專(zhuān)利名稱(chēng)：具有封裝式線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)的電動(dòng)發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動(dòng)發(fā)電機(jī)，尤其涉及一種具有利用導(dǎo)熱塑料封裝的線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)的電動(dòng)發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
電動(dòng)發(fā)電機(jī)為產(chǎn)生電力或使用電力的機(jī)器。常見(jiàn)類(lèi)型的電動(dòng)發(fā)電機(jī)有交流發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)和電機(jī)。
電機(jī)用于廣泛的應(yīng)用中，包括動(dòng)力工具例如鉆床、鋸床、砂磨裝置，場(chǎng)地工具如軋邊機(jī)和修邊機(jī)，僅舉了此類(lèi)工具的幾個(gè)例子。這些裝置全部都利用具有電樞和場(chǎng)如定子的電機(jī)。電樞通常由被多個(gè)磁線(xiàn)繞組纏繞的疊片結(jié)構(gòu)或芯形成。疊片結(jié)構(gòu)被形成為具有多個(gè)極，磁線(xiàn)纏繞于其上。在這點(diǎn)上，疊片結(jié)構(gòu)可形成為帶有多個(gè)狹槽，磁線(xiàn)纏繞于這些狹槽中。絕緣體通常被提供于磁線(xiàn)和疊片結(jié)構(gòu)之間。磁線(xiàn)，按照該術(shù)語(yǔ)的常見(jiàn)意思，為通常用來(lái)將線(xiàn)圈纏繞于電機(jī)中例如電樞和定子上的這種類(lèi)型的導(dǎo)線(xiàn)。磁線(xiàn)在其端部處聯(lián)接于換向器上，例如當(dāng)換向器為柄腳型換向器上時(shí)聯(lián)接于柄腳上，置于同軸地延伸通過(guò)疊片結(jié)構(gòu)的電樞軸上。
定子通常也由被多個(gè)磁線(xiàn)繞組纏繞的疊片結(jié)構(gòu)形成。磁線(xiàn)的端部通常具有固定的端子，其于是被聯(lián)接于電源上。疊片結(jié)構(gòu)被形成為具有多個(gè)極，磁線(xiàn)纏繞于其上。在這點(diǎn)上，疊片結(jié)構(gòu)可形成為帶有多個(gè)狹槽，磁線(xiàn)纏繞于這些狹槽中。絕緣體通常被提供于磁線(xiàn)和疊片結(jié)構(gòu)之間。
在上述電樞的制造過(guò)程中，一旦磁線(xiàn)已經(jīng)被固定于換向器上，則將“滴流”樹(shù)脂涂敷于磁線(xiàn)上和磁線(xiàn)的在附連于與換向器相關(guān)聯(lián)的柄腳之處的端部上。要想設(shè)法獲得一致的結(jié)果，則涂敷滴流樹(shù)脂的過(guò)程為有些困難的過(guò)程。其還具有許多缺點(diǎn)，不止進(jìn)行這種過(guò)程并獲得可靠、一致的結(jié)果存在的成本和難度問(wèn)題。
最初，在能夠涂敷滴流樹(shù)脂之前，滴流過(guò)程要求使用比較大并且比較昂貴的烘爐來(lái)小心地將部分裝配的電樞預(yù)熱至比較精確的溫度。滴流樹(shù)脂的溫度還需要受到小心地控制以便獲得令人滿(mǎn)意的通過(guò)電樞疊片結(jié)構(gòu)中的狹槽的樹(shù)脂流。過(guò)去證明非常難以獲得通過(guò)疊片結(jié)構(gòu)中的狹槽的滴流樹(shù)脂的一致的、完全的流。同樣地，難以在磁線(xiàn)與滴流樹(shù)脂中間獲得良好的流。然后必須容許經(jīng)過(guò)一個(gè)冷卻階段，在這個(gè)階段中，通常迫使空氣流過(guò)電樞之上以便在采取下一個(gè)制造步驟之前將其冷卻。使得制造過(guò)程進(jìn)一步變得復(fù)雜化的是滴流樹(shù)脂通常存放時(shí)間短，因此必須在較短的時(shí)間內(nèi)使用。用于制作纏繞的定子的制造過(guò)程也可能涉及類(lèi)似的滴流樹(shù)脂過(guò)程。
參看圖1，示出了根據(jù)包括前述滴流樹(shù)脂涂敷步驟的常規(guī)型制造過(guò)程制作的現(xiàn)有技術(shù)的電樞10。電樞10包括疊片結(jié)構(gòu)12，疊片結(jié)構(gòu)12具有多個(gè)沿圓周繞其布置的縱向狹槽14。大量的形成線(xiàn)圈的磁線(xiàn)16纏繞于狹槽14之內(nèi)。電樞軸18穿過(guò)疊片結(jié)構(gòu)12同軸地延伸并且包括換向器20。獨(dú)立形成的塑料風(fēng)扇22通常通過(guò)粘合劑固定于疊片結(jié)構(gòu)12上。風(fēng)扇22通常包括多個(gè)伸入狹槽14中的腿24，因此占用了更優(yōu)選地由磁線(xiàn)16所占據(jù)的空間。滴流樹(shù)脂26涂敷于磁線(xiàn)16上，涂敷于狹槽14中，并且還涂敷于磁線(xiàn)16的端部16a附連于換向器20處的柄腳25處。
特別是當(dāng)電樞用于如磨床和磨沙機(jī)之類(lèi)的工具中時(shí)，磨粒通過(guò)電樞的風(fēng)扇被吸于電樞之中和之上。特別如圖2所示，由箭頭30所示的空氣流撞擊著末端線(xiàn)圈17的磁線(xiàn)16(在疊片結(jié)構(gòu)12中的狹槽14之間繞著疊片結(jié)構(gòu)12的端部延伸的磁線(xiàn)線(xiàn)圈部分)?？諝饬?0包含磨粒并且這些磨粒對(duì)磁線(xiàn)16的撞擊可能會(huì)磨掉磁線(xiàn)16的絕緣。
利用當(dāng)今的制造技術(shù)，通常要求附加或二次加工來(lái)保護(hù)電樞(特別是磁線(xiàn))免受磨粒的影響。這種二次加工包括更高粘度的滴流樹(shù)脂涂層、環(huán)氧樹(shù)脂涂層，或者利用棉花、細(xì)繩之類(lèi)將導(dǎo)線(xiàn)包裝起來(lái)。這就導(dǎo)致了進(jìn)一步增加了電樞的制造成本和復(fù)雜性。
滴流過(guò)程的另外一個(gè)缺點(diǎn)在于，由于在向電樞涂敷滴流樹(shù)脂的過(guò)程中遇到的問(wèn)題，因而常常會(huì)拒絕較高數(shù)量的電樞，而否則的話(huà)這些電樞將具有適當(dāng)?shù)臉?gòu)造。這些問(wèn)題可能包括在涂敷過(guò)程中由滴流樹(shù)脂對(duì)電樞的換向器造成污染，以及如果供應(yīng)樹(shù)脂的泵發(fā)生瞬間阻塞因而造成滴流樹(shù)脂不均勻流動(dòng)。相應(yīng)地，在控制滴流樹(shù)脂涂敷過(guò)程方面的困難會(huì)產(chǎn)生較大的廢品率，這就進(jìn)一步增加了電機(jī)的制造成本。
電樞的狹槽絕緣體和端部輻架通過(guò)用塑料內(nèi)嵌模制電樞軸和疊片結(jié)構(gòu)而形成。圖3示出了此類(lèi)的現(xiàn)有技術(shù)的電樞40，其具有位于軸44上的疊片結(jié)構(gòu)42。疊片結(jié)構(gòu)42具有多個(gè)狹槽46。塑料在疊片結(jié)構(gòu)42下方和繞著軸44模制以便使軸44與疊片結(jié)構(gòu)42絕緣。塑料還可模制形成端部輻架48以及模制于狹槽46中以便形成狹槽襯墊50。在繞組52被纏繞于狹槽46中以便形成線(xiàn)圈54之后，狹槽襯墊50使繞組52與疊片結(jié)構(gòu)42絕緣。
在模制現(xiàn)有技術(shù)的電樞40時(shí)所使用的塑料為不導(dǎo)熱的塑料，例如尼龍或PPS。這就會(huì)導(dǎo)致在使用電樞40的電機(jī)的運(yùn)行期間散發(fā)由線(xiàn)圈54所產(chǎn)生的熱方面存在問(wèn)題。
用于電動(dòng)發(fā)電機(jī)例如電機(jī)和發(fā)電機(jī)中的大多數(shù)電樞或轉(zhuǎn)子要進(jìn)行動(dòng)態(tài)平衡以便降低經(jīng)由軸承傳遞至電機(jī)外殼的振功率。動(dòng)態(tài)平衡要求向電樞的端部添加材料或從電樞的端部去除材料。進(jìn)行動(dòng)態(tài)平衡的最有益的位置為在最大可能半徑處靠近軸承平面的平面上。然而，由于實(shí)際原因，通用電機(jī)電樞和永久磁鐵電機(jī)電樞常常通過(guò)按照選擇從鐵芯(也稱(chēng)作疊片結(jié)構(gòu))的表面上去除材料而進(jìn)行平衡。
這種平衡過(guò)程具有許多缺點(diǎn)。首先，去除材料的平面位于疊片結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度之內(nèi)，因此離將不平衡力傳遞至產(chǎn)品的其它部分上的軸承平面比較遠(yuǎn)。其次，從電機(jī)的有效鐵芯(疊片結(jié)構(gòu))上去除材料就會(huì)對(duì)性能特別是轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)產(chǎn)生負(fù)面影響。第三，通過(guò)從疊片結(jié)構(gòu)的表面上去除材料而進(jìn)行平衡，就會(huì)要求疊片結(jié)構(gòu)的齒頂厚于展開(kāi)磁通的需要。更厚的齒頂就會(huì)從其中纏繞著磁線(xiàn)的疊片結(jié)構(gòu)中的狹槽搶去繞組空間。第四，疊片結(jié)構(gòu)的表面并不同質(zhì)。其在齒頂處包括鐵，而在繞組狹槽區(qū)域中包括空氣或樹(shù)脂。這種非同質(zhì)性就為動(dòng)態(tài)平衡試驗(yàn)機(jī)帶來(lái)了更加困難的計(jì)算，其必須決定去除多少材料和從哪里去除。因此，動(dòng)態(tài)平衡試驗(yàn)機(jī)常常必須重復(fù)進(jìn)行幾遍矯正，在這幾遍矯正中將會(huì)從疊片結(jié)構(gòu)上去除更多的鐵，這將進(jìn)一步降低性能。
通常利用線(xiàn)圈支柱來(lái)將磁線(xiàn)例如磁線(xiàn)16保持于疊片結(jié)構(gòu)例如疊片結(jié)構(gòu)12中的狹槽例如狹槽14中。圖4示出了現(xiàn)有技術(shù)的電樞10(圖1)的疊片結(jié)構(gòu)12的狹槽14之一，其置于疊片結(jié)構(gòu)12的相對(duì)極13與纏繞于狹槽14中的磁線(xiàn)16之間。狹槽襯墊15通常由紙質(zhì)絕緣體制成，其置于狹槽14中磁線(xiàn)16與疊片結(jié)構(gòu)12的壁之間。磁線(xiàn)16通過(guò)線(xiàn)圈支柱19保持于狹槽14中，線(xiàn)圈支柱19說(shuō)明性地由既不導(dǎo)電又不導(dǎo)熱的硬化纖維制成。這種現(xiàn)有技術(shù)的線(xiàn)圈支柱具有某些不合要求的構(gòu)造。首先，它們占據(jù)了否則將會(huì)由磁線(xiàn)16所填充的空間。其次，線(xiàn)圈支柱材料的不良導(dǎo)熱性限制了可傳遞至疊片結(jié)構(gòu)12的表面上的熱量。
眾所周知，具有纏繞于疊片結(jié)構(gòu)的狹槽中的磁線(xiàn)的電機(jī)的功率為流過(guò)磁線(xiàn)的電流和磁線(xiàn)的匝數(shù)的函數(shù)。具有給定輸出即1/10馬力、1/8馬力、1/4馬力的電機(jī)要求使用一定匝數(shù)的磁線(xiàn)來(lái)承載給定電流。磁線(xiàn)承載電流的能力為磁線(xiàn)的尺寸(直徑)的函數(shù)。必須用來(lái)依次纏繞給定匝數(shù)的磁線(xiàn)的磁線(xiàn)尺寸規(guī)定了其所纏繞的狹槽的尺寸。就是說(shuō)，狹槽必須足夠大以便保持所需匝數(shù)的磁線(xiàn)。
如果可以使用更大尺寸的磁線(xiàn)來(lái)纏繞磁線(xiàn)，則由于更大尺寸磁線(xiàn)比更小尺寸磁線(xiàn)的阻力小，因此可以獲得更高的功率。然而，使用更大尺寸磁線(xiàn)來(lái)纏繞磁線(xiàn)通常將會(huì)要求更大的狹槽來(lái)容納所需匝數(shù)的更大尺寸磁線(xiàn)，這又將要求更大的疊片結(jié)構(gòu)。因此，電樞將會(huì)更大。
