CN117280567A - 用于轴向磁通电机的定子和用于制造这种定子的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造用于轴向磁通电机的定子(1)的方法，所述定子包括定子主体(2)、多个齿(5)和至少一个由导电线形成的线圈(9)，每个齿由第一部分(52)和第二部分(54)形成，该方法包括以下步骤：‑获得支承部分(7)，在该支承部分中每个齿都以精确的姿态定位；‑形成旨在包围每个齿的第二部分的电绝缘材料的封套(30)；‑将导电线缠绕在所述封套周围；以及，‑将每个齿的第二部分的一端固定到所述定子主体的一个面上。

Description

用于轴向磁通电机的定子和用于制造这种定子的方法

技术领域

本发明总体上涉及轴向磁通电机(轴流式电机)。

更具体地，本发明涉及一种制造用于轴向磁通电机的定子的方法。

本发明还涉及一种通过这种制造方法获得的定子、以及包括这种定子的引擎(原动机，发动机)和机动车辆。

背景技术

用于轴向磁通电机的传统定子包括主体，该主体具有大体环形的基部和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，从而使定子能够移动转子。

传统上，定子的主体是通过绕纵向轴线缠绕金属板片而制成的。当定子运行时，金属板片的这种缠绕可以限制穿过定子的傅科电流，从而减少加热造成的能量损失。

在以这种方式制造定子主体之后，已知三种用于在齿周围执行导线缠绕的方法，以便形成定子的线圈。

根据第一种方法，齿具有大致平行六面体的形状，这有利于将导线缠绕在每个齿周围。这种构型有利于定子的工业制造，因为齿之间的空间足够大以便能毫无困难地缠绕导线。然而，使用这种齿形会导致电机的电性能降低。

根据第二种制造方法，齿在其自由端处扩张，这改善了磁场的循环。在这种构型中，形成线圈的导线必须被引入到齿之间非常窄的槽中。这一步在工业过程中并不容易实施。

第三种已知方法旨在改进第二种方法。为此，在缠绕形成定子主体和齿的金属板片之后，从定子主体上切下齿。然后，线圈围绕每个齿单独形成。最后将齿重新装回定子主体上。在一个变型中，每个齿都是通过堆叠切割的磁性板片、盘绕然后组装在定子主体上而单独制成的。

然而，这种方法在工业上并不容易实施，特别是因为齿在定子主体上的定位必须精确地完成，以便保证组件的磁性能。另外，这种构型改变了定子的刚性和机械抗力。

发明内容

本发明提出改进用于制造定子的方法，以便形成坚固的定子，在该定子中齿被布置成优化定子的磁性能和电性能。

更具体地，根据本发明提出了一种用于制造用于轴向磁通电机的定子的方法，所述定子包括定子主体、多个齿和至少一个由导电线形成的线圈，每个齿均由第一上部部分和第二下部部分形成，该方法包括以下步骤：

获得支承部分，在该支承部分中每个齿都以精确的姿态定位；

形成电绝缘材料的封套，该封套旨在包围每个齿的第二部分，

将导电线缠绕在所述封套的周围，和

将每个齿的第二部分的一端固定至所述定子主体的一个面上。

因此，由于本发明，支承部分形成为能将齿精确地定向并定位在空间中的适当位置。然后，将由支承部分、齿和导电线的线圈形成的组件固定到定子主体，从而能够实现齿的精确对准。因此，这种布置能够优化定子的磁性能和电性能。

另外，当组装支承部分和齿然后固定到单块式定子主体上时，这使得可以保证所获得的定子的机械抗力。

单独地或根据任何技术上可能的组合来看，根据本发明的用于制造定子的方法的其他有利的且非限制性的特征如下：

在形成支承部分之前，还提供了将齿定位在用于制造支承部分的模具的预成型凹口中的步骤；

在将导电线缠绕在所述封套周围之前，还提供了从模具中取出齿的步骤；

支承件和所述封套是通过模制形成的单个部件(一体式部件)；

支承部分具有多个开口，提供有将每个齿放置在支承部分的相应开口中的适当位置的步骤，每个开口均被成形为以所述精确姿态接纳每个齿；

每个齿都通过粘接固定到支承部分上；

所述支承部分和所述封套由聚合物材料制成；和

通过粘接将每个齿的第二部分的端部固定在定子主体的表面上。

本发明还涉及一种通过上述制造方法获得的定子。

本发明还涉及一种定子壳体，该定子壳体包括诸如上面定义的定子和接纳该定子的基部，所述基部包括底壁和侧壁以便形成冷却腔室。例如，聚合物材料包覆成型在冷却腔室中的定子周围。

