CN117917976A - 用于电动机的转子的一次包覆成型 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动机的转子及其制造方法。所述转子包括轴、转子芯、多个磁体(4)和用于将磁体(4)固定在转子芯内的树脂。根据本发明，转子芯的前表面上的汇集部(3G)用于为转子芯内的多个腔提供重叠表面区域。有利地，显著减少了工具内的浇口(5B‑G)的数量。在一个有利的实施例中，转子芯的前表面上的多个叶片通过填充汇集部(3G)腔来制造，所述汇集部腔还包括用于油冷转子的叶轮(3B)。

Description

用于电动机的转子的一次包覆成型
技术领域
本发明的主要目的涉及用于制造用于电动车辆的牵引驱动的电动机的转子的方法和设备。
背景技术
用于将磁体包覆成型-固定在用于电动机的转子芯的槽中的方法从现有技术中是公知的。EP 1921734 B1公开了一种用于固定磁体的方法，其中通过具有多个缸的模具将熔融树脂注射到安装有磁体的转子芯的槽中，每个缸与转子芯中的目标接收槽的位置匹配，因此，树脂通过每个缸和转子芯的槽之间的连通区域(即浇口)注射到各个槽中。
在已知的解决方案中，树脂通过模具(即，用于包覆成型的工具)内的多个浇口注射到转子芯的槽中，其中每个浇口至少部分地与待填充树脂的目标槽的区域重叠，因此需要工具内的复杂流道系统来注射树脂，其中浪费了大量的材料。
发明内容
因此，本发明的目的是提供所描述的方法的改进的或至少替代的实施例，其中克服了所描述的缺点。
根据本发明，所述目的通过独立权利要求1的目的来解决。有利的实施例是从属权利要求的主题。
本发明基于使用转子的附加特征的总体思想，如用于电动机的强制油冷却的叶轮，其中通过转子包覆成型制造的叶轮的体积也用在用于至少在转子的一侧上包覆成型的工具的流道系统的功能中，以最小化在包覆成型工艺期间用于注射树脂的浇口的数量，并且因此提高所使用材料的利用率并降低成品转子的成本。
在本发明中，复合术语“第一/第二”用于简化描述。在本发明的上下文中，复合术语“第一/第二”的单独术语“第一”和“第二”总是以“和/或”连接。因此，在转子中，可以存在“第一”元件和/或“第二”元件。在这种情况下，相应的“第一”元件专门与转子的另外的“第一”元件或转子的第一轴向端部相关联，并且相应的“第二”元件专门与转子的另外的“第二”元件或转子的第二轴向端部相关联。在单个术语“第一”和“第二”没有在复合术语“第一/第二”中使用的情况下，它们应根据这种用法来理解。此外，在本发明中，术语“轴向”和“径向”总是参考旋转轴线。
电动机的转子包括轴和转子芯。轴可以是实心或中空的钢棒和/或管，适于在组装后将转子芯接收就位。
在一个有利的实施例中，轴包括用于将转子芯接收就位的主要部分和支撑部分，当组装时，主要部分与支撑部分一起形成转子的中空轴。转子芯包括圆柱形主体，所述圆柱形主体相应地包括在转子芯的第一侧上的相邻前表面和在转子芯的第二相反侧上的相邻前表面。此外，转子芯包括多个永磁体和多个层压片材(下文中称为片材)，所述层压片材为圆形并且由电工钢制成。根据转子的电磁和机械设计，每个片材还包括中心孔和多个切口，其中，堆叠和/或芯内的所有片材不必相同。片材以及因此转子芯的堆叠包括多个圆形和/或定制形状的切口和/或凹槽，用于将磁体接收就位，用于减小转子芯的重量，以及用于限定转子堆叠和/或转子芯内的磁通量。所述片材堆叠在一起形成堆叠，所述堆叠为圆柱形形状并且具有沿着其中心轴线的中心孔以将轴接收就位。组装的堆叠包括插入目标槽中的多个磁体。转子芯包括一个或多个堆叠，其中，转子芯内的堆叠是同轴的并且以直线、螺旋模式或移位位置定位，其中各个堆叠以各种模式围绕中心轴线偏斜。当转子芯包括两个或更多个堆叠时，所述堆叠被移位，更准确地说，围绕转子的中心轴线旋转并沿着中心轴线移动以提供定子芯，第一堆叠和第二堆叠的重叠区域，更准确地说，第一堆叠中的槽和第二堆叠中的相应槽的重叠表面区域比用于包覆成型转子的树脂内的填料的最大尺寸大至少3(三)倍，但不小于0.03mm^2。有利地，这允许转子芯内的堆叠的分段和偏斜，对电磁性能具有明显的益处。