干線(xiàn)驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力工具，由例如120VAC功率干線(xiàn)驅(qū)動(dòng)的工具，通常帶有雙重絕緣以便保護(hù)用戶(hù)免受電擊。雙重絕緣要求兩種分離水平的電絕緣功能絕緣和保護(hù)絕緣。功能絕緣使得導(dǎo)體相互之間以及導(dǎo)體與電樞的不可觸死區(qū)金屬部分實(shí)現(xiàn)絕緣。不可觸死區(qū)金屬部分的一個(gè)實(shí)例為電樞的疊片結(jié)構(gòu)，例如疊片結(jié)構(gòu)12(圖1)。功能絕緣系統(tǒng)包括芯絕緣、磁線(xiàn)薄膜、和將全體結(jié)合在一起的樹(shù)脂基體。芯絕緣也可包括通過(guò)粉末涂布過(guò)程涂敷的環(huán)氧樹(shù)脂涂層。
保護(hù)絕緣包括置于可觸死區(qū)金屬軸例如軸18(圖1)與電樞結(jié)構(gòu)的剩余部分之間的電絕緣管或套筒。軸被看作可觸是因?yàn)槠渑c工具的露出導(dǎo)電部分如金屬齒輪箱和/或金屬心軸或卡盤(pán)保持導(dǎo)電接觸。為了在由于濫用負(fù)載和燒毀而造成的工具功能壽命結(jié)束時(shí)提供保護(hù)，保護(hù)絕緣屏障必須具有優(yōu)于功能絕緣系統(tǒng)的電、熱和結(jié)構(gòu)屬性。因此，絕緣管或套筒常常由高溫玻璃強(qiáng)化的熱固樹(shù)脂構(gòu)成。其它材料例如陶瓷、云母和這些材料的復(fù)合材料也可用來(lái)制作絕緣管或套筒。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，電機(jī)所用的電樞具有其上具有疊片結(jié)構(gòu)的電樞軸。電樞軸和疊片結(jié)構(gòu)被內(nèi)嵌模制于導(dǎo)熱塑料中。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，塑料增加了剛性因而增加了電樞的臨界速度。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，對(duì)塑料的質(zhì)量、其分布或者對(duì)此兩者都進(jìn)行改變以便調(diào)節(jié)電樞的旋轉(zhuǎn)慣量。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，對(duì)塑料的幾何形狀、其機(jī)械屬性或者對(duì)此兩者都進(jìn)行改變以便調(diào)節(jié)電樞的諧振頻率(臨界速度)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，使用可結(jié)合的導(dǎo)線(xiàn)(這種導(dǎo)線(xiàn)上面具有一層熱活化的粘合劑)來(lái)纏繞電動(dòng)發(fā)電機(jī)所用的線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)的線(xiàn)圈，例如電機(jī)的電樞或電機(jī)的定子的線(xiàn)圈。塑料，優(yōu)選導(dǎo)熱塑料，繞著可結(jié)合的導(dǎo)線(xiàn)模制。塑料在模制時(shí)的熱量活化了位于可結(jié)合導(dǎo)線(xiàn)上的熱活化粘合劑，從而將導(dǎo)線(xiàn)結(jié)合在一起。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，電動(dòng)發(fā)電機(jī)所用的線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)具有纏繞于疊片結(jié)構(gòu)中的狹槽中從而形成線(xiàn)圈的導(dǎo)線(xiàn)。導(dǎo)熱塑料在一定壓力下繞著導(dǎo)線(xiàn)模制以便至少部分地將導(dǎo)線(xiàn)變形成多邊形形狀。多邊形形狀增加了導(dǎo)線(xiàn)的接觸表面積并且增強(qiáng)了從導(dǎo)線(xiàn)的熱傳輸。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，將繞著導(dǎo)線(xiàn)模制導(dǎo)熱塑料時(shí)所處的壓力設(shè)定于將導(dǎo)線(xiàn)壓緊于疊片結(jié)構(gòu)中的狹槽內(nèi)從而容許增加狹槽充填率的壓力。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，通過(guò)使用更大尺寸磁線(xiàn)而獲得增加的功率。正在模制的塑料的壓力被設(shè)定成用于壓緊磁線(xiàn)以便使得可以使用相同匝數(shù)的利用更大尺寸磁線(xiàn)纏繞的磁線(xiàn)。對(duì)于給定尺寸的電機(jī)而言，當(dāng)使用相同匝數(shù)的利用更大尺寸磁線(xiàn)纏繞的磁線(xiàn)時(shí)，與此前所用的更小磁線(xiàn)相比，更大尺寸磁線(xiàn)在單位給定長(zhǎng)度上具有更低的阻力，因此功率就增加。在本發(fā)明的這個(gè)方面的一種變型中，利用同靜壓來(lái)將磁線(xiàn)壓緊于狹槽中。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，塑料繞著電樞引線(xiàn)、引向換向器的磁線(xiàn)部分模制，并且為電樞引線(xiàn)提供支承。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，導(dǎo)熱塑料繞著電樞的至少一部分磁線(xiàn)模制，以便至少部分地將其包裝起來(lái)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，導(dǎo)熱塑料具有導(dǎo)熱添加劑例如氧化鋁、氮化硼或氮化鋁。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，導(dǎo)熱塑料中具有相變型添加劑。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，塑料可具有基礎(chǔ)聚合物，有尼龍、PPS、PPA、LCP或混合物。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，塑料可為熱固性，并且除了注射模塑法之外，還可使用傳遞模塑或壓縮模塑方法來(lái)將塑料繞著電樞模制。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，電動(dòng)發(fā)電機(jī)所用的線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)具有其中帶有多個(gè)狹槽的疊片結(jié)構(gòu)。狹槽襯有由導(dǎo)熱塑料形成的狹槽襯墊。導(dǎo)線(xiàn)纏繞于狹槽中以便形成線(xiàn)圈。狹槽襯墊增強(qiáng)了由導(dǎo)線(xiàn)傳出的熱傳遞并且還使得導(dǎo)線(xiàn)與疊片結(jié)構(gòu)絕緣。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，導(dǎo)熱塑料被模制形成狹槽襯墊。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)為電機(jī)所用的電樞并且導(dǎo)熱塑料還被模制形成端部輻架并且置于電樞軸與疊片結(jié)構(gòu)之間，使得疊片結(jié)構(gòu)與電樞軸電絕緣。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，電機(jī)所用的電樞具有位于軸上的疊片結(jié)構(gòu)，柄腳型換向器安裝于軸的一個(gè)端部上。疊片結(jié)構(gòu)具有其中纏繞著磁線(xiàn)從而形成線(xiàn)圈的狹槽。磁線(xiàn)的端部附連于換向器的柄腳上。換向器具有被分成多個(gè)段的換向器環(huán)，狹槽位于各段之間。換向器繞著軸向內(nèi)端開(kāi)槽，其中槽口位于一旦狹槽切出之后狹槽的軸向內(nèi)端將要處于的位置。當(dāng)換向器通過(guò)在將換向器環(huán)安裝于電樞軸上之前將塑料例如苯酚的芯模制于換向器環(huán)中而制作時(shí)，槽口就充以塑料。然后在換向器環(huán)中切出狹槽以便將其分成段。狹槽軸向地切過(guò)換向器環(huán)并且從換向器環(huán)的軸向遠(yuǎn)端到中途伸至換向器環(huán)的軸向近端處的槽口中。磁線(xiàn)、換向器和電樞軸例如通過(guò)內(nèi)嵌模制法至少部分地封裝于塑料中。用于模制塑料的模具包括在換向器的柄腳之間以及對(duì)著充有塑料的槽口延伸的凸起。充有塑料的槽口和模具的凸起防止在模制塑料以便至少部分地封裝磁線(xiàn)、電樞軸和換向器時(shí)塑料溢料進(jìn)入換向器環(huán)的狹槽中。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，電機(jī)所用的電樞具有位于軸上的疊片結(jié)構(gòu)，柱塞型換向器安裝于軸的一個(gè)端部上。柱塞換向器具有被位于各段之間的狹槽分成多個(gè)段的換向器環(huán)。絕緣插件從換向器環(huán)的軸向內(nèi)端到中途延伸至每個(gè)狹槽中。每個(gè)段的軸向內(nèi)端具有狹槽，磁線(xiàn)的端部被壓入狹槽中。疊片結(jié)構(gòu)具有其中纏繞著磁線(xiàn)從而形成線(xiàn)圈的狹槽。磁線(xiàn)、換向器和電樞軸例如通過(guò)內(nèi)嵌模制法至少部分地封裝于塑料中。用于模制塑料的模具具有在插件上方繞著換向器的內(nèi)端密封的部分，以便防止在利用塑料至少部分地封裝磁線(xiàn)、電樞軸和換向器時(shí)塑料溢料進(jìn)入換向器環(huán)各段之間的狹槽中。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，具有帶有位于其中的狹槽的疊片結(jié)構(gòu)的電樞通過(guò)將導(dǎo)熱塑料繞著其至少部分進(jìn)行模制而被至少部分地封裝，包括在疊片結(jié)構(gòu)的狹槽中以及繞著纏繞于狹槽中的磁線(xiàn)進(jìn)行模制。塑料被模制于狹槽中以便使得狹槽去芯從而在疊片結(jié)構(gòu)的各齒之間的狹槽中留有凹槽。凹槽減小了模制的塑料量，增強(qiáng)了熱傳遞，并且提供了狹槽以便容放用于處理電樞的工具的凸起，從而使電樞具有適當(dāng)?shù)亩ㄎ缓投ㄏ颉?br> 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，電動(dòng)發(fā)電機(jī)所用的線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)具有帶有位于其中的多個(gè)狹槽的疊片結(jié)構(gòu)。磁線(xiàn)纏繞于狹槽中從而形成線(xiàn)圈。導(dǎo)熱塑料繞著磁線(xiàn)模制以便至少部分地將其封裝。例如翼片、紋理之類(lèi)或者此兩者的構(gòu)造都形成于導(dǎo)熱塑料的表面中以便增強(qiáng)熱傳遞。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，這些構(gòu)造受到金屬化處理。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，這些構(gòu)造進(jìn)行預(yù)成型并且在將塑料繞著磁線(xiàn)模制時(shí)進(jìn)行內(nèi)嵌模制。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，這些構(gòu)造包括適配于磁線(xiàn)的末端線(xiàn)圈上的金屬的帶翼片的帽。