CN103779979A - 定子或转子 - Google Patents

Abstract

一种用于电动机或发电机的定子或转子，包括：具有突起的环形支撑件；被布置为容纳线圈绕组的齿，其中所述齿包括凹槽，环形支撑件的突起被容纳在凹槽中，当所述突起被容纳在凹槽中时，所述突起和所述齿中的凹槽被布置为具有形成在凹槽和突起的相邻表面上的空腔或通道，其中材料被置于形成在凹槽和突起的相邻表面上的空腔或通道之间以用于将齿固定至支撑件。

Description

定子或转子

技术领域

本发明涉及一种定子或转子，尤其涉及一种用于轮内电动机或发电机的定子或转子。

背景技术

定子公知地作为电动机或发电机的静止部件，转子围绕其转动。定子通常包括磁性部件和其他结构部件。电动机工作的原理为载流导线在存在磁场时将经受力。通常承载一组永磁体的转子被布置为围绕一组线圈转动，所述线圈被布置为承载电流，这导致转子围绕定子旋转并产生运动。应该理解的是，还能够使得转子承载一组线圈，以及定子承载一组永磁体。

布置为安装在转子内的定子的实例示于图1中。图1示出了由例如来自PM（粉末金属）的单片材料形成的或更通常由多个相同叠片结构组成的定子的护铁。来自环形支撑件150（还被称为护铁或垫圈）的突起100被称作“齿”并用于容纳多个线圈绕组。为了增加马达的性能，期望的是最优化线圈绕组的整个剖面，这将具有减小电阻的效果，从而减少热生成。另外，通过使得线圈绕组更加靠近，这将具有改善热传导的效果，这将具有增加马达效率以及改进连续性能的效果。

然而，通过诸如图1中所示出的布置，在整个定子由单个固体片形成时，应该理解的是存在一定数量的空间来将导线线圈物理地缠绕所述齿。因此，通常在该布置中，在相邻齿的线圈之间存在间隙，这是效率低下的，因为否则的话该空隙将填充有导线线圈以增加线圈绕组的整个剖面。

另外，在定子和线圈绕组之间提供线圈绝缘的传统方式能够导致不良的热传导，这将限制电动机的性能。

此外，大的单片定子通常需要复杂的绕线机和复杂的绕线工艺来执行所需的线圈绕组。

因此，期望的是改进这种情形。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了根据所附权利要求书的一种定子或转子以及一种方法。

本发明提供了允许各个定子齿在安装至定子护铁前单独缠绕，进而允许相邻定子齿上线圈之间的空隙最小化的优势。

此外，通过用作用于将定子齿固定至定子护铁的固定特征的灌封材料将定子齿径向地安装至定子垫圈提供了减少制造复杂性、以及减少定子齿和定子护铁重量的另外优势。

另外，通过使得定子齿可安装至定子护铁使得绝缘层能够在安装过程之前被包覆成型至定子齿。施加至单个定子齿的包覆成型层的使用可以最小化在绝缘层和定子齿之间形成任何空气间隙的风险，进而提供了线圈和定子之间的电气绝缘层，同时还改进了热传导。

附图说明

现在将参照附图通过实例来描述本发明，其中：

图1示出了现有技术的由单片形成、具有一体的齿的定子实例；

图2、2a、2b示出了根据本发明实施方式的定子环形支撑件；

图3示出了根据本发明实施方式的定子齿；

图4示出了根据本发明实施方式的安装至定子护铁的定子齿；

图5示出了根据本发明实施方式的定子齿的包覆成型。

具体实施方式

尽管现在将关于电动机的定子来描述本发明的实施方式，但应该理解的是本发明等效地应用至电动机情形中的转子布置，其中转子承载线圈。本发明还等效地应用至发电机。尽管该实施方式描述了具有定子和转子的电动机，其中定子和转子具有环形支撑件，然而本发明等效地应用至具有不同配置的定子和转子的电动机，例如直线电动机。因此，术语转子旨在覆盖电动机的运动部件，而不管该部件的形状，以及同样旨在覆盖直线电动机中的驱动子。

根据本发明的第一实施方式，图2示出了环形支撑件200。围绕环形支撑件200的外周、也就是定子垫圈分布的是在径向方向上延伸的多个突起210，它们在图2a和2b中更加详细示出。多个突起210从定子护铁200的外表面向外侧延伸。然而，在不同的电动机配置中，多个突起210可以从定子护铁的内表面向内侧延伸。

包括突起210的定子护铁200形成为单片、整体的、结构部件。例如定子护铁200可以由粉末金属模制，或更常用地，由多个相同叠片结构组成，其中所述叠片结构将通常由诸如电工钢的不锈钢薄片制成，然而可以使用具有合适强度和电磁属性的任何材料。所述叠片结构还可以在表面上以及沿齿堆和定子垫圈之间（即环形支撑件200）的弯曲界面形状具有绝缘涂层，用于阻止涡流在所述叠片结构之间流动。

叠片结构可以由任何合适的方法生产，例如从所需材料的薄片冲压或切割期望形状或者激光蚀刻。作为示例，所述叠片结构可具有0.3和0.4mm之间的厚度，并优选为0.35mm左右。

形成在定子护铁200上的每个突起210被布置为容纳定子齿，其中每个突起被布置为容纳在定子齿中形成的凹槽中，如下所述。

如图2a和2b所示，在突起210的位于垂直于环形支撑件的切线的平面中的侧面上，形成了通道220，其基本平行于突起的基底延伸，也就是在定子护铁200的环形平面的基本垂直方向上。术语通道的使用旨在覆盖沟槽和任何形式的允许插入材料的空腔。

尽管本实施方式示出了形成在突起210的两个侧面上的通道220，但本发明等效地可应用于形成在突起210的一个侧面上的单个通道210。

如图2b所示，形成在突起210的侧面上的两个通道220延伸突起210的整个长度。然而通道220的长度可以缩短，从而仅延伸突起210的部分长度，其平行于突起210的基底延伸。

此外，通道220的定向不限于基本平行于突起210的基底延伸，并且可使用其他定向。

为了最小化突起210上发生压力点的风险，突起210的每个侧面上的通道220关于彼此偏离，从而确保突起210在任何点的宽度都不会减少超过单个通道220的深度。

优选地，在突起210的基底以及在每一侧上，形成了沟槽240（即凹槽），其中沟槽240沿定子护铁200在突起210的基底上以与定子护铁200圆周面基本垂直的方向延伸。形成在定子护铁200中的每个沟槽240被布置为容纳定子齿壁部的端部，如下所述。

图3示出了用于安装至图2所示的定子护铁200的定子齿300。定子齿300包括两个壁部310，它们通过定子齿顶部320耦合在一起。为了帮助安装在定子齿300上的线圈绕组的固定，定子齿的顶部320在齿壁部310上横向延伸以形成横向延伸的定子顶端。

凹槽形成在定子齿300的两个齿壁部310之间。凹槽尺寸大小被设计为允许当定子齿300置于突起210上时定子护铁突起容纳在凹槽内，如图4所示。优选地，为了改进定子齿300和突起210之间的热传导性，凹槽和突起210的尺寸被选择为使得定子齿凹槽的壁和突起外部侧面之间的任何间隙被最小化。

另外，两个齿壁部的底部被布置为横向延伸并具有对应沿定子护铁200在突起210的基底上延伸的沟槽240的尺寸，从而使得当定子护铁突起210容纳在定子齿凹槽内时，两个齿壁部310的横向延伸的底部适配在定子护铁200的凹槽240中。

在齿壁部310的每个内壁上，形成了通道330。一旦定子齿300已经置于定子护铁突起210上，形成在定子齿凹槽上的两个通道330被布置为与定子护铁突起210上的相应通道220对齐。

与形成在定子护铁突起210上的通道一样，两个定子齿凹槽通道330都延伸相应壁部310的整个长度，然而定子齿凹槽通道330的长度可以缩短，从而仅延伸齿凹槽壁部210的部分长度。

此外，通道330的定向不限定于基本平行于齿300的基底延伸，并且可使用与形成在突起210上的通道220的定向一致的其他定向。

由于定子齿300与定子护铁200分离，因而定子齿可以在定子齿300安装至定子护铁200之前预缠绕线圈绕组，这对比于将齿集成至定子支撑件时具有在齿上缠绕线圈更方便的优势。例如，用于传统电动机设计的狭槽填充（即，填充定子齿之间狭槽的铜线量）将达到37%。然而，通过允许将线圈绕组应用至定子齿，而没有当定子形成为具有一体的齿的单片结构时所强加的空间限制，狭槽填充可以增加至约54%或更多。

优选地，在将定子齿300安装至定子护铁200之前，粘合剂施加至定子齿300和/或突起210的一个或多个表面，它们在定子齿300安装至突起210时抵接。粘合剂应用至定子齿300和/或突起210的一个或多个表面有助于在应用灌封材料前将定子齿固定至定子护铁，如下所述。另外，将粘合剂施加至定子齿300和/或突起210的一个或多个表面还有助于使得定子齿300的微运动以及齿300相对于定子护铁200的局部振动最小化。为了帮助定子齿300和定子护铁200之间的热传导，粘合剂优选地选择以具有良好的热传导性。粘合剂还可以帮助将定子齿300与突起210电气绝缘，从而帮助最小化定子齿300和定子护铁200之间的涡流。

为了将定子齿300安装至定子护铁200，定子齿300径向地按压在形成在定子护铁200上的相应突起210上，以及材料被插在形成于凹槽壁部310和突起210的相邻表面上的通道220、330之间。优选地，材料是液体，其被布置为一旦材料被插入形成于凹槽壁部310和突起210的相邻表面上的通道220、330之间时硬化例如作为硬化工艺的部件，诸如聚合物材料，其被布置为通过由化学添加剂、紫外线辐射、电子束或热量引起的聚合物链的交联而硬化。合适材料的其他示例包括聚氨酯灌封材料、或硅灌封材料。

合适材料的一个示例将是环氧聚合物材料，其中树脂和固化剂（或称作硬化剂）的比例/重量在材料被插入形成于凹槽壁部310和突起210的相邻表面上的通道220、330之间以前被选择并混合在一起。然后，混合的复合物被插入在形成于凹槽壁部310和突起210的相邻表面上的通道220、330之间。为了改善材料流动进入形成于凹槽壁部310和突起210之间的通道220、330，可以进行材料和/或定子组件的加热。

一旦材料已经硬化，硬化材料用作固定销490，其将定子齿300锁定至定子护铁200，其中硬化材料的增加的切变强度抑制了定子齿300相对于定子护铁200的径向运动。如图4所示，硬化材料延伸进入形成在突起210上的通道220和形成在凹槽壁部310上的通道330中，从而通过用作联锁元件的硬化材料阻止了定子齿300从突起移除。

虽然优选实施方式使用液体，其被布置为硬化作为硬化工艺的部件，作为固定销490用于将定子齿300联锁至定子护铁200，但还可以使用其他材料，例如固体元件，它们被插入在形成于凹槽壁部310和突起210的相邻表面上的通道220、330之间。

然而，使用在插入至形成于突起210和凹槽壁部310上的通道中后才硬化的液体具有如下优势，即在安装有线圈绕组的定子齿被安装在突起上之后，允许固定元件相对容易地注射至通道中。

图5示出了用于帮助线圈绕组和定子齿300之间的电气绝缘的其他优选特征，使用包覆成型利用绝缘材料500封装定子齿300（即，定子齿被包覆成型）。优选地，绝缘材料400是具有良好热传导性、高温变形性、以及良好介电强度的塑料，例如液晶聚合物。优选地，包覆成型材料被选择为具有良好的热传导属性，从而有助于线圈绕组和定子齿300之间的热传导。优选地，包覆成型工艺将包括帮助线圈绕组固定在定子齿上的特征，例如形成在包覆成型底部的脊。

如图5所示，为了便于将材料插入在形成于凹槽壁部310和突起210的相邻表面上的通道220、330之间，间隙410形成在齿300的两个端部侧面上的注射成型塑料层400中，其中注射成型塑料层400中的间隙410从齿300的底部向凹槽的顶部延伸。注射成型塑料层400从齿300的底部向上延伸至横向延伸定子顶端的顶部。

在齿300的端部侧面上的注射成型塑料层400中形成间隙具有额外优势，即当将注射成型塑料层400施加至齿300上时，最小化了齿的两个壁部310上的向内压力。这消除了置于两个壁部310之间的用于阻止定子齿壁部310在注射成型工艺期间弯曲的结构支撑件的需求。如图5所示，优选地，齿300的端部侧面上的注射成型塑料层400中的间隙410延伸至齿凹槽的顶部。

如图5所示，围绕定子齿300的两个侧面形成的注射成型塑料层400包括纵向脊以便于围绕齿300缠绕线圈绕组，以及增加注射成型塑料层400和线圈绕组之间的接触面积，以改进线圈绕组和注射成型塑料层400之间热传导。

为了帮助线圈绕组和定子齿300在定子齿300的端部处的电气绝缘，电气绝缘元件420在线圈绕组应用至定子齿300之前放置在形成在注射成型塑料层400中的间隙410中。电气绝缘元件420被布置为将齿300的端部与围绕齿300缠绕的线圈绕组电气绝缘。

尽管优选实施方式使用置于形成在注射成型塑料层400的相对侧面上的两个间隙410中的两个绝缘元件420，但注射成型塑料层400可以与形成在齿300的一个端部侧面的注射成型塑料层400中的单个间隙410一起使用，以及单个绝缘元件420用于提供齿300的端部处的绝缘。

