用于轴向磁通马达的混合定子芯部件设计

文档序号:571481 发布日期:2021-05-18 浏览:20次 >En<

阅读说明:本技术 用于轴向磁通马达的混合定子芯部件设计 (Hybrid stator core piece design for axial flux motor ) 是由 姚健 段诚武 张明远 邹宇晟 于 2019-11-15 设计创作,主要内容包括:本公开涉及用于轴向磁通马达的混合定子芯部件设计。提供了用于轴向磁通马达定子的混合定子芯部件及制造其的方法。混合定子芯部件包括模制软磁复合材料和层压部件。在一种变型中,包括多个绝缘层的层压插件不可释放地位于模制软磁复合材料内。在另一种变型中,混合定子芯部件具有模制软磁复合芯和围绕模制软磁复合芯的至少一部分设置的层压壳,该层压壳包括多个层。(The present disclosure relates to hybrid stator core piece designs for axial flux motors. Hybrid stator core pieces for axial flux motor stators and methods of making the same are provided. The hybrid stator core component includes a molded soft magnetic composite and a laminate component. In a variant, a laminate insert comprising a plurality of insulating layers is unreleasably located within the molded soft magnetic composite material. In another variation, the hybrid stator core component has a molded soft magnetic composite core and a laminated shell disposed around at least a portion of the molded soft magnetic composite core, the laminated shell comprising a plurality of layers.)

用于轴向磁通马达的混合定子芯部件设计

技术领域

本部分提供了与本公开相关的背景信息,这些不一定是现有技术。

本公开总体上涉及用于轴向磁通马达的定子的混合定子芯部件,并且更具体地,混合定子芯部件具有模制软磁芯部件和包括多个磁性材料绝缘层的层压部件。

背景技术

电动马达通过产生扭矩将电能转化为机械功,而发电机将机械功转化为电能。电动车辆,包括混合动力车辆,采用电动马达/发电机,诸如感应马达和永磁马达来推进车辆,以及在作为发电机时捕获制动能量。马达将在本文中提及;然而,应该理解,这些原理也同样适用于发电机。通常,电动马达包括在操作期间旋转的转子和静止的定子。转子可以包含多个永磁体,并且相对于固定的定子旋转。转子连接到转子轴,转子轴也随转子一起旋转。转子,包括永磁体,通过预定的空气间隙与定子隔开。定子包括线绕组形式的导体。当电能通过导线绕组施加时,产生磁场。当电能被馈送到定子的导电绕组中时,通过磁通量产生作用在转子中的永磁体上的扭矩,动力可以在空气间隙上传递。以这种方式,机械动力可以传递到旋转的转子轴。因此,在电动车辆中,转子通过齿轮组经由旋转轴将扭矩传递到车辆的驱动轮。

两种常见类型的电动马达包括径向磁通型和轴向磁通型马达。在径向磁通马达中,转子和定子通常以同心或嵌套配置定位,使得当定子通电时,它产生从定子径向延伸到转子的磁通量。因此,定子中的导电绕组通常平行于旋转轴线布置,从而产生从旋转轴线(沿着转子轴)以径向方向定向的磁场。在轴向磁通马达中,平行于旋转轴线的磁场由定子中的导电线绕组产生,因此磁通量平行于旋转轴线(平行于转子轴)延伸。在某些应用中,轴向磁通马达是合乎需要的,因为与径向磁通马达相比,它们相对较轻,产生更大的动力,并且具有紧凑的尺寸。

发明内容

本部分提供了本公开的概括性总结,而不是对其全部范围或其所有特征的全面公开。

本公开涉及一种用于轴向磁通马达定子的混合定子芯部件,该混合定子芯部件包括层压插件,该层压插件具有多个绝缘层,绝缘层包括铁磁材料。此外,模制软磁复合材料围绕层压插件的外周的一部分设置。层压插件不可释放地位于模制软磁复合材料内。

在一个方面中,模制软磁复合材料限定了包括至少一个凹陷区域的外表面,该凹陷区域被配置为接纳导线绕组。

在一个方面中,多个层中的每一层具有基本相同的尺寸。

在一个方面中,层压插件具有矩形截面形状。

在一个方面中,层压插件限定了混合定子芯部件的第一外表面的第一区域和混合定子芯部件的第二外表面的第二区域。

在一个方面中,混合定子芯部件还包括限定插件组件的多个层压插件。模制软磁复合材料围绕插件组件中的多个层压插件的每一个的一部分设置。

在另一个方面中,插件组件包括至少三个层压插件。

在另一个方面中,插件组件包括至少五个层压插件。

在一个方面中,模制软磁复合材料限定了基本上梯形的外部截面形状。

在一个方面中,铁磁材料包括钢。软磁复合材料包括多个磁性颗粒,磁性颗粒包括铁。

在一个方面中,轴向磁通马达包括定子,该定子包括多个像如上所描述的那些的混合定子芯部件,其中每个混合定子芯部件具有围绕其外部设置的导线。轴向磁通马达还包括面向定子并包括多个磁体的转子,其中定子与转子在其间限定了空气间隙。转子轴联接到转子并限定旋转轴线。多个绝缘层各自限定了彼此平行的主平面。

