阅读说明：本技术 用于电动机或发电机的齿 () 是由 J·贝尔 J·佛斯沙姆 G·罗伯茨 于 2013-10-15 设计创作，主要内容包括：一种用于电动机或发电机的定子或转子,包括用于容纳线圈绕组的多个齿,其中每个齿具有形成在每个齿的多个侧面上的注射成型塑料层,其中第一间隙形成在每个齿的第一侧面上的注射成型塑料层中,第一绝缘元件置于形成在注射成型塑料层中的第一间隙中,其中注射成型塑料层和第一绝缘元件被布置为将所述多个齿与线圈绕组电气绝缘。()

用于电动机或发电机的齿

本申请是申请日为2013年10月15日、申请号为201310481451.7、发明名称为“用于电动机或发电机的齿”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于定子或转子的齿，尤其涉及一种用于轮内电动机或发电机的定子或转子的齿。

背景技术

定子公知地作为电动机或发电机的静止部件，转子相对其转动。定子通常包括磁性部件和其他结构部件。电动机工作的原理为载流导线在存在磁场时将经受力。通常承载一组永磁体的转子被布置为围绕一组线圈转动，所述线圈被布置为承载电流，这导致转子围绕定子旋转并产生运动。应该理解的是，还能够使得转子承载一组线圈，以及定子承载一组永磁体。

布置为安装在转子内的定子的实例示于图1中。图1示出了由例如来自PM(粉末金属)的单片材料形成的或更通常由多个相同叠片结构组成的定子的护铁。来自环形支撑件150(还被称为护铁或垫圈)的突起100被称作“齿”并用于容纳多个线圈绕组。为了增加马达的性能，期望的是最优化线圈绕组的整个剖面，这将具有减小电阻的效果，从而减少热生成。另外，通过使得线圈绕组更加靠近，这将具有改善热传导的效果，这将具有增加马达效率以及改进连续性能的效果。

然而，通过诸如图1中所示出的布置，在整个定子由单个固体片形成时，应该理解的是存在一定数量的空间来将导线线圈物理地缠绕所述齿。因此，通常在该布置中，在相邻齿的线圈之间存在间隙，这是效率低下的，因为否则的话该空隙将填充有导线线圈以增加线圈绕组的整个剖面。

另外，在定子和线圈绕组之间提供线圈绝缘的传统方式能够导致不良的热传导，这将限制电动机的性能。

此外，大的单片定子通常需要复杂的绕线机和复杂的绕线工艺来执行所需的线圈绕组。

针对该问题的一个解决方案是径向安装的定子齿的开发，其在线圈绕组已经围绕定子齿形成后安装至定子垫圈，从而使得相邻定子齿上的线圈之间的空隙最小化。

这具有这样额外的优势：即以注射成型塑料层(即，包覆成型层)形式的绝缘层能够在线圈绕组缠绕定子齿之前被应用至相应的齿。施加至单个定子齿的包覆成型层的使用能够最小化在绝缘层和定子齿之间形成任何空气间隙的风险，从而提供了线圈和定子之间的电气绝缘层，同时还改进了热传导。

此外，使用注射成型塑料层具有使得线圈固定特征形成在注射成型塑料层中的额外优势，用于促进围绕齿的线圈绕组的引导，以及作为线圈绕组某些部分的导引件。

然而，由于注射成型工艺期间存在的高压，注射成型工艺可能会破坏其上施加注射成型塑料层的齿，从而阻止了将齿安装至定子垫圈。

因此，期望的是改进这种情形。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了根据所附权利要求书的一种定子、转子、齿或方法。

本发明提供了当注射成型塑料层应用至齿时减少注射成型工艺破坏齿的风险的优势，从而允许所述齿设计有较少结构支撑件，这减少了齿的成本、重量和复杂性。另外，用于填充形成在注射成型塑料层中的间隙的绝缘元件可以由不同于注射成型塑料层的材料制成，从而使得绝缘元件具有改进的强度特征，更加适于促进线圈绕组的某些部分的引导。

