轴向磁通电机的定子外壳制造技术

一种轴向磁通电机的定子外壳。外壳具有圆柱形壁，包括衬有聚合物内环的金属外环。该方法包括将金属外环定位在注塑机中，并用注塑机将聚合物树脂注塑到金属外环的内表面上以制造聚合物内环。聚合物内环包括夹持面，该夹持表面布置成夹持外环的一部分，例如围绕金属外环的内表面上的构造模制。外壳采用金属外环和聚合物内环制造。聚合物内环制造。聚合物内环制造。

【技术实现步骤摘要】
轴向磁通电机的定子外壳


[0001]本专利技术描述了使用注塑法制造用于轴向磁通永磁电机的定子的外壳的方法、通过该方法制造的外壳以及包含该外壳的电机。

技术介绍

[0002]轴向磁通永磁电机通常具有围绕轴线布置的盘形或环形转子和定子结构。定子包括一组线圈，每个线圈可以平行于轴线。转子带有一组永磁体并安装在轴承上，因此它可以绕由定子线圈的磁场驱动的轴旋转。
[0003]图1A显示了轴向磁通电机的一般配置，在定子S的两侧具有一对转子R1、R2，尽管简单的结构可以省略其中一个转子。在转子和定子之间存在气隙G，并且在轴向磁通电机中，通过气隙的磁通方向基本上是轴向的。
[0004]根据转子上北极和南极的布置，轴向磁通永磁电机有多种配置。图1B说明了Torus NS电机、Torus NN电机(其具有较厚的轭，因为NN磁极排列需要磁通流过轭的厚度)和YASA(无轭分段式电枢，Yokeless and Segmented Armature)拓扑的基本配置。YASA拓扑图显示了通过两个线圈的横截面，交叉阴影区域显示了每个线圈周围的绕组。
[0005]在YASA拓扑结构中，无需定子磁轭可显着减轻重量和铁损，但移除定子磁轭的缺点是a)定子(铁提供的)结构强度的损失，即使可能由于YASA拓扑结构紧凑，因而导致很大的应力，从而会增加强度需求，以及(b)热量从定子线圈逸出的路径损失。为了解决这两个问题(即YASA设计的高扭矩密度和大量热量的产生)，定子外壳应提供高强度和高刚度以满足扭矩需求，还应定义一个腔室，可以为电机提供冷却液。
[0006]轴向磁通永磁电机的定子组件的外壳的所需特征，尤其是具有YASA拓扑结构的电机，提出了相互矛盾的要求。传统的制造技术无法充分结合所需的特征。与增强制品的生产相关的一般背景信息可以在例如WO2013/077277、WO2016/129391、WO2012/022974和WO2015/036780中找到。
[0007]在WO2012/022974和WO2015/036780中，提出了具有蛤壳式定子外壳的轴向磁通永磁电机组件。蛤壳式定子外壳包括一对端壁板，各在定子的一端，通过大致圆柱形的壁部件连接，该壁部件形成围绕定子的环。圆柱形壁部件可以使用聚合物树脂注塑成型。端壁板和圆柱形部件的一部分长度形成蛤壳。
[0008]一旦组装好，聚合物蛤壳式定子外壳本身可以用螺栓固定到另一个外壳上，例如在铝外壳中。特别地，围绕定子的环的聚合物可以具有用于接收螺栓的孔，该螺栓用于螺栓连接到另外的铝外壳中的相应孔。聚合物定子外壳需要能够提供适合泵送冷却剂通过的气密密封腔(除了如后文所述的端口外)。聚合物定子外壳还必须足够厚，以具有足够的结构强度来承受电机的扭矩，并提供足够大的螺栓孔以将聚合物定子外壳固定到铝制外壳上。用螺栓固定聚合物外壳的铝外壳又提供了额外的结构强度，以承受电机运行时的应力和应变。虽然这种双外壳布置提供了所需的密封和强度特性，但它增加了电机所占用的空间，增加了电机的成本，并增加了电机的组装时间。

