專利名稱：注射成型的電動機組件及其制造方法
發(fā)明
背景技術(shù)：
領(lǐng)域本發(fā)明涉及電動機，更具體而言，本發(fā)明涉及一種密封式電動機的制造方法及其相關(guān)組件。
相關(guān)技術(shù)在轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的、授予Marshall等人的美國專利4922604和授予Marshall等人的美國專利5008572中描述了一種電動機和制造方法(此處引為參考)，該方法能實現(xiàn)內(nèi)置的轉(zhuǎn)子組件的精確對準。如在上述專利中詳細描述的那樣，電動機包括定子組件和轉(zhuǎn)子組件，通過使用密封化合物使定子組件成為一體并提供一種改善的熱性能。
更具體而言，定子組件由定子芯片疊層形成，該定子芯片有向內(nèi)伸出的磁極，它界定了容納轉(zhuǎn)子組件的未精加工的內(nèi)腔室的壁。貫穿螺栓將前后鋁端蓋連在定子芯片疊層上，整個定子組件密封，以使疊置的疊層成為一體，并用密封化合物填充定子磁極之間的間隙。然后通過機加工一個一致與由向內(nèi)伸出的定子磁極界定的側(cè)壁一致的連續(xù)的圓柱形孔而精加工內(nèi)腔室。通過使轉(zhuǎn)軸上的端軸承與定子端蓋上加工出的接受表面對準而實現(xiàn)轉(zhuǎn)子組件的精確對準，所述接受表面是圓柱形孔的一部分。
雖然在參考文獻′604，′572中描述的電動機及其制造方法比先有技術(shù)有顯著的進步，但還需要進一步的改進。在這點上，參考文獻′604和′572的組件和方法的各種特點部與改進有關(guān)。
所需改進的一方面與定子組件的密封有關(guān)。特別是，根據(jù)經(jīng)驗已確定，對于密封化合物需要雙處理周期，第二處理周期能提高定子組件的剛性，從而在電動機的使用期限內(nèi)進行更有效的操作。當(dāng)只采用單一的處理周期時，已發(fā)現(xiàn)，在使用一段時間后轉(zhuǎn)子組件會偶爾卡在定子組件內(nèi)，從而限制了電動機的使用壽命。然而加上第二處理周期，又會增加制造成本，這點是人們所不希望的。
另一待改進的方面與密封化合物內(nèi)形成的氣袋有關(guān)。如在參考文獻′572和′604中討論的那樣，空氣是熱的不良導(dǎo)體。用密封化合物填充在定子磁極之間形成的開口間隙可改善導(dǎo)熱性，從而促進電動機的散熱。然而已知的在密封定子組件時采用的工藝會在后端蓋下方留下氣袋。這阻止了熱量從后端蓋的流動。因此，通過消除氣袋可實現(xiàn)電動機組件的熱性能的進一步的改進。
尚侍改進的又一方面涉及為電動機組件內(nèi)的定子繞組提供外部電連接。如在參考文獻′572和′604中所述，靠著定子芯片疊層的后端放置帶有連接器的絕緣件。定子繞組的終端伸出至連接器，印刷電路板成形為可插入連接器內(nèi)，在定子繞組和印刷電路的導(dǎo)線之間形成電路連續(xù)。第二連接器具有與印刷電路的導(dǎo)線電連接的導(dǎo)電管腳，該第二連接器與印刷電路板相連，通過輔助外連接器實現(xiàn)通向定子繞組的遙控通道。這樣，外部信號就可容易地與定子繞組相連以控制電動機操作。
所述第二連接器放在定子后端蓋內(nèi)，如前所述，在施加密封化合物之前，用幾個貫穿螺栓將兩個端蓋連接在定子芯片疊層上。為阻止密封化合物在后端蓋和第二連接器之間的泄漏，在第二連接器周圍設(shè)置一個密封裝置。雖然前述結(jié)構(gòu)提供了一種有效的，將外部電動機驅(qū)動信號與定子繞組相連的裝置，但仍需一種更簡單，更經(jīng)濟的方案。
簡而言之，所需的改進能更有效實現(xiàn)上述的各個方面的要求，而保留在參考文獻′572和′604中所述的電動機組件和方法的好處和優(yōu)點。
發(fā)明概述綜合上述，本發(fā)明的首要目的是簡化并從而獲取一種比先有技術(shù)成本低的電動機組件及其制造方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種具有改進的熱性能的電動機組件。
更詳細地講，本發(fā)明的一個目的是消除密封的繞組和鋁端蓋的金屬之間的小氣隙。
更詳細地講，本發(fā)明的目的是提供電導(dǎo)體，磁體結(jié)構(gòu)和電動機外部之間具有良好導(dǎo)熱性的、高度絕緣的通道，從而增強電動機散熱的能力。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種電動機的制造方法，其比已有技術(shù)有所簡化，并消除了第二密封化合物處理周期所需的成本和時間，但同時保留成品電動機組件的結(jié)構(gòu)完整性。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種電動機組件，其在內(nèi)部定子繞組和外部連接器之間有一簡化且改善的電連接。
本發(fā)明其它的目的，優(yōu)點及其它新穎的特點部分在下文描述，對本領(lǐng)域技術(shù)人員通過下述的試驗，可明顯看出部分優(yōu)點或特點，也可通過本發(fā)明的實踐得出。本發(fā)明的目的和優(yōu)點可通過所附權(quán)利要求中特別指出的裝置和各種組合來實現(xiàn)。
為實現(xiàn)上述及其它目的，本發(fā)明的一方面涉及生產(chǎn)電動機的方法，其中半成品的或未精加工的定子組件由通過疊置定子芯片和定子繞組制成。半成品的定子組件放在鑄模內(nèi)，熔融塑料在壓力下注射進鑄模內(nèi)，從而使熔融塑料被迫進入并填充半成品定子組件的磁極之間的內(nèi)部間隙。熔融的塑料還形成定子組件的后端蓋。用于本發(fā)明的塑料可以是任何可加工的熱塑性樹脂，或樹脂的混合物。所述樹脂可選擇地包括填加劑，例如耐火劑、增強劑、顏料、填料、增塑劑、熱或光穩(wěn)定劑。然后機加工出連續(xù)孔，該孔通過模制成形的定子組件的中心，以產(chǎn)生容納轉(zhuǎn)子組件的同心孔；該孔具有用于接受轉(zhuǎn)子組件軸承的安裝表面。最后將轉(zhuǎn)子組件插入連續(xù)的孔中，并使轉(zhuǎn)子軸承與安裝表面相配合，而將轉(zhuǎn)子組件安裝在定子組件內(nèi)。
本發(fā)明有關(guān)的方面涉及注射成型的電動機組件，該電動機組件包括具有在轉(zhuǎn)子軸上的中心轉(zhuǎn)動部分，和靠近轉(zhuǎn)子軸兩端的轉(zhuǎn)子軸承的轉(zhuǎn)子組件。整體定子組件包括定子芯片疊層以及前后端蓋，該疊層形成攜帶定子繞組的定子磁極。定子磁極和繞組大致由注射成型的塑料物質(zhì)密封，所述塑料物質(zhì)填充定子磁極之間的間隙。模制塑料還一體形成后端蓋。在定子組件內(nèi)形成的連續(xù)孔通過前端蓋，定子芯片疊層和后端蓋，形成后端蓋的用于接受轉(zhuǎn)子軸承的安裝表面；由轉(zhuǎn)子軸承和端蓋的安裝表面之間的配合實現(xiàn)轉(zhuǎn)子組件承載于孔內(nèi)。
上述已概括了本發(fā)明，下面將討論本發(fā)明的優(yōu)選實施例。作為本發(fā)明優(yōu)選實施例制造工藝的一中間步驟，導(dǎo)電管腳的行列熔焊在定子繞組上。通過注射熔融的模制塑料于管腳行列周圍，并在導(dǎo)電管腳周圍形成連接器殼體從而形成后端蓋。這樣，所述電動機組件提供了這樣的連接器，其可以很容易地與外部源或遙控源電連接以控制電動機。注射成型的端蓋是定子中注射成型物質(zhì)的延伸，從而為繞組內(nèi)的散熱提供了有效的連續(xù)途徑。
附圖簡述包含在本說明書中并構(gòu)成其一部分的附圖示出了本發(fā)明的各個方面，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。其中

