CN114726146A - 轴向磁通电机的定子外壳 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

轴向磁通电机的定子外壳
技术领域
本发明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。
背景技术
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。
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。
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TorusNS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。
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。
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。
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。
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。
发明内容
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。
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。
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2-3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。
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。
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，通过使用本发明的方法，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。
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。
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。
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。
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。
在实现方式中，凸起部分在界定突出部的凸起部分的边缘下方具有凹部。凹部的内部可以是弯曲的，并且凸起部分的外边缘可以是弯曲的，使得从金属外环的内表面到构造的凸起部分的上表面平滑过渡。有利地，这种形状确保金属外环上没有锋利的周向边缘，从而在聚合物内环在冷却期间收缩到构造上时减小了聚合物内环中的应力，同时仍将聚合物内环牢固地保持在金属上。此外，通过确保没有锋利的边缘，聚合物树脂熔体在注塑过程中流动得更顺畅。
在一些实现方式中，注塑包括围绕金属外环的内表面上的构造形成聚合物内环的夹持面。围绕构造形成聚合物内环可以通过例如外嵌注塑来实现，其中金属外环用作外嵌模具的至少一部分，即其中金属外环用作注塑机的模具的外壁。因此，聚合物树脂熔体被注射到注塑室中，靠着金属外环(其上具有构造)，从而在金属外环的内表面上的构造周围形成形状。
通过使用金属外环作为外嵌模具形成聚合物内环，可以有利于形成进入容纳定子的另外的气密密封腔中的端口。具体地，金属外环可以设置有一个或多个从外表面到内表面的端口。在注塑过程中可提供合适的插入件以形成自对准的、对应的穿过聚合物内环的端口。一旦注塑完成，就不再需要单独将外环中的端口与内环中的端口对齐。此类端口可用于例如提供用于冷却剂进入和退出的端口、传感器端口、电力端口例如逆变器接口端口、检查端口、用于母线连接的端口等。因此，注塑可包括利用插入件在聚合物内环中形成与金属外环中的对应端口对准的端口。
端口的一个或多个外开口可由一个或多个密封件例如O形环提供以确保对插入其中的任何管道、电缆或其他部件的气密密封。例如，可以提供第一密封件以围绕端口的聚合物部分进行密封，以阻止任何冷却剂，例如油，从原本密封的腔室逸出。可提供第二密封件以围绕端口的金属部分密封以防止水和灰尘进入包围转子和定子外壳的区域。
