用于電動機或發(fā)電機的齒的制作方法
【專利摘要】一種用于電動機或發(fā)電機的定子或轉子，包括用于容納線圈繞組的多個齒，其中每個齒具有形成在每個齒的多個側面上的注射成型塑料層，其中第一間隙形成在每個齒的第一側面上的注射成型塑料層中，第一絕緣元件置于形成在注射成型塑料層中的第一間隙中，其中注射成型塑料層和第一絕緣元件被布置為將所述多個齒與線圈繞組電氣絕緣。
【專利說明】用于電動機或發(fā)電機的齒
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于定子或轉子的齒，尤其涉及一種用于輪內電動機或發(fā)電機的定子或轉子的齒。
【背景技術】
[0002]定子公知地作為電動機或發(fā)電機的靜止部件，轉子相對其轉動。定子通常包括磁性部件和其他結構部件。電動機工作的原理為載流導線在存在磁場時將經受力。通常承載一組永磁體的轉子被布置為圍繞一組線圈轉動，所述線圈被布置為承載電流，這導致轉子圍繞定子旋轉并產生運動。應該理解的是，還能夠使得轉子承載一組線圈，以及定子承載一組永磁體。
[0003]布置為安裝在轉子內的定子的實例示于圖1中。圖1示出了由例如來自PM(粉末金屬)的單片材料形成的或更通常由多個相同疊片結構組成的定子的護鐵。來自環(huán)形支撐件150 (還被稱為護鐵或墊圈)的突起100被稱作“齒”并用于容納多個線圈繞組。為了增加馬達的性能，期望的是最優(yōu)化線圈繞組的整個剖面，這將具有減小電阻的效果，從而減少熱生成。另外，通過使得線圈繞組更加靠近，這將具有改善熱傳導的效果，這將具有增加馬達效率以及改進連續(xù)性能的效果。
[0004]然而，通過諸如圖1中所示出的布置，在整個定子由單個固體片形成時，應該理解的是存在一定數量的空間來將導線線圈物理地纏繞所述齒。因此，通常在該布置中，在相鄰齒的線圈之間存在間隙，這是效率低下的，因為否則的話該空隙將填充有導線線圈以增加線圈繞組的整個剖面。
[0005]另外，在定子和線圈繞組之間提供線圈絕緣的傳統(tǒng)方式能夠導致不良的熱傳導，這將限制電動機的性能。
[0006]此外，大的單片定子通常需要復雜的繞線機和復雜的繞線工藝來執(zhí)行所需的線圈繞組。
[0007]針對該問題的一個解決方案是徑向安裝的定子齒的開發(fā)，其在線圈繞組已經圍繞定子齒形成后安裝至定子墊圈，從而使得相鄰定子齒上的線圈之間的空隙最小化。
[0008]這具有這樣額外的優(yōu)勢:即以注射成型塑料層(即，包覆成型層)形式的絕緣層能夠在線圈繞組纏繞定子齒之前被應用至相應的齒。施加至單個定子齒的包覆成型層的使用能夠最小化在絕緣層和定子齒之間形成任何空氣間隙的風險，從而提供了線圈和定子之間的電氣絕緣層，同時還改進了熱傳導。
[0009]此外，使用注射成型塑料層具有使得線圈固定特征形成在注射成型塑料層中的額外優(yōu)勢，用于促進圍繞齒的線圈繞組的引導，以及作為線圈繞組某些部分的導引件。
[0010]然而，由于注射成型工藝期間存在的高壓，注射成型工藝可能會破壞其上施加注射成型塑料層的齒，從而阻止了將齒安裝至定子墊圈。
[0011]因此，期望的是改進這種情形。
【發(fā)明內容】

[0012]根據本發(fā)明的一個方面，提供了根據所附權利要求書的一種定子、轉子、齒或方法。
[0013]本發(fā)明提供了當注射成型塑料層應用至齒時減少注射成型工藝破壞齒的風險的優(yōu)勢，從而允許所述齒設計有較少結構支撐件，這減少了齒的成本、重量和復雜性。另外，用于填充形成在注射成型塑料層中的間隙的絕緣元件可以由不同于注射成型塑料層的材料制成，從而使得絕緣元件具有改進的強度特征，更加適于促進線圈繞組的某些部分的引導。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]現在將參照附圖通過實例來描述本發(fā)明，其中:
