专利名称：磁性粉末金属构件定子的制作方法
技术领域：
本发明涉及电机所用铁心构件，且特别是涉及定子组件，该组件用于电机，最典型的是用于电动机。
背景技术：
电机例如电动机和发电机具有一个通常称为定子的固定部件，并具有通常称为转子的活动的或转动的部件。定子与转子之间的相互作用，是由于定子或转子所产生的磁场而引起的。此种磁场通常是由在定子或转子上的绕组(winding)中的电流所产生或所感应的。此种绕组通常包括多个缠绕在线圈支承件周围的线圈(coils)。绕组支承件通常由软的磁性材料构成，按照传统，该材料由所选用钢材料的一些叠片制成。叠片彼此绝缘，以便减少涡电流。
对此种电机的设计有一个令人关注的问题，即需要或希望通过改进线圈的填充系数而减少自由空间。最好令绕组尽可能实用地填充空隙，以便改进定子与转子二者电磁场之间的相互作用。这样会产生更加有效率的电动机或发电机。人们用术语把这种情况称为电动机的功率密度。
人们也已经知道，以金属粉末操作方式压实的铁磁粉末颗粒替代定子或转子磁心的叠层钢材料，以便形成绕组支承件。铁磁粉末颗粒本身是彼此绝缘的，从而使压实的产品以相似于使用叠层钢材料堆垛的方式，呈现出较低的涡电流损耗。在电机的铁心中使用此种由铁磁粉末颗粒组成的压实金属粉末，其情况在美国专利第6,956,307号、6,300,702号以及6,441,530号中已公开。
相应地，本发明的一个目的是提供电机所用一种改进的定子组件，其中，绕组的填充系数被减小，且相应地电动机本身的功率密度得到改进。
本发明的另一个目的是提供电机所用一种改进的定子组件，其中，定子组件使用由压实的铁磁粉末所构成的部件。
发明内容
本发明提供电机所用一种改进的定子组件，更具体地说，是电动机或发电机所用一种改进的定子组件。该改进的定子组件包括多个部件。每个定子组件形成定子本身的一个弧形区段，显然该区段一般是筒状结构。每个定子组件包括内托板、绕组组件、支承件(back piece)，以及两个端盖。每个定子组件沿着该定子本身的圆周平面与相似的另一个定子组件邻接。
此外，内托板部件、支承件以及端盖的每一个均由铁磁粉末颗粒形成。此种铁磁粉末颗粒相互绝缘。铁磁金属粉末颗粒被以粉末金属操作方式而压成实心固体的形式。
本发明的一个特征在于，由互相绝缘的铁磁粉末金属颗粒所形成的多个区段组成的改进定子组件，由于减少了电机中的涡电流而提供了改进的性能。此种改进的性能主要是由于在定子组件之内改进线圈的填充系数以消除空隙而实现的。这种在定子组件之内对空隙填充的改进，也改进电动机的功率密度。
图1是透视图，以所示各个分开的单独部件，显示符合本发明一个实施例的定子组件；图2是符合本发明一个实施例的定子组件的透视图；图3是定子组件的透视图，显示以粘合剂所封装的定子组件的各个部件；以及图4是定子的剖视图，显示符合本发明一个实施例的多个定子组件。
具体实施例方式
参看图1，定子组件总括地以附图标记10表示。定子组件10一般包括内托板部件24，该部件一般为矩形的形状，其具有朝内弯曲的内表面28与朝外弯曲的外表面30。观察内托板部件24的另一种方式，就是把内表面28看成沿着内托板部件24的纵向轴线的一个凹面，并把外表面30看成沿着内托板部件24的纵向轴线的一个凸面。所示线圈导向件26是从内托板部件24的外表面30上升起并延伸的。所示每个线圈导向件26都具有弧形或圆形剖面的外表面，以及为平直的内表面。
所示绕组20一般是椭圆形的，其由许多绝缘电线缠绕而成。线圈导线22从绕组20朝外延伸，以便使最终构成的定子组件10可以并适当地电连接。所示绕组20装配在导向件26周围，以便把邻接绕组20的内托板部件24的间隙封闭。
所示端盖12与18是同样的，帽盖12带有外表面13且帽盖18带有外表面19，该表面朝外弯曲，或一般沿着定子组件10的纵向轴线凸起。另外，所示端盖18具有切除部(cut out)34，该切除部装配在绕组20的一个末端周围。因此，端盖18形成一种围绕绕组20末端的滑配合，端盖12也是如此。另外，所示端盖12和18紧紧靠近内托板部件24的外表面30。
