用于电动马达的加强定子壳体的制作方法

1.本公开涉及一种用于电动马达的定子组件的加强定子壳体。


背景技术：

2.电动马达是一种将电能转化为机械能的机器。电动马达可以配置为交流(ac)或直流(dc)类型。电动马达通过相互作用的磁场和载流导体操作以产生力。最近的技术进步促进了用于大容量应用的紧凑、高功率电动马达的发展，例如用于为交通工具(即混合动力或电动交通工具)提供动力。
3.定子是电动马达中存在的转子系统的静止部分。定子可以包括永磁体或由磁棒或线形成的电磁绕组。根据电动马达的配置，定子可以充当场磁体，用于与电枢相互作用以产生运动，或者它可以充当电枢，从转子上的移动场线圈接收其影响。定子部件通常被包在定子壳体中。


技术实现要素：

4.一种用于电动马达的定子组件，包括布置在轴线上的层压钢芯。定子组件还包括流体入口和流体出口。定子组件另外包括相对于层压钢芯同心地布置在轴线上的定子壳体。定子壳体具有导管，导管流体连接到流体入口和流体出口中的每一个，并且被配置成围绕层压钢芯循环流体。定子组件还包括嵌入定子壳体中的结构骨架。结构骨架由此被配置成加强定子壳体，即支撑和增强定子壳体的刚度。
5.定子壳体可以经由互锁特征固定到层压钢芯上。
6.互锁特征可包括沿着轴线延伸并与定子壳体以形锁合接合（positive engagement）的锯齿或肋。
7.定子壳体可由聚合材料构成。
8.结构骨架可由连续纤维复合材料、金属或聚合材料构成。
9.结构骨架可包括沿轴线延伸的第一组构件和相对于轴线成非零角度布置的第二组构件。在这样的实施例中，第二组构件可以经由粘合剂或焊接或者通过卡扣在一起而固定到第一组构件上。
10.结构骨架可以直接附接到层压钢芯上，例如经由将结构骨架的一端直接插入层压钢芯中。
11.定子组件还可包括转子轴承和安装到定子壳体上的壳体帽。定子组件还可包括转子轴承衬套，该转子轴承衬套被配置成支撑转子轴承，嵌入壳体帽中，并与结构骨架固定连接。
12.结构骨架可以沿着轴线延伸穿过定子壳体。
13.定子组件还可包括线绕组，线绕组布置在层压钢芯上并由层压钢芯支撑，并具有绕组端匝。定子组件还可包括端帽，该端帽布置在绕组端匝上并被配置成封装绕组端匝。端帽可以具有流体通路，流体通路与导管流体连通，并被配置成围绕绕组端匝循环流体。
14.还公开了一种采用上述定子组件的电动马达。
15.本发明可以包括以下方案：1. 一种用于电动马达的定子组件，所述定子包括:布置在轴线上的层压钢芯；流体入口和流体出口；定子壳体，其相对于所述层压钢芯同心地布置在所述轴线上，其中所述定子壳体具有导管，所述导管流体连接到流体入口和流体出口中的每一个，并且被配置成围绕所述层压钢芯循环流体；和结构骨架，其嵌入所述定子壳体中，并因此被配置为加强所述定子壳体。
16.2. 根据方案1所述的定子组件，其中，所述定子壳体经由互锁特征固定到所述层压钢芯。
17.3. 根据方案2所述的定子组件，其中，所述互锁特征包括沿着所述轴线延伸并与所述定子壳体以形锁合接合的锯齿。
18.4. 根据方案1所述的定子组件，其中，所述定子壳体由聚合材料构成。
19.5. 根据方案1所述的定子组件，其中，所述结构骨架由连续纤维复合材料、金属或聚合材料构成。
20.6. 根据方案1所述的定子组件，其中，所述结构骨架包括沿着所述轴线延伸的第一组构件和相对于所述轴线成非零角度布置的第二组构件，并且其中所述第二组构件经由粘合剂或焊接或者通过卡扣在一起而固定到所述第一组构件。
21.7. 根据方案1所述的定子组件，其中，所述结构骨架直接附接到所述层压钢芯上。
22.8. 根据方案7所述的定子组件，进一步包括:转子轴承；安装到所述定子壳体上的壳体帽；和转子轴承衬套，其被配置为支撑所述转子轴承，嵌入在所述壳体帽中，并与所述结构骨架固定地连接。
23.9. 根据方案1所述的定子组件，其中，所述结构骨架沿着所述轴线延伸穿过所述定子壳体。
