CN117916991A - 用于组装电机转子的方法和工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于组装电机转子(200)的工具和方法，该转子包括转子主体(210)和磁极元件(220)。根据本发明，该方法包括以下步骤：‑将下部密封件(500)放置在承载元件(600)上；‑将转子主体和磁极元件定位在支承件(400)上，使得它们在它们之间限定空间(219)，所述空间在所述支承件一侧由所述下部密封件封闭；‑将上部密封件(550)放置在所述转子主体和所述磁极元件上，使得它在与所述支承件相对的一侧封闭所述空间；‑通过形成在下部密封件和上部密封件的至少一者中的孔向所述空间中注入结合材料。

Description

用于组装电机转子的方法和工具

技术领域

本发明总体上涉及电机的领域。

更具体地，本发明涉及一种用于组装电机转子的方法，该电机转子包括转子主体和磁极元件(通常是磁体)。

本发明还涉及用于组装这种转子的工具以及通过该组装方法获得的转子。

本发明在用于轴向磁通电机的转子的制造方面具有特别有利的用途。

背景技术

电动或混合动力机动车辆包括动力传动系，该动力传动系包括电机。

该电机包括安装在输出轴上的转子，该输出轴连接到车辆的驱动轮。

例如，电机可以是轴向磁通型的并且包括由两部分构成的壳体，该壳体收纳转子，该转子的形式为侧面与两个定子相接的圆盘。定子由此在转子的两侧稍微分开，以避免转子旋转时产生任何摩擦。因此，在转子的每一侧都有一个称为“气隙”的空间。

电机的性能取决于这些气隙的值(必须是最小的)、它们在转子的旋转轴线四周的恒定性以及这些气隙在转子两侧的对称性。最微小的几何形状误差都会对电机的性能及其使用寿命有影响。例如，可以理解，两个气隙之间的值的差异导致转子被最近的定子吸引。该应力可能很大。此外，它还可以是周期性的并且导致形成电机的材料疲劳。

这些问题是轴向磁通电机本身的概念所固有的。

在此背景下，应当理解，应确保转子的部件彼此良好紧固并精确组装。

因此，所提出的主要问题涉及磁体到转子主体的紧固。

一种可行的方法涉及提供星形的转子主体，其分支在它们之间限定用于收纳磁体的容腔。因此，将环形束缚带放置在磁体和转子主体周围，以便相对于转子主体阻挡磁体。然后将可聚合的树脂引入磁体与转子主体之间，以便将转子的各个部件相对于彼此阻挡。

困难在于将树脂很好地摊铺在磁体与转子主体之间，以便确保磁体良好的相对定位，同时避免树脂在转子的每个面上形成珠粒，否则会存在摩擦定子的风险。目前，还没有已知的方法可以完全实现这一目标。

发明内容

因此，根据本发明，提出一种用于组装电机转子的方法，该方法包括以下步骤：

-将转子主体和磁极元件定位在支承件上，使得它们在它们之间限定空间，所述空间在所述支承件一侧由下部密封件封闭，

-将上部密封件放置在转子主体和磁极元件上，使得它在与支承件相对/相反的一侧封闭所述空间，

-通过形成在下部密封件和上部密封件的至少一者中的孔向所述空间中注射(注入)结合材料。

本发明还涉及通过这种方法组装的转子。

根据本发明，还提出了一种用于组装电机转子的工具，该工具包括：

-支承件，其能够接纳转子主体和磁极元件，使得它们在它们之间限定空间，所述空间在所述支承件侧由下部密封件封闭，

-挤压元件，其适于将上部密封件阻挡(锁止)在转子主体和磁极元件上，使得该上部密封件在与支承件相对的一侧封闭所述空间，和

-用于通过形成在下部密封件和上部密封件的至少一者中的孔向所述空间中注射结合材料的装置。

因此，通过本发明，可以在磁极元件与转子主体之间注入可聚合树脂(或任何其他合适的结合材料)，同时将这些不同的元件相对于彼此进行保持，这允许确保转子在几何形状上完美的组装。至于密封件的存在，它可以保证转子两个表面上都没有珠粒。

