CN116802968A - 用于轴向通量电机的定子本体以及用于制造这种定子本体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于轴向通量电机的定子本体(1)，该定子本体包括：‑基部(2)，该基部包括围绕纵向轴线(A1)卷绕的片材金属层(10)，该基部具有基本上正交于纵向轴线的端面(3)，‑齿(4)，这些齿分布在基部的端面上并固定至该端面。根据本发明，该基部包括围绕纵向轴线分布的多个角部分(11)，每个角部包括至少一个平坦层，该平坦层通过位于齿之一固定到基部的位置处的折叠部而被附接到相邻角部分的层。

Description

用于轴向通量电机的定子本体以及用于制造这种定子本体的 方法

技术领域

本发明总体上涉及轴向通量电机。

本发明更具体地涉及一种用于轴向通量电机的定子本体，该定子本体包括：

-基部，该基部包括围绕纵向轴线卷绕的金属片材层，该基部具有基本上正交于纵向轴线的端面，以及

-齿，这些齿分布并固定在基部的端面上。

本发明在用于电动或混合动力机动车辆的电动马达中具有特别有利的应用。

本发明还涉及一种用于制造这种定子本体的方法。

背景技术

常规的用于轴向通量电机的定子包括本体，该本体具有总体形状为环形的基部以及沿周向分布在基部的端面之一上的齿。定子还包括围绕齿布置的导线线圈。在电流的作用下，线圈产生磁场，从而允许定子使转子移动。

通常，定子的本体是通过围绕纵向轴线卷绕金属片材而制成的。金属片材的这种卷绕使得可以限制当定子运行时穿过定子的涡流，并且因此减少由加热引起的能量损失。

在卷绕期间，原本平坦的金属片材发生变形：金属片材被弯曲以便形成定子本体的环形基部。然而，使金属片材弯曲，也就是说向其施加弯曲应力，会损害其磁特性，特别是其磁导率。片材弯曲得越紧，其磁特性的退化就越大。当金属片材是定向晶粒片材时，这种磁特性的退化甚至更加明显。

金属片材的磁特性的这种退化降低了由此形成的定子的效率。换句话说，如果金属片材维持其原始磁特性，定子对铁芯损耗不太敏感。铁芯损耗特别地包括涡流损耗、磁滞损耗和由片材的无限小移动引起的损耗。

一种用于部分恢复弯曲片材的磁特性的已知技术是将定子本体加热到非常高的温度，典型地在700℃与800℃之间。然而，这种加热具有使磁片材的表面上存在的绝缘层劣化或减小其厚度的不期望的影响。绝缘层的劣化或厚度的减小会促成定子运行时涡流损耗的增加。因此，使用该技术恢复定子的磁特性受到限制。另外，将定子本体加热到高温度在能量方面是昂贵的并且不适合大规模生产。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提出了一种具有平坦片材金属层的定子本体。

更特别地，本发明提出了一种如引言中所限定的定子本体，其中，基部设置成包括围绕纵向轴线分布的多个角部分，每个角部分包括至少一个平坦层，所述平坦层通过位于齿之一固定到基部的位置处的折叠部被附接到相邻角部分的层。

申请人已经有效地发现，在定子本体的基部的某些部分中，由线圈产生的磁通量的循环不太好。这些部分主要位于齿固定到端面的位置处，即齿与基部之间的接合处。因此，磁通量主要通过位于相邻齿对之间的角部分循环。

对于根据本发明的定子本体，金属片材层的至少一部分在角部分中是平坦的。这意味着与片材的平坦原始形状相比，没有弯曲应力施加到这些平坦层上。

因此，凭借本发明，平坦金属片材的磁特性被维持在角部分中，也就是说在通量循环处于最大的区域中，并且因此在定子最容易受到铁芯损耗影响的区域中。因此，改进了包括这种本体的定子的磁性能。

换言之，根据本发明的定子本体使得可以将金属片材的磁特性因弯曲而导致的退化限制于位于齿固定到端面的位置处的折叠部处，并且因此限制于基部的在构造上对铁芯损耗的贡献很小的部分。

