专利名称：具有覆盖模制件的定子组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及电马达，尤其是涉及电马达的定子组件。
背景技术：
在永磁体电马达的定子组件结构中，磁体保持在定子组件中。例如，在刷式永磁体电马达中，磁体保持在定子壳体上，或者保持在定子壳体内的单独磁通环上。这通常需要将各磁体胶接或粘接在磁通环或定子壳体上。
已经使用了各种类型的粘接剂来将磁体粘接在金属表面上。电马达的突然振动将能够破坏磁体和铁磁体或定子壳体之间的粘接。这将导致磁体在定子组件中运动。磁体自身甚至可能破裂。因此，电马达不能合适起作用。
在本领域中还已知在磁通环或定子壳体中提供锚固件。这时，磁性材料注射模制在磁通环或定子壳体上，并通过锚固件保持就位。这样的锚固件系统在美国专利No.6522042和美国专利申请No.09/764004中公开，该美国专利No.6522042的
公开日为2003年2月18日，标题为Anchoring Systemfor Injection Molded Magnets on a Flux Ring or Motor Housing，该美国专利申请No.09/764004的申请日为2001年1月17日，标题为Anchoring System for Injection Molded Magnets on a Flux Ring or MotorHousing。不过，在上述专利申请中公开的锚固系统的缺点是它们需要使用注射模制磁性材料。这通常是按单位磁通最昂贵的磁性材料。
发明内容
因此，本发明提供了一种用于电马达的定子组件。该定子组件包括定子壳体、插入该定子壳体中的分开磁通环以及在磁通环的内表面上的多个磁体。覆盖模制件(overmolding)将磁体固定在磁通环上，并维持在磁通环上的径向力，从而将该磁通环固定在定子壳体上。也可选择，覆盖模制件充满磁通环的缝，并防止磁通环压缩。
在本发明的一个方面，用于模制覆盖模制件的材料是塑料，在磁通环和磁体布置在定子壳体中之后，该塑料环绕磁通环上的磁体注射模制。塑料在注射模制时的压力使得径向压力施加在磁通环上，从而使该磁通环膨胀抵靠定子壳体，并将该磁通环固定在定子壳体上。覆盖模制件也将磁体固定在磁通环上。
在本发明的一个方面，磁通环与定子壳体对齐，且通过使在该磁通环和定子壳体中的一个上的凹座与在该磁通环和定子壳体中的另一个上的孔啮合而将该磁通环固定在定子壳体上。
在本发明的一个方面，当用于模制覆盖模制件的材料被模制时，后部轴承支架、前部轴承支架和风扇导流板中的至少一个与覆盖模制件整体模制。
在本发明的一个方面，覆盖模制件在定子组件的磁极之间形成有不同宽度的狭槽，以便使该定子组件有键合特征，从而例如当该定子组件布置在磁化器中时使该定子组件与磁化器键合。
在本发明的一个方面，通过从坯料冲压出磁通环和壳体并使它们辊轧在一起，磁通环和壳体预先形成为一个单元。在一个变化形式中，磁通环坯料首先辊轧形成磁通环，并在使该磁通环作为辊轧心轴的情况下使壳体坯料环绕该磁通环辊轧。
在本发明的一个方面，电马达有电枢和本发明的定子组件。
在本发明的一个方面，动力工具有壳体，该壳体包括电马达，该电马达有与传动装置连接的输出装置。该电马达有电枢和本发明的定子组件。
通过下面的详细说明，可以清楚本发明的其它应用领域。应当知道，在表示本发明的优选实施例时的详细说明和特定实例只是用于说明目的，并不局限本发明的范围。
通过下面的详细说明和附图，可以更充分地理解本发明，其中图1是本发明的动力工具的剖视图；图2是图1的动力工具的定子组件的透视图；图3是图2的定子组件沿线3-3的剖视图；图4是图2的定子组件的磁通环的透视图；
