸面的外表面；以及一個(gè)內(nèi)表面，該內(nèi)表面具有適合于裝配在繞組組件一個(gè)末端部分上的切除部分。
2.如權(quán)利要求1所述的定子組件，其特征在于兩個(gè)繞組導(dǎo)向件從內(nèi)托板部件的凸面外表面上突出以形成對(duì)繞組組件的支承。
3.如權(quán)利要求1所述的定子組件，其特征在于每個(gè)支承件包括一個(gè)從內(nèi)表面上突出的內(nèi)支承部分，支承件內(nèi)支承部分形成為每個(gè)弧形切除部分的一個(gè)部分。
4.如權(quán)利要求1所述的定子組件，其特征在于內(nèi)托板部件由鐵磁粉末顆粒組成，所述顆粒被成形為內(nèi)托板部件的形狀。
5.如權(quán)利要求1所述的定子組件，其特征在于每個(gè)支承件由鐵磁金屬粉末顆粒組成，所述顆粒被成形的支承件的形狀。
6.如權(quán)利要求1所述的定子組件，其特征在于每個(gè)端蓋由鐵磁金屬粉末顆粒組成，所述顆粒被成形為端蓋的形狀。
7.如權(quán)利要求1所述的定子組件，其特征在于每個(gè)支承件包括邊緣表面，且每個(gè)相鄰接的端蓋包括互補(bǔ)的匹配表面。
8.如權(quán)利要求7所述的定子組件，其特征在于使用粘合劑把支承件保持在鄰接的端蓋上。
9.一種定子組件，包括內(nèi)托板部件，該部件具有基本為矩形的結(jié)構(gòu)，并具有朝內(nèi)彎曲的內(nèi)表面，以及朝外彎曲的外表面，還有從外表面上突出的至少一個(gè)繞組導(dǎo)向件；裝配在繞組導(dǎo)向件周圍的繞組組件；至少一個(gè)支承件，其具有朝外彎曲的外表面以及具有兩個(gè)切除部分的內(nèi)表面，每個(gè)切除部分均適合于裝配在繞組組件的一個(gè)部分上；兩個(gè)端蓋，每個(gè)該端蓋均具有朝外彎曲的外表面以及具有切除部分的內(nèi)表面，該切除部分適合于裝配在繞組組件的一個(gè)末端部分上。
10.如權(quán)利要求9所述的定子組件，其特征在于兩個(gè)繞組導(dǎo)向件從內(nèi)托板部件的凸面外表面上突出，以形成對(duì)繞組組件的支承。
11.如權(quán)利要求9所述的定子組件，其特征在于每個(gè)支承件包括從內(nèi)表面上突出的內(nèi)支承部分，支承件內(nèi)支承部分形成每個(gè)弧形切除部分的一部分。
12.如權(quán)利要求9所述的定子組件，其特征在于內(nèi)托板部件由鐵磁金屬粉末顆粒構(gòu)成，所述顆粒被成形為內(nèi)托板部件的形狀。
13.如權(quán)利要求9所述的定子組件，其特征在于每個(gè)支承件由鐵磁金屬粉末顆粒構(gòu)成，所述顆粒被成形為支承件的形狀。
14.如權(quán)利要求9所述的定子組件，其特征在于每個(gè)端蓋由鐵磁金屬粉末顆粒構(gòu)成，所述顆粒被成形為端蓋的形狀。
15.如權(quán)利要求9所述的定子組件，其特征在于每個(gè)支承件包括一個(gè)邊緣表面，且每個(gè)鄰接的端蓋包括互補(bǔ)的匹配表面。
16.如權(quán)利要求15所述的定子組件，其特征在于使用粘合劑把支承件保持在鄰接的末端上。
17.一種定子組件，包括內(nèi)托板部件，該部件具有基本為矩形的結(jié)構(gòu)，并具有朝內(nèi)彎曲的內(nèi)表面，以及朝外彎曲的外表面，還有從外表面上突出的至少一個(gè)繞組導(dǎo)向件；裝配在繞組導(dǎo)向件周圍的繞組組件；至少一個(gè)支承件，其具有朝外彎曲的外表面以及具有兩個(gè)切除部分的內(nèi)表面，每個(gè)切除部分均適合于裝配在繞組組件的一部分上；兩個(gè)端蓋，每個(gè)該端蓋均具有朝外彎曲的外表面以及具有切除部分的內(nèi)表面，該切除部分適合于裝配在繞組組件的一個(gè)末端部分上；其中，內(nèi)托板部件、支承件以及端蓋均由鐵磁金屬粉末顆粒構(gòu)成，所述顆粒被成形為內(nèi)托板部件、支承件以及端蓋的形狀。
18.如權(quán)利要求17所述的定子組件，其特征在于兩個(gè)繞組導(dǎo)向件從內(nèi)托板部件的外表面上突出，以便支承繞組組件。
19.如權(quán)利要求17所述的定子組件，其特征在于每個(gè)支承件包括內(nèi)支承部分，該部分從形成為每個(gè)切除部分一部分的內(nèi)支承部分上突出。
20.如權(quán)利要求17所述的定子組件，其特征在于每個(gè)支承件包括邊緣表面，且每個(gè)鄰接的端蓋包括互補(bǔ)的匹配表面。
21.如權(quán)利要求20所述的定子組件，其特征在于使用粘合劑以便把支承件保持在鄰接的末端上。
全文摘要
提供電機(jī)所用的壓實(shí)磁性粉末金屬構(gòu)件定子。每個(gè)定子由多個(gè)定子鐵心組件構(gòu)成。每個(gè)定子鐵心組件形成為定子鐵心本身的一個(gè)弧形部分。每個(gè)定子鐵心組件包括內(nèi)托板部件、繞組導(dǎo)向件支承繞組，以及至少一個(gè)支承件和兩個(gè)端蓋，所述端蓋裝配在定子組件外部徑向邊緣上的繞組上。
文檔編號(hào)H02K1/12GK101043170SQ20061013627
公開日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2006年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月20日
發(fā)明者戴維·法尼亞, 約翰·恩奎斯特 申請(qǐng)人:伯吉斯-諾頓制造有限公司