24.10. 根据方案1所述的定子组件，进一步包括:线绕组，其布置在所述层压钢芯上并由所述层压钢芯支撑并且具有绕组端匝；和端帽，其布置在所述绕组端匝上并被配置成封装所述绕组端匝，其中所述端帽具有流体通路，所述流体通路与所述导管流体连通并被配置成围绕所述绕组端匝循环流体。
25.11. 一种电动马达，包括:定子组件；和转子，其被配置成在所述定子组件内绕轴线旋转；其中所述定子组件包括:布置在所述轴线上的层压钢芯；流体入口和流体出口；定子壳体，其相对于所述层压钢芯同心地布置在所述轴线上，其中所述定子壳体具有导管，所述导管流体连接到所述流体入口和所述流体出口中的每一个，并且被配置成围绕
所述层压钢芯循环流体；和结构骨架，其嵌入所述定子壳体中，并因此被配置为加强所述定子壳体。
26.12. 根据方案11所述的电动马达，其中，所述定子壳体经由互锁特征固定到所述层压钢芯。
27.13. 根据方案12所述的电动马达，其中，所述互锁特征包括沿着所述轴线延伸并与所述定子壳体以形锁合接合的锯齿。
28.14. 根据方案11所述的电动马达，其中，所述定子壳体由聚合材料构成。
29.15. 根据方案11所述的电动马达，其中，所述结构骨架由连续纤维复合材料、金属或聚合材料构成。
30.16. 根据方案11所述的电动马达，其中，所述结构骨架包括沿着所述轴线延伸的第一组构件和相对于所述轴线成非零角度布置的第二组构件，并且其中所述第二组构件经由粘合剂或焊接或者通过卡扣在一起而固定到所述第一组构件。
31.17. 根据方案11所述的电动马达，其中，所述结构骨架直接附接到所述层压钢芯上。
32.18. 根据方案17所述的电动马达，其中，所述定子组件另外包括:转子轴承；壳体帽，其安装到所述定子壳体上；和转子轴承衬套，其被配置为支撑所述转子轴承，嵌入在所述壳体帽中，并与所述结构骨架固定地连接。
33.19. 根据方案11所述的电动马达，其中，所述结构骨架沿着所述轴线延伸穿过所述定子壳体。
34.20. 根据方案11所述的电动马达，其中，所述定子组件另外包括:线绕组，其布置在所述层压钢芯上并由所述层压钢芯支撑且具有绕组端匝；和端帽，其布置在所述绕组端匝上并配置成封装所述绕组端匝，其中所述端帽具有流体通路，所述流体通路与所述导管流体连通，并且所述流体通路被配置成围绕所述绕组端匝循环流体。
35.当结合附图和所附权利要求时，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点将从实施例的以下详细描述和用于执行所述公开的最佳模式中变得显而易见。
附图说明
36.图1是采用电动马达用于推进的机动交通工具的示意图。
37.图2是图1中所示的马达-发电机的示意性特写截面侧视图，描绘了根据本公开的定子组件的实施例，该定子组件具有定子线绕组、附接到定子壳体的结构骨架和具有嵌入的帽骨架部分的一个壳体帽。
38.图3是图2所示的定子组件的示意性截面正视图。
39.图4是图1所示的马达-发电机的示意性特写截面侧视图，描绘了根据本公开的定子组件的另一个实施例，该定子组件具有由结构骨架加强的定子壳体和两个相对的壳体帽，每个壳体帽具有嵌入的帽骨架部分。
40.图5是经由互锁特征附接到层压钢芯上的定子壳体的示意性截面正视图。
41.图6是具有互补几何形状的第一组骨架构件和第二组骨架构件的结构骨架构造的实施例的示意性截面侧视图。
42.图7是图6所示的结构骨架构造的一个实施例的示意性局部截面侧视图，具体描绘了第一骨架构件，该第一骨架构件具有设置用于接收第二骨架构件的凹口。
43.图8是结构骨架的另一个实施例的示意性截面侧视图。
44.图9是结构骨架的又一实施例的示意性截面侧视图。
45.图10是图8和图9所示的定子组件的示意性截面正视图。
46.图11是定子组件的示意性局部截面侧视图，该定子组件包括绕组端帽，该绕组端帽具有流体通路并且将绕组端匝封装在线绕组上。