图5是图2的定子组件的外壳或壳体的透视图；图6是装于图5的定子外壳中的、图4的磁通环的透视图；图7是图4的磁通环的变化形式的透视图，表示了具有互锁指状物的磁通环；图8是图2的定子组件的可选结构的透视图；图9是具有图2的定子组件的可选结构的电马达的透视图；图10是图9的电马达沿线10-10的剖视图；图11是可选定子组件的透视图；以及图12是另一可选定子组件的透视图。
优选实施例的详细说明下面对优选实施例的说明仅仅为示例性质，决不是将限制本发明、它的应用或用途。
下面参考图1，图中表示了动力工具10。该动力工具10表示为钻孔机，不过，根据本发明，可以使用任何类型的动力工具。动力工具10包括壳体12，该壳体12包围马达14。启动部件16与马达和电源18连接。该电源包括电源线(交流电)或电池(直流电)(未示出)。马达14与输出装置20连接，该输出装置20包括传动装置22和夹头24。该夹头24可操作，以便保持工具(未示出)。
马达包括定子组件30。该定子组件30包括定子壳体32、磁通环34和磁体36。磁通环34是可膨胀或分开的磁通环34。电枢40包括轴42、转子44以及与该轴42连接的换向器50。转子44包括叠片46和绕组48。马达14还包括端板52和54。端板52包括前部轴承56，该前部轴承56支承轴42的一端。该轴42与作为输出装置20的一部分的小齿轮60连接。电刷62和64与换向器50连接。后部轴承70也与端板54连接，以便平衡轴42的旋转。
下面将参考图2-6更详细地介绍定子组件30。定子壳体32和磁通环34示例地由软磁材料制成，例如冷轧钢。磁通环34有径向向内延伸的锚固件80。磁体36环绕磁通环34的内表面82布置在锚固件80之间。覆盖模制件84将磁体36固定在磁通环34上，如WO 02/068235 A2中更详细所述。
磁通环34不连续，有沿它延伸的缝86。该缝86使得磁通环34能够压缩，以便插入定子壳体32。当磁通环34装配到定子组件30中时，优选是该缝86布置在定子组件30的一个磁极P1、P2上，以便减小磁损失。在图2-6的结构中，磁通环34包括与定子壳体32中的孔90啮合的凸起或凹座(dimple)88。也可选择，如图8所示，定子壳体32包括与磁通环32中的孔94啮合的凸起或凹座92。在定子壳体30的装配过程中，凹座88、92和孔90、94的啮合使得磁通环34合适对齐。凹座88、92和孔90、94表示为与缝86成90度角，以便当磁通环34压缩时使磁通环34中的凹座88或孔94(根据使用情况)可相对于定子壳体32进行充分移动，这样，当磁通环解开压缩时，凹座88将压入孔90中(或孔94将环绕凹座92)。也可选择，理想是，凹座88、92和孔90、94定心在一个磁极P1、P2上，以便减小磁损失。覆盖模制件84形成为有狭槽95、96，该狭槽95、96在磁通环34的径向相对侧，并在环绕磁体36的磁极P1的覆盖模制件84和环绕磁体36的磁极P2的覆盖模制件84之间。所示狭槽95、96沿磁通环34的内表面在磁极P1和P2之间轴向延伸。狭槽95、95可以是在覆盖模制件84中的间隙，或者是在覆盖模制件84中的、减小厚度的区域。在所示实施例中，定子组件30有一对磁极，因此，磁极P1和P2中的一个是北磁极，另一个是南磁极。应当知道，定子组件30可以有超过一对的北磁极和南磁极。
为了装配定子组件30，预先形成定子壳体32和磁通环34。这时，所示定子壳体32有互锁指状物33，如图5所示。磁通环34稍微压缩并插入定子壳体32中，如图6所示。如上所述，凹座88、92与孔90、94啮合。磁体36抵靠磁通环34的内表面82布置，并位于锚固件80之间。磁体36可以轻微磁化，这样，它们在装配过程中保持抵靠磁通环34的内表面82。
