CN1525622A - 马达定子组件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种马达定子组件，包括通过层叠多个具有预定长度的钢片制造的多个轭；接合在轭之间、通过在模具中模制磁性材料而成的多个磁极；以及多个绕线骨架，覆盖了磁极的外部，产生感应磁场的线圈缠绕其上，并且，轭是通过层叠多个钢片制成的，磁极和绕线骨架是用粉末冶金方法制成的，以减少材料损耗并增强马达的性能。

Description

马达定子组件及其制造方法

发明领域

本发明涉及一种马达的定子，更具体地涉及一种马达定子组件及其制造方法，用于通过层叠多个钢片制造轭以及利用粉末冶金方法制造磁极。

背景技术

一般说来，大部分电器设备采用马达作为驱动。马达包括一个定子组件，用于缠绕并固定线圈；以及一个动子组件，安装在定子组件的内部或外部，在磁场感应作用下旋转以传递驱动力。

图1是按照传统技术，用层叠法制造的定子组件的透视图；

如图所示，定子组件包括：一个定子芯1，由多个薄片C层叠而成，这些薄片C用预定形状的冲裁钢制成；一个绝缘体2，安装在定子芯1之内；以及一个线圈3，缠绕在绝缘体2的外部，用于形成感应电流。

如图2所示，组成定子芯1的薄片C包括一个轭1a，为四边形，形成磁路；以及一个磁极1b，为圆弧形，在轭1a内环表面的两边与轭1a结合成整体，线圈3缠绕在磁极1b上。

绝缘体2安装在轭1a与磁极1b彼此相连的地方，而且，绝缘体2由绝缘材料组成，例如塑料或橡胶，用于线圈3和定子芯1之间的绝缘。

但是，在层叠法制造的马达定子组件中，为制造定子芯而进行冲裁时产生的废料损失量超过了35％，这样就产生了材料损耗。

而且，由于通过注模制造的保护装置插在定子芯和线圈之间，所以线圈的绕线半径增加，从而使成本增加，绕线电阻增加，这样，就使马达的效率降低。

为解决上述问题，如图3和图4所示，用粉末冶金方法制造的定子组件包括：一个框架5，通过下述步骤制成：把磁粉材料注入一个预定形状的模具，施加预定的压力，并且加热到预定的温度；以及一个线圈6，绕在框架5的绕线凹槽5c上，产生感应磁场。

框架5包括轭5a，为一个四边形的闭合曲线，形成磁路；以及一个磁极5b，为圆弧形，在轭5a内环表面的两边与轭5a结合成整体。

绕线凹槽5c的颈部用于减少线圈6的绕线量，绕线凹槽5c的边缘做成曲线是为了防止线圈6的覆盖层在绕线时脱落。

另外，用于绝缘线圈6与磁极5b的绝缘体7安装在磁极5b和绕线凹槽5c的外表面以及与线圈6相连的轭5a的内表面上。

但是，粉末冶金方法有一个缺点，即：磁性粉末的导磁率以及铁损特性低于层叠法中采用的硅钢，并且材料的成本昂贵。

此处，导磁率称为磁感应能力，代表磁场磁化时产生的磁通量密度与真空状态下磁场强度之间的比率。

而且，铁损特性是指单位体积钢产生的损耗，而且，硅钢具有优于铁粉的铁损特性。亦即，由于硅钢比铁粉的磁通量密度更好，马达的效率相对较高。

在粉末冶金方法中，框架是利用模具制成的，因而其制造过程简单；绕线凹槽在磁极的颈部形成，这样就减少了绕线量；绕线凹槽的边缘是曲线，这样可以防止绕线时线圈脱落。但是，磁性粉末的成本比硅钢要高很多。

同时，由于磁性粉末的导磁性和铁损特性都比硅钢低，为了获得与采用传统硅钢的马达相同的效果，要求采用大体积的框架，这样就增加了材料成本。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提出一种马达定子组件及其制造方法，通过层叠多个钢片制造轭以及利用粉末冶金方法制造磁极和绕线骨架，从而降低所需材料成本并增强马达的性能。

为了达到本发明的目的，正如文中所包含和广义描述的，此处提出的马达定子组件包括：通过层叠多个具有预定长度的钢片制造的多个轭；接合在轭之间、通过在模具中模制磁性材料而成的多个磁极；以及多个绕线骨架，覆盖了磁极的外部，产生感应磁场的线圈缠绕其上。