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，要求物理堅(jiān)固性的元件，例如風(fēng)扇，由更高強(qiáng)度的材料進(jìn)行預(yù)成型并且在將塑料繞著電樞模制以便將其全部或部分封裝時(shí)進(jìn)行內(nèi)嵌模制。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，電樞完全由塑料封裝并且多余的塑料被通過(guò)機(jī)加工除掉。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，電樞為由塑料全部或部分封裝的雙絕緣型電樞。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，雙絕緣型電樞具有置于電樞的軸與疊片結(jié)構(gòu)之間以及軸與換向器之間的絕緣套筒。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，絕緣套筒置于電樞的軸與疊片結(jié)構(gòu)之間并且向上延伸至換向器，其中密封件置于換向器與絕緣套筒之間，以便防止在將塑料繞著電樞模制時(shí)任何塑料進(jìn)入絕緣套筒與換向器之間的間隙。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，電樞為具有直接安裝于內(nèi)部軸上的換向器和疊片結(jié)構(gòu)的雙絕緣型電樞。內(nèi)部軸通過(guò)絕緣屏障聯(lián)接于外部小齒輪和軸承軸頸上。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，繞著疊片結(jié)構(gòu)、換向器的部分和電樞軸模制的塑料有助于將換向器和疊片結(jié)構(gòu)保持于電樞軸上并且保證提高扭矩。在本發(fā)明的這個(gè)方面的一種變型中，電樞軸帶有例如一個(gè)或更多平頂之類(lèi)的構(gòu)造，其與繞著它們模制的塑料互鎖以便進(jìn)一步提高扭矩。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，使用三板式模具來(lái)繞著電樞模制塑料。在一種變型中，使用兩板式模具，其具有溢流接片腔，塑料在溢于正在模制的塑料所環(huán)繞的電樞的換向器上之前流入該溢流接片腔中。


對(duì)于本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，通過(guò)閱讀以下說(shuō)明書(shū)和所附的權(quán)利要求以及通過(guò)參看以下附圖，將可以清楚地了解本發(fā)明的各種優(yōu)點(diǎn)，圖中圖1為現(xiàn)有技術(shù)的電樞的側(cè)視圖，其包括常規(guī)型滴流樹(shù)脂涂層和通過(guò)粘合劑固定于電樞上的獨(dú)立制造的風(fēng)扇；圖2為繞著現(xiàn)有技術(shù)的電樞的末端線(xiàn)圈的空氣流的示意圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)的電樞的透視圖，其中塑料模制于疊片結(jié)構(gòu)的狹槽中以便形成狹槽襯墊，模制于疊片結(jié)構(gòu)的端部處以便形成端部輻架以及繞著電樞的軸模制；圖4為現(xiàn)有技術(shù)電樞的疊片結(jié)構(gòu)中的狹槽的一部分的側(cè)視圖，磁線(xiàn)由線(xiàn)圈支柱保持于其中；圖5為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的電樞的側(cè)視圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的電樞的側(cè)視圖；圖7為圖6的電樞的端視圖；圖8為圖6和7中所示的本發(fā)明的一種變型的端視圖；圖9為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的線(xiàn)圈支柱；圖10為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面其中帶有可結(jié)合的磁線(xiàn)的疊片結(jié)構(gòu)中的狹槽的一個(gè)截面的視圖，其中可結(jié)合磁線(xiàn)的熱活化粘合劑在模制塑料時(shí)已由塑料的熱活化；圖11為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的疊片結(jié)構(gòu)中的狹槽的一個(gè)截面的視圖，其中的磁線(xiàn)在繞著其模制的塑料的壓力作用下發(fā)生變形；圖12為其中帶有磁線(xiàn)的現(xiàn)有技術(shù)疊片結(jié)構(gòu)中的狹槽的一個(gè)截面的視圖；圖13為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的疊片結(jié)構(gòu)中的狹槽的一個(gè)截面的視圖，其中帶有更大尺寸的磁線(xiàn)；圖14為疊片結(jié)構(gòu)中的狹槽的一個(gè)截面的視圖，其中磁線(xiàn)受到同靜壓的壓縮；圖15為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面由導(dǎo)熱塑料封裝的電機(jī)所用定子的一個(gè)截面的視圖；圖16為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的定子的一個(gè)截面的視圖，其中導(dǎo)熱塑料模制于疊片結(jié)構(gòu)的狹槽中以便形成狹槽襯墊；圖17為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的電樞的透視圖，其中柄腳型換向器制作成使得能夠防止塑料溢料進(jìn)入換向器各段之間的狹槽中；圖18為柄腳型換向器的透視圖；圖19為示意性示出的用于制作圖8的電樞的模具的視圖；圖20為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的電樞的透視圖，其中柱塞型換向器制作成使得能夠防止塑料溢料進(jìn)入換向器各段之間的狹槽中；圖21為沿圖20的線(xiàn)21-21剖開(kāi)的圖11的電樞的部分截面的剖視圖；圖22為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的電樞的透視圖，其由導(dǎo)熱塑料封裝并帶有用于增強(qiáng)熱傳遞的構(gòu)造；圖23為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的另一種電樞的透視圖，其由導(dǎo)熱塑料封裝并帶有用于增強(qiáng)熱傳遞的構(gòu)造；圖24為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的電樞的透視圖，其由導(dǎo)熱塑料封裝并帶有與換向器相鄰的頸縮區(qū)域；圖25為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的電樞的透視圖，其具有用于熱傳遞的構(gòu)造；圖26為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面形成的圖25的電樞的構(gòu)造的側(cè)視圖；圖27為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面形成的圖25的電樞的構(gòu)造的側(cè)視圖；圖28為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的電樞軸的分裂下來(lái)的側(cè)剖視圖，其具有與繞著其模制的塑料互鎖的構(gòu)造以便提高扭矩；圖29為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的雙絕緣型電樞的透視圖；圖30為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的另一種雙絕緣型電樞的透視圖；圖31為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的另一種雙絕緣型電樞的透視圖；圖32為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面用于封裝電樞的三板式模具的側(cè)剖視圖；圖33為圖32的三板式模具的頂視圖；圖34為模制于圖32的三板式模具中的電樞的一部分的透視圖，其與電樞的固定著換向器的一端相對(duì)；圖35為模制于圖32的三板式模具中的電樞的一部分的透視圖，其與換向器相鄰；圖36為圖32的三板式模具和所封裝的疊片結(jié)構(gòu)的一部分的剖視圖的一部分；以及圖37為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面具有溢流接片腔的兩板式模具的示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參看圖5，公開(kāi)了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的電機(jī)100。電機(jī)100包括電樞102和定子104，定子以非常簡(jiǎn)化的方式示出。電樞102包括疊片結(jié)構(gòu)106，疊片結(jié)構(gòu)106具有繞其沿圓周設(shè)置的多個(gè)縱向狹槽108。多個(gè)磁線(xiàn)110纏繞于狹槽108中以便形成具有末端線(xiàn)圈117的多個(gè)線(xiàn)圈繞組。電樞軸112同軸地延伸穿過(guò)疊片結(jié)構(gòu)106并且在其一端上置有換向器114。導(dǎo)熱塑料116被注射模塑于電樞102上以便使得塑料流入每個(gè)狹槽108中并穿過(guò)每個(gè)狹槽108。導(dǎo)熱塑料116通過(guò)將電樞102安放于適當(dāng)?shù)淖⑸淠Ｋ芄ぞ咧腥缓笤谶m當(dāng)?shù)母邏合聦?dǎo)熱塑料116注射于模制工具中而進(jìn)行涂敷。導(dǎo)熱塑料116優(yōu)選地至少部分地包裝著磁線(xiàn)110，并且更優(yōu)選地完全封裝著磁線(xiàn)以便形成用于從其傳遞熱量的優(yōu)良裝置。塑料116還包裝著固定于柄腳120上的磁線(xiàn)110的電樞引線(xiàn)110的端部118，柄腳120與換向器114操作上相關(guān)聯(lián)。
風(fēng)扇122也在模制導(dǎo)熱塑料116的過(guò)程中整體地形成于疊片結(jié)構(gòu)106的一個(gè)端部處。將風(fēng)扇122形成為導(dǎo)熱塑料116的一個(gè)整體式部分，就足以完全省除將滴流樹(shù)脂涂敷于疊片結(jié)構(gòu)106上然后將獨(dú)立形成的風(fēng)扇粘合于疊片結(jié)構(gòu)106上的制造步驟。
模制導(dǎo)熱塑料116以便基本上或者完全包裝磁線(xiàn)110，就足以有效地將熱從磁線(xiàn)上傳走。因此，導(dǎo)熱塑料116就更加有效地用于將磁線(xiàn)110固定于疊片結(jié)構(gòu)106上以便防止導(dǎo)線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)，以及用于將磁線(xiàn)固定于柄腳120上并且用于改善從導(dǎo)線(xiàn)的熱傳導(dǎo)。
將風(fēng)扇122模制為導(dǎo)熱塑料涂層116的一個(gè)整體式部分，還提供了顯著的制造利益，因?yàn)槠淙コ伺c獨(dú)立地形成這種風(fēng)扇部件然后利用粘合劑將該部件固定于疊片結(jié)構(gòu)106上相關(guān)的成本。這就容許風(fēng)扇122更加緊湊地構(gòu)造于疊片結(jié)構(gòu)106上，這樣就容許所構(gòu)造的電機(jī)需要比以前開(kāi)發(fā)的使用獨(dú)立形成的風(fēng)扇的電機(jī)更小的空間。
