专利名称：包覆模制的液体冷却三堆叠马达的制作方法
包覆模制的液体冷却三堆叠马达相关申请本申请要求于2009年4月3日提交的美国临时申请No. 61/166401的权益，该临时申请的整体内容通过引用结合于此。
发明内容
本发明为使用整体的水冷或风冷壳体的由三堆叠定子和三区段转子组件形成的液体冷却或风冷的无刷直流马达。
图1是马达的部件的分解透视图。图2示出定子的部件的更多细节。图3是更具体地示出带有风冷壳体的定子和转子的分解图。图4是电动马达的风冷外壳的立体图。
具体实施例方式本申请通过引用结合于2007年5月7日提交的名称为“Electric Machine Having Segmented Mator”的美国专利申请No. 11/800716和于2007年5月7日提交的名称为 "Crimped Rotor for an Electric Brushless Direct Current Motor，，的共同未决美国专利申请No. 11/800715以及于2007年7月13日提交的名称为“Automatic Winder for an Inside Brushless Stator” 的共同未决美国专利申请 No. 11/827830。下文描述本发明的示例性的实施方式。现在将更加具体地描述图1、图2、图3和图4所示的马达的各部件。下面每个编号的段落描述一个在附图中具有附图标记的部件，但是在不同的附图中使用不同的附图标记表示相同的部件。1.主马汰壳体。如下文更详细地描述的，该壳体由单个铝条1、37制成。它可以被构造成壳体具有端口以对马达驱动器进行水冷的水冷壳体1，或者可以是风冷壳体37。它是作为马达的其余部分的建造基础的框架。主马达壳体1可以由截面为4"方形的铝条制成。为了安装实际上比壳体的孔径大005-006"的定子9，壳体被加热到华氏500°以上。 这使得铝膨胀至比定子9的外径更大的孔径从而能够安装定子。当冷却时存在.005"的过盈配合。该过程有时被称为“冷缩配合”。在本应用中，干涉使得部件之间具有最佳的热传递，并且在高达远超过组件的期望温度的温度下保持定子9。在该特定过程中定子外径是精确和最佳热传递的基础。2.相位樽块。该模块2用于相位A，并且存在在描述目的上基本相同的用于相位 B和C的两个额外的模块。它们有时被称为驱动器，但是在没有数字信号处理器(DSP)板7 的情况下是不完整的驱动器。从每个模块出来五个跨接线(jumper)2A。因为两个是连接的，所以它们被认为是四个导体。参照图1，相位模块2从“后”往“前”标记为正极、定子引线、“y”连接(也称为“星形”连接)、以及负极。在图1的马达中，驱动器由来自主马达壳体的冷却液直接水冷。密封件15被设置成防止冷却液泄漏。所有三个相位模块2基本相同。朝上的导体2A( S卩引线、跨接线)焊接至汇流条3(即马达引线)和“y”条4。两个朝下的导体焊接至下方的定子终端9A。3.汇流条。有时被称为马达引线，这两个汇流条3向三个相位模块分配功率。4. “Y”连接汇流条。该汇流条4将三个定子的一个终端连接在一起。以原理图绘出时，电路看起来像“Y”。5.汇流条防振动底座。这些高温橡胶套管5对汇流条中由于马达高速谐振而引起的振动进行缓冲。6.汇流条绝缘层。这些高温塑料绝缘层6支撑三个汇流条3、4和DSP板7。汇流条3、4和DSP板7不需要紧固件即卡扣就位。绝缘层在汇流条安装之前即时配合在主壳体 1、37的波纹形凹部中。没有紧固件。当安装时顶盖对绝缘层进行保持。7. DSPfe0 DSP板有时被称为驱动器板，但是技术上在相位模块上方的板是驱动器板。该DSP板7将三个相位模块和霍尔整流器8电子联接。DSP表示数字信号处理器。该微处理器可以被编程以修正、限制或最大化马达性能。8.霍尔整流器线组。