另外，因此，根据本发明的定子不需要被加热到高温度来展现令人满意的磁性能。

单独或以任何技术上可能的组合考虑的根据本发明的定子本体的进一步有利且非限制性的特征如下：

-每个角部分包括为平坦的且基本上平行于所述平坦层的至少一个其他层；

-每个角部分包括围绕平行于纵向轴线的轴线弯曲的至少另一个层；

-基部在其端面上包括至少一个凹入起伏部，所述齿中的至少一个齿具有与凹入起伏部的形状部分互补的形状部分，并且被设置到凹入起伏部中；

-每个角部分包括通过至少两个折叠部附接到相邻角部分的至少两个层的至少两个层，所述至少两个折叠部具有随着其距纵向轴线的距离而增加的曲率半径；

-每个角部分包括通过至少两个折叠部附接到相邻角部分的至少两个层的至少两个层，所述至少两个折叠部具有基本上恒定的曲率半径；

-所述平坦层在平行于纵向轴线的平面中延伸；

-所述平坦层是晶粒定向的，其中晶粒基本上平行于端面和所述平坦层在其中延伸的平面延伸；

-每个角部分包括至少两个金属片材层，两个相邻层由电绝缘层分开。

本发明还提出一种由于制造如上所述的定子本体的方法，该方法包括以下步骤：

e1)将层卷绕在支撑件周围；

e2)在卷绕期间，弯曲金属片材以便形成折叠部；

e3)制造齿并将齿固定到端面上。

当然，本发明的各种特征、变体和实施例可以以各种组合彼此组合，只要它们没有相互不兼容或相互排斥即可。

附图说明

参照以非限制性示例的方式给出的附图的以下描述将使得容易理解本发明的内容以及可以如何实施本发明。

在附图中：

[图1]是根据本发明的第一实施例的定子本体的示意立体图；

[图2]是从图1的定子本体的基部的上方观察的示意图；

[图3]是从根据本发明的第二实施例的定子本体的基部的一部分的上方观察的示意图；

[图4]是从根据本发明的第三实施例的定子本体的基部的一部分的上方观察的示意图；

[图5]是将齿固定到图1的定子本体的基部的一个示例的示意截面图；

[图6]展示了用于制造图1的定子本体的基部的方法的步骤顺序；

[图7]示意性地展示了图6的方法的卷绕步骤和折叠步骤。

具体实施方式

图1描绘了包括基部2和齿4的定子本体1。

基部2具有围绕纵向轴线A1总体呈环形的形状，具有矩形形状的(在从纵向轴线A1引出的半平面中的)径向截面。在此，纵向轴线A1对应于定子意在与其协作的转子的旋转轴线。

因此，该基部2具有界定中心凹部的内部面30、外部面31、以及基本上垂直于纵向轴线A1的两个端面。

齿4固定到这两个端面3之一。这些齿围绕纵向轴线A1均匀分布。每个齿具有直棱柱的总体形状，该直棱柱(在正交于纵向轴线A1的平面中)具有梯形截面。在此相邻齿的相面对的侧向面是相互平行的。

基部2的厚度(即其沿纵向轴线A1的尺寸)例如介于5mm与30mm之间。基部2的直径优选地介于10cm与50cm之间。

在此齿4附接到基部2。在此，这些齿均由与用于制造基部2的金属片材相同的金属片材的平坦部段的堆叠体制成，也就是说在此具有相同的厚度并且由相同的材料制成。这些层在相对于纵向轴线A1的径向方向上叠置。齿4例如通过粘结、焊接、螺纹连接或螺栓连接固定至基部2。