同时，为了达到本发明的目的，此处还提出了一种马达定子组件的制造方法，包括下面的步骤：第一步，冲裁预定形状的钢板，制造多个轭片；第二步，层叠轭片制造轭；第三步，把铁粉材料填充到一个预定的模具里；第四步，在预定的压力和温度下，对所填充的铁粉材料加压加热，制造磁极；第五步，通过在预定的模具中注入绝缘材料，制造可以嵌入磁极外圆表面的绕线骨架；以及第六步，把磁极插入绕线骨架；第七步，通过压配合使轭与磁极的左右两端结合。

同时，此处还提出了一种马达定子组件的制造方法，包括下面的步骤：第一步，以预定形状冲裁钢板，制造多个轭片；第二步，把轭片层层叠加，制造轭；第三步，在预定的模具中注入绝缘材料，制造绕线骨架；第四步，把绕线骨架放入模具，并向绕线骨架中填充铁粉；第五步，在预定的压力和温度下，对所填充的铁粉加压加热，在绕线骨架中制造磁极；以及第六步，将轭联接到绕线骨架所覆盖的磁极的两端。

同时，此处还提出了一种定子组件的制造方法，包括下面的步骤：第一步，以预定形状冲裁钢板，制造多个轭片；第二步，把轭片层层叠加，制造轭；第三步，在预定的模具中注入绝缘材料，制造绕线骨架；第四步，把轭和绕线骨架布置在预定的模具中；第五步，把铁粉填充到绕线骨架中；以及第六步，通过对所填充的铁粉加压加热模制磁极，并使轭与磁极彼此连接为一体。

本发明前述以及其他的目标、特征、方面和优点，通过下面采用有关附图，对本发明进行详细描述，将变得显而易见。

附图简述

所包括的附图构成说明书的一部分，使得可以更深入地理解本发明，说明本发明的实施例，同时解释本发明的原理。图中：

图1是按照传统技术，用层叠法制造的定子组件的透视图；

图2是按照传统技术，用层叠法制造的定子组件的平面图；

图3是按照传统技术，用粉末冶金方法制造的定子组件的透视图；

图4是按照传统技术，用粉末冶金方法制造的定子组件的截面图；

图5是按照本发明的马达定子组件的透视图；

图6是按照本发明的马达定子组件的截面图；

图7到9是图6所示的“A”部分的放大视图，示意了按照本发明的定子组件的连接材料与轭之间的联接结构；

图10是按照本发明制造方法的钢板的俯视图；

图11是按照本发明的多个绕线骨架上绕线线圈的一个示例的简图；

图12a到图12d是按照本发明的马达定子组件的制造过程示意图。

优选实施例详述

下面将详细说明本发明优选的实施例，附图解释了所说明的例子。

按照本发明的马达定子组件及其制造方法存在多个实施例，下面说明最优选的实施例。

图5是按照本发明的分解的马达定子组件的透视图；图6是按照本发明的定子组件的截面图；图7到9是图6所示的“A”部分的放大视图，示意了按照本发明的定子组件的连接部件与轭之间的结合结构；图10是按照本发明制造方法的钢板的俯视图；图11是按照本发明的多个绕线骨架上绕线线圈的一个示例的简图；图12a到图12d是按照本发明的马达定子组件的制造过程示意图。

如图5所示，按照本发明的马达定子组件包括：通过层叠多个具有预定长度的钢片制造的多个轭20；联接在轭20之间的多个磁极10，这些磁极是利用模具模制磁性材料而成的；以及多个绕线骨架30，覆盖了磁极10外表面的一部分，产生感应磁场的线圈缠绕其上。

磁极10包括一个弧形的导向部件13，用于集中其内部部件的磁通量。导向部件13的作用是提供一个与嵌在定子内侧的转子分开的磁路。

绕线骨架30安装在颈部12处，颈部12形成于导向部件13的后表面，并与之连成一体，颈部12的长度和高度都小于导向部件13的相应值，这就使之能够嵌入绕线骨架30。

圆弧形的连接部件11形成于颈部12的后表面，具有预定的高度和宽度，连接凹槽11a位于连接部件11的两侧，这样，轭21就可以结合在该处。

磁极10最好由铁粉制成。

绕线骨架30包括一个内翼33，附在磁极10的导向部件13的外部，一个主体31与内翼33相连，安装在磁极10的颈部12处，主体31上缠绕线圈40，外翼32向主体31的边缘伸出，以覆盖线圈40。