本公开还涉及一种用于轴向磁通马达定子的混合定子芯部件,其包括模制软磁复合芯和层压壳。层压壳包括多个层,多个层包括围绕模制软磁复合芯的至少一部分设置的铁磁材料。

在一个方面中,绝缘材料与多个层中的至少一层相邻设置。

在一个方面中,层压壳限定了包括至少一个凹陷区域的外表面,该凹陷区域被配置为接纳导线绕组。

在一个方面中,铁磁材料包括钢,并且软磁复合材料包括多个磁性颗粒,磁性颗粒包括铁。

在一个方面中,轴向磁通马达包括定子,该定子包括多个像如上所描述的那些的混合定子芯部件,其中每个混合定子芯部件具有围绕其外部设置的导线。轴向磁通马达还包括面向定子并包括多个磁体的转子,其中定子与转子在其间限定了空气间隙。转子轴联接到转子并限定旋转轴线。

本公开还涉及一种制造用于轴向磁通马达定子的混合定子芯部件的方法。该方法包括将层压插件设置于模具中,层压插件包括多个绝缘层,绝缘层包括铁磁材料,模具具有对应于混合定子芯部件的预定形状。将包括多个磁性颗粒的软磁复合材料的前体引入模具中,每个磁性颗粒具有绝缘涂层。施加压力以围绕层压插件的外周的一部分模制软磁复合材料,其中层压插件不可释放地位于模制的软磁复合材料内。

在一个方面中,层压插件是形成插件组件的多个层压插件。

在一个方面中,该方法还包括通过由铁磁材料片冲压每一层并将层堆叠在一起,在设置到模具中之前形成层压插件。

从本文提供的描述中,进一步的应用领域将变得显而易见。本发明内容中的描述和具体示例仅旨在用于说明的目的,并不旨在限制本公开的范围。

附图说明

本文描述的附图仅用于选定实施例而不是所有可能的实施方式的说明性目的,并且不旨在限制本公开的范围。

图1示出了具有一个定子和两个转子的代表性轴向磁通马达;

图2示出了包括多个层压层的层压定子芯部件;

图3示出了模制软磁复合定子芯部件;

图4示出了具有多个类似于图3中描述的定子芯部件的定子;

图5示出了根据本公开的某些方面制备的混合定子芯部件,其具有层压插件和模制软磁复合材料;

图6示出了根据本公开的某些其他方面制备的另一混合定子芯部件,其具有层压插件和模制软磁复合材料;

图7示出了根据本公开的又一方面制备的混合定子芯部件,其具有包括多个层压插件的插件组件和模制软磁复合材料;

图8示出了根据本公开的某些其他方面制备的另一混合定子芯部件,其具有包括多个层压插件的插件组件和模制软磁复合材料;和

图9示出了根据本公开的另外方面制备的混合定子芯部件,其具有模制软磁复合芯和设置在芯周围的层压壳,该层压壳包括多个层,多个层包括铁磁材料。

在附图的几个视图中,对应的附图标记表示对应的部件。

具体实施方式

提供了示例实施例,使得本公开将是透彻的,并且将向本领域技术人员充分传达范围。阐述了许多具体细节,诸如具体组合物、部件、设备和方法的示例,以提供对本公开实施例的透彻理解。对于本领域技术人员来说,显然不需要采用特定的细节,示例实施例可以以许多不同的形式实施,并且这都不应该被解释为限制本公开的范围。在一些示例实施例中,没有详细描述众所周知的过程、众所周知的设备结构和众所周知的技术。

本文使用的术语仅仅是为了描述特定的示例实施例,而不旨在限制。除非上下文另有明确指示,如本文所使用的,单数形式“一”、“一个”和“该”也可以旨在包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”是包含性的,并因此指定所陈述的特征、元件、组合物、步骤、整数、操作和/或部件的存在,但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或附加。尽管开放式术语“包含”应理解为用于描述和主张本文所叙述各种实施例的非限制性术语,但是在某些方面中,该术语可替代地相反理解为更具限制性和约束性的术语,诸如“由……组成”或“基本上由……组成”。因此,对于列举组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤的任何给定实施例,本公开还具体包括由这些列举的组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤组成或基本上由这些列举的组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤组成的实施例。在“由……组成”的情况下,替代实施例排除了任何附加的组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤,而在“基本上由……组成”的情况下,实质上影响基本和新颖特性的任何附加的组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤被排除在该实施例之外,但是实质上不影响基本和新颖特征的任何组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤可以被包括在该实施例中。