附图说明

现在将参照附图通过实例来描述本发明，其中：

图1示出了现有技术的由单片形成、具有一体的齿的定子实例；

图2、2a、2b示出了根据本发明实施方式的定子环形支撑件；

图3示出了根据本发明实施方式的定子齿；

图4示出了根据本发明实施方式的定子齿的包覆成型；

图5示出了根据本发明实施方式的三个定子齿；

图6示出了图4中所示的包覆成型定子齿的剖面；

图7示出了根据本发明实施方式的定子。

具体实施方式

尽管现在将关于电动机的定子来描述本发明的实施方式，但应该理解的是本发明等效地应用至电动机情形中的转子布置，其中转子承载线圈。本发明还等效地应用至发电机。尽管该实施方式描述了具有定子和转子的电动机，其中定子和转子具有环形支撑件，然而本发明等效地应用至具有不同配置的定子和转子的电动机，例如直线电动机。因此，术语转子旨在覆盖电动机的运动部件，而不管该部件的形状，以及同样旨在覆盖直线电动机中的驱动子。

根据本发明的第一实施方式，图2示出了环形支撑件200。围绕环形支撑件200的外周、也就是定子垫圈分布的是在径向方向上延伸的多个突起210，它们在图2a和2b中更加详细示出。多个突起210从定子护铁200的外表面向外侧延伸。

包括突起210的定子护铁200形成为单片、整体的、结构部件。例如定子护铁200可以由粉末金属模制，或更常用地，由多个相同叠片结构组成，其中所述叠片结构将通常由诸如电工钢的不锈钢薄片制成，然而可以使用具有合适强度和电磁属性的任何材料。所述叠片结构还可以在表面上以及沿齿堆和定子垫圈之间(即环形支撑件200)的弯曲界面形状具有绝缘涂层，用于阻止涡流在所述叠片结构之间流动。

叠片结构可以由任何合适的方法生产，例如从所需材料的薄片冲压或切割期望形状或者激光蚀刻。作为示例，所述叠片结构可具有0.3和0.4mm之间的厚度，并优选为0.35mm左右。

形成在定子护铁200上的每个突起210被布置为容纳定子齿，其中每个突起和相应定子齿包括啮合部件用于使得相应定子齿在径向方向上安装至相应突起210，如下描述。然而，可以使用用于将定子齿安装至定子护铁的任何部件。

针对本实施方式的目的，形成在每个突起210的、距离定子护铁200最远的端部上的是两个弹性元件220，它们远离定子护铁200径向延伸，其中在两个弹性元件220之间形成间隙。两个弹性元件220之间的间隙形成突起的端部处的径向狭槽，其基本垂直于定子护铁200的圆周面。径向狭槽被布置为容纳定子齿啮合元件，如下文所述。

每个弹性元件220的端部，也就是距离定子护铁200最远的弹性元件220的部分，包括弹性元件220内表面上的突起部230，其关于定子护铁在圆周方向上朝向彼此延伸，它们被布置为与定子齿啮合元件闩锁，如下文所述。

图3示出了用于安装至图2所示的定子护铁200的定子齿300。定子齿300包括两个壁部310，它们通过定子齿顶部320耦合在一起。为了帮助安装在定子齿300上的线圈绕组的固定，定子齿的顶部320在齿壁部310上横向延伸以形成横向延伸的定子顶端。两个壁部310的外侧部形成齿的两个侧面，连同齿的两个端部形成齿的两个其他侧面。

凹槽形成在定子齿的两个齿壁部310之间，其中啮合元件330形成在凹槽中。啮合元件330被布置为与突起的弹性元件220啮合，如下文所述。

定子齿啮合元件330从定子顶端320的中心部向下延伸进入形成在两个齿壁部310之间的凹槽中，其中啮合元件330从啮合元件330的顶端向上朝向定子顶端320向外侧逐渐变细，其中两个壁部的主要外部表面形成定子齿的两个侧面。啮合元件330的顶部抵接定子顶端，被布置为具有狭窄部，其被配置为与突起210的弹性元件220的上部互锁。形成在突起210的两个弹性元件220之间的狭槽的轮廓和尺寸被布置为基本对应于形成在定子齿300的凹槽中的啮合元件330的外侧轮廓和尺寸。

由于定子齿300与定子护铁200分离，因而定子齿可以在定子齿300安装至定子护铁200之前预缠绕线圈绕组，这对比于将齿集成至定子支撑件时具有在齿上缠绕线圈更方便的优势。

为了将定子齿300安装至定子护铁200，定子齿300径向地按压在形成于定子护铁200上的相应突起210上。将足够的径向力施加至定子齿300以驱使定子齿啮合元件330与突起210的两个弹性元件220互锁。