基部2包括导磁金属片材层10。金属片材例如由钢制成。金属片材的厚度例如介于0.2mm与0.5mm之间。

在此，如图2所示，片材围绕纵向轴线A1螺旋卷绕，以便形成基部2的所有层10。在未描绘的变体中，这些层可以通过多个金属片材的同心组装来形成。

形成基部2的金属片材的绕组不具有线性地变化的曲率半径。更确切地说，绕组由通过折叠线成对分开的多个平坦部分形成。在每个层中，折叠线位于前一层的折叠线处。

因此，基部2包括多个角部分11，这些角部分通过这些折叠线的堆叠体彼此分开。在图1和图2中，基部2更具体地由十八个角部分11形成，因此这些角部分围绕纵向轴线A1在十八个角扇区上延伸，每个角扇区对向20度的角度。在此角部分11被定义为基部2的在基部2的整个厚度上延伸(也就是说，沿着纵向轴线A1并且从基部2的内部面30延伸到外部面31)的段。因此，每个角部分11包括多个金属片材层10。例如，在图2中，已经标记了属于同一角部分11的三个层10。角部分11包括例如80至400个层10。

如图2所示，在角部分11内，层10沿大致径向方向A2(也就是说在此垂直于纵向轴线A1)堆叠。在此，电绝缘材料被放置在各个相邻层10之间。在这种情况下，相邻层10是形成角部分11的堆叠体中的连续层10。电绝缘材料例如包含在卷绕之前施加到金属片材的薄膜。该膜例如是厚度测量为2μm至5μm并且在定子被加热到非常高的温度时玻璃化的无机膜。它使得可以减少运行期间定子中的涡流。

当然，从该图2中可以看出，在该实施例中，每个角部分11的每个层10通过折叠线20与相邻角部分11的层10连接。在此两个相邻角部分11是并排设置的两个角部分11。除了位于绕组的两端处的两个层10之外，每个角部分11的每个层10通过两个折叠线20连接至分别位于两个相邻角部分11之一中的两个层10。

在此折叠线20是片材的以下部段，该部段平行于纵向轴线A1延伸并且围绕平行于该轴线A1的轴线弯曲，也就是说在正交于纵向轴线A1的平面中具有非零曲率。在此，每个折叠部20因此具有围绕平行于纵向轴线A1且位于纵向轴线A1与折叠部20之间的轴线的基本上圆弧的形状。位于两个相邻角部分11之间的一组折叠线20形成在径向平面中延伸的折叠区21。例如，在图2中，标记了属于同一折叠区21的三个折叠线20。

折叠线20具体地位于齿4固定到基部2的端面3的位置处。在此，对于每对相邻角部分11，包括在两个角部分11之间的折叠线20面对同一个齿4或者甚至与其接触。在此，如图5所示，齿4的根部41面对折叠区21。更具体地，每个齿4以不同的折叠区21为中心。

无论本发明的实施例如何，每个角部分的至少一个层10是平坦的。由于层10沿着纵向轴线A1延伸，因此每个平坦层10在平行于纵向轴线A1的平面中延伸。

在图1和图2所描绘的第一实施例中，每个角部分11的所有层10都是平坦的。另外，如从图2可以看出，每个角部分11的所有层10基本上彼此平行。在此，基本上平行意味着两个相邻层在其中延伸的平面要么严格平行要么相对于彼此略微倾斜小于1度的角度。

在此，对于每个角部分11，平坦层10与纵向轴线A1之间的距离越大，其长度越大。平坦层10的长度被限定在其所附接的两个折叠线20之间，也就是说，在此被限定为其在基本正交径向方向上的尺寸。

在该第一实施例中，折叠区21的所有折叠线20具有基本上恒定的曲率。这意味着在垂直于纵向轴线A1并穿过基部2的平面中，同一折叠区21的折叠线20具有基本上相同的轮廓。

每个折叠区21在特定于其的正交径向方向上具有恒定的宽度。在此宽度是折叠区21在相关联的正交径向方向上的尺寸。

如图2所描绘的，在此基部2的总体形状为具有倒圆顶点的十八边形。一般来说，在该第一实施例中，基部2的整体形状为多边形，其边数等于角部分11的数量。

通过同一个折叠线20彼此连接的两个平坦层10在相对于彼此倾斜的两个平面中延伸。

在图3所描绘的第二实施例中，每个角部分11包括平坦层10和弯曲层15。在此弯曲层15围绕平行于纵向轴线A1的轴线向内弯曲。在此，每个弯曲层15因此具有围绕平行于纵向轴线A1且位于纵向轴线A1与弯曲层之间的轴线的基本上圆弧的形状。对于每个角部分11，弯曲层15具有在整个角部分11上严格保持为正的曲率。