如前所述，聚合物内环增加的位置稳定性改进了部件公差，这种部件公差取决于聚合物内环相对于金属外环或定子外壳的其他部件或电机本身(例如一个或多个转子)的准确定位。在实现方式中，其定位必须准确的一种这样的部件是端壁板，其例如是聚合物端壁板。尤其是在制造过程中将靴状物(贴靠在定子线棒的端部上)安装在该端壁板上并由其固定就位的情况下尤其如此。
端壁板可固定到聚合物内环的上表面和/或下表面，以将定子气密地密封在定子外壳内，除了上述一个或多个端口。端壁板可通过激光焊接固定到聚合物内环的上表面和/或下表面上的一个或多个肋。激光焊接工艺精度的一个限制因素是这些一个或多个肋的定位和位置稳定性，其定位和稳定性又取决于聚合物内环相对于金属外环的定位和位置稳定性。本发明提供的聚合物内环的位置稳定性增加，因此可以大大提高用于将端壁板固定到聚合物内环的激光焊接工艺的准确性。
因此，在一些实现方式中，注塑包括在聚合物内环的上表面和/或下表面上形成肋，例如通过提供在其上具有对应肋形状的模具来注射聚合物树脂。一个或多个肋可以围绕聚合物内环的上表面和/或下表面周向延伸并且提供适合用于激光焊接工艺的表面。
在一些实现方式中，制造外壳包括将端壁板激光焊接到肋。例如，一个或多个端壁板可被激光焊接到聚合物内环的上表面和/或下表面上的一个或多个肋，以将定子封闭在其中以提供由聚合物材料提供的期望气密密封。端壁板可以是例如金属或聚合物。与一些现有的方法相比，由于聚合物内环相对于金属外环的位置稳定性增加，激光焊接肋的位置稳定性也得到改善，使端壁板能够更准确地定位和固定到聚合物内环。以这种方式准确定位端壁板提高了轴向系统电机的所有其他部件的可接受的制造公差水平，这些部件取决于端壁板的定位。例如，在制造过程中可能具有非常严格公差的一个这样的特征是每个定子线棒末端的靴状物。如前所述，端壁板可以以取决于高度精确定位的方式安装定子线棒的靴状物。通过提高由聚合物内环的位置稳定性增加导致的端壁板的准确定位，也可以使安装在端壁板上的靴状物的定位更加准确。因此，在一些实现方式中，定子线棒的端部设有靴状物，并且端壁板安装靴状物。
根据本发明形成的聚合物内环在径向方向上也不需要与现有双外壳布置的聚合物部件的壁一样厚。例如，双外壳布置中聚合物外壳的壁的径向厚度通常需要为10毫米或更大的数量级，以提供所需的位置稳定性和结构强度，从而允许聚合物外壳通过螺栓连接到铝制外壳。任何减薄都可能导致聚合物在通过螺栓连接到铝制外壳上施加的力和/或电机运行期间扭矩产生的力下弯曲。
相比之下，本发明公开的聚合物内环用于夹紧金属外环的径向厚度可以在0.1-5.0mm之间，例如在1.0-3.0mm、1.5-3.0mm或2.0-3.0mm之间。使用大于1.5mm或2.0mm的厚度有利于聚合物流动而不冻结；使用小于3mm的厚度有利于冷冻后无空隙。减少的厚度部分是因为聚合物不需要像它从其模制到的金属外壳获得结构强度一样坚固，并且它不需要像双外壳布置中要求的具有支撑适合螺栓连接到铝外壳的螺栓结构的强度。
在需要更高的位置稳定性水平或夹持力的情况下，金属内环的内表面可以用电晕处理工艺进行处理。通过这样对金属外环的内表面进行预处理，可以进一步提高聚合物内环与金属外环的结合强度，进而提高聚合物内环的位置稳定性和夹持力。具体来说，不仅聚合物被夹住或夹在金属外环的金属上，而且电晕处理使聚合物表面与金属表面发生化学结合，进一步提高了内外环之间的连接强度。电晕处理可以包括例如向金属外环的内表面施加电晕放电等离子体。
协同地，当聚合物内环收缩并试图从金属表面拉开时，上述减小的聚合物厚度可以降低聚合物内环所承受的内应力。在这种情况下，由于有更多的聚合物需要收缩，较厚的聚合物层会比较薄的聚合物层承受更高的内应力。因此，聚合物和金属之间的牢固抓握，包括所述的电晕处理，可以促进内部应力的降低。
在一些实现方式中，例如在轴向磁通永磁电机在定子的每一侧包括转子的情况下，金属盖可以附接到金属外环的一侧或每一侧，例如在其上表面和下表面上以封闭盖和端壁板的外表面之间的每个转子。有利地，这提供了由金属外环和金属盖构成的完整金属外壳。金属由此可以包围由聚合物端壁板和聚合物内环构成的完整聚合物内壳。因此，可以提供具有结构强度和气密密封的双外壳布置，而没有高空间要求、高组装成本和组装时间的缺点。
在一些实现方式中，金属外环以及存在金属盖的地方包括铝和/或其合金。在一些实现方式中，聚合物树脂包括玻璃增强聚酰胺树脂，例如35％玻璃增强聚酰胺树脂，例如DuPonttm的Zyteltm HTN 51G35材料。
