CN108352766A - 用于组装电动机或发电机的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

组装电动机或发电机的方法，所述电动机或发电机具有安装在第二元件圆周安装表面的环状第一元件，所述方法包括，将加热线圈放置于所述环状第一元件的内环状表面内；向所述加热线圈施加电流，以将所述环状第一元件的内环状表面加热到使环状第一元件的内环状表面直径增大以允许所述环状第一元件安装在所述第二元件的圆周安装表面或该表面的外侧；以及将所述环形第一元件冷却以在所述环形第一元件和所述第二元件的圆周安装表面之间形成过盈配合。

Description

用于组装电动机或发电机的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于组装电动机或发电机的方法和装置，尤其是护铁在定子上或定子中的安装以及护铁在转子中或转子上的安装。
背景技术
电动机，尤其是轮内电动机，包含需要一起牢固连接或附连的许多组件。所述连接必须是牢固的，但存在进一步的考虑，因为电动机通常被精细地调整以达到最佳运行特性。例如，转子和定子之间的、产生磁场的距离应当理想地在围绕转子/定子上整体是一致的，其中转子和定子之间生成磁场。同时，电动机经常暴露于剧烈的震动，电动机必须能够在这些条件下进行令人满意的运行。
存在具有一定磁特性的电动机的组件。这些将被称为磁组件的组件可以包括定子的护铁或转子的护铁。主要为了这些组件的磁特性而选择这些组件的材料，尤其是为了具有低磁阻，例如选择电工钢。通常，为了抑制流过材料的磁通所引起的涡电流，这些组件通常使用许多堆叠在一起的叠片来制造。经常必要的是，将这种磁组件连到相应结构组件，所述结构构件的材料首要选择其展示出诸如结构刚性或良好的热导性的其他特性。例如，定子将通常包括具有用线圈绕组缠绕的一组齿的、护铁形式的磁组件。定子还可以包括诸如散热器的结构元件，该散热器也设置用于将热量传导离开定子齿。同样，转子将通常包括安装在护铁上的一组永磁体，所述护铁需要连接于转子外壳。
一个用于将电动机的磁组件和结构组件连接在一起的已知的解决方案涉及，通过在烤炉将其中一个组件加热到允许该组件能够安装在另一组件的圆周安装表面或表面外侧的温度，而在各自组件之间创造过盈配合，因此当被加热组件冷却时，该组件的直径在另一组件的圆周安装表面周围收缩。
然而，在烤炉中加热该组件的过程可能是耗时的，并且从烤炉中取出该元件的需要增加了制造过程的复杂性。
这种情况有待改善。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种根据所附技术方案的方法和装置。
所声明的本发明具有简化电动机或发电机制造过程的优势，同时还减少了组装电动机或发电机所需的时间。
附图说明
本发明现在将通过举例的方式参考下列附图进行说明，其中：
图1示出被组装电动机的分解图；
图2示出图1的电机的从另一角度观察的分解图；
图3示出根据本发明一种实施方式的转子的分解图；
图4示出了根据本发明一种实施方式的转子；
图5示出了根据本发明一种实施方式的转子组装装置；
图6示出根据本发明一种实施方式的定子的分解图；
图7示出了根据本发明一种实施方式的定子；
图8示出了根据本发明一种实施方式的定子组装装置；
图9示出了根据本发明一种实施方式的定子组装装置；
图10示出了根据本发明一种实施方式的定子组装装置；
图11示出了根据本发明一种实施方式的定子组装装置。
具体实施方式
本发明所描述的实施方式是，通过将环形的第一元件安装在第二元件的圆周安装表面或表面外侧来组装电动机或发电机的一种装置。对于外转子电动机构造来说，这种元件的例子包括将转子外壳安装在护铁上以及将护铁安装在例如定子散热器的定子支承件上。或者，对于内转子电动机构造来说，将护铁安装在转子外壳上以及将定子支承件安装在护铁上。
出于本实施方式的目的，被组装的电动机用于车辆的车轮中，但电动机可以位于车辆内的任何地方。所述电动机的类型设置为包括连到车辆的作为定子一部分的一组线圈，该线圈由用于连到车轮的护铁所承载的一组磁体的转子径向环绕。为免生疑问，本发明的各种方面同样适用于具有相同的装置的发电机的组装。因此，电动机的定义旨在包括发电机。正如由本领域技术人员所理解的，本发明适用于其他类型电动机的组装。