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例制成的完全裝配好的電動機的透視圖；圖2是本發(fā)明的電動機的部分分解圖，其中轉(zhuǎn)子組件從定子組件中移出；圖3是工藝流程圖，示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例生產(chǎn)電動機的步驟；圖4是部分安裝的轉(zhuǎn)子的正視圖，其中包括部分截面圖；圖5是正視圖，示出其軸承和軸套已安裝在位的轉(zhuǎn)子組件，它正準備插入定子組件內(nèi)；圖6是每個定子芯片的正視圖，示出了指向內(nèi)的定子磁極和磁極齒；圖7是示出由圖6所示的單個芯片組成的、裝配好的定子芯片疊層的透視圖；圖8是圖7的定子芯片疊層的前端的透視圖，其中絕緣件和定子繞組已安裝在位；圖9是沿圖6中箭頭截取的剖視圖，示出了端蓋內(nèi)的已有繞組的定子組件，和安裝在位的連接器；圖10是未精加工的定子組件的后端的透視圖，示出了安裝在位的絕緣體、定子繞組和連接器管腳的行列；圖11是示出相對于定子芯片疊層放置的連接器管腳基架的局部視圖；圖12是示出注射成型之后部分完成的圖9的定子組件的局部視圖；圖13是類似于圖12的視圖，示出了在機加工之后準備插入轉(zhuǎn)子組件的注射成型的組件；圖14是用于生產(chǎn)本發(fā)明的電動機組件的鑄模夾具的側(cè)視圖；圖15是圖14所示夾具部分剖開的透視圖；圖16是部分剖開的側(cè)視圖；而圖17是沿圖16的線17-17所取的軸向剖視圖，此二圖示出適于實現(xiàn)本發(fā)明的電動機的另一種結(jié)構(gòu)；圖18是圖16和17所示電動機的轉(zhuǎn)子組件的透視圖；
圖19和20是示出適于實現(xiàn)本發(fā)明的永磁電動機的剖視圖以及沿圖19中線20-20所取的軸向剖視圖。
下面將詳細描述本發(fā)明的各優(yōu)選實施例，其在附圖中示出。優(yōu)選實施例的詳述參照圖1，其示出了差動永磁步進電機的透視圖，圖2是部分分解圖，示出了從定子組件中移出的轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子保持元件。應(yīng)指出，雖然本發(fā)明是結(jié)合差動步進電機進行的描述，但它也可用于其它電動機類型。例如本發(fā)明也可用于無刷可變磁組步進電機，永磁無刷式電機的設(shè)計，轉(zhuǎn)換磁阻電機，增強可變磁阻電機以及差動步進型的增強和非增強步進電機。最后，通過閱讀下面的詳細說明，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員很顯然，感應(yīng)電動機以及其它類型的電動機也能利用本發(fā)明。
參照圖1和圖2，示出了一種由參考標號20表示的差動式步進電機，它包括定子組件21和轉(zhuǎn)子組件20。轉(zhuǎn)子組件與軸承23，24配合，而軸承又安裝在端蓋25、26上，該端蓋支承著轉(zhuǎn)子組件22以使轉(zhuǎn)子組件在定子組件21內(nèi)旋轉(zhuǎn)。端蓋25、26之間有一中央定子芯片疊層27，形成支承定子繞組的定子磁極(在圖1和圖2中未示出)。在此優(yōu)選實施例中，定子芯片相互對準，并且最初沿芯片疊層的邊角由焊點70固定(見圖7)。如以下更加詳細描述的那樣，芯片疊層還由高強度的注射模制的塑料固定，該塑料完全密封芯片疊層的內(nèi)部，并最好在成形后，部分伸入中心孔30內(nèi)?？?0以諸如鏜磨的方法進行機加工以形成端蓋25、26上的軸承面31，32(見圖9)，同時形成通過芯片疊層27的與軸承表面31、32相鄰的光滑孔30。
在圖2所示的實施例中，止動環(huán)36將轉(zhuǎn)子組件22固定在定子組件21內(nèi)。在另一個實施例中，轉(zhuǎn)子組件22由軸承23，24和承受表面31，32之間的壓入配合限制在定子組件內(nèi)。前端蓋26有一凸緣37，該凸緣有一機加工表面38，該表面上有安裝凸臺39以將電動機置于支承框架內(nèi)。安裝孔40用于將電動機安裝在其支架上(未示出)。后端蓋25包括為定子繞組提供電源的一體電連接器41。
如圖2所示，轉(zhuǎn)子組件22包括支承轉(zhuǎn)子部分51(即，轉(zhuǎn)子激磁部分)的轉(zhuǎn)子軸50和外側(cè)軸承23，24。在所示實施例中，轉(zhuǎn)子包括由一永磁鐵54分開的齒形芯片部分52，53。設(shè)置磁鐵，使芯片部分52，53具有相反的磁極，例如芯片部分52是北極，而芯片部分53是南極。在一個實施例中，芯片上形成有外齒，其齒距與定子組件的定子磁極的齒的齒距相同。定子/轉(zhuǎn)子齒距的其它比率也可采用如52/50或48/50。如在本領(lǐng)域中已知的，部分53的齒可以相對于部分52的齒偏差半個齒距以形成差動永磁轉(zhuǎn)子。因此，當(dāng)定子繞組由通過連接器41連通的驅(qū)動電流激磁時，在定子內(nèi)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動磁場易于使轉(zhuǎn)子芯片部分52，53的齒與定子齒磁場對準，從而使電動機順序步進。通過定子磁場的旋轉(zhuǎn)速率和方向的控制能實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的速率和方向的控制。
參照圖3，其中示出了根據(jù)本發(fā)明制造電動機的工藝。首先制造轉(zhuǎn)子組件，可以看出在步序100，將制造轉(zhuǎn)子的主要原材料放在一起，包括轉(zhuǎn)子軸，轉(zhuǎn)子芯片(或預(yù)先疊置芯片)和磁鐵。這些部件在步序101組裝在一起，并且組裝好的轉(zhuǎn)子在圖4示出。圖4示出一轉(zhuǎn)子軸，它具有一對芯片疊層52，53，永久磁鐵54放在芯片疊層之間以形成轉(zhuǎn)子部分51，該轉(zhuǎn)子部分由定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場驅(qū)動。在差動永磁步進電動機中，轉(zhuǎn)子芯片52和53相對于定子磁極上的齒的齒距具有給定齒距的交替的齒和谷。然而，部分52和53彼此相差半個齒距。磁鐵54用于磁化疊層52，53，例如疊層52是北極，而疊層53是南極。
軸50有一對機加工過的部分60，61，適合子接受軸承23，24的內(nèi)圈(圖5)以在定子組件內(nèi)支承轉(zhuǎn)子。軸50的輸出端如圖所示可以鍵接，如需要，也可不鍵接，或采用其它任何適配器。電動機可制成輸出軸在后端，以形成雙端電動機。這種結(jié)構(gòu)細節(jié)不屬于本發(fā)明，此處不加以強調(diào)在步序101裝配好轉(zhuǎn)子22后(圖3)，轉(zhuǎn)子通過磨削位置，此處進行步序102，以磨削轉(zhuǎn)子外徑。這種磨削可在芯片疊層52，53上產(chǎn)生有較尖的角的齒。此外這種磨削步序可生產(chǎn)出這樣的轉(zhuǎn)子，其大致與定子孔同心，并以較小的氣隙在精加工過的定子孔中運行。
對轉(zhuǎn)子磁性部分51成形之后，并清除轉(zhuǎn)子上的加工廢料之后，進行103步序，在該步序?qū)⑤S承22，23安裝在轉(zhuǎn)子的軸承支承表面60，61上。在示例性實施例中，間隙套筒62，63分別置于軸承23，24和芯片疊層52，53之間。套筒跨在芯片疊層和軸承的內(nèi)圈之間，形成間隙元件，以便適當(dāng)?shù)貙⑤S承定位在軸上。最好是在步序103，以適當(dāng)緊固件將軸承壓入配合在軸上。
