CN101291092B - 用于生产定子组件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种生产定子组件的方法。该方法包括：最初，提供组装心轴，组装心轴具有大体上圆柱形的毂和约束该毂的末端部分的大体上环形的基体。将第一端环和定子外壳围绕心轴毂装配到心轴基体上。其后，将多个极设置在第一端环之上且以大体上圆柱形的形式设置在定子外壳和心轴毂之间。将第二端环围绕心轴毂设置在多个极之上。然后将多个定子外壳凸片以径向向内的方向弯曲以轴向地保持第一和第二端环。

Description

用于生产定子组件的方法
技术领域
本发明总体上涉及一种生产定子组件的方法。
背景技术
电气设备，例如具有定子紧固在电动机/发电机的壳体内的电动机和发电机，是众所周知的。装配在轴上的转子同轴地定位在定子内，并围绕该轴的纵轴线可相对于定子转动。通过定子的电流通路产生磁场，该磁场趋于使转子和轴转动。另外，还知道，为了保证电动机/发电机的最优性能和可靠性，有必要将定子维持在预定的温度范围内，并使定子没有污染物。
可以对定子进行两个主要的改造，以增加电动机/发电机的转矩密度或转矩每单位重量。一个主要的改造是增加定子绕组的数量。槽填充因子或由绕组占据的电动机/发电机体积百分比越大，电动机的转矩将越大。增加电动机/发电机的槽填充因子也将增加设备的效率。然而，该改善转矩的方法物理上受定子的形状和尺寸限制。用于增加电动机转矩密度的其它主要的改造包括增加流动通过定子绕组的电流量。由于电阻或欧姆加热，流动通过定子绕组的电流的增加使得定子加热增加。
上述电动机/发电机的一个应用为混合电动车辆。混合电动车辆在燃料经济性和降低尾管排放物方面具有潜在的改善。混合电动车辆包括同电机混合传动装置相结合的传统内燃机，所述电机混合传动装置具有一个或更多的串连或并联设置的电动机/发电机、和诸如行星齿轮组的齿轮装置。取决于操作模式，电动机/发电机有助于推进或能量吸收(存储)。如同任何能量转换设备，电动机/发电机效率小于100％，且将一些能量废弃为热。需要该废热的有效去除，以实现混合电动车辆的高度有效的操作模式。
发明内容
本发明提供一种生产定子组件的方法。该方法包括：最初，提供组装心轴，组装心轴具有大体上圆柱形的毂和约束该毂的末端部分的大体上环形的基体。将第一端环和定子外壳围绕心轴毂装配到心轴基体上。其后，将多个极设置在第一端环之上且以大体上圆柱形的形式设置在定子外壳和心轴毂之间。将第二端环围绕心轴毂设置在多个极之上。然后将多个定子外壳凸片以径向向内的方向弯曲以轴向地保持第一和第二端环。
本发明也包括：在装配定子外壳之前，将垫圈围绕心轴毂设置在第一端环之上，其中所述垫圈配置为密封第一端环和多个极之间的界面。
本发明也包括：在装配第二端环之前，将多个保持器设置在多个极之间，其中所述多个保持器配置为密封在相邻极之间径向限定的间隙。
多个极可以预组装，通过将多个极部件附接或组装在一起并用电线卷绕组装的极以形成线圈。
预组装的极的线圈可以用环氧树脂或清漆涂覆。
当结合附图时，从实施本发明的最佳模式的以下详细说明会很容易了解本发明的上述特征、优势和其他特征与优势。
附图说明
图1是包括根据本发明的定子组件的电动机的示意性截面图；
图2是图1的定子组件的截面图；
图3是图示根据生产图2的定子组件的方法的第一序列步骤的分解图；
图4是图示根据生产图2的定子组件的方法的第二序列步骤的分解图；和
图5是图示根据生产图2的定子组件的可替换方法的第二序列步骤的分解图。
具体实施方式
参考附图，其中在几个附图中相同的附图标记表示相同或类似的部件，图1中显示了电动机10的示意图。电动机10显示为根据优选实施例的图示性目的，然而，应当理解的是，本发明的方法适于生产替代的电动机结构和诸如发电机的其它电气设备。电动机10包括壳体12、定子组件14、轴16和转子18。定子组件14大致为环形且配置为在电动机10的操作期间相对于壳体12保持静止。转子18固定到轴16上以与其统一地转动，且大体上由定子14约束(circumscribe)。转子18和轴16相对于壳体12和定子14是可转动的。
参考图2，定子组件14优选为包括包含在定子套筒或外壳22内的定子铁心20。多个定子齿24从该定子铁心20径向向内延伸，在其之间形成槽21。定子电线26围绕每个定子齿24缠绕或卷绕，至少部分地填充该槽21并形成定子线圈28。该定子线圈28用环氧树脂30浸渍，使得形成定子线圈28绕组的定子电线26互相电绝缘。从位于FirstStreet 1450，Wabash，Indiana 46992的Wabash Magnetics LLC.公司可商购的662251型环氧树脂优选用作环氧树脂30。