图1和2提供了优选电动机的分解图的图示，该优选电动机已经根据以下实施方式进行了组装。轮内电动机包括定子252，所述定子包括散热器253、定子护铁、两个控制装置400以及环形电容器，其中所述定子护铁安装在散热器253上，具有在定子齿形叠片上形成的多个线圈254以形成线圈绕组，所述两个控制装置400安装在散热器253上的所述定子的后部用于驱动线圈，所述环形电容器又称为直流链电容器(DC link capacitor)，安装在所述定子上的所述控制装置400内径内。定子盖256被安装在所述定子252的后部，包围所述控制装置400以形成所述定子252，所述定子252然后可以固定于车辆并在使用过程中不相对于车辆旋转。所述定子护铁优选由一系列圆周叠片形成，所述圆周叠片由具有高磁导率的材料制造，从而允许在护铁内部形成磁场以增加磁通量。用于护铁的材料示例包括铁或电工钢(又称为叠片钢、硅钢或变压器钢)。所述叠片一般通过将薄板材料冲压成所需形状而形成，该叠片一般具有大约0.35mm的厚度。优选地，在定子护铁组装后，定子齿形叠片或者形成为圆周叠片的部分或者安装到定子护铁上去。
转子240包括前部220以及形成盖的圆筒部221，所述转子240基本上围绕所述定子252。转子包括安装在圆筒部内表面的护铁，多个永磁体242安装在该护铁的内表面从而设置在该圆筒部221的内部周围。出于本实施例的目的，32个磁体对被安装在所述圆筒部221的内侧。然而，可以使用任何数量的磁体对。正如定子护铁那样，转子护铁优选由一系列圆周叠片形成，所述圆周叠片由具有高磁导率的例如电工钢的材料制造。
如图3和4所示，护铁110的内圆周包括从护铁110的轴向内表面和外表面延伸多个脊状物120，其中脊状物120在径向向内方向上突起。所述脊状物120充当安装在护铁110内圆周上的磁性件之间的间隔物，所述脊状物120也可用于辅助对齐安装在护铁110上的磁体。将一个磁体设置为可以安装在一对脊状物120之间并且相邻的磁体具有相交替的磁极。
优选地，定子散热器和转子壳体都由被选择由结构牢固但重量轻且抗腐蚀的铝或铝合金形成。然而，可以使用可替换的材料，例如钢或镁合金。
所述磁体设置为紧密靠近所述定子252上的线圈绕组，使得由线圈产生的磁场与设置在转子240的圆筒部221的内侧的磁体242相互作用，以使转子240旋转，利用相应的转子和定子护铁来完成电动机磁路。由于永磁体242被用于产生用于驱动电机的驱动转矩，永磁体通常被称为驱动磁体。
转子240通过轴承座223连接到定子252。轴承座223可以是将用于车辆中的标准轴承座，如将要安装该电动机组件的车辆中使用的那样。所述轴承座包括两个部分，固定于定子的第一部分和固定于转子的第二部分。所述轴承座被固定于定子252的壁的中心部253，并且被固定于转子240的壳壁的中心部225。因此转子240被可旋转地固定于所述车辆，随着所述车辆，所述转子240将通过位于转子240的中心部225上的轴承座223被使用。这种设置的优点在于，可以使用普通车轮螺栓将轮辋固定于所述转子的中心部从而牢固地固定在所述轴承座223的可旋转侧上，从而则使得轮辋和轮胎固定在转子240的中心部225。所述车轮螺栓本身可以贯穿转子的中心部225而穿入装配到轴承座本身中。随着转子240和车轮被装配于轴承座223，转子和车轮的旋转角之间存在一一对应的关系。
图2示出了图1所示电机的从相反侧观察的分解图。转子240包括外转子壁220和圆周壁221，所述转子护铁和磁体242环向设置于所述圆周壁221内。如前所述，定子252通过在转子壁和定子壁的中心部的轴承座连接于转子240。
在本实施例中，被组装的电动机包括四个线圈组，其中每个线圈组具有三个子线圈组，所述三个子线圈组以字母Y的结构耦接，以形成三相子电机，从而使得所述电机具有四个三相子电机。通过两个控制设备400之一控制相应子电机的运行。然而，虽然本实施例描述了具有四个线圈组(即四个子电机)的电动机，所述电机可以同样具有一个或多个带有相关联的控制装置的线圈组。在一个优选的实施例中，所述电机包括八个线圈组，其中每个线圈组具有三个子线圈组，所述三个子线圈组以字母Y的结构耦接以形成三相子电机，从而使得所述电机具有八个三相子电机。类似地，每个线圈组可具有任何数量的子线圈组，从而使每个子电机具有两相或更多相。
现在将描述在转子的圆筒部内安装转子护铁以产生过盈配合的实施方式，其中图3示出了在组装之前的转子护铁110和转子外壳，并且图4示出了组装之后的转子护铁110和转子外壳。
护铁110的外径向表面设置为，当护铁110和转子外壳都在同一温度下时，具有与转子外壳的圆筒部221的内表面相同或比其略小的直径，这阻止了护铁110在两个物体处于同一温度下时装配于转子外壳的圆筒部221的内部。