因此，现有技术的高性能转子堆叠和/或转子芯包括多个腔和/或槽，因此用于包覆成型转子的模具中的浇口的数量不再实用，其中，用于包覆成型的大量材料(下文中为树脂)被浪费。
本发明提出了一种用作流道系统的一部分的汇集部，其中树脂被引入并且基本上分布在第一堆叠的前表面上的有限区域之上，至少在转子芯的第一侧上。类似地，在转子芯的另一侧上的第一堆叠的前表面包括类似或相同的汇集部结构，其中树脂通过压力重新分布的原理分布在用于制造汇集部的模具的腔内，因此转子芯内的包覆成型结构内的空隙的风险显著降低。有利地，转子芯的至少一侧上的汇集部被用于将树脂注射到第一转子堆叠的所有目标槽中，其中，树脂从作为用于包覆成型工艺利用的工具的一部分的模具注射，并且通过浇口供给到汇集部中，其中在有利实施例中浇口的数量在1和30之间的范围内，并且其中浇口的数量优选地等于转子磁极的数量。有利地，汇集部用作用于将树脂引入转子芯的缓冲器，因此浇口的位置和模具内的浇口与目标元件(即，槽中的磁体)之间的距离不再是关键，其中树脂流通过单次、一次包覆成型工艺穿透转子芯内的所有堆叠，并且其中浇口的数量保持为合理的低水平。
在第一堆叠的前表面上和/或在转子芯的另一侧上的第一堆叠的前表面上的汇集部基本上被形成为环形式的圆柱形主体，其中汇集部的尺寸和形状适于待包覆成型的目标区域的限定，其中，至少第一堆叠的所有目标槽至少部分地与汇集部的尺寸和形状重叠，并且其中，汇集部和第一堆叠内的相应目标槽和/或腔和/或孔之间的各个重叠表面的面积比用于包覆成型转子的树脂内填料的最大尺寸大至少3(三)倍，但不小于0.03mm^2。类似地，汇集部的厚度比用于包覆成型转子的树脂内的填料的最大尺寸大至少3(三)倍，然而，优选地在0.05mm与50mm之间的范围内。
在有利的另一实施例中，汇集部包括远离第一堆叠和/或转子芯的前表面突出的多个叶片，其中，汇集部的后壁被升高并转变成凹形形状，目的是提供叶轮或风扇，其中叶片彼此间隔开并一起形成转子的第一/第二叶轮。有利地，这允许电动机的转子作为风扇和/或作为泵操作，用于推动冷却剂通过电动机的冷却系统，其中冷却剂是空气、介电流体(即油)或空气和介电流体的混合物。
为了包覆成型包括多个片材的转子芯，重要的是，转子芯的一个转子堆叠内和/或多个转子堆叠内的片材在轴向方向上被夹持，目的是防止树脂在包覆成型工艺利用期间泄漏，其中，工具内的封闭腔的脱气优选地通过转子堆叠的片材之间的间隙来实现，其中材料的轧制片材内的不规则性和缺陷在0.001mm与0.05mm之间的水平上，优选地低于0.02mm。替代地，用于包覆成型的夹持表面和/或工具包括至少一个或多个脱气孔，用于在包覆成型工艺期间对工具进行排气，目的是避免对工具过度加压。因此，汇集部的有利实施例包括相对于片材外径和片材内径的偏移距离，其中至少在包覆成型工艺期间通过作为用于包覆成型的工具的一部分的模具施加夹持力，其中，施加夹持力直到树脂未固体化和至少部分固化。如果需要，在有利的实施例中，汇集部包括由用于包覆成型的工具的模具内的相应支撑结构产生的附加孔或凹槽。有利地，在转子芯的第一侧上的第一堆叠的前表面上和/或在转子芯的第二侧上的第一堆叠的前表面上的夹持区域分布在更大的区域之上，以避免树脂泄漏，同时降低在包覆成型工艺期间片材和/或转子芯的永久变形的风险。