覆盖模制材料83例如塑料注射模制在定子组件30上，以便形成覆盖模制件84。在注射模制处理过程中，覆盖模制材料的压力推动磁体36和磁通环34，从而使磁通环34膨胀并抵靠定子壳体32。覆盖模制材料83充满磁通环34的缝86，并包围磁体36。磁通环34膨胀抵靠定子壳体32，从而提供了用于将磁通环34保持在定子壳体32内的保持力。而且，因为覆盖模制件84充满磁通环34的缝86，因此，在覆盖模制材料83硬化后，将防止在定子壳体32中的磁通环34压缩，从而防止磁通环34从定子壳体32中脱出。通过覆盖模制件84保持就位的凹座88、92和孔90、94的啮合进一步将磁通环34固定在定子壳体32上。覆盖模制件84的直径和实际位置接近定子壳体32的内径，从而减小电枢40(图1)的工差积累。应当知道，在磁通环34和定子壳体32中可以有多个凹座/孔结构。
在本发明的一个方面，狭槽95比狭槽96更宽。这限制了在定子组件30装配之后该定子组件30可以布置在用于磁化磁体36的磁化器(未示出)中的两个方位。也就是，狭槽95和96的宽度差提供了键合特征，该键合特征使定子组件30与磁化器键合。当狭槽95和96的宽度相同时，定子组件30可以以四个方向布置在磁化器中。也就是，定子组件30的各端能够以180度间隔开的两个方位布置在磁化器中。通过在覆盖模制件84形成键合特征，定子组件30的各端只能以一个方位布置在磁化器中，从而使定子组件30可以布置在磁化器中的方位减小为两个。这使得定子组件30在磁化器中的固定更牢固，并能防止由于将定子组件30以错误方向插入磁化器中而引起的相反磁化。应当知道，在有超过两个磁极的定子组件中，优选是只有一个在磁极之间的狭槽的宽度与其余在磁极之间的狭槽的宽度不同，以便使定子组件与磁化器键合。
在本发明的一个方面，定子壳体32和磁通环34根据可选装配方法预先装配成一个单元。特别是，定子壳体32和磁通环34由单独坯料形成，例如钢坯料，这样，磁通环34的缝和定子壳体32的边缘形成为有互锁的指状物，例如图5中所示的、用于定子壳体32的互锁指状物33以及图7中所示的、用于磁通环34的互锁指状物37。在磁通环中冲压出一个或多个孔94，而在定子壳体32中冲压出配合的匹配凹座92，或者相反。定子壳体32和磁通环34通过使孔和凹座啮合而布置在一起形成扁平的、辊轧前的状态。该定子壳体32和磁通环34进行辊轧，并使磁通环34的缝互锁，还使定子壳体32的缝也互锁。在辊轧处理过程中，孔和凹座使定子壳体32和磁通环34保持对齐。
在可选方案中，磁通环34可以首先辊轧，定子壳体32环绕磁通环34辊轧。这时，磁通环34作为辊轧心轴。另外，当定子壳体32环绕磁通环34辊轧时，孔和凹座保持对齐。根据另一可选方案，定子壳体32和磁通环34可以点焊在一起，以便形成子组件。不管怎样使定子壳体32和磁通环34装配在一起，覆盖模制材料83的注射都不仅将磁体36固定在磁通环34上，而且通过施加在磁通环34上的压力而将磁通环34固定在定子壳体32上。
在动力工具10的装配和制造上，本发明的定子组件30都有明显的优点。特别是，定子组件30不需要焊接设备来将部件固定在一起。由于覆盖模制材料83的注入而引起的、磁通环34抵靠定子壳体32的膨胀将磁通环34固定在定子壳体32上，且覆盖模制件84还将磁体固定在磁通环34上。凹座/孔结构的互锁还将磁通环34固定在定子壳体32上。而且，覆盖模制材料83的注入减小了工差积累，使得装配更容易。因此，制造设备和占地面积都减小，从而节约成本。减小工差积累的另一优点是磁体可以布置成更接近电枢40，因此增大马达的性能。由狭槽95、96的不同宽度提供的键合特征改进了定子组件30在磁化器中的布置。