根据优选实施例，该定子铁心20由软磁性复合材料(SMC)构成，以降低成本和简化制造，并且该定子电线26由铜制成。根据可替换实施例，该定子铁心20可以由层叠钢构成。以上文所述方式加入环氧树脂30增加定子组件14的强度，并提供附加的阻尼。对于定子铁心20由软磁性复合材料构成的优选实施例，这种定子组件14的强度的增加特别有利。环氧树脂30的阻尼特性可以吸收可使人不愉快的由电动机10产生的振动，从而使操作更平稳。然而，应当理解的是，可以使用替代的环氧树脂、定子铁心和/或定子电线成分。此外，清漆可以代替环氧树脂30使用而保持在要求保护的范围内。
继续参考图2可看出，每个定子齿24和定子线圈28在其后将称为“极”32。优选地，每个极32单独缠绕，以便在给定槽体积内使绕组数目最大，有时称为槽填充，从而优化电动机10(如图1所示)的性能。如图所示，定子14包括12个极32，然而，本领域技术人员应当认识到，可以提供更多或更少的极32而保持在要求保护的范围内。12个极32通过脊部60和凹槽64的接合(如图4所示)相对于彼此由外壳22保持，且相应的定子线圈28电气上互连使得电流可在极32之间传输。定子齿24分别终止于有凸缘的端部分34。相邻极32的有凸缘的端部分34一起保持轴向延伸的保持器36，保持器36延伸定子14的大致整个轴向长度。优选地，保持器36由非金属材料制成。保持器36、定子线圈28和定子铁心20的内壁29一起限定多个轴向延伸的通路或冷却通道38，冷却流体通过通路或冷却通道38循环。在优选实施例中，油(未示出)通过冷却通道38循环，以吸收由定子14产生的热且从而冷却电动机10(如图1所示)。由于定子线圈28是主要的热源，冷却通道38的附近(proximity)用以有效地冷却电动机10。本领域技术人员应当认识到，冷却通道38可以由大体上环形、轴向延伸的套筒或环氧树脂代替保持器36而径向界定。
环氧树脂30具有良好的导热属性，因此可提高该定子线圈28和油(未示出)之间的导热性。因此，环氧树脂30的导热利于热从定子线圈28传递以冷却电动机10(如图1所示)的过程。环氧树脂30还用作电绝缘体，以防止该定子线圈28的每个单独的绕组在它们之间和/或与定子铁心20形成电连接，从而防止电动机10短路。
如图2最佳地显示，外壳22优选为由上半部22a和下半部22b构成。上和下半部22a、22b会合在一起，限定以径向向外的方向凸出的凸缘部分23。该凸缘部分23适于接合壳体12(如图1所示)的互补零件(未示出)，从而防止定子组件14相对于壳体12的转动。多个诸如螺钉25的紧固件优选地设置通过凸缘部分23且由相应的多个螺母27保持，使得紧固件保持外壳22的上和下半部22a、22b。此外，通过拧紧螺钉25，外壳22的直径减少，以便施加压缩力以保持定子组件14的部件。
参考图3-4，现在描述生产定子组件的优选方法。为了示范的目的，本发明的方法将在其后描述为生产定子组件14，然而，应当理解的是，该方法也可以用于生产替代的定子组件结构。
参考图3，分解图图示了在生产定子组件14(如图2所示)期间进行的第一序列步骤。提供组装心轴50，心轴50限定大体上圆柱形的毂52和约束毂52的末端部分的大体环形基体54，以利于制造定子组件14的过程。
起初，第一端环56围绕毂52安放在组装心轴50的基体54上。其后，垫圈58和外壳22安放到组装心轴50上，使得垫圈58在第一端环56和外壳22之间轴向设置。垫圈58是可选的，但优选使用垫圈58以更好地密封第一端环56和定子铁心20(如图2所示)之间的界面。外壳22包括多个轴向限定的脊部60，脊部60配置为定位且保持定子铁心20，这在其后将详细描述。外壳22也优选地包括多个凸片62，在定子组件14(如图2所示)完成之后，凸片62以径向向内的方向弯曲，以保持定子组件的部件。在外壳22安放在组装心轴50上之后，12个预组装的极32(如图4所示)设置在垫圈58上，且以大体上圆柱形的形式设置在外壳22和毂52之间。
参考图4，更详细地显示一个极32。所述极32优选地各包括4个部件39a、39b、39c和39d。该4个部件39a、39b、39c和39d组装在一起，形成单个齿24；然后将定子电线26围绕该齿24卷绕，形成定子线圈28；并且涂覆环氧树脂30(如图2所示)，以封装该定子线圈28和保持该部件39a、39b、39c和39d。可替换地，在该阶段，清漆(未示出)可以取代环氧树脂30涂覆于定子线圈28。应当理解的是，四个部件39a、39b、39c和39d包括两个大体上相同的端部分39a和39d和两个大体上相同的中间部分39b和39c。每个极32优选地限定凹口或凹槽64。当极32插入到外壳22和毂52之间时，凹口64与相应的外壳脊部60对准。因此，极32以径向方向由外壳保持，使得定子铁心20(如图2所示)不独立于定子外壳22转动。