[0015]圖1示出了現有技術的由單片形成、具有一體的齒的定子實例；
[0016]圖2、2a、2b示出了根據本發(fā)明實施方式的定子環(huán)形支撐件；
[0017]圖3示出了根據本發(fā)明實施方式的定子齒；
[0018]圖4示出了根據本發(fā)明實施方式的定子齒的包覆成型；
[0019]圖5示出了根據本發(fā)明實施方式的三個定子齒；
[0020]圖6示出了圖4中所示的包覆成型定子齒的剖面；
[0021]圖7示出了根據本發(fā)明實施方式的定子。
【具體實施方式】
[0022]盡管現在將關于電動機的定子來描述本發(fā)明的實施方式，但應該理解的是本發(fā)明等效地應用至電動機情形中的轉子布置，其中轉子承載線圈。本發(fā)明還等效地應用至發(fā)電機。盡管該實施方式描述了具有定子和轉子的電動機，其中定子和轉子具有環(huán)形支撐件，然而本發(fā)明等效地應用至具有不同配置的定子和轉子的電動機，例如直線電動機。因此，術語轉子旨在覆蓋電動機的運動部件，而不管該部件的形狀，以及同樣旨在覆蓋直線電動機中的驅動子。
[0023]根據本發(fā)明的第一實施方式，圖2示出了環(huán)形支撐件200。圍繞環(huán)形支撐件200的外周、也就是定子墊圈分布的是在徑向方向上延伸的多個突起210，它們在圖2a和2b中更加詳細示出。多個突起210從定子護鐵200的外表面向外側延伸。
[0024]包括突起210的定子護鐵200形成為單片、整體的、結構部件。例如定子護鐵200可以由粉末金屬模制，或更常用地，由多個相同疊片結構組成，其中所述疊片結構將通常由諸如電工鋼的不銹鋼薄片制成，然而可以使用具有合適強度和電磁屬性的任何材料。所述疊片結構還可以在表面上以及沿齒堆和定子墊圈之間(即環(huán)形支撐件200)的彎曲界面形狀具有絕緣涂層，用于阻止渦流在所述疊片結構之間流動。
[0025]疊片結構可以由任何合適的方法生產，例如從所需材料的薄片沖壓或切割期望形狀或者激光蝕刻。作為示例，所述疊片結構可具有0.3和0.4mm之間的厚度，并優(yōu)選為
0.35mm 左右。
[0026]形成在定子護鐵200上的每個突起210被布置為容納定子齒，其中每個突起和相應定子齒包括嚙合部件用于使得相應定子齒在徑向方向上安裝至相應突起210，如下描述。然而，可以使用用于將定子齒安裝至定子護鐵的任何部件。[0027]針對本實施方式的目的，形成在每個突起210的、距離定子護鐵200最遠的端部上的是兩個彈性元件220，它們遠離定子護鐵200徑向延伸，其中在兩個彈性元件220之間形成間隙。兩個彈性元件220之間的間隙形成突起的端部處的徑向狹槽，其基本垂直于定子護鐵200的圓周面。徑向狹槽被布置為容納定子齒嚙合元件，如下文所述。
[0028]每個彈性元件220的端部，也就是距離定子護鐵200最遠的彈性元件220的部分，包括彈性元件220內表面上的突起部230，其關于定子護鐵在圓周方向上朝向彼此延伸，它們被布置為與定子齒嚙合元件閂鎖，如下文所述。
[0029]圖3示出了用于安裝至圖2所示的定子護鐵200的定子齒300。定子齒300包括兩個壁部310，它們通過定子齒頂部320耦合在一起。為了幫助安裝在定子齒300上的線圈繞組的固定，定子齒的頂部320在齒壁部310上橫向延伸以形成橫向延伸的定子頂端。兩個壁部310的外側部形成齒的兩個側面，連同齒的兩個端部形成齒的兩個其他側面。
[0030]凹槽形成在定子齒的兩個齒壁部310之間，其中嚙合元件330形成在凹槽中。嚙合元件330被布置為與突起的彈性元件220嚙合，如下文所述。