本发明还涉及一种包括转子和诸如以上定义的定子的引擎，以及包括这种引擎的机动车辆。

当然，本发明的不同特征、变型和实施例可以根据各种组合彼此关联，只要它们不是彼此不相容或排斥的。

附图说明

下面参照附图并作为非限制性示例给出的描述将使得理解本发明的组成以及如何实现本发明。

在附图中：

图1示出了根据本发明的定子的示意性透视正视图；

图2示出了图1的定子的示意性透视后视图；

图3以流程图的形式示出了根据本发明的用于制造定子的方法的第一示例，

图4示意性地示出了在用于制造定子的方法的第一示例的步骤E2期间获得的产品的截面图，

图5示意性地示出了在用于制造定子的方法的第一示例的步骤E4期间获得的产品的截面图，

图6示意性地示出了在用于制造定子的方法的第一示例的步骤E8期间获得的产品的截面图，

图7示意性地示出了在用于制造定子的方法的第一示例的步骤E10期间获得的产品的截面图，

图8以流程图的形式示出根据本发明的用于制造定子的方法的第二示例，

图9示意性地示出在用于制造定子的方法的第二示例的步骤E22期间获得的产品的截面图，

图10示意性地示出在用于制造定子的方法的第二示例的步骤E24期间获得的产品的截面图，

图11示意性地示出在用于制造定子的方法的第二示例的步骤E26期间获得的产品的截面图，

图12示意性地示出在用于制造定子的方法的第二示例的步骤E28期间获得的产品的截面图，

图13示意性地示出配备有包括根据本发明的定子的引擎的机动车辆，

图14示出了齿与定子主体的上表面之间的配合的第一示例的示意性透视图，

图15示出了齿与定子主体的上表面之间的配合的第二示例的示意性透视图，和

图16示意性地示出包括根据本发明的定子的定子壳体的截面图。

具体实施方式

首先，应当注意的是，在不同附图中示出的本发明的不同实施例的相同或相似的元件将尽可能地由相同的附图标记来表示，并且将不再每次都进行描述。

在下面的描述中，术语“导电”和“绝缘”将用于定义相应的导电和电绝缘材料的电特性或介电特性。

在图1和2中，分别以正视图和后视图示意性地示出了用于轴流式电机的定子1。

定子1包括定子1的主体2、多个齿5、所述多个齿5的支承部分7以及至少一个由导电线形成的线圈9(其在图1和2中看不到)。

如图1和2所示，定子1的主体2具有扁平环形形状，其高度小于其直径。该定子1的主体2具有平坦的上表面22、平坦的下表面24、外周面25和内周面，所述外周面和内周面均为回转圆柱面。

定子1的主体2由磁性材料制成。它例如由厚度小于或等于半毫米的钢片堆叠而成。在此，这些钢片是弯曲的并且绕与上表面22和下表面24的平面正交的轴线L螺旋卷绕。它们在定子1的主体2的整个高度上延伸。因此，由傅科电流引起的定子中的损耗受到限制。

定子1还包括多个齿5。该多个齿5全都绕轴线L(图1和2)规则地分布在定子1的主体2的上表面22上。从图1中可以看出，每个齿5主要具有直棱柱形状，具有梯形横截面(在平行于定子1的主体2的上表面22的平面中)。在此，面向相邻齿5的侧面彼此平行。

在此，每个齿5具有第一部分52或在下文中称为远侧部分52，以及第二部分54或在下文中称为近侧部分54(图4)。例如，如图7所示，每个齿5的近侧部分54被置于定子1的主体2的上表面22上。在实践中，每个齿5的近侧部分54的每个端部都通过粘接固定到定子1的主体2的上表面22上。