47.图12是产生图1-11所示的电动马达的定子组件的方法的流程图。
具体实施方式
48.参考图1，描绘了具有动力系12的机动交通工具10。交通工具10可以包括但不限于商用交通工具、工业交通工具、客车、飞行器、船舶、火车等。还可以设想，交通工具10可以是移动平台，例如飞机、全地形车(atv)、船、个人运动设备、机器人等，以实现本公开的目的。动力系12包括第一动力源14，第一动力源14被描绘为电动马达-发电机，并且被配置成产生用于经由从动轮16相对于路面18推进交通工具10的第一动力源扭矩t1 (在图1中示出)。
49.如图1所示，动力系12还可包括第二动力源20，例如被配置成产生第二动力源扭矩t2的内燃发动机。动力源14和20可以协同作用以为交通工具10提供动力，并且操作性地连接到传动组件22。传动组件22可被配置成将第一动力源扭矩t1和/或第二动力源扭矩t2传递至最终驱动单元24，最终驱动单元24又可连接至从动轮16。第一动力源14在本公开的剩余部分中被称为马达-发电机，其可以例如安装到第二动力源20上，安装到(或结合到)传动组件22上，安装到最终驱动单元24上，或者是安装到交通工具10的结构上的独立组件。如图所示，交通工具10另外包括可编程电子控制器26和各种其他交通工具系统，可编程电子控制器26被配置成控制动力系12以产生预定量的动力源扭矩t。交通工具10另外包括能量存储系统28，例如一个或多个电池，其被配置成产生和存储电能，用于给电源14和20供电。
50.如图2所示，马达-发电机14包括采用导体32的转子30。转子30由轴承34-1、34-2支撑以旋转并且被配置成输出第一动力源扭矩t1。马达-发电机14还包括定子组件36。定子组件36通常围绕转子30，并且相对于第二动力源20、传动组件22、最终驱动单元24或交通工具10的结构固定。定子组件36包括定子壳或壳体38。定子组件36还包括层压钢芯42，层压钢芯42具有绕线组40并且布置在轴线x上。绕线组40布置在层压钢芯42上并由层压钢芯42支撑，并且包括绕组端匝40a。线绕组40被配置成产生旋转磁场，该旋转磁场使转子30自旋，从而产生第一动力源扭矩t1。
51.层压钢芯42与定子壳体38组装在一起，即插入定子壳体38中，并固定在其中。如图所示，在定子组件36中，定子壳体38相对于层压钢芯42同心地布置在轴线x上。结果，转子30被配置成在混合动力系12的相关操作期间在定子组件36内绕轴线x旋转。空隙或气隙44被限定于（即存在于）转子30与层压钢芯42之间，用于转子与定子组件36之间的非接触旋转。定子组件36包括流体入口46和流体出口48，流体入口46和流体出口48流体连接到多个通道或导管50，通道或导管50被配置成接收和循环流体以加热和/或冷却定子组件，包括层压钢
芯42。流体入口46和流体出口48中的每一个可以被配置为连接多个导管50的相应歧管。如图所示，导管50由定子壳体38限定。
52.如图所示，流体入口46和流体出口48中的每一个延伸穿过到定子壳体38的外表面，并且可以连接到外部流体源，例如流体泵(未示出)。定子壳体38由聚合物或基于聚合物的材料例如聚合物复合材料构成，因为与例如钢和其他金属相比，该材料的质量有利地较低。此外，基于聚合物的定子壳体38可以有效地屏蔽或隔离马达操作期间由马达-发电机14产生的噪声。基于聚合物的定子壳体38可以经由开放式模制、封闭式模制或铸造聚合物模制来制造。这些制造过程可用于在定子壳体38的净模制时形状（net, as-molded shape）中形成导管50，从而允许壳体放弃导管区域中的后处理。同样如图所示，定子壳体38可包括安装凸台51，该安装凸台51被配置成允许将马达-发电机14紧固和固定到第二动力源20、传动组件22或最终驱动单元24。