[0031]定子齒嚙合元件330從定子頂端320的中心部向下延伸進入形成在兩個齒壁部310之間的凹槽中，其中嚙合元件330從嚙合元件330的頂端向上朝向定子頂端320向外側逐漸變細，其中兩個壁部的主要外部表面形成定子齒的兩個側面。嚙合元件330的頂部抵接定子頂端，被布置為具有狹窄部，其被配置為與突起210的彈性元件220的上部互鎖。形成在突起210的兩個彈性元件220之間的狹槽的輪廓和尺寸被布置為基本對應于形成在定子齒300的凹槽中的嚙合元件330的外側輪廓和尺寸。
[0032]由于定子齒300與定子護鐵200分離，因而定子齒可以在定子齒300安裝至定子護鐵200之前預纏繞線圈繞組，這對比于將齒集成至定子支撐件時具有在齒上纏繞線圈更方便的優(yōu)勢。
[0033]為了將定子齒300安裝至定子護鐵200，定子齒300徑向地按壓在形成于定子護鐵200上的相應突起210上。將足夠的徑向力施加至定子齒300以驅使定子齒嚙合元件330與突起210的兩個彈性元件220互鎖。
[0034]特別地，當定子齒300安裝至定子護鐵200時，定子齒300放置在突起210上以使得定子齒嚙合元件330的頂端與形成在突起210的兩個彈性元件220的頂部之間的間隙嚙
八
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[0035]定子齒300然后徑向地按壓抵靠突起210，這使得嚙合元件330的錐形部施加切向力至彈性元件220的內表面，從而引起兩個彈性元件220被驅使分離，這使得嚙合元件330在兩個彈性元件220之間向下運動。
[0036]由于嚙合元件330的輪廓和尺寸與形成在兩個彈性元件220之間的狹槽的輪廓和尺寸匹配，一旦定子齒300已經完全插在突起210上，彈性元件220中的彈力驅使彈性元件220內表面上的突起部230進入嚙合元件330的狹窄部中，從而將定子齒300與定子護鐵突起210互鎖，并阻止定子齒300從定子護鐵200移除。每個定子齒壁部310的端部座落在形成于突起210的基底處的相應凹槽中，從而提供針對施加至定子齒300的切向力的支撐。然而，如上所述，可以使用用于將定子齒安裝至定子護鐵的任何部件。
[0037]優(yōu)選地，粘合劑施加至定子齒300和/或突起210的一個或多個表面，其在將定子齒300安裝至突起210時例如抵接在一個或兩個彈性元件220的外表面上。粘合劑應用至定子齒300和/或突起210的一個或多個表面有助于使得定子齒300的微運動以及齒300相對于定子護鐵200的局部振動最小化。為了幫助定子齒300和定子護鐵200之間的熱傳導，粘合劑優(yōu)選地選擇以具有良好的熱傳導性。粘合劑還可以幫助將定子齒300與突起210電氣絕緣，從而幫助最小化定子齒300和定子護鐵200之間的渦流。
[0038]為了幫助線圈繞組和定子齒300之間的電氣絕緣，在線圈繞組施加至定子齒之前，使用注射成型工藝利用絕緣材料封裝定子齒300 (即，定子齒被包覆成型)，如下文所述。優(yōu)選地，絕緣材料將是具有良好熱傳導性、高溫變形性、以及良好介電強度的塑料材料，例如液晶聚合物。
[0039]對于本領域技術人員來說公知的是，包覆成型是塑料材料供給至加熱容器中、混合并施加至產品的表面上以在產品上形成塑料層的工藝。
[0040]如圖4所示，注射成型塑料層400圍繞齒300的側面形成，間隙410形成在齒300的兩個端部側面上的注射成型塑料層400中，其中注射成型塑料層400中的間隙410從齒300的底部向凹槽的頂部延伸。注射成型塑料層400從齒300的底部向上延伸至橫向延伸定子頂端的頂部。
