CN117060608A - 马达定子 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种马达定子。该马达定子具有包括联接到用于固定定子芯的支撑结构的板部和插入线轴的突起的结构。用于固定定子芯的支撑结构具有定子芯的突起插入并延伸到其中并且定子芯的板部插入并置于其中的结构。定子芯的板部接合到支撑结构，同时与支撑结构共面。因此，定子的定子芯和转子的永磁体之间的间隙距离被最小化，从而提高了马达的性能。

Description

马达定子

技术领域

本公开涉及一种马达定子，更具体地，涉及一种马达定子，其构造可以使马达定子和转子之间的间隙的距离(以下称“间隙距离”)最小化，从而提高马达的性能。

背景技术

通常，环保型车辆，例如电动车辆、混合动力电动车辆和燃料电池电动车辆分别设置有基于轴向通量永磁体(AFPM)的马达作为动力源。

这种马达定子可以包括多个钢板相互堆叠的定子芯、用于固定定子芯的由聚合物材料形成的支撑结构、缠绕在定子芯上的线圈等。

马达的转子分别被制作成通过将多个永久磁体附接到转子芯的一个表面上而得到的结构，并且被设置在定子的两侧。

马达的性能可以根据定子的定子芯与转子的每个永久磁铁之间的间隙距离来确定。

例如，随着定子的定子芯和转子的永磁体之间的间隙距离的增加，马达的性能可能会下降，例如马达扭矩或反电动势减小。相反，随着定子的定子芯和转子的永磁体之间的间隙距离的减小，马达性能可能会提高，例如马达扭矩或反电动势增加。

然而，根据现有技术，可能存在的问题是，由于用于固定定子芯的支撑结构的厚度，定子的定子芯和转子的永磁体之间的间隙距离可能增加，从而使马达的性能下降。

发明内容

各种实施例涉及马达定子，在该马达定子中，定子芯具有由联接到用于固定定子芯的支撑结构的板部和插入线轴中的突起组成的结构。用于固定定子芯的支撑结构具有供定子芯的突起延伸插入并且供定子芯的板部插入并置于其中的结构。因此，定子芯的板部接合到支撑结构，同时与支撑结构共面。因此，可以使定子的定子芯和转子的永磁体之间的间隙距离最小化，从而提高马达的性能。

在实施例中，马达定子包括一对定子芯，该一对定子芯中的每个定子芯具有包括板部和设置在板部的一个表面上的突起的结构。马达定子还包括定子芯固定支撑结构，该定子芯固定支撑结构中的每个定子芯固定支撑结构包括供突起延伸插入的通孔和供板部插入并置于其中的凹部。马达定子进一步包括线轴，该线轴具有形成在线轴中的插入孔，已经穿过定子芯固定支撑结构的通孔的突起插入该插入孔中。线圈缠绕在线轴的外表面上。马达定子还包括壳体，该壳体安装在支撑结构的内圆周部分和外圆周部分上。

根据实施方式，定子芯中的每一个可以通过可以具有预定宽度的钢板缠绕多次而形成圆柱形结构并然后在圆柱形结构的一个表面上加工多个切割凹部使得切割凹部在圆周方向上彼此等距地分开来制作。因此，切割凹部的底面形成板部，多个突起形成为与切割凹部交替。

支撑结构中的每一个可以被构造成使得内环和外环通过在圆周方向上等距设置的多个连接杆一体连接。

支撑结构可以通过嵌件注塑由工程塑料材料中的聚醚醚酮(PEEK)或聚酞胺(PPA)中的一种材料制作，以分别接合到定子芯。

支撑结构的通孔可以形成为与支撑结构的连接杆交替，定子芯中的相应一个的板部插入并置于其中的凹部可以设置在连接内环和外环的连接杆的外表面部分上。

内环和外环可以具有相同的厚度。连接杆中的每一个的厚度可以小于内环或外环的厚度。并且，凹部可以形成在连接内环的外径表面和外环的内径表面的连接杆的外表面部分上。

支撑结构的凹部中的每一个的深度可以与定子芯的板部中的每一个的厚度相同。

因此，当定子芯中的每一个的板部插入并置于支撑结构中的相应一个的凹部上时，定子芯的板部的外表面和支撑结构的内环及外环的外表面可以共面设置。

壳体可以包括通过激光焊接或热熔接合到支撑结构的内径表面的内壳体。壳体可以进一步包括通过激光焊接或热熔接合到支撑结构的外径表面的外壳体，以便密封缠绕有线圈的线轴。

外壳体可以包括冷却油入口和冷却油出口，用于通过将缠绕在线轴上的线圈浸入冷却油中来冷却线圈。

定子芯中的每一个可以被制作成通过堆叠和接合多个分割的钢片而获得的结构。突起和板部可以一体形成在每个钢片中。突起可以被构造成延伸通过支撑结构的相应一个的通孔并插入线轴的插入孔中。板部可以被构造成插入并置于支撑结构中的相应一个的凹部中。