特别地，当定子齿300安装至定子护铁200时，定子齿300放置在突起210上以使得定子齿啮合元件330的顶端与形成在突起210的两个弹性元件220的顶部之间的间隙啮合。

定子齿300然后径向地按压抵靠突起210，这使得啮合元件330的锥形部施加切向力至弹性元件220的内表面，从而引起两个弹性元件220被驱使分离，这使得啮合元件330在两个弹性元件220之间向下运动。

由于啮合元件330的轮廓和尺寸与形成在两个弹性元件220之间的狭槽的轮廓和尺寸匹配，一旦定子齿300已经完全插在突起210上，弹性元件220中的弹力驱使弹性元件220内表面上的突起部230进入啮合元件330的狭窄部中，从而将定子齿300与定子护铁突起210互锁，并阻止定子齿300从定子护铁200移除。每个定子齿壁部310的端部座落在形成于突起210的基底处的相应凹槽中，从而提供针对施加至定子齿300的切向力的支撑。然而，如上所述，可以使用用于将定子齿安装至定子护铁的任何部件。

优选地，粘合剂施加至定子齿300和/或突起210的一个或多个表面，其在将定子齿300安装至突起210时例如抵接在一个或两个弹性元件220的外表面上。粘合剂应用至定子齿300和/或突起210的一个或多个表面有助于使得定子齿300的微运动以及齿300相对于定子护铁200的局部振动最小化。为了帮助定子齿300和定子护铁200之间的热传导，粘合剂优选地选择以具有良好的热传导性。粘合剂还可以帮助将定子齿300与突起210电气绝缘，从而帮助最小化定子齿300和定子护铁200之间的涡流。

为了帮助线圈绕组和定子齿300之间的电气绝缘，在线圈绕组施加至定子齿之前，使用注射成型工艺利用绝缘材料封装定子齿300(即，定子齿被包覆成型)，如下文所述。优选地，绝缘材料将是具有良好热传导性、高温变形性、以及良好介电强度的塑料材料，例如液晶聚合物。

对于本领域技术人员来说公知的是，包覆成型是塑料材料供给至加热容器中、混合并施加至产品的表面上以在产品上形成塑料层的工艺。

如图4所示，注射成型塑料层400围绕齿300的侧面形成，间隙410形成在齿300的两个端部侧面上的注射成型塑料层400中，其中注射成型塑料层400中的间隙410从齿300的底部向凹槽的顶部延伸。注射成型塑料层400从齿300的底部向上延伸至横向延伸定子顶端的顶部。

通过在齿300的端部侧面上的注射成型塑料层400中形成间隙，当将注射成型塑料层400施加至齿300上时，最小化了齿的两个壁部310上的向内压力。这消除了置于两个壁部310之间的用于阻止定子齿壁部310在注射成型工艺期间弯曲的结构支撑件的需求。如图4所示，优选地，齿300的端部侧面上的注射成型塑料层400中的间隙410延伸至齿凹槽的顶部。

如图4所示，围绕定子齿300的两个侧面形成的注射成型塑料层400包括纵向脊以便于围绕齿300缠绕线圈绕组，以及增加注射成型塑料层400和线圈绕组之间的接触面积，以改进线圈绕组和注射成型塑料层400之间热传导。

为了帮助线圈绕组和定子齿300在定子齿300的端部处的电气绝缘，电气绝缘元件420在线圈绕组应用至定子齿300之前放置在形成在注射成型塑料层400中的间隙410中。电气绝缘元件420被布置为将齿300的端部与围绕齿300缠绕的线圈绕组电气绝缘。

尽管优选实施方式使用置于形成在注射成型塑料层400中的两个间隙410中的两个绝缘元件420，但注射成型塑料层400可以与形成在齿300的一个端部侧面的注射成型塑料层400中的单个间隙410一起使用，以及单个绝缘元件420用于提供齿300的端部处的绝缘。

优选地，两个绝缘元件420具有锁结特征，其被布置为匹配注射成型塑料层400中形成的对应特征，用于促进两个绝缘元件420在形成于注射成型塑料层400中的相应间隙410中的正确定位。针对该实施方式的目的，延伸唇430形成在定子齿300一端的注射成型塑料层400的顶部，其中对应的凹槽440形成在相关绝缘元件420中。在定子齿300的另一端上，锁结元件450形成在注射成型塑料层400的边缘上从定子齿300的底部往上三分之二处，其中相应的凹槽460形成在相关绝缘元件420中。然而，可使用任何形式的锁结特征。