圖5中示出包括軸承23，24和間隙套筒62，63的轉(zhuǎn)子組件，該轉(zhuǎn)子組件準備插入定子組件內(nèi)。圖5以放大形式示出，軸承23，24的外徑微大于轉(zhuǎn)子部分51的外徑。以前注意到定子孔是定子組裝之后以一次加工方式形成的連續(xù)的直通孔，因此如果軸承23，24有比轉(zhuǎn)子部分51稍大的外徑，就能使整個轉(zhuǎn)子組件插入孔內(nèi)，而軸承23，24的外圈固定于端蓋支承面處，而轉(zhuǎn)子部分51有一雖小但足以用于轉(zhuǎn)動的間隙。由此實現(xiàn)的準確度可使電機有一較小的氣隙，從而提供高的扭矩和有效的操作。
如圖3所示，最初的用于定子組裝工序的原材料零件是在步序105處組裝在一起的單個的定子芯片。在圖6示出這種單個的芯片27a，用沖壓法制成，每個芯片有多個磁極66a，在每個磁極上形成多個齒67a。磁極66a由提供接受定子繞組區(qū)域的間隙68a隔開。芯片還有沖出的間隙孔69a，準直螺栓通過該孔使定子組件初步對準。最好間隙孔69a與每個磁極66a相連，這樣定子芯片是對稱的，并能以八個方位中的任一方位安裝。還可以在組裝過程中彼此相對旋轉(zhuǎn)，這樣制作芯片的鋼板的晶粒不在一個單一方向，這樣芯片疊層的磁性可由于晶粒而均勻化。
如圖7所示，步序105(圖3)是這樣實施的，將一疊具有預(yù)定高度的芯片組裝起來，將其固定在一起，在圖示實施例中是以焊接的方式固定在一起。或者也可采用預(yù)制疊層(即由在芯片沖壓過程中形成的沖壓波紋連接在一起的芯片組)。利用焊接技術(shù)時，最好將芯片疊層置于壓力之下，用自動機械裝置測尺寸以使芯片疊層在焊接之前有適當(dāng)?shù)母叨?。如果不這樣，就需要加上或移去芯片直到達到所需的高度，此時，自動焊接設(shè)備在彼此相差90°的芯片疊層的角部施加四個焊點70。如圖7所示，組裝好的芯片疊層上提供由磁極間繞組間隙68分開的磁極結(jié)構(gòu)66，每個磁極結(jié)構(gòu)有軸向設(shè)置的有預(yù)定齒距的齒67。還可以看出，定位孔69相互對準，這樣準直螺栓或注射模制針能在組裝過程中的適當(dāng)時間通過芯片疊層。
芯片疊層組裝好之后，在要生產(chǎn)“增強”的電動機時，在步序105將長的磁鐵條85插入定子齒67之間的間隙中(見圖12)。如下面所描述的，插在定子齒之間的磁鐵能在某種程度上增強電動機的磁性。磁條與其所插入的間隙有足夠的摩擦配合和磁性吸引，以在隨后的制造步序中將磁條保持在位，直至它們由注射成型的塑性材料固定在間隙中。
如果磁鐵插入步序105，則在該步序之后或是在對非增強電機的簡單地焊接芯片疊層步序105之后，如圖3所示在組裝好的芯片疊層上進行隨后的操作以將定子電氣元件與芯片疊層連接起來以磁化定子磁極。對此，使芯片絕緣，進行定子的繞組，繞線接在端子上。在圖3中，絕緣步序是106。最好在焊接的定子芯片疊層上設(shè)置單獨的絕緣體，以在定子繞組和芯片疊層之間形成足夠的絕緣。暫時轉(zhuǎn)到圖8，絕緣組件的一端以71表示，與槽68完全對準并覆蓋了每個磁極66的面72。直立的絕緣部分71′有助于限制定子繞組，并且當(dāng)與端蓋并列放置時與端蓋相接。螺栓保護部分71″使緊固元件28絕緣并阻止緊固件和繞組之間的接觸。絕緣體的另一端在圖10中示為90。可以看出絕緣體90類似于絕緣體71，它提供了絕緣磁極端部的面92，完全與磁極間凹槽對準的通道93，和限制定子繞組的直立凸出部分90′。圖10示出了在后部對著絕緣部分的螺栓保護部分90″。由于后端蓋25由模制塑料制成，并且不采用螺栓將其固定在芯片疊層27上，因此螺栓防護部分90″不是必須的。然而在優(yōu)選實施例中，將其保留，這樣絕緣部分71和90可以互換，只需貯存一種類型即可。并且螺栓防護部分90″具有不規(guī)則表面，它增強了模制的后端蓋25和芯片疊層27之間的結(jié)合能力。
磁極結(jié)構(gòu)絕緣之后，以73表示的繞組(圖12)最好在步序107(圖3)自動繞在每個磁極上。繞組是作為磁化其所纏繞的磁極的裝置。在一般情況下，將形成很大尺寸的繞組(比圖12所示尺寸大)以在每個磁極上有所需的圈數(shù)。但應(yīng)當(dāng)看出，繞組線圈由絕緣部分71，90與磁性結(jié)構(gòu)相絕緣。在步序107已卷繞線圈后，在步序108將線圈端部接在端子上。在此步序，連接管腳94通過間隔件93而排成一排或行列，管腳有一伸出端94′和一終止端94″(見圖11)。
在圖示的電動機中，有8個磁極結(jié)構(gòu)，每個磁極都有繞組，8個管腳94構(gòu)成線圈端部端子。這樣在繞組開始處，線圈第一端焊接在管腳94的終端94″，然后繞四個磁極卷繞，然后熔融焊接到另一個管腳的終端。可以理解，如果線圈例如是雙線卷繞，或每個磁極需要單獨的線圈，或者定子磁極數(shù)很大則需要更多行列的導(dǎo)電管腳94。
包括磁性定子芯片疊層和相連的電氣元件的定子電氣部件成形之后，進行步序110以組裝定子。在優(yōu)選實施例中，通過將前端蓋26對準并固定于芯片疊層上而進行此步序。最好，用四個自攻絲螺紋件28將端蓋26固定到芯片疊層27上，其足以在電動機制造期間，以及隨后的電動機操作期間保持對準。如結(jié)合圖14和圖15更詳細描述的那樣，模具夾具應(yīng)適于維持前端蓋26和芯片疊層21之間的精確對準。最好前端蓋26是鑄造鋁，具有與芯片疊層的定位孔69對準的導(dǎo)向孔80。
由于在本發(fā)明的實踐中，電動機在壓力下填充有一種熔融塑料，本發(fā)明的實踐進一步完善了定子元件的密封，阻止了在注射期間熔融塑料的泄漏。這種密封在本發(fā)明中，是在注射成型工藝過程中實現(xiàn)的。例如，如以下所描述的那樣，使用軛環(huán)密封住前端蓋周圍的泄漏處，在注射高壓熔融塑料過程中施加給模具的壓力阻止了在注射步序的泄漏。
根據(jù)本發(fā)明，初步固定的和由模具夾具對準的組件(見圖14和15)由定子組件的注射模制永久地固定到位，然后同時加工兩端蓋的軸承表面和定子孔，以提供對準固定的定子組件，此時可以隨時接納相應(yīng)的轉(zhuǎn)子組件。最好參照示出模制步序的圖14和15以及示出模制成型后以及將模制的定子從圖14和15的夾具中移出后的模制定子的圖9來更好地理解模制成型步序111(圖3)。在這些附圖中也示出導(dǎo)電管腳91的行列，這些管腳是定子繞組的端子，并將定子繞組引至外連接器41。
最好將一個心軸插入定子的孔中后進行模制成型以使在定子芯片和心軸之間有一小的間隙。其結(jié)果是一層薄層塑料98覆蓋了定子磁極的齒67，并使容納轉(zhuǎn)子的中心孔成直孔。塑料還圍繞著定子繞組，并填充了定位孔69。事實上，在模制步序中，熔融的塑料被迫流過定位孔69，并進入對準的導(dǎo)向孔80，該導(dǎo)向孔設(shè)在前端蓋上。一旦所述組件冷卻，塑料固化后，塑料物質(zhì)就整體地形成在導(dǎo)向和定位孔內(nèi)。最好，導(dǎo)向孔80包括倒斜的錐口孔80′，其與塑料物質(zhì)一起使前端蓋與定子芯片疊層固定。
最好用一自攻絲螺絲件28增強塑料緊固件。在某些實施例中，熔融塑料被迫通過定子和端蓋的孔可形成塑性鉚接，至少在低負載下它能將端蓋固定在位。在其它情況下，如操作溫度更高或由電動機帶動的負載更高時，最好使用金屬螺紋件以增強端蓋26和定子之間的連接?？梢岳斫?，端蓋26一般用于將電動機安裝在它所驅(qū)動的設(shè)備上。