在一个变型中，如图14和15所示，每个齿5的近侧部分54与定子1的主体2的上表面22之间的配合也可通过将每个齿5互锁到定子1的主体2的上表面22上来实现。更具体地，每个齿5的近侧部分54的端部都具有与定子1的主体2的上表面22的一部分互补的形状。

例如，在图14的情况下，每个齿5的近侧部分54的端部具有突出部分540，其旨在例如通过互锁与形成在定子1的主体2的上表面22上并具有与突出部分540互补的形状的沟槽542配合。该沟槽可具有V形二面体横截面(图15)或U形横截面，其底部呈V形(图14)。这种形状的优点是改善了磁通量在齿的基部与圆柱体头部的位于两个齿之间的部分之间的通过，特别是当该齿由具有轴向磁性取向的颗粒的片材制成时，以及当圆柱体头部由具有成角度地磁性取向的颗粒的片材制成时，像例如文献WO2020/078667中那样。

而且，仍然在一个变型中，每个齿5的近侧部分54与定子1的主体2的上表面22之间的配合可通过每个齿5在上述定子1的主体2的上表面22上的粘接和互锁的组合来实现。

此外，每个齿5的远侧部分52至少在一侧上具有突出的脊部55。在此，在每个齿5的两侧、在每个齿5的远侧部分52的端部的延伸部中形成有两个突出的脊部55。如在图1中可见，齿5的突出脊部55面向相邻齿5的突出脊部55。这些突出脊部55是特别有利的，因为它们减少了齿5之间的可用空间，这使得可以减少定子1处的磁场变化并且减少了相关的功率损耗。这也使得可以减小定子1与相关转子之间的间隙的磁阻。

有利地，在此，齿5定位在支承部分7中。该支承部分7在此也具有扁平环形形状(图1和2)。该支承部分7成形为至少在将这些齿5组装在定子1的主体2上时以精确的姿态支承每个齿5。

在此，本说明书中的“精确的姿态”是指每个齿5以预定的、稳定的空间位置并且根据预定的取向相对于其他齿的定位。因此，该支承部分7的使用使得能将齿5相对于彼此精确布置在定子1的主体2上。这使得可以通过限制由于齿5相对于彼此的不正确对准和不正确定位而引起的损耗来保证定子1的组件的磁性能。

支承部分7优选地由电绝缘材料形成。它例如由塑料材料模制而成。

例如，如图6和7所示，每个齿5都被设置为被由电绝缘材料形成的封套30包围。例如，该封套由聚合物材料模制而成。

根据本发明的第一实施例(图3至7)，支承部分7和封套30是通过模制形成的单个部件。

根据第二实施例(图8至12)，支承部分7和封套30形成为两个不同的部件。

例如，在图6中可以看出，每个封套30旨在围绕所涉及的齿5的近侧部分54。

最后，定子1包括由导电线形成的线圈9。如图7、11和12所示，导电线缠绕在围绕齿5形成的每个封套30周围，从而形成线圈9。导电线例如是铜线。在实践中，线圈电连接到电连接单元90(图16)。

根据本发明的定子1旨在用在机动车辆100(图13)的引擎110(还包括转子)中。

图16示出了其中引入定子1的定子壳体200的一个示例。定子壳体200包括基部202，该基部接纳定子1。在此，基部202具有底壁204和从底壁204延伸的两个侧壁205、206。

定子主体2的下表面例如通过粘接固定到定子壳体200的底壁204。

支承部分7定位在基部202中以便形成封闭的内部腔室80。换句话说，内部腔室80的壁由基部202的底壁204、基部202的侧壁205、206和定子1的支承部分7形成。定位在支承部分7与基部202的侧壁205、206之间的密封件(图中看不到)可以确保内部腔室80的密封。

因此，一旦定子1被固定到定子壳体200的底壁204上，内部腔室80就可有利地形成冷却腔室。为此目的，如图16所示，基部202包括使冷却液能够循环的入口开口220和出口开口225。该冷却液例如是油等电介质冷却液。有利地，在此，冷却液因此可以在围绕着齿5的线圈9之间循环，并且因此能冷却定子1，而不需要在每个齿的主体中包括复杂的通道系统。

定子壳体200还包括底部元件230，该底部元件面向基部202的底壁204定位在基部202的外部。因此，该底部元件230使得可以形成封闭的外部腔室85。定位在底部元件230与基部202的底壁204之间的密封件(图中不可见)使得可以保证外部腔室85的密封。