風(fēng)扇122由導(dǎo)熱塑料模制的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是風(fēng)扇將更加能夠耐受在使用時(shí)可能遇到的高溫，而其對(duì)電機(jī)100加應(yīng)力。對(duì)于以前開(kāi)發(fā)的電機(jī)，由于在電機(jī)的高應(yīng)力期間所遇到的高溫，因而安裝于其電樞上的風(fēng)扇常常是首先發(fā)生故障的部件。本發(fā)明的電樞102帶有其整體地模制的風(fēng)扇122，因而顯著提高了對(duì)由于高溫引起的故障的抵抗力。
注射模塑導(dǎo)熱塑料還可以更有效地充填空間和在穿過(guò)疊片結(jié)構(gòu)狹槽108延伸的磁線(xiàn)110之間的空隙，從而在使用期間促進(jìn)更有效地冷卻電樞102。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，塑料116模制成完全地封裝著電樞102的所有元件，包括疊片結(jié)構(gòu)106和換向器114。此后，例如通過(guò)機(jī)加工將多余的塑料116從電樞102上除去，以便使得電樞102的需要露出的這些部分露出，例如換向器114的表面和疊片結(jié)構(gòu)106的表面。
封裝還增強(qiáng)了磁線(xiàn)110的機(jī)械保持力，并且可用來(lái)代替通常用于固定電樞引線(xiàn)119的粘合劑。特別是在高振動(dòng)應(yīng)用中，電樞引線(xiàn)必須受到支承，即必須被固定就位。否則，電樞的旋轉(zhuǎn)和其中具有使用電樞的電機(jī)的設(shè)備例如動(dòng)力工具的振動(dòng)就會(huì)引起電樞引線(xiàn)振動(dòng)并且最終發(fā)生疲勞和破裂。通常，在上述的滴流樹(shù)脂過(guò)程中，將高粘度的粘合劑繞著電樞引線(xiàn)涂敷一直到它們被附連于換向器上。這種粘合劑提供了電樞引線(xiàn)的所需支承。
在將塑料116繞著磁線(xiàn)110模制時(shí)，塑料116被示例性地繞著電樞引線(xiàn)119模制。塑料116為電樞引線(xiàn)119提供了所需的支承以便防止它們?cè)陔姌?02旋轉(zhuǎn)和設(shè)備例如具有使用電樞102的電機(jī)的動(dòng)力工具振動(dòng)時(shí)發(fā)生振動(dòng)。電樞引線(xiàn)119因此就能夠以很小的附加成本或者無(wú)需附加成本而由塑料116的封裝支承。而且，由封裝所提供的機(jī)械保持力的增強(qiáng)就容許在給定尺寸電樞上使用更大規(guī)格的磁線(xiàn)110，從而與使用滴流樹(shù)脂密封的磁線(xiàn)的同等尺寸的電機(jī)相比，增加了給定尺寸的電機(jī)所能夠獲得的額定安培數(shù)。更大規(guī)格的磁線(xiàn)110提供了更好的熱傳遞能力和更低的發(fā)熱能力，以及更低的阻力，如下所述。
導(dǎo)熱塑料116示例性地為基礎(chǔ)聚合物，例如尼龍(如尼龍4、6)、PPS、PPA、液晶聚合物(LCP)或它們的混合物，并具有適當(dāng)填充百分比的導(dǎo)熱材料例如陶瓷(研磨性的或光滑的)以及示例性的適當(dāng)數(shù)量的玻璃填充物以便提高強(qiáng)度。氧化鋁為一種常見(jiàn)類(lèi)型的用于導(dǎo)熱塑料中的研磨陶瓷而氮化硼為一種常見(jiàn)類(lèi)型的光滑陶瓷。應(yīng)當(dāng)理解，可以使用其它導(dǎo)熱材料，不管是金屬還是非金屬，來(lái)作為填充材料，例如氮化鋁、鋁或銅。通過(guò)使用混合物來(lái)作為基礎(chǔ)聚合物，就可以實(shí)現(xiàn)使用更昂貴的聚合物例如LCP的一些優(yōu)點(diǎn)，而不會(huì)招致使用100％的更昂貴聚合物作為基礎(chǔ)聚合物的成本。例如，與純PPS相比，按照大約10％LCP對(duì)90％PPS的比率混合LCP與PPS就增加了可塑性和強(qiáng)度。類(lèi)似地，可以使用少量的尼龍來(lái)代替LCP。
導(dǎo)熱塑料116可示例性地為可從LNP Engineering Plastics ofExton，PA(目前為一家通用電氣公司)買(mǎi)到的Konduit熱塑性塑料。在這點(diǎn)上，導(dǎo)熱塑料116可示例性地為改成具有多大約百分之十的陶瓷填充物的KonduitPDX-TF-212-11。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，“相變型添加劑”被加入用來(lái)封裝電樞的材料中。在此處使用時(shí)，“相變型添加劑”在低于用來(lái)封裝電樞的材料發(fā)生熔化的溫度但高于環(huán)境溫度的溫度下發(fā)生相變的材料，例如從固相變?yōu)橐合嗷驈囊合嘧優(yōu)闅庀?。?yōu)選地相變型材料為發(fā)生從固相變?yōu)橐合嗟南嘧兊牟牧稀Ｏ嘧冃吞砑觿?huì)增加封裝材料例如導(dǎo)熱塑料116處理短期熱峰值的能力，而否則的話(huà)其將不能足夠快地將該熱峰值散發(fā)掉。當(dāng)出現(xiàn)熱峰值時(shí)，相變型添加劑發(fā)生相變從而吸收熱量。相變型添加劑可示例性地混合于添加至用來(lái)封裝電樞的塑料中的小球體或顆粒中。于是，封裝著電樞的塑料承受短期熱峰值的能力就可以通過(guò)調(diào)節(jié)添加入其中的相變型添加劑的數(shù)量而進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過(guò)使用相變型添加劑，就可以使用可能不太昂貴的具有較低導(dǎo)熱性的塑料來(lái)封裝電樞。使用相變型添加劑還可以在要求更高的應(yīng)用中增加塑料116承受峰值中所產(chǎn)生的附加熱量的能力。相變型添加劑可包括石蠟、蠟、水合鹽和可能結(jié)晶的塑料例如乙縮醛或尼龍。水合鹽相變型添加劑的實(shí)例為可從TEAP Energy of Wangar,Perth Western Australia公司買(mǎi)到的TH89℃。
盡管塑料116示例性地為導(dǎo)熱熱塑性塑料，但也可以使用其它類(lèi)型的材料來(lái)封裝電樞102，包括熱固性材料，只要這種材料在電樞102的所有運(yùn)行溫度下始終不導(dǎo)電并且具有足夠的電介質(zhì)強(qiáng)度即可。在這點(diǎn)上，當(dāng)電樞102用于動(dòng)力工具中時(shí)，塑料116應(yīng)當(dāng)示例性地在一直到300的℃溫度下具有至少為250伏/千分之一寸的電介質(zhì)強(qiáng)度。而且，在不需要封裝材料的導(dǎo)熱性的本發(fā)明的那些方面中，則其不需要導(dǎo)熱。在這點(diǎn)上，盡管以上在注射模塑的范圍內(nèi)對(duì)封裝過(guò)程進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)理解也可以使用其它過(guò)程，例如傳遞模塑或壓縮模塑。所使用的過(guò)程當(dāng)然將需要適合于所使用的用于封裝電樞的材料。例如，傳遞模塑和壓縮模塑通常用來(lái)模制熱固性材料而注射模塑既用來(lái)模制熱塑性材料又用來(lái)模制熱固性材料。
對(duì)于電樞102，導(dǎo)熱塑料116可包括高溫尼龍或熱固性材料，其進(jìn)一步與適當(dāng)?shù)姆氰F磁性材料例如陶瓷、鋁或銅混合以便提供與磁線(xiàn)110基本上相同的密度。這樣，當(dāng)每個(gè)疊片結(jié)構(gòu)狹槽108被完全充以塑料116和磁線(xiàn)110時(shí)，填充著每個(gè)狹槽108的材料的重量就基本上相同。由于填充著每個(gè)狹槽108的材料的重量基本上相同，因此在模制步驟之后就不需要在平衡試驗(yàn)機(jī)上對(duì)電樞進(jìn)行平衡。省除了平衡步驟就代表著顯著節(jié)省了成本，因?yàn)椴辉傩枰褂闷胶庠囼?yàn)機(jī)，以及將每個(gè)電樞設(shè)置于平衡試驗(yàn)機(jī)上的人工勞動(dòng)。相反，一旦電樞在注射模塑過(guò)程之后冷卻下來(lái)，則電樞可以前進(jìn)至換向器車(chē)削加工，然后直接前進(jìn)至裝配階段，在裝配階段與其它部件裝配在一起以便形成電機(jī)。LNP Engineering Plastics Inc.為特殊配制的塑料的一個(gè)來(lái)源。
轉(zhuǎn)到圖6和7，描述了本發(fā)明的另一個(gè)方面。與圖5中共有的元件將被標(biāo)以相同的參考數(shù)字。當(dāng)模制塑料116以便封裝電樞102時(shí)，模制出構(gòu)造以便改善平衡電樞102的過(guò)程。這些構(gòu)造示例性地包括一個(gè)或多個(gè)模制于由磁線(xiàn)110的繞組形成的末端線(xiàn)圈117(圖2)周邊處的額外犧牲材料或可容放平衡重量的模制凹穴。在平衡電樞102時(shí)使用此類(lèi)構(gòu)造就省除了對(duì)非同質(zhì)材料的機(jī)加工，省除了去除有效鐵，允許疊片結(jié)構(gòu)106的各齒的齒頂?shù)暮穸雀?，并且將平衡平面定位于更靠近軸承平面的位置處，從而容許在去除或添加更少材料的情況下實(shí)現(xiàn)更確實(shí)的平衡。
特別參看圖6，電樞102包括一個(gè)或多個(gè)在模制塑料116以便封裝電樞102時(shí)由塑料116模制成的平衡環(huán)124。示例性地，平衡環(huán)在末端線(xiàn)圈117上方鄰近疊片結(jié)構(gòu)106的每個(gè)軸向側(cè)處模制。特別參看圖7，在平衡電樞102期間，在一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)126處從一個(gè)或多個(gè)平衡環(huán)124上去除材料。平衡環(huán)124位于更靠近使用電樞102的電機(jī)(未示出)的軸承平面(未示出)的位置上并且為惰性，即，并不包括有效的鐵。因此，從平衡環(huán)124上去除材料并不影響疊片結(jié)構(gòu)106的磁性構(gòu)造因而不會(huì)像從疊片結(jié)構(gòu)106上去除鐵一樣對(duì)電機(jī)的性能造成反面影響。
在一種變型中，平衡環(huán)124具有形成于其中的凹穴或腔128。在平衡電樞102期間，將重量130插入并固定于一個(gè)或多個(gè)平衡環(huán)124的一個(gè)或多個(gè)凹穴128(圖8)(只有其中之一標(biāo)以參考數(shù)字128)中以便平衡電樞102。重量130也位于更靠近軸承平面的位置處并且也為惰性。在這種變型中，平衡環(huán)124可以變得更輕。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，可以改變塑料116的質(zhì)量、模制的塑料116的分布或者此兩者，以便調(diào)節(jié)電樞102的旋轉(zhuǎn)慣量。塑料116的質(zhì)量可以通過(guò)改變所用的塑料116的量、改變其密度或者改變此兩者而改變。塑料116的密度可以通過(guò)例如改變與塑料116混合的非鐵磁性材料的量而改變。模制的塑料116的分布通過(guò)將更多或更少的塑料116繞著電樞軸112放置，例如更靠近或更遠(yuǎn)離電樞軸112的軸線(xiàn)，而控制電樞102的旋轉(zhuǎn)慣量。
