定子附接机构的制作方法

本文公开了一种定子附接机构。

背景技术：

包括发电机、马达、警报器等的电机可以包括环绕转子的定子。定子可以附接到壳体，并且能量可以流过定子到达转子或从转子开始流动。重要的是，在定子和壳体之间具有牢固的附接，使得系统可以承受由转子产生的旋转力。此外，施加在定子上的应力可能会影响某些电动车辆马达的效率。

技术实现要素：

一种用于电动车辆马达的定子系统可以包括定子，所述定子形成背铁和从其向内延伸的多个齿。所述定子可以包括从所述背铁径向向外突出的多个附接点；以及壳体，所述壳体被配置为容纳所述定子，并且限定多个壳体开口，所述多个壳体开口各自被配置为接纳所述附接点中的一个，其中每个附接点限定至少一个t形狭槽，所述至少一个t形狭槽被配置为接纳与延伸通过所述壳体的螺栓配合的螺母以将所述壳体连接到所述定子。

一种用于电动车辆的定子系统可以包括定子，所述定子形成背铁和从其向内延伸的多个齿；以及至少一个附接点，所述至少一个附接点从所述背铁轴向向外突出并且被配置为与壳体接合；所述附接点限定至少一个狭槽，所述至少一个狭槽被配置为接纳螺栓以将所述壳体连接到所述定子。

一种用于电动车辆的定子系统可以包括定子，所述定子形成背铁和从其向内延伸的多个齿；以及至少一个附接点，所述至少一个附接点从所述背铁径向向外突出并且被配置为与壳体接合；所述附接点限定至少一个狭槽，所述至少一个狭槽被配置为接纳与螺栓配合的螺母以将所述壳体连接到所述定子。

附图说明

在所附权利要求中特别指出了本公开的实施例。然而，通过结合附图参考以下详细描述，各种实施例的其他特征将变得更显而易见，并且将得到最好的理解，在附图中：

图1示出了示例定子系统；

图2示出了包括示例附接机构的图1的示例定子系统；

图3示出了附接机构的放大视图；

图4示出了压缩应力对温度的示例图；

图5示出了作为通量的函数的压缩力损耗的示例图；并且

图6示出了作为压缩应力的函数的损耗能量的增加。

具体实施方式

根据需要，本文中公开了本发明的详细实施例；然而，应理解，所公开的实施例仅仅是本发明的可以体现为不同和替代形式的示例。附图不一定按比例绘制；一些特征可以被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文中公开的具体结构和功能细节不应解释为限制性的，而仅应解释为用于教导本领域技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。

用于电机的定子与转子配合并且附接到壳体。通常，将定子压配合到壳体中，以将定子保持在壳体中，并且在操作期间受到转子力时阻止定子旋转。然而，这种压配合可能在定子的背铁中引入压缩应力。这样的应力会影响定子的磁性并且可导致马达的效率损失。另一方面，压配合为壳体增加显著的结构强度。因此，保持由压配合提供的强度，且同时减少由压配合产生的应力，将在保持耐久性的同时提高效率。

本文公开了一种连接机构，其被配置为以刚性方式将定子叠片连接到壳体，而不会将压缩应力引入到定子的背铁。叠片可以冲压有t形狭槽。t形狭槽可以邻近定子的轴向螺栓耳部或者代替所述轴向螺栓耳部。然后，可以将t形螺母插入到t形狭槽中。螺栓可以延伸通过壳体壁到达t形螺母中。当被拧紧时，这些接头将把壳体结构性地栓系到定子的背铁，而不会将压缩应力引入到背铁中。

通常，在背铁中引入的压缩应力会随着温度的升高而增加。此外，压缩应力越高，马达的效率越低。

图1示出了示例定子系统100，所述定子系统包括用于机动车辆的电动马达的定子105和壳体110。机动车辆可以是电动车辆(ev)，包括由燃料和电两者提供动力的混合动力电动车辆(hev)、插电式混合动力电动车辆(phev)和电池电动车辆(bev)。在电动车辆中，马达的效率可能非常重要，并且马达的效率低下可能会导致续驶里程的减小。