在图3的示例中，每个角部分11包括靠近纵向轴线A1的内半部12和远离纵向轴线A1的外半部13，该内半部包括平坦层10，该外半部包括弯曲层15。

内半部12采用例如根据第一实施例的基部2的形式。外半部13例如采用根据现有技术的常规圆柱形基部的形式。

弯曲层15简化了基部2的制造，因为外半部13可以以常规方式制造而无需弯曲。另外，由于弯曲层15位于基部的周边处，所以金属片材上的弯曲应力是适中的，并且磁性能方面的损耗是可接受的。

在该第二实施例中，如图3所示，由于内半部12和外半部13的形状不同，因此它们之间限定了通道5。通道5沿着大体环形基部2的整个圆周延展。

通道5是空的空间，其可以例如用于循环液体冷却剂。通道5还可以用于插入固定装置，例如用于将齿4固定至基部2或用于将定子本体1固定到保护壳。

在图4所示的第三实施例中，折叠线20随着距纵向轴线A1的距离增大而弯曲逐渐减小的程度。这意味着，在垂直于纵向轴线A1并穿过基部2的平面中，折叠线20的曲率半径随着距纵向轴线A1的距离而增大。

在该第三实施例中，对于每个角部分11，所有层10都是平坦的。每个折叠区21在特定于其的正交径向方向上具有随着距纵向轴线A1的距离而增加的宽度。同一角部分11的平坦层10的长度在此基本上恒定。

如从稍后描述的制造方法清楚明显的，该第三实施例使得可以减少弯曲步骤的数量，并因此简化基部2的制造。进一步地，虽然折叠区20确实较宽，但它们主要位于基部2的周边处，该周边是金属片材上的弯曲应力适中且磁性能方面的损耗是可接受的地方。

在未描绘的第四实施例中，以第二实施例的方式，基部包括靠近纵向轴线的内半部和远离纵向轴线的外半部。在每个半部中，远离纵向轴线，折叠部的弯曲程度逐渐减小。然而，对于每个半部，折叠部的曲率减小超过对两个半部相同的预定曲率。

由于从内半部过渡到外半部时折叠部的曲率增加，所以两个半部再次能够界定通道。

在所有实施例中，基部2的端面3上设置有凹入起伏部6。每个凹入起伏部6在基部2中相对于端面3形成凹痕。换句话说，凹入起伏部6限定了基部2的厚度的局部减小。在此，所有的凹入起伏部6都是相同的。作为替代方案，凹入起伏部的形状可以从一个起伏部到另一个起伏部变化。凹入起伏部6可以具有带尖锐边缘拐角的表面(如图5的示例中那样)或者具有光滑表面。

凹入起伏部6在此位于齿4固定到基部2的位置处。在此定子本体1具有每个齿4一个凹入起伏部6。每个凹入起伏部都与齿4相关联。如图5中清楚地示出的，每个齿4具有互补形状的根部41，该互补形状的根部被设计成部分地或直到其与基部2接触为止接合在与其相关联的凹入起伏部6中。

实际上，凹入起伏部在此具有平坦底部，该平坦底部正交于纵向轴线A1从本体2的内部面30延伸到外部面31，并且该平坦底部的侧面有两个以45度倾斜的边沿。

在图5的示例中，齿4定位成距基部2一定距离。齿的根部41与基部2之间的空的空间在此填充有粘合材料7，例如无机热固性粘合剂或环氧树脂类型的粘合剂。

如可以在图3中看到，每个凹入起伏部6完全覆盖折叠区21。这意味着凹入起伏部6比折叠区21宽。作为变体，凹入起伏部可以完全位于折叠区内。

凹入起伏部6使得可以例如通过增加结合区域来改进齿4与基部2的固定。一方面，凹入起伏部6还使得可以改进齿处的磁通量循环，因为它们减小了折叠区21的体积。

在所有实施例中，在此磁片材具有各向异性晶体微观结构。该片材于是被称为“定向晶粒”片材。这些微观结构例如可以是通过特定的滚压轧制获得的凹槽，使得可以减小片材对给定方向上的磁通量的阻力。