该组件8包括三个霍尔传感器、霍尔互连电路板、带状电缆、 以及在被称为包覆模制或嵌件模制的注射模制工艺中绕着组件8形成的硬橡胶壳。该传感器装配技术是为了便于最终组装、保护传感器和电路以及传感器定位的精确性而开发的。 该组件能自定位并且通过一个螺钉紧固。也可以使用卡扣组件，但是由于与组件中谐振马达振动相关联的风险这并不是优选的。9.包覆樽制的定子相位。定子9通常是相继地激活和极化以在转子上引起轴向扭矩的电磁绕组的阵列。通过接通和断开电磁绕组和改变磁场的极性，电磁绕组接纳或排斥转子10的永磁体(图3中的25)。这是基于简单的条形磁体的北极和南极被相反的极性吸引而被相同的极性排斥的现象。也就是术语“异性相吸”。在该三堆叠马达中，与多相位或多极定子不同，给定的定子9的所有的电磁绕组同时激活。该组件包括硅铁的层压堆叠图2中34、用于保护电磁线不接触尖角的两个绕组插入件图2中33、用于与周围金属隔离的聚对二甲苯外层、用于将线束连接至相位模块导体的两个定子终端9A、若干电磁线导体绕束36、以及高温包覆模图2中32、玻璃强化的热塑塑料。图2所示的包覆模32为了示意而被“拆下”，但是实际上是不能拆下的。它注射模制经过组件。在包覆模32的端部具有在安装期间和安装后对准和联接定子9的定位特征， 例如销和空腔特征。前马达罩11也具有销特征。在马达温度允许壳体释放定子和/或转矩超过可想到水平的不太可能的情况下，这些特征会保持定子9的径向定向，直至这些状况平息。销特征的主要目的是在冷缩配合操作期间准确地对准定子。与电磁线上的清漆相反，包覆模制的塑料有效地将热量从定子9和电磁绕组传导走，所述热量会使得电阻上升。 出于制造方便、电对称考虑以及组装方便，定子9优选地例如无径向偏置地排成直线。两个绕组插入件33在定子9绕线之前压配合到定子层压堆叠34的端部。绕组插入件33为注射模制并且优选地由高温玻璃加强热塑塑料制成。绕组插入件33的目的是在绕线过程中保护电磁绕组36和保持电磁绕组36的定位直至被包覆模制。在该优选的实施方式中，向定子9施加例如聚对二甲苯膜的外层以保护定子槽9B中的电磁线。在另一种实施方式中，包覆模制的过程将包括将经过定子槽9B的绕组插入件33包覆模制在包覆模中， 通过在内径上没有暴露的金属，包覆模能够在绕线过程中更好地保护铜线，从而消除外层和压组装。绕组插入件33与专门的绕线设备结合，允许在没有损坏线外层的风险下绕定子指部拉线束。这可使端部匝的长度最小。为了示意电磁绕组36也被示为“拆下”，但是实际上并不能被拆下。它们被机械绕线经过组件。附接至定子终端9A的线束由34个带有诸如聚亚酰胺绝缘外层的外层的铜电磁线的单独导体制成。在本组件中它们通过专门的绕线设备一次绕线34，但是34并不必要是一个限制。电磁线可以以与定子槽9B的容积直接对应的量容纳在定子槽9B中。在图中没有示出单独的线。但是，应当理解，这代表组件中能够由电磁线占据的区域。虽然定子槽9B中大量的线是最佳的，定子槽9B外的“端部匝”或形成的环以及马达驱动器2与定子槽9B内部的线之间的任何导体会增加电阻并且为了减小电阻需要被保持为较短和/或截面较大。在上述包覆模制和组装操作，具体来说是塑料注射定子包覆模32、绕组插入件包覆模33、层压定子组件34和电磁线绕组36的包覆模制和组装的结束，整个定子9被再次包覆模制以减少空气空间，提高热传导率和提高密闭性能，如最终的定子组件35所示。10.转子组件。三个转子磁体10组件被包覆模制并且使用机加工在转子轴中的对准凹槽定位成20度间隔。本设计的独特特征是图2中的中央磁体组件25、26的定向。该组件的磁极性与另两个精确地相对。该发明特征使得电对称，因此使得定子引线的长度可以最小。该实践的替代是将定子的极性反转。这会使得部件的电布置、组装和制造复杂，并且导致电路中的电阻更大。冷却推动器包覆模制在每个磁体组件中。磁体优选地为钐钴磁体。它们的外径被磨削。