因此，所获得的转子具有所需的坚固性和所需的形状，这保证了当转子以非常高的速度旋转时电机产生的振动依然较少。

根据本发明的组装方法的其他有利且非限制性的特征如下，它们可以单独地或根据所有技术上可行的组合进行应用：

-将下部密封件定位在承载元件上；

-在承载元件与支承件之间插置可弹性变形的装置；

-在将转子主体和磁极元件定位在支承件上的步骤之后，存在通过夹紧止挡将转子主体和磁极元件阻挡在适当位置(锁止就位)的步骤，所述夹紧止挡与支承件一起将转子主体和磁极元件夹在中间；

-所述转子包括位于磁极元件的外廓(外周)上的束缚带，在定位步骤期间，将该束缚带定位在支承件上，并且在放置步骤之后，上部密封件和下部密封件在支承件一侧和与支承件相对的一侧封闭位于束缚带与磁极元件之间的空间；

-在将转子主体和磁极元件定位在支承件上的步骤之后，存在通过适于抵靠上部密封件的挤压元件来抵靠所述转子压缩所述下部密封件和所述上部密封件的步骤。

根据本发明的组装工具的其他有利且非限制性的特征如下，它们可以单独地或根据所有技术上可能的组合进行应用：

-设置有插置在承载元件与支承件之间的可弹性变形的装置；

-挤压元件具有分配通道，注射装置通向该分配通道中，并且该分配通道允许将结合材料朝向每个所述孔中摊铺；

-所述分配通道呈圆形，并且挤压元件具有注射井道，所述注射井道在一侧通向所述分配通道，而在另一侧通向所述孔。

当然，本发明的各种特征、替代方案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即可。

附图说明

以下作为非限制性示例给出并且参考附图的描述将使本发明的组成以及如何实施本发明变得清楚。

在附图中：

-图1是包括根据本发明的转子的电机的截面图；

-图2是根据本发明的方法的图1的转子的组装原理的图示；

-图3是用于组装图1的转子的工具的支承件的透视图；

-图4是放置在图3的支承件上的图1的转子的示意性透视俯视图；

-图5是与图4相似的视图，示出放置在图1的转子上的上部密封件；

-图6是放置在图3的支承件上的图1的转子的示意性透视仰视图，其中示出了下部密封件；

-图7是与图6相似的视图，其中还示出了图3的组装工具的承载元件和挤压元件；

-图8是图3的组装工具的示意性透视俯视图；

-图9是图7的挤压元件的注射轴的截面图；

-图10是图1的转子的示意性透视俯视图，其上放置有图3的组装工具的夹紧止挡。

具体实施方式

图1示出了动力传动系的电机，其特别是可以安装在电动或混合动力推进式机动车辆中。

电机10是轴向磁通类型的。它包括至少一个转子200和至少一个定子。在此，它包括单个转子200，该转子的侧面与两个定子100A、100B相接。

该电机10包括由彼此螺接的两个部分102A、102B组成的中空壳体102，这两个部分限定了容腔103，转子200位于该容腔103内。

转子200总体上具有不是很厚的圆盘形状，在其中心被穿孔。它包括转子主体210和外围束缚带230，它们相对于彼此保持围绕旋转轴线A1规则分布的磁极元件(在此是一体式或由多个单元磁体形成的磁体220)。转子主体210和束缚带230由非磁性材料制成，例如由复合材料制成。

转子主体210被旋拧到输出轴300上，该输出轴300沿旋转轴线A1轴向延伸并且连接到机动车辆的驱动轮。

当转子旋转时，束缚带230允许吸收磁体220的离心应力，以便保持转子200在高速下的内聚力。

定子100A、100B被放置在转子200的两侧，并且它们被设计成使得电机10具有尽可能小的体积。它们经由轴承310连接到输出轴。

它们各自都包括齿120和电线线圈130，所述齿120被紧固到壳体102的一个部分上，以便围绕旋转轴线A1规则分布，所述电线线圈130安装在齿120上并连接到电源，以便能使转子200旋转。