眾所周知，電樞具有發(fā)生諧振的固有頻率，常常稱(chēng)作諧振頻率。這個(gè)頻率為電樞的幾何形狀和剛性的函數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，電樞102的固有或諧振頻率可以通過(guò)改變塑料116的幾何形狀、物理和/或機(jī)械(物理)屬性而進(jìn)行調(diào)節(jié)。改變塑料116的幾何形狀、物理和/或機(jī)械(例如其拉伸模量或撓曲模量)屬性就改變了電樞102的剛性。舉例來(lái)說(shuō)，增加塑料116的物理屬性(例如密度、硬度或者此兩者)就為電樞102提供了振動(dòng)阻尼。同樣，增加電樞102的剛性就增加了其臨界速度，即電樞102諧振時(shí)的旋轉(zhuǎn)速度。電樞的臨界速度常常為電機(jī)可以旋轉(zhuǎn)多快的限制因素，因?yàn)槠渌俣缺仨毐３钟谂R界速度以下。通過(guò)增加臨界速度，就增加了電機(jī)可以運(yùn)行的最大速度，而這就增加了電機(jī)可以提供的輸出功率。舉例來(lái)說(shuō)，申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)在小角磨床(DeWalt DW802 SAG)中使用封裝式電樞，電樞的臨界速度就增加大約11.5％，即從39300 RPM增加至43800RPM。
塑料116還提供了繞著電樞軸112的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)作用以便減小和/或控制電樞軸112的振動(dòng)和撓曲。塑料116的幾何形狀和機(jī)械屬性可以進(jìn)行調(diào)節(jié)以便實(shí)現(xiàn)對(duì)電樞軸112的所需振動(dòng)和/或撓曲減小和/控制效果。
可結(jié)合導(dǎo)線(xiàn)通常用來(lái)將導(dǎo)線(xiàn)例如場(chǎng)中的的磁線(xiàn)粘合在一起，而不需要在二次加工例如上述滴流樹(shù)脂探作中加入膠水或漆?？山Y(jié)合導(dǎo)線(xiàn)在其上具有一層在受熱時(shí)變得具有充分粘性的材料，以便使得其足以將形成線(xiàn)圈的導(dǎo)線(xiàn)束中的相鄰導(dǎo)線(xiàn)粘合在一起，然后變硬以便將導(dǎo)線(xiàn)結(jié)合在一起。這樣形成的線(xiàn)圈機(jī)械上非常堅(jiān)固，并且還具有得到改善的熱屬性，因?yàn)槠錅p少了導(dǎo)線(xiàn)之間的氣穴。一種類(lèi)型的可結(jié)合導(dǎo)線(xiàn)在其上具有一層熱活化的粘合劑。一種類(lèi)型的這種在其上具有一層熱活化粘合劑的可結(jié)合導(dǎo)線(xiàn)可從Phelps Dodge of Fort Wayne，Indiana公司買(mǎi)到，其商標(biāo)為BONDEZE。
參看圖5中所述的實(shí)施例，當(dāng)導(dǎo)熱塑料116被繞著磁線(xiàn)110模制時(shí)，導(dǎo)熱塑料116可并不填滿(mǎn)磁線(xiàn)110之間的所有空隙。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，磁線(xiàn)110可為可結(jié)合導(dǎo)線(xiàn)，其隨后被封裝于熱封裝材料中。在一個(gè)實(shí)施例中，可結(jié)合導(dǎo)線(xiàn)為BONDEZE導(dǎo)線(xiàn)。熱封裝材料例如注射模塑的導(dǎo)熱塑料116的熱量活化了磁線(xiàn)110上的這層熱活化粘合劑，從而將磁線(xiàn)110結(jié)合在一起。
圖10示出了具有封裝于導(dǎo)熱塑料116中的磁線(xiàn)110的狹槽108，其中在導(dǎo)熱塑料繞著磁線(xiàn)模制110時(shí)，導(dǎo)熱塑料的熱量就將熱活化粘合劑111活化，將磁線(xiàn)110結(jié)合在一起。這就形成了機(jī)械上堅(jiān)固的線(xiàn)圈內(nèi)部導(dǎo)熱塑料116。這就減小或者防止了線(xiàn)圈的運(yùn)動(dòng)并且改善了熱傳遞，如上所述。本發(fā)明的這個(gè)方面還有助于消除對(duì)將磁線(xiàn)結(jié)合在一起的滴流樹(shù)脂過(guò)程的需要。而且，在模制過(guò)程中產(chǎn)生的熱量活化了熱活化粘合劑，從而無(wú)需單獨(dú)地活化熱活化粘合劑111，例如通過(guò)在烘爐中烘烤磁線(xiàn)110或者使電流通過(guò)磁線(xiàn)110而將其加熱以便活化熱活化粘合劑。對(duì)于本發(fā)明的這個(gè)方面，所使用的封裝材料的溫度只需要超過(guò)活化位于磁線(xiàn)110上的熱活化粘合劑所需的溫度即可。
轉(zhuǎn)到圖11，描述了本發(fā)明的另一個(gè)方面。圖11示出了位于由導(dǎo)熱塑料116封裝的疊片狹槽108之一中的磁線(xiàn)110。通過(guò)將繞著磁線(xiàn)110模制塑料116時(shí)所用的壓力設(shè)置于足夠高的水平，就可將磁線(xiàn)110至少部分地從其原始的圓形變形成多邊形。這就增加了磁線(xiàn)110之間的接觸表面積并且因而提高了從底部磁線(xiàn)110通過(guò)其它磁線(xiàn)110至導(dǎo)熱塑料116的導(dǎo)熱能力。據(jù)認(rèn)為，當(dāng)磁線(xiàn)110的直徑或者磁線(xiàn)110的填充模式(例如它們被壓緊在一起的緊密程度)防止了每個(gè)磁線(xiàn)110完全被導(dǎo)熱塑料116所包圍時(shí)，上述這點(diǎn)就很有利。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，將繞著磁線(xiàn)110模制塑料116時(shí)所用的壓力設(shè)置于足夠高的水平，以便將導(dǎo)線(xiàn)壓緊在一起，從而提高疊片結(jié)構(gòu)108中的填充率。即，疊片狹槽108的更高百分比的容積被充以磁線(xiàn)。在這點(diǎn)上，磁線(xiàn)110可最初纏繞于狹槽108中以便使得它們緊靠疊片結(jié)構(gòu)106的外表面延伸或者甚至延伸出疊片結(jié)構(gòu)106的外表面之外。塑料116在模制時(shí)的壓力隨后將磁線(xiàn)110壓緊在一起并且將被壓實(shí)的磁線(xiàn)110壓入狹槽108中。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，線(xiàn)圈支柱19(圖4A)由在模制塑料116期間熔化或者弄濕的導(dǎo)熱塑料制成。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，塑料116取代了現(xiàn)有技術(shù)電樞10的線(xiàn)圈支柱19，并且在其硬化時(shí)將磁線(xiàn)110保持就位。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，線(xiàn)圈支柱19’(圖4B)中具有孔142。在模制塑料116期間，塑料116流經(jīng)并且繞過(guò)線(xiàn)圈支柱19’。塑料116示例性地為導(dǎo)熱塑料，如上所述，并且將其通過(guò)線(xiàn)圈支柱19’的孔142模制就容許更多的熱量向著疊片結(jié)構(gòu)例如疊片結(jié)構(gòu)106(圖5)的表面流動(dòng)。
參看圖12和13，使用比纏繞磁線(xiàn)16(圖12)更大尺寸的磁線(xiàn)來(lái)纏繞磁線(xiàn)110(圖13)。圖12中的狹槽14和圖13中的狹槽108具有相同的尺寸。在圖13的實(shí)施例中，在一定壓力下繞著磁線(xiàn)110模制塑料116從而將磁線(xiàn)110壓緊于狹槽108中，以便容許狹槽108容納利用更大尺寸磁線(xiàn)所纏繞的磁線(xiàn)110。因此，磁線(xiàn)110就比圖12的磁線(xiàn)16具有更大尺寸。因此，纏繞于給定尺寸的狹槽108中的磁線(xiàn)110，就能夠?yàn)楦蟪叽绲拇啪€(xiàn)，而狹槽108的給定尺寸在很大程度上決定著具有狹槽108的疊片結(jié)構(gòu)的尺寸。這樣得到的具有利用更大尺寸磁線(xiàn)纏繞的磁線(xiàn)110的電機(jī)就比具有利用更小尺寸磁線(xiàn)所纏繞的磁線(xiàn)16的電機(jī)具有更大的功率，但仍具有相同尺寸的疊片結(jié)構(gòu)。因此，就獲得了具有給定物理尺寸的更高輸出的電機(jī)。
在上述方面的一個(gè)替代方面中，磁線(xiàn)110被纏繞于狹槽108中然后在封裝電樞102之前被壓緊，例如通過(guò)應(yīng)用同靜壓而壓緊。舉例來(lái)說(shuō)，在磁線(xiàn)110已經(jīng)被纏繞于狹槽108中之后但在封裝電樞102之前，電樞102被置于流體囊的具有適當(dāng)形狀的腔中，在圖14中示意性地示為流體囊144。增加流體囊144中的流體的壓力，將磁線(xiàn)110更深地壓入狹槽108中。然后，如上所述，利用塑料116封裝電樞102從而在塑料116硬化之后將磁線(xiàn)110保持于狹槽108中，就將電樞102封裝起來(lái)。在以上方面的一種變型中，磁線(xiàn)110由可結(jié)合導(dǎo)線(xiàn)制成，如上所述，其在利用流體囊144壓緊磁線(xiàn)110期間熱硬化。
參看圖3中所示的現(xiàn)有技術(shù)的電樞，描述了本發(fā)明的另一個(gè)方面。根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)方面，現(xiàn)有技術(shù)的電樞40被改為利用導(dǎo)熱塑料來(lái)作為內(nèi)嵌模制電樞軸44和疊片結(jié)構(gòu)42的塑料。導(dǎo)熱塑料按照上述方式形成端部輻架48和狹槽襯墊50，并且還被模制于電樞40的軸44與疊片結(jié)構(gòu)42之間，以便使電樞軸44與疊片結(jié)構(gòu)42電絕緣。關(guān)于這一點(diǎn)，導(dǎo)熱塑料被選擇成具有足夠的導(dǎo)熱性和電介質(zhì)強(qiáng)度或電絕緣屬性。導(dǎo)熱塑料可示例性地為Konduit。
在利用塑料封裝的電樞中，重要的一點(diǎn)是在模制塑料時(shí)，要防止塑料溢料進(jìn)入換向器環(huán)中的狹槽內(nèi)。如果溢料進(jìn)入換向器環(huán)中的狹槽內(nèi)，其就可能從狹槽向外伸出并且形成凸起或凸脊，以致在電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)電刷將會(huì)接觸。
參看圖17-18所述的本發(fā)明的一個(gè)方面防止了溢料進(jìn)入柄腳型換向器環(huán)中的狹槽內(nèi)。電樞300具有軸302和疊片結(jié)構(gòu)304。換向器306安裝于軸302的一個(gè)端部上。換向器306包括繞著圓柱形芯312被分成多個(gè)段310的銅制換向器環(huán)308，其帶有位于相鄰段310之間的狹槽314。圓柱形芯312由電絕緣材料例如苯酚制成。
每個(gè)換向器段310具有從軸向內(nèi)端326延伸的柄腳318。柄腳318按照已知方式電連接于磁線(xiàn)(例如圖5的磁線(xiàn)110)的端部上。
為了形成換向器306，繞著換向器環(huán)308的軸向內(nèi)端切出槽口322。槽口322位于使用電樞的電機(jī)的電刷(未示出)所遵循的軌道下方，并且在切出時(shí)位于狹槽314的軸向內(nèi)端處。接著將塑料316模制于換向器環(huán)308中，例如通過(guò)內(nèi)嵌模制換向器環(huán)308來(lái)實(shí)現(xiàn)，以便在其中形成圓柱形芯312。塑料316示例性地為苯酚。塑料316填充著槽口322。
然后在換向器環(huán)308中切出狹槽314。狹槽314沿徑向延伸穿過(guò)換向器環(huán)308并且從換向器環(huán)308的軸向外端324沿軸向中途伸至填充著槽322的塑料316中。