在安装后确保适当的平衡和尺寸精度。定子组件在装置之前被平衡。11.前马汰罩。该罩11由高温热塑塑料制成并且支撑转子轴密封件18、传动密封件17、汇流条3和4，并且帮助保持转子组件10。它由三个机械螺钉固定。12.顶马达罩。该罩12也是由高温热塑塑料制成并且优选地是对称的，并且在应用要求汇流条3和4和/或通信电缆或接近端口从马达的后部出口的情况下能够以反转的位置安装。13.后马汰罩。该罩13也是由高温热塑塑料制成并且通过三个机械螺钉安装，并且也能够支撑汇流条3和4。它是密闭封装件的一部分，但是没有后马达罩马达也能够操作。14.后罩密封。后罩密封14可以由高温注射模制橡胶制成。它也密封汇流条或者具有替代的栓。根据汇流条3和4的出口，前罩密封16和后罩密封14可以是可互换的。15.顶罩密封。顶罩密封15可以是高温注射模制橡胶。左、右和前至后都可以是可互换的。16.前罩密封。前罩密封16可以由高温注射模制橡胶制成。它也密封汇流条或者具有替代的栓。根据汇流条3和4的出口，前罩密封16和后罩密封14可以是可互换的。17.传动密封。传动密封是高温橡胶0型圈并且密封接触的传动液。18.转子轴密封。转子轴密封18可以是高温、高磨损、弹簧加载的唇形密封。它在转子轴10静止并且不附接至传动器时完成密闭封装并且防止传动液进入马达。
6
19.冷却液挡板。冷却液挡板19常用于注射模具中以使得冷却液循环和冷却壳体。20. l/8npt栓。该栓20是用于十字钻孔的冷却液孔的栓。21.机械螺钉。机械螺钉21用于保持马达罩。22. MM^该机加工的衬套部件22通过紧固塑料罩的所有机械螺钉安装以限制塑料上的压迫并且防止蠕变应变和裂缝。23.樽块密封。模块密封23可以是高温注射模制橡胶。模块密封23在被放置在冷却液的空腔上时密封模块。24.销头部。这六个销头部部件M各自具有承载电路板2之间的电信号的五个导体。它们取代会使得电子组件杂乱化的昂贵的电缆。图3是定子9和转子10子组件的更加放大视图。在左上角是转子轴组件的截面图26，示出转子磁体组件25的相对径向位置。由此，理解中央磁体组件的定向精确地与另两个相对。这使得控制器模块到定子的弓I线能够尽可能得短。在图3的右下角示出三相定子组件9从各自的壳体拆下的视图。在该视图中塑料的包覆模32和线被从层压定子组件34移除以更好地示出定子槽9B的体积，该体积约为传统马达中定子槽体积的三倍。图4示出电动马达的另一种实施方式，其壳体的外表面上具有风冷叶片。虽然参照示例性的实施方式特别描述和示出了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离权利要求书所包含的本发明的范围的情况下可以在形式和细节上进行多种变化。
权利要求
1.一种直流电动马达，包括壳体；三个在电和机械上独立的定子区段，其设置在所述壳体中，并且独立地连接至马达驱动相位模块以顺序地被控制器电路激活；三阶转子组件，其具有中央转子元件和两个端部转子元件，所述中央转子元件的磁定向处于与所述端部转子元件的磁定向相对的相位；以及马达驱动器电路，其与所述壳体一体地设置，所述马达驱动器电路包括三个分离的马达驱动相位模块，每个马达驱动相位模块电联接至所述独立的定子区段中的相应一个。
2.根据权利要求1所述的直流电动马达，其中，所述三个在电和机械上独立的定子区段中的每个包括包覆模。
3.根据权利要求2所述的直流电动马达，其中，所述包覆模是注射模制的塑料。
4.根据权利要求2所述的直流电动马达，其中，所述三个在电和机械上独立的定子区段中的每个包括在所述定子区段的端部的绕组插入件；且其中所述包覆模覆盖所述绕组插入件以及在所述绕组插入件上和定子槽中的线绕组。
5.根据权利要求2所述的直流电动马达，其中，每个包覆模包括能够保持所述定子在所述壳体中的径向定向的定位特征。