在此，每个平坦层10的定向晶粒基本上平行于端面3并且平行于该平坦层10在其中延伸的平面定向。在层10上或折叠线20上的每个点处，晶粒在此被定向成平行于端面3并且与层10或折叠线20相切。这意味着层10的晶粒因此沿基本正交径向方向定向。

在定向晶粒片材中，磁导率在晶粒方向上大大提高。结果，在此基部2在与片材的卷绕相切的方向上(也就是说在基本上正交径向方向上)具有高的磁导率。

在角部分11中，晶粒的这种定向允许通量在两个相邻齿4之间更好地循环。当定向晶粒片材弯曲时，其磁性能会急剧下降。因此，平坦层10使得可以限制定向晶粒片材金属的磁性能的降低。

在此，齿4还包括定向晶粒片材的堆叠体。

作为变体，可以使用不是定向晶粒片材的金属片材。

现在参照图6和图7详细描述用于制造如上所述的定子本体的方法。

如图6所示，该方法主要包括三个步骤：

-将金属片材卷绕在支撑件周围的步骤e1)；

-在卷绕金属片材时弯曲该金属片材的步骤e2)；

-制造齿并将其固定在折叠部处的步骤e3)。

在此，支撑件(未描绘)是沿着与纵向轴线A1相对应的旋转轴线延伸并且具有与基部2的角部分11一样多的边的多边形。在步骤e1)期间，将最初基本上平坦的(实际上要么完全平坦，要么因为卷绕在具有非常大的曲率半径的大卷轴上而轻微弯曲)的金属片材卷绕在旋转支撑件周围。

在步骤e2)期间，在卷绕期间，在确定的位置处弯曲片材。这些确定的位置在卷绕之前被计算，以便布置形成为彼此接触的折叠线20，例如使得同一折叠区21的折叠线20径向对齐。因此，弯曲是以随着卷绕的进行而逐渐增加的片材长度间隔来执行的。

在此步骤e2)在卷绕期间执行，也就是说在步骤e1)期间执行。步骤e2)在此与卷绕基本上同时开始。

确定的位置还意味着在卷绕片材金属之前可以对其进行压切或机加工，以便形成凹入起伏部6。例如，可以在片材的一个侧向侧上制作切口。这些切口可以更具体地在片材的在卷绕时产生端面3的侧上产生。因此，在卷绕期间，切口布置成彼此接触，以便形成凹入起伏部6。作为变体，可以在已经卷绕片材之后在端面上机加工凹入起伏部。

如图7所示，弯曲是沿着纵向轴线A1在片材的整个宽度上执行的。在此弯曲是通过例如藉由包括冲头和冲模的组件8夹持片材来执行的。该冲模还可以用于形成凹入起伏部6，例如如果在弯曲片材的同时压制片材的话。

为了制造根据第一实施例的基部2，在整个卷绕操作中弯曲金属片材。在此片材以基本上恒定的折叠角度P弯曲。在此折叠角度被定义为赋予面向纵向轴线A1的折叠部的角度。在此折叠角度等于360度除以齿4的数量。

为了制造根据第二实施例的基部2，可以首先制造基部2的内半部12，然后制造基部2的外半部13。在制造内半部12期间，在整个卷绕操作中弯曲片材。为了制造外半部13，通常可以将另一片材卷绕到圆柱形支撑件上，而不在卷绕期间进行任何弯曲。一旦已经制造了两个半部，就将内半部12嵌套在外半部13内。还可以通过在卷绕片材期间停止弯曲来制造外半部13。

