本发明涉及轴向磁路永磁无刷直流电机的定子结构。
背景技术：
在已披露的201410738701.5专利中，轴向磁路永磁无刷直流电机基本结构已经得到了详细描述。但其部件设计配合要求高，工艺复杂，尤其是铁芯与底座的安装，铁芯和底座均需要精加工工艺。而且其装配工艺稳定性仍旧会随着其配合的变化而波动，导致成品可靠性低，废品率高，加工制造成本高。而对于汽车等大规模生产工业来说，工艺、性能稳定性和成本的控制非常敏感。
同时，针对苛刻工况，其抗震动、抗疲劳等机械可靠性要求高。如发动机30g甚至50g的抗震动要求。鉴于大多应用的安装结构采用如法兰结构，通过螺栓紧固。且以上法兰结构通常通过注塑成型。然而对于较大重量结构，尤其重心偏心结构，容易直接导致应力集中薄弱位置开裂，甚至断裂。同时，螺栓预紧力一般较大，螺栓预紧贴合部位塑料无法承受这样的力，导致材料屈服蠕变或直接断裂失效。所以通常在螺栓安装孔内加装一金属开口衬套。此布置结构决定了，金属开口衬套与塑料安装法兰轴向配合尺寸精度要求高，金属开口衬套高度过矮则无法起到保护效果，仍旧会失效；过高则产生安装间隙，从而产生不希望的噪音、震动失效等。
技术实现要素：
本发明的目的是提出新的定子结构布置，解决以上轴向磁路永磁无刷直流电机部件配合精度要求高导致的工艺不稳定，可靠性差，制造成本高等问题；对装配安装界面的结构改进，提高抗震动、抗疲劳性能，提高产品可靠性。
为解决原结构部件配合精度要求过高带来的问题，本发明提出了新的电机定子结构，所述定子通过线圈、铁芯组成的2n个绕组环绕成圆形，并固定于底座，最后通过包覆材料一体成型，所述铁芯与底座平面贴合固定；转子包含一转轴以及固定于转轴顶部的磁轭，所述磁轭与定子铁芯相对的一面粘结有磁钢，所述转子粘结磁钢一侧转轴上套装平面推力轴承，并穿过定子基体轴孔，所述转子及平面推力轴承或者直接安装于铁芯上平面；或者安装于定子中心金属套上，所述金属套安装于铁芯内侧台阶孔；或者安装于定子中心包覆材料成型的安装台阶孔，使铁芯与转子磁钢之间形成机械连接，平衡铁芯与磁钢之间的吸力。
所述铁芯与底座的平面贴合固定，可以使用铁芯或底座突起、销、螺栓任意一种特征或之间多种特征的组合。铁芯和底座贴合面可额外施加粘结胶固定。
所述铁芯外侧，可以选择性使用绕线骨架或其他绝缘方案。
为解决装配安装界面抗震动、抗疲劳性能差而失效问题，本发明的电机定子，或者采用法兰结构，底座延伸形成安装法兰的结构埋件。与装配螺栓安装配合的法兰螺栓孔四周金属表面裸露，用于螺栓紧固贴合。所述底座法兰螺栓孔为通孔或螺孔。或者采用定子底部直接安装结构，底座或铁芯底面布置装配固定用多个螺孔或螺栓。
本发明的效果是：
取消了原底座复杂异形孔的精加工，释放了铁芯的径向加工精度。从而大大降低零部件加工成本，改善了其装配工艺稳定性和产品可靠性，降低了废品率。同时，铁芯与底座之间改为平面贴合固定，装配工艺简单，配合稳定性好，同时方案工业效率高和制造成本大大降低。
另外，以上结构使得铁芯与磁钢之间通过之间机械连接，平衡了铁芯与磁钢之间的吸力。从而降低或消除原来由磁钢对铁芯的吸力传导产生的铁芯与底座面之间的拉力，从而降低或消除铁芯底部与底座持久疲劳开裂、失效的风险。
此发明另外的效果是：
法兰结构装配界面通过底座埋件结构，大大改善其抗震动、抗疲劳性能。同时，安装螺栓锁紧力作用在法兰安装螺孔四周底座金属表面，避免塑料应力集中和屈服蠕变失效，并取消了多个开口衬套的使用，大大增加可靠性，简化制造工艺，降低了成本。定子底部螺孔或螺栓安装结构既确保可靠性，节省了装配空间，同时降低了产品重量。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的定子结构剖视图。
图2是本发明第二实施方式的定子结构剖视图（含底座螺孔安装界面）。
图3是本发明第三实施方式的定子结构剖视图（含法兰安装界面）。
图4和图5是本发明底座法兰结构不同立体示意图
图中标号说明：
1—铁芯；2—线圈；3—线圈骨架；4—包覆材料；5—磁钢；6—磁轭；7—平面推力轴承；12—底座；13—转轴；14—螺栓；15—销；16—胶；17—金属套；18—法兰螺栓孔；19—法兰加强筋；20-法兰包覆材料。
具体实施方式：