当产生过盈配合时，有必要加热其中一个组件以引起膨胀。该组件被加热到的温度取决于许多因素，包括生成间隙所需的膨胀程度、材料的热膨胀系数和材料可以加热的安全温度。
以下实施方式描述了用于加热转子外壳的装置，这导致了转子外壳的圆柱部211的内表面直径的增大，由此允许护铁110装配于转子外壳的圆柱部内部，并且允许转子外壳和护铁110的后续组装。
图5示出了用于组装转子外壳和转子护铁的加热和安装装置，该装置包括环形感应线圈、第一安装站510和第二安装站520，所述环形感应线圈具有设置为能够装配于转子外壳圆筒部内表面内部的直径，所述转子护铁110安装在所述第一安装站510，所述转子外壳连接于所述第二安装站520。
在将转子护铁110组装到转子外壳之前，确定转子护铁110的轴向高度以允许转子护铁110的轴向位置置于转子外壳的圆筒部221内的预定位置处。任何合适的机构可以用于确定该轴向高度。
如图5所示，转子护铁110置于第一安装站510上，其中将所述第一安装站510维持在固定位置。为了简化并加快组装过程，感应线圈500被定位为邻接转子护铁110并置于与转子护铁110类似的定向上。
所述第二安装站520连接于机器人手臂，所述转子外壳的前部220连接于所述第二安装站520的底部。可以使用将转子外壳连接到第二安装站520的任意合适的机构，例如使用车轮轴承紧固件。机器人手臂能够在竖直和水平两个方向上移动。
为了加热所述转子外壳的圆筒部221，所述机器人手臂被配置为将转子外壳置于所述感应线圈500的外侧，以使得转子外壳的圆筒部221基本上围绕所述感应线圈500。在这种构造中，感应线圈500的外轴表面与所述转子外壳的圆筒部221靠得很近。
通过将所述感应线圈500置于所述转子外壳的圆筒部221内部，使热量聚焦于该区域中，从而减少了转子外壳的圆筒部221的直径在尺寸上充分增大所需的时间，以允许转子护铁110装配在所述转子外壳的圆筒部221之内，并且也相应需要更少的能量。
向感应线圈500施加电流以使转子的圆筒部221的内表面发热，而所述转子护铁110则维持在室温或接近室温。在本实施方式内，所述感应线圈充当为加热线圈，相应地可以使用任何形式的可安装于转子内的加热线圈以允许所述转子的圆筒部221的内表面发热。或者，转子可以包含容许电传导的材料，其中将感应线圈设置为通过在转子内部生成涡电流在所述转子内生成热量。
通常地，转子外壳的圆筒部221的内表面可能需要被加热到100℃到200℃之间，但优选加热到180℃，通过例如红外测温仪的温度传感器以确定转子外壳的圆筒部221的内表面何时处于所需温度。
当所述转子外壳的圆筒部221的内表面已到达所述温度时，所述机器人臂提升连接着转子外壳的第二安装站520并将转子外壳移动到所述转子护铁110上方，使得所述转子外壳和转子护铁110轴向对齐。所述机器人手臂然后在转子护铁110周围降低转子外壳，以使得转子外壳的圆筒部221基本围绕转子护铁110，其中根据转子护铁110的轴向高度，将所述转子护铁110定位在转子外壳的圆筒部221内的轴向预定位置。这确保了转子护铁110的前边缘的位置位于转子外壳的圆筒部221内的预定位置处。
为了产生过盈配合所需的收缩，可以使转子外壳冷却至室温，或者可以使用主动式冷却。
现在将描述在定子散热器253的圆周安装表面620周围安装定子护铁610以产生过盈配合的实施方式，其中图6示出了在组装之前的定子护铁610和定子散热器253，并且图7示出了组装之后的定子护铁610和定子散热器253。如图6和7所示，所述定子护铁610包括外圆周表面上的定子齿，线圈绕组254安装在定子齿上。
定子护铁610的内径向表面设置为，当定子护铁610和定子散热器253都在同一温度下时，具有与定子散热器253的圆周安装表面620相同或比其略小的直径，这阻止了定子护铁610在两个物体处于同一温度下时在定子散热器253的圆周安装表面620周围安装。
当产生过盈配合时，有必要加热其中一个组件以引起膨胀。该组件被加热到的温度取决于许多因素，包括生成间隙所需的膨胀程度、材料的热膨胀系数和材料加热的安全温度。
以下实施方式描述了用于加热定子护铁610的装置，这导致了定子护铁610的内表面直径的增大，由此允许护铁610装配在定子散热器253的圆周安装表面620周围，以及允许定子散热器253和定子护铁610的后续组装。
图8示出了用于组装定子散热器253和定子护铁610的加热和安装装置，包括圆形感应线圈810、第一安装站830、第二安装站840以及第三安装站850，如图9所示，所述圆形感应线圈810具有设置为能够装配于定子护铁610的内表面的直径，所述定子护铁610安装在所述第一安装站830，所述定子散热器253安装于所述第二安装站840，并且如下所述，当定子护铁610安装到定子散热器253上时所述定子散热器253连接于所述第三安装站850。