換向器306、軸302和疊片結(jié)構(gòu)304隨后被裝配在一起并且按照常規(guī)方式將電樞300的磁線(xiàn)的端部連接于柄腳318上。然后將軸302及換向器306和疊片結(jié)構(gòu)304安放于模具400(圖19中示意性地示出)并將塑料328(圖17)繞著它們模制以便按照與參看圖5所述類(lèi)似但具有以下區(qū)別的方式形成電樞300。模具400帶有凸起402，凸起402在槽口322上方適配于柄腳318之間。凸起402通過(guò)提供了容許塑料更快地凝固的薄壁流區(qū)域而防止了塑料328從狹槽314的側(cè)面流入狹槽314中。在模制圓柱形芯312時(shí)填充槽口322的塑料316防止了塑料328從狹槽314的軸向內(nèi)端320沿軸向流入狹槽314中。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖20和21，描述了用于防止溢料進(jìn)入柱塞型換向器的換向器狹槽中的本發(fā)明的另一個(gè)方面。在柱塞型換向器中，換向器環(huán)的各段的內(nèi)端具有將磁線(xiàn)的端部壓入其中的狹槽。
電樞501具有軸503，為柱塞型換向器的換向器500按照已知方式安裝于該軸503上。眾所周知，柱塞型換向器，例如換向器500具有在各段514之間帶有狹槽504的換向器環(huán)516。插件502從換向器環(huán)516的內(nèi)端506中途伸至狹槽504中。插件502示例性地由云母或塑料制成。磁線(xiàn)510的端部被壓入換向器環(huán)516的各段514的端部508的狹槽(未示出)中。
電樞501通過(guò)按照類(lèi)似于上述的方式繞著其軸503和疊片結(jié)構(gòu)505模制塑料512而進(jìn)行封裝。用于模制塑料512的工具或模具配置成使得其繞著換向器環(huán)616的內(nèi)端506進(jìn)行密封，該進(jìn)行密封之處為插件502位于換向器環(huán)516的狹槽504中之處，例如518處。示例性地，插件502的端部520在遠(yuǎn)端延伸超出工具繞著換向器環(huán)500的內(nèi)端506進(jìn)行密封之處的點(diǎn)518之處，因此位于工具下方。當(dāng)模制塑料512時(shí)，塑料512只在插件502位于狹槽504中的位置處繞著換向器環(huán)516的內(nèi)端506模制，因此就防止了塑料512流入狹槽504中。
轉(zhuǎn)到圖22，描述了本發(fā)明的另一個(gè)方面。電樞600通過(guò)繞著其軸604和疊片結(jié)構(gòu)606模制導(dǎo)熱塑料602而進(jìn)行封裝。用于模制塑料602的工具或模具配置成使得位于疊片結(jié)構(gòu)606的齒610之間的狹槽608去芯。在此處使用時(shí)，去芯指的是塑料602并不模制于疊片齒610的頂面611上，因此模制于狹槽608中的塑料就從疊片齒610的頂面下凹，從而形成凹槽612，冷卻空氣殼流過(guò)該凹槽612中。通過(guò)使狹槽608去芯，就改善了熱傳遞，減少了使用的塑料，并且可以在隨后的電樞制造操作中通過(guò)工具來(lái)使用凹槽612，以便例如用于進(jìn)行定向、定位和/或指向電樞600。在這點(diǎn)上，用于模制塑料602的工具可以具有構(gòu)造例如葉片，其適配于狹槽608之內(nèi)以便形成凹槽612并且這些葉片還能夠在模制期間將電樞600保持于正確的徑向位置上。塑料602的表面可帶有紋理以便增加塑料的表面積和/或引起紊流，從而增加熱傳遞而無(wú)需再占用多余的空間。紋理可采用圖案613的形式，例如菱形、正方形、圓形、凸起、凹座、等等。示例性地，紋理在與疊片結(jié)構(gòu)606的形成風(fēng)扇122的端部相對(duì)的疊片結(jié)構(gòu)606端部處形成于塑料602的表面上。
圖23示出了本發(fā)明的剛剛所述方面的一種變型。利用相同的參考數(shù)字來(lái)標(biāo)示相同的元件。在圖23中，當(dāng)模制塑料602以便封裝電樞600時(shí)，就形成了整體式構(gòu)造，例如翼片614，其增加了表面積并且產(chǎn)生了紊流。圖34和35示出了具有不同形狀的翼片614，其中只有兩個(gè)標(biāo)以參考數(shù)字614。
圖24示出了本發(fā)明的剛剛所述方面的另一種變型。利用相同的參考數(shù)字來(lái)標(biāo)示相同的元件。在圖24中，塑料602被模制成使得在電樞600的疊片結(jié)構(gòu)606與換向器618之間形成頸縮區(qū)域616，其減少了所需的塑料量。塑料602的表面如上所述帶有紋理以便增強(qiáng)熱傳遞，或者在其上形成有構(gòu)造例如翼片614(圖24)。
除了在模制塑料602期間形成構(gòu)造例如凹槽612、紋理圖案613、翼片614和頸縮區(qū)域616之外，或者為了代替以上措施，它們可以在二次加工例如磨銑、車(chē)削或研磨中形成。然而，在模制塑料602期間形成這些構(gòu)造，就容許比在二次加工期間為形成構(gòu)造而從電樞600上去除塑料602的情況下使用更少的塑料。
轉(zhuǎn)到圖25-27，描述了本發(fā)明的另一個(gè)方面，這個(gè)方面提供了比利用導(dǎo)熱塑料提供的更好的導(dǎo)熱性，其通常具有位于1至10W/m-K的導(dǎo)熱系數(shù)。構(gòu)造700在模制塑料116期間被內(nèi)嵌模制于電樞102上，或者構(gòu)造700由塑料116模制而成然后進(jìn)行金屬化處理。構(gòu)造700可示例性地為帶翅金屬或陶瓷末端線(xiàn)圈蓋700’，其在模制塑料116期間內(nèi)嵌模制于電樞102上。塑料116示例性地為如上所述的導(dǎo)熱塑料，其進(jìn)行模制以便在磁線(xiàn)110的末端線(xiàn)圈117與帶超末端線(xiàn)圈蓋700’之間形成薄層。特別參看圖25，帶翅末端線(xiàn)圈蓋700’還包括在圖25中以虛線(xiàn)示出的附加于其上或者與其整體形成的風(fēng)扇702。在一種變型中，帶翅末端線(xiàn)圈蓋700’由具有比塑料116更高的導(dǎo)熱性的導(dǎo)熱塑料模制而成。特別參看圖25和27，在圖27中標(biāo)示為700”的構(gòu)造700，例如翼片、柱或葉片，在模制塑料116以便封裝電樞102時(shí)由塑料116模制而成。包括構(gòu)造700”的端拱體704隨后被薄金屬層706覆蓋上，例如通過(guò)利用汽相沉積或其它金屬化過(guò)程而對(duì)它們進(jìn)行金屬化處理而進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，塑料，例如繞著疊片結(jié)構(gòu)106、換向器114的部分和電樞軸112模制的塑料116(圖5)，有助于將疊片結(jié)構(gòu)106和換向器114保持于電樞軸112上并且提高扭矩。按照其最常用的意思，扭矩為在電樞軸112在疊片結(jié)構(gòu)106或換向器114之內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)之前能夠承受的位于電樞軸112與疊片結(jié)構(gòu)106或換向器114之間的轉(zhuǎn)矩差的數(shù)量。在本發(fā)明的這個(gè)方面的一種變型中，電樞軸112a(圖28)帶有與繞著其模制的塑料116互鎖的構(gòu)造以便進(jìn)一步提高扭矩。這些構(gòu)造可包括一個(gè)或更多平頂710、凸起712或其它在將塑料116繞著其模制時(shí)與塑料116互鎖的構(gòu)造。
轉(zhuǎn)到圖29和30，描述了本發(fā)明的另一個(gè)方面，其中電樞為雙絕緣型電樞。圖29和30中的與圖5中相同的元件標(biāo)以相同的參考數(shù)字。
圖29示出的雙絕緣型電樞800具有環(huán)繞著軸112放置的保護(hù)絕緣套筒802。換向器114和疊片結(jié)構(gòu)106安裝于軸112上，而絕緣套筒802置于疊片結(jié)構(gòu)106與軸112之間以及換向器114與軸112之間。電樞800包括纏繞于疊片結(jié)構(gòu)106的狹槽108中的磁線(xiàn)110。塑料116被模制于電樞800上以便使得塑料流入并通過(guò)每個(gè)狹槽108以及磁線(xiàn)110的末端線(xiàn)圈117的周?chē)?br> 電樞800示例性地通過(guò)首先將絕緣套筒802安放于軸112上形成。應(yīng)當(dāng)理解，絕緣套筒可由其它材料例如高溫玻璃強(qiáng)化熱固性樹(shù)脂制成。其還可進(jìn)行預(yù)成型然后安放于軸112上。帶有位于其上的絕緣套筒802的軸112然后在原處對(duì)疊片結(jié)構(gòu)106進(jìn)行模制，例如通過(guò)模制塑料116而進(jìn)行。塑料116為電絕緣型，并且在電樞800的軸端上和狹槽108中形成了功能絕緣層。在這點(diǎn)上，模具被制成使得塑料116被模制于狹槽108中以便在留下狹槽108的剩余部分保持打開(kāi)的情況下涂上疊片結(jié)構(gòu)106的壁，以及形成繞著疊片結(jié)構(gòu)106的軸端的端部輻架，例如以上參看圖3所述。然后將磁線(xiàn)110纏繞于狹槽108中并且將磁線(xiàn)110的端部(圖5)連接于換向器114上，而換向器114已經(jīng)在絕緣套筒802上方安放于軸112上。然后將所得到的裝配件安放于適當(dāng)?shù)哪Ｖ乒ぞ咧胁⑶依@著電樞800的所需元件模制塑料116。塑料116示例性地為如上所述的導(dǎo)熱塑料并且其繞著電樞800的元件進(jìn)行注射模塑。塑料116還示例性地為電絕緣型。
在雙絕緣型電書(shū)中，重要的是保護(hù)性絕緣屏障保持完整并且不間斷。如果絕緣套筒被功能絕緣體所橋接，特別是如果功能絕緣體為導(dǎo)熱塑料，則當(dāng)導(dǎo)熱樹(shù)脂的電屬性，例如電介質(zhì)強(qiáng)度和體電阻率，在幾乎破壞性的溫度上變差時(shí)，則在過(guò)度濫用負(fù)載期間就存在產(chǎn)生過(guò)大的漏電流的可能性。
當(dāng)疊片結(jié)構(gòu)、繞組和換向器全部通過(guò)絕緣套筒與軸分離時(shí)，例如當(dāng)如相對(duì)于圖29中的套筒802和軸112所示，絕緣套筒沿著軸的整個(gè)長(zhǎng)度延伸時(shí)，則不間斷屏障就易于實(shí)現(xiàn)。然而，設(shè)計(jì)約束有時(shí)不容許具有足夠的徑向距離來(lái)使得換向器被安放于絕緣套筒上而是必須在其間不帶絕緣套筒的情況下直接安放于軸上。在這些情況下，換向器必須構(gòu)造成使得其絕緣屏障能夠提供加強(qiáng)的絕緣間隔和屬性。
轉(zhuǎn)到圖30，示出的雙絕緣型電樞810帶有在其與軸112之間不帶絕緣套筒的情況下直接安放于軸112上的換向器114。絕緣套筒812被安放于軸112上疊片結(jié)構(gòu)106與軸112之間并且沿軸向一直延伸到換向器114。當(dāng)模制塑料116以便封裝電樞810時(shí)，絕緣套筒812的端部與換向器114之間的所有間隙都被高溫密封件814所密封，并且防止示例性地為所述導(dǎo)熱塑料的塑料116流入絕緣套筒812的端部與換向器114之間的間隙中。可以使用曲徑密封、擋板或高溫墊圈來(lái)代替密封件814。
轉(zhuǎn)到圖31，示出了雙絕緣型封裝式電樞的一個(gè)替代實(shí)施例。電樞900具有疊片結(jié)構(gòu)106和直接安裝于內(nèi)部軸902上的換向器114，并且利用示例性地為所述導(dǎo)熱塑料的塑料116來(lái)封裝。內(nèi)部軸902聯(lián)接于外部小齒輪904和具有襯有一層電絕緣體910的圓柱形腔908的軸承軸頸906上。盡管圖31示出了內(nèi)部軸902容放于絕緣的圓柱形腔908中，但應(yīng)當(dāng)理解軸承軸頸906可以倒置而將外部小齒輪904容放于絕緣的圓柱形腔908中。圖31中所示的前述實(shí)施例提供的雙絕緣型電樞中，保護(hù)性絕緣與電樞的熱產(chǎn)生部分不同并且與其分離。