仍参考图4，在所有12个预组装的极32定位在外壳22和毂52之间后，保持器36插入到极32之间，使得每个保持器36紧固在两个相邻极32的有凸缘的端部分34之间。保持器36配置为密封形成在相邻极32之间的部分间隙，从而防止油(未示出)泄漏到冷却通道38(如图2所示)之外。可替换地，保持器36可以用在极32和毂52之间径向设置的单个或多部件套筒(未示出)替代。然后，将第二端环66在外壳22上围绕毂52安放，使得极32在第一和第二端环56、66之间轴向设置。外壳凸片62径向向内弯曲，以保持定子组件的部件。根据优选实施例，第二端环66限定进口喷嘴68，进口喷嘴68配置为接合电动机壳体12(如图1所示)中的互补零件(未示出)，以利于将油传输到定子组件(如图2所示)内。在弯曲外壳凸片62之后，定子组件14(如图2所示)完成，且从组装心轴50(如图4所示)移出以装配到车辆中。
参考图5，现在将描述生产定子组件的替代方法。根据图5的替代实施例，第一端环56、垫圈58(如图3所示)、预组装极32和外壳22如前文所述在组装心轴50(如图3所示)上组装在一起，且其后装配套筒70。套筒70包括大体上圆柱形本体72和约束本体72的末端部分的大体环形凸缘74。套筒本体72配置为密封相邻极32之间的间隙，从而取代保持器36(如图4所示)。套筒凸缘74配置为轴向保持极32，从而取代第二端环66(如图4所示)。套筒70装配为使得本体72在极32和毂52之间径向设置，且凸缘74覆盖极32的顶部。在套筒70装配期间，本体72的端部分76穿过第一端环56的内径。端部分76配置为接合电动机12(如图1所示)的互补凹陷或零件(未示出)，从而密封本体72和壳体12之间的界面。在套筒70装配之后，外壳凸片62径向向内弯曲，以进一步保持定子组件的部件。
虽然已详细描述了实施本发明的最佳模式，但本发明所属领域技术人员应当认识到，在所附权利要求书的范围内，可以有实现本发明的各种可替换的设计和实施例。

Claims (12)

1.一种生产定子组件的方法，包括：
提供组装心轴，组装心轴具有大体上圆柱形的心轴毂和约束该心轴毂的末端部分的大体上环形的心轴基体；
将第一端环围绕心轴毂装配到心轴基体上；
将定子外壳围绕心轴毂装配到心轴基体上；
将多个极设置在第一端环之上且以大体上圆柱形的形式设置在定子外壳和心轴毂之间；以及
将第二端环围绕心轴毂装配在多个极之上。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：在装配定子外壳之前，将垫圈围绕心轴毂设置在第一端环之上，所述垫圈配置为密封第一端环和多个极之间的界面。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：在装配第二端环之前，将多个保持器设置在所述多个极之间，所述多个保持器配置为密封径向限定在相邻的极之间的间隙。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：在装配第二端环之后，将多个定子外壳凸片以径向向内的方向弯曲，使得第一和第二端环由弯曲的定子外壳凸片轴向地保持。
5.根据权利要求2所述的方法，还包括：在将多个极设置在垫圈上之前，预组装多个极。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述预组装多个极包括将多个极部件组装并用电线卷绕多个极部件以形成线圈。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述预组装多个极包括将环氧树脂涂覆于线圈。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述预组装多个极包括将清漆涂覆于线圈。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述装配定子外壳包括组装定子外壳的第一半部和第二半部，以使外壳凸缘限定在第一和第二半部之间的界面处，所述外壳凸缘配置为防止定子组件相对于壳体的转动。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括将紧固件装配通过外壳凸缘，以保持定子外壳的第一半部和第二半部。
11.一种生产定子组件的方法，包括：
提供组装心轴，组装心轴具有大体上圆柱形的心轴毂和约束该心轴毂的末端部分的大体上环形的心轴基体；
将第一端环围绕心轴毂装配到心轴基体上；
将定子外壳围绕心轴毂装配到心轴基体上；
将多个极设置在第一端环之上且以大体上圆柱形的形式设置在定子外壳和心轴毂之间；以及
装配套筒，所述套筒具有大体上圆柱形的套筒本体和大体上环形的套筒凸缘，使得套筒本体在多个极和心轴毂之间径向设置，且套筒凸缘设置在多个极之上。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：在装配定子外壳之前，将垫圈围绕心轴毂设置在第一端环之上，所述垫圈配置为密封第一端环和多个极之间的界面。
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