为了制造根据第三实施例的基部2(图4)，可以仅在片材的前几转(例如前2至5转)的第一转时弯曲片材。此后，可以在不弯曲的情况下卷绕片材。然后，片材在被卷绕的过程中符合基部2的当前周边形状，并且这然后产生曲率越来越小的折叠线20。

为了制造根据第三实施例的基部2(图4)，还可以在整个卷绕操作中以变化的折叠角度(该折叠角度在本实例中变得越来越大)来弯曲片材。

为了制造根据第四实施例的基部2(图中未描绘)，可以制造两个根据第三实施例的基部2，然后将一个嵌套在另一个内。

在步骤e3)期间，通过堆叠平坦片材的部段来制造齿4，然后将齿附接到基部2。齿4具体固定在折叠线20处。作为变体，齿可以与基部制成一个单件，例如通过在卷绕金属片材之前在金属片材中切割槽而与基部制成一个单件。

本发明不以任何方式限于所描述和描绘的实施例，而是本领域技术人员将知道如何应用根据本发明的任何变体。

Claims (10)

1.一种用于轴向通量电机的定子本体(1)，该定子本体包括：

-基部(2)，该基部包括围绕纵向轴线(A1)卷绕的金属片材层(10，15)，该基部(2)具有基本上正交于该纵向轴线(A1)的端面(3)，

-齿(4)，这些齿分布并固定在该基部(2)的端面(3)上，其特征在于，该基部(2)包括围绕该纵向轴线(A1)分布的多个角部分(11)，每个角部分(11)包括所述层(10)中平坦的至少一个层，平坦的所述层(10)通过位于这些齿(4)之一固定到该基部(2)的位置处的折叠部(20)附接到相邻角部分(11)的层(10，15)。

2.如权利要求1所述的定子本体(1)，其中，每个角部分(11)包括所述层(10)中平坦的并且基本上平行于平坦的所述层(10)的至少一个其他层。

3.如权利要求1至2之一所述的定子本体(1)，其中，每个角部分(11)包括所述层(15)中围绕平行于该纵向轴线(A1)的轴线弯曲的至少又一个层。

4.如权利要求1至3之一所述的定子本体(1)，其中，该基部(2)在该基部的端面(3)上包括至少一个凹入起伏部(6)，所述齿(4)中的至少一个齿具有与该凹入起伏部(6)的形状部分互补的形状部分，并且被设置到该凹入起伏部(6)中。

5.如权利要求1至4之一所述的定子本体(1)，其中，每个角部分(11)包括通过至少两个折叠部(20)附接到相邻角部分(11)的至少两个层(10，15)的至少两个层(10，15)，所述至少两个折叠部(20)具有随着该至少两个折叠部距该纵向轴线(A1)的距离而增加的曲率半径。

6.如权利要求1至4之一所述的定子本体(1)，其中，每个角部分(11)包括通过至少两个折叠部(20)附接到相邻角部分(11)的至少两个层(10，15)的至少两个层(10，15)，所述至少两个折叠部(20)具有基本上恒定的曲率半径。

7.如权利要求1至6之一所述的定子本体(1)，其中，平坦的所述层(10)在平行于该纵向轴线(A1)的平面中延伸。

8.如权利要求1至7之一所述的定子本体(1)，其中，平坦的所述层(10)是晶粒定向的，其中晶粒基本上平行于该端面(3)和平坦的所述层(10)在其中延伸的平面延伸。

9.如权利要求1至8之一所述的定子本体，其中，每个角部分(11)包括至少两个金属片材层(10，15)，两个相邻层(10，15)由电绝缘层分开。

10.一种用于制造如权利要求1至9之一所述的定子本体(1)的方法，包括以下步骤：

e1)将这些层(10，15)卷绕在支撑件周围；

e2)在卷绕期间，弯曲该金属片材以便形成这些折叠部(20)；

e3)制造齿(4)并将这些齿(4)固定到该端面(3)上。