[0041]通過在齒300的端部側面上的注射成型塑料層400中形成間隙，當將注射成型塑料層400施加至齒300上時，最小化了齒的兩個壁部310上的向內壓力。這消除了置于兩個壁部310之間的用于阻止定子齒壁部310在注射成型工藝期間彎曲的結構支撐件的需求。如圖4所示，優(yōu)選地，齒300的端部側面上的注射成型塑料層400中的間隙410延伸至齒凹槽的頂部。
[0042]如圖4所示，圍繞定子齒300的兩個側面形成的注射成型塑料層400包括縱向脊以便于圍繞齒300纏繞線圈繞組，以及增加注射成型塑料層400和線圈繞組之間的接觸面積，以改進線圈繞組和注射成型塑料層400之間熱傳導。
[0043]為了幫助線圈繞組和定子齒300在定子齒300的端部處的電氣絕緣，電氣絕緣元件420在線圈繞組應用至定子齒300之前放置在形成在注射成型塑料層400中的間隙410中。電氣絕緣元件420被布置為將齒300的端部與圍繞齒300纏繞的線圈繞組電氣絕緣。
[0044]盡管優(yōu)選實施方式使用置于形成在注射成型塑料層400中的兩個間隙410中的兩個絕緣元件420，但注射成型塑料層400可以與形成在齒300的一個端部側面的注射成型塑料層400中的單個間隙410 —起使用，以及單個絕緣元件420用于提供齒300的端部處的絕緣。
[0045]優(yōu)選地，兩個絕緣元件420具有鎖結特征，其被布置為匹配注射成型塑料層400中形成的對應特征，用于促進兩個絕緣元件420在形成于注射成型塑料層400中的相應間隙410中的正確定位。針對該實施方式的目的，延伸唇430形成在定子齒300 —端的注射成型塑料層400的頂部，其中對應的凹槽440形成在相關絕緣元件420中。在定子齒300的另一端上，鎖結元件450形成在注射成型塑料層400的邊緣上從定子齒300的底部往上三分之二處，其中相應的凹槽460形成在相關絕緣元件420中。然而，可使用任何形式的鎖結特征。
[0046]優(yōu)選地，至少一個絕緣元件420包括至少一個引導特征470，用于輔助線圈繞組的一部分的路由。例如，圖5提供了三個定子齒300的示意，它們已經由線圈繞組纏繞，其中安裝在形成于定子齒300 —端的注射成型塑料層400中的間隙410中的絕緣元件420具有三個引導特征470以促進線圈繞組至和從定子齒300及在定子齒300之間的路由。第一引導元件470設置在絕緣元件420的頂部，用于路由至/從定子齒300的線圈繞組，其中兩個引導元件470設置在絕緣元件420的底部，用于在定子齒300之間路由線圈繞組。
[0047]優(yōu)選地，注射成型塑料層400以及第一和/或第二絕緣元件420由不同材料制成。
[0048]優(yōu)選地，選擇具有良好熱傳導性質的包覆成型材料，從而輔助線圈繞組和定子齒300之間的熱傳導。然而，針對其最佳熱傳導性質選擇的包覆成型材料可能不會提供線圈繞組的引導/路由部分所需的最佳機械強度需求。因此，通過使得絕緣元件420位于不形成注射成型塑料層400部件的定子齒300的端部側面上，可以基于不同優(yōu)先級選擇用于絕緣元件420和注射成型塑料層400的不同材料。例如，用于絕緣元件420的材料可以選擇具有最佳強度，而用于注射成型塑料層400的材料可選擇以具有最佳熱傳導性。這樣，注射成型塑料層400可具有相比絕緣元件420更高的熱傳導性，而絕緣元件420具有比注射成型
塑料層400大的機械強度。合適的注射成型塑料層的實例是CooIPoIy⑩熱傳導液晶聚
合物。用于絕緣元件的合適材料的實例是尼龍PA66。
[0049]優(yōu)選地,至少一個絕緣元件420具有形成在絕緣元件420內表面上的通道480,用于當絕緣元件420置于形成在注射成型塑料層400中的間隙中以及相關齒300已經安裝至定子護鐵200時，允許將灌封材料或粘合材料引導至齒凹槽。
[0050]通過使通道480形成在絕緣元件420的內表面上，可以在定子齒300安裝至定子護鐵后，使得灌封或粘合材料向上穿過該通道應用至定子齒凹槽和定子護鐵的表面，其中可以使用灌封材料來幫助定子齒300安裝至定子護鐵200。