为了本实施方式的目的，所述第一安装站830和第二安装站840配置为在水平和竖直两个方向上移动，而将圆形感应线圈810和第三安装站850维持在固定位置。
在将定子护铁610组装到定子散热器253之前，确定定子护铁610的轴向高度以允许定子护铁610的轴向位置置于定子散热器253的圆周安装表面620上的预定位置处。任何合适的机构可以用于确定该轴向高度。例如，在一种实施方式中，对于放置在第一安装站830上并定位在第三安装站850之下的定子护铁610，将第一安装站830提升直到该定子护铁610的上部轴边缘开始接触第三安装站850上的一个或更多接触点1010，如图10所示。使用与第三安装站850和第一安装站830的位置相关的高度信息，确定定子护铁610的轴向高度。
对于放置在第一安装站830上的定子护铁610和放置在第二安装站840上的定子散热器253，第一安装站830和第二安装站840分别被定位在感应线圈810和第三安装站850之下，如图8所示。
通过提升第一安装站830而加热定子护铁610的内表面，以便定子护铁610的内部圆周部基本围绕所述感应线圈810。在这种构造中，感应线圈810的外轴表面与所述定子护铁610的内部圆周部的内表面靠得很近。
通过将所述感应线圈810置于所述定子护铁610的圆柱部内，使感应线圈810所生成的热量聚焦于该区域中，从而减少了定子护体610的圆柱部的直径在尺寸上充分增大所需的时间，以允许定子护铁610装配在所述定子散热器253的圆柱安装表面或该表面外侧，并且也相应需要更少的能量。
向感应线圈810施加电流以使定子护铁610的圆筒部的内表面发热，而所述定子散热器253则维持在室温或接近室温。
通常地，定子护体610的圆筒部的内表面可能需要被加热到100℃到200之间，但优选加热到180℃，通过例如红外测温仪的温度传感器以确定定子护体610的圆筒部的内表面何时处于所需温度。
当定子护体610的圆筒部的内表面正在被加热时，第二安装站840向上移动以使定子散热器253与第三安装站850接触。当所述第二安装站840已经被提升到预定高度时，所述第三安装站850将其自身自动地连接至定子散热器253。
当定子护体610的圆筒部的内表面已经到达所需温度时，第一安装站830降低定子护铁610并水平移动到定子散热器253下面，使得定子散热器253和定子护铁610轴向对齐，如图11所示。然后第一安装站830将定子护铁610提升到定子散热器253的圆周安装表面620的外侧，以使得定子护体610的圆筒部的内表面基本围绕定子散热器253的圆周安装表面620。根据定子护铁610的轴向高度，将定子护铁610定位在定子散热器253的圆柱安装表面620上的轴向预定位置。这确保了定子护铁610的前轴边缘的位置位于定子散热器253的圆柱安装表面620的预定位置。
为了产生过盈配合所需的收缩，可以使定子护铁610冷却至室温，或者可以使用主动式冷却。在具有容差的情况下，优选地，定子护铁610和定子散热器253之间存在过盈(即恒定接触)。作为说明，优选地，定子散热器253的外直径和定子护铁610的内直径之间的差将在0.070mm到0.176mm之间的范围，其中通常该过盈提供1933Nm的平均滑移(破坏)扭矩。
对于定子散热器253和定子护铁610，过盈配合将优选发生0.013到0.213mm的过盈配合(也就是，定子护铁610的内直径和定子散热器253的圆周安装表面的外直径之间的差)，其将提供1290Nm的平均滑移(破坏)扭矩。
尽管本实施方式描述了组装外转子电动机构造的方法，该方法同样可适用于内转子电动机构造，其中第一护铁安装在内转子的外侧并且第二护铁安装在环形外定子的内部。

Claims (26)

1.组装电动机或发电机的方法，所述电动机或发电机具有安装在第二元件圆周安装表面的环状第一元件，所述方法包括，将加热线圈放置于所述环状第一元件的内环状表面内；向所述加热线圈施加电流，以将所述环状第一元件的内环状表面加热到使环状第一元件的内环状表面直径增大以允许所述环状第一元件安装在所述第二元件的圆周安装表面或该表面的外侧的温度；将所述环状第一元件安装在所述第二元件的圆周安装表面或该表面的外侧；以及将所述环形第一元件冷却以在所述环形第一元件和所述第二元件的圆周安装表面之间形成过盈配合。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述加热线圈为感应线圈。