定子105可以被配置为用作磁体，以允许能量在电动马达中形成并且从中流过。定子105可以由铁、铝、钢、铜等制成。定子105可以由多个叠片115制成，所述叠片并排放置和堆叠以形成圆盘状圆形形式的定子105。叠片115可以形成定子105的背铁120。背铁120可以是围绕定子105的外周的实心部分。每个叠片115还可以形成齿125，所述齿从背铁径向向内延伸至定子105的中心。当被对准且堆叠时，齿125沿着定子的长度轴向延伸。定子齿125可以被配置为将线圈保持在其之间(未示出)。

壳体110可以被配置为环绕并且容纳定子105。壳体110可以附连到定子105，使得壳体可以将定子105保持在固定位置中，而转子(未示出)可以相对于定子105旋转。壳体110可以环绕定子105的背铁120。

定子105的叠片115中的至少一些可以形成各种轴向附接点135，所述轴向附接点沿着背铁120的外周径向向外突出。这些轴向附接点135可以被配置为至少部分地接纳在由壳体110限定的开口160内。替代地，轴向附接点135可以被配置为邻接壳体并且在定子105附接或固定到壳体110的位置处。轴向附接点135可以是经由叠片115形成的轴向螺栓耳部。可以在叠片中冲压孔130以接纳销子或螺栓(图1中未示出)以将定子105固定到壳体110。压配合诸如销子的物品可以允许壳体110刚性附接至定子105。

图1中的示例示出了四个附接点135。然而，可以认识到，可以沿着定子105径向和轴向地包括更多或更少的附接点135。附接点135可以在一个或多个轴向位置处围绕背铁等距地间隔开。在一个示例中，可以包括八个附接点，沿着定子的2个轴向位置处各有四个径向附接点。可以在定子105上的各种轴向和径向位置处布置更多或更少的附接点。壳体110可以限定一个开口或轮廓160以与每个附接点135相对应并对准。

如前所述，由将定子105压配合至壳体110中所导致的压缩应力可能会影响定子的磁特性并且降低马达的效率。在一些情况下，特别是在电动车辆中，行驶里程可能会下降6至7英里。就这点而言，根据本公开的实施例的使用延伸通过壳体110以接合从定子105的背铁延伸的附接点135的夹紧螺栓为壳体110提供了与压配合定子相似的结构稳定性，但减少或消除了压缩应力以及使马达的相关联的效率降低。

图2示出了包括示例附接机构140的示例定子系统100。附接机构140可以被配置为将定子105附接到壳体110，而不在定子105的背铁120上产生压缩力。在制造期间，叠片115可以冲压有邻近或代替轴向螺栓耳部的开口。开口可以是t形狭槽150，其形成t状开口，所述t状开口具有t形狭槽150的内部或近侧部分153(图3所示)，所述内部或近侧部分具有比t形狭槽150的远侧部分152(图3所示)更大的尺寸。较大尺寸的近侧部分153可以限定立方体状或矩形棱柱状的开口。t形狭槽150的远侧部分152可以被配置为接纳定子螺栓145。定子螺栓145可以是具有螺纹的系紧螺栓。

壳体110可以限定壳体开口或壳体轮廓160，其被配置为接纳定子的附接点135。壳体110还可以限定螺栓开口165，其被配置为与t形狭槽150的远侧部分152对准并且接纳定子螺栓145。定子螺栓145可以包括螺栓头175，其被配置为在螺栓开口165处邻接壳体110的外表面。

可以将具有螺纹开口的螺母155或其他保持装置保持在t形狭槽150的近侧部分153内。由于远侧部分152的半径小于近侧部分153的半径，因此一旦安装完毕，螺母155就可以保持在近侧部分153内。螺母155可以具有与定子螺栓145的螺纹相对应的螺纹。在安装期间，螺栓145可以被配置为经由螺栓开口165径向延伸通过壳体110并且随后通过t形狭槽150，使得螺栓145接合螺母155。在将定子螺栓145拧入到螺母155中时，定子螺栓145可以与保持在t形狭槽150的近侧部分153内的螺母155接合，以及经由螺栓头175与壳体110接合。因此，拧紧定子螺栓145经由螺母155在邻近t形狭槽150的远侧部分152的表面和螺栓头175处产生夹紧力，从而迫使壳体110和定子105朝向彼此拉动并且将这两个部分附连在一起。t形狭槽150的立方体状的形状可以防止螺母155旋转。螺母155可以具有如图所示的封闭端，或者可以具有允许螺栓145延伸通过它的开放端。