转子

本发明更确切地涉及转子200，因此可以更详细地描述该转子200。

如图4所示，转子主体210是扁平的(平坦的)并且具有恒定的厚度，该厚度基本上等于磁体220的和束缚带230(沿旋转轴线A1)的厚度。

它具有“星”或“太阳”形状，特别是具有中心毂部211和轮辐部214。

中心毂部211具有圆盘形状，在其中心穿设有用于供输出轴300通过的圆形开口212。

通孔213围绕圆形开口212分布在该中心毂部211中，以允许将转子200旋拧到该输出轴300的凸缘上。

轮辐部214从中心毂部211的外边缘朝外侧径向延伸。这些轮辐部214在此以直线方式延伸并且具有从中心毂部211朝向外侧减小的宽度。

这些轮辐部214在它们之间并与中心毂部211一起限定了用于接纳磁体220的空间。

如同一图4所示，所有磁体220具有相同的形状，它们与前述接纳空间的形状互补。

因此它们具有扁平的形状和恒定的厚度。因此，每个磁体都包括分别面向两个定子100A、100B的两个平面以及这样的侧面(厚度侧)，该侧面具有抵靠轮辐部214的两个直线侧边缘221、抵靠转子主体210的中心毂部211的凹形圆弧状内边缘222和抵靠束缚带230的凸形圆弧状外边缘223。

至于该束缚带230，它呈具有方形截面的环状。其目的是夹紧磁体220并抵靠转子主体210的轮辐部214的自由端。

在此，每个磁体220的外边缘223(抵靠束缚带230的外边缘)在它的在包含旋转轴线A1的平面中的截面形成分段的意义上是直的。当然，也可以替代地采用不同的形状，以更好地保持束缚带230。

磁体220的其他边缘221、222也可以是直的。

然而，优选地，如图9所示的轴向截面图所示，每个磁体220的其他边缘中的至少一个具有不直的轴向截面(在平行于旋转轴线A1的平面内)。这里，磁体220的横向边缘221和内边缘222不是直的，以便能够装配到转子主体210中(这确保根据旋转轴线A1保持磁体)。

在该图9中，因此示出了磁体220之一的内边缘221的轴向截面。需要指出的是，磁体220的内边缘221的上、下边缘是斜切的，而转子主体210的相应边缘是镂空的，从而具有互补的形状(底部是平直的，上下两个肋倾斜45度)。

当然，替代地，磁体可以具有不同形状的侧面。

如图9清楚地示出，磁体220与转子主体210的中心毂部211之间仍然存在间隙。这样的间隙也出现在磁体220与转子主体210的轮辐部214之间，或者甚至也出现在磁体220与束缚带230之间。因此，一旦束缚带230和磁体220已经被组装在转子主体210上，就在磁体220与转子主体210之间出现空间219。

如果认为该空间在磁体200的局部或整个轮廓上太小，则可以在转子主体210和/或束缚带230中制作浅的沟槽以允许更大量的树脂渗透到每个磁体220周围。

因此，旨在将结合材料注入每个空间219中，以便以刚性方式阻挡磁体220。选择这种材料是为了确保有效且持久的阻挡，尽管转子将承受应力(特别是振动应力)。

结合材料可以是胶水或清漆。优选地，在此它是可硬化的聚合物，通常是由热固性聚合物制成的树脂。

工具

在此阶段，可以描述允许以工业化方式毫无困难地组装转子200的工具。

提供该工具以允许在将树脂注射到空间219中期间将磁体220和转子主体210阻挡就位。

该工具在图2中示意性地示出。在其中可以看到，该工具包括多个不同的部件，即：

-适于接纳转子200的支承件400(在图3中更详细地示出)，

-下部密封件500，其被置于转子下方以从下方封闭上述空间219，

-上部密封件550，其被置于转子200上，以便从上方也封闭该空间219，

-承载元件600(在图7中更详细地示出)，其安装在支承件400上以在转子200的下方阻挡下部密封件500，

-挤压元件700(在图7中更详细地示出)，其被置于转子200上方，以压缩转子200上的上部密封件，

-夹紧止挡900(在图10中更详细地示出)，其适于与支承件400一起将转子200夹在中间，和

-用于注射树脂的装置800。

在该图2中，箭头F1很好地示出了在转子主体210和磁体220二者处在夹紧止挡900与支承件400之间对转子200的夹紧。只有束缚带230未被夹在这两个元件之间，因为它已经牢固地紧固在磁体220周围。

