用於連續纏繞的層狀轉子通量路徑的方法和設備的製作方法

2023-04-27 02:58:21

專利名稱：用於連續纏繞的層狀轉子通量路徑的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明總體涉及例如電動馬達之類的磁裝置，並且更具體地涉及用於保持繞組且 為這種裝置內的轉子提供通量路徑的結構。
背景技術：
電動馬達通常包括轉子芯(例如層狀或實芯轉子)，該轉子芯包括多個繞組並且 具有附連於組件外周邊以便保持繞組且提供轉子通量路徑的某種形式的結構。一種這樣的 結構被稱為「齒頂」，該齒頂是被開槽以容納在轉子芯的外部上形成的齒結構的部件。當這樣的齒頂能夠提供適當的轉子通量路徑時，其在很多方面是不令人滿意的。 例如，它們的保持能力有限，因為對於大部分而言它們僅被固定於齒頂，並且因而不能提供 強的徑向壓縮力。此外，因為齒頂不互連，所以總得來說它們不能相對於繞組和定子芯提供 「周向強度」(即，對內部徑向壓力的抵抗力)。此外，這樣的轉子通量路徑設計通常被製造 為單獨機加工的部件，而這可能導致顯著的材料浪費。因此，需要提供減少浪費、更加有效並且高度地易於製造的保持結構/通量路徑 結構。結合附圖和上述技術領域和背景技術，從後續的詳細說明和所附權利要求中，可以顯 而易見到本發明的其他理想特徵和特性。

發明內容
本發明提供了如下技術方案。方案1 一種製造轉子組件的方法，包括提供具有周邊的轉子芯；將多個繞組設 置於所述轉子芯的所述周邊內；提供材料的細長矩形條，其具有限定寬度的第一邊緣和第 二邊緣；切割所述細長矩形條來形成具有對應所述第一邊緣的第一側的第一圖樣條；繞所 述轉子芯的所述周邊纏繞所述第一圖樣條部分，使得所述第一邊緣鄰近所述周邊並且所述 圖樣條部分形成連續層狀環結構。方案2 根據方案1所述的方法，還包括切割所述細長矩形條以形成具有對應所述 第二邊緣的第一側的第二圖樣條。方案3 根據方案1所述的方法，其中所述第一圖樣條包括由相應鉸接區域隔開的 多個弓形區域，並且纏繞步驟包括使得所述弓形區域在所述鉸接區域處樞轉以便所述圖樣 條的所述第一側形成多邊形螺旋。方案4 根據方案3所述的方法，其中所述外周邊包括多個齒結構，並且每個所述 弓形區域均包括被構造成接收一個所述齒結構的槽。方案5 根據方案1所述的方法，其中所述細長矩形條包含鋼材料。方案6 根據方案2所述的方法，其中所述第一圖樣條和所述第二圖樣條的體積的 和大於所述細長矩形條的總體積的近似50%。方案7 根據方案3所述的方法，其中所述連續層狀環結構被構造成約束繞組。方案8 根據方案3所述的方法，其中所述連續層狀環結構形成轉子通量路徑。
方案9 根據方案5所述的方法，其中所述細長矩形條包含電工級鋼。方案10 —種轉子組件，包括具有周邊的轉子芯；在所述轉子芯的所述周邊內的 多個繞組；繞組保持結構，其包括具有實質上線性邊緣的材料圖樣條，所述材料圖樣條以螺 旋樣式繞所述轉子芯的所述周邊纏繞，使得所述實質上線性邊緣鄰近所述周邊，並且所述 圖樣條部分形成連續層狀環結構。方案11 根據方案10所述的轉子組件，其中所述圖樣條包括由相應鉸接區域隔開 的多個弓形區域。方案12 根據方案11所述的轉子組件，其中所述周邊包括多個齒結構，並且每個 所述弓形區域均包括被構造成接收一個所述齒結構的槽。方案14 根據方案10所述的轉子組件，其中所述圖樣條包含鋼。方案15 根據方案10所述的轉子組件，其中所述連續層狀環結構被構造成約束所 述繞組。方案16 根據方案10所述的轉子組件，其中所述連續層狀環結構形成轉子通量路徑。方案17 根據方案14所述的轉子組件，其中矩形圖樣條包含電工級鋼。方案18 —種轉子繞組保持結構，包括材料圖樣條，其具有實質上線性邊緣、多 個弓形區域以及鄰近所述弓形區域的多個鉸接區域；其中所述材料圖樣條以多邊形螺旋樣 式纏繞，使得所述弓形區域在所述鉸接區域處樞轉以形成連續層狀環結構，該連續層狀環 結構被構造成包圍轉子芯，該轉子芯具有被包括在其內的轉子繞組。方案19 根據方案18所述的轉子繞組保持結構，其中所述材料圖樣條包含電工級 鋼。方案20 根據方案所述的轉子繞組保持結構，其中所述弓形區域包括切口區域， 該切口區域被構造成接收被設置在所述轉子芯上的齒。