图1是本发明第一实施方式的定子结构剖视图。本实施方式如下：铁芯1下部底面贴合固定于底座12上表面。为确保各个铁芯1的相对定位，底座12与铁芯1通过多个凸台/销15或螺栓14，或者凸台/销15和螺栓14同时使用，进行相对平面定位或贴合固定。螺栓14的使用，可以确保铁芯1与底座12之间足够的轴向连接强度。仅采用销15连接则无法确保其轴向结合强度和可靠性，故同时可在铁芯1和底座12结合面施加特殊的粘结胶16进行粘结固化。
铁芯1内侧形成一小台阶，通过包覆成型（灌胶、注塑等），形成平面推力轴承7安装座；转子转轴13套装一平面推力轴承7，穿过定子轴孔并安装于前述安装座。转子磁钢5与铁芯1之间的吸力通过转子和平面推力轴承7传递至轴承安装座内的基体包覆材料4以及铁芯1，从而在磁钢5和铁芯1之间形成机械连接，平衡磁钢5与铁芯1之间的吸力。从而使得铁芯1和底座12粘胶结合面之间承受拉力大大降低。
此实施方式降低了内测台阶孔的加工精度要求，保证更高的成品尺寸精度，降低了部件和制造成本。
通过第一实施方式具备的特征，电机结构可以适用大部分应用。但是对于某些需要超高寿命和可靠性的工况，或者需要大扭矩输出性能，也就意味着较大面积的磁钢5和铁芯1。磁钢5与铁芯1之间的吸力将大大增加，某些结构将达到几百公斤。按以上实施方式，此吸力将直接由包覆材料4和粘结胶16承受，铁芯1在长期震动和温度机械疲劳下，将导致铁芯1与包覆材料4脱离，与底座12粘胶位置裂开、脱离，从而导致电机失效。
为满足以上高可靠性、高扭矩应用需求，我们提出以下两种差异化特征实施方式：
图2是本发明第二实施方式的定子结构剖视图。其实施方式如下：铁芯1与底座12结合方式与第一实施方式相同，省略对其说明。铁芯1内侧形成有一小台阶，小台阶上放置一金属套17，金属套17上部法兰外侧与铁芯1小台阶内侧接触定位。转子转轴13套装一平面推力轴承7，穿过定子轴孔并安装于金属套17上。磁钢5的吸力通过转子和平面推力轴承7传递到金属套17，金属套17传递到铁芯1，从而在磁钢5和铁芯1之间形成机械连接，平衡磁钢5与铁芯1之间的吸力。从而使得铁芯1和底座12粘胶结合面之间几乎不承受拉力。
由于金属套17的存在，使得上述机械连接非常可靠。所述机械结构存在铁芯向内移动趋势，由于金属套17法兰外侧与铁芯小台阶内侧限位，平衡了径向受力。由此，满足以上高可靠性、高扭矩应用需求。
图3是本发明第三实施方式的定子结构剖视图。其实施方式如下：铁芯1与底座12结合方式与第一实施方式相同，省略对其说明。铁芯1上部为平面，没有内侧小台阶。转子转轴13套装一平面推力轴承7，穿过定子轴孔并直接安装于铁芯1上表面。转子磁钢5与铁芯1之间的吸力通过转子和推力轴承7传递至铁芯1上表面，直接形成机械连接，平衡磁钢5与铁芯1之间的吸力。从而使得铁芯1和底座12粘胶结合面之间几乎不承受拉力。
由此，满足以上高可靠性或高扭矩应用需求。此实施方式更进一步取消了内部台阶孔的加工，取消了金属套17的布置，可以实现最有效和直接的力平衡结构，同时实现较低的部件和制造成本。
此外，为解决前述较大重量产品的震动、疲劳可靠性问题，第三实施方式中，定子基体利用结构中现有的底座12结构，将其延展至法兰部分。其延展结构部分埋在包覆材料4中，并由加强筋19连接，保持结构强度、稳定性。装配螺栓穿过法兰螺栓孔18，与法兰螺栓孔四周金属表面紧固贴合，所述安装螺孔18可以为通孔或螺孔。
由此，装配螺栓锁紧力作用在底座12上，不存在原来塑料屈服的风险。同时承受的安装力通过底座12传到下部整个注塑平面，均匀受力，避免应力集中和潜在的屈服蠕变。再加上如防松垫片的使用，使得结构的整体抗震抗疲劳性能大大增加。同时，以上工艺省去了多个开口衬套的使用和安装。大大降低了成本。
图4和图5为本发明底座法兰结构立体示意图，所述法兰可以根据需要为三个或多个突出安装孔，或者其他不限于圆型的法兰结构。
最后，为解决前述较大重量产品的震动、疲劳可靠性问题，第二实施例中，底座12、铁芯1适当位置布置若干螺孔18或螺栓，用于与对配界面的固定。由此，既保证了抗震动、抗疲劳性能，同时节省了装配空间，确保可靠性，降低了产品重量。
上面结合附图对本发明的优选实例进行了描述，但是本专利不限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，不是限制性的。在本发明的基本结构范围内，可以对结构作出多种变更。