定子芯的分割的钢片中的每一个的突起可以在远端具有联接凹部或联接突起。

因此，当各自具有分割的钢片的联接凹部的突起分别从线轴的一侧插入线轴的插入孔并且突起分别从线轴的另一侧插入线轴的插入孔时，联接突起可以分别插入并紧固到联接凹部。

通过上述构造，本公开提供以下效果。

首先，定子芯中的每一个的板部可以接合到相应的定子芯固定支撑结构，同时与支撑结构共面。因此，可以使定子的定子芯和转子的永磁体之间的间隙距离最小化，从而提高马达的性能。例如，可以增加马达扭矩、反电动势等。

第二，由于线轴和线圈被密封在壳体和定子芯内的构造，线圈可以利用冷却油直接冷却。例如，冷却油可以通过形成在外壳体中的冷却油入口注入，缠绕在线轴上的线圈可以通过将线圈浸入冷却油中来冷却，冷却油可以通过形成在外壳体中的冷却油出口排出，等等。

第三，定子芯固定支撑结构可以由非磁性工程塑料材料制成，从而防止电磁损耗，例如涡流损耗。

附图说明

本公开的上述和其它特征将参照附图中说明的某些示例进行详细描述，附图在下文中仅以说明的方式给出，因此不是对本公开的限制，并且其中：

图1是示出包括根据本公开的定子的马达的分解立体图；

图2是示出根据本公开的实施例的定子的定子芯的立体图；

图3是示出根据本公开的定子的支撑结构的立体图；

图4是示出根据本公开的定子的定子芯和支撑结构之间的联接状态的立体图；

图5是示出根据本公开的定子的定子芯和支撑结构之间的联接状态的侧视图；

图6是示出根据本公开的定子的联接到支撑结构的定子芯联接到线轴的状态的立体图；

图7是示出根据本公开的联接有定子的联接到支撑结构的定子芯的线轴和壳体联接的状态的立体图；

图8是示出根据本公开的定子的组装状态的立体图；

图9是示出根据本公开的转子与定子相邻设置的状态的立体图；

图10是以比较的方式示出根据本公开的定子芯和转子的永磁体之间的间隙距离减小的剖面图；

图11是示出根据本公开的取决于定子的定子芯和永磁体之间的间隙距离的马达的性能的变化的图表；

图12是示出根据本公开的另一实施例的定子的定子芯的立体图；

图13是示出根据本公开的另一实施例的定子芯和支撑结构之间的联接状态的立体图；以及

图14是示出根据本公开的另一实施例的定子芯的突起插入到线轴的内部并与之接合的状态的主要部分剖面图。

具体实施方式

在下文中，参照附图详细描述本公开的实施例。

附图中的图1是示出包括根据本公开的定子100的马达的分解立体图。

如图1所示，根据本公开的定子100包括：一对定子芯110；定子芯固定支撑结构(例如，支撑结构)120，分别联接到定子芯110中的相应一个；线轴130，其上缠绕有线圈132；壳体140；等。

定子芯110中的每一个被制作成具有突起112从板部111的一个表面突出的结构。

根据本公开的实施例，如图2所示，定子芯110可以通过用具有预定宽度的钢板形成圆柱形结构113来制作，该钢板以缠绕卷簧(windup spring)的方式围绕圆柱形结构113缠绕多次。然后可以通过线切割方法将定子芯110加工成在圆柱形结构113的一个表面上包括多个切割凹部114，使得切割凹部114在圆周方向上彼此等距地分开。

因此，可以实现分别包括底面被形成为板部111的多个切割凹部114以及与切割凹部114交替的多个突起112的定子芯。

如图3所示，支撑结构120中的每一个可以被制作成具有在其中形成通孔122和凹部121的结构。相应的定子芯110的突起112插入并延伸通过通孔122，并且板部111插入并置于凹部121中。