支承件14与16是同样的，且看上去彼此邻接，并位于端盖12与18里面且与其相邻接。所示每个支承件14与16具有支承件14与16所用的朝外弯曲的外表面21与23。另外，所示支承件16具有与支承件16的一横向边缘邻近的切除部分36及与支承件16的另一横向边缘邻近的另一个切除部分。支承件14具有相似的切除部分。切除部分36和与支承件16的另外那个横向边缘相邻接的那个相似切除部分，最好是弧形的，以便适合尽可能靠近绕组20的顶部表面。然而，假如由于某种原因，绕组20采用其他形状而非弧形，那么，支承件16中切除部分的开口36与另外那个切除部分的开口，就对于绕组20顶部的形状做相似的补偿。
另外，所示支承件16具有内支承部38，该内支承部延伸与切除部分36相邻接，且相似的内支承部与支承件16中另外那个切除部分相邻接。此种内支承部形成为切除部分36的一部分，并确保支承件16的一部分的物理位置尽可能靠近内托板部件24的外表面30。
应当明白的是，端盖12与18、支承件14与16以及内托板部件24都是由绝缘粉末颗粒组成的压实铁磁粉末构成的，以便使定子组件10的特殊部件成形。此种成形以所知的粉末金属操作方式完成，该操作包括模压处理和加热处理。重要的是，用于形成定子组件10各部件的铁磁金属粉末颗粒是彼此绝缘的，从而在整个定子组件之内使涡电流的构成减少。
还应当明白的是，可以在帽盖12、支承件14、支承件16以及端盖18的各个邻接表面之间，使用适当的绝缘材料比如氧化物层。
另外，每个端盖12与18都包括匹配表面52，该表面可以是与支承件16相邻接的端盖18的横向表面中的一个突出部，或相似的脊状体或凹陷处。支承件16可以包括互补的边缘表面，以确保在支承件16与端盖18之间的互补装配。端盖12与支承件14应具有相似的互补表面。
参见图2，所示定子组件10带有内托板部件24、绕组20以及装配在线圈上的支承件14与16。显然，支承件14和16与内托板部件24之间的任何间隙都被有效地消除了。所示绕组20基本上占据着支承件14和16与内托板部件24之间的整个空间。这样确保高的填充系数，并使采用定子组件10的电动机的功率密度改进。
参见图3，该图显示整个已组装的定子组件10。所示定子组件10包括内托板部件24，装配在线圈导向件26周围的绕组20布置在该部件上，该导向件在图中不可见。定子组件10还包括端盖12、支承件14、支承件16以及端盖18，所有这些部件都如上文所述装配在绕组20周围以及该绕组上。以附图标记56和58表示的粘合剂或树脂，用于封住定子组件10并确保各部件组件的热处理和强度。此种树脂也用于端盖12、支承件14、支承件16以及端盖18之间，以进一步确保对于这些部件的粘合与封装。另外，所示通道57处于端盖12与内托板部件24之间，以便进一步让粘合剂注入该通道中并在其中移动。设置了相似的通道59，以便让粘合剂和树脂进一步固定定子组件10并使其形成良好的热处理和强度。
参见图4，所示已组装的完整定子总括地以附图标记50表示。所示此种定子包括多个定子组件10，所述定子该组件形成为环状排列的，这种排列为电动机或发电机所用的典型排列。如参照图1-3所作的描述，每个定子组件10包括内托板部件24，该内托板部件朝内面向定子50的轴线。图中绕组20在内托板部件24上径向朝外放置。尽管在本图中未显示，但可以知道的是，线圈20装配在线圈导向件26周围，该导向件从内托板部件24的外表面30处突起。另外，如图1至图3所示，每个定子组件10还包括端盖12、邻接的支承件14、邻接的支承件16以及端盖18。在完成的定子50的最终组件中，所示各个端盖本身彼此邻接。
权利要求
1.一种用于电机的定子组件，该定子组件包括基本为矩形结构的内托板部件，该部件具有沿着内托板部件的纵向轴线一般为凹面的内表面，以及具有沿着内托板部件的纵向轴线基本为凸面的外表面，还具有从凸面外表面上突出的至少一个绕组导向件；至少一个承支，其具有沿着支承件的纵向轴线的基本为凸面的外表面；以及一个内表面，其具有两个弧形切除部分，每个该切除部分适合于装配在绕组组件的一个部分上；两个端盖，每个端盖具有沿着端盖纵向轴线的基本为凸面的外表面；以及一个内表面，该内表面具有适合于装配在绕组组件一个末端部分上的切除部分。