6.根据权利要求1所述的直流电动马达，其中，所述三个在电和机械上独立的定子区段中的每个包括在所述定子上的保护所述定子槽内的线绕组的外层。
7.根据权利要求1所述的直流电动马达，其中，所述三个在电和机械上独立的定子区段中的每个包括所述定子区段的包覆模以保护定子槽中的线绕组。
8.根据权利要求1所述的直流电动马达，还包括设置在所述壳体中的数字信号处理器。
9.根据权利要求8所述的直流电动马达，其中，所述数字信号处理器设置在所述壳体中邻近所述马达驱动器电路的电路板上；且其中所述三个分离的马达驱动相位模块中的每个通过销头部电联接至所述电路板上的数字信号处理器。
10.根据权利要求9所述的直流电动马达，其中，所述数字信号处理器可编程以控制到所述三个分离的马达驱动相位模块的每个的功率信号。
11.根据权利要求1所述的直流电动马达，还包括能够将功率分配给所述三个分离的马达驱动相位模块的至少一个汇流条。
12.根据权利要求1所述的直流电动马达，其中，所述壳体包括风冷片。
13.根据权利要求1所述的直流电动马达，其中，所述壳体包括能够使冷却液在所述马达中循环的有端口的护套。
14.一种用于电动马达的定子组件，包括柱形定子，所述柱形定子的内周包括多个定子槽；至少一个线绕组，其绕所述多个定子槽缠绕；以及包覆模，其能够覆盖所述线绕组和所述柱形定子的至少一部分。
15.根据权利要求14所述的定子组件，其中，所述包覆模为注射模制的塑料。
16.根据权利要求14所述的定子组件，还包括在所述柱形定子的端部的绕组插入件；其中，所述至少一个线绕组绕所述多个定子槽和所述绕组插入件缠绕；且还包括能够覆盖所述线绕组和所述柱形定子的至少一部分以及所述绕组插入件的至少一部分的包覆模。
17.根据权利要求14所述的定子组件，其中，所述包覆模包括能够保持定子在壳体中的径向定向的定位特征。
18.根据权利要求14所述的定子组件，还包括至少在所述定子槽上的保护所述定子槽内的线绕组的外层。
19.根据权利要求14所述的定子组件，还包括所述定子区段的包覆模以保护定子槽中的线绕组。
20.根据权利要求14所述的定子组件，其中，所述定子组件是沿着共有的中央轴线彼此纵向偏置的多个定子组件。
21.根据权利要求20所述的定子组件，还包括 壳体，其能够支撑所述柱形定子；转子，其设置在所述多个柱形定子组件中；以及设置在壳体中的马达驱动器电路，所述马达驱动器电路包括三个分离的马达驱动相位模块，每个马达驱动相位模块电联接至独立的定子组件中的相应一个。
22.一种制造定子组件的方法，包括提供柱形定子，柱形定子的内周上包括多个定子槽；绕所述多个定子槽缠绕至少一个线；以及在至少一个线绕组和所述柱形定子的至少一部分上提供包覆模。
23.根据权利要求22所述的制造定子组件的方法，其中，所述包覆模为注射模制的塑料；且其中提供包覆模包括将包覆模注射模制在线绕组和所述柱形定子的至少所述部分上。
24.根据权利要求23所述的制造定子组件的方法，还包括将绕组插入件卡扣配合在所述柱形定子的端部上；其中，缠绕至少一个线包括将至少一个线绕所述多个定子槽和所述绕组插入件缠绕;且其中，提供包覆模包括在所述至少一个线绕组和所述柱形定子的至少一部分和所述绕组插入件的至少一部分上提供包覆模。
25.根据权利要求22所述的制造定子组件的方法，还包括在缠绕至少一个线之前向柱形定子施加外层。
26.根据权利要求25所述的制造定子组件的方法，其中施加外层包括包覆模制所述外层。
全文摘要
一种使用整体的水冷或风冷壳体以及包覆模制技术的由三堆叠定子和三区段转子组件形成的液体冷却或风冷的无刷直流马达。
文档编号H02K7/00GK102428630SQ201080022065
公开日2012年4月25日 申请日期2010年4月5日 优先权日2009年4月3日
发明者约瑟夫·M·利西克, 罗伯特·M·琼斯 申请人:罗伯特·M·琼斯