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述环状第一元件为护铁而所述第二元件为定子支承元件。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述环状第一元件为转子而所述第二元件为护铁。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述环状第一元件为护铁而所述第二元件为转子。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述护铁设置为收纳转子磁铁。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述环状第一元件为定子支承元件而所述第二元件为护铁。
8.根据权利要求3或7所述的方法，其中，所述护铁包括定子齿或设置为容纳定子齿。
9.根据权利要求3至8任一项所述的方法，其中，所述护铁由电工钢形成，其中，所述护铁设置为形成电动机或发电机内部磁路的一部分。
10.根据权利要求3至9任一项所述的方法，其中，所述护铁包括电工钢的多个圆周叠片。
11.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中，当所述环状第一元件和所述第二元件处于同一温度时，所述内环状表面的直径等于或小于所述第二元件的圆周安装表面的直径。
12.根据前述权利要求任一项所述的方法，进一步包括，测量所述环状第一元件的轴向高度，其中，将所述环状第一元件安装在所述第二元件的圆周安装表面或其外侧涉及到根据所述环形第一元件的轴向高度来将所述环状第一元件轴向定位在所述圆周安装表面上。
13.根据前述权利要求任一项所述的方法，进一步包括，在预定径向位置将所述环形第一元件安装在所述第二元件的圆周安装表面，以允许安装在所述环形第一元件的线圈绕组电耦合至安装在所述第二元件的控制装置。
14.组装电动机或发电机的装置，所述电动机或发电机具有安装在第二元件圆周安装表面的环状第一元件，所述装置包括，用于将加热线圈放置于所述环状第一元件的内环状表面内的机构；用于向所述加热线圈施加电流以将所述环状第一元件的内环状表面加热到使环状第一元件的内环状表面直径增大以允许所述环状第一元件安装在所述第二元件的圆周安装表面或该表面的外侧的温度的机构；用于将所述环状第一元件安装在所述第二元件的圆周安装表面或该表面的外侧的机构；以及用于将所述环形第一元件冷却以在所述环形第一元件和所述第二元件的圆周安装表面之间形成过盈配合的机构。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述加热线圈为感应线圈。
16.根据权利要求14或15所述的装置，其中，所述环状第一元件为护铁而所述第二元件为定子支承元件。
17.根据权利要求14或15所述的装置，其中，所述环状第一元件为转子而所述第二元件为护铁。
18.根据权利要求14或15所述的装置，其中，所述环状第一元件为护铁而所述第二元件为转子。
19.根据权利要求17或18所述的装置，其中，所述护铁设置为容纳转子磁铁。
20.根据权利要求14或15所述的装置，其中，所述环状第一元件为定子支承元件而所述第二元件为护铁。
21.根据权利要求16或20所述的装置，其中，所述护铁包括定子齿或设置为容纳定子齿。
22.根据权利要求16至21任一项所述的装置，其中，所述护铁由电工钢形成，其中，所述护铁设置为形成电动机或发电机内部磁路的一部分。
23.根据权利要求16至22任一项所述的装置，其中，所述护铁包括电工钢的多个圆周叠片。
24.根据权利要求14至23任一项所述的装置，其中，当所述环状第一元件和所述第二元件处于同一温度时，所述内环状表面的直径小于所述第二元件的圆周安装表面的直径。
25.根据权利要求14至24任一项所述的装置，进一步包括，用于测量所述环状第一元件的轴向高度的机构，其中，将所述环状第一元件安装在所述第二元件的圆周安装表面或其外侧涉及到根据所述环形第一元件的轴向高度来将所述环状第一元件的轴向定位在所述圆周安装表面上。
26.根据权利要求14至25任一项所述的装置，进一步包括，用于在预定径向位置将所述环形第一元件安装在所述第二元件的圆周安装表面的机构，以允许安装在所述环形第一元件的线圈绕组电耦合至安装在所述第二元件的控制装置。
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