除非被特别标识为执行顺序,本文描述的任何方法步骤、过程和操作不应被解释为必需要求它们以所讨论或示出的特定顺序执行。还应当理解,除非另有说明,否则可以采用附加的或替代的步骤。

当部件、元件或层被称为“在另一个元件或层上”、“接合到另一个元件或层”、“连接到另一个元件或层”或“联接到另一个元件或层”时,它可以直接在另一个部件、元件或层上,接合、连接或联接到另一个元件、元件或层上,或者可以存在中间的元件或层。相反,当一个元件被称为“直接位于”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一个元件或层时,可能不存在中间元件或层。用于描述元件之间关系的其他词语应该以类似的方式解释(例如,“在……之间”对“直接在……之间”、“相邻”对“直接相邻”等)。如本文所使用的,术语“和/或”包括相关联列出项目中一个或多个的任何和所有组合。

虽然术语第一、第二、第三等可以在本文用于描述各种步骤、元件、部件、区域、层和/或部段,除非另有说明,否则这些步骤、元件、部件、区域、层和/或部段不应受这些术语的限制。这些术语可以仅用于区分一个步骤、元件、部件、区域、层或部段与另一个步骤、元件、部件、区域、层或部段。除非上下文明确指出,否则在本文使用时,术语诸如“第一”、“第二”和其他数字术语并不意味着顺序或次序。因此,下面讨论的第一步骤、元件、部件、区域、层或部段可以被称为第二步骤、元件、部件、区域、层或部段,而不脱离示例实施例的教导。

为了便于描述,本文可以使用空间或时间上相对的术语,诸如“之前”、“之后”、“内部”、“外部”、“下方”、“之下”、“下”、“上方”、“上”等,来描述一个元件或特征与另外(一个或多个)元件或特征的关系,如图所示。空间或时间上相对的术语除了图中所描绘的定向之外,还可以旨在包括使用或操作中的设备或系统的不同定向。

在这个整个公开内容中,数值表示范围的近似度量或限制,以包含与给定值的微小偏差,和具有大约所提及的值的实施例以及具有准确地所提及的值的实施例。除了在详细描述末尾提供的工作示例之外,本说明书(包括所附权利要求书)中的所有参数数值(例如,数量或条件的参数数值)应理解为在所有情况下都被术语“大约”修饰,无论“大约”是否实际出现在数值之前。“大约”表示所述数值允许一些微小的不精确(在值上有一些接近精确值;接近或合理接近该值;几乎)。如果“大约”所提供的不精确性在本领域中没有被理解为具有这种普通的含义,那么本文使用的“大约”至少表示测量和使用该参数的普通方法可能出现的变化。例如,“大约”可以包括小于或等于5%、可选地小于或等于4%、可选地小于或等于3%、可选地小于或等于2%、可选地小于或等于1%、可选地小于或等于0.5%并且在某些方面中,可选地小于或等于0.1%的变化。

此外,范围的公开包括公开整个范围内的所有值和进一步划分的范围,包括给定范围的端点和子范围。

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。

在各个方面中,本公开涉及用于轴向磁通马达的混合定子芯部件。将理解,这些概念不仅适用于从电能产生机械能的轴向磁通电动马达,还适用于可以从机械能产生电能的轴向磁通发电机。图1中示出了轴向磁通马达100(也称为扁平马达)形式的电气设备的非限制性示例。马达100具有第一转子110和第二转子120,这两个转子都连接到转子轴130并配置成绕转子轴130旋转。第一转子110和第二转子120都具有环形或盘形形状,并具有设置于中心的孔118。转子轴130穿过设置于中心的孔118。转子轴限定了旋转轴线132,转子绕旋转轴线132转动。

定子140设置在第一转子110与第二转子120之间。定子140可以具有环形或盘形形状。定子140是固定并且静止的,而第一转子110和第二转子120在操作期间与转子轴130一起旋转。第一转子110面向定子140的第一侧142,并在其间限定第一空气间隙144。第二转子120面向定子140的第二侧146,并在其间限定第二空气间隙148。

尽管如本领域技术人员所理解的,马达100被示出为具有中央单个定子140和两个外部转子110、120,但是也可以设想到其他配置。这些其他变型可以包括具有两个定子和单个转子的变型,或者电动马达组件包括更多或更少的转子和/或定子的变型。接下来的描述也适用于这些其他实施例。此外,尽管当前未示出,但是本领域技术人员将理解,在各个方面中,电动马达组件可以进一步包括壳体,并且转子和定子以及轴可以设置在壳体内。在某些方面中,壳体可以固定到车架上,并且轴可以联接到车辆内的齿轮箱,例如减速齿轮箱。