53.定子组件36还包括嵌入定子壳体38中并加强定子壳体38的结构骨架52。换句话说，结构骨架52被配置成在马达-发电机14操作期间支撑定子壳体38并增强定子壳体的刚度。如图所示，结构骨架52可以从壳体38的内部暴露于层压钢芯42，或者完全由壳体材料包覆模制。为了结构完整性和刚度，结构骨架52可以由连续纤维复合材料、金属或聚合材料构成。如图5所示，定子壳体38可以经由互锁特征或界面54固定到层压钢芯42。互锁特征54可包括钢芯42中的锯齿或肋54a，该锯齿或肋54a沿轴线x延伸并与定子壳体38的互补突出部54b以形锁合接合。突出部54b可以在其模制期间形成在定子壳体38中。具体而言，互锁特征54可通过将层压钢芯42定位在模具内而产生，从而允许定子壳体38的突出部54b在模制过程期间围绕钢芯的肋54a形成。
54.结构骨架52可以直接附接到层压钢芯42上，用于随后用壳体38的材料包覆模制。换句话说，结构骨架52和层压钢芯42可以在模具夹具(未示出)中相对于彼此布置和定位，壳体38的材料被引入模具中，从而固化定子壳体38的结构。在一个实施例中，如图6所示，结构骨架52可以包括沿着轴线x延伸(即，基本平行于轴线x)的第一组构件56和相对于该轴线同心布置的第二组构件58。例如，第二组构件58可以布置成基本垂直于第一组构件56。替代地，结构骨架52的构造可以是拓扑优化的，即，偏斜或成形为遵循定子组件36和定子壳体38经受的主应力的方向。在这种构造中，第二组构件58可以相对于彼此成各种角度（包括零度），并且相对于第一组构件56和轴线x成各种非零角度定向。
55.第一组构件56和第二组构件58可以由相同的材料构成。第二组构件58可以经由粘合剂或焊接固定到第一组构件56，以将结构骨架52保持在一起，直到其与定子壳体38包覆模制。替代地，第一组构件56和第二组构件58可以包括互补的几何形状，例如设置在第一构件56中的一个或多个凹口59(如图7所示)，以接收第二构件58中的每一个，并允许相应的第一构件和第二构件卡扣在一起。结构骨架52的这种构造类似地旨在允许第一构件和第二构件配合并保持在一起，直到结构骨架与定子壳体38包覆模制。
56.由第一组构件56和第二组构件58预组装而成的自立式结构骨架52不需要具有显著的承载能力，因为第一组构件和第二组构件旨在保持在一起，以便用于模制过程和在模制过程中保持它们的相对定位。一旦第一组构件56和第二组构件58已经被定子壳体38包覆模制并与层压钢芯42联结，那么定子组件36的整个结构就变成集成的刚性整体。如图8和图10所示，结构骨架52可以沿着轴线x延伸穿过定子壳体38。在这样的实施例中，定子组件36
的产生包括用定子壳体38的材料包覆模制结构骨架52。在另一个实施例中，如图9所示，结构骨架52可以包括第一骨架部分52-1和第二骨架部分52-2。第一骨架部分52-1和第二骨架部分52-2可以直接插入并固定在层压钢芯42的相应相对端中。替代地，第一骨架部分52-1和第二骨架部分52-2可以嵌入可附连的壳体帽中，这将在下面详细描述，并紧固到层压钢芯42的相对端。
57.继续参考图2和图4，定子组件36可被配置成支撑转子轴承34-1、34-2。定子组件36可包括相应相对的第一壳体帽60和第二壳体帽62，它们附连或安装在定子壳体38上(如图4所示)。在定子组件36的这种布置中，转子30可以从定子壳体的任一端装载到定子组件中，如将在下面进一步解释的。第一壳体帽60和第二壳体帽62可以包括相应嵌入的第一帽骨架部分64和第二帽骨架部分66。为了结构完整性和刚度，第一帽骨架部分64和第二帽骨架部分66可以由连续纤维复合材料、金属或热塑性材料构成。第一帽骨架部分64和第二帽骨架部分66被配置成在马达-发电机14操作期间支撑第一壳体帽60和第二壳体帽62并有助于它们的完整性。定子组件36可进一步包括转子轴承衬套68、70，其可由金属制成。转子轴承衬套68、70可以与相应的第一帽骨架部分64和第二帽骨架部分66固定连接并安装(例如焊接)到其上，以支撑相应的转子轴承34-1、34-2。