对于包覆成型利用，有利的实施例包括工具，其中，至少一个模具用于在包覆成型利用的过程中形成汇集部。模具包括汇集部的负体积形式的腔，其中，模具还包括围绕中心轴线的环形的至少一个缸，通过将原材料的温度升高到用于包覆成型工艺利用的目标温度，树脂以软化状态被引入到所述缸中。有利地，在用于汇集部形成的腔的区域中的模具通过被认为是通向工具内的浇口的连通路径与用于引入树脂的缸连接，用于将熔融状态的树脂注射到包括转子芯的工具的腔中。通过施加由用于将树脂注射到汇集部的工具的对应柱塞提供的压力，树脂在缸内熔融成液态，有利地在转子芯内的所有目标槽和腔中。
为了实现上述目的，本发明具有以下特征，其中，在最佳模式实施例中，转子包覆成型的方法包括以下步骤：
1.将所述多个片材堆叠成至少一个堆叠，其中，每个堆叠包括用于插入所述磁体的多个目标狭槽和用于限定所述转子芯内的磁通量的槽，其中，所述转子芯的标称高度通过提供各堆叠高度的标称高度来实现，所述标称高度通过添加所述片材或者通过移除各堆叠内的片材来控制和调整，以实现堆叠的目标高度和/或转子芯的标称高度。在堆叠过程中，有利实施例中的各堆叠的片材至少被对准以满足用于插入磁体的槽的所需公差。
2.将磁体插入到各堆叠内的目标槽中，其中，在有利的实施例中，磁体处于磁化状态。替代地，在包覆成型工艺完成之后，磁体被磁化。
3.对准堆叠内的片材，其中，片材通过片材上的至少一个基准特征(即凹槽)相对于堆叠的中心孔对准，所述基准特征优选地位于片材的外轮廓和/或内轮廓上。
4.通过在堆叠的第一和第二端部上提供夹持力来夹持堆叠内的片材。夹持力在10kN和500kN之间的范围内，优选地为150kN。有利地，由于用于切割叶片的冲压工艺而导致的片材上的缺陷被最小化。
5.借助于松配合、过渡配合或过盈配合连接将处于夹持状态和/或夹持状况的堆叠安装在轴上。在一个有利的实施例中，使用压配合连接，其中堆叠和/或转子芯内的片材通过在轴上的位置固定。然而，至少在转子包覆成型工艺期间，作用在堆叠和/或转子芯上的夹持力由用于包覆成型的工具重新启动，目的是防止树脂在片材之间泄漏，其中，堆叠内定位在轴上的片材通过与轴的过盈配合来约束，因此，一旦施加夹持力，它们基本上只能沿着中心轴线移动。在由包覆成型工具内的夹持力提供的压缩期间，堆叠高度的压缩和/或减小在完整堆叠高度的0.1％和10％之间的范围内，有利地小于完整堆叠高度的5％。
6.预热转子芯。在一个有利的实施例中，转子芯在安装在轴上的同时被预热。
7.预热用于将转子芯接收就位的工具，以用于转子包覆成型利用。
8.预热树脂。
9.将转子芯安装到工具中以用于包覆成型。
10.相对于包覆成型工具对准转子芯，其中，在有利的实施例中，包括用于将轴承安装就位的高度精确加工(即，研磨)座的轴的部分被用于相对于转子芯对准工具，其中建立了松配合或过渡配合。在有利的实施例中，使用过渡配合，其中直径过盈在0.005mm与0.015mm之间的范围内，优选为0.0075mm。
11.通过施加在10kN和500kN之间的范围内、优选地100kN的目标夹持力，使用用于包覆成型的工具压缩转子芯。
12.将树脂引入到工具的缸中，其中，缸的腔通过至少一个浇口与由工具提供和/或产生的至少一个汇集部的腔以及转子芯的第一侧上的第一堆叠的前表面和/或转子芯的第二侧上的第一堆叠的前表面连通。
13.通过单次将处于熔融和/或流化状态的树脂注射到由工具和第一堆叠的位于转子芯的第一侧上的前表面和/或第一堆叠的位于转子芯的第二侧上的前表面提供和/或产生的至少一个汇集部中，其中，缸中的树脂通过由工具的轴向移动提供的压力熔融和/或流化，所述工具还包括柱塞，对应于具有插入树脂的工具缸。重要的是要注意，汇集部内的树脂通过压力分布原理在重叠孔和/或腔中重新分布，直到整个腔被树脂填充。