[0051]如上所述，為了有助于定子齒300和定子護鐵200之間的熱傳導，優(yōu)選地選擇具有良好熱傳導性的粘合/灌封材料。粘合/灌封材料還可以幫助將定子齒300與突起210電氣絕緣，從而幫助最小化定子齒300和定子護鐵200之間的渦流。
[0052]優(yōu)選地，齒300的至少一個側面包括其上形成注射成型塑料層的固定特征610，以防止注射成型塑料層400從齒300的側面剝離。例如，如圖6中所示，其示出了圖4中所示的定子齒的剖面，在基本不垂直于齒300的側面的方向上延伸的唇部610基本形成在齒300的兩個壁部310的基底處，以形成U形剖面，這用于將注射成型塑料層400的底部固定至定子齒300的底壁部。
[0053]優(yōu)選地，包覆成型工藝將包括輔助線圈繞組固定在定子齒300上的特征，例如形成在包覆成型底部的脊。
[0054]一旦定子齒300已經被包覆成型，并且絕緣元件420已經置于形成在包覆成型端部側面中的間隙410中，則將線圈繞組施加至定子齒300。
[0055]如圖7中所示，控制面板1000和配電板900 (用作換流器)靠近定子齒安裝，其中圍繞定子齒300形成的線圈繞組連接至配電板900和/或控制面板1000?？刂泼姘?000和配電板900被布置以控制線圈繞組中的電流。單個控制面板和配電板可以被布置以控制所有馬達線圈繞組中或線圈繞組子組中的電流。優(yōu)選地，如果單個控制面板和配電板被布置以控制線圈繞組子組中的電流，則電動機將包括多個控制面板和配電板來控制不同線圈繞組子組中的電流。
[0056]優(yōu)選地，為了有助于電動機的冷卻，將散熱片1100安裝至定子。
[0057]針對該實施方式的目的，完全組裝的定子包括72個定子齒，然而可以使用任意數量的齒，優(yōu)選地數量在50和100之間。
[0058]根據上述實施方式構造的定子在用于電動車輛的電動機中發(fā)現特別的用途。特別地，本發(fā)明的各實施方式可結合至路上電動車輛中，以及更加特別地具有一個或多個輪內電動機的電動車輛中。
【權利要求】
1.一種用于電動機或發(fā)電機的定子或轉子，包括用于容納線圈繞組的多個齒，其中每個齒具有形成在每個齒的多個側面上的注射成型塑料層，其中第一間隙形成在每個齒的第一側面上的注射成型塑料層中，第一絕緣元件置于形成在所述注射成型塑料層中的第一間隙中，其中所述注射成型塑料層和所述第一絕緣元件被布置為將所述多個齒與所述線圈繞組電氣絕緣。
2.根據權利要求1所述的定子或轉子，還包括環(huán)形支撐件，所述環(huán)形支撐件具有圍繞所述環(huán)形支撐件分布的多個第一嚙合裝置；其中每個齒包括第二嚙合裝置，用于嚙合所述環(huán)形支撐件上的第一嚙合裝置，從而使得每個齒在徑向方向上安裝至所述第一嚙合裝置。
3.根據權利要求2所述的定子或轉子，其中所述第一嚙合裝置是所述環(huán)形支撐件上的突起，以及所述第二嚙合裝置是形成在所述齒的凹槽中的互鎖裝置。
4.一種用于安裝至具有環(huán)形支撐件的電動機或發(fā)電機的齒，所述環(huán)形支撐件具有圍繞所述環(huán)形支撐件分布的多個第一嚙合裝置，所述齒包括第二嚙合裝置，用于嚙合所述環(huán)形支撐件上的第一嚙合裝置，從而使得所述齒在徑向方向上安裝至所述第一嚙合裝置；以及注射成型塑料層，其形成在所述齒的多個側面上，其中第一間隙形成在所述齒的第一側面上的注射成型塑料層中，第一絕緣元件置于形成在所述注射成型塑料層中的第一間隙中，其中所述注射成型塑料層和所述第一絕緣元件被布置為將所述齒與布置為圍繞所述齒纏繞的線圈繞組電氣絕緣。
