定子板包覆成型制造技术

一种用于制造轴向通量永磁体机器的定子的壳体的方法，机器具有定子和转子，所述定子包括缠绕在相应的定子线棒上并绕着机器的轴以一定间隔周向地布置的一组线圈，所述转子承载一组永磁体并安装成绕着所述轴旋转，以及其中所述转子和所述定子沿着所述轴间隔开以在其间限定间隙，其中在所述间隙中机器的磁通量大体在轴向方向上，该方法包括：通过下列操作将所述定子的径向壁制造成位于在所述转子和所述定子之间的所述间隙中：将树脂膜放置到注塑成型机器的模具内；使用当熔化时可与所述树脂膜粘结在一起的热塑性聚合物来将一组加强特征注塑成型在所述膜上；以及使用所述径向壁制造所述壳体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用注塑成型来制造轴向通量永磁体机器的定子的壳体的方法;并涉及通过该方法制造的壳体；以及涉及结合该壳体的机器。
技术介绍
本说明书所关心的是轴向通量永磁体机器。概括地说，这些机器具有绕着轴布置的圆盘形或环形转子和定子结构。一般地，定子包括一组线圈，每个线圈均平行于轴，且转子承载一组永磁体并被安装在轴承上，以使得它可由定子的场驱动而圈绕着轴旋转。图1a示出轴向通量机器的一般配置，其具位于定子S的两侧的一对转子R1、R2(虽然在较简单的结构中可省略其中一个转子)。如可看到的，在转子和定子之间有空气间隙G，且在轴向通量机器中，穿过空气间隙的通量的方向大体上是轴向的。取决于转子上的北极和南极的布置，轴向通量永磁体机器可具有不同的配置。图1b示出圆环NS(北极-南极)机器、圆环NN(北极-北极)机器(由于NN(北极-北极)布置需要通量流经磁轭的厚度，其具有较厚的磁轭)和YASA(无磁轭和分段电枢)拓扑的基本配置。图示的YASA拓扑示出穿过两个线圈的横截面，交叉影线区域示出了环绕每个线圈的绕组。如可认识到的，不使用定子磁轭可大大节省重量和铁损，但移除定子磁轭的缺点是:a)定子的结构强度(本来由铁提供的)的下降，即使由于YASA拓扑作为紧凑型设计可导致非常大的应力而可能存在增加强度的需要，以及b)热从定子线圈逸出的路线的损失。为了处理这两个问题，即YASA设计的高扭矩密度和大量的热的产生，定子的壳体应提供大的强度和刚度以解决扭矩要求，且也应限定可被供应有用于机器的冷却剂的室。从图1b中可进一步认识到，为了有效的操作(在高磁阻的空气间隙中的最小损失)，在转子和定子之间的间隙应尽可能小。轴向通量永磁体机器(特别是具有YASA拓扑的机器)的定子组件壳体的期望的特征引致相互冲突的需求。常规制造技术不能够充分地组合期望的特征。可在例如EP0063403A、US2001/0028128和US2008/0292858中找到涉及生产加强物品的一般背景现有技术。之前在W02012/022974中描述了蛤壳型壳体，其中定子线棒(其上缠绕有定子线圈)的垫座被包覆成型到壳体的径向壁内。然而实际上，要形成这样的坚固结构而同时实现在转子和定子之间的非常小的间隙(优选地大约1.5mm或更小的间隙)已被证明是很难的。而且，注塑成型本身难以制造具有期望薄厚度的径向壁，且存在产生穿孔、焊线和类似缺陷的相当大的风险。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种用于制造轴向通量永磁体机器的定子的壳体的方法，机器具有定子和转子，定子包括缠绕在相应的定子线棒上并绕着机器的轴以一定间隔周向地布置的一组线圈，转子承载一组永磁体并安装成绕着所述轴旋转，以及其中所述转子和定子沿着所述轴间隔开以在其间限定间隙，其中机器中的磁通量大体在轴向方向上，该方法包括:通过下列操作将所述定子的径向壁制造成位于在所述转子和所述定子之间的所述间隙中:将纤维增强树脂膜放置到注塑成型机器的模具内；使用当熔化时可与所述纤维增强树脂粘结在一起的热塑性聚合物将一组加强特征注塑成型到所述膜上；以及使用所述径向壁制造所述壳体。如前面提到的，机器中的间隙优选地尽可能小，且因此膜优选地尽可能是平的。然而，热效应使这很困难，且实际上在加强肋之间的膜的区域易于形成高度为至少几十Mi的圆顶形气泡。因此，在一些实施方式中，膜被选择成具有大于注入的热塑性聚合物的热膨胀系数的面内热膨胀系数(在相同的温度下，当聚合物凝固时)。通过这种方式控制TCE的目的是使得膜在冷却时平坦地伸展，因为膜将比加强特征收缩得更多。然而实际上，膜可能达不到与注塑成型的加强材料相同的温度，且因此这种方法可能只是部分有效的。