在另一方面，提供了一种轴向磁通(永磁体)电机。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。该电机包括定子外壳，该定子外壳包括金属外环和衬在金属外环的内表面的聚合物内环。聚合物内环可具有布置成夹持金属外环的一部分的夹持面。
如上所述，金属环的内表面可以包括构造，作为注塑工艺的一部分，夹持面围绕该构造形成。夹持面与构造配合，因此与现有的双外壳布置相比，可以提供聚合物内环相对于金属外环的位置稳定性的上述增加。构造可以具有一个或多个如前所述的特征。
如上所述，定子外壳可以包括固定到聚合物内环的上表面和下表面的相应板，这可以促进定子外壳的期望气密密封特性。
如上所述，轴向磁通永磁电机可以是具有一对转子的无轭分段式电枢电机，每个转子位于定子的一侧。外壳可以限定用于定子线圈的冷却剂的腔室。在电机运行期间，端板可将定子线棒固定到位。
如上所述以及用于上述方法的轴向磁通永磁电机可以是电动机或发电机。
附图说明
将参考附图，仅通过示例的方式，进一步描述本发明的这些和其他方面，其中：
图1A至图1C分别显示了双转子轴向磁通电机的一般构造、轴向永磁电机的示例拓扑，包括无轭分段式电枢(YASA)电机的示意侧视图和YASA电机的枚举图。
图2显示了图1C的YASA电机的立体图。
图3显示了YASA电机的定子和定子外壳的立体分解图。
图4A示出了根据实施例的轴向磁通永磁电机的定子外壳的圆柱形壁的分解立体图。
图4B显示了图4A的圆柱形壁的聚合物内环的立体图。
图4C显示了图4B的聚合物内环的放大视图。
图5A示出了轴向磁通永磁电机的定子外壳的圆柱形壁的一部分的横截面，其示出了根据实施例的方法的步骤。
图5B示出了轴向磁通永磁电机的定子外壳的圆柱形壁的一部分的横截面，其示出了根据实施例的方法的步骤。
图5C示出了轴向磁通永磁电机的定子外壳的圆柱形壁的一部分的横截面，其示出了根据实施例的方法的步骤。
图5D示出了轴向磁通永磁电机的定子外壳的圆柱形壁的一部分的横截面，其示出了根据实施例的方法的步骤。
图5E示出了轴向磁通永磁电机的定子外壳的圆柱形壁的一部分的横截面，其示出了根据实施例的方法的步骤。
图6A示出了轴向磁通永磁电机的定子外壳的圆柱形壁的一部分，其示出了保持件。
图6B示出了具有图6A中所示的保持件的轴向磁通永磁电机的定子外壳的圆柱形壁的一部分的横截面，其示出了根据实施例的方法的步骤。
相同的元件由相同的附图标记表示。
具体实施方式
取自WO2012/022974的图1C、图2和图3示出了示例无轭分段式电枢(YASA)电机10的细节。电机10可用作电动机或发电机。
电机10包括定子12和在该示例中的两个转子14a、14b。定子12包括围绕电机轴线20周向间隔开的分离定子线棒16的集合，电机轴线20也限定转子14a、14b的轴线。每个线棒16承载定子线圈22，并且具有通常平行于旋转轴线20设置的轴线。定子线棒的每个端部18a、18b设置有靴状件27，其有助于限制定子线圈22的线圈并且还可以传播由定子线圈产生的磁场。定子线圈22可以由方形或矩形截面的绝缘线形成，从而可以获得高填充因子。在电动机中，定子线圈22连接到给线圈通电的电路(未示出)，使得由在定子线圈中流动的电流产生的磁场的磁极在相邻的定子线圈22中是相反的。
两个转子14a、14b承载永磁体24a、24b，永磁体24a、24b彼此面对，定子线圈22位于其间。当定子线棒倾斜时(未示出)，磁铁同样倾斜。间隙26a、26b存在于相应的靴状件和磁体对17/24a、27/24b之间。在示例电动机中，定子线圈22被通电，使得它们的极性交替以导致线圈在不同时间与不同的磁体对对齐，从而导致在转子和定子之间施加扭矩。如上所述，外壳因此在结构上必须足够坚固以承受由转子和定子之间的扭矩在其上产生的力。在图1C、图2和图3中，定子外壳的结构强度是通过提供适当的厚聚合物层(例如大于10mm)并将聚合物螺栓连接到铝制外壳上来实现的。
转子14a、14b通常例如通过轴(未示出)连接在一起，并且相对于定子12绕电机轴线20一起旋转。在所示示例中，磁路30由两个相邻的定子线棒16、两个磁体对24a、24b和两个背板32a、32b形成，每个转子对应其中之一，磁路30连接每个磁体对24a、24b的背离各自线圈22的背面之间的磁通。背板32a、32b可以被称为背铁并且包括磁性材料，通常是铁磁材料，但不一定是铁。这种磁性材料不需要是永磁体。定子线圈16被封闭在外壳内，该外壳限定了用于转子和定子的腔室，并且可以向该腔室供应冷却介质。