再参考图9和10，图中表示了具有定子组件30的另一实施例的电马达98，该另一实施例的定子组件总体以参考标号100表示。定子组件100包括定子壳体32、磁通环34、永磁体36，与图2-6中所示的定子组件30相同。定子组件100还包括整体模制的换向器端或后部轴承支架102以及整体模制的风扇导流板104。电枢例如电枢40(图1)装于定子组件100中。风扇112固定在电枢40的轴42的一端，并布置在风扇导流板104内。绝缘套筒114可以布置在轴42和叠片46之间以及布置在轴42和换向器50之间。端板(图9和10中未示出)例如端板52(图1)固定在风扇导流板104上。
后部轴承支架102包括由覆盖模制材料83整体模制的帽体106。该帽体106包括袋穴108，由于接收后部轴承70(图1)。帽体106由覆盖模制材料83整体形成为覆盖模制件84的一部分，这不需要单独的固定件来将后部轴承支架102固定在定子壳体32上。风扇导流板104同样由覆盖模制材料83整体模制。
下面参考图11，图中表示了定子组件100的可选实施例，该可选实施例的定子组件总体以参考标号100′表示。定子组件基本与图9和10中所示的定子组件100相同，不过，只有后部轴承支架102由覆盖模制材料83整体模制成覆盖模制件84的一部分。也可选择，用于与前部轴承例如轴承56(图1)啮合的前部轴承支架103(在图11中以虚线表示)可以以与后部轴承支架102基本相同的方式整体模制。
参考图12，图中表示了定子组件100的另一可选实施例，该另一可选实施例的定子组件总体以参考标号100″表示。定子组件100″基本与图9和10中所示的定子组件100类似，不过，只有风扇导流板104由覆盖模制材料83整体模制成覆盖模制件84的一部分。
通过将换向器端轴承支架102和风扇导流板104整体模制成覆盖模制件84的一部分，可以进一步节省装配成本。
本发明的说明书只是示例性的，因此，不脱离本发明的精神的变化形式将包括在本发明的范围内。这些变化形式并不认为脱离了本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种定子组件，包括壳体；磁通环，该磁通环布置在该壳体内；多个永磁体，这些永磁体环绕磁通环的内表面布置；以及环绕该多个磁体覆盖模制的材料，以便将磁体固定到磁通环和将磁通环固定到壳体。
2.根据权利要求1所述的定子组件，其中磁通环包括锚固件，该锚固件径向向内延伸，同时多个永磁体布置在锚固件之间。
3.根据权利要求1所述的定子组件，其中该磁通环包括缝，该缝使得磁通环能够在装配过程中被压缩，以便插入壳体内，覆盖模制材料使磁通环膨胀抵靠壳体。
4.根据权利要求3所述的定子组件，其中在覆盖模制材料的模制过程中，使磁通环的缝充满覆盖模制材料，且该覆盖模制材料硬化时可防止磁通环压缩。
5.根据权利要求3所述的定子组件，其中该定子组件有多个磁极，该磁通环的缝与一个磁极对齐。
6.根据权利要求3所述的定子组件，其中磁通环和壳体中的一个包括至少一个凸起，而磁通环和壳体中的另一个包括至少一个孔，该凸起容纳于该孔内，以便使磁通环在壳体中对齐。
7.根据权利要求6所述的定子组件，其中磁通环和壳体的凸起和孔布置成与磁通环的缝成大约90度。
8.根据权利要求1所述的定子组件，还包括后部轴承支架、前部轴承支架和风扇导流板中的至少一个在覆盖模制材料的模制过程中由覆盖模制材料整体模制。