當結合附圖考慮時參考詳細說明和權利要求可以更加全面地理解本發明，其中在 所有附圖中同樣的附圖標記代表相同的元件。圖1是根據一個實施例的轉子設計的橫截面總覽圖；圖2是根據一個實施例的示例性材料圖樣條；圖3在概念上示出了由多邊螺旋形成的層狀(疊片)結構；以及圖4是根據一個實施例的圖樣條的等軸剖切圖。
具體實施例方式大體而言，本發明涉及由如下方式形成的轉子通量路徑結構，即材料的圖樣條 (patterned strip)以多邊螺旋樣式纏繞從而形成連續層狀環結構。有鑑於此，下述詳細說 明實際上僅是描述性的，並且不試圖限制本發明或本申請以及本發明的使用。此外，不意圖 受限於前述技術領域、背景技術、發明內容或隨後的詳細說明中出現的任意明確或暗示的 理論。這裡以功能和/或邏輯塊部件和各種處理步驟的方式來描述本發明。應該意識到， 可以由被構造成執行特定功能的任意數量的硬體、軟體和/或固件部件來實現這樣的塊部件。為了清楚，在此不詳細描述涉及電動馬達、磁力學等的常規技術和系統。根據本發明，連續層狀環被用於保持繞組並且在纏繞的電動馬達轉子中提供通量 路徑。層狀環可以由單個的薄材料條形成，從而減少浪費並且形成堅固的層狀結構。參見圖1所示的橫截面總覽圖，示例性轉子組件100通常包括具有外周邊的轉子 芯106 (例如本領域公知的層狀或實芯結構)、在轉子芯的周邊之內的多個繞組102、以及連 續層狀環結構120，該連續層狀環結構120用於在保持繞組102的同時為轉子芯106提供 通量路徑。層狀環結構可以由任意數量的通常用於通量路徑的材料構成，包括例如M15或 M19鋼的電工級鋼。如本領域公知的，在繞組102和層狀環結構120之間可以包括適當的絕緣層104。 此外，轉子芯106的外部可以包括徑向向外突出的一系列齒108。這樣的齒108通常繞轉子 芯106的外部等距分布，並且用於輔助固定層狀環結構120(例如，藉助於在結構的內邊緣 內的匹配凹口或槽124)。環結構120具有外周邊126，該外周邊126的特徵在於具有相對 寬的弓形區域以及其間的鉸接區域122從而有助於繞芯106纏繞圖樣條來形成所示的連續 層狀物。為了方便，部件120將被稱為「圖樣條」或「層狀環結構」，這取決於其是否已經繞 轉子芯106蜿蜒狀地纏繞。在所示實施例中，其中轉子芯106是大體八邊形的，層狀環120的外表面126具有 近似180-160度的外鉸接角(由鉸鏈122處的切線限定)。基於例如氣隙通量密度、連接橋 強度和/或在「橋」處形成彎曲的能力，來形成層狀環的外表面的形狀。也應注意到，環120 不必須是八邊形的(例如所示的8-柱型構造)，可以使用任意適當形狀。通常通過機器內 柱的數量來確定邊的數量。因此，已經公開的是，使用具有實質上線性邊緣的材料圖樣條、多個弓形(例如弦 狀)區域和鄰近弓形區域的多個鉸接區域122來產生的結構，其中以多邊形螺旋樣式來纏 繞材料圖樣條，使得弓形區域在鉸接區域122處樞轉從而形成連續層狀環結構120，該連續 層狀環結構120被構造成圍繞包括在其內的轉子芯106和轉子繞組102。應該意識到最終 層狀環結構120用於在旋轉期間約束繞組102不發生徑向運動，並且在操作期間也用作相 對於轉子芯106和繞組102的通量路徑。現在將描述製造轉子組件100的示例性方法。參考圖2，首先提供材料的細長矩形條200。如所示，條200具有限定寬度w的兩 條相對的邊緣220和222。根據圖樣條的具體設計目標和形狀可以改變該寬度。可以執行適當的切割、衝壓或其他材料去除操作來切割細長矩形條200從而形成 具有對應邊緣220的線性側的第一圖樣條120。同時，可以圖樣成形具有對應邊緣220的線 性側的第二圖樣條120。因此，產生了相對較少量的廢料202。之後，圖樣條120以圓形螺旋方式繞轉子芯106的周邊纏繞，以便第一邊緣220鄰 近轉子芯106(和/或絕緣件104)的周邊，並且圖樣條形成連續層狀環結構120。可以使用 粘結、焊接、樁固、鉚接或任意其他適當方法來固定各個層狀層。如圖2所示，每個圖樣條120均包括由相應鉸接區域122隔開的多個弓形區域 204。這樣，纏繞步驟將包括使得弓形區域204在鉸接區域122處樞轉以便圖樣條120的第 一邊緣220形成多邊形螺旋。這在圖3中被示出，其示出了形成八邊形螺旋結構的纏繞樣 式的概略性等軸視圖。應該注意到，本發明不限於具體形狀和鉸接尺寸。可以使用能夠纏 繞成層狀結構的任意的條形狀。