14.保持夹持力和包覆成型参数，直到注射到汇集部中(因此也注射到转子芯内的所有目标槽和腔中)的树脂至少部分地固体化和固化。
15.打开工具，其中用于包覆成型的工具通过工具的轴向移动而打开。
16.将包覆成型的转子从用于包覆成型的工具中弹出，其中，有利地，
通过使用用于单次包覆成型的汇集部来最小化树脂的浪费。
根据从属权利要求、附图以及基于附图的附图描述，本发明的其它重要特征和优点是显而易见的。
应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，上述特征和下面要解释的那些特征不仅可以在每种情况下所指示的组合中使用，而且可以在其它组合中使用或单独使用。
附图说明
本发明的优选实施例在附图中示出，并且将在以下描述中更详细地解释，其中相同的附图标记表示相同或相似或功能相同的部件。
它分别示意性地显示：
图1是第一实施例中的根据本发明的用于电动机的转子的等距视图；
图2是第一实施例中的根据本发明的用于电动机的转子的侧视图；
图3是第一实施例中的根据本发明的用于电动机的转子的剖视图；
图4是第一实施例中的根据本发明的用于电动机的转子的细节剖视图；
图5是第一实施例中的根据本发明的用于电动机的转子的另一个剖视图；
图6是第一实施例中的根据本发明的用于电动机的转子的细节剖视图；
图7是一个替代实施例中的根据本发明的用于电动机的转子的等距视图；
图8是另一个替代实施例中的根据本发明的用于电动机的转子的等距视图；
图9是另一个替代实施例中的根据本发明的用于电动机的转子的等距视图；
图10是替代实施例中的根据本发明的用于电动机的转子的俯视图；
图11是根据本发明的用于电动机的转子的等距视图，其中，为了代表性解释，转子的一些元件被隐藏；
图12和13是第一实施例中的根据本发明的用于电动机的转子的剖视图。
具体实施方式
图1示出了第一实施例中的根据本发明的用于电动机的包覆成型转子的等距视图。转子包括轴和转子芯以及对应的中心轴线CA。在图1中，如本发明所提出的由树脂3制成的汇集部3G是可见的，其中在最佳模式实施例中，汇集部3G还包括叶轮3B的元件。
图2示出了第一实施例中的根据本发明的用于电动机的转子的侧视图，其中指示了用于剖视图A-A的平面和用于剖视图C-C的平面。在有利的实施例中，轴是两部分中空轴，包括轴芯1A和管形式的主轴部分，轴芯1A还包括用于传动的花键区域，转子芯安装在主轴部分的适当位置。此外，轴包括支撑体1B，支撑体1B通过压配合连接附接到轴芯，其中轴芯1A和支撑体1B包括附加特征，包括用于轴承的座，其中，座通过车削和/或磨削以紧密公差制造。转子芯包括多个磁体4(图2中未示出，参考图6)和多个，更具体地，五个堆叠2。堆叠2包括由电工钢制成的多个层压片材，其中每个片材包括多个切口，目的是在堆叠2内提供多个腔，所述腔包括在堆叠2内的一组磁体槽24(图2中未示出，参考图6)，用于将磁体4插入就位，以及一组固定槽23，用于限制堆叠2内的磁通量和/或用于减小转子堆叠2的重量。转子芯的堆叠以沿着中心轴线CA的线性模式定位在轴芯1A上，其中，为了优选的电磁设计，堆叠2以单向模式围绕中心轴线CA偏斜。
图3示出了第一实施例中的根据本发明的用于电动机的转子的剖视图A-A，其中指示了细节视图B的区域。转子芯包括第一堆叠2在轴芯1A侧上的前表面和第一堆叠2在支撑体1B侧上的前表面。