因此，在使用螺紋件來增強前端蓋與定子組件的連接的實施例中，自攻絲螺紋件28其直徑稍小于端蓋孔80的直徑，它可以自攻絲地旋入定位孔69內(nèi)，以牢固地將端蓋26固定到定子殼體之上。隨后，在注射模制步序中，熔融的塑料從定位孔流出進入端蓋，圍繞螺紋件28的露出部分。當(dāng)電動機通過將前端蓋26固定在電動機驅(qū)動的設(shè)備上而安裝到位時，由注射模制和自攻絲螺紋件兩者提供的固定可維持電動機的整體性。抵抗定子部件之間的相對運動，即使在操作過程中出現(xiàn)較大的溫度波動。螺紋件和定子組件之間的鋼與鋼的接觸可消除電動機溫度循環(huán)過程中的塑料蠕變。
如圖9所示，后端蓋25在步序111(圖3)完全由模制塑料形成。端蓋25的塑料圍繞導(dǎo)電管腳94和間隔件95以固定方式支承管腳94并形成一連接器。在步序111之前，在一優(yōu)選實施例中，管腳94和間隔件95僅由熔融焊接在管腳94(見圖11)上的定子繞組的剛性固定在位?；蛘唛g隔件95和導(dǎo)電管腳也可與絕緣件90一體成形(圖10)從而在步序111之前形成剛性配置。
在這一點應(yīng)指出，熔融焊接是電氣上和機械上將管腳94連接到線圈終端的優(yōu)選方式。不僅提供了固定機械上或電氣上的連接，并且不需除去線圈的絕緣層的情況下就能實現(xiàn)連接。熔融焊接步序無需除去絕緣層就能進行，并可燒穿焊接點處的絕緣層以實現(xiàn)前述的牢固的機械的和電的連接。
連接器殼體41圍繞導(dǎo)電管腳94配置，并整體形成為后端蓋25的一部分。此連接器41使電動機可隨時連接于電纜，所述電纜最終連接到控制電動機的電動機驅(qū)動器上。可以理解，以此方式，外控制器能可方便地連接到電動機的定子繞組上，并因此直接控制電動機操作。
在附圖中未示出的另一實施例中，電動機可以這樣制造，其中前后端蓋25，26都由高強度的注射模制塑料制成。最好如圖所示保留鋁制前端蓋，主要是由于鋁有良好的熱傳導(dǎo)特性。更具體而言，由于鋁比塑料的熱傳導(dǎo)性好，保留鋁制前端蓋26可提供良好的熱傳導(dǎo)性，從而更好地使熱量從電動機散發(fā)出去。從這方面講，如果電動機通過安裝孔40(圖2)安裝在有效散熱的結(jié)構(gòu)上，則可進一步改進散熱性。
在模制完成并將定子組件從模具夾具取出后，可看到圖12所示的定子。模制的塑料82完全覆蓋了所有的磁極齒67，填充了繞組周圍的間隙，如圖12和13所示，以及填充了端蓋的間隙，從而形成通過定子組件中心延伸的連續(xù)表面。此外，應(yīng)選擇熱傳導(dǎo)性能恒定而且比空氣好得多的模制塑料，從而電動機能更好地將定子產(chǎn)生的熱量傳至外界環(huán)境。結(jié)果，電動機的溫度升高更有效地得到克制，特別是與具有普通外殼的電動機相比。由于注射成型的電動機有少且小的氣袋，因此與′572和′604專利描述的具有密封定子組件的電動機類型相比，熱傳導(dǎo)以及熱散發(fā)性能有所改進。
包括端蓋25的定子組件在步序111(圖3)模制成型之后，進行步序112，即加工中心孔。可采用任何機加工技術(shù)來形成中心孔，例如鉆孔，磨孔，絞孔，搪磨或研磨。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中采用搪磨的一種形式，有時也稱為金剛石鏜孔加工，最好有多個工作站，也可采用研磨。在制造大直徑孔時絞孔是優(yōu)選的。在本發(fā)明優(yōu)選實踐中，采用了多步金剛石加工站，以確保在每一工作站除去一定材料。最初的切削主要將塑性材料從定子中除去以及將鋁從前端蓋除去。如圖9所示，要求形成中心孔，以在定子磁極齒67和中心孔側(cè)壁之間留下一薄層模制的塑料98。
或者，也可以要求連續(xù)進行搪磨操作，直至開出孔33，這樣工具接觸定子芯片。由于進行搪磨操作，因此材料最終從定子組件的齒72上除去，同時從端蓋的軸承面31，32上除去以加工出通過整個定子組件的光滑連續(xù)孔33。端蓋上的機加工形成用于滑動配合轉(zhuǎn)子軸承的軸承表面，而機加工芯片疊層使定子磁極齒67變尖以產(chǎn)生均勻孔，而使氣隙最小化，并增強磁偶合性。
可以理解，在本發(fā)明的實踐中，在形成軸承表面的加工操作之前不需要在端蓋25，26上進行加工。一般而言，電動機上加工出用于將其準確安裝在最終使用該電動機的設(shè)備上的法蘭。因此在完成搪磨操作之后，并在電動機中形成確定電動機轉(zhuǎn)動中心線的中心孔之后，該孔被用作加工電動機面上的安裝法蘭38的對準呈向件。一般法蘭在車床上加工，隨后加工安裝法蘭，改換工具，并在軸承面31，32上加工溝槽83以容納固定環(huán)35，36。在進行精加工的步驟113之后，定子組件就可以接受轉(zhuǎn)子，由此生產(chǎn)組裝好的電動機。更具體而言，步序115是這樣進行的，將步序103生產(chǎn)出的轉(zhuǎn)子組件與步序113生產(chǎn)出的定子組件連接起來以生產(chǎn)出完整的電動機。只需要安裝一個固定環(huán)36，即端蓋26上的前環(huán)36即可，然后將轉(zhuǎn)子組件與軸承一起滑進孔33。如果必要，將諸如波紋墊的推力裝置36a和間隔件36b安裝在軸承上，以沿一個方向?qū)S承加載。在轉(zhuǎn)子插入之后，后夾片36放置在位以產(chǎn)生一完整的電動機。步序116(圖3)以普通形式磁化轉(zhuǎn)子。
本發(fā)明的安裝技術(shù)所能實現(xiàn)的顯著的優(yōu)點就是能生產(chǎn)一“增強”步進電機，即電動機有磁鐵插入在定子齒之間以增強磁通并產(chǎn)生相應(yīng)的增強性質(zhì)。參照以下美國專利Hotber的美國專利4712028、Mastromattei的美國專利4713570和Gamble的美國專利4763034，其中描述了由磁鐵插入磁極結(jié)構(gòu)齒間的溝槽所實現(xiàn)的增強性能的結(jié)構(gòu)及功用。本申請的圖12和13反映了前述申請用于本電動機結(jié)構(gòu)的技術(shù)。
圖12示出了在模制過程中形成于定子齒67上的一層薄層材料98，并隨后加工去掉。更具體而言參照圖12，可以看出模制的塑料材料完全填充了包括磁鐵85和齒67之間所有間隙的齒間隙，并覆蓋了所有的磁鐵和齒，形成包括通過電動機孔的連續(xù)表面的薄層塑料。圖12示出模制成型后和鏜孔之前的電動機。如結(jié)合圖9所描述的，在一個實施例中要求在定子磁極齒上留下一薄層塑料，或者也可以要求連續(xù)搪孔操作，直至定子磁極齒暴露出來。為此圖13示出了鏜孔后的狀態(tài)，并示出了內(nèi)孔的連續(xù)表面，這種在不同部分的連續(xù)的表面包括模制的塑料，暴露的齒，和露出的磁極85(如果有)。
圖12和圖13是一致的，不再以其它較小比例的附圖示出插入物以避免這些附圖的混淆。然而從附圖12和13所示，對本領(lǐng)域技術(shù)人員很明顯在本發(fā)明實踐中如何使用增強磁極。如圖12和圖13所示，磁性部分85插入定子齒67之間的間隙內(nèi)。而過去必須將磁性部分膠粘在位然后真空浸漬磁極表面，或油漆定子，這些步序現(xiàn)在可以省略了。更具體而言，磁性部分85最好選用相當(dāng)強的磁體，例如釤鈷強磁體。由于定子內(nèi)徑在轉(zhuǎn)子插入之前進行搪孔，可以理解在磁性部分搪磨時產(chǎn)生磁性碎片。這些碎片磁性較強易于粘在芯片上。
在本發(fā)明實踐中，允許模制的塑料進入內(nèi)孔并完全包圍磁性部分85。形成一個完全光滑的孔，該孔在磨光或研磨時也保持光滑。因此使在研磨操作中產(chǎn)生高粘附性的磁鐵碎片，由于內(nèi)孔33完全光滑，也可很容易地將之清除，提供一清潔孔洞，轉(zhuǎn)子可在其內(nèi)轉(zhuǎn)動。
圖12和13示出了用于增強型的電動機時模制和隨后的搪磨過程的另一個優(yōu)點?？梢岳斫?，模制的塑料被迫進入任何齒間間隙的凹部，起到將增強磁條固定在位的粘接劑作用。隨后搪磨模制的定子，產(chǎn)生一光滑孔，定子齒和磁體可以暴露于該孔，模制塑料形成光滑孔的一部分，以確保增強磁體固定在齒間間隙中。