58.在图9所示的结构骨架52的实施例中，转子轴承衬套68、70可以安装到相应的第一骨架部分52-1和第二骨架部分52-2上。此外，如图4所示，转子轴承衬套68、70可以布置在相应的壳体帽60、62中。在这样的实施例中，第一骨架部分52-1和第二骨架部分52-2可以嵌入相应的可附连壳体帽60、62中。在图4的实施例中，转子30可以从壳体帽60或壳体帽62中的任一个的一侧装载到定子组件36中。替代地，如图2所示，定子组件36可包括第一壳体帽60和第二壳体帽62中的一个，但不包括另一个，例如安装到定子壳体38的第一帽60，转子轴承衬套68布置在该帽中。在这样的实施例中，第一骨架部分52-1可以嵌入可附连的壳体帽60中。另外，也如图2所示，定子壳体38包括开放侧38a和封闭侧38b。在这样的实施例中，转子轴承衬套68则可以安装到第一壳体帽60上，从而至少部分地由第一骨架部分52-1支撑转子轴承34-1，并且嵌入定子壳体38的开放侧38a中。此外，转子轴承衬套70可以安装到定子壳体的封闭侧38b中的结构骨架52上。在图2的实施例中，转子30可以从定子壳体38的开放侧38a装载到定子组件36中。
59.如图11所示，定子组件36还可以包括绕组端帽72、74，绕组端帽72、74被布置和配置成在线绕组40的相应侧上封装绕组端匝40a。每个绕组端帽72、74具有一个或多个流体通路76，该流体通路76与导管50流体连通，并被配置成接收流体和围绕绕组端匝40a循环流体，用于加热和/或冷却该端匝。每个绕组端帽72、74可以由聚合物材料模制而成，并且作为模制过程的结果，具有由相应绕组端帽结构限定的流体通路76。
60.图12描绘了产生电动马达(例如马达/发电机14)的定子组件36的方法100，如上关于图1-11所描述的。该方法从框102开始，预组装结构骨架52，例如关于图6和图7所描述的。具体而言，第一组构件56可以相对于第二组构件58连接和固定。例如，第一组构件56和第二组构件58可以相对于彼此连接和固定。这种连接可以经由粘合剂或焊接来维持，以在将结构骨架52放置在模具夹具中之前将结构骨架52保持在一起。替代地，第一组构件56和第二组构件58可以使用互补的几何形状(例如一个或多个凹口59)彼此附接，并且卡扣在一起以维持第一组构件和第二组构件的相对位置，直到结构骨架52与定子壳体38联结。
61.在框102之后，该方法进行到框104，将结构骨架52和层压钢芯42布置在模具夹具(未示出)中。在框104之后，该方法前进到框106。在框106处，该方法包括将层压钢芯42和结构骨架52子组件布置在模具夹具中。在框106之后，该方法前进到框108。在框108处，该方法包括用定子壳体38聚合材料包覆模制层压钢芯42和结构骨架52子组件，以形成定子组件36。替代地，结构骨架52的第一骨架部分52-1和/或第二骨架部分52-2可以在已经用定子壳体38聚合材料包覆模制层压钢芯42和结构骨架52子组件之后附连到定子壳体38。
62.该方法可在框110处完成，由此加强的定子组件36从模具中移除，去毛刺，并准备用于马达-发电机14的最终组装。转子30可插入由此产生的定子组件36中，并紧固到第一壳体帽60和第二壳体帽62中的任一者或两者上，以组装马达-发电机14。
63.详细描述和附图或图是对本公开的支持和描述，但是本公开的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了用于实现所要求保护的公开的一些最佳模式和其他实施例，但是存在各种替代设计和实施例用于实践所附权利要求中定义的公开内容。此外，附图中所示的实施例或本说明书中提及的各种实施例的特性不一定被理解为彼此独立的实施例。相反，在一个实施例的示例之一中描述的特性中的每个特性可以与来自其他实施例的其他期望的特性中的一个或多个相结合，从而得到没有用文字或参考附图描述的其他实施例。因此，这样的其他实施例落入所附权利要求的范围的框架内。