内翼33被制成与导向部件13相似的圆弧形，并且最好内翼33内部形成一个空间，以使导向部件13可以插在该处。

主体31包括一个与颈部12形状相同的凹槽31a，这样，颈部12就可以嵌在该处，产生感应磁场的线圈40以预定圈数缠绕在主体31的外部。

此处，主体31的外部形成一个绕线凹槽，这样，线圈40可以缠绕很多圈，主体31的边缘最好是圆滑的，这样线圈40的覆盖层在缠绕过程中就不会脱落。

外翼32在主体31的两侧沿圆周方向伸出，以使线圈40与轭20绝缘，并且，其高度与轭20的高度相同。

另外，外翼32可以防止缠绕在主体31上的线圈40从绕线骨架30上脱落，并且，还可以集中线圈40。

绕线骨架30最好由绝缘材料制成，以使线圈40与磁极10绝缘，绝缘材料最好是环氧树脂。

轭20最好通过层叠多个结合在两个不同的连接部件11之间的轭片21制成，具有预定的与连接部件高度相同的曲率半径。

另外，轭片21由具有较高的导磁性和铁损特性的硅钢(Si-steel)制成。

此处，导磁性称为磁感应能力，代表磁场磁化时产生的磁通量密度与真空状态下磁场强度之间的比率。另外，铁损特性是指单位体积钢产生的损耗，而且，硅钢具有优于铁粉的铁损特性。亦即，由于硅钢比铁粉的磁通量密度更好，马达的效率相对较高。

用于连接轭21和连接部件11的连接凸台21a和连接凹槽11a最好位于轭21和连接部件11之间，其高度与轭21和连接部件11的高度相同。

如图7所示，轭片21的连接凸台21a为矩形的凸起，并与连接部件11凹成矩形的连接凹槽11a相联接，以防止轭片21与连接部件11脱开。

如图8所示，轭片21的连接凸台21最好a较长，并且在其两侧分别形成形状相同的止动爪21a-1，以防止轭片21与连接部件脱开，并且与连接部件11的和止动爪21a-1相应的止动槽11a-1相联接。

如图9所示，最好在轭21的两端分别形成矩形的台阶式凸台21b，并与连接部件11两端相应的矩形台阶式凸台11b相联接。

按照本发明的马达定子组件的制造方法将在下文进行阐释。

图12阐释了制造过程。

首先，厚度在1mm之内的薄硅钢经过冲裁处理，加工成多个轭片21，轭20则通过层叠轭片21制成。

另外，铁粉被填充到预定的模具中，所填充的铁粉在预定的压力和温度下被加压加热，制成磁极10。

同时，插在磁极10外圆周表面的绕线骨架30是通过在预定的模具中注入绝缘材料而成的，磁极10插在绕线骨架30中，轭20压配合在磁极10的左右两端，并与之结合。

此处，在绕线骨架30插进磁极10之前，就把线圈40绕在绕线骨架30的外圆周表面。此时，如图11所示，多个绕线骨架30被插入绕线轴G，因此，线圈40可以同时缠绕在多个绕线骨架30上。

另外，可以在把绕线骨架30插进磁极10之后，再把线圈40绕在绕线骨架30的外圆周表面上。此时，可以防止当线圈40绕在绕线骨架30上时，由于线圈40的张力产生的绕线骨架30的变形。

下面说明本发明制造方法的另一个实施例。

首先，厚度在1mm之内的薄硅钢经过冲裁处理，加工成多个轭片21，轭20则通过将轭片21层层叠加制成。

其次，绕线骨架30是通过在预定的模具中注入绝缘材料而成的，然后，绕线骨架30被放入模具，并在绕线骨架30中填充铁粉。

所填充的铁粉在预定的压力和温度下被加压加热，在绕线骨架30中制造磁极10，轭20与绕线骨架30所覆盖的磁极10的两端结合。

此时，可以在绕线骨架30中制造磁极10之前，包括把线圈40绕在绕线骨架30外圆周表面上的步骤，并且此时可以顺次将多个绕线骨架30插入绕线轴G，从而，线圈40可以一次缠绕在多个绕线骨架30上。

另外，可以在绕线骨架30中制造磁极10之后，再把线圈40绕在绕线骨架30的外圆周表面上。这样，可以防止当线圈40绕在绕线骨架30上时，由于线圈40的张力产生的绕线骨架30的变形。

下面说明本发明制造方法的另一个实施例。

首先，厚度在1mm之内的薄硅钢经过冲裁处理，加工成多个轭片21，轭20则通过将轭片21层层叠加制成。

其次，绕线骨架30是通过在预定的模具中注入绝缘材料而成的，轭20和绕线骨架30被布置在预定的模具中。

另外，铁粉被填充到绕线骨架30中，所填充的铁粉在预定的压力和温度下，被加压加热，制造磁极10；然后，磁极10和安装在模具中的轭20彼此结合成整体。

然后，移去模具，产品制造完成。

此时，可以在把轭和绕线骨架布置在模具中之前，将线圈绕在绕线骨架30的外圆周表面上，并且此时可以将多个绕线骨架30插入绕线轴G，继而，线圈40可以同时缠绕在多个绕线骨架30上。