因此，在一些优选实施方式中，优选的是以以下的方式执行注塑成型:将膜夹在模具中、加热膜(这可包括简单地允许膜在模具内加热)并接着短暂地松开并重新夹住膜以在为加强特征注入热塑性塑料之前允许薄板膨胀。优选地，模具被保持在大于140°C或150°C的温度下。模具可接着加热膜;这也具有进入的热塑性聚合物不太快地凝固的优点。在一些实施方式中，定子线棒包括周围缠绕有线圈的极片，其在任一端处有极垫座，以在磁场横穿空气间隙时扩展磁场，所增加的面积减小了间隙的总磁阻。在该方法的一些实施方式中，定子线棒可在形成加强特征之前粘结到膜。在一些实施方式中，这可通过加热定子线棒(例如通过感应加热)并将线棒挤压到膜内(虽然实际上可以用其它方式例如使用溶剂来使膜变成可模制)来执行。这允许在定子线棒和空气间隙之间的端部(垫座)之间的膜的厚度被非常准确的控制;该厚度可以在1-500μπι的范围内。有利地，即使当膜的厚度非常小，膜的纤维增强也可以禁止定子线棒从膜中挤/穿过去。然而，这不是必要的，且没有纤维增强的膜可在挤压过程被小心控制的情况下使用。在又一些其它方法中，膜可设置有一组孔，定子线棒的端部/垫座的表面安装到所述孔内，与膜的远侧齐平。端部/垫座可在被暴露表面的边缘周围设置有凸缘或台阶，被暴露表面接着可与它搁置于的膜表面粘结在一起。可选地，一个或多个额外的叠片可在端部/垫座之上形成，以将它们保持在机器的径向壁内的适当位置。有用地，根据实验发现，在定子线棒/极片/垫座由软磁复合物(SMC)材料形成时(SMC材料为与电绝缘材料(例如玻璃)的涂层粘结在一起的粉末状磁性材料(例如铁))，在SMC定子线棒和膜之间形成有非常强的粘合。据信(不希望被理论束缚)这是由于聚合物扩散到展示一些多孔性的定子线棒内。以这种方式形成的粘合比SMC本身更强。定子线棒可使用靠模被定位在膜上。一旦它们粘结到适当的位置，组件就能够被磁性地拿起。其然后优选地在膜大体上是水平时(使用垂直工具)被注塑成型，以使得膜在注塑成型过程期间平坦地搁置。定子线棒本身可接着提供模腔的关闭的一部分。在一些实施方式中，纤维增强树脂可包括当熔化时可与用于形成加强特征的所述热塑性聚合物溶混在一起的纤维增强热塑性聚合物，或它可包括例如用于比如在印刷电路板的制造中的预浸处理的热固性材料的类型。优选地，注塑成型聚合物也是纤维增强的(具有Imm或更小数量级的长度的短纤维，以便于流动)；这些可以是如前所述的材料。热塑性聚合物可以例如是高温热塑性注塑成型的树脂，例如PEEK或ΡΡΑ。机器在使用中可在升高的温度下操作，且在该方法的一些优选实施方式中，纤维增强聚合物的膜的面内热膨胀系数与加强特征的热膨胀系数(在相同的方向或平面中)匹配成在Sppm内，且优选地与定子线棒的端部(垫座)的热膨胀系数(在相同的方向或平面中)匹配成在5ppm内。这可通过从可用聚合物材料当中选择的常规实验来实现。在一些实施方式中，形成壳体的薄壁区段的膜的聚合物可包括以下的高温热塑性聚合物中的一个或多个:PPS(聚苯硫醚)、PPA(聚邻苯二甲酰胺)、PEEK(聚醚醚酮)、ABS(丙烯睛-丁二烯-苯乙烯)和PA(聚酰胺)。然而，温度热膨胀系数与刚度相比较不重要，且优选地，膜的面内杨氏模量小于50GPa且更优选地小于20GPa。膜可以非常薄，例如具有小于Imm或小于0.5mm的厚度;优选地，它是纤维增强的。在一些实施方式中，加强纤维可以是平纹纤维(玮线通过一个经纱之上且通过下一个经纱之下)。在一些实施方式中，纤维被加以排列(在辊之间用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造轴向通量永磁体机器的定子的壳体的方法，所述机器具有定子和转子，所述定子包括缠绕在相应的定子线棒上并绕着所述机器的轴以一定间隔周向地布置的一组线圈，所述转子承载一组永磁体并安装成绕着所述轴旋转，以及其中所述转子和所述定子沿着所述轴间隔开以在其间限定间隙，其中在所述间隙中所述机器的磁通量大体在轴向方向上，所述方法包括：通过下列操作将所述定子的径向壁制造成位于在所述转子和所述定子之间的所述间隙中：将树脂膜放置到注塑成型机器的模具内；使用当熔化时可与所述树脂膜粘结在一起的热塑性聚合物来将一组加强特征注塑成型在所述膜上；以及使用所述径向壁制造所述壳体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·L·考特，J·巴克，C·E·金，M·S·E·伊斯特，J·J·比达尔夫，T·J·T·伍尔默，
申请(专利权)人：YASA电机有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB