CN107438939A - 轴向磁通电机制造方法 - Google Patents

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Abstract

我们描述了一种轴向磁通永磁电机的定子的制造方法，所述电机具有定子和转子，所述定子包括限定出腔室的定子壳体，所述腔室包括缠绕在各个定子线棒上且围绕所述电机的轴线沿圆周方向间隔布置的一组线圈，所述转子支撑一组永磁体并安装成围绕所述轴线旋转，并且其中所述转子和定子沿所述轴线间隔开以在二者之间限定出间隙，其中所述电机中的磁通大体沿轴向方向，所述方法包括：提供用于所述定子壳体的第一径向壁和第二径向壁；提供用于所述定子壳体的内侧壁和外侧壁；围绕所述一组线圈组装所述第一径向壁和第二径向壁以及所述内侧壁和外侧壁以形成定子组件，其中所述组装还包括：在所述侧壁与所述第一径向壁和第二径向壁中的一者或二者之间提供一个或多个可塌陷元件；以及将所述侧壁连接到所述第一径向壁和第二径向壁，其中所述连接包括通过控制所述一个或多个可塌陷元件的塌陷来控制所述第一径向壁和第二径向壁的间距和平行度中的一者或二者。

Description

轴向磁通电机制造方法
技术领域
本发明涉及轴向磁通永磁电机的定子的壳体的制造方法、通过该方法制造的壳体以及包括该壳体的电机。
背景技术
在本说明书中特别涉及轴向磁通永磁电机的制造方法。一种公知的用于连接塑料的制造技术为激光塑料焊接。该技术以前已经用于制造低技术批量生产的零件—例如US2008/0261065描述了该技术在压力传感器气密外壳制造中的应用。在该技术的某些实施中，例如JP2002/337236的摘要中所阐述的，待焊接的一个物品传输(IR)激光，另一个物品吸收激光，以使激光到达接合处。在焊接之前该接合处可以包括形成在一个或另一个物品上的筋。众所周知通过测量这种筋的塌陷来测量焊接的质量，如LPKF激光电子2011(LPKFLaser&Electronics 2011)“质量控制”(下载地址：http://www.laserplasticwelding.com/quality_control_impossibly_consistent.pdf)中所描述的。
轴向磁通永磁电机可以起到电动机或发电机的作用，或者兼具电动机和发电机的作用(在不同时间)。一般来说，这些具有围绕轴线布置的盘状或环状的转子和定子结构。通常所述定子包括每个都平行于所述轴线的一组线圈，所述转子支撑一组永磁体并安装在轴承上，从而能够由定子线圈产生的磁场驱动围绕所述轴线旋转。图1a显示了轴向磁通电机的大体结构配置，该电机具有一对转子R1，R2，分别位于定子S两侧，尽管简单结构可以省略其中一个转子。如图所示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的方向基本上沿轴向。
根据转子上南极和北极的布置，轴向磁通永磁电机具有各种不同的结构配置。图1b显示了Torus NS电机、Torus NN电机(该电机具有较厚的磁轭，因为NN极布置需要磁通流过磁轭的厚度)、以及YASA(无磁轭分段电枢)拓扑的基本结构配置。YASA拓扑的图示显示了通过两个线圈的横截面，横断面区域显示了围绕每个线圈的绕组。如所能理解的，定子磁轭实质上提供了重量和铁损，但是去除定子磁轭的缺点在于：a)定子结构强度(铁所提供的)损失，尽管有潜在的增加强度的需求，因为YASA拓扑(作为紧凑设计)会导致非常大的应力，b)热量从定子线圈排出的路径损失。为了解决这两个问题，即YASA设计的高转矩密度和大量热量的产生，定子壳体应当提供较大的强度和刚度以解决转矩需求，并且还应当限定出能够为电机提供冷却剂的腔室。从图1b还应当能够理解，为了有效运行(高磁阻气隙中损耗最小)，转子和定子之间的间隙应当尽可能小。
如果转子和定子之间的间隙非常小，那么定子壳体的尺寸要求非常严格的公差，特别是定子壳体的径向端壁之间的间距和平行度。当具有两个转子(分别位于定子的两侧)时公差要求更高，并且在下文描述的一些双转子设计中公差和对齐问题尤为突出。
通常希望改善轴向磁通永磁电机的性能。特别是希望能够可靠地制造具有非常小的转子定子间隙的轴向磁通永磁电机。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种轴向磁通永磁电机的定子的制造方法，该电机具有定子和转子，所述定子包括限定出腔室的定子壳体，所述腔室包括缠绕在各个定子线棒上且围绕所述电机的轴线沿圆周方向间隔布置的一组线圈，所述转子支撑一组永磁体并安装成围绕所述轴线旋转，并且其中所述转子和定子沿所述轴线间隔开以在二者之间限定出间隙，其中所述电机中的磁通大体沿轴向方向，所述方法包括：提供用于所述定子壳体的第一径向壁和第二径向壁；提供用于所述定子壳体的内侧壁和外侧壁，优选为大体圆筒状的壁；围绕所述一组线圈组装所述第一径向壁和第二径向壁以及所述内侧壁和外侧壁以形成定子组件，其中所述组装还包括：在所述侧壁与所述第一径向壁和第二径向壁中的一者或二者之间提供一个或多个可塌陷元件；以及将所述侧壁连接到所述第一径向壁和第二径向壁，其中所述连接包括通过控制所述一个或多个可塌陷元件的塌陷来控制所述第一径向壁和第二径向壁的间距和平行度中的一者或二者。
一般来说，所述方法的实施方式控制一个或每个径向(端)壁和(大体圆筒状的)侧壁之间的可塌陷元件的塌陷，以便能够非常精确地控制径向端壁的间距和平行度。
在一些实施方式中，通过利用一个或多个止挡件来实现一个或多个可塌陷元件的可控轴向塌陷。因此在实施方式中采用(激光)焊接的组装过程中，壳体的端壁可以在轴向压力下放置。特别地所述止挡件可以为内部止挡件，例如由安装在定子的各个端壁上的极片形成的自然的止挡件(该极片可以但并不一定必需包括极片靴，如下文所描述的)。
在实施方式中，可以通过将定子组件保持在夹具中来实现控制塌陷以实现目标端壁间距。所述夹具或其部件可以限定径向壁的间距和/或平行度；一个或多个可塌陷元件的使用在组件中提供了小程度的调整，因此可以非常精确地且重复地限定所述间距/平行度。这进而有利于减小电机中的转子定子间隙，因此提高了电机的效率。如果再次使用夹具，则可以采用一个或多个止挡件—例如所述夹具可以以如下方式构造，当夹具的一部分闭合或者相对于夹具的另一部分上的止挡件移动时目标间距/平行度自动实现。作为选择，径向壁的间距和/或平行度可以通过任何方便的方式(例如激光或换能器)进行测量，并且调整到所需公差范围内。通常，夹具可以用于在定子壳体的端壁之间施加控制距离，例如利用伺服电动机结合滚珠丝杠驱动器。
在该技术的一些优选实施方式中，定子壳体的径向(端)壁的间距和/或平行度的控制包括首先控制施加力，穿过端壁向内施加，然后控制端壁之间的距离。因此在一种方法中，施加大于临界力的力，以使一个或多个可塌陷元件(例如筋)塌陷，然后通过控制距离来控制端壁之间的间距，优选地使得一个或多个可塌陷元件不完全塌陷，以提供一定的公差，例如～50μιη。优选地，在每个端壁和内外圆筒壳体壁之间提供一个或多个可塌陷元件。
初始力可以施加直到待焊接部分达到(完全)接触，然后可以采用距离控制，优选地结合力监测。这种方法可以应用于依次焊接每个定子壳体端壁。
在另一相关方法中，当焊接第一端壁时可以施加力以使一个或多个可塌陷元件中的第一组基本上完全塌陷(虽然在实施方式中完全塌陷可能由于端壁缺乏平面度而无法实现，如下文所讨论的)。然后可以将第二端壁焊接到组件上，并且通过控制第二端壁和圆筒壁之间的一个或多个可塌陷元件中的第二组的塌陷度来控制所述间距/平行度。
在这里所描述的所述技术的一些优选实施方式中，端壁同时焊接到内侧壁和外侧壁。这样有利于制造端壁平行度良好的壳体，并且这能够通过(例如)高速激光焊接实现。
在一些实施方式中，径向壁和/或圆筒壁可以由金属制成，为了质量较轻优选铝。在此情况下，一个或多个可塌陷元件可以包括用于结合金属的粘合剂。但是更优选地，径向壁和圆筒壁包括聚合物，更特别是热塑性聚合物，尤其是高温热塑性聚合物或树脂。在本文中高温热塑性聚合物是指具有规定为大于150℃的连续使用温度(continuous servicetemperature，CST)的聚合物。这样的材料非常坚硬、可焊接且令人惊奇地是与注射成型相容(还有助于下文描述的原因)。适合的聚合物材料的示例包括PPS(聚苯硫醚)、PPA(苯丙醇胺)、PEEK(聚醚醚酮)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、以及PA(聚酰胺)。苯丙醇胺是特别优选的材料，例如杜邦(DuPontTM)的ZytelRTM。
当径向壁和/或圆筒壁包括聚合物时，一个或多个可塌陷元件可以包括位于圆筒壁和径向壁中的一者或二者上的一个或多个筋或者其它形成物。在一种优选实施方式中，圆筒壁和径向壁通过激光焊接连接。在此情况下，径向壁可以为(IR)激光可透射的，圆筒壁为(IR)能吸收激光的。在优选实施方式中，最终的定子壳体限定出封闭的腔室或空腔，冷却剂例如油可以在其中循环。可选择地，设置冷却剂入口和/或出口以利于冷却剂的外循环。
在一种优选方法中，用于定子壳体的径向壁通过将纤维增强树脂膜放置在注射成型机的模具中，并且利用热塑性聚合物在所述膜上注射成型一组加强特征来制造。热塑性聚合物当熔融时可与纤维增强树脂结合。在所述方法的实施方式中，如果存在加强特征(加强特征是优选的但并不是必要的)定子线棒可以在加强特征形成之前结合到膜，特别是通过加热定子线棒并将定子线棒按压到膜中。这有利于精确控制定子线棒的端部(靴部)和气隙之间的膜的厚度，因此更加有利于气隙的整体控制。在实施方式中，膜厚度可以小于1mm或小于0.5mm，气隙可以小于3mm、2mm或1mm。膜上的加强特征可以包括多个筋，例如“三脚架”的形式，优选地，膜上方的这些加强筋的高度为3mm或更大。
电机的优选实施方式包括两个转子，一个位于定子的任一侧。我们已描述的技术利于特定类型的双转子轴向磁通电机的制造，其中一个转子安装在另一转子上，这使得电机内要求特别高的公差。在轴向磁通电机的实施方式中，转子可以与定子设置有迷宫式密封。更特别地，在下文描述的一种实施方式中，密封形成在转子和定子的凸缘之间。该迷宫式密封可以包括位于转子/定子中的一个上的一个或多个凹槽，所述凹槽与转子/定子中的另一个上的一个或多个对应凸起接合(不接触)。这种密封的使用导致非常严格的公差约束，但是所描述的技术的实施方式使得能够使用这种密封。这在电机用于存在水(特别是雨)的室外时特别有用。
我们所描述的制造技术中径向(端)壁连接到大体圆筒状的侧壁。例如一对径向壁(一个位于每端)可以连接到(圆筒状的)侧壁，以在其间限定出环形空间。作为选择，一个径向壁可以连接到内侧壁和外侧壁，然后第二径向壁如之前所描述的利用一个或多个可塌陷元件连接到组件。
在又一方法中，定子壳体可以由一对壳盖提供，每个壳盖包括径向壁和至少一部分圆筒壁。例如每个壳盖可以包括径向壁和大约一半长度的圆筒壁。作为选择，一个壳盖可以包括径向壁和其中一个内圆筒壁(也就是内壁)，另一壳盖可以包括第二径向壁和另一圆筒壁(例如外壁)。本领域技术人员将能够认识到这些方法的变形都是可以的。
因此在相关方面本发明提供了一种轴向磁通永磁电机的定子的制造方法，所述电机具有定子和转子，所述定子包括限定出腔室的定子壳体，所述腔室包括缠绕在各个定子线棒上且围绕所述电机的轴线沿圆周方向间隔布置的一组线圈，所述转子支撑一组永磁体并安装成围绕所述轴线旋转，并且其中所述转子和定子沿所述轴线间隔开以在二者之间限定出间隙，其中所述电机中的磁通大体沿轴向方向，所述方法包括：提供第一定子壳盖和第二定子壳盖，所述第一定子壳盖和第二定子壳盖均包括用于所述定子壳体的径向壁和用于所述定子壳体的至少一部分侧壁；围绕所述一组线圈组装所述第一定子壳盖和第二定子壳盖以形成定子组件，其中所述第一定子壳盖和第二定子壳盖一起限定出包围所述一组线圈的环形腔室，并且其中所述组装还包括：在所述第一定子壳盖和第二定子壳盖之间提供一个或多个可塌陷元件；并连接所述第一定子壳盖和第二定子壳盖，其中所述连接包括：通过控制所述一个或多个可塌陷元件的塌陷来控制所述第一径向壁和第二径向壁的间距和平行度中的一者或二者。
本领域技术人员将能够认识到本发明之前所描述的方面的优选特征同样可以应用到这种基于壳盖的方法来制造定子壳体。
更一般地，本发明提供了一种轴向磁通永磁电机的定子的制造方法，所述电机具有定子和转子，所述定子包括限定出腔室的定子壳体，所述腔室包括缠绕在各个定子线棒上且围绕所述电机的轴线沿圆周方向间隔布置的一组线圈，所述转子支撑一组永磁体并安装成围绕所述轴线旋转，并且其中所述转子和定子沿所述轴线间隔开以在二者之间限定出间隙，其中所述电机中的磁通大体沿轴向方向，所述方法包括在壳体的制造过程中(特别是激光焊接过程中)控制所述定子壳体的一个或多个可塌陷元件的轴向压缩，以控制所述壳体的端壁之间的间距。
本领域技术人员将能够认识到本发明此方面的实施方式可以参照本发明的第一方面结合上文所描述的任何优选特征。
本发明还提供了一种轴向磁通永磁电机，所述电机具有定子和至少一个转子，所述定子具有限定出腔室的定子壳体，所述腔室包括缠绕在各个定子线棒上且围绕所述电机的轴线沿圆周方向间隔布置的一组线圈，所述至少一个转子支撑一组永磁体并安装成围绕所述轴线旋转，并且其中所述转子和定子沿所述轴线间隔开以在二者之间限定出间隙，其中所述电机中的磁通大体沿轴向方向；其中所述定子壳体还包括一个或多个塌陷元件；并且其中所述一个或多个塌陷元件包括塌陷聚合物形成物。
在所述方法和设备的实施方式中，所述电机可以为电动机或发电机。我们所描述的技术的优选实施方式用于无磁轭分段电枢电机，因为它们利于精确制造定子。这对于没有磁轭的情形，特别是当电机处于负载状态时特别重要。
附图说明
现在将参照附图仅通过示例对本发明的这些及其他方面进行进一步描述，其中：
图1a至图1c分别显示了双转子轴向磁通电机的大体结构配置、轴向磁通永磁电机的示例拓扑以及无磁轭分段电枢(YASA)电机的示意性侧视图；
图2显示了图1c中所示的YASA电机的立体图；
图3显示了YASA电机的定子和定子壳体的立体分解图；
图4显示了利用根据本发明实施方式的方法制造的杯形转子轴向磁通永磁电机的分解图；
图5a至图5d示意性地显示了根据本发明实施方式的轴向磁通永磁电机的定子壳体的制造方法；
图6a和图6b分别显示了根据本发明实施方式的定子壳体的环形径向壁的从上方看的视图和垂直截面图；以及
图7显示了用于本发明实施方式的夹具的示意图。
具体实施方式
首先参考选自PCT申请WO 2012/022974的图1c、图2和图3，图1c显示了无磁轭分段电枢电机10的示意图。
电机10包括定子12和两个转子14a，14b。定子12是围绕转子14a，14b的旋转轴线20沿周向间隔开的独立的定子线棒16的集合。每个线棒16各自具有轴线(未示出)，该轴线优选地但不是必要地平行于旋转轴线20布置。每个定子线棒的每端都设置有靴部(shoe)18a，18b，该靴部18a，18b用作限制线圈堆叠22的物理目的，线圈堆叠22优选为方形/矩形截面的绝缘线，以便能够实现较高的填充因子。线圈22连接到电路(未示出)，该电路(在电动机的情况下)给线圈通电，使得由流过线圈的电流产生的合成磁场的极数在相邻的定子线圈22中相反。
两个转子14a，14b带有永磁体24a，24b，永磁体24a，24b与位于二者之间的线圈22彼此面对(当定子线棒倾斜时(不像图中所示)永磁体也是同样的)。两个气隙26a，26b分别位于靴部和磁体对18a/24a，18b/24b之间。在电机中，线圈22被通电使其极性交替，以使线圈在不同的时间与不同的磁体对对齐，产生施加在转子和定子之间的扭矩。转子14a，14b通常连接在一起(例如通过轴，未示出)并一起围绕轴线20相对于定子12旋转。磁路30由两个相邻的定子线棒16和两个磁体对24a，24b提供，每个转子的背铁(back iron)32a，32b连接每个磁体24a，24b的背离各个线圈22的背面之间的磁通。定子线圈16被包围在壳体内，该壳体延伸穿过气隙26a，26b并且限定出供给冷却介质的腔室。
返回图3，其显示了定子12a，其中定子线圈位于塑料壳盖42a，42b之间。所述壳盖具有外部的圆筒形壁44、内部的圆筒形壁46、以及环状的径向布置壁48。在图3示例的现有技术中，径向壁48包括内袋50，以容纳定子线棒16的靴部18a，18b，并当定子12a的两个壳体42a，42b装配在一起时用于定位定子线圈组件16，22，18a，18b。定子壳体42a，42b限定出线圈22内部的空间52、围绕在线圈22外侧的外部的空间54、以及线圈之间的空间56。空间52，54，56相通限定出冷却腔室。尽管图3中未示出，但当装配起来时，定子壳体42a，42b具有端口，允许冷却介质(例如油)泵送到空间52，54，56内以在线圈周围循环对其进行冷却。
在电机中，我们描述的线圈铁芯可以与层间的绝缘体层压，该层间的绝缘体平行于所需的磁通方向。但是线圈铁芯也可以由涂覆有电绝缘材料的软铁颗粒形成并成型为所需形状(软磁复合材料-SMC)，通过绝缘基体结合在一起。一个示例的SMC可以包括玻璃结合的铁颗粒，玻璃结合且相互电绝缘的铁颗粒的薄层(通常<10μm)，留出一些残余孔隙度。靴部和定子线棒可以很方便地分别(例如)由SMC形成，随后进行组装。
现在参考图4，显示了无磁轭分段电枢(YASA)电机400的分解图，该YASA电机包括定子402和转子404a，404b。所述转子具有杯形设计，也就是说定子402被盛放在转子404内，转子404围绕定子的侧面延伸并超过定子。因此尽管电机实际上为双转子电机，但仅其中一个转子安装在定子内的轴承单元406上(图4中简化显示)，第二个转子通过螺栓408安装到第一个转子上。定子402和轴承单元406安装在隔板410上，隔板410又用于安装电机。转子404a分别在发电机/电动机的情况下提供驱动输入/输出(但为简单起见未在图4中示出)。
定子402具有壳体420，该壳体420包括第一和第二径向壁422，424以及大致圆筒状的内壁和外壁426，428，这些壁共同限定出腔室430，冷却剂在该腔室430内循环。所述壳体包围着一组定子线圈432，为简化起见，这些定子线圈的电连接未示出。所述线圈围绕极片(未示出)缠绕，这将在下文进一步描述。
转子404还具有安装有一组永磁体442的径向壁440以及第一圆周(侧)壁部分444，该第一圆周(侧)壁部分444连接到第二圆周(侧)壁部分446。第二圆周(侧)壁部分446支撑第二径向壁448和第二组永磁体450。定子隔板上的凸缘452a安装在径向壁448的内边缘上的对应凹槽452b内，从而在转子和定子之间限定迷宫式密封。
现在参考图5a，其示意性地显示了根据本发明实施方式的制造定子的方法。图中显示了定子组件500在包含电机的轴线X-X’的平面内的横截面，与图4中相类似的部件用类似的标记数字指示。因此定子组件的径向端壁422，424具有间隙，轮毂轴承单元位于该间隙处，内和外圆筒形侧壁426，428均分别在图的下半部和上半部出现。图中还包括安装在每个径向壁422,424上的定子极片432a，432b的示意简图。
每个圆筒形侧壁426，428的边缘分别设置有突起502，504，在图示的示例中突起逐渐变细成尖锐边缘。优选地，尽管不是必要地，所述突起完全围绕侧壁边缘的圆周延伸，因此当定子组装好后，侧壁和端壁限定出基本上密封的封闭腔室，冷却剂可以在该封闭腔室内循环。
为了制造定子，向端壁422，424施加压力，如箭头506所示意性表示的，并且激光照向突起502，504接触端壁的区域。这由激光束508示意性地表示。侧壁的塑料吸收激光束并在侧壁和端壁的接合处融化，从而形成焊接。
塑料的激光焊接技术是本领域技术人员所公知的。在图示的方法中，激光束通过端壁到侧壁，因此在此情况下优选地端壁一定程度上能够透射(IR)激光，并且端壁一定程度上能够吸收激光。但这并不是必要的，例如激光可以沿径向向内而不是沿轴向照射向接合处来进行焊接。如图所示，采用两个激光束，分别用于每个端壁的焊接，但是应当理解的是，作为选择，焊接也可以按顺序进行。在操作过程中，激光束508围绕端壁的圆周边缘移动以完成焊接。
在焊接过程中，压力506使得突起502塌陷，如在装配完成的组件510中所看到的。塌陷率部分取决于所施加的压力506，塌陷程度是可控制的。可能地，塌陷可以通过内极片432a，432b控制(更具体地，控制为停止)，但不是利用具有准确高度的极片，更优选的利用夹具或壳体作为终点止挡件。当端壁处于目标所需间距且彼此平行时所述极片几乎邻接；间隙可以通过粘合剂填充。在实施方式中，诸如这样的方法使得端壁的间距能够控制到超过(better than)100微米。这反过来能够精确地、可重复地控制定子和转子之间的间隙，这对于电机的整体效率有着重大贡献。
尽管图5a中所示的方法利用了夹具或可能的内部构件作为内止挡件，在其他方法中也可以在定子壳体和/或组件内特意设计一个或多个特征作为止挡件，用来控制元件502的塌陷。
在该方法的这些或其他实施方式中，定子组件可以在焊接之前水平地或垂直地支撑在夹具中。当采用垂直夹具时定子组件的端壁可以利用极片磁性地夹紧定位。采用这种方法，夹具可以设置有一个或多个止挡件以在焊接过程中控制端壁的间距，又以便获取目标期望间距。
在另外的方法中，特别是采用夹具的情况下，径向端壁之间的间距可以在一个或多个位置进行测量，例如通过激光或线性换能器，而且焊接(特别是压力)可以进行控制，直到在期望公差内获取壁的目标间距/平行度。因此本领域技术人员应当认识到在制造过程中使用一个或多个止挡件并不是必要的。
在实施方式中，侧壁可以由单塑料(聚合物)材料制成，但是如下文所进一步描述的，端壁优选地包括两种(或多种)不同的塑料。因此一些优选的端壁实施方式包括相对低熔点材料的薄壁，该薄壁(通过注塑成型)结合到高熔点材料(例如邻苯二酰胺基材料)的支撑框架或“三脚架”。在这种情况下侧壁426，428优选结合到支撑框架，而不是端壁本身。优选地，但不是必要的，在制造(焊接)壳体之前先将定子极片432a，432b结合到径向端壁，因为这样有利于内部构件的对齐。在实施方式中，连接到各个端壁的极片432a，432b可以彼此结合以提高结构的整体强度和刚度。
在该制造方法的一些优选实施方式中，塌陷元件(突起502)以及端壁的待焊接部分由相同的材料制成，优选邻苯二酰胺基材料，因为其非常坚硬。但是如果所采用的塑料与激光焊接相容，那么对于激光焊粘结的两个工件采用相同类型的塑料并不是必要的。建立合适的焊接参数是常规做法。通常采用红外(IR)波长大于800nm，并且优选使用固态激光器；光束可以是连续的或脉冲的。
一般来说塑料是相对透射红外线的；为制造塑料材料吸收剂，可以掺杂例如炭黑，例如大约0.5％w/w。实验证明在激光通过端壁支撑框架(三脚架)的情况下能够实现至少大约30％的透射；虽然框架稍稍发热但并未融化，除非热量从侧壁转移，此时两表面融化并混合在一起以形成良好的结合。
尽管所述材料被描述为“塑料”，但是它们一般不是纯塑料。在一些优选实施方式中，它们是填充有至少25％，通常大约35％的短玻璃纤维的玻璃。另外或者作为选择也可以采用碳纤维。还可以使用激光焊接以将(玻璃/碳纤维增强地)塑料连接到金属(例如不锈钢)，因此该技术的实施方式并不限于使用塑料端/侧壁。
图5a显示了优选的方法，其中采用激光焊接以可控制地使定子壳体的端壁和侧壁之间的接合处塌陷。但是该技术的实施方式也可以用于连接金属和金属，例如利用粘性珠(adhesive bead)作为塌陷元件。这样侧壁和端壁都可以由例如铝或钢制造。
图5b显示了替换方法，其中使用末端方形的突起520替代了图5a的尖的突起502，504。该示例图示的方法中突起仅设置在侧壁的一个边缘上，而不是侧壁的两个边缘。尽管如此优选沿圆筒侧壁的两个边缘设置可塌陷特征，因为这样可以提供更好的接合，并在装配尺寸上对初始变化提供更大的公差，这在之后能够通过组件的受控塌陷来进行补偿。
图5c显示了进一步的变形，其中可塌陷特征530设置在径向端壁上而非侧壁上。
图5d显示了又一种变形，其中在制造之前，壳体包括一对壳盖540，542，每个壳盖都包括壳体的径向端壁和部分内外侧壁。其中一个壳盖设置有如之前所描述的一个或多个可塌陷特征546。
现在参考图6a，该图示意性地显示了从定子壳体的径向壁100上方看的视图，还显示了壳体的圆筒壁152。该径向壁包括热塑性材料的薄的增强膜，其上成型有一组径向和周向加强筋120，加强筋之间留出空腔115，以容纳极片的靴部。
图6b显示了壁的横截面，包括纤维增强热塑性材料的膜，该膜包括用热塑性树脂170浸渍的(平纹织物)增强纤维160，所述热塑性树脂170优选在高温下相对较强的“工程聚合物”，例如PPA或PEEK、或者实施方式中的PA6和/或PA66。形成径向壁100的过程包括将膜插入模具中并关闭模具，以形成径向和周向筋，优选至少3mm厚。这些可以利用与薄热塑性膜的热塑性聚合物相容的热塑性聚合物形成，在注射成型过程中筋紧密结合到膜。在模制过程中模具可以简单地松开并重新夹紧，以允许膜扩张成更平的表面。
为了连接定子极片180，将其加热并按压到薄膜110内，增强件(玻璃纤维)作为止挡件。在生产过程中极片/靴部最初可以结合到膜，利用模板将其保持在适当位置上，通过感应加热SMC。在优选的方法中，定子线棒的一部分包括极片和靴部，另一部分当组装电动机时在线圈已经定位在极片上方之后另一端的靴部紧靠极片，而不是从中间分开定子线棒。整个箱体结构当组装时非常牢固，部分原因是因为有一个非常大的表面积将靴部结合到膜。
在薄膜110中相对少量的热塑性聚合物170足以形成与SMC极片的特别牢固的结合。但是该结合会从膜上去除树脂，留下纤维。因此，作为选择，可以包括附加热塑性聚合物膜175。该附加膜175可以具有～0.25mm的厚度，并且当极片180加热并按压到薄膜175和110中时为基板180和110以及闪光(flashing)176的任何不均匀提供空间填充。这种闪光能够帮助极靴增强接合并且还填充筋120和极靴185之间的公差间隙。
该技术利于精确控制定子线棒的端部(靴部)和空气间隙之间的膜的厚度。另外所得到的结构具有非常薄的径向壁，油的完整性，在组装过程中将极片保持在其正确的相对位置的实用功能在结构被完全组装时提供了很大的强度。如之前在WO2012/022974中所描述的，其中采用壳盖式方法，定子线棒/极片可以在一些点沿其长度分开，从而一个靴部/定子线棒能够在壳盖和定子线棒连接之前连接到每个壳盖。作为选择，定子线棒可以组装到一个壳盖上，然后第二个连接到第一个并同时结合到定子线棒，避免为了更坚固的结构将定子线棒分开。
作为选择，加强特征或筋可以由多个薄层压紧并一起加热以互相结合而制成。优选地每个薄层为纤维增强的，使得织物基本上延伸穿过整个径向壁，即穿过膜及其加强件。作为选择，一个薄层与下一薄层的织物方向可以不同。
因此在一种示例方法中，根据本发明实施方式的轴向电机定子壳体的制造方法包括通过与增强膜一起注射成型框架或三脚架来形成定子壳体的径向壁。该(非常薄)膜将形成邻近极片的壁的这些部分。然后该方法可以包括将极片(带或不带靴部)结合到膜，优选地利用热和压力结合。该方法还可以包括形成用于定子壳体的内壁和外壁，将IR吸收材料(例如炭黑)融入其中。然后该方法包括将侧壁和端壁组装到定子壳体组件中，优选地利用极片/极靴的接合面上的粘合剂；以及将定子壳体的侧壁和端壁连接(优选焊接)到一起。优选在连接/焊接过程中施加力以控制定子壳体的一个或多个可塌陷元件的轴向压缩，从而控制定子的外壁的间距(和平行度)，优选地控制在预定制造公差范围内。然后可以通过组装转子靠近定子完成所述电机。定子的非常精确的且可重复的轴向长度利于电机的制造，其中在杯形转子结构中一个转子安装在另一个上。所描述的制造方法还利于在定子和转子之间使用迷宫式密封，否则该迷宫式密封很难实现。
现在参考图7，其显示了夹具700的示意图，夹具700可以用于此制造技术。所述夹具包括支撑702和轴向突起704，支撑702用于支撑定子端壁，轴向突起704用作轴向对齐定子端壁的对齐工具。突起704还承载内侧壁；外端壁可以(例如利用一个或多个基准特征)与该侧壁对齐。在实施方式中，内和外侧壁的一面或两面(边缘)限定出参考面，该参考面用于测量与端壁的距离或端壁之间的间距。
在焊接之前，下定子板组件(下壁)包括定子线棒、电机绕组以及位于一端的定子线棒靴部(另一端结合到上定子板/壁)。组件的端壁被夹紧以将组件保持在一起，如箭头706所示意性表示的。在实施方式中由于定子线棒具有相对较大的长度公差，所以优选地它们的长度稍微不足，粘合剂被施加到线棒的端部，以填充线棒端部和靴部之间的间隙，线棒最终将连接到靴部。优选使用相对较厚的粘合剂，以使其不会流动；所述粘合可以为感应固化型。
优选地，每个定子端壁(“板”)均具有围绕其内圆周边缘和外圆周边缘延伸的筋，以提供刚性。所述筋可以相对较低，例如～0.3mm。定子壁可以为平的，在平面度公差范围内，比方说0.2mm。因此当设置定子壁在夹具中的位置时可以允许额外的0.5mm。一般来说，当夹具用于控制定子壁的位置或壁之间的间距时，优选允许足够的公差来补偿定子端壁的平面度变化或平面度公差。这样，尽管结构中可能存在一些错位或缺少平面度，但是侧壁能够基本上彼此平行地对齐。
如图7所示，夹具的实施方式可以包括IR透明顶板708以及位于IR透明顶板和上定子壁/板之间的机械连接件710。这样，如箭头712所指示的夹紧力可以施加到组件。这样有助于力控制，直到端壁和侧壁之间实现充分接触，以及随后的距离控制(优选具有力监测)，以设定定子壁之间的间距。
在所述技术的实施方式中，内和外侧壁426，428同时以高速多路准同步焊接(quasi-simultaneous weld)进行焊接，由激光束714在箭头718指示的位置形成焊点716。在一种示例方法中，焊接上定子壁/板，然后将结构翻转过来同时夹紧，以焊接支撑定子线棒和线圈的下定子壁/板。上板和下板都可以采用上述相同的焊接控制过程。
毫无疑问，本领域技术人员能够想到许多其他有效的替换方法。应当理解本发明并不限于所描述的实施方式，而且还包括所附权利要求范围内的对于本领域技术人员来说显而易见的修改。

Claims (25)

1.一种轴向磁通永磁电机的定子的制造方法，所述电机具有定子和转子，所述定子包括限定出腔室的定子壳体，所述腔室包括缠绕在各个定子线棒上且围绕所述电机的轴线沿圆周方向间隔布置的一组线圈，所述转子支撑一组永磁体并安装成围绕所述轴线旋转，并且其中所述转子和定子沿所述轴线间隔开以在二者之间限定出间隙，其中所述电机中的磁通大体沿轴向方向，所述方法包括：
提供用于所述定子壳体的第一径向壁和第二径向壁；
提供用于所述定子壳体的内侧壁和外侧壁；
围绕所述一组线圈组装所述第一径向壁和第二径向壁以及所述内侧壁和外侧壁以形成定子组件，其中所述组装还包括：
在所述侧壁与所述第一径向壁和第二径向壁中的一者或二者之间提供一个或多个可塌陷元件；以及
将所述侧壁连接到所述第一径向壁和第二径向壁，其中所述连接包括
通过控制所述一个或多个可塌陷元件的塌陷来控制所述第一径向壁和第二径向壁的间距和平行度中的一者或二者。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述径向壁和所述侧壁中的一者或二者包括聚合物，并且其中所述可塌陷元件包括位于所述径向壁和/或所述侧壁上的聚合物形成物。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述连接包括将所述径向壁激光焊接到所述侧壁。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，所述径向壁和所述侧壁中的一者或二者包括热塑性聚合物、高温热塑性聚合物或PPA。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述可塌陷元件包括粘合剂，特别地，其中所述径向壁和所述侧壁中的一者或二者由金属制成。
6.一种轴向磁通永磁电机的定子的制造方法，所述电机具有定子和转子，所述定子包括限定出腔室的定子壳体，所述腔室包括缠绕在各个定子线棒上且围绕所述电机的轴线沿圆周方向间隔布置的一组线圈，所述转子支撑一组永磁体并安装成围绕所述轴线旋转，并且其中所述转子和定子沿所述轴线间隔开以在二者之间限定出间隙，其中所述电机中的磁通大体沿轴向方向，所述方法包括：
提供第一定子壳盖和第二定子壳盖，所述第一定子壳盖和第二定子壳盖均包括用于所述定子壳体的径向壁和用于所述定子壳体的至少一部分侧壁；
围绕所述一组线圈组装所述第一定子壳盖和第二定子壳盖以形成定子组件，其中所述第一定子壳盖和第二定子壳盖一起限定出包围所述一组线圈的环形腔室，并且其中所述组装还包括：
在所述第一定子壳盖和第二定子壳盖之间提供一个或多个可塌陷元件；以及
连接所述第一定子壳盖和第二定子壳盖，其中所述连接包括：
通过控制所述一个或多个可塌陷元件的塌陷来控制所述第一径向壁和第二径向壁的间距和平行度中的一者或二者。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述定子壳盖中的一者或二者包括聚合物，并且其中所述可塌陷元件包括位于所述定子壳盖中的一者或二者上的形成物。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述连接包括将所述定子壳盖彼此激光焊接。
9.根据权利要求6、7或8所述的方法，其中，所述定子壳盖中的一者或二者包括热塑性聚合物，特别是高温热塑性聚合物，优选为PPA。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述可塌陷元件包括粘合剂，特别地，其中所述定子壳盖中的一者或二者由金属制成。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，所述塌陷的所述控制包括使所述一个或多个可控制元件塌陷直到被一个或多个止挡件止挡。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括利用所述定子组件的一个或多个内部构件作为所述一个或多个止挡件。
13.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述塌陷的所述控制包括将所述定子组件安装在夹具上并利用所述夹具控制所述塌陷。
14.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述控制还包括测量所述第一径向壁和第二径向壁的所述间距和/或平行度。
15.根据前述任一权利要求所述的方法，还包括通过将树脂膜放置在注射成型机的模具中来制造所述第一径向壁和第二径向壁，以及利用当熔融时能够与所述膜的树脂结合的热塑性聚合物在所述膜上注射成型一组加强特征。
16.根据前述任一权利要求所述的方法，还包括通过下列步骤制造所述第一径向壁和第二径向壁：提供聚合物材料的膜；将所述一组定子线棒的至少端部或靴部按压到聚合物的所述膜中，同时所述聚合物为可模塑的，其中所述定子线棒的至少所述端部或靴部由多孔磁性材料形成；以及固化所述聚合物以将所述一组定子线棒的所述端部或靴部保持在其各自的位置；其中在所述按压过程中所述膜的所述聚合物与所述多孔磁性材料结合，以将所述一组定子线棒结合到所述聚合物。
17.一种轴向磁通永磁电机的制造方法，包括根据前述任一权利要求制造定子，然后利用所述定子制造所述轴向磁通永磁电机。
18.根据权利要求17所述的方法，包括制造具有两个所述转子的所述轴向磁通永磁电机，一个所述转子位于所述定子的任一侧，所述方法还包括将一个所述转子安装到另一个所述转子上。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其中，所述轴向磁通永磁电机为无磁轭分段电枢电机。
20.一种轴向磁通永磁电机，所述电机具有定子和至少一个转子，所述定子具有限定出腔室的定子壳体，所述腔室包括缠绕在各个定子线棒上且围绕所述电机的轴线沿圆周方向间隔布置的一组线圈，所述至少一个转子支撑一组永磁体并安装成围绕所述轴线旋转，并且其中所述转子和定子沿所述轴线间隔开以在二者之间限定出间隙，其中所述电机中的磁通大体沿轴向方向；其中所述定子壳体还包括一个或多个塌陷元件；并且其中所述一个或多个塌陷元件包括塌陷聚合物形成物。
21.根据权利要求20所述的轴向磁通永磁电机，其中，所述塌陷元件包括所述定子壳体的侧壁或端壁的轴向塌陷部分。
22.根据权利要求20或21所述的轴向磁通永磁电机，所述电机包括两个所述转子，每个所述转子支撑一组永磁体，其中所述转子和定子沿所述轴线间隔开以在二者之间限定出间隙，其中所述电机中的磁通大体沿轴向方向；其中所述转子布置成一个位于所述定子的任一侧，并且其中一个所述转子安装在另一个所述转子上。
23.根据权利要求20、21或22所述的电机，还包括位于所述定子和转子之间的迷宫式密封。
24.一种轴向磁通永磁电机的定子的制造方法，所述电机具有定子和转子，所述定子包括限定出腔室的定子壳体，所述腔室包括缠绕在各个定子线棒上且围绕所述电机的轴线沿圆周方向间隔布置的一组线圈，所述转子支撑一组永磁体并安装成围绕所述轴线旋转，并且其中所述转子和定子沿所述轴线间隔开以在二者之间限定出间隙，其中所述电机中的磁通大体沿轴向方向，所述方法包括在定子壳体的制造过程中特别是激光焊接过程中控制所述定子壳体的一个或多个可塌陷元件的轴向压缩，以控制所述定子壳体的端壁之间的间距。
25.一种轴向磁通永磁电机的制造方法，包括根据权利要求24制造定子，然后利用所述定子制造所述轴向磁通永磁电机。
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