在示例性最佳模式实施例中，第一堆叠2在轴芯1A侧上的前表面包括位于转子堆叠2的外周边缘的区域中的第一外夹持表面2A-CO和位于转子堆叠2的内边缘的区域中的第一内夹持表面2A-CI。类似地，第一堆叠2在轴支撑体1A侧上的前表面包括位于转子堆叠2的外周边缘的区域中的第一外夹持表面2B-CO和位于转子堆叠2的内边缘的区域中的第一内夹持表面2B-CI，因此汇集部3G的区域在径向方向上受到堆叠2的前表面上的相应夹持区域和/或轴的特征的限制。
更特别地，如图5和图6所示，汇集部3在堆叠的前表面上的尺寸和/或位置受到由堆叠2或轴表面在轴向和/或径向方向上提供的所需夹持区域的限制。因此，如图5和图6所示，汇集部3G的与第一堆叠2的前表面接触的表面区域用虚线圆表示，表示汇集部外轮廓3G-OC，因此相应地表示汇集部外直径3G-OD和汇集部内直径3G-1D，其中，有利地清楚地看到汇集部3G区域与磁体槽24和固定槽23重叠以用于单次包覆成型。然而，对于待包覆成型的堆叠2内的大多数腔，易于保持目标区域和/或轮廓的最小重叠，其中，对于一些小腔，特别是非常靠近堆叠2的外周边缘的那些，目标轮廓的至少一部分必须重叠，因此最小重叠表面区域3-OLm在0.03mm^2与3mm^2之间的范围内，其中，精确值取决于树脂3内的填料尺寸。此外，转子芯的外周边缘上的夹持表面由堆叠2-OD的外径限制。用于高性能转子芯的片材的外轮廓包括多个凹槽和/或凹口，如图1-13中可见。出于这个原因，在有利的实施例中，夹持表面区域被简化以匹配圆形形状，以便降低复杂性并因此降低制造用于包覆成型利用的工具的成本，其中，偏移外部距离2B-COd在0.2mm与50mm之间的范围内，优选地为1mm。相比之下，在替代实施例中，用于向堆叠2的前表面提供和施加夹持力的模具的外轮廓也可以匹配第一堆叠外围边缘的偏移轮廓，其中，最小偏移距离2B-COdm优选地在与偏移外部距离2B-Cod相同的范围内。夹持表面也在径向方向上朝向中心轴线CA受到汇集部3G的区域的限制，其中，夹持区域受到堆叠2的内径和/或轴特征的外径的限制，更确切地说，受到支撑体的外径1B-OD的限制。在替代实施例中，在夹持表面不受轴的特征(即，支撑体1B上的冷却剂出口孔)限制的情况下，夹持表面也可以设置在轴的表面上，其中偏移内部距离2B-CId在0.2mm与50mm之间的范围内，优选地为2mm。
在图7-10中，示出了汇集部3G的替代实施例。
在图7中，与其它替代实施例相比，汇集部3G包括压印在第一堆叠2的前表面上的环形的简单平坦腔，其中，如图4所示的汇集部基部结构的厚度3GT在0.2mm与50mm之间的范围内。在所示的替代实施例中，第一堆叠2的前表面上的夹持表面包括附加区域，所述附加区域包括多个外凹槽2B-COG和/或中心孔2B-CM和/或内凹槽2B-CIG。
在图1-4、8-10、12和13中，可以看出，转子、更确切地说第一堆叠2在支撑体1B的一侧上包括作为用于将树脂3注射到转子芯内的汇集部3G腔的一部分的叶轮3B的腔，其中，转子、更确切地说第一堆叠2在轴芯1A的一侧上类似地包括第二叶轮3A，其中，叶轮3B的腔中的树脂和第二叶轮3A的腔中的树脂与转子芯内的腔中的树脂3连接，如图3、4和9所示，并且如本发明有利地提出的。
图12和图13示出了位于代表性工具内的转子的剖视图，指示了第一夹持板5A和第二夹持板，其用于在转子芯安装到工具中时提供施加到转子芯的夹持载荷，其中，转子通过在轴上的轴承座的区域中的过渡配合而在工具内对准。在图12中，示出了树脂3处于将树脂注射到汇集部3G和转子芯腔之前的状态。在图13中，示出了树脂3处于树脂被注射到汇集部3G和转子芯腔中之后的状态，其中为了清楚起见，指示了以下项目：浇口5B-G，通过柱塞51的轴向移动，树脂3通过所述浇口5B-G被注射到汇集部3G中；相应的第一汇集部工具腔5A3G、第一叶轮工具腔5A3B、第二汇集部工具腔5B3G和第二叶轮工具腔5B3B。此外，为了更容易理解，指示了浇口中和缸内的树脂的剩余量3'。