轉(zhuǎn)到圖32-35，示出了用于模制塑料116以便封裝電樞102的三板式模具1000。圖32-35中與圖5相同的元件被標(biāo)以相同的參考數(shù)字。所示的三板式模具1000位于造型機(jī)1002中，其示例性地為塑料注射模塑機(jī)，電樞102位于其中。三板式模具1000包括芯板1004、腔板1006和澆口板1008。芯板1004具有基本上為罐狀的腔1005，其中容放著電樞102，首先是換向器114。即，電樞102被容放于芯板1004中，而換向器114鄰近芯板1004的端部或底部(圖32中的方位)1010。芯板1004可包括與其中的壓力傳感器1014相通的壓力傳感器口1012。
澆口板1008具有位于其中的孔1024，當(dāng)電樞102位于模具1000中時(shí)電樞軸112延伸穿過(guò)該孔1024。在澆口板1008中，澆口1017分成兩個(gè)繞著當(dāng)電樞102位于模具1000中時(shí)容放著電樞102的軸112的孔1024的半圓形澆口1018(在圖33中以虛線(xiàn)表示)。半圓形澆口1018形成了環(huán)形澆口1019。澆口1017延伸至熱注入口1022的出口1021。腔板1006包括在澆口板1008中從環(huán)形澆口1019向鑄口1020延伸的滴落通道1016。在電樞102位于模具1000中時(shí)，鑄口1020優(yōu)選地位于電樞102的狹槽108之間并且與狹槽108的端部107處于相隔關(guān)系。特別參看圖34，鑄口1020位于疊片結(jié)構(gòu)106的相鄰狹槽108之間和上方。因此，每個(gè)鑄口1020就為疊片結(jié)構(gòu)106的兩個(gè)狹槽108送料。
特別參看圖36，芯板1004可具有鍵1026，其與電樞102的疊片結(jié)構(gòu)106中的狹槽108接合以便將電樞102定位于模具1000中，從而使得鑄口1020被置于疊片結(jié)構(gòu)106的相鄰狹槽108之間。示例性地，每個(gè)狹槽108具有一個(gè)伸入其中的鍵1026，該鍵示例性地延伸過(guò)該狹槽108的整個(gè)長(zhǎng)度。鍵1026的尺寸優(yōu)選地設(shè)定成在疊片結(jié)構(gòu)106的外徑之前提供薄壁流區(qū)域。這樣就使得塑料116在其到達(dá)疊片結(jié)構(gòu)106的外徑之前就開(kāi)始凝固，從而將溢流至疊片結(jié)構(gòu)106外徑的機(jī)會(huì)減至最小。另外，將鑄口1020定位于狹槽108之間可防止塑料在填充磁線(xiàn)110的線(xiàn)圈上方的薄壁區(qū)域之前沿著狹槽108“噴射”。這點(diǎn)對(duì)于大多數(shù)導(dǎo)熱塑料都很重要，因?yàn)橐坏┤刍那安客Ｖ?，則導(dǎo)熱塑料就會(huì)迅速凝固并且不再流動(dòng)。因此，如果塑料116沿著狹槽“噴射”，其就可能不會(huì)填滿(mǎn)其后的薄壁區(qū)域。
操作中，電樞102(按照其封裝前的狀態(tài))被安放于模具1000的芯板1004中，首先是換向器114。腔板1006隨后被合于電樞102的另一端上，而澆口板1008則合于腔板1006上。然后將塑料116注射至模具1000中，從熱注入口1022通過(guò)澆口1017流入環(huán)形澆口1019的半圓形澆口1018，通過(guò)腔板1006中的滴落通道1016，通過(guò)鑄口1020并且包圍著模具1000中的電樞102。應(yīng)當(dāng)理解，可以使用其它鑄口構(gòu)型，例如三板式模具上的環(huán)形和溢料式鑄口以及兩板式模具上的柄形鑄口。
模具1000的腔中的壓力利用壓力傳感器1014進(jìn)行監(jiān)控。位于芯板1004中的口1012示例性地朝著芯板1004的底部1010定位，以便基本上在鑄口1020所處的相對(duì)端部處監(jiān)控模具1000的腔中的壓力。當(dāng)由壓力傳感器1014所檢測(cè)的模具1000的腔中的壓力到達(dá)預(yù)定水平時(shí)，注射模塑機(jī)就由其填入工序轉(zhuǎn)換至其充填工序。眾所周知，在填入工序期間，射壓很高。一旦模腔幾乎填滿(mǎn)時(shí)，注射模塑機(jī)就轉(zhuǎn)換至充填工序，這時(shí)射壓返回到較低水平。射壓隨后保持于這個(gè)較低水平一直到塑料硬化為止，通常通過(guò)等待一段設(shè)定的時(shí)間來(lái)決定。與恒定模制參數(shù)例如射尺寸、注射時(shí)間等等相比，通過(guò)利用模具1000的腔中的壓力來(lái)決定何時(shí)從填入工序轉(zhuǎn)換至充填工序，就可以減小塑料的材料屬性的變化。
示例性地，預(yù)定壓力設(shè)置于指示模具1000的腔幾乎被塑料116充滿(mǎn)的水平。利用被稱(chēng)為“科學(xué)模制”的技術(shù)來(lái)控制注射模塑機(jī)1002以便將換向器114處發(fā)生溢流的機(jī)會(huì)減至最低。一種這類(lèi)的科學(xué)模制技術(shù)為DECOUPLED MOLDIGNGSM，其可從RJG Associates，Inc.ofTraverse City，MI.公司獲得。
壓力傳感器1014還能夠用來(lái)確定是否正確地模制了零件。即，確定模具1000的腔中的壓力是否到達(dá)了足夠的水平以便使得模具1000的腔被完全填滿(mǎn)。否則，零件就會(huì)被拒絕。在這點(diǎn)上，好/壞指示器可根據(jù)所監(jiān)控的模具1000的腔中的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)，以便警告注射模塑機(jī)1002的操作者所模制的零件是好是壞。注射模塑機(jī)1002還可配置成根據(jù)所監(jiān)控的壓力自動(dòng)地接受或拒絕零件。
參看圖37，示意性地示出了模具1100，其示例性地為兩板式模具。兩板式模具1100形成為具有溢流接片腔1102，以便容許在模制塑料116以封裝電樞102時(shí)形成溢流接片1104。示例性地，溢流接片鄰近換向器114形成。溢流接片1104有助于控制換向器114處的模制壓力，幫助防止產(chǎn)生溢料同時(shí)還能完全地利用塑料116填充并封裝磁線(xiàn)110。鑄口1106從模具1100的腔1108延伸至每個(gè)溢流接片腔1102。鑄口1106的尺寸使得當(dāng)腔1108中的模制壓力增加時(shí)，塑料116就會(huì)在溢出換向器114之前流入溢流接片腔1102中。由于大多數(shù)導(dǎo)熱塑料都很快凝固，因此延遲換向器114處的熔化前面就使得塑料116能夠在換向器114的區(qū)域中凝固，因此當(dāng)溢流接片腔1102充滿(mǎn)并且腔1108中的壓力繼續(xù)增加時(shí)，溢出換向器114的危險(xiǎn)就被減至最低或者已經(jīng)消除。除鑄口過(guò)程將會(huì)示例性地將溢流接片1104視作多余的澆口，其在除鑄口過(guò)程中被去除，因此不會(huì)產(chǎn)生額外的周期時(shí)間。應(yīng)當(dāng)理解，溢流接片1104可為足以延遲模具1100中的壓力增加的任何形狀和尺寸。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，可示例性地在利用塑料例如塑料116封裝電樞例如電樞102時(shí)模制但其必須在物理上堅(jiān)固的構(gòu)造可以預(yù)成型，例如通過(guò)利用足夠強(qiáng)的塑料來(lái)模制它們，然后在封裝電樞時(shí)將其內(nèi)嵌模制來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣就容許使用的導(dǎo)熱塑料并不需提供這些構(gòu)造所需的物理堅(jiān)固性，但具有其它屬性例如比提供這些構(gòu)造的物理堅(jiān)固性所需的塑料更好的導(dǎo)熱性。參看圖5，風(fēng)扇122為需要一定程度的物理堅(jiān)固性的構(gòu)造的一個(gè)實(shí)例。風(fēng)扇122可以預(yù)成型，例如通過(guò)利用提供了所需物理堅(jiān)固性的塑料來(lái)預(yù)先模制，然后在利用塑料116封裝電樞102時(shí)將其內(nèi)嵌模制以便連接于電樞102上而進(jìn)行。塑料116于是可以選自具有用于封裝電樞102的最佳特性的塑料，即使這種塑料并不能提供風(fēng)扇122所需的物理堅(jiān)固性。這樣將會(huì)允許塑料116使用比如果按照上述方式塑料116也用來(lái)模制風(fēng)扇122的情況更低成本的材料。提供了更堅(jiān)固物理特性的更高成本塑料的使用于是將被限定于需要更高程度的物理堅(jiān)固性的那些構(gòu)造。在風(fēng)扇122由更高強(qiáng)度塑料預(yù)先模制的情況下，這樣還允許具有高導(dǎo)熱性但結(jié)構(gòu)上較弱或者具有較小沖擊強(qiáng)度的塑料用作塑料116。
盡管參照電機(jī)的電樞對(duì)本發(fā)明的以上方面進(jìn)行了描述，但許多原理可適用于電動(dòng)發(fā)電機(jī)中所用的其它線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)，例如電機(jī)所用的定子和發(fā)電機(jī)與交流發(fā)電機(jī)所用的線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)。圖15示出了電機(jī)例如電機(jī)100(圖5)所用的定子150。定子150包括其中具有多個(gè)狹槽152的疊片結(jié)構(gòu)151。磁線(xiàn)154纏繞于狹槽152中以便形成線(xiàn)圈156。導(dǎo)熱塑料158至少部分地繞著磁線(xiàn)154模制并且優(yōu)選地完全封裝著磁線(xiàn)154。類(lèi)似地，塑料158的表面可以模制帶有構(gòu)造，例如翼片，或者帶有用于增強(qiáng)熱傳遞的紋理，金屬化處理的構(gòu)造，或者預(yù)成型并在將塑料繞著磁線(xiàn)154模制時(shí)內(nèi)嵌模制的構(gòu)造。
圖16示出了將參照?qǐng)D3所述的本發(fā)明應(yīng)用于定子中。定子250具有疊片結(jié)構(gòu)252。疊片結(jié)構(gòu)252具有多個(gè)狹槽254，狹槽254襯有由導(dǎo)熱塑料制成的狹槽襯墊260。磁線(xiàn)256纏繞于狹槽254中以便形成線(xiàn)圈258。導(dǎo)熱塑料模制于狹槽254中以便形成狹槽襯墊260，其使磁線(xiàn)256與疊片結(jié)構(gòu)252電絕緣以及增強(qiáng)磁線(xiàn)256的熱傳遞。在這點(diǎn)上，導(dǎo)熱塑料選擇成具有所需的導(dǎo)熱性和電介質(zhì)強(qiáng)度或電絕緣屬性。
事實(shí)上，對(duì)本發(fā)明的這些描述僅為示例性，因此并不背離本發(fā)明的要旨的變型都處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。這些變型并不被看作背離了本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于制作電樞的方法，包括將換向器和疊片結(jié)構(gòu)安放于電樞軸上，換向器具有帶有多個(gè)段的換向器環(huán)，在相鄰段之間帶有狹槽，換向器環(huán)在狹槽的軸向內(nèi)端處具有槽口，槽口填充著不導(dǎo)電材料，每個(gè)段具有位于軸向內(nèi)端處的柄腳；將纏繞于疊片結(jié)構(gòu)的狹槽中的線(xiàn)圈繞組的端部連接于換向器段的柄腳上；將電樞軸、換向器和疊片結(jié)構(gòu)安放于具有在柄腳之間延伸的凸起的模具中；以及繞著電樞軸、換向器和線(xiàn)圈繞組的至少部分模制塑料，這些凸起和填充的槽口防止了塑料流入換向器段之間的狹槽中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中狹槽沿軸向中途伸入槽口中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過(guò)在模制期間利用不導(dǎo)電材料填充槽口，而將由不導(dǎo)電材料制成的芯模制于換向器環(huán)中，芯被模制成具有沿軸向延伸穿過(guò)其中心的圓柱形孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中不導(dǎo)電材料為苯酚。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中線(xiàn)圈繞組包括在疊片結(jié)構(gòu)的狹槽與換向器的柄腳之間延伸的引線(xiàn)并且模制塑料包括繞著引線(xiàn)模制塑料以便支承著引線(xiàn)并且防止它們?cè)谑褂昧穗姌械碾姍C(jī)運(yùn)行期間發(fā)生振動(dòng)。