优选地，至少一个绝缘元件420包括至少一个引导特征470，用于辅助线圈绕组的一部分的路由。例如，图5提供了三个定子齿300的示意，它们已经由线圈绕组缠绕，其中安装在形成于定子齿300一端的注射成型塑料层400中的间隙410中的绝缘元件420具有三个引导特征470以促进线圈绕组至和从定子齿300及在定子齿300之间的路由。第一引导元件470设置在绝缘元件420的顶部，用于路由至/从定子齿300的线圈绕组，其中两个引导元件470设置在绝缘元件420的底部，用于在定子齿300之间路由线圈绕组。

优选地，注射成型塑料层400以及第一和/或第二绝缘元件420由不同材料制成。

优选地，选择具有良好热传导性质的包覆成型材料，从而辅助线圈绕组和定子齿300之间的热传导。然而，针对其最佳热传导性质选择的包覆成型材料可能不会提供线圈绕组的引导/路由部分所需的最佳机械强度需求。因此，通过使得绝缘元件420位于不形成注射成型塑料层400部件的定子齿300的端部侧面上，可以基于不同优先级选择用于绝缘元件420和注射成型塑料层400的不同材料。例如，用于绝缘元件420的材料可以选择具有最佳强度，而用于注射成型塑料层400的材料可选择以具有最佳热传导性。这样，注射成型塑料层400可具有相比绝缘元件420更高的热传导性，而绝缘元件420具有比注射成型塑料层400大的机械强度。合适的注射成型塑料层的实例是热传导液晶聚合物。用于绝缘元件的合适材料的实例是尼龙PA66。

优选地，至少一个绝缘元件420具有形成在绝缘元件420内表面上的通道480，用于当绝缘元件420置于形成在注射成型塑料层400中的间隙中以及相关齿300已经安装至定子护铁200时，允许将灌封材料或粘合材料引导至齿凹槽。

通过使通道480形成在绝缘元件420的内表面上，可以在定子齿300安装至定子护铁后，使得灌封或粘合材料向上穿过该通道应用至定子齿凹槽和定子护铁的表面，其中可以使用灌封材料来帮助定子齿300安装至定子护铁200。

如上所述，为了有助于定子齿300和定子护铁200之间的热传导，优选地选择具有良好热传导性的粘合/灌封材料。粘合/灌封材料还可以帮助将定子齿300与突起210电气绝缘，从而帮助最小化定子齿300和定子护铁200之间的涡流。

优选地，齿300的至少一个侧面包括其上形成注射成型塑料层的固定特征610，以防止注射成型塑料层400从齿300的侧面剥离。例如，如图6中所示，其示出了图4中所示的定子齿的剖面，在基本不垂直于齿300的侧面的方向上延伸的唇部610基本形成在齿300的两个壁部310的基底处，以形成U形剖面，这用于将注射成型塑料层400的底部固定至定子齿300的底壁部。

优选地，包覆成型工艺将包括辅助线圈绕组固定在定子齿300上的特征，例如形成在包覆成型底部的脊。

一旦定子齿300已经被包覆成型，并且绝缘元件420已经置于形成在包覆成型端部侧面中的间隙410中，则将线圈绕组施加至定子齿300。

如图7中所示，控制面板1000和配电板900(用作换流器)靠近定子齿安装，其中围绕定子齿300形成的线圈绕组连接至配电板900和/或控制面板1000。控制面板1000和配电板900被布置以控制线圈绕组中的电流。单个控制面板和配电板可以被布置以控制所有马达线圈绕组中或线圈绕组子组中的电流。优选地，如果单个控制面板和配电板被布置以控制线圈绕组子组中的电流，则电动机将包括多个控制面板和配电板来控制不同线圈绕组子组中的电流。

优选地，为了有助于电动机的冷却，将散热片1100安装至定子。

针对该实施方式的目的，完全组装的定子包括72个定子齿，然而可以使用任意数量的齿，优选地数量在50和100之间。

根据上述实施方式构造的定子在用于电动车辆的电动机中发现特别的用途。特别地，本发明的各实施方式可结合至路上电动车辆中，以及更加特别地具有一个或多个轮内电动机的电动车辆中。