转子和工具的所有部分、特别是说明书中的汇集部3G的功能中的叶轮被以最佳模式实施例示出和描述。然而，也可以设想偏离的形状/尺寸/分布。

Claims (11)

1.一种用于电动机的转子，
-其中，转子包括轴和转子芯，所述转子芯还包括相邻前表面、沿着转子芯主体伸出的多个孔和/或腔、多个磁体(4)和用于将磁体固定在转子芯内的树脂(3)，
其特征在于，
-树脂(3)的汇集部(3G)形成在转子芯的优选相邻前表面上，其中，所述汇集部(3G)与孔中的至少一个和/或腔中的至少一个至少部分地重叠；
-所述汇集部(3G)通过树脂(3)被结合和/或约束至转子芯的前表面。
2.根据权利要求1所述的转子，
其特征在于，
所述汇集部(3G)至少部分地与所述多个孔和/或腔重叠。
3.根据权利要求1或2所述的转子，
其特征在于，
所述汇集部(3G)包括多个叶片，所述多个叶片彼此间隔开并且一起形成所述转子的第一/第二叶轮。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的转子，
其特征在于，
所述汇集部包括多个叶片，所述多个叶片远离转子芯和/或第一堆叠的前表面突出，
其中，所述汇集部的后壁具有形成叶轮或风扇的凹形形状，
其中，所述叶片彼此间隔开。
5.一种制造用于电动机的转子、特别是根据权利要求1-4中任一项所述的转子的方法，所述转子包括轴、转子芯、多个磁体(4)和树脂(3)，所述转子芯还包括具有多个孔和/或腔的相邻前表面，
-其中，所述方法包括将熔融树脂(3)注射到转子芯的孔和/或腔中以将磁体(4)固定在转子芯中的过程，
-其中，用于注射树脂(3)的模具和/或工具被用于通过在转子芯的前表面上提供封闭的腔来限定围绕转子芯的空间，
其特征在于，
-注射熔融树脂(3)的过程包括在将树脂(3)引入转子芯的孔和/或腔中之前将熔融树脂(3)分布在转子芯的前表面上的汇集部(3G)的腔内，其中，所述熔融树脂(3)在所述汇集部(3G)内通过压力分布原理在所述转子芯的前表面上分布在重叠的孔和/或的腔中，直到由工具包围的腔被树脂(3)填充。
6.根据权利要求5所述的方法，
其特征在于，
树脂(3)在汇集部(3G)内分布的过程包括通过用树脂(3)填充工具的模具内的汇集部(3G)的腔来制造风扇和/或叶轮的叶片的过程。
7.根据权利要求5或6所述的方法，
其特征在于，
转子芯的至少一侧上的汇集部(3G)被用于将树脂(3)注射到第一转子堆叠的所有目标孔中。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的方法，
其特征在于，
树脂(3)从作为用于包覆成型工艺利用的工具的一部分的模具注射，并通过多个浇口供给到汇集部(3G)中，
其中，优选地，浇口的数量在1与30之间的范围内。
9.根据权利要求8所述的方法，
其特征在于，
浇口的数量等于转子磁极的数量。
10.根据权利要求5-9中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述汇集部(3G)包括偏移距离，其中，至少在所述包覆成型工艺期间，通过作为用于包覆成型的工具的一部分的模具施加夹持力，其中，优选地施加所述夹持力直到所述树脂(3)固体化和至少部分地固化。
11.根据权利要求5-10中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述汇集部(3G)包括由用于包覆成型的工具的模具内的相应支撑结构产生的附加孔或凹槽。
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