齒間的塑性材料也可在非增強電動機中用作重要的用途。在多數(shù)機加工操作中，包括優(yōu)選的金剛石精加工操作，用沿同一方向以較高速率操作的工具將材料從定子齒上除去。應(yīng)注意在采用優(yōu)選的金剛石精加工技術(shù)時，最好采用轉(zhuǎn)速為650r/min，同時以20英寸/min的速率前進的工具。由于齒間沒有背襯材料，特別是高速切削時，工具對著齒的剪切效果會破壞齒末端，這是因為材料是從齒表面切削下來的。使所有的齒間間隙在加工前用高強度塑料填實的這種定子模制法可在齒間形成一層背襯材料，使得當(dāng)工具將材料從齒上除去時，由間隙中的背襯材料支承，因而不扭曲或剪切以使齒在機加工時邊緣變形。此結(jié)果是齒的尖端不會變形，并且這種尖齒有助于磁路均勻通過電動機。
前面已進行了簡要描述，下面同時參照示出模具夾具的圖14和圖15進行詳細描述。此處術(shù)語“塑料”，“熔融塑料”，“高強度熔融塑料”，“模制的塑性材料”和“塑性材料”是任何熱塑性可加工的樹脂。這些適合的熱塑性樹脂的例子包括，但不限于，例如6，6-聚酰胺，6聚酰胺，4，6-聚酰胺，12，12-聚酰胺，6，12-聚酰胺，和包含芳族單體的聚酰胺，聚對苯二甲酸丁二醇酯，聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚萘甲酸乙二醇酯，聚萘甲酸丁二醇酯，芳族聚酯，液晶聚合物，聚對苯二甲酸環(huán)已烷二甲醇酯，共聚醚酯，聚苯硫，聚?；铮郾?，聚乙烯，聚縮醛，聚甲基戊烯，聚醚亞酰胺，聚碳酸酯，聚砜，聚醚砜，聚苯氧，聚苯乙烯，苯乙烯共聚物，苯乙烯和橡膠的混合物和接枝共聚物，這些樹脂的玻璃增強型或抗沖擊型的改性樹脂。在本發(fā)明中也可采用這些樹脂的混合物，例如，聚苯氧和聚酰胺混合物，聚碳酸酯和聚對苯二甲酸丁二醇酯混合物。
一種優(yōu)選的熱塑性樹脂是玻璃增強的聚對苯二甲酸乙二醇酯熱塑性模制樹脂，例如由在Delaware州Wilmington的E.I.du Pont deNemours and Company公司以商標名Rynite 530銷售的產(chǎn)品。
有時，熱塑性樹脂也可以包含阻燃添加劑。熱塑性樹脂也可以包含多種類型的增強劑或填料。玻璃纖維或碳纖維可以用于形成增強塑料。諸如二氧化鈦的各種顏料也可以加入樹脂中。粘土，磷酸鈣，碳酸鈣可以用作增量劑，其它的添料例如滑石和云母也可用于增強材料，增加強度或改善成品的其它性質(zhì)，例如韌性。樹脂可以包括增塑劑，熱和光的穩(wěn)定劑。增強劑或添料的加入量可以在聚合物和填料總重量的1％至70％之間變動。優(yōu)選類型的增強劑是玻璃纖維，優(yōu)選玻璃纖維的重量為聚合物和填料總重量的15％～55％。可由本領(lǐng)域已知的方法制備熱塑性樹脂。當(dāng)采用增強劑或填料時，可在樹脂制備過程中加入熱塑性聚合物，也可根據(jù)本領(lǐng)域普通的方法在一單獨工序混入聚合物。優(yōu)選模具夾具包括前部，前部又包括有兩部分104a和104b的開槽框架104，這兩部分結(jié)合起來封閉前端蓋26。軛狀件120與框架104a和104b相連以在注射成型過程中在模具上施加高壓時幫助將裝置固定在一起。一般，在注射模制成形過程中所施加的壓力大致為4,000磅/英寸2，并且沒有軛狀物圍繞端蓋，端蓋材料易破裂。施加在模具上的高壓與軛狀件120結(jié)合易于密封在前端蓋28和定子裝置結(jié)合處產(chǎn)生的接縫，這樣在壓力下注射的熔融的塑料能限制在電動機內(nèi)，并不從端蓋和定子組件之間可能的泄漏路徑流出?？蚣?04還包括凹槽105(圖14)其相應(yīng)于前端蓋26，這樣端蓋26的表面鄰接框架凹槽105，由此有利地構(gòu)成阻止熔融塑料從導(dǎo)向孔80中流出的襯面。
模具夾具還包括連接器插入件106和后部107。后部107包括界定熔點塑料流至定子組件的流動通道的通道108。后部107還包括界定后端蓋25空間的空穴109，后端蓋由注射的塑料制成。連接插件106沿后部107放置以形成連接器41(圖1)，其與后端蓋25整體形成。
模具夾具還包括一心軸110，它通過定子組件中心插入以形成中心圓柱形孔。心軸直徑稍小于定子組件27側(cè)壁的直徑，從而形成小的圓柱間隙，該間隙中熔融塑料流過而覆蓋磁極齒(見圖9)，定子組件內(nèi)壁由向內(nèi)伸出的定子磁極67界定。心軸在模具夾具的前后部分104和107之間固定，以此方式確保定子組件內(nèi)中心孔的準直。
一旦定子組件27固定在模具夾具內(nèi)，壓力施加于夾具上，在壓力下注射熔融塑料進入通道108。通道將熔融塑料送入腔室109，熔融塑料填充腔室以形成后端蓋25。熔融塑料在壓力下流過定子組件的其它部分，包括定子磁極(圖6)之間空間68，定位孔69和導(dǎo)向孔80，由前端蓋界定的環(huán)形腔室112，以及定子磁極67和心軸之間形成流道98的圓柱形間隙(見圖15)。一旦裝置冷卻，塑料固化，將模具夾具移去，進行搪磨工藝和先前描述的轉(zhuǎn)子組裝。
值得注意的是，注射模制操作是相對快速的制造過程，隨后的冷卻操作也相應(yīng)較快。與需要在一個爐內(nèi)進行一個或兩個固化周期的先有模制成型的電動機相比，按本發(fā)明，在高溫下注射進電動機的熔融塑料能立即冷卻。在注射工藝結(jié)束后不久，塑料已足夠冷卻至開始固化。一旦固化開始，便可釋放模具上的壓力，電動機可帶至下一工作站進行隨后的操作，并同時冷卻，不需要在爐內(nèi)固化內(nèi)部材料，在固化后只需時間來冷卻塑性材料，這樣能進行隨后的操作。用于密封電動機(密封和處理周期)的加工時間由兩小時減至此處所示的幾分鐘進行注射模制成型加工。
線圈終端和連接器管腳之間的連接性質(zhì)是值得注意的。注射模制成型工藝在與多種普通印刷電路板不相容的溫度下操作，在過去使用的印刷電路板要求特殊的適合性，以使其與注射模制成型溫度相適應(yīng)。因此要求印刷電路板有金屬薄片粘在基質(zhì)上以承受注射模制成型溫度。
在本發(fā)明的實踐中，通過使用直接熔融焊接在線圈終端的金屬管腳可避免那些缺點。這不僅不需要印刷電路板，還提供了一種機械上和電氣上安全的連接，該連接整體地與注射模制工藝的溫度和壓力相容。
應(yīng)注意，在本發(fā)明的某些改型的結(jié)構(gòu)中，不是能實現(xiàn)所有的優(yōu)點。例如在參照圖16-18所示的低成本電動機中，后端蓋35上的軸承面31能比前端蓋的軸承面32容納一較小的軸承?？梢岳斫猓陔妱訖C上主要磨損的軸承是前軸承，因此通過在軸的后部使用一小軸承可實現(xiàn)經(jīng)濟的生產(chǎn)。該裝置適用于本發(fā)明，除非定子中心孔的形成要改變。在這些附圖中示出的另一個實施例，如以下所詳細描述的，是本申請應(yīng)用于不同的電動機類型。圖16-18所制的電動機是價格合理的通用式電動機，而不是優(yōu)選實施例的步進式電動機。
在附圖16和17中示出的定子組件包括具有磁極結(jié)構(gòu)151，152的圓柱型定子主體150。磁極結(jié)構(gòu)或者作為主體150的一部分，或者固定在主體上。繞組153，154用于磁化磁極151，152。
在圖16-18的低成本電動機中，最好兩個端都由注射模制成型。從而具有用于安裝法蘭的安裝孔156的前端蓋155形成在定子主體150的一端。其上最好形成電連接器158的后端蓋157放在圓柱體150的另一端。如圖17中更清楚示出的那樣，塑料物質(zhì)160填充定子，但不添充適于接受轉(zhuǎn)子的圓柱型孔161。塑料物質(zhì)延伸至端蓋156，157，在圖示實施例中實際上形成兩個端蓋?？梢钥闯鏊苄圆牧?60封閉繞組154，并填充所有定子主體150內(nèi)可能的間隙。