优选地，两个绝缘元件420具有锁结特征，其被布置为匹配注射成型塑料层400中形成的对应特征，用于促进两个绝缘元件420在形成于注射成型塑料层400中的相应间隙410中的正确定位。针对该实施方式的目的，延伸唇430形成在定子齿300一端的注射成型塑料层400的顶部，其中对应的凹槽440形成在相关绝缘元件420中。在定子齿300的另一端上，锁结元件450形成在注射成型塑料层400的边缘上从定子齿300的底部往上三分之二处，其中相应的凹槽460形成在相关绝缘元件420中。然而，可使用任何形式的锁结特征。

优选地，至少一个绝缘元件420具有形成在绝缘元件420内表面上的通道480，用于当绝缘元件420置于形成在注射成型塑料层400中的间隙中以及相关齿300已经安装至定子护铁200时，允许在形成于凹槽壁部310和突起210的相邻表面上的通道220、330之间引导例如灌封材料或粘合材料的材料。

通过使通道480形成在绝缘元件420的内表面上，可以在定子齿300安装至定子护铁后，使得材料向上穿过该通道以及在形成于凹槽壁部310和突起210的相邻表面上的通道220、330之间应用至定子齿凹槽和定子护铁的表面，其中如上所述使用灌封材料将定子齿300固定至定子护铁200。

如上所述，为了有助于定子齿300和定子护铁200之间的热传导，优选地选择具有良好热传导性的粘合/灌封材料。粘合/灌封材料还可以帮助将定子齿300与突起210电气绝缘，从而帮助最小化定子齿300和定子护铁200之间的涡流。

优选地，至少一个绝缘元件420包括至少一个引导特征470，用于辅助线圈绕组的一部分的路由。第一引导元件470设置在绝缘元件420的顶部，用于路由至/从定子齿300的线圈绕组，其中两个引导元件470设置在绝缘元件420的底部，用于在定子齿300之间路由线圈绕组。

优选地，注射成型塑料层400以及第一和/或第二绝缘元件420由不同材料制成。

优选地，选择具有良好热传导性质的包覆成型材料，从而辅助线圈绕组和定子齿300之间的热传导。然而，针对其最佳热传导性质选择的包覆成型材料可能不会提供线圈绕组的引导/路由部分所需的最佳机械强度需求。因此，通过使得绝缘元件420位于不形成注射成型塑料层400部件的定子齿300的端部侧面上，可以基于不同优先级选择用于绝缘元件420和注射成型塑料层400的不同材料。例如，用于绝缘元件420的材料可以选择具有最佳强度，而用于注射成型塑料层400的材料可选择以具有最佳热传导性。这样，注射成型塑料层400可具有相比绝缘元件420更高的热传导性，而绝缘元件420具有比注射成型塑料层400大的机械强度。合适的注射成型塑料层的实例是

热传导液晶聚合物。用于绝缘元件的合适材料的实例是尼龙PA66。

优选地，齿300的至少个一侧面包括其上形成注射成型塑料层的固定特征610，以防止注射成型塑料层400从齿300的侧面剥离。

一旦定子齿300已经被包覆成型，并且绝缘元件420已经置于形成在包覆成型端部侧面中的间隙410中，则将线圈绕组施加至定子齿300。然后将定子齿300放置在突起210上，以及材料穿过绝缘元件通道被施加至形成于凹槽壁部310和突起210的相邻表面上的通道220、330中，用于将定子齿300固定至定子护铁200。

针对该实施方式的目的，完全组装的定子包括72个定子齿，然而可以使用任意数量的齿，优选地数量在50和100之间。

应该理解的是，虽然如图所示并且基本如所述那样的本发明涉及一种转子围绕定子并绕其旋转的布置，但定子围绕转子也完全位于本发明的范围内，其中缠绕的齿径向向内朝向定子的中心突起而不是径向向外突起。

同样，虽然关于用于电动机的定子描述了本发明，但本发明可等效地应用于发电机的元件。

尽管实现本发明的定子可以是任意尺寸，但优选的尺寸将取决于电动机或发电机的期望尺寸。例如，对于具有18”直径的电动机，定子的外半径可以是191mm左右（即，该定子直径是382mm）。对于20”直径的马达，定子的外半径可以是424mm左右，以及对于14’’直径的马达，定子的外半径可以是339mm左右.