至于箭头F2，它们示出了由挤压元件700施加到上部密封件550上的压缩力。

图3更详细地示出了支承件400。从中可以看到，该支承件包括在此为圆形的底板410，该底板的直径略小于转子200的直径。替代地，该底板可以具有截然不同的形状。

支承件400包括从该底板410的上表面的中心突出的圆柱形垫420，该圆柱形垫420在顶部承载具有较小直径的圆柱形销430。

圆柱形垫420的平坦顶部被设置为对转子主体210的中心毂部211的下表面形成支承。

至于圆柱形销430，它被设置为插入到转子主体210的中心毂部211的中心开口212中。

因此，这些圆柱形垫和销420、430被设置为接纳转子主体210，同时将其保持在固定且已知的位置。

需要指出的是，可以设置从圆柱形垫420的平坦顶部突出的偏心销，该偏心销适于插入到转子主体210的中心毂部211的通孔213之一中，以便相对于支承件400以明确的定向来阻挡该中心毂部211。

此外，该支承件400包括外围垫440，这些外围垫围绕圆柱形垫420定位，与圆柱形垫相距一定距离，并在此具有设计成各自接纳转子200的磁体220之一且带有平坦顶部的棱柱形状。这些外围垫440的高度与圆柱形垫420的高度相同，以确保磁体220被置于与转子主体210相同的高度处。外围垫440的数量与磁体220的数量相同。这些外围垫440的宽度小于磁体的宽度，以便不干扰束缚带230或转子主体210或下部密封件500。

这些外围垫440围绕支承件400的中心轴线(与旋转轴线A1共享)规则分布，并且在它们之间限定自由空间，下部密封件500和承载元件600(对此可回想起它承载下部密封件500)可被放置在该自由空间中。

为了将承载元件600保持在距支承件400一定距离处，在承载元件600与支承件400之间插置有可弹性变形的装置(参见图7)。

在此，如图3所示，所述可弹性变形的装置是压缩弹簧490的形式。设置了至少三个不同的弹簧490。实际上，为了确保承载元件600下方的应力良好分布，在支承件400的外围垫440之间限定的每个自由空间中均设置有弹簧490。

图7示出了承载元件600。从中可以观察到，它包括外围冠部610和在该外围冠部610与内冠部(不可见)之间延伸的轮辐部620。该承载元件600具有平坦的下表面和平坦的上表面，该下表面支承在弹簧490上，下部密封件500支承在该上表面上。

它的形状允许它被置于下部密封件500的整个下表面下方。

图6示出了支承件400、转子200和下部密封件500，但未示出承载元件600，以便看到下部密封件500。

该下部密封件500与上部密封件550相同，除了它没有被穿孔。

因此下面可以仅描述上部密封件550。

如图5所示，上部密封件550是平坦的。它具有较小的厚度并由可压缩材料制成，即，可压缩性(在相同应力下)比工具的其他元件至少高两倍。在此它由弹性体制成。

该上部密封件550具有多个形状相同的角扇区，这些角扇区围绕旋转轴线A1重复。

因此，它包括圆形的外冠部560，从该外冠部的内表面开始延伸出多个U形元件(下文中称为手柄570)。

每个手柄570都包括其自由端附接到外冠部560上的两个直臂，以及以旋转轴线A1为中心的圆弧形状的基部。

外冠部560和手柄570由具有矩形截面且宽度远大于空间219的宽度的密封条形成。

因此，上部密封件550被设置成置于每个空间219的上方及其两侧，以便在转子200的一侧气密地封闭该空间。

与下部密封件500不同，上部密封件550穿设有通孔590。上部密封件550中的通孔590的数量与转子200中的磁体220的数量一样多。这些通孔590围绕旋转轴线A1规则地分布。