第一转子110和第二转子120中的每一个都可以具有相同的设计(以相反方向面向定子140),并且因此本文将描述共同的部件。第一转子110和第二转子120中的每一个都包括附接到转子主体114的多个永磁体112。永磁体112可以具有交替的极性。每个永磁体112在它们之间限定了通道116,通道116可以沿着相应转子的面径向延伸。以这种方式,永磁体112和通道116可以一起限定多个磁极。

定子140包括多个定子部段或芯部件150,多个导电绕组152缠绕在定子部段或芯部件150周围。定子140在相应的定子芯部件150之间限定了多个槽156,其中导电绕组152可以在槽156上延伸或桥接槽156。定子140可以是固定并且静止的。虽然未示出,但是也可以设想本领域中理解的其他绕组配置和技术。例如,在某些方面中,槽156可以被配置成接纳多个导电绕组152,这些绕组被缠绕在槽156中并穿过槽156。导线或绕组152可以包括铜或铜合金。

转子轴130可以穿过定子140中的设置于中心的孔154,并且由轴承支撑,该轴承将转子110、120相对于定子140对准,同时允许转子轴130旋转。定子140的多个导电绕组152可以由铜或其他导线形成,这些导线被配置成在施加电流时产生磁场,从而与位于第一转子110和第二转子120上的具有交替磁极的多个永磁体112的磁场相互作用。定子140的不同区域可以被选择性地通电,以在第一转子110和第二转子120上施加旋转力,导致转子110、120和转子轴130相对于旋转轴线132旋转。具有单个定子140以及第一转子110和第二转子120的轴向磁通马达100能够用于高扭矩应用中,包括用于电动或混合动力车辆。在这种变型中,包围马达100的壳体可以附连到车架,并且来自转子轴130的端部的至少一个输出联接到减速齿轮箱或者直接联接到车辆驱动轮。轴向磁通马达100的车辆应用是作为示例性实施例提供的,而不旨在限制。

图2-4示出了可以用在轴向磁通马达定子中的定子芯部件,类似于图1中的定子140。导线设置或缠绕在定子的外部。图2示出了层压定子芯部件200,其具有多个磁性材料层210,诸如像磁钢这样的铁磁材料。其他磁性材料可以包括亚铁磁性材料。这种磁性材料层通常通过其间交错的绝缘材料彼此隔离。层压钢片可以在制造过程中被冲压、可选地退火和堆叠,以形成层压定子芯部件。当多个层压定子芯部件被组装在一起时,它们形成多个可磁化极。如可以看出的,定子芯部件可以是多个不同层压层结构或模块的组件,它们可以相对于彼此具有不同的定向。在其他方面中,多个层压模块可以相对于彼此具有基本相同的定向。虽然在图2中未示出,但是由定子芯部件200限定的每个极将具有至少部分设置或缠绕在其周围的导电线。当并入到轴向磁通马达的定子中时,这种层压定子芯部件200具有减小涡流和最小化磁滞的优点。然而,定子芯部件通常具有复杂的形状。例如,如在图2可以看出的,第一层212具有由其长度、宽度和高度(例如厚度)限定的第一尺寸,而堆叠中的第二层214具有由其长度、长度和高度(例如厚度)限定的第二尺寸。由于定子芯部件200的基本梯形形状,第二层214的第二尺寸必需小于第一层212的第一尺寸。因此,制造多个层压定子芯材料,其中每层具有不同的尺寸和潜在的不同形状,可以使制造过程明显更加复杂,并且可能产生大量浪费。

图3-4示出了形成定子芯部件的另一选项,其中定子芯部件220由软磁复合(SMC)材料222形成。SMC粉末包括软磁材料,其表面可以覆盖有电绝缘层。这些粉末通过压制或固结的方式固结以形成软磁部件。因此,这种SMC材料222可以容易地形成各种不同和复杂的形状,像所示的基本梯形截面形状。定子芯部件220可选地具有限定凹陷区域226的一个或多个凸缘224。图4示出了周向组装在定子盘230上的多个定子芯部件220。多个通道232限定在每个定子芯部件220之间。如图4所示,凹陷区域226被配置成接纳设置在其中的至少一根导电线或绕组234(例如,通过围绕定子芯部件220的外部236的至少一部分缠绕)。虽然由SMC材料222形成的定子芯部件220可以容易地制造成多种复杂形状,但是定子芯部件220在并入到轴向磁通马达的定子中时可能潜在地产生不期望的涡流,并且可能具有增加的磁滞。

在各个方面中,本公开提供了一种用于轴向磁通马达定子的混合定子芯部件。在图5所示的一种变型中,混合定子芯部件250包括层压部件和模制软磁复合部件,以提高定子芯部件的性能以及制造的容易性。因此,混合定子芯部件250包括在中央区域252中的层压插件260和围绕层压插件260设置的模制软磁复合材料270,以限定混合定子芯部件250的外部254的至少一部分。