9.根据权利要求1所述的定子组件，还包括后部轴承支架，它在覆盖模制材料的模制过程中由覆盖模制材料整体模制，该后部轴承支架包括帽体，该帽体中有袋穴，用于容纳后部轴承。
10.根据权利要求1所述的定子组件，其中该覆盖模制材料是塑料。
11.根据权利要求1所述的定子组件，其中至少一个键合特征在定子组件的磁极之间形成于覆盖模制材料中。
12.根据权利要求11所述的定子组件，其中该键合特征包括狭槽，该狭槽在磁极之间形成于覆盖模制材料中，且至少两个狭槽的宽度不同。
13.根据权利要求1所述的定子组件，其中，该多个磁体包括四个磁体，定子组件有由彼此相邻的两个磁体确定的第一磁极以及由彼此相邻的另外两个磁体确定的第二磁极，该模制材料模制成有在磁通环的第一侧的、第一和第二磁极的磁体之间的第一狭槽以及在该磁通环的第二侧的、第一和第二磁极的磁体之间的第二狭槽，该磁通环的第二侧与磁通环的第一侧径向相对，该第一和第二狭槽有不同宽度。
14.一种定子组件，包括壳体；磁通环，该磁通环布置在该壳体内，该磁通环有缝，该缝使得磁通环能够在装配过程中被压缩，以便插入壳体内；多个永磁体，这些永磁体环绕磁通环的内表面布置，各磁体布置在至少两个从磁通环的内表面径向向内伸出的锚固件之间；以及环绕该多个磁体覆盖模制的材料，以便将磁体固定在磁通环上，并通过使磁通环膨胀抵靠壳体而将该磁通环固定在壳体上，且通过使覆盖模制材料充满磁通环的缝而防止该磁通环压缩。
15.根据权利要求14所述的定子组件，其中磁通环和壳体中的一个包括至少一个凸起，而磁通环和壳体中的另一个包括至少一个孔，该至少一个凸起容纳于该至少一个孔内，该磁通环的缝与定子组件的第一磁极对齐。
16.根据权利要求15所述的定子组件，其中磁通环和壳体的凸起和孔布置成与磁通环的缝成大约90度。
17.根据权利要求15所述的定子组件，其中磁通环和壳体的凸起和孔与定子组件的第二磁极对齐。
18.根据权利要求14所述的定子组件，其中至少一个键合特征在定子组件的磁极之间形成于覆盖模制材料中，该键合特征包括狭槽，当模制该覆盖模制材料时，该狭槽在磁极之间形成于覆盖模制材料中，同时至少两个狭槽的宽度不同。
19.一种定子组件，包括壳体；磁通环，该磁通环布置在该壳体内；多个永磁体，这些永磁体环绕磁通环的内表面布置；环绕该多个磁体覆盖模制的材料，以便将磁体固定在磁通环上和将磁通环固定在壳体上；以及后部轴承支架、前部轴承支架和风扇导流板中的至少一个在覆盖模制材料的模制过程中由覆盖模制材料整体模制。
20.一种动力工具，包括壳体；以及马达，该马达布置在壳体内，并有与传动装置连接的输出装置，该马达有定子组件，该定子组件有磁通环，该磁通环布置在该壳体内；多个永磁体，这些永磁体环绕磁通环的内表面布置；环绕该多个磁体覆盖模制的材料，以便将磁体固定在磁通环上和将磁通环固定在壳体上。
21.根据权利要求20所述的动力工具，其中磁通环包括锚固件，该锚固件径向向内延伸，且多个永磁体分别布置在至少两个锚固件之间。
22.根据权利要求20所述的动力工具，其中该磁通环包括缝，该缝使得磁通环能够在定子组件的装配过程中压缩，以便插入壳体内，覆盖模制材料使磁通环膨胀抵靠壳体。
23.根据权利要求22所述的动力工具，其中磁通环的缝充满覆盖模制材料，该覆盖模制材料防止磁通环压缩。
24.根据权利要求22所述的动力工具，其中该缝与定子组件的磁极对齐。
25.根据权利要求20所述的动力工具，其中磁通环和壳体中的一个包括至少一个凸起，而磁通环和壳体中的另一个包括至少一个孔，该凸起容纳于该孔内，以便使磁通环在壳体中对齐。
26.根据权利要求25所述的动力工具，其中磁通环和壳体的凸起和孔布置成与磁通环的缝成大约90度。