5.根據權利要求4所述的定子或轉子，其中所述第一嚙合裝置是所述環(huán)形支撐件上的突起，以及所述第二嚙合裝置是形成在所述齒的凹槽內的互鎖裝置。
6.根據前述權利要求中任一項所述的定子或轉子或齒，其中第二間隙形成在所述齒的第二側面上的注射成型塑料層中，第二絕緣元件置于形成在所述注射成型塑料層中的第二間隙中。
7.根據權利要求6所述的定子或轉子或齒，其中所述第一間隙和所述第二間隙形成在所述齒的相對側上。
8.根據前述權利要求中任一項所述的定子或轉子或齒，其中所述注射成型塑料層和所述第一絕緣元件由不同材料制成。
9.根據權利要求6-8中任一項所述的定子或轉子或齒，其中所述注射成型塑料層和所述第二絕緣元件由不同材料制成。
10.根據前述權利要求中任一項所述的定子或轉子或齒，其中所述注射成型塑料層具有比所述第一絕緣元件高的熱傳導性。
11.根據權利要求6-10中任一項所述的定子或轉子或齒，其中所述注射成型塑料層具有比所述第一絕緣元件和所述第二絕緣元件高的熱傳導性。
12.根據前述權利要求中任一項所述的定子或轉子或齒，其中所述第一絕緣元件具有鎖結特征，其被布置為匹配所述注射成型塑料層中形成的對應特征，用于促進所述第一絕緣元件在形成于所述注射成型塑料層中的第一間隙中的正確定位。
13.根據權利要求6-12中任一項所述的定子或轉子或齒，其中所述第一絕緣元件和所述第二絕緣元件具有鎖結特征，其被布置為匹配所述注射成型塑料層中形成的對應特征，用于促進所述第一絕緣元件和所述第二絕緣元件在形成于所述注射成型塑料層中的相應第一間隙和第二間隙中的正確定位。
14.根據權利要求2-10中任一項所述的定子或轉子或齒，其中所述第一絕緣元件具有形成在所述第一絕緣元件的表面上的通道，用于在所述第一絕緣元件置于形成在所述注射成型塑料層中的第一間隙中時引導灌封材料至齒凹槽中。
15.根據權利要求6-10中任一項所述的定子或轉子或齒，其中所述第一絕緣元件和所述第二絕緣元件具有形成在所述第一絕緣元件和所述第二絕緣元件的表面上的通道，用于在所述第一絕緣元件和所述第二絕緣元件置于形成在所述注射成型塑料層中的相應第一間隙和第二間隙中時引導灌封材料至齒凹槽中。
16.根據前述權利要求中任一項所述的定子或轉子或齒，其中所述第一絕緣元件包括用于引導所述線圈繞組的一部分的位置的至少一個特征。
17.根據權利要求6-16中任一項所述的定子或轉子或齒，其中所述第一絕緣元件和所述第二絕緣元件包括用于引導所述線圈繞組的一部分的位置的至少一個特征。
18.根據前述權利要求中任一項所述的定子或轉子或齒，其中所述注射成型塑料層包括脊，用于引導圍繞所述齒纏繞的線圈繞組的位置。
19.根據權利要求4-18中任一項所述的齒，其中所述齒的至少一個側面包括其上形成所述注射成型塑料層的固定特征，用于限制所述注射成型塑料層離開所述齒的側面。
20.根據權利要求19所述的齒，其中所述固定特征是在非垂直于所述齒的側面的方向上延伸的唇部。
21.根據權利要求20所述的齒，其中所述唇部基本形成在所述齒的側面的基底處。
22.—種方法，包括:將注射成型塑料層形成在齒的多個側面上，所述齒用于安裝至電動機或發(fā)電機的環(huán)形支撐件，其中第一間隙形成在所述齒的第一側面上的注射成型塑料層中；以及將第一絕緣元件置`于形成在所述注射成型塑料層中的第一間隙中，其中所述注射成型塑料層和所述第一絕緣元件被布置為將所述齒與布置為圍繞所述齒纏繞的線圈繞組電氣絕緣。
【文檔編號】H02K1/14GK103730966SQ201310481451
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年10月15日 優(yōu)先權日:2012年10月15日
【發(fā)明者】J·貝爾, J·佛斯沙姆, G·羅伯茨 申請人:普羅蒂恩電子有限公司