如下面将清楚的，设置这些通孔590以允许将树脂注射到空间219中。

图8更具体地示出了挤压元件700，对于该挤压元件，可以回想起它允许将上部密封件550压靠在转子200上。

该挤压元件700的整体形状与承载元件600的形状相当接近。

因此，它包括外围冠部710、内冠部730以及在这两个冠部之间延伸的轮辐部720。

它具有支承在上部密封件550上的平坦的下表面。

它的形状允许它被置于上部密封件550的整个上表面上方。

实际上，由于体积的原因，其下表面的形状与上部密封件550的形状基本相同。

因此，外围冠部710具有平坦的下表面，其形状与上部密封件550的外冠部560的上表面的形状相同。轮辐部720具有平坦的下表面，其形状与上部密封件550的手柄570的U形臂的上表面的形状相同。内冠部730具有平坦的下表面，其形状使得它覆盖上部密封件550的手柄570的U形部的底部。

图10示出了夹紧止挡900，对于该夹紧止挡，可以想起它允许通过插置在挤压元件700的轮辐部720之间而与支承件400一起将每个磁体220和转子主体210夹在中间。

从中可以看出，它包括形状与支承件400的中心圆柱形垫420相同的中心圆柱形垫920，以及形状与支承件400的外围垫440相同的外围垫940。

该形状允许支承件400和夹紧止挡900不干扰支承元件600和挤压元件700。

图2示意性地示出了用于注射树脂的装置800。

在实践中，所述注射装置800包括罐和泵，所述罐用于储存树脂，所述泵适合于取出储存在罐中的树脂以在压力下将其注射到通向空间219的连接管道中。

为了将该树脂从管道输送到空间219中，挤压元件700具有分配通道750(参见图8)，所述管道通向该分配通道，并且该分配通道允许将结合材料分配向注射井道760(图9)，该注射井道通向设置在上部密封件550中的通孔590。

在此，如图8所示，分配通道750由环形槽道形成，该环形槽道完全围绕旋转轴线A1在挤压元件700的内冠部730中延伸。

如图9所示，注射井道760始于该分配通道750中并平行于旋转轴线A1且穿过内冠部730的厚度延伸，以便通向通孔590。

在此需要指出的是，为了确保上部密封件550相对于挤压元件700完美居中，这两个部件可以例如通过胶合而彼此紧固。

同样，下部密封件500可紧固至承载元件600。

此外，需要指出的是，工具的各个部件(密封件除外)必须具有足够的刚性，以确保对转子的有效阻挡和对接合处的均匀压缩。为此，它们优选由刚性金属材料(通常由钢)制成。

方法

在此阶段，可以描述用于组装转子200的方法。

首先，准备好工具，使得承载元件600位于被放置在支承件400上的弹簧490的上方，并且使得它被下部密封件500覆盖。

然后，将转子200安装在下部密封件500上。优选地通过机械臂进行安装，从而确保转子的元件相对于彼此完美居中。至于支承件400的形状，它保证转子相对于工具完美居中以及转子200的元件完美调平。

转子200可以是以预组装状态安装的，或者是一个部分接一个部分地安装的。

在此，认为它是在预组装状态下安装的，也就是说，磁体220已经被装配到转子主体210中，并且束缚带230已经围绕磁体220和转子主体210的轮辐部214的端部收缩。需要指出的是，在此构型中，转子200的各个部件的形状使得空间219围绕每个磁体220延伸。

在此阶段，挤压元件700(被上部密封件550覆盖)和夹紧止挡900被添加到转子200的顶部上。

它们使得能保证对所述空间的顶部的密封(下方由下部密封件保证)以及对磁体220相对于转子主体210的固定。

最后，起动注射装置800的泵，以将加压树脂注射到位于磁体220周围的空间219中。

在此需要指出的是，虽然束缚带、磁体和转子主体在此具有基本相同的厚度，但由于其制造链的分散，该厚度可能略有变化。因此，密封件的厚度和用于形成这些密封件的材料设置成使得这些密封件可以被压缩和变形，以确保每个空间219的上方和下方的期望密封。

然后将由此固定的转子200放置在炉中以允许树脂聚合。

冷却之后，可以将转子从工具中取出并安装在电机10的两个定子之间。

替代方案

本发明决不限于所描述和示出的实施例，本领域技术人员将能够根据本发明提供其任何替代方案。

例如，承载元件600和支承件400可形成单个一体式部件。在该替代方案中，下部密封件的厚度因此必须被设计成能比附图所示的实施例中被压缩得更多，从而能补偿转子元件的制造缺陷。