螺栓头175可以搁置在壳体轮廓160内。另外地或替代地，在一个示例中，螺栓头175可以从定子105向外延伸，使得螺栓的一部分暴露在壳体开口160内。夹具(未示出)可以至少围绕螺栓145的暴露部分布置。夹具可以布置在壳体110的外部，或者在一些情况下，布置在壳体轮廓160内。

图3示出了附接机构140的放大视图。如上面所解释的，定子105的附接点135可以由壳体110限定的相应壳体开口160接纳。一旦壳体110接纳了附接点135或耳部，就可以将螺母155插入到每个附接机构140的t形狭槽150中。螺栓145可以插入通过壳体110并通过在定子105的附接点135中限定的t形狭槽150。螺栓145可以拧紧到螺母155，从而将壳体110夹紧到定子105。

图4至图6示出了在代表性定子的定子背铁中的压缩应力以及所导致的对效率的影响，如由计算机模型所产生的。数据是针对具有被压配合至壳体中的定子的bev应用而生成的。就这点而言，数据表明使用根据本公开的定子附接机构的一个或多个实施例可能会使与减少或消除与将定子固定在壳体内相关联的压缩应力相关联的马达效率增加。

图4示出了压缩应力对温度的示例图。以兆帕(mpa)测量的压缩力可能会随温度升高而增加。在该图中，如410所示，壳体110可以具有20至80摄氏度的假定平均温度范围。可以预测背铁120上的压缩应力约为-48mpa至-34mpa，如420所示。这可以基于在定子105的各个半径处的平均最小主应力以及应用如线430所示的线性拟合来确定。所示数据是基于标称压配合并且不会能解释最小/最大公差。由于根据本公开的实施例的定子附接机构在定子与壳体之间(除了在附接点处之外)提供间隙配合，因此温度变化可能对背铁120中的压缩应力具有较小的影响，并且导致对磁特性和相关联的马达效率的影响也较小。

图5示出了对于不同的压缩应力而言，在50hz频率下作为通量函数的磁芯损耗的示例图。图5定义了对于0mpa的压缩力而言，基线磁芯损耗为100％。对于更高的压缩力而言，相对的磁芯损耗百分比可能会随着磁通密度的增加而降低。此外，压缩力越高，可能受影响的磁芯损耗百分比就越大。例如，即使当磁通密度增加时，较低的压缩力(诸如-5mpa和-10mpa)也会保持基线磁芯损耗。然而，较高的压缩力(诸如-30mpa和-50mpa)，特别是在较低的磁通密度下，会表现出磁芯损耗明显增加，其中磁芯损耗随着磁通密度的增加而降低。

图6示出了作为图5所示的相关联的磁芯损耗的结果，驱动系统损耗能量对定子105的背铁120的压缩应力的示例图。在该图中，较高的压缩应力表现为较高的系统能量损耗。线610表示电动驱动系统损耗相对于基线100％的百分比。范围620表示与在-48mpa至-34mpa之间的定子背铁的压缩应力相对应的20℃至80℃的电动马达操作温度，如图4所示。所导致的系统损耗在7％至9％之间，如630所示。如果考虑压配合公差，加/减一个标准偏差可能对应于4mpa的变化并且导致系统损耗的0.3％的变化，如640所示。同样如图6所示，在高应力(例如，-50mpa)下，损耗增加的百分比约为109％。在较低的应力(例如，-5mpa)下，损耗增加的百分比刚好高于基线100％。

因此，本文公开了一种附接机构140，其被配置为减小在定子105上的压缩应力并且因此增加马达的效率，同时保持马达壳体或外壳的结构稳定性。

尽管上文描述了示例性实施例，但是这些实施例并不意图描述本发明的所有可能形式。而是，本说明书中使用的字词是描述性而非限制性的字词，并且应理解，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种改变。另外，可以组合各种实现实施例的特征以形成本发明的另外的实施例。