技术实现思路

[0009]根据一个方面，提供了一种制造用于轴向磁通(例如永磁体)电机的定子的外壳的方法。该电机具有定子，该定子包括缠绕在相应定子线棒上并围绕该电机的轴线间隔地周向布置的一组线圈，以及承载一组永磁体并安装成围绕该轴线旋转的转子。转子和定子沿轴线间隔开以在它们之间限定间隙，在该间隙中电机中的磁通量通常在轴向上。外壳可具有圆柱形壁，该壁包括衬有聚合物内环的金属外环。该方法可以包括将金属外环定位在注塑机中，并且利用注塑机将聚合物树脂注塑到金属外环的内表面上以制造聚合物内环。聚合物内环可包括被布置成夹持外环的一部分的夹持面。
[0010]将外金属环的内表面衬以聚合物的注模层，该聚合物的注模层具有布置成夹持金属外环的夹持面，这样设置提供了双外壳布置的气密密封和结构强度的优点，但不占用尽可能多的空间且需要更少的组装步骤。这导致轴向磁通电机具有能够更便宜且制造更快的更小的外部尺寸。
[0011]此外，响应于注塑过程中的加热和随后的冷却，外金属环和内聚合物环由于它们不同的材料特性而不同程度地收缩。具体而言，在注塑过程中，加热至例如约300
‑
350℃，例如约325℃的聚合物(例如35％玻璃增强聚酰胺树脂)，其收缩率高达金属(例如在注塑过程中加热到150℃左右的铝)的2
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3倍。为了防止内聚合物环在收缩时从金属外环拉开，聚合物内环包括一个夹持面，该夹持面的形状可以抓握金属外环的一部分，例如通过夹在外环的内表面的向内构造的上表面和/或下表面上。当金属和聚合物冷却时，聚合物比金属收缩得更多，收紧它的夹持力并向下和向内夹在金属外环上，更具体地夹在金属外环上的构造上，如下文所述。这在注塑过程中将聚合物内环固定到金属外环上，而不需要额外的组装步骤，例如将聚合物螺栓连接到金属上。
[0012]这在电机制造完成后也很有用，因为该技术的一些应用包括在很宽的温度范围内使用，例如高达+50℃或下降到
–
40℃。这种类型的夹具可以在较大的温度范围内提供聚合物和金属之间的牢固连接以及位置稳定性。
[0013]令人惊讶的是，与将聚合物固定到金属的其他方法(例如螺栓连接)相比，聚合物内环与金属外环的连接强度以及聚合物内环相对于金属外环的位置稳定性显着增加。结果，通过使用本专利技术的方法，在轴向磁通电机的组装期间取决于精确定位的制造公差，以及因此定子外壳的聚合物内环的高位置稳定性得以改进。
[0014]因此，注塑可以包括在聚合物树脂已经被注射并且聚合物内衬已经形成之后冷却金属外环和聚合物内环的步骤。如上所述，这会导致内环的夹持面相对于外环的夹持部分收缩，从而导致夹持力增加，聚合物内环与金属外环的连接强度也相应增加。并且，聚合物内环相对于金属外环的位置稳定性也相应增加。
[0015]在实现方式中，在外环的内壁上提供构造。随着夹持面的轴向和径向收缩，其更牢固地夹紧外环内壁上的构造，并且还向该构造施加径向向内的张紧力，径向向内拉该构造。考虑到内外环对称的圆形形状，这些力围绕环的圆周均匀对称地施加，将聚合物内环相对于金属外环拉紧到位，从而增加了内环相对于外环位置的稳定性。
[0016]在一些实现方式中，构造包括凸起部分，凸起部分高于金属外环的内表面。构造围绕内表面周向延伸，但不一定是连续的。
[0017]在一些实现方式中，构造具有两个边缘。在一些实现方式中，每个边缘具有突出部
以将聚合物内环锁定到金属外环上。在一些实现方式中，构造的两个边缘可以是圆周边缘，即在圆周方向上围绕金属外环延伸，例如各个边缘朝向金属外环的每个边缘，例如彼此平行。在一些实现方式中，构造的两个边缘可以是轴向边缘，即在金属环的轴向方向(垂直于圆周方向)例如平行于轴向方向延伸的边缘。在这种情况下，构造通常可以是正方形或矩形。在这样的实现方式中，构造可以具有四个突出边缘以将聚合物内环锁定到金属外环上。
[0018]在实现方式中，凸起部分在界定突出部的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制造轴向磁通永磁电机的定子的外壳的方法，其特征在于，该电机具有定子，所述定子包括一组线圈，所述线圈绕在相应的定子线棒上，并且所述一组线圈围绕该电机的轴线以一定间隔周向设置，所述电机还具有转子，所述转子承载一组永磁体，并安装为绕所述轴线旋转，其中所述转子和所述定子沿所述轴线间隔开以限定所述转子和所述定子之间的间隙，在该间隙中，所述电机中的磁通量通常在轴向方向上，所述外壳具有圆柱形壁，该圆柱形壁包括金属外环，该金属外环内衬有聚合物内环，该方法包括：将所述金属外环定位在注塑机中；使用所述注塑机，将聚合物树脂注塑到所述金属外环的内表面上，以制造所述聚合物内环，所述聚合物内环包括夹持面，所述夹持面用于夹持所述金属外环的一部分；以及使用所述金属外环和所述聚合物内环制造所述外壳。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述注塑包括冷却所述金属外环和所述聚合物内环，使得所述聚合物内环的所述夹持面相对于所述金属外环的被夹持部分收缩，以将所述聚合物内环固定到所述金属外环。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述注塑包括围绕所述金属外环的内表面上的一构造形成所述夹持面。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述构造包括在所述金属外环的内表面上方凸起的凸起部分，其中所述构造围绕所述内表面周向延伸，所述构造具有两个边缘，每个所述边缘具有突出部以将所述聚合物内环锁定到所述金属外环上。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述凸起部分在其限定所述突出部的边缘下方具有凹部，所述凹部的内部部分是弯曲的并且所述构造的所述凸起部分的外边缘是弯曲的，使得从所述金属外环的所述内表面到所述构造的所述凸起部分的上表面存在平滑过渡。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述注塑包括使用所述金属外环作为外嵌模具的外嵌注塑。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述注塑包括利用插入件在所述聚合物内环中形成与所述金属外环中的对应端口对准的端口。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述注塑包括在所述聚合物内环的上表面和/或下表面上形成肋。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括将相应的端壁板激光焊接到所述聚合物内环的所述上表面和所述下表面上的所述肋上，以气密地密封所述聚合物内环和相应的所述端壁板之间的腔室。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，每个所述定子线棒的每个端部设置有靴状物，所述端壁板上安装有所述靴状物。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述聚合物内环的径向厚度在1.5mm和3.0mm之间。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，包括：在所述金属外环的所述内表面上制造所述聚合物内...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂姆，
申请(专利权)人：YASA有限公司，
类型：发明
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