更具体地，支撑结构120中的每一个被构造成使得内环123和外环125通过在圆周方向上等距设置的多个连接杆124一体地连接。因此，通孔122可以形成为与相应的支撑结构120的连接杆124交替。突起112插入并延伸到通孔122中。凹部121可以设置在连接内环123和外环125的连接杆124的外表面部分上。相应的定子芯110的板部111插入并置于凹部121中。

支撑结构120的内环123和外环125具有相同的厚度，并且每个连接杆124的厚度小于内环123或外环125的厚度。因此，凹部121可以容易地在连接内环123的外径表面和外环125的内径表面的连接杆124的外表面部分上形成。

特别地，支撑结构120的凹部121的深度形成为与定子芯110的板部111的厚度相同。

因此，为了联接定子芯110和支撑结构120，当定子芯110的突起112插入并延伸到支撑结构120的通孔122中并且定子芯110的板部111插入并置于支撑结构120的凹部121中时，定子芯110的板部111的外表面和支撑结构120的内环123和外环125的外表面可以如图4和图5中所示共面设置。

特别地，支撑结构120可以由诸如聚醚醚酮(PEEK)或聚酞胺(PPA)的材料制作，该材料在工程塑料材料中具有卓越的强度和较小的变形。支撑结构120可以通过嵌件注塑来制作，以便分别接合到定子芯110。

例如，具有上述结构的支撑结构120可以通过将定子芯110插入注塑模具(未示出)的空腔中并将诸如PEEK或PPA的工程塑料材料填充到注塑模具的空腔中，通过嵌件注塑一体接合到定子芯110。

如图6和图7所示，线轴130可以具有包括设置在线轴130内部以在两侧打开的插入孔131的结构。穿过支撑结构120的通孔122的定子芯110的突起112插入插入孔131，并且线圈132被缠绕在线轴130的外表面。

线轴130设有与定子芯110的多个突起112以一对一的关系相匹配的多个部分。

因此，已经穿过通孔122的定子芯110的突起112分别从线轴130的一侧和另一侧插入到插入孔131的一半的位置。突起112因此被固定在插入孔131中。因此，如图6和图7所示，支撑结构120和定子芯110的板部111分别与线轴130的一侧部和另一侧部紧密接触。

壳体140可以被设置为安装在支撑结构120的内圆周部分和外圆周部分上的结构，以便密封线轴130，定子芯110的突起112插入线轴130中，并且线圈132缠绕在线轴130的外圆周表面上。

为此，如图7和图8所示，壳体140可以包括通过激光焊接或热熔接合到支撑结构120的内环123的内径表面的内壳体141。壳体140可以进一步包括通过激光焊接或热熔接合到支撑结构120的外环125的外径表面的外壳体142。

以这种方式，一对定子芯110联接到定子芯固定支撑结构120，并且每个定子芯110的突起112被插入并固定到缠绕有线圈132的线轴130中。然后，包括内壳体141和外壳体142的壳体140安装到所得的结构上。因此，如图8所示，可以完成根据本公开的定子100的组装。

另外，如图8所示，根据本公开的定子100具有外部外观，通过该外部外观，定子芯110的板部111的外表面、支撑结构120的内环123和外环125的外表面、内壳体141的内径表面以及外壳体142的外径表面暴露在外部。另外，插入有定子芯110的突起112的线轴130、缠绕在线轴130的外表面上的线圈132等在被密封在定子100内的同时定位。

特别地，通过用不透气和不透水的成型材料对定子芯110和支撑结构120的微小(例如，小的、细微等)间隙进行成型，可以完全密封线轴130。

如图9所示，转子200以与定子100的预定间隙距离设置在如本文所述制作的定子100的两侧。如图1所示，每个转子200具有包括转子芯201和在圆周方向上等距地附接到转子芯201的内表面的多个永磁体202的结构。

马达的性能可以根据定子100的定子芯110和转子200的永磁体202之间的间隙距离来确定。

例如，随着定子100的定子芯110和转子200的永磁体202之间的间隙距离增加，马达的性能可能会下降。因此，增加间隙距离会降低马达的平均扭矩(Torque_avg)、反电动势的基波分量的最大值(EMF1_pk)、反电动势的最大值(EMF_pk)等，如图11中所示。相反，随着定子100的定子芯110和转子200的永磁体202之间的间隙距离减小，马达的性能可能会提高。因此，减小间隙距离会增加马达的平均扭矩(Torque_avg)、反电动势的基波分量的最大值(EMF1_pk)、反电动势的最大值(EMF_pk)等，如图11中所示。