電動機的轉(zhuǎn)子在圖18中示出。附圖中僅僅示意性地示出的中心圓柱部分170形成轉(zhuǎn)子的激磁部分。激磁部分置于中心軸171上，在一對軸承或軸承面的中間。如在先有實施例中那樣，直徑與轉(zhuǎn)子部分170相同(最好稍大于轉(zhuǎn)子部分)的較大直徑的軸承172放在軸的一端。在圖18的實施例中軸的第二端部在173處簡單地機加工成與相應(yīng)端蓋上的軸套相接。當(dāng)電動機制成通用電動機時，轉(zhuǎn)子170的中心部分應(yīng)包括與設(shè)置在定子組件之上的電刷相互作用的換向器。雖然在附圖中沒示出，通用式電動機在定子上有與轉(zhuǎn)子上的換向器相互作用的電刷。直流電動機描述(圖19-20)中包含的刷座說明也可用于圖16-18描述的電動機。為保持清晰和集中于本發(fā)明的電動機密封方面，這一點未在圖中示出。
再次參照定子，可以看出，如在圖16詳細示出那樣，孔161連續(xù)地從前端蓋156通過轉(zhuǎn)子的中心部分，但未達到后端蓋157。在前端蓋156上形成軸承安裝表面174以支承軸承172。后端蓋157有一小孔175，同樣用作軸承支撐。在孔175內(nèi)放置有一個襯套176，其與轉(zhuǎn)子軸上的機加工表面173相接，以形成轉(zhuǎn)子軸后端的軸承結(jié)構(gòu)。雖然中心孔是階梯形的，但電動機具有本發(fā)明的優(yōu)點，至少包括一個注射模制端蓋，該端蓋在其內(nèi)形成有軸承支承表面以支承轉(zhuǎn)子軸。定子由注射模制的物質(zhì)封閉，并提供一個光滑孔，良好的傳熱性和散熱性以及堅固的整體結(jié)構(gòu)。電連接可以如同在先有實施例中那樣實施。
在本電動機結(jié)構(gòu)中可采用多種改型。其中可以去掉孔161的中心部分的搪磨或研磨工藝，并且在某些情況下，機加工軸承支承面工藝也可省略。這樣在某些應(yīng)用中，例如在通用式電動機中，轉(zhuǎn)子和定子磁極之間的氣隙尺寸不是如此嚴格，定子中心部分的內(nèi)表面179可以保留其“模制”的形狀，而不需要額外的搪磨或研磨?？赡苓M行的唯一的加工操作是在相應(yīng)的端蓋153，157上形成軸承支承面174，176。在另一個實施例中示出了采用襯套175的情況，其中軸承支承面不需要機加工。這樣在價格合理的電動機中表面174，175可簡單地模制成適當(dāng)?shù)某叽?，軸承件壓入配合在模制成型的孔內(nèi)?？梢圆捎弥T如圖16示出的金屬襯套175，也可以以同樣方式采用聚合物襯套。這種結(jié)構(gòu)對低成本電動機而言特別有利，例如汽車中位子定位等的電動機，在圖19和20中更好地示出那種電動機，它代表廉價結(jié)構(gòu)的直流電動機，其利用了壓入配合軸承結(jié)構(gòu)，例如壓入配合聚合物軸承以減少這種電動機的制造成本。
圖19和20示出了另一種結(jié)構(gòu)，它在不同尺寸的相應(yīng)端蓋中形成軸承表面的方面與先前實施例相似，但在電和磁形式方面不同于先前實施例。圖19和20的電動機是永磁電動機。這樣磁極不需要繞組，那些電動機的永久磁化極性構(gòu)成磁化磁極的裝置。
參見附圖，更詳細地講，定子裝在定子主體180上。如圖20更清楚示出，一對永久磁體181，182連在或固定在主體180上。圖19和20的電動機可形成有一個金屬前端蓋或如果需要也可以是注射成型的前端蓋。為降低圖19和20的電動機的成本，前端蓋和后端一樣是注射模制成型而形成的。前端蓋183上的具有安裝孔的安裝法蘭以185示出。
如在其它實施例中一樣，在定子主體中形成的注射模制的塑料物質(zhì)187密封磁極和磁體結(jié)構(gòu)181，182，填充主體內(nèi)所有間隙，并形成至少一個后端蓋184，在此例中還形成前端蓋187。本實施例示出短定位銷190的使用，其固定在定子主體的金屬部分，在塑性物質(zhì)固化后用于定位塑性物質(zhì)。
圖19和20的電動機是直流電動機，因此轉(zhuǎn)子需要一個以192表示的換向結(jié)構(gòu)。刷座193，194在注射模制過程中永久地固定在塑性物質(zhì)中。一般設(shè)有刷座蓋以允許電刷193a，194a移出進行電動機維修。示意性地示出的金屬線195將刷座連至連接器196，這樣整個電刷結(jié)構(gòu)沿其線路在注射模制過程中永久地固定到位。
圖19和20的電動機還示出了通過減小后端蓋軸承尺寸減低其成本。因此前端蓋183有軸承支承面200形成于其中，該支承面與中心孔201尺寸大致相同，然而后端蓋有形成于其中的較小直徑的軸承支承面202。滾珠軸承可用作前后端蓋中的軸承。但是，出于低成本考慮，圖19的電動機最好采用壓入配合進軸承支承表面200，202的襯套，并嚙合轉(zhuǎn)子軸206上的機加工部分。支承表面最好注射模制成，具有足夠的準確度，和足夠的精度使襯套壓入配合到位，而不需要先機加工軸承支承表面。
在這些所有的實施例中，電動機的定子如以上詳細所述被注射模制成型，完全封閉磁極，繞組和定子內(nèi)的其它材料，并形成通過定子中心的光滑孔。在一個實施例中，孔的主要長度，即在磁極區(qū)域的長度僅僅由注射模制夾具中的心軸構(gòu)成，并且只在前后端蓋的軸承表面進行機加工。在另一個實施例中，機加工光滑孔，該孔通過前端蓋、定子磁極部分以及在后端蓋上加工出的直徑較小的第二軸承面。在另一個實施例中孔或軸承支承面不需要機加工。但在所有情況下，供轉(zhuǎn)子用的中心孔是由注射模制的密封材料填充的基本連續(xù)的物質(zhì)，并且定子填充有這種材料能提供增強的性質(zhì)，例如導(dǎo)熱性。
可以理解，所提供的是一種新的且組裝可靠的電動機，其中定子由基本上不用加工的部件組裝而成。在芯片疊層安裝，絕緣，卷繞，接端子以后，一個不加工的端蓋放在芯片疊層的前端并初步固定以形成一半成品組件。一旦半成品組件固定后，就模制成形一個后端蓋，整體連接器，初步固定就形成永久鎖定。機加工內(nèi)孔以產(chǎn)生一個直的光滑非間斷中心孔以接納轉(zhuǎn)子，并且形成端蓋的軸承面。然后將先前裝好的轉(zhuǎn)子組件在轉(zhuǎn)子磁化后插入定子組件的光滑孔內(nèi)，固定到位，此時電動機可以待用。
本發(fā)明的前述各種實施例都是用于解釋和說明本發(fā)明。但它不是用來將本發(fā)明限制于所公開的具體形式之內(nèi)。利用上述說明可進行各種變形和修改。此處所選擇和說明的實施例是最好地例示出本發(fā)明的原理及其實際應(yīng)用，因此使本領(lǐng)域每個普通技術(shù)人員能以各種實施形式利用本發(fā)明，進行各種變形以適合于特定應(yīng)用。在按照清楚、合法和公正授權(quán)的外延解釋本發(fā)明時，各種變形和修改都落入所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制造電動機的方法，其包括以下步驟在轉(zhuǎn)子軸上制造轉(zhuǎn)子組件，所述轉(zhuǎn)子組件在靠近轉(zhuǎn)子軸兩端處有軸承；將具有定子磁極的定子芯片疊層組裝起來，形成半成品的定子組件，絕緣定子磁極，并用定子繞組纏繞定子磁極；將半成品的定子組件放進模具夾具中，所述模具夾具包括一個用于形成定子組件后端蓋的內(nèi)凹部分和一個穿過半成品定子組件中心以形成一個中心孔的心軸；在壓力下注射熔融的塑料進入模具夾具而使定子組件統(tǒng)一，從而使熔融塑料進入半成品的定子組件，包圍定子繞組，填充內(nèi)部間隙，并填充模制腔以形成后端蓋；冷卻所述組件以將熔融塑料固化成塑性物質(zhì)，塑性物質(zhì)延伸并包括形成的端蓋；機加工通過模制成形的定子組件的中心的連續(xù)孔，以形成用于轉(zhuǎn)子組件的同心孔，所述孔還產(chǎn)生用于接納轉(zhuǎn)子組件軸承的安裝表面；以及通過將轉(zhuǎn)子組件插入連續(xù)孔中，并使轉(zhuǎn)子軸承與安裝表面配合而將轉(zhuǎn)子組件安裝進定子組件。