有利地，外部腔室85可形成定子壳体200的另一个冷却腔室。为此目的，在底部元件230与基部202的底壁204之间设置有用于供给和排出冷却液的开口(未示出)。在此，冷却液是水或油。

最后，由于所说明的布置结构，定子壳体200的冷却可以以多种方式完成：

通过内部腔室80内部的液体循环完成的冷却，或者

通过外部腔室85内部的液体循环完成的冷却，或者

通过内部腔室80内部的液体和外部腔室85内部的另一种液体的循环完成的冷却。

在使用液体循环的一个变型中，内部腔室80可填充有聚合物材料以能够冷却。例如，聚合物材料在形成于定子壳体200中的内部腔室80中围绕定子(1)包覆成型。

图3以流程图的形式示出了用于制造定子1的方法的第一示例。

在实施该方法之前，假设已经形成了齿5和定子1的主体2(这些元件的制造不认为是构成本发明的核心，因此下面不再详细描述)。

如图3所示，该方法从步骤E2开始。在此步骤期间，齿5被定位在用于制造支承部分7的模具70的预成型凹口75中(图4)。

如图4所示，在此，仅每个齿5的近侧部分54被置于相应的凹口75中。在此，每个凹口75的尺寸稍微大于所涉及的齿5的近侧部分54的尺寸，因此在每个齿5的侧面和所涉及的凹口75的侧壁之间形成小的间隙。

该制造方法以步骤E4继续进行。在此步骤期间，形成支承部分7和封套30。在该第一示例中，它们是通过模制形成的单个部件。在实践中，聚合物材料被铸造在制造模具70中。

如图5所示，聚合物材料被引入到齿5的侧面与凹口75的侧壁之间，从而围绕每个齿5的近侧部分54形成封套30。在此，聚合物材料未完全覆盖每个齿5的近侧部分54。

换句话说，绝缘封套30具有开口32。这些开口32例如来自在制造方法期间(例如，在引入聚合物材料期间)将齿5保持就位的定位装置。

还如图5所示，在每个齿5的每个远侧部分52之间延伸的聚合物材料形成支承部分7。因此，支承部分7以将齿5的突出脊部55彼此连接的板的形式呈现。

最后，在步骤E4结束时，获得支承部分7，在该支承部分中每个齿5均以精确的姿态定位，由电绝缘材料形成的封套30围绕每个齿5的每个近侧部分54。

在步骤E6期间，将由支承部分7、齿5和封套30形成的组件从制造模具70中取出。

因此，该方法以步骤E8继续进行(图6)，在此期间将导电线缠绕在在步骤E4中形成的每个封套30周围，以便获得线圈9。在实践中，例如，将导电线从一个单件开始缠绕在封套30周围。

该方法最终以步骤E10结束，在此期间，将由支承部分7、齿5、封套30和线圈9形成的组件固定在定子1的主体2上。更具体地，将每个齿5的近侧部分54的每个自由端被置于定子1的主体2的上表面22上。在此，固定通过粘接来完成。在一个变型中，如上所述并且如图14和15所示，可通过将每个齿5的近侧部分54互锁在定子1的主体2的上表面22上或者通过任何其他合适的方法来完成固定。

在步骤E10结束时，组装并形成了定子1(图7)。

图8以流程图的形式示出了用于制造定子1的方法的第二示例。

在此同样，在实施该方法之前，假设已形成了齿5和定子1的主体2。

如图8所示，该方法开始于获得支承部分7的步骤E20。根据该第二实施例，支承板7独立于齿5而制成。例如，它通过用聚合物材料模制而由另一制造模具(未示出)形成。该另一制造模具特别是使得能形成开口17(图9)，每个开口都旨在接纳齿5。因此，所获得的支承部分7包括与齿5的数量一样多的开口17。这些开口17成形为使得每个齿5能够以诸如上面定义的精确姿态定位。特别地，如图9所示，开口17具有与齿5的远侧部分52互补的形状，从而使得可以支承该远侧部分52。

然后该方法继续到步骤E22。在此步骤期间，将各个齿5在支承部分7的相应开口17中安放就位(图9)。更具体地，每个开口17的边缘旨在与每个齿5的远侧部分52配合，特别是与每个齿5的突出脊部55配合。