2.如权利要求1所述的定子组件，其特征在于两个绕组导向件从内托板部件的凸面外表面上突出以形成对绕组组件的支承。
3.如权利要求1所述的定子组件，其特征在于每个支承件包括一个从内表面上突出的内支承部分，支承件内支承部分形成为每个弧形切除部分的一个部分。
4.如权利要求1所述的定子组件，其特征在于内托板部件由铁磁粉末颗粒组成，所述颗粒被成形为内托板部件的形状。
5.如权利要求1所述的定子组件，其特征在于每个支承件由铁磁金属粉末颗粒组成，所述颗粒被成形的支承件的形状。
6.如权利要求1所述的定子组件，其特征在于每个端盖由铁磁金属粉末颗粒组成，所述颗粒被成形为端盖的形状。
7.如权利要求1所述的定子组件，其特征在于每个支承件包括边缘表面，且每个相邻接的端盖包括互补的匹配表面。
8.如权利要求7所述的定子组件，其特征在于使用粘合剂把支承件保持在邻接的端盖上。
9.一种定子组件，包括内托板部件，该部件具有基本为矩形的结构，并具有朝内弯曲的内表面，以及朝外弯曲的外表面，还有从外表面上突出的至少一个绕组导向件；装配在绕组导向件周围的绕组组件；至少一个支承件，其具有朝外弯曲的外表面以及具有两个切除部分的内表面，每个切除部分均适合于装配在绕组组件的一个部分上；两个端盖，每个该端盖均具有朝外弯曲的外表面以及具有切除部分的内表面，该切除部分适合于装配在绕组组件的一个末端部分上。
10.如权利要求9所述的定子组件，其特征在于两个绕组导向件从内托板部件的凸面外表面上突出，以形成对绕组组件的支承。
11.如权利要求9所述的定子组件，其特征在于每个支承件包括从内表面上突出的内支承部分，支承件内支承部分形成每个弧形切除部分的一部分。
12.如权利要求9所述的定子组件，其特征在于内托板部件由铁磁金属粉末颗粒构成，所述颗粒被成形为内托板部件的形状。
13.如权利要求9所述的定子组件，其特征在于每个支承件由铁磁金属粉末颗粒构成，所述颗粒被成形为支承件的形状。
14.如权利要求9所述的定子组件，其特征在于每个端盖由铁磁金属粉末颗粒构成，所述颗粒被成形为端盖的形状。
15.如权利要求9所述的定子组件，其特征在于每个支承件包括一个边缘表面，且每个邻接的端盖包括互补的匹配表面。
16.如权利要求15所述的定子组件，其特征在于使用粘合剂把支承件保持在邻接的末端上。
17.一种定子组件，包括内托板部件，该部件具有基本为矩形的结构，并具有朝内弯曲的内表面，以及朝外弯曲的外表面，还有从外表面上突出的至少一个绕组导向件；装配在绕组导向件周围的绕组组件；至少一个支承件，其具有朝外弯曲的外表面以及具有两个切除部分的内表面，每个切除部分均适合于装配在绕组组件的一部分上；两个端盖，每个该端盖均具有朝外弯曲的外表面以及具有切除部分的内表面，该切除部分适合于装配在绕组组件的一个末端部分上；其中，内托板部件、支承件以及端盖均由铁磁金属粉末颗粒构成，所述颗粒被成形为内托板部件、支承件以及端盖的形状。
18.如权利要求17所述的定子组件，其特征在于两个绕组导向件从内托板部件的外表面上突出，以便支承绕组组件。
19.如权利要求17所述的定子组件，其特征在于每个支承件包括内支承部分，该部分从形成为每个切除部分一部分的内支承部分上突出。
20.如权利要求17所述的定子组件，其特征在于每个支承件包括边缘表面，且每个邻接的端盖包括互补的匹配表面。
21.如权利要求20所述的定子组件，其特征在于使用粘合剂以便把支承件保持在邻接的末端上。
全文摘要
提供电机所用的压实磁性粉末金属构件定子。每个定子由多个定子铁心组件构成。每个定子铁心组件形成为定子铁心本身的一个弧形部分。每个定子铁心组件包括内托板部件、绕组导向件支承绕组，以及至少一个支承件和两个端盖，所述端盖装配在定子组件外部径向边缘上的绕组上。
文档编号H02K1/12GK101043170SQ20061013627
公开日2007年9月26日 申请日期2006年10月18日 优先权日2006年3月20日
发明者戴维·法尼亚, 约翰·恩奎斯特 申请人:伯吉斯-诺顿制造有限公司