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中模具夾具包括連接器成形部分，并且所述方法還包括相對于形成后端蓋的模具空腔配置連接器形成部分的步驟，這樣使定子組件成為一體的步驟形成與后端蓋一體的塑料連接器。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括提供多個導(dǎo)電管腳，和將導(dǎo)電管腳與定子繞組電連接的步驟，并且還將導(dǎo)電管腳放在模具的連接器成形部分內(nèi)，以提供導(dǎo)電管腳與連接器的適當(dāng)對準。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括提供多個導(dǎo)電管腳，將導(dǎo)電管腳熔融焊接在定子繞組上以形成它們的機械和電連接，并在定子組件成為一體的步驟中通過在壓力下熔融的塑料流過管腳周圍，而將管腳固定在位。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中成形步驟包括將具有對準的導(dǎo)向孔的定子芯片疊置，用定子繞組纏繞芯片疊層，將具有導(dǎo)向孔的前端蓋與芯片疊層中的定位孔對準。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中在定子組件成為一體的步驟中熔融的塑料流過定位孔并進入端蓋的導(dǎo)向孔。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，包括插入金屬緊固裝置的步驟，以在定子組件成為一體的步驟之前將前端蓋固定到芯片疊層上。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中成形步驟包括將絕緣件插入半成品的定子組件中，以包圍定子磁極，并在絕緣件上纏繞定子繞組。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中在定子繞組成為一體的步驟中形成熔融的塑料，以封閉絕緣件，定子磁極和定子繞組。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在定子繞組成為一體的步驟中形成熔融的塑料以封閉定子磁極和定子繞組并形成對著后端蓋的前端蓋。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其還包括將多個導(dǎo)電管腳熔融焊接到定子繞組上的步驟。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中塑料模制形成后端蓋，該蓋具有一體的包圍多個導(dǎo)電管腳的連接器。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中定子芯片有多個朝向內(nèi)的定子磁極，每個磁極有多個由間隙分開的磁極齒，其中熔融塑料以這樣的方式封閉定子組件，使塑料置于定子齒之間的間隙內(nèi)。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其還包括提供作為塑料的熱塑性可加工的樹脂的步驟，該樹脂擇于以下物質(zhì)中 6，6-聚酰胺，6聚酰胺，4，6-聚酰胺，12，12-聚酰胺，6，12-聚酰胺，和包含芳族單體的聚酰胺，聚對苯二甲酸丁二醇酯，聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚萘甲酸乙二醇酯，聚萘甲酸丁二醇酯，芳族聚酯，液晶聚合物，聚對苯二甲酸環(huán)己烷二甲醇酯，共聚醚酯，聚苯硫，聚?；?，聚丙烯，聚乙烯，聚縮醛，聚甲基戊烯，聚醚亞酰胺，聚碳酸酯，聚砜，聚醚砜，聚苯氧，聚苯乙烯，苯乙烯共聚物，苯乙烯和橡膠的混合物和接枝共聚物及其混合物。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其還包括在樹脂中加入填料的步驟。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其還包括在樹脂中加入玻璃纖維或碳纖維增強劑的步驟。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其還包括提供作為塑料的玻璃增強的聚對苯二甲酸乙二醇酯熱塑性模制樹脂的步驟。
18.一種制造電動機的方法，其包括以下步驟在轉(zhuǎn)子軸上制造轉(zhuǎn)子組件，所述轉(zhuǎn)子組件有由靠近轉(zhuǎn)子軸兩端處的軸承支承的軸承；制成有定子磁極和磁化定子磁極的裝置的半成品的定子組件；將半成品的定子組件放進模具夾具中，所述模具夾具包括一個用于形成定子組件后端蓋的內(nèi)凹部分和一個穿過半成品定子組件中心以形成一中心孔的心軸；在壓力下注射熔融的塑料進入模具夾具而使定子組件成為一體，從而使熔融塑料進入半成品的定子組件，包圍定子繞組，填充內(nèi)部間隙，并填充模制腔以形成后端蓋；冷卻所述組件以將熔融塑料固化成塑性物質(zhì)，塑性物質(zhì)形成在所成形的端蓋和另一端蓋之間延伸的中心孔；在端蓋上形成軸承支承面，軸承面尺寸適于接納支承轉(zhuǎn)子的軸承；將轉(zhuǎn)子組件插入連續(xù)孔中，并使轉(zhuǎn)子軸承與安裝表面配合，從而將轉(zhuǎn)子組件安裝進定子組件中。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中在端蓋上形成軸承支承面的步驟包括，機加工端蓋上的安裝表面以接納適于支承轉(zhuǎn)子的軸承。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中在端蓋上形成軸承支承面的步驟包括將襯套壓入端蓋以作為適于支承轉(zhuǎn)子的軸承。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其中形成半成品的定子組件的步驟包括卷繞定子磁極以提供用作碳化定子磁極的磁極結(jié)構(gòu)。
22.如權(quán)利要求18所述的方法，其中形成半成品的定子組件的步驟包括將永久磁鐵安裝進定子組件，永久磁鐵的磁極形成磁化定子磁極的裝置。
23.如權(quán)利要求18所述的方法，其中形成軸承支承面的步驟在前端蓋上形成的軸承支承面的直徑大于后端蓋軸承支承面的直徑。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中形成軸承支承面的步驟包括機加工通過前端蓋中心孔但止于后端蓋之前的光滑連續(xù)孔，并在后端蓋上機加工較小直徑的軸承支承表面。
25.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括提供作為塑料的熱塑性可加工樹脂的步驟，所述樹脂擇于以下物質(zhì)中6，6-聚酰胺，6聚酰胺，4，6-聚酰胺，12，12-聚酰胺，6，12-聚酰胺，和包含芳族單體的聚酰胺，聚對苯二甲酸丁二醇酯，聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚萘甲酸乙二醇酯，聚萘甲酸丁二醇酯，芳族聚酯，液晶聚合物，聚對苯二甲酸環(huán)己烷二甲醇酯，共聚醚酯，聚苯硫，聚?；?，聚丙烯，聚乙烯，聚縮醛，聚甲基戊烯，聚醚亞酰胺，聚碳酸酯，聚砜，聚醚砜，聚苯氧，聚苯乙烯，苯乙烯共聚物，苯乙烯和橡膠的混合物和接枝共聚物及其混合物。