根据本发明的另一替代方案，每个密封件都可由数个不同的部分(例如多个角扇区)制成。

每个密封件也可以不是单层式的，而是具有多个叠加的层。

同样，支承件、承载元件、挤压元件和夹紧止挡可以由多个不同的部分制成。

Claims (11)

1.一种用于组装电机(10)的转子(200)的方法，该转子包括转子主体(210)和磁极元件(220)，其特征在于，该方法包括以下步骤：

-将所述转子主体(210)和所述磁极元件(220)定位在支承件(400)上，使得它们在它们之间限定空间(219)，所述空间在所述支承件(400)侧由下部密封件(500)封闭，

-将上部密封件(550)放置在所述转子主体(210)和所述磁极元件(220)上，使得它在与所述支承件(400)相对的一侧封闭所述空间(219)，

-通过形成在下部密封件(500)和上部密封件(550)的至少一者中的孔(590)将结合材料注射到所述空间(219)中。

2.根据权利要求1所述的组装方法，其中，将所述下部密封件(500)定位在承载元件(600)上，以及其中，在所述承载元件(600)与所述支承件(400)之间插置可弹性变形的装置(490)。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的组装方法，其中，在将所述转子主体(210)和所述磁极元件(220)定位在所述支承件(400)上的步骤之后，存在通过夹紧止挡(900)将所述转子主体(210)和所述磁极元件(220)阻挡在适当位置的步骤，所述夹紧止挡与所述支承件(400)一起将所述转子主体(210)和所述磁极元件(220)夹在中间。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的组装方法，其中，所述转子(200)包括位于所述磁极元件(220)的外廓上的束缚带(230)，在所述定位步骤期间，将所述束缚带(230)定位在所述支承件(400)上，并且在所述放置步骤之后，所述上部密封件(550)和所述下部密封件(500)在所述支承件(400)一侧并且在与所述支承件(400)相对的一侧封闭位于束缚带(230)与磁极元件(220)之间的空间。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的组装方法，其中，在将所述转子主体(210)和所述磁极元件(220)定位在所述支承件(400)上的步骤之后，存在通过挤压元件(700)相对于所述转子(200)压缩所述下部密封件(500)和所述上部密封件(550)的步骤，该挤压元件适于抵靠所述上部密封件(550)。

6.一种电机(10)的转子(200)，包括转子主体(210)和磁极元件(220)，并且通过根据权利要求1至5中任一项所述的组装方法组装。

7.一种用于组装电机(10)的转子(200)的工具，该转子包括转子主体(210)和磁极元件(220)，其特征在于，该工具包括：

-承载元件(600)，其适于接纳下部密封件(500)，

-支承件(400)，其适于接纳转子主体(210)和磁极元件(220)，使得它们在它们之间限定空间(219)，所述空间在所述支承件(400)一侧由所述下部密封件(500)封闭，

-挤压元件(700)，其适于阻挡所述转子主体(210)和所述磁极元件(220)上的上部密封件(550)，使得它在与所述支承件(400)相对的一侧封闭所述空间(219)，以及

-用于通过形成在下部密封件(500)和上部密封件(550)的至少一者中的孔(590)将结合材料注射到所述空间(219)中的装置(800)。

8.根据权利要求7所述的组装工具，还包括插置在所述承载元件(600)与所述支承件(400)之间的可弹性变形的装置。

9.根据权利要求7和8中任一项所述的组装工具，还包括夹紧止挡(900)，其适于与所述支承件(400)一起将所述转子主体(210)和所述磁极元件(220)夹在中间。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的组装工具，其中，所述挤压元件(700)具有分配通道(750)，所述注射装置(800)通向所述分配通道，并且所述分配通道允许将结合材料朝向每个所述孔(590)摊铺。

11.根据权利要求10所述的组装工具，其中，所述分配通道(750)具有圆形形状，所述挤压元件(700)具有注入井道(760)，所述注入井道在一侧通向所述分配通道(750)，并且在另一侧通向所述孔(590)。