在实践中，每个齿5(经由其远侧部分52)通过粘接固定到支承部分7的相应开口17的边缘上。在一个变型中，该固定可通过互锁或任何其他合适的配合方式来实现。

在将齿5放置在支承部分7上的适当位置的同时，该制造方法包括步骤E24，在此期间封套30由电绝缘材料形成。

根据该第二实施例，在此，封套30与支承部分7分开形成。封套30例如通过特定的制造模具(未示出)通过以聚合物材料模制而形成。在此，封套30也成形为包围每个齿5的近侧部分54。

与上述第一实施例一样，封套30可在其侧部具有(或不具有)开口32。

形成封套30之后，就将导电线缠绕在其周围，以形成线圈9(图10)。

最后，在步骤E22和E24结束时，一方面，形成了支承部分7，齿5在该支承部分中以精确的姿态定位；另一方面，形成了封套30(由电绝缘材料形成)，该封套被导电线缠绕。

因此，步骤E26能将设置有导电线的封套30定位在每个齿5的近侧部分54上(图11)。

在实践中，在每个齿5的近侧部分54上组装设置有导电线的封套30例如通过卡扣配合或通过粘接来完成。

该方法最终以步骤E28(类似于上述步骤E10)结束。在此步骤中，将由支承部分7、齿5、封套30和线圈9形成的组件固定在定子1的主体2上。

在步骤E28结束时，组装并形成了定子1(其一部分在图12中示出)。

在一个变型中，可以设想封套简单地由绝缘纸片形成。

可以在用于制造定子1的方法之后提供精整(最终定案)步骤，例如涂覆由定子的不同元件形成的组件。

在获得定子1(通过制造方法的第一或第二示例)之后，还可以通过将所获得的定子1固定在基部202的底壁204中来形成定子壳体200。该固定例如通过粘接完成。

在一个变型中，该方法的两个示例中的每个示例的步骤均可以在定子壳体200在基部202中进行定位的同时直接执行。

Claims (12)

1.一种用于轴向磁通电机的定子(1)的制造方法，所述定子(1)包括定子(1)的主体(2)、多个齿(5)和至少一个由导电线形成的线圈(9)，每个齿(5)均由第一部分(52)和第二部分(54)形成，所述方法包括以下步骤：

提供支承部分(7)，在该支承部分中每个齿(5)都以精确的姿态定位，

形成电绝缘材料的封套(30)，该封套旨在围绕每个齿(5)的第二部分(54)，

将所述导电线缠绕在所述封套(30)周围，以及

将每个齿(5)的第二部分(54)的一端固定至所述定子(1)的主体(2)的一个面(22)。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

在形成所述支承部分(7)之前，将所述齿(5)定位在用于制造所述支承部分(7)的模具(70)的预成型凹口(75)中，和

在将所述导电线缠绕在所述封套(30)周围之前，从所述模具中取出所述齿(5)。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述支承部分(7)和所述封套(30)是通过模制形成的单个部件。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述支承部分(7)具有多个开口(17)，该方法包括将每个齿(5)在所述支承部分(7)的相应开口(17)中放置就位的步骤，各个开口(17)成形为以所述精确的姿态接纳各个齿(5)。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，每个齿(5)都通过粘接固定至所述支承部分(7)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述支承部分(7)和所述封套(30)由聚合物材料形成。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，通过粘接来将每个齿(5)的第二部分(54)的端部固定在所述定子(1)的主体(2)的所述面(22)上。

8.一种用于轴向磁通电机的定子(1)，该定子通过根据权利要求1至7所述的制造方法获得。

9.一种定子壳体(200)，其包括根据权利要求8所述的定子(1)和接纳所述定子(1)的基部(202)，所述基部(202)包括底壁(204)和侧壁(205，206)以便形成冷却腔室(80)。

10.根据权利要求9所述的定子壳体(200)，其中，聚合物材料在所述冷却腔室(80)中包覆模制在所述定子(1)的周围。

11.一种引擎(110)，其包括转子和根据权利要求8所述的定子(1)。

12.一种机动车辆(100)，其包括根据权利要求9所述的引擎(110)。