27.根据权利要求25所述的动力工具，其中定子组件包括后部轴承支架、前部轴承支架和风扇导流板中的至少一个，它在覆盖模制材料的模制过程中由覆盖模制材料整体模制。
28.根据权利要求25所述的动力工具，其中该覆盖模制材料是塑料。
29.根据权利要求20所述的动力工具，其中至少一个键合特征在定子组件的磁极之间形成于覆盖模制材料中，该键合特征包括狭槽，该狭槽在模制覆盖模制材料时在磁极之间形成于覆盖模制材料中，同时至少两个狭槽的宽度不同。
30.一种用于构造永磁体定子组件的方法，包括将具有多个径向向内伸出的锚固件的磁通环插入壳体中；将多个永磁体插入锚固件之间；环绕永磁体将材料注入磁通环内，这样，该材料至少部分覆盖模制在永磁体上，以便将永磁体固定在磁通环上，并使磁通环膨胀抵靠壳体，以便将该磁通环固定到壳体。
31.根据权利要求30所述的方法，其中该磁通环包括缝，该缝使得磁通环能够被压缩；将磁通环插入壳体内包括将磁通环在插入壳体内之前进行压缩，当磁通环压缩时将该磁通环插入壳体内，且当磁通环插入壳体内后使它膨胀抵靠壳体。
32.根据权利要求31所述的方法，还包括通过将材料注入成充满磁通环的缝，从而防止磁通环压缩，使该材料在该缝中硬化并防止磁通环压缩。
33.根据权利要求30所述的方法，还包括通过将磁通环插入壳体内，使得在磁通环和壳体中的一个上的凸起伸入在磁通环和壳体中的另一个上的孔内，从而使磁通环在壳体内对齐。
34.根据权利要求30所述的方法，还包括注入材料，使它形成后部轴承支架、前部轴承支架和风扇导流板中的至少一个。
35.根据权利要求30所述的方法，还包括注入材料，以便通过在材料中在定子组件的磁极之间形成狭槽而形成至少一个键合特征，同时至少两个狭槽的宽度不同。
36.根据权利要求30所述的方法，还包括通过下述步骤将壳体和磁通环预装配成一个单元由单独坯料冲压出壳体和磁通环，各单独坯料冲压成有在相对端的互锁指状物；在壳体和磁通环中的一个上冲压出至少一个孔，并在壳体和磁通环中的另一个上冲压出至少一个凸起；通过使该至少一个孔和该至少一个凸起相互啮合而使壳体和磁通环坯料布置在一起；以及辊轧该壳体和磁通环坯料，从而使壳体坯料的指状物互锁，并使磁通环坯料的指状物互锁。
37.根据权利要求36所述的方法，还包括将磁通环和壳体点焊在一起。
38.根据权利要求30所述的方法，还包括通过下述步骤将壳体和磁通环预装配成一个单元由坯料辊轧磁通环；以及由坯料辊轧壳体，其中，壳体坯料环绕磁通环辊轧，这时，该磁通环作为辊轧心轴。
39.根据权利要求38所述的方法，其中磁通环和壳体坯料中的一个冲压成有至少一个凸起，磁通环和壳体坯料中的另一个冲压成有至少一个孔，在壳体坯料环绕磁通环辊轧的过程中，该至少一个凸起与该至少一个孔啮合。
40.根据权利要求38所述的方法，还包括将磁通环和壳体点焊在一起。
全文摘要
一种用于电马达的定子组件，包括定子壳体、插入该定子壳体中的可膨胀磁通环以及在磁通环的内表面上的多个磁体。覆盖模制材料环绕在磁通环中的磁体模制，例如通过注射模制。覆盖模制材料在模制时的压力使得磁通环膨胀，并将磁通环按压成与定子壳体啮合。覆盖模制材料将磁体固定在磁通环上，并将磁通环固定在壳体上。磁通环和定子壳体中的一个有凹座，该凹座与在该磁通环和定子壳体中的另一个上的孔啮合，以便使该磁通环和定子壳体对齐。
文档编号H02K1/27GK1520002SQ20031012060
公开日2004年8月11日 申请日期2003年12月15日 优先权日2002年12月13日
发明者E·M·奥尔特, M·J·阿格尼斯, H·杜, E M 奥尔特, 阿格尼斯 申请人:布莱克-德克尔公司