参照附图中的图10的左侧部分，当连接到支撑结构的单独的盖子150位于每个定子芯110的外表面上时，或者当支撑结构被堆叠在每个定子芯110的外表面上时，定子芯110和转子200的永久磁铁202之间的间隙距离可能因盖子150等的厚度而增加。因此，马达的性能可能会下降，例如马达的平均扭矩(Torque_avg)、反电动势的基波分量的最大值(EMF1_pk)、反电动势的最大值(EMF_pk)等降低。

相反，参照附图中的图10的右侧部分，根据本公开的每个定子芯110的板部111插入并置于相应的支撑结构120的凹部121中，使得定子芯110的板部111的外表面与支撑结构120的外表面共面。因此，定子芯110和转子200的永磁体202之间的间隙距离可以被最小化，从而提高马达的性能。例如，马达的平均扭矩(Torque_avg)、反电动势的基波分量的最大值(EMF1_pk)、反电动势的最大值(EMF_pk)等可以增加。

当定子芯固定支撑结构由非磁性材料铝(Al)制成时，由于Al的高导热性，可以获得散热性能。然而，由于Al是导体，可能会产生由磁场变化引起的涡流损耗。

因此，根据本公开的定子芯固定支撑结构120可以由非磁性工程塑料材料制成，从而防止电磁损耗，例如涡流损耗。

然而，由于定子芯固定支撑结构120由具有低导热性的非磁性工程塑料材料制成，因此对于实质上作为散热组件的线圈132的冷却性能可能降低。

为了防止冷却性能的这种降低，密封在壳体140和定子芯110内的线轴130和线圈132可以通过浸入冷却油中直接冷却。

为此，外壳体142具有用于冷却油的入口(例如，冷却油入口)143和出口(例如，冷却油出口)144。入口143和出口144连接到冷却装置(例如，油箱、电动泵等)，以便通过将缠绕在线轴130上的线圈132浸入冷却油中来冷却线圈132。

因此，可以通过循环地重复冷却过程来利用冷却油直接冷却线圈。该冷却可以包括通过形成在外壳体142中的冷却油入口143注入冷却油，通过将线圈132浸入冷却油中来冷却缠绕在线轴130上的线圈132，通过形成在外壳体142中的冷却油出口144排出冷却油，等等。因此，线圈的冷却性能可以得到提高。

附图中的图12是示出根据本公开的另一实施例的定子的定子芯的立体图。

如图12所示，与根据前一实施例的定子芯110的一体结构不同，根据本公开的另一实施例的定子芯110的特征是被分成多片。

为此，如图12所示，根据本公开的另一实施例的每个定子芯110可以被制作成包括通过堆叠和接合多个分割的钢片115而获得的结构，在每个钢片115中一体形成有突起112和板部111。突起112被构造成延伸通过支撑结构120中相应的一个的通孔122，以插入到线轴130的插入孔131。板部111被构造成插入并置于支撑结构120的相应的一个的凹部121中。

另外，根据另一实施例的定子芯110中的一个的每个分割的钢片115的突起112在远端上具有联接凹部116。相反，根据另一实施例的定子芯110中的另一个的每个分割的钢片115的突起112在远端上具有联接突起117。

因此，如图13所示，在分割的钢片115的突起112插入并延伸通过支撑结构120的通孔122的同时，分割的钢片115的板部111插入并置于支撑结构120的凹部121中。因此，分割的钢片115的板部111的外表面和支撑结构120的内环123和外环125的外表面可以共面设置。

之后，穿过支撑结构120的通孔122的分割的钢片115的突起112可以分别从线轴130的一侧和另一侧插入并紧固到插入孔131中。

因此，突起112各自具有分别从线轴130的一侧插入线轴130的插入孔131的分割的钢片115的联接凹部116，并且突起112各自具有分别从线轴130的另一侧插入线轴130的插入孔131的分割的钢片115的联接突起117。因此，如图14所示，联接突起117可以分别插入并固定到联接凹部116中。以这种方式，彼此面对的分割的钢片115可以彼此联接，从而防止分割的钢片115移动。

因此，支撑结构120和定子芯110的分割的钢片115的板部111与线轴130的一侧和另一侧紧密接触。分割的钢片115的板部111插入并置于支撑结构120的凹部121中，以便与支撑结构120的外表面共面。以同样的方式，定子芯110的板部111和转子200的永磁体202之间的间隙距离可以被最小化。