如圖4所示，形成的條120具有厚度t和鉸接寬度d。這兩個參數均可以被選擇成 實現所需機械性能和磁性能。雖然上述詳細描述已經描述了至少一個示例性實施例，但是應該意識到存在大量 變型。例如，除了所述單個層之外還可以包括附加的阻擋層。也應該意識到，這裡描述的一 個或更多個示例性實施例不試圖以任意方式來限制本發明的範圍、應用或構造。相反，上述 詳細描述向本領域的技術人員提供了實現一個或更多個所述實施例的便利的啟示性途徑。 應該理解的是，可以在不背離本發明的範圍和其合理等價物的情況下對元件的功能和設置 做出各種改變。
權利要求
一種製造轉子組件的方法，包括提供具有周邊的轉子芯；將多個繞組設置於所述轉子芯的所述周邊內；提供材料的細長矩形條，其具有限定寬度的第一邊緣和第二邊緣；切割所述細長矩形條來形成具有對應所述第一邊緣的第一側的第一圖樣條；繞所述轉子芯的所述周邊纏繞所述第一圖樣條部分，使得所述第一邊緣鄰近所述周邊並且所述圖樣條部分形成連續層狀環結構。
2.根據權利要求1所述的方法，還包括切割所述細長矩形條以形成具有對應所述第二 邊緣的第一側的第二圖樣條。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一圖樣條包括由相應鉸接區域隔開的多個 弓形區域，並且纏繞步驟包括使得所述弓形區域在所述鉸接區域處樞轉以便所述圖樣條的 所述第一側形成多邊形螺旋。
4.根據權利要求3所述的方法，其中所述外周邊包括多個齒結構，並且每個所述弓形 區域均包括被構造成接收一個所述齒結構的槽。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述細長矩形條包含鋼材料。
6.根據權利要求2所述的方法，其中所述第一圖樣條和所述第二圖樣條的體積的和大 於所述細長矩形條的總體積的近似50%。
7.根據權利要求3所述的方法，其中所述連續層狀環結構被構造成約束繞組。
8.根據權利要求3所述的方法，其中所述連續層狀環結構形成轉子通量路徑。
9.一種轉子組件，包括具有周邊的轉子芯；在所述轉子芯的所述周邊內的多個繞組；繞組保持結構，其包括具有實質上線性邊緣的材料圖樣條，所述材料圖樣條以螺旋樣 式繞所述轉子芯的所述周邊纏繞，使得所述實質上線性邊緣鄰近所述周邊，並且所述圖樣 條部分形成連續層狀環結構。
10.一種轉子繞組保持結構，包括材料圖樣條，其具有實質上線性邊緣、多個弓形區域以及鄰近所述弓形區域的多個鉸 接區域；其中所述材料圖樣條以多邊形螺旋樣式纏繞，使得所述弓形區域在所述鉸接區域處樞 轉以形成連續層狀環結構，該連續層狀環結構被構造成包圍轉子芯，該轉子芯具有被包括 在其內的轉子繞組。
全文摘要
本發明涉及用於連續纏繞的層狀轉子通量路徑的方法和設備。通過提供材料的細長矩形條，其具有限定寬度的第一邊緣和第二邊緣；切割所述細長矩形條來形成具有對應所述第一邊緣的第一側的第一圖樣條；繞轉子芯的周邊纏繞第一圖樣條部分，使得所述第一邊緣鄰近所述周邊並且所述圖樣條部分形成連續層狀環結構，從而來組裝轉子組件。兩個層狀環結構可以由單個條切割而成，從而減少廢料並且形成堅固結構。
文檔編號H02K15/02GK101895174SQ20101018193
公開日2010年11月24日 申請日期2010年5月20日 優先權日2009年5月20日
發明者C·C·斯坦庫, E·黑奇, P·J·薩瓦吉安 申請人:通用汽車環球科技運作公司