6.一種用于制作電樞的方法，包括將柱塞型換向器和疊片結(jié)構(gòu)安放于電樞軸上，換向器具有帶有多個(gè)段的換向器環(huán)，在相鄰段之間帶有狹槽，每個(gè)段具有位于換向器環(huán)的軸向內(nèi)端處的導(dǎo)線(xiàn)容放狹槽，換向器環(huán)具有由絕緣材料制成的插件，插件從換向器環(huán)的軸向內(nèi)端在相鄰段之間沿軸向中途延伸至狹槽中；將纏繞于疊片結(jié)構(gòu)的狹槽中的線(xiàn)圈繞組的端部連接于換向器段的導(dǎo)線(xiàn)容放狹槽上；將電樞軸、換向器和疊片結(jié)構(gòu)的組件安放于模具中，模具具有適配于在插件上方繞著換向器環(huán)的部分；以及繞著電樞軸、換向器和疊片結(jié)構(gòu)的至少部分模制塑料，模具的適配于在插件上方繞著換向器環(huán)的部分防止了塑料流入換向器段之間的狹槽中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中線(xiàn)圈繞組包括在疊片結(jié)構(gòu)的狹槽與換向器的容放狹槽之間延伸的引線(xiàn)并且模制塑料包括繞著引線(xiàn)模制塑料以便支承著引線(xiàn)并且防止它們?cè)谑褂昧穗姌械碾姍C(jī)運(yùn)行期間發(fā)生振動(dòng)。
8.一種電動(dòng)發(fā)電機(jī)，包括具有多個(gè)其中襯有狹槽襯墊的狹槽的疊片結(jié)構(gòu)和纏繞于狹槽中從而形成線(xiàn)圈的磁線(xiàn)，其中狹槽襯墊由模制于狹槽中的導(dǎo)熱和電絕緣的塑料制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中電動(dòng)發(fā)電機(jī)為電機(jī)、發(fā)電機(jī)或交流發(fā)電機(jī)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中電動(dòng)發(fā)電機(jī)為具有電樞的電機(jī)，電樞具有軸和換向器，其中軸其上具有疊片結(jié)構(gòu)，換向器連接于軸的一個(gè)端部上，磁線(xiàn)的端部連接于換向器上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，包括由塑料制成的端部輻架，塑料在疊片結(jié)構(gòu)的端部處繞著電樞軸模制以便形成端部輻架。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的設(shè)備，包括在疊片結(jié)構(gòu)與電樞軸之間以及換向器與電樞軸之間置于電樞軸上的絕緣套筒。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中電機(jī)還包括定子，定子具有多個(gè)其中襯有狹槽襯墊的狹槽的疊片結(jié)構(gòu)和纏繞于定子的疊片結(jié)構(gòu)的狹槽中從而形成線(xiàn)圈的第二磁線(xiàn)，其中狹槽襯墊由模制于狹槽中的導(dǎo)熱和電絕緣的塑料制成。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中電動(dòng)發(fā)電機(jī)為具有包括疊片結(jié)構(gòu)的定子的電機(jī)。
15.根據(jù)權(quán)利要求10至13中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中磁線(xiàn)包括延伸至換向器的引線(xiàn)，設(shè)備還包括至少部分封裝著引線(xiàn)的塑料。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中至少部分地封裝著引線(xiàn)的塑料為導(dǎo)熱塑料。
17.一種用于制作電機(jī)所用的電樞的方法，包括將其中具有多個(gè)狹槽的疊片結(jié)構(gòu)安放于軸上；將導(dǎo)熱和電絕緣的塑料模制于狹槽中以便形成狹槽襯墊；將換向器固定于軸的一端上；將磁線(xiàn)纏繞于狹槽中以便形成線(xiàn)圈；以及將磁線(xiàn)的端部連接于換向器上。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，包括在疊片結(jié)構(gòu)的端部處繞著軸模制塑料以便形成端部輻架。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的方法，包括在將疊片結(jié)構(gòu)安放于軸上之前將電絕緣套筒安放于軸上。
20.一種用于制作電機(jī)所用的電樞的方法，包括將電絕緣套筒安放于軸上；接著將其中具有多個(gè)狹槽的疊片結(jié)構(gòu)安放于軸上；接著將電絕緣塑料模制于狹槽中以便形成狹槽襯墊并且繞著疊片結(jié)構(gòu)的端部模制以便形成端部輻架；接著在絕緣套筒置于其間的情況下將換向器固定于軸的一個(gè)端部上；以及接著將磁線(xiàn)纏繞于狹槽中以便形成線(xiàn)圈并且將磁線(xiàn)的端部固定于換向器上。
21.根據(jù)權(quán)利要求17至20中任一項(xiàng)所述的方法，包括模制塑料以便將磁線(xiàn)至少部分地封裝于塑料中。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，包括模制塑料以便將磁線(xiàn)至少部分地封裝于塑料中，其中模制塑料以便將磁線(xiàn)至少部分地封裝于塑料中包括防止任何塑料流入換向器與絕緣套筒之間的任何間隙中。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中防止任何塑料流入換向器與絕緣套筒之間的任何間隙中包括在模制塑料之前安放繞著絕緣套筒并且鄰接著換向器的絕緣密封件。
24.根據(jù)權(quán)利要求22或23所述的方法，其中防止任何塑料流入換向器與絕緣套筒之間的任何間隙中包括使用用來(lái)模制塑料的模具，其帶有包圍著與換向器相鄰的絕緣套筒并且鄰接著換向器的擋板。
25.根據(jù)權(quán)利要求21至24中任一項(xiàng)所述的方法，其中部分地封裝著磁線(xiàn)的塑料為導(dǎo)熱塑料。
26.根據(jù)權(quán)利要求19至25中任一項(xiàng)所述的方法，其中將絕緣套筒安放于軸上包括將陶瓷涂層涂敷于軸上。
27.一種電機(jī)，包括定子和電樞；電樞包括其中具有狹槽的疊片結(jié)構(gòu)；同軸地延伸通過(guò)疊片結(jié)構(gòu)的電樞軸；多個(gè)纏繞于疊片結(jié)構(gòu)的狹槽中的磁線(xiàn)；置于電樞軸上的換向器，磁線(xiàn)的端部電聯(lián)接于其上；在疊片結(jié)構(gòu)與電樞軸之間以及換向器與電樞軸之間置于電樞軸上的絕緣套筒；以及至少部分地封裝著磁線(xiàn)的塑料。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中疊片結(jié)構(gòu)的狹槽包括狹槽襯墊，狹槽襯墊由模制于狹槽中以便形成狹槽襯墊的電絕緣塑料制成。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的設(shè)備，包括疊片結(jié)構(gòu)的狹槽中的狹槽襯墊和繞著疊片結(jié)構(gòu)的端部的端部輻架，它們由模制于狹槽中并且在疊片結(jié)構(gòu)的端部處繞著電樞模制的電絕緣塑料形成。
30.根據(jù)權(quán)利要求27至29中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，包括繞著絕緣套筒放置并且鄰接著換向器以便密封絕緣套筒的一端與換向器之間的任何間隙的電絕緣密封件。
31.根據(jù)權(quán)利要求27至30中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中電絕緣塑料也是導(dǎo)熱塑料。
32.根據(jù)權(quán)利要求27至31中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中至少部分地封裝著磁線(xiàn)的塑料為導(dǎo)熱塑料。
33.根據(jù)權(quán)利要求27至32中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中絕緣套筒包括電樞軸上的陶瓷涂層。
34.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其中塑料為導(dǎo)熱塑料。
35.根據(jù)權(quán)利要求1至7、17至26和34中任一項(xiàng)所述的方法，包括使用根據(jù)權(quán)利要求1至7、17至26和34中任一項(xiàng)制作的電樞來(lái)制造電機(jī)。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，包括通過(guò)使用根據(jù)權(quán)利要求49制作的電機(jī)來(lái)制作動(dòng)力工具。
37.根據(jù)權(quán)利要求27至33中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中塑料為導(dǎo)熱塑料。
38.根據(jù)權(quán)利要求27至33和37中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，包括具有權(quán)利要求9至14和51中任一項(xiàng)的電樞的電機(jī)。
39.根據(jù)權(quán)利要求10至16、27至33和38中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，包括具有權(quán)利要求16、27至33和38中任一項(xiàng)的電機(jī)的動(dòng)力工具。
全文摘要
纏繞于電動(dòng)發(fā)電機(jī)的疊片結(jié)構(gòu)的狹槽中的磁線(xiàn)被利用塑料完全地或部分地封裝起來(lái)。塑料可為導(dǎo)熱性并且具有用于增強(qiáng)熱傳遞的模制于其中的構(gòu)造。塑料可以加強(qiáng)電樞并且增加其臨界速度?？梢愿淖兯芰系臉?gòu)造、其幾何形狀和其分布以便調(diào)節(jié)電樞的旋轉(zhuǎn)慣量和諧振頻率。磁線(xiàn)可以通過(guò)應(yīng)用同靜壓或通過(guò)正在繞其模制的塑料的壓力而被壓緊于狹槽中。于是可以使用更大的磁線(xiàn)，其增加了使用具有更大磁線(xiàn)的電樞的電機(jī)的功率。可以使用兩板式或三板式模具來(lái)繞著電樞模制塑料?？梢詫⑵胶鈽?gòu)造模制于適當(dāng)?shù)奈恢蒙?。塑料可具有基礎(chǔ)聚合物，基礎(chǔ)聚合物為兩種或多種聚合物與各種導(dǎo)熱填料的混合物。
文檔編號(hào)H02K13/04GK101017997SQ20061017199
公開(kāi)日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2003年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月12日
發(fā)明者H·T·杜, B·費(fèi)爾布魯格, J·維斯特, M·塞爾, R·T·沃爾特, D·J·史密斯, E·M·奧爾特, J·C·斯通, H·懷特 申請(qǐng)人:布萊克-德克爾公司