层压插件260包括多个层262。片形成层262可以包括铁磁材料,并且每个片形成层262可以具有设置在其间的至少一个绝缘层或涂层。作为非限制性示例,用于层压定子芯部件的合适铁磁材料在本领域中是已知的,并且包括磁钢。交错在多个层262的相应层之间的绝缘材料可以是非磁性材料。作为非限制性示例,绝缘材料可以包括硅氧烷基材料,像硅树脂清漆,或者金属有机或无机绝缘材料,例如硅酸盐层、氧化物层、磷酸盐层以及它们的等同物和组合。

如图所示,形成多个层262的每个片或层262具有与其他层262基本相同的占据区,例如,具有基本相同的尺寸,包括相同的宽度、长度和厚度,同时考虑到制造偏差和公差。因此,多个绝缘层中的每一层可以理解为具有基本相同的尺寸。如本文所提到的,当词语“基本上”应用于所描述的元件的特性时,表示该特性可能存在超出精确规定的微小变化(例如,由于制造公差引起的变化),而不会对元件的机械或物理属性具有实质性影响。具有相同尺寸的多个层262的层压插件260可以限定矩形截面形状。在某些方面中,具有矩形截面形状的层压插件260可以限定三维立方体或长方体。以这种方式,层压插件260的制造被简化,其中多个层262各自具有相同的标准尺寸和形状。在某些方面中,多个层262的每一层的厚度范围从大于或等于约0.1毫米到小于或等于约0.5毫米。如本领域技术人员将理解的,多个层262的大小/尺寸取决于马达的大小和定子芯的大小,并因此可以变化。在某些变型中,填充有层压钢的混合定子芯部件的总体积可以在大于或等于约10体积%至小于或等于约90体积%的范围内。

层压插件260的外周264或周向区域至少部分被模制软磁复合材料270部件包围。值得注意的是,混合定子芯部件250限定了第一侧面或外表面256和第二侧面或外表面258。三维层压插件260限定了六个侧面。虽然层压插件260的外周的一部分被模制软磁复合材料270包围(即,在六个侧面中的四个侧面上被包围),但是值得注意的是,层压插件260的两个侧面可以在第一外表面256和第二外表面258上暴露(在图5的视图中未示出)。因此,层压插件260可以限定混合定子芯部件250的第一外表面256的第一中央区域266和第二外表面258的第二中央区域(未示出)。

层压插件260和模制软磁复合材料270彼此一体形成。模制软磁复合材料270围绕层压插件260模制。例如,在制造之后,层压插件260可以设置在具有预定形状的模具(例如,作为模制插件)内,该模具将限定混合定子芯部件250。

软磁复合材料的前体可以包括例如铁磁粉末颗粒和可选的基质材料,像聚合树脂。可以将(一种或多种)前体引入模具中,并填充设置在其中的层压插件260周围的区域。软磁复合材料的前体可以例如通过向模具施加压缩力来致密化。在某些方面中,施加的压力可以大于或等于约1000兆帕。此外,根据需要,可以施加额外的热和/或光化辐射来使基质反应,例如聚合或交联。在某些变型中,为了增强层压插件至模制软磁复合材料的粘附,可以在它们之间的界面处进一步采用粘合剂或胶水。

在某些方面中,模制软磁复合材料270的前体包括限定磁芯的颗粒,该磁芯被壳区域中的一个或多个绝缘层包围。芯中的磁性材料可以是铁磁性的,并且包括铁(例如,铁或铁氧体粉末)或其他可磁化材料或合金,包括例如含硅、镍和/或磷(作为示例)的铁合金。其他示例包括稀土金属化合物,诸如包含钐(Sm)、钕(Nd)的化合物,像钐钴(SmCo 1:5)、钐钴(SmCo 2:17)和钕铁硼(NdFeB)。合适的磁性颗粒的其他示例包括铝镍钴(AlNiCo)合金。在某些方面中,磁性颗粒的平均粒径可以大于或等于约50微米至小于或等于约250微米,并且在某些方面中,可选地为约100微米。包括磁性材料的芯区域可以被一个或多个绝缘层包围,绝缘层是非磁性材料,诸如硅氧烷基材料,像硅树脂清漆,或者金属有机或无机绝缘材料,例如硅酸盐层、氧化物层、磷酸盐层以及它们的等同物和组合。在某些方面中,(一个或多个)绝缘壳层可以具有大于或等于约10纳米至小于或等于约1毫米的总厚度,并且在某些方面中,可选地大于或等于约10纳米至小于或等于约800微米。