26.如權(quán)利要求1 8所述的方法，還包括提供作為塑料的玻璃增強的聚對苯二甲酸乙二醇酯熱塑性模制樹脂的步驟。
27.一種注射模制成型的電動機組件，其包括轉(zhuǎn)子軸上有中心轉(zhuǎn)子部分的轉(zhuǎn)子組件和置于靠近轉(zhuǎn)子軸兩端處的轉(zhuǎn)子軸承；整體的定子組件，其包括形成定子磁極的定子芯片疊層，定子磁極上的定子繞組，置在芯片疊層一端的前端蓋，和高強度的塑料一體件，該一體件包括整體注射模制的熱塑性物質(zhì)，該物質(zhì)基本封閉定子磁極和繞組并填充芯片疊層的間隙從而使定子組件成為一體，塑性物質(zhì)延伸并形成與前端蓋相對的在芯片疊層的另一端放置的后端蓋；形成于定子組件中的通過前端蓋，定子芯片疊層、后端蓋的連續(xù)的孔，連續(xù)孔界定端蓋上的安裝表面以接納轉(zhuǎn)子軸承，轉(zhuǎn)子組件裝在定子組件中形成的孔內(nèi)，轉(zhuǎn)子軸承與端蓋里的安裝表面相配合，在中心轉(zhuǎn)子部分和定子芯片疊層之間界定出氣隙。
28.如權(quán)利要求27所述的電動機，其中前端蓋由金屬制成，具有導(dǎo)向孔，芯片疊層有定位孔，塑性物質(zhì)從芯片疊層的導(dǎo)向孔延伸至前端蓋的導(dǎo)向孔，以形成將前端蓋固定到芯片疊層上的塑性鉚接。
29.如權(quán)利要求27所述的電動機，其中前端蓋由金屬制成，并具有與芯片疊層中的定位孔對位的導(dǎo)向孔，螺紋緊固件通過導(dǎo)向孔插入定位孔中以將前端蓋固定到芯片疊層上以阻止移動，塑性物質(zhì)包圍螺紋緊固件并填充前端蓋。
30.如權(quán)利要求27所述的電動機，其中前端蓋是注射模制成型的塑性件，形成塑性物質(zhì)的一部分，前端蓋還具有直接形成在塑性物質(zhì)中的軸承支承面。
31.如權(quán)利要求27所述的電動機，其中定子芯片有多個向內(nèi)的磁極，每個磁極有多個由間隙隔開的朝向內(nèi)的齒，塑性物質(zhì)延伸進所述間隙。
32.如權(quán)利要求30所述的電動機，其還包括間隙中的磁性插入件，間隙中的塑性物質(zhì)用于固定間隙內(nèi)的插入件。
33.如權(quán)利要求27所述的電動機，其中模制成型的后端蓋封閉大致包圍定子磁極的絕緣插件，絕緣件支承定子繞組。
34.如權(quán)利要求27所述的電動機，其中導(dǎo)電管腳的行列與定子繞組電連接，模制的后端蓋包括與注射模制成型的塑料一體形成的連接器殼體，連接器殼體在管腳行列周圍，所述殼體適于接納與其配合的連接器。
35.如權(quán)利要求34所述的電動機，其中導(dǎo)電管腳和定子繞組之間的電聯(lián)接包括將管腳熔融焊接固定到繞組上。
36.如權(quán)利要求27所述的電動機，其中前端蓋由注射模制塑料一體形成。
37.如權(quán)利要求27所述的電動機，其中塑料是可加工的熱塑性樹脂。
38.如權(quán)利要求27所述的電動機，其中所述的塑料是可加工的熱塑性樹脂，其擇于以下物質(zhì)中6，6-聚酰胺，6聚酰胺，4，6-聚酰胺，12，12-聚酰胺，6，12-聚酰胺，和包含芳族單體的聚酰胺，聚對苯二甲酸丁二醇酯，聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚萘甲酸乙二醇酯，聚萘甲酸丁二醇酯，芳族聚酯，液晶聚合物，聚對苯二甲酸環(huán)己烷二甲醇酯，共聚醚酯，聚苯硫，聚酰基化物，聚丙烯，聚乙烯，聚縮醛，聚甲基戊烯，聚醚亞酰胺，聚碳酸酯，聚砜，聚醚砜，聚苯氧，聚苯乙烯，苯乙烯共聚物，苯乙烯和橡膠的混合物和接枝共聚物及其混合物。
39.如權(quán)利要求39所述的電動機，其中塑料還包括填料。
40.如權(quán)利要求39所述的電動機，其中所述塑料還包括玻璃纖維或碳纖維的增強物。
41.如權(quán)利要求27所述的電動機，其中所述塑料是玻璃增強的聚對苯甲酸乙二醇酯熱塑性模制樹脂。
42.一種注射模制成型的電動機組件，其包括具有轉(zhuǎn)子軸上的中心轉(zhuǎn)子部分的轉(zhuǎn)子組件，轉(zhuǎn)子組件還有靠近轉(zhuǎn)子軸兩端放置的轉(zhuǎn)子軸承；一體的定子組件，包括定子磁極和磁化定子磁極的裝置、置于芯片疊層一端的前端蓋以及包括整體注射模制塑性物質(zhì)的塑性一體件，塑性物質(zhì)基本上包圍定子磁極并填充定子間隙，從而使定子組件成為一體，塑性物質(zhì)延伸并形成與前端蓋相對的置在芯片疊層另一端的后端蓋；前后端蓋上的軸承支承面，由尺寸適于接納中心轉(zhuǎn)子部分的孔分開，軸承支承面形成端蓋的安裝表面以接納轉(zhuǎn)子軸承，轉(zhuǎn)子組件裝在定子組件中形成的孔內(nèi)，轉(zhuǎn)子軸承與端蓋的安裝面配合，在中心轉(zhuǎn)子部分和定子芯片疊層之間形成氣隙。
43.如權(quán)利要求43所述的電動機，其中安裝表面是適于接受轉(zhuǎn)子軸承的加工表面。
44.如權(quán)利要求43所述的電動機，其中安裝表面的尺寸在轉(zhuǎn)子軸承壓入嚙合安裝表面時適于與轉(zhuǎn)子軸承過盈配合。
45.如權(quán)利要求43所述的電動機，其中一體的定子組件包括用作磁化定子磁極裝置的定子磁極上的繞組。
46.如權(quán)利要求43所述的電動機，其中一體的定子組件包括形成定子磁極的永久磁體，永久磁體的磁極形成了磁化定子磁極的裝置。
47.如權(quán)利要求43所述的電動機，其中前端蓋的軸承支承面的直徑大于后端蓋的軸承支承面的直徑。
48.如權(quán)利要求48所述的電動機，其中前端蓋的軸承支承面連續(xù)進入一個光滑孔，該光滑孔通過中心孔但止于后端蓋之前，在后端蓋上形成較小直徑的軸承支承面。
49.如權(quán)利要求43所述的電動機，其中塑料是可加工的熱塑性樹脂，其擇于以下物質(zhì)中6，6-聚酰胺，6聚酰胺，4，6-聚酰胺，12，12-聚酰胺，6，12-聚酰胺，和包含芳族單體的聚酰胺，聚對苯二甲酸丁二醇酯，聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚萘甲酸乙二醇酯，聚萘甲酸丁二醇酯，芳族聚酯，液晶聚合物，聚對苯二甲酸環(huán)己烷二甲醇酯，共聚醚酯，聚苯硫，聚?；?，聚丙烯，聚乙烯，聚縮醛，聚甲基戊烯，聚醚亞酰胺，聚碳酸酯，聚砜，聚醚砜，聚苯氧，聚苯乙烯，苯乙烯共聚物，苯乙烯和橡膠的混合物和接枝共聚物及其混合物。
50.如權(quán)利要求43所述的電動機，其中塑料是玻璃增強的聚對苯二甲酸乙二醇酯熱塑性模制樹脂。
全文摘要
一種電動機以及利用注射模制技術(shù)形成電動機的工藝。所述定子組件(21)包括定子芯片疊層(27)和最好為金屬的在芯片疊層絕緣和卷繞之后固定到芯片疊層(27)上的前端蓋。繞組終止于多個熔融焊接到繞組終端的導(dǎo)電管腳(94)。使前端蓋(26)就位的定子組件(21)置于注射模制模具內(nèi),在模具上施加壓力,在壓力下將熔融塑料注射填充定子組件內(nèi)的間隙,同時形成用作后端蓋(25)的塑性物質(zhì)。后端蓋(25)與將導(dǎo)電管腳(94)固定在位的作為連接器一部分的連接部分(41)一起模制。在定子組件形成的孔(30)為在轉(zhuǎn)子組件(20)上的軸承(23,24)提供了安裝表面(31,32)。
文檔編號H02K5/22GK1180456SQ96193007
公開日1998年4月29日 申請日期1996年4月3日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月3日
發(fā)明者B·A·特拉勾, E·J·拜內(nèi)斯, G·D·尼爾 申請人:納幕爾杜邦公司, 太平洋科學(xué)公司