另外，可以在所制成的磁极与轭联接并移去模具之后，再把线圈绕在绕线骨架的外圆周表面上，这样，可以防止当线圈40绕在绕线骨架30上时，由于线圈40的张力产生的绕线骨架30的变形。

同时，如图10所示，在制造轭片21的步骤中，利用一个具有多个冲头的冲压设备处理具有预定长度和宽度的硅钢，以制造多个轭片21。

因此，对比用一台冲床一片片制造轭片21的情形，所需的加工时间会大大减少。

另外，在制造磁极的步骤中，在对铁粉加压使铁粉末彼此结合之后，在温度约300～500℃的情况下，对铁粉材料进行固化处理，这样，就制成了磁极。

此处，固化过程与烧结过程不同。亦即，在烧结过程中，粉末被加压并加热到接近熔点的温度，以使粉末熔融连接在一起。此时，由于粉末材料的连接是在高温情况下才实现的，材料的特性会发生改变。

相反，在固化过程中，粉末材料被加压并加热到300～500℃，比起烧结过程，由于粉末材料被相对较少的热量加热，材料的特性不会发生改变。

按照本发明的马达定子组件及其制造方法的效果描述如下。

按照本发明，磁极是用铁粉材料制成的，但是，轭是用价格低而且具有较高导磁性和铁损特性的硅钢制造的。因此，可以有效地防止单位容量马达性能的衰减，这样，就能防止增大马达带来的材料成本增加。

同时，轭片是采用多个冲头经过冲裁过程制成的，因此，加工时间和废料损失量都大大减少，这样，就降低了制造成本。

另外，对于在其他过程进行之前，就单独制造绕线骨架并把线圈绕在绕线骨架上的情况，线圈在绕线骨架上可以缠绕得比较密，线圈的整个长度就可以大大减小。因此，导线用量就可以减少到传统技术的50％，所以，制造成本和绕线时间就可以大大减少，从而提高了生产率。

由于在不背离本发明的精神或实质特征的情况下有多种具体实施形式，所以除非另有说明，应当理解上述实施例不局限于前述说明的任何细节，而应在权利要求中规定的精神和范围之内广义地解释。因此，在权利要求的范围之内的所有改变、修改或者替换，都被包含在权利要求覆盖。

Claims (30)