根据上述实施方式构造的定子在用于电动车辆的电动机中发现特别的用途。特别地，本发明的各实施方式可结合至路上电动车辆中，以及更加特别地具有一个或多个轮内电动机的电动车辆中。

Claims (19)

1.一种用于电动机或发电机的定子或转子，包括：具有突起的环形支撑件；被布置为容纳线圈绕组的齿，其中所述齿包括凹槽，所述环形支撑件的突起被容纳在所述凹槽中，其中当所述突起被容纳在所述凹槽中时，所述突起和所述齿中的凹槽被布置为具有形成在所述凹槽和所述突起的相邻表面上的空腔或通道，以及一材料被置于形成在所述凹槽和所述突起的相邻表面上的空腔或通道之间以用于将所述齿固定至所述支撑件。

2.根据权利要求1所述的定子或转子，其中所述环形支撑件包括多个突起，每个突起被容纳在齿的凹槽中，其中每个突起和容纳该突起的凹槽被布置为具有形成在所述凹槽和所述突起的相邻表面上的空腔或通道，其中所述材料被置于形成在相应凹槽和突起的相邻表面上的空腔或通道之间以用于将多个齿固定至所述支撑件。

3.根据权利要求1或2所述的定子或转子，其中所述材料是固化聚合物、聚氨酯灌封材料、或硅灌封材料。

4.根据权利要求3所述的定子或转子，其中所述固化聚合物是环氧树脂。

5.根据前述权利要求中任一项所述的定子或转子，其中形成在所述凹槽和所述突起的相邻表面上的空腔或通道相对于所述环形支撑件处于基本相同的径向位置。

6.根据前述权利要求中任一项所述的定子或转子，其中所述突起和容纳该突起的凹槽被布置为具有形成在所述凹槽和所述突起的第一对相邻表面上的以及在所述凹槽和所述突起的第二对相邻表面上的空腔或通道。

7.根据权利要求6所述的定子或转子，其中所述第一对相邻表面和所述第二对相邻表面在所述突起和所述凹槽的相对侧上。

8.根据前述权利要求中任一项所述的定子或转子，其中所述材料被布置为在被置于形成在所述凹槽和所述突起的相邻表面上的空腔或通道之后硬化。

9.根据前述权利要求中任一项所述的定子或转子，其中所述突起在远离所述环形支撑件的径向方向上延伸。

10.根据前述权利要求中任一项所述的定子或转子，其中所述环形支撑件由一系列叠片结构形成。

11.根据前述权利要求中任一项所述的定子或转子，其中所述齿由一系列叠片结构形成。

12.根据前述权利要求中任一项所述的定子或转子，其中所述齿在容纳线圈绕组之前被包覆成型。

13.根据权利要求12所述的定子或转子，其中所述包覆成型层是形成在所述齿的多个侧面上的注射成型塑料层，其中第一间隙形成在所述齿的第一侧面上的注射成型塑料层中，第一绝缘元件被置于形成在所述注射成型塑料层中的第一间隙中，其中所述注射成型塑料层和所述第一绝缘元件被布置为将所述齿与所述线圈绕组电气绝缘。

14.根据权利要求13所述的定子或转子，其中所述第一绝缘元件具有形成在所述第一绝缘元件的表面上的通道，用于当所述第一绝缘元件被置于形成在所述注射成型塑料层中的第一间隙中时允许将所述材料引导至齿凹槽中。

15.根据前述权利要求中任一项所述的定子或转子，其中所述环形支撑件在所述突起的至少一侧上具有凹槽，在所述凹槽中安装所述齿的侧部元件以抑制所述齿的切向运动。

16.根据前述权利要求中任一项所述的定子或转子，其中所述突起和所述齿在远离所述环形支撑件的中心点的径向方向上从所述环形支撑件延伸。

17.根据权利要求1-15中任一项所述的定子或转子，其中所述突起和所述齿在朝向所述环形支撑件的中心点的径向方向上从所述环形支撑件延伸。

18.一种具有根据前述权利要求中任一项所述的定子或转子的电动机。

19.一种制造定子或转子的方法，包括：提供多个齿以及环形支撑件，其中每个齿包括凹槽并具有形成在所述凹槽的表面中的空腔或通道，所述环形支撑件具有围绕所述支撑件环形分布的多个突起，其中所述多个突起具有形成在所述突起的表面上的空腔或通道；将线圈绕组缠绕所述多个齿中的每一个，以及将形成在所述环形支撑件上的突起安装至相应齿的凹槽中，以使得形成在所述凹槽的表面中的空腔或通道以及形成在所述突起的表面上的空腔或通道处于相邻表面上；以及将材料置于形成在所述凹槽的相邻表面上的空腔或通道之间，其中所述材料被布置为在被置于形成在所述相邻表面上的空腔或通道之后硬化，从而将所述齿固定至所述支撑件。

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