图3示出了定子12a，其中定子线圈位于塑料材料蛤壳42a、42b之间。这些蛤壳具有圆柱形外壁44、圆柱形内壁46和环形端壁48。在图3中，端壁48包括内部凹穴50以接收定子线棒16的靴状物18a、18b并用于在定子的两个蛤壳式外壳42a、42b装配时定位定子线圈组件16、22、18a、18b。定子外壳42a、42b在线圈22的内部和在线圈22外部周围的外部空间54处限定空间52，并且在线圈之间存在空间56。空间52、54、56互连以限定冷却室。尽管图3中未示出，当组装时，定子外壳42a、42b设置有允许诸如油的冷却介质被泵送到空间52、54、56中以围绕线圈循环并冷却它们的端口。
线圈芯可以与平行于所需磁通方向的叠层间绝缘层层叠在一起。然而，线圈芯也可以由涂有电绝缘材料并模制成所需形状(软磁复合材料，SMC)的软铁颗粒形成，并通过绝缘基体结合在一起。一个示例SMC可包括玻璃结合的铁颗粒，玻璃结合的薄层(通常<10μm)，并使铁颗粒相互电绝缘，留下一些残留的孔隙。靴状物27可由SMC模制而成，例如使用高温、高压压实工艺。方便地，靴状物和定子线棒可以单独形成并随后组装。
图4A、4B和4C分别示出了根据实施例的轴向磁通电机的定子外壳的圆柱形壁401的分解立体图、根据实施例的壁401的聚合物内环403的立体图、以及聚合物内环403的放大视图，示出了根据一个实施例的聚合物内环403的夹持面404。
大致圆柱形壁401包括衬有聚合物内环403的金属外环402。聚合物内环403包括布置成夹紧金属外环402的一部分的夹持面404。圆柱形壁401包括多个端口405，例如用于逆变器接口的端口、用于母线连接的密封检查孔、传感器端口和用于在定子外壳内部周围循环冷却剂的冷却剂端口。
内聚合物环的上表面和/或下表面设置有一个或多个肋条406，肋条406被构造用于在其上接收端壁板(未示出)并且用于牢固地激光焊接到所述端壁板以提供由壁401和端壁板限定的气密密封的腔室(除了端口)。金属外环402设有多个螺栓孔407，用于将圆柱形壁401螺栓连接到轴向磁通电机的一个或多个其他部件，例如轴向磁通电机安装件。金属外环402还设有电子接口外壳408，用于容纳与轴向磁通电机的电子设备相应的接口，例如逆变器接口和/或一个或多个母线。聚合物内环403的夹持面404向下夹在金属外环402的结构上。
图5A、5B、5C、5D和5E分别示出了根据实施例的制造用于轴向磁通电机的定子的外壳的方法的步骤，该外壳具有大致圆柱形的壁，该壁包括衬有聚合物内衬的金属外环。
在图5A中，示出了圆柱形金属外环501(例如铝外环)的一部分的横截面。金属外环501包括外表面502a、内表面502b、上表面503a和下表面503b。内表面502b包括构造504。构造504包括在金属外环501的内表面502b上方升高的凸起部分，其中构造围绕金属外环的内表面502b周向地(不一定连续，尽管这可能是优选的)延伸。构造504具有两个边缘505a、505b，各个边缘朝向金属外环的边缘中相应的一个并且与其大致平行。
每个边缘505a、505b具有突出部505c、505d以将聚合物内环锁定到金属外环501上。凸起部分在凸起部分的限定了突出部505c、505d的边缘下方具有凹部505e、505f。凹部505e、505f的内部是弯曲的，使得从外金属环的内表面到构造504的凸起部分的上表面505g平滑过渡。如前所述，这确保没有尖锐的圆周边缘，从而减少聚合物中的应力，改善聚合物树脂熔体流动，并在构造504上更好地收缩。如上所述，可以在定位在注塑机中之前或之后对金属外环501进行电晕处理。
在图5B中，金属外环501位于注塑机中。在注塑机中定位金属外环501时，金属外环501用作外件，例如用作模具506的壁之一，模具506中具有空间508，聚合物树脂可注入该空间508中。聚合物树脂可以是例如35％玻璃增强聚酰胺树脂，例如DuPonttm的Zyteltm HTN51G35材料，尽管也可以使用其他聚合物树脂。通常，聚合物树脂具有比金属外环的金属(例如铝)更高的温度相关收缩率。
金属外环501的构造504的一个或多个上表面可以成形为与模具506的一个或多个其他壁接合，从而在注塑工艺之前对其进行密封。
模具506上可以设置有肋状结构507。因此，可被聚合物树脂注入的环状空间508可由突起504、肋状结构507和模具506的内壁509限定。然后进行注塑工艺并将聚合物树脂注入空间508，从而在金属外环501上制造聚合物内环510。
作为注塑工艺的一部分，聚合物树脂熔体可以加热到大约300-350℃，例如大约325℃，并在例如大约155-205MPa，例如180MPa的最大压力下，采用注塑机进行注射，经过大约例如1-3秒，例如2秒注入模具506，使用金属外环501作为外件，保持在例如大约125-175℃，例如150℃。一旦注入，聚合物树脂被留下并在例如约125-175MPa，例如150MPa的最大压力下被挤进模具506中，以允许气泡排出约例如10-30秒，例如20秒。