如上所述，本文详细描述了本公开的各种实施例，但本公开的范围不限于所描述的实施例。对于本领域普通技术人员来说应该很明显的是，在不脱离所附权利要求书中限定的本公开的技术宗旨的情况下做出的各种修改和改进也包括在本公开的范围内。

Claims (15)

1.一种马达定子，包括：

一对定子芯，所述一对定子芯中的每个定子芯具有包括板部和设置在所述板部的一个表面上的多个突起的结构；

一对支撑结构，用于固定所述多个定子芯，所述一对支撑结构中的每个支撑结构包括使所述多个突起插入其中的多个通孔和使所述板部插入并置于其中的凹部；

线轴，具有形成在所述线轴中的多个插入孔，已经分别穿过所述一对支撑结构的所述多个通孔中的每一个的所述多个突起中的每一个插入所述插入孔中，线圈缠绕在所述线轴的外表面上；以及

壳体结构，包括安装在所述一对支撑结构的内圆周上的内壳体和安装在所述一对支撑结构的外圆周上的外壳体。

2.根据权利要求1所述的马达定子，其中，所述定子芯中的每一个具有圆柱形结构，具有预定宽度的钢板缠绕所述圆柱形结构多次，多个切割凹部位于所述圆柱形结构的一个表面上，使得所述切割凹部在圆周方向上彼此等距地分开，从而所述切割凹部的底面形成所述板部，所述多个突起形成为与所述切割凹部交替。

3.根据权利要求1所述的马达定子，其中，所述支撑结构中的每一个被构造成使得内环和外环通过在圆周方向上等距设置的多个连接杆一体连接。

4.根据权利要求3所述的马达定子，其中，所述一对支撑结构由工程塑料材料制作，并通过嵌件注塑分别接合到所述一对定子芯。

5.根据权利要求4所述的马达定子，其中，所述工程塑料材料为聚醚醚酮即PEEK或聚酞胺即PPA。

6.根据权利要求3所述的马达定子，其中，所述支撑结构的所述通孔形成为与所述支撑结构的所述连接杆交替，所述凹部设置在连接所述内环和所述外环的所述连接杆的外表面部分上，并且所述一对定子芯中的相应一个的板部插入并置于所述凹部中。

7.根据权利要求6所述的马达定子，其中，所述内环和所述外环具有相同的厚度，所述连接杆中的每一个的厚度小于所述内环或所述外环的厚度，并且所述凹部形成在连接所述内环的外径表面和所述外环的内径表面的所述连接杆的外表面部分上。

8.根据权利要求6所述的马达定子，其中，所述支撑结构的所述凹部中的每一个的深度与所述定子芯的所述板部中的每一个的厚度相同。

9.根据权利要求6所述的马达定子，其中，当所述定子芯中的每一个的所述板部插入并置于所述支撑结构中的相应一个的凹部中时，所述定子芯的所述板部的外表面和所述支撑结构的所述内环及所述外环的外表面共面设置。

10.根据权利要求1所述的马达定子，其中，所述壳体包括接合到所述一对支撑结构的内径表面的内壳体和接合到所述一对支撑结构的外径表面的外壳体，以用于密封缠绕有所述线圈的所述线轴。

11.根据权利要求10所述的马达定子，其中，所述内壳体通过激光焊接或热熔接合到所述一对支撑结构的所述内径表面，并且所述外壳体通过激光焊接或热熔接合到所述一对支撑结构的所述外径表面。

12.根据权利要求10所述的马达定子，其中，所述外壳体包括冷却油入口和冷却油出口，用于通过将缠绕在所述线轴上的所述线圈浸入冷却油中来冷却所述线圈。

13.根据权利要求1所述的马达定子，其中，每个定子芯包括堆叠和接合的多个分割的钢片，突起和板部在所述多个钢片中的每一个中形成一体，所述突起延伸通过所述一对支撑结构中的相应一个的通孔并插入所述线轴的所述插入孔中，并且所述板部插入并置于所述一对支撑结构中的相应一个的凹部上。

14.根据权利要求13所述的马达定子，其中，所述定子芯的分割的钢片中的每一个的突起在远端具有联接凹部或联接突起。

15.根据权利要求14所述的马达定子，其中，各自具有分割的钢片的所述联接凹部的所述突起分别从所述线轴的一侧插入所述线轴的所述插入孔，并且各自具有分割的钢片的所述联接突起的所述突起分别从所述线轴的另一侧插入所述线轴的所述插入孔，所述联接突起分别插入并紧固到所述联接凹部。