此外,如有必要,粘结剂层可以作为基质,以帮助个别颗粒相互粘附。粘结剂或基质可以包括热固性或热塑性聚合物,诸如弹性体或聚四氟乙烯,或者替代地,蜡(作为示例)。

使用相对高的压制压力来压制和固结前体SMC粉末,以形成模制软磁复合材料270。当它被致密化和压缩时,应该注意的是模制软磁复合材料270没有被烧结。

以这种方式,模制软磁复合材料270可以围绕层压插件260一体地形成,该层压插件260不可释放地位于模制软磁复合材料270内。因此,层压插件260和模制软磁复合材料270一起形成整体单个混合定子芯部件250。有利的是能够模制混合定子芯部件250的外部254,以形成复杂的形状,例如,如图5所示,基本上梯形的截面形状。如图所示,混合定子芯部件250限定了具有两个凸缘274的外表面272,两个凸缘274一起限定了凹陷区域276。如上所述,凹陷区域276被配置成接纳线导体或绕组(未示出)。此外,如本领域技术人员将理解的,混合定子芯部件250不限于所示的这种设计,而是可以具有用于接纳一个或多个线绕组或导体的至少一部分的多种其他形状和配置。由此形成的混合定子芯提供了制造复杂定子芯部件形状的优点,同时通过减少由于集成层压芯插件的存在而导致的涡流和磁滞而有利地提高了性能。

在图5中,混合定子芯部件250可以相对于定子轴(未示出)定向,定子轴限定了旋转轴线280。如上所述,在轴向磁通马达中,操作期间产生的磁通量平行于旋转轴线280。如图5所示,层压插件260中的多个层262各自限定了主平面(由限定主表面的宽度和长度限定)。多个层262中的每一层的主平面彼此平行。在层压插件260的设计中,多个层262的主平面大致平行于旋转轴线280。

图6示出了混合定子芯部件290的另一种变型,类似于图5,但是根据本公开的其他方面,层压插件中的层相对于旋转轴线具有不同的定向。混合定子芯部件290包括层压插件292和模制软磁复合材料294。层压插件292包括多个层296,每个层限定彼此平行的主平面。混合定子芯部件290限定了细长长度298(诸如长度)。在层压插件292的设计中,多个层296的主平面大致垂直于细长长度298。

在另外的方面中,本公开设想了一种混合定子芯部件,该混合定子芯部件具有中央区域,中央区域包括多个层压插件的组件,这些层压插件与模制软磁复合部件一体地形成。图7示出了这种混合定子芯部件300。插件组件310包括多个不同的层压插件312。每个层压插件312本身包括多个不同的铁磁材料层314。每个片或层314在其相应的层压插件312内具有与其他层314基本相同的占据区/尺寸。多个层314可以具有与在图5的背景下描述的层压插件260中的多个层262的背景下描述的相同的性质,并且为了简洁起见,这里不再重复。每个层压插件312具有相同尺寸的多个层314,其可以限定矩形截面形状。在某些方面中,具有矩形截面形状的每个层压插件312可以限定三维立方体或长方体。

然而,组件310中的多个插件312中的每个插件312具有不同于其他插件312的尺寸。例如,在混合定子芯部件300的顶部的第一层压插件320具有第一宽度322。在混合定子芯部件300的底部的第二层压插件324具有第二宽度326。第一宽度322大于第二宽度326。在图7的变型中,多个插件312中的每一个都具有与相邻插件312不同的尺寸。应当注意,尽管在图7中未示出,但是取决于混合定子芯部件的中央区域中的层压插件的期望形状,多个插件中的某些个别插件可以具有与其他插件相同的尺寸。然而,如图所示,混合定子芯部件300具有五个不同的层压插件312,这些层压插件中的每一个具有不同的尺寸。应当注意,层压插件组件不一定局限于如图7所示的插件312的数量或定向。值得注意的是,每个相应的多个不同的铁磁材料层314(在多个插件312的每个相应插件中)共享统一的尺寸和形状(例如,每个不同层314具有与其他层相同的占据区或尺寸),形成标准层压插件时,这简化了制造并减少了浪费。此外,可以选择不同厚度的层压或不同厚度的混合组合,以及定向和非定向的层压。

如图所示,每个层压插件312中的多个层314限定了彼此平行的主平面。混合定子芯部件300限定了细长长度330(诸如长度)。对于组件310中的每个层压插件312,多个层314的主平面平行于细长长度330。

模制软磁复合材料340围绕包括多个不同层压插件312的插件组件310模制。模制软磁复合材料340限定了混合定子芯部件300的外部区域。例如,在制造之后,插件组件310可以设置在具有预定形状的模具内(例如,作为模制插件),该模具将限定混合定子芯部件300,模制软磁复合材料340围绕该插件组件310被压缩和模制。因此,模制软磁复合材料340填充插件组件310周围的空隙,并且在模制之后包围插件组件310的各个表面并与其接触,使得插件组件310和模制软磁复合材料340彼此一体形成。在图7所示的实施例中,混合定子芯部件300因此使其总体积的很大一部分填充有层压插件,这用于有助于通过进一步减小磁滞来提高性能。