1.一种马达定子组件包括：

通过层叠多个具有预定长度的钢片制造的多个轭；以及

联接在轭之间的多个磁极，这些磁极是通过在模具中模制磁性材料而成的；以及

多个绕线骨架，产生感应磁场的线圈缠绕其上，覆盖了磁极的外表面。

2.如权利要求1所述的组件，其特征在于，所述磁极包括：

一个圆弧形的导向部件，用于集中磁通量；

一个颈部，与导向部件的后表面相连，绕线骨架安装其上；以及

一个连接部件，在颈部的后表面，与轭相联接。

3.如权利要求1所述的组件，其特征在于，磁极由铁粉模制而成。

4.如权利要求2所述的组件，其特征在于，导向部件具有一个圆弧形的内表面，引导转子把磁通量集中到转子上。

5.如权利要求2所述的组件，其特征在于，颈部的长度和高度都小于导向部件相应的参数，这样，颈部能被插入绕线骨架中。

6.如权利要求2所述的组件，其特征在于，连接部件被制成一个具有预定高度和宽度的圆弧形，在其两端有连接凹槽。

7.如权利要求1所述的组件，其特征在于，所述绕线骨架包括：

一个内翼，附在磁极的导向部件的外部；

一个与内翼相连的主体，安装在磁极的颈部，线圈缠绕其上；以及

一个外翼，向主体的边缘伸出，以覆盖线圈。

8.如权利要求7所述的组件，其特征在于，内翼被制成与导向部件相似的圆弧形，其内部形成一个空间，以使导向部件可以插在该处。

9.如权利要求7所述的组件，其特征在于，所述主体包括一个与颈部形状相同的凹槽，这样，颈部就可以嵌在该处，产生感应磁场的线圈以预定圈数缠绕在主体的外部。

10.如权利要求9所述的组件，其特征在于，主体包括一个绕线凹槽，这样，线圈就可以缠绕在其外部。

11.如权利要求7所述的组件，其特征在于，外翼在主体的两侧沿圆周方向伸出，用于使线圈与轭绝缘，并且，其高度与轭的高度相同。

12.如权利要求1所述的组件，其特征在于，绕线骨架由绝缘材料制成，用于将线圈与磁极绝缘。

13.如权利要求12所述的组件，其特征在于，绝缘材料是环氧树脂。

14.如权利要求1所述的组件，其特征在于，轭通过层叠多个联接在两个不同的连接部件之间的轭片制成，具有预定的与连接部件高度相同的曲率半径。

15.如权利要求6或14所述的组件，其特征在于，用于连接轭和连接部件的连接凸台和连接凹槽形成于轭和连接部件之间，其高度与轭和连接部件的高度相同。

16.如权利要求15所述的组件，其特征在于，连接凸台为矩形的凸起，并与连接部件凹成矩形的连接凹槽相联接，以防止轭与连接部件脱开。

17.如权利要求15所述的组件，其特征在于，连接凸台较长，在其两侧形成形状相同的止动爪，以防止轭与连接部件脱开，并且与连接部件的和止动爪相应的止动槽相联接。

18.如权利要求1所述的组件，其特征在于，在轭的两端形成矩形的台阶式凸台，并与连接部件两端与之相应的矩形台阶式凸台相联接。

19.一种马达定子组件的制造方法，包括下面的步骤：

第一步，冲裁预定形状的钢板，制造多个轭片；

第二步，把轭片层层叠加，形成轭；

第三步，把铁粉材料填充到一个预定的模具里；

第四步，在预定的压力和温度下，对所填充的铁粉加压加热，制造磁极；

第五步，通过在预定的模具中注入绝缘材料，制造可以嵌入磁极外圆表面的绕线骨架；

第六步，把磁极插入绕线骨架；以及

第七步，把轭与磁极的左右两端压配合，使轭与磁极联接。

20.如权利要求19所述的方法，进一步包括下面的步骤：在第五步和第六步之间，在把绕线骨架插入磁极之前，就把线圈绕在绕线骨架的外圆周表面上。

21.如权利要求19所述的方法，进一步包括下面的步骤：在第五步和第六步之间，在把绕线骨架插入磁极之后，再把线圈绕在绕线骨架的外圆周表面上。

22.一种马达定子组件的制造方法，包括下面的步骤：

第一步，冲裁预定形状的钢板，制造多个轭片；

第二步，把轭片层层叠加，制造轭；

第三步，在预定的模具中注入绝缘材料，制造绕线骨架；

第四步，把绕线骨架放入模具，并向绕线骨架中填充铁粉；

第五步，在预定的压力和温度下，对所填充的铁粉加压加热，在绕线骨架中制造磁极；以及

第六步，把轭联接到绕线骨架所覆盖的磁极的两端联接。

23.如权利要求22所述的方法，进一步包括下面的步骤：在第四步和第五步之间，在绕线骨架中制造磁极之前，就把线圈绕在绕线骨架的外圆周表面上。

24.如权利要求22所述的方法，进一步包括下面的步骤：在第四步和第五步之间，在绕线骨架中制造磁极之后，再把线圈绕在绕线骨架的外圆周表面上。

25.一种马达定子组件的制造方法，包括下面的步骤：

第一步，冲裁预定形状的钢板，制造多个轭片；

第二步，把轭片层层叠加，制造轭；

第三步，在预定的模具中注入绝缘材料，制造绕线骨架；

第四步，把轭和绕线骨架布置在预定的模具中；

第五步，把铁粉填充到绕线骨架中；以及

第六步，通过对所填充的铁粉加压加热模制磁极，并使轭与磁极彼此连接为一体。

26.如权利要求25所述的方法，进一步包括下面的步骤：在第四步，在把轭和绕线骨架布置在模具中之前，就把线圈绕在绕线骨架的外圆周表面上。

27.如权利要求25所述的方法，进一步包括下面的步骤：在第四步，在把磁极与绕线骨架中的轭联接并移去模具之后，再把线圈绕在绕线骨架的外圆周表面上。

28.如权利要求26所述的方法，其特征在于，绕线骨架与绕线轴联接，从而，在旋转绕线轴的同时，线圈可以缠绕在多个绕线骨架上。

29.如权利要求19到27中任一项所述的方法，其特征在于，通过层叠由一次冲裁多个具有预定长度和宽度的钢板所制造的多个轭片制造出轭。

30.如权利要求25所述的方法，其特征在于，在对铁粉加压后，在300～500℃的温度下固化铁粉材料，使铁粉末彼此结合，从而制造出磁极。

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