聚合物树脂熔体填充由结构504、肋状结构507和模具506的内表面509所限定的空间508，从而形成聚合物内环510，该聚合物内环510具有围绕金属外环501的构造504的夹持面511。当聚合物树脂熔体围绕构造504的凸起部分填充时，夹持面511的部分512围绕凸起部分流动并弯曲回到自身上，导致夹持面511和构造504之间以没有任何尖锐边缘的方式进行接合。
然后使聚合物树脂熔体冷却例如约10-30秒，例如约18秒，直到温度为例如约205-255℃，例如230℃。如上所述，在冷却过程中，聚合物内环510的夹持面511比金属外环501收缩程度更大，从而使其夹持金属外环501。特别地，冷却引起的收缩不仅体现在径向向内方向上而且还在平行于圆柱环的中心轴线的方向上。因此，夹持面511具有相对于圆柱环的中心轴线具有水平和垂直分量的收缩。围绕构造504的凸起部分形成的夹持面511的部分512因此向下夹在凸起部分上并且在其冷却时也将其径向向内拉动，从而使得聚合物内环501更强且位置更稳定地固定至金属外环510，从而与没有凸起部分时可能的结构相比具有更小的结构应力。例如，与构造504具有完美平坦的表面和尖角和/或边缘的情况相比，聚合物内环510更牢固地附接到金属外环501并且具有更小的结构应力。如上所述，当聚合物树脂熔体填充肋状结构507时，聚合物内环510设置有肋513，用于随后通过例如激光焊接将端板固定到所述肋。
在图5C中，一旦聚合物树脂被冷却至例如约205-255℃，例如230℃，模具506被打开例如约5秒，并且注模聚合物内环510和对应的金属外环501(聚合物树脂熔体已经注射到其上)从注塑机中排出。一旦排出，在金属外环501上制造的聚合物内环510被允许进一步冷却至室温，例如大约25℃。这种冷却可以在受控环境中进行以控制冷却曲线和时间，或者可以在没有任何特定冷却曲线的情况下自然发生。
图5D示出了在注模过程完成之后定子外壳的圆柱形壁515的剖视图。图5D中的圆柱形壁515类似于图4A中所示的圆柱形壁401。在图5D的视图中，聚合物内环510在进入页面的平面中示出以说明可在其上提供一个或多个端口514，例如用于逆变器接口的端口、用于母线连接的密封检查孔、传感器端口和用于以与图4A中类似的方式在定子外壳内部循环冷却剂的冷却剂端口。肋513以连续圆周方式围绕聚合物内环510的上表面和下表面设置。
在图5E中，定子外壳的制造通过将各自的端壁板516激光焊接到定子外壳的聚合物内环510圆柱形壁515的上表面和下表面上的肋513以气密密封(除了端口外的)聚合物内环510和端壁板516的内表面之间的腔室517。如图5E所示，在将肋513激光焊接到聚合物内环510中时，端壁板516的外表面可以制成与金属外环501的上表面齐平，以提供比需要用螺栓将聚合物固定到金属上更垂直紧凑的定子外壳。
虽然未示出，但在轴向磁通永磁电机包括两个转子的情况下，定子的每一侧上具有一个转子，在制造定子的外壳时可以执行另一步骤。这可以包括将金属盖附接到金属外环的每一侧，金属盖包围用于定子的外壳和转子。如上所述，这可以提供由金属外环和包围由聚合物端壁板和聚合物内环构成的完整聚合物内壳的金属盖构成的完整金属外壳。因此，提供了具有有利的结构强度和气密密封的双外壳布置，而没有高空间要求、高组装成本和组装时间的缺点。
虽然未示出，但每个定子线棒的每一端都可以设置有靴状物，并且端壁板可以被配置为在轴向磁通永磁电机的组装期间安装靴状物。例如，端壁板可以具有凹部，在该凹部中可以支撑或紧固靴状物。如上所述，将靴状物安装在端壁板中的组装步骤具有非常严格的制造公差并且需要端壁板的准确定位。这又取决于端壁板固定到其上的聚合物内环的准确定位和位置稳定性。这里描述的方法以及与其组装的轴向永磁电机可以确保靴状物的安装准确。
可选地，端壁板可以在它们的中心轴线上设置有开口，例如以允许诸如轴向磁通电机的轴的部件穿过。例如，定子外壳可具有带有内壁(未示出)的大致环形形状。
在一些其他实现方式中，可以使用金属外环的内表面上的不同构造结构。例如，金属外环的内表面上的构造不必是单个的、周向连续的构造，而是可以包括沿内表面间隔开的多个构造。
图6A和6B示出了定子外壳的圆柱形壁601的一部分的截面图。以与上述金属外环602上的构造相同的方式，多个构造604中的每一个包括凸起部分，该凸起部分高于金属外环602的内表面605，并且在这种情况下具有四个边缘，各个606a、606b朝向金属外环602的每个边缘并且各个边缘606c、606d在沿着金属外环602的内表面605的每个圆周方向上。