图8示出了另一混合定子芯部件350。插件组件360包括多个不同的层压插件362。每个层压插件362本身包括多个不同的铁磁材料层364。每个片或层364具有与在其相应的层压插件362中的其他层364基本相同的占据区/尺寸。多个层364可以具有与在图5的背景下描述的层压插件260中的多个层262的背景下描述的相同的性质,并且为了简洁起见,这里不再重复。每个层压插件362具有多个层364,这些层364具有相同尺寸,每个层压插件可以限定矩形截面形状。在某些方面中,具有矩形截面形状的每个层压插件362可以限定三维立方体或长方体。

然而,组件360中的多个插件362中的选定插件可以具有不同于其他插件362的尺寸。在图8中,组件360包括三个层压插件362,即第一层压插件370、第二层压插件372和第三层压插件374。第一层压插件370和第二层压插件372具有相同的尺寸,包括宽度、长度和高度。然而,第三层压插件374可以偏离第一层压插件370和第二层压插件372的尺寸,例如,具有不同且更长的长度。例如,第一层压插件370和第二层压插件372可以具有第一长度376,并且第三层压插件374可以具有大于第一长度376的第二长度378。虽然组件360中示出了三个插件362,与图7中示出的具有层压插件组件的另一实施例一样,这种组件不必限于所示插件362的数量或定向。同样,在给定的层压插件362中,铁磁材料的相应多个绝缘层364中的每一个都具有统一的尺寸和形状。在形成标准层压插件时,这种统一性简化了制造,并减少了浪费。

如图所示,每个层压插件362中的多个层364限定了彼此平行的主平面。混合定子芯部件350限定了细长长度380(诸如长度)。对于插件组件360中的每个层压插件362,多个层364的主平面垂直于细长长度380。

模制软磁复合材料390被模制在包括多个不同层压插件362的插件组件360周围。模制软磁复合材料390限定了混合定子芯部件350的外部区域。例如,在制造之后,插件组件360可以设置在具有预定形状的模具内(例如,作为模制插件),该模具将限定混合定子芯部件350,模制软磁复合材料390围绕该插件组件360被压缩和模制。模制软磁复合材料390填充在插件组件360周围的空隙中。在模制过程之后,模制软磁复合材料390包围插件组件360的各个表面并与之接触,使得插件组件360和模制软磁复合材料390彼此一体形成。如在图5的背景下所述,虽然插件组件360的四个侧面可以被模制软磁复合材料390包围,但是插件组件360的两个侧面可以形成混合定子芯部件350的暴露或外表面的一部分。在图8所示的实施例中,混合定子芯部件350因此使其总体积的很大一部分填充了层压插件,这用于有助于通过进一步减小磁滞来提高性能。

图9示出了根据本公开制备的用于轴向磁通马达定子的混合定子芯部件400的又一变型。值得注意的是,所示间隙的大小仅用于说明目的,而与实际大小或尺寸不成比例。混合定子芯部件400在中央区域412中具有模制软磁复合芯410。壳区域414包括多个铁磁材料层420,诸如之前上面在层压插件中的多个铁磁材料层的背景下描述的那些。如上所述,在某些方面中,多个层420可以用设置在多个层420的相应层之间绝缘材料422绝缘,绝缘材料422类似于之前上面描述的非磁性绝缘材料。如图所示,铁磁材料可以是围绕模制软磁复合芯410卷绕或缠绕多次的单片,并因此可以被认为从中央区域412沿径向向外的方向限定了多个层(尽管形成多个层420的铁磁材料可以是相同的单片)。模制软磁复合芯410可以被成形为任何数量的预定形状,这些预定形状有助于随后围绕对应于混合定子芯部件400的外部的壳区域414卷绕或缠绕多个层420。因此,包括多个铁磁材料层的层压壳可以限定混合定子芯部件400的外表面,该外表面可以进一步限定其他特征,诸如被配置为接纳导线绕组的至少一个凹陷区域。

导线绕组430的示例被示出缠绕在混合定子芯部件400的外壳区域414周围。如图9所示,一层或多个层绝缘材料432可以设置在多个层压层420与导线绕组430之间。同样,绝缘材料432可以是之前上面所述示例中的任何示例。混合定子芯部件400因此提供了一体形成的模制软磁复合材料芯区域以及形成壳区域的多个铁磁材料绝缘层,提供了这些材料的组合,该组合用于通过减少涡流和/或磁滞来增强性能。

因此,本公开提供了一种用于轴向磁通马达定子的混合定子芯部件,其包括彼此一体形成的模制软磁复合材料和层压部件。在一种变型中,层压部件是包括多个绝缘层的层压插件,绝缘层包括铁磁材料。模制软磁复合材料围绕层压插件的外周的一部分设置,其中层压插件不可释放地位于模制软磁复合材料内。在其他变型中,混合定子芯部件具有模制软磁复合芯和围绕模制软磁复合芯的至少一部分设置的层压壳,该层压壳包括多个层,多个层包括铁磁材料。

在某些变型中,本公开设想了一种轴向磁通马达,该马达包括定子,该定子包括多个混合定子芯部件,诸如上面在图5-9的背景下描述的那些部件中的任何一个。每个混合定子芯部件具有围绕其外部设置的导线。轴向磁通马达还包括面向定子的转子。转子可以包括多个磁体。此外,定子和转子在其间限定了空气间隙。还有一个转子轴,该转子轴联接到转子并限定旋转轴线。在某些变型中,每个混合定子芯部件中的多个绝缘层可以限定主平面。此外,混合定子芯可以限定细长长度。多个绝缘层中的每一个都限定了彼此平行的主平面。在某些方面中,每个主平面可以平行于细长长度或垂直于细长长度。在其他变型中,由层限定的主平面可以不必平行于或垂直于所绘制的细长长度,而是可以是0°或90°以外的角度。因此,尽管当从芯体的前部或后部观察时,主平面可以是水平的、竖直的或倾斜的,但是在某些方面中,层的主平面平行于旋转轴线。平行定向可能是有利的,因为磁通量通常不跨越磁性层(例如硅钢)之间的绝缘层,因为它们理想地也平行于主平面。

在其他方面中,本公开提供了制造用于轴向磁通马达定子的混合定子芯部件的方法。施加的压力可以大于或等于约1000兆帕。该方法可以包括在模具中设置层压插件,层压插件具有多个绝缘层,绝缘层包括铁磁材料。模具可以具有对应于混合定子芯部件的预定形状。然后可以将软磁复合材料的前体引入模具。前体可以类似于之前上面描述的那些,并且可以包括多个磁性颗粒,每个磁性颗粒具有绝缘涂层。可以施加压力(可选地伴有加热)以将前体模制成软磁复合材料,该软磁复合材料包围层压插件的外周的一部分。在某些方面中,在粘合剂或基质存在于颗粒之间的情况下,前体可以暴露于光化辐射,或者可以以其他方式引起粘结剂反应或交联。此外,在某些方面中,层压插件可以用粘合剂或胶水或其他方法附接到模制的SMC上,例如,通过在将软磁复合材料的前体引入模具中之前施加粘合剂。以这种方式,层压插件不可释放地位于模制软磁复合材料内。如上所述,在某些变型中,层压插件是形成插件组件的多个层压插件。

在其他方面中,该方法可以包括在设置之前形成层压插件。层压插件可以通过由铁磁材料片冲压或切割每一层并将这些层堆叠在一起而制成。如上所述,铁磁材料片可以具有绝缘材料涂层,该涂层在冲压或切割之前设置在至少一个表面上,或者绝缘材料可以在冲压或切割之后施加,或者在堆叠过程中作为单独的材料交错。

在其他方面中,本公开提供了制造用于轴向磁通马达定子的混合定子芯部件的方法。该方法可以包括形成模制软磁复合材料的芯区域。软磁复合材料的前体可以被引入到模具中,该模具可以具有对应于芯区域的期望形状的预定形状。如前所述,前体可以包括多个磁性颗粒,每个磁性颗粒具有绝缘涂层。可以施加压力(可选地伴有加热)以将前体模制成软磁复合材料,软磁复合材料将限定混合定子芯部件的芯区域。在某些方面中,当粘合剂或基质存在于颗粒之间时,前体可以暴露于光化辐射下,或者可以以其他方式引起粘合剂反应或交联。包括模制软磁复合材料的芯可以从模具中移除。

接下来,至少一个铁磁材料片被卷绕或缠绕在模制软磁复合材料芯的外部周围。以这种方式,(一个或多个)铁磁材料片形成多个层。如上所述,该片可以具有在组装过程之前施加的绝缘涂层,或者可以与(一个或多个)绝缘层堆叠在一起,使得随着它卷绕在芯区域上,绝缘层形成在铁磁材料层之间。以这种方式,一体形成的混合定子芯部件形成为具有包括模制软磁复合材料的芯区域和包括铁磁材料绝缘层的层压壳。

为了说明和描述的目的,已经提供了实施例的前述描述。它并不旨在穷举或限制本公开。特定实施例的个别元件或特征通常不限于该特定实施例,而是在适用的情况下是可互换的,并且可以用在选定的实施例中,即使没有具体示出或描述。实施例也可以在许多方面有所不同。这些变化不应被视为脱离本公开,并且所有这些修改都旨在包括在本公开的范围内。

18页详细技术资料下载
上一篇:一种医用注射器针头装配设备
下一篇:盘式电机

网友询问留言

已有0条留言

还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!

精彩留言,会给你点赞!