与上述构造不同的是，圆周方向上的边缘606c、606d具有突出部以将聚合物内环603锁定到金属外环602上。凸起部分因此在其边缘606c、606d下方具有凹部，该边缘限定了突出部。与连续构造一样，凹部的内部部分是弯曲的，并且构造604的凸起部分的外边缘(例如所有边缘606a、606b、606c、606d)是弯曲的，使得从外金属环的内表面605到构造604的凸起部分的上表面存在平滑过渡。
构造604的这种实现方式具有与本文描述的构造的先前的实现方式相同的优点。金属外环602的内表面605上的多个构造604可以通过例如在金属外环的内表面上切出凹部而在每个切口之间留下构造604来制造。因此，当执行注塑过程时，聚合物树脂熔体例如轴向地流入由围绕结构604的切口留下的空间中，并且冷却时以与上述相同的方式将聚合物内环603锁定到金属外环602。聚合物内环603也以与本文所述的其他实施方式相同的方式设置有肋607。
这里使用的术语“上表面”和“下表面”以及水平方向和垂直方向用于描述所述表面和方向相对于彼此的相对定位，并且不旨在将本公开限制为坐标系中的任何给定取向。术语“上”和“下”以及“水平”和“垂直”用于相对于本文提供的图便于说明。因此，上表面在某一特征的与下表面相反的一侧。类似地，无论特征在坐标系中的方向如何，内表面都位于特征的外表面的对面。
毫无疑问，技术人员会想到许多其他有效的替代方案。应当理解，本发明不限于所描述的实施例并且包括对本领域技术人员显而易见的、属于本申请范围内的修改。

Claims (22)

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环之前，对所述金属外环的所述内表面进行电晕处理。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述轴向磁通永磁电机包括两个转子，所述定子的每一侧上具有一个所述转子，所述方法还包括将金属盖附接到所述金属外环的每一侧，所述金属盖覆盖所述定子的所述外壳以及所述转子。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述聚合物树脂包括玻璃增强聚酰胺树脂。
15.根据权利要求9-14中任一项所述的方法，其特征在于，所述电机是具有一对所述转子的无轭分段式电枢电机，每个所述转子位于所述定子的一侧，所述外壳限定了腔室，所述腔室容纳用于所述定子的所述线圈的冷却剂，所述端壁板在所述电机运行期间将所述定子线棒保持就位。
16.一种轴向磁通永磁电机，其特征在于，包括：
定子，包括一组线圈，所述线圈缠绕在相应的定子线棒上并且所述一组线圈围绕所述电机的轴线以一定间隔周向布置；
转子，承载一组永磁体，并安装成绕所述轴线旋转，其中所述转子和所述定子沿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；和
定子外壳；
其中，所述定子外壳包括金属外环和衬在金属外环内表面的聚合物内环，
其中，所述聚合物内环包括用于夹持所述金属外环的一部分的夹持面。
17.根据权利要求16所述的轴向磁通永磁电机，其特征在于，所述金属外环的被夹持部分包括位于所述金属外环的内表面上的一构造。
18.根据权利要求17所述的轴向磁通永磁电机，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。
19.根据权利要求18所述的轴向磁通永磁电机，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。
20.根据权利要求16至19中任一项所述的轴向磁通永磁电机，其特征在于，所述定子外壳包括相应的端壁板，所述相应的端壁板固定到所述聚合物内环的上表面和下表面的相应肋。
21.根据权利要求16至20中任一项所述的轴向磁通永磁电机，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。
22.根据权利要求16至21中任一项所述的轴向磁通永磁电机，其特征在于，所述电机是具有一对所述转子的无轭分段式电枢电机，每个所述转子位于所述定子的一侧，所述外壳限定了腔室，所述腔室容纳用于所述定子的所述线圈的冷却剂，所述端壁板在所述电机运行期间将所述定子线棒保持就位。
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