用于电动马达芯体和可磁化镶块的转移模制的方法和设备与流程

用于电动马达芯体和可磁化镶块的转移模制的方法和设备
1.相关申请的交叉引用
2.本技术涉及以下与其同时提交的共同未决申请：于2021年1月28日在美国专利申请号17/161,084中提交的标题为“用于组装电动马达的转子堆叠体的方法和系统”的申请；于2021年1月28日在美国专利申请号17/161,121中提交的标题为“采用中央多任务机器人系统的转子组装方法和系统”的申请；以及于2021年1月28日在美国专利申请号17/160,762中提交的标题为“具有臂端工具夹持器的集成式机器人末端执行器”的申请，这些申请与本技术共同转让，并且其内容通过引用整体并入本文。
技术领域
3.本公开涉及电动马达的制造，并且更具体地涉及用于此类电动马达的转子芯和磁体的组装。


背景技术：

4.本部分中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
5.随着机动车辆电气化趋势的持续发展，电动车辆动力传动系统的电动马达等相关部件正在开发中，以实现大批量生产。这些电动马达是复杂的总成，通常包括定子和转子，转子由多个转子芯组成，其中多个磁体设置在转子芯的凹腔中。举例来说，在美国公开号2018/0287439中可以看到这种构造，所述美国公开与本技术共同拥有，并且其内容通过引用整体并入本文。
6.考虑到转子芯及其嵌入式磁体的设计的复杂性，这些电动马达的组装可能非常耗时且具有挑战性。此外，在实现大批量生产的组装效率的同时，在转子芯凹腔内的多个磁体之间提供牢固连接可能是困难的。已使用粘合材料将磁体固定在转子芯凹腔内，然而，精确地控制粘合剂的体积及其固化行为已被证明具有挑战性。
7.本公开解决了与电动马达的制造有关的这些问题，包括将磁体固定在转子芯凹腔中的问题。


技术实现要素：

8.本部分提供了对本公开的总体概述并且不是对其全部范围或其所有特征的全面公开。
9.在一种形式中，提供了一种将可磁化镶块固定在电转换器的芯体内的方法，所述方法包括：将转子芯的总成放置在转移模制压机中，所述可磁化镶块设置在所述转子芯的腔体内并且所述转子芯的所述腔体流体连通；将聚合物预成型件放置在所述转子芯的总成的中心部分附近；使所述聚合物预成型件移位，使得所述聚合物预成型件改变状态并且径向地然后轴向地流动通过所述转子芯的所述腔体中的每一个；从所述转移模制压机移除所述转子芯的总成；以及从所述转子芯的总成移除聚合物废料。
10.在可单独地或以任何组合实现的此方法的变型中：所述转子芯的总成在放置到所
述转移模制压机中之前进行预加热；所述聚合物预成型件在放置到所述转移模制压机中之前进行预加热；所述转子芯的总成在放置到所述转移模制压机中之前进行称重并且在从所述转移模制压机中移除之后进行称重，其中将重量差与预定义重量值进行比较以确定所述腔体的填充体积；所述转子芯的总成通过机器人放置到所述转移模制压机中及从所述转移模制压机中移除；所述聚合物预成型件限定圆柱形几何形状；所述聚合物预成型件为热固性材料；所述聚合物预制件被竖直地移位，使得所述聚合物沿重力方向向远侧流动通过所述腔体；所述转子芯的总成还包括上部工具和下部工具；以及所述转子芯的所述腔体在相邻转子芯之间径向交错。
11.在本公开的另一种形式中，提供了一种将可磁化镶块固定在电转换器的芯体内的方法，所述方法包括：将转子芯的总成称重，所述可磁化镶块设置在所述转子芯的腔体内并且所述转子芯的所述腔体流体连通；预加热所述转子芯的总成；将所述转子芯的总成放置在转移模制压机中；预加热聚合物预成型件；将所述聚合物预成型件放置在所述转子芯的总成的中心部分附近；使所述聚合物预成型件移位，使得所述聚合物预成型件改变状态并且径向地然后轴向地流动通过所述转子芯的所述腔体中的每一个以形成粘结总成；从所述转移模制压机移除所述转子芯的总成；从所述转子芯的总成移除聚合物废料；以及将所述粘结总成称重。
12.在可单独地或以任何组合实现的此方法的变型中：所述转子芯的总成还包括上部工具和下部工具，其中在将所述粘结总成称重之前移除所述上部工具和所述聚合物废料；所述转子芯的总成通过机器人放置到所述转移模制压机中及从所述转移模制压机中移除；所述聚合物预成型件限定圆柱形几何形状；并且所述聚合物预成型件为热固性材料。
13.在本公开的又一种形式中，提供了一种用于将可磁化镶块固定在电转换器的转子芯内的设备，所述设备包括：上部工具，所述上部工具包括多个流道和浇口；多个堆叠转子芯，所述多个堆叠转子芯邻近所述上部工具设置，所述可磁化镶块设置在所述转子芯的腔体内并且所述转子芯的所述腔体流体连通；以及下部工具，所述下部工具邻近所述多个堆叠转子芯、与所述上部工具相对设置，其中所述下部工具包括延伸穿过所述多个堆叠转子的中心的中心心轴，所述下部工具还包括多个通气孔。所述上部工具的所述流道和所述转子芯的所述腔体流体连通，以允许聚合物在模制工艺期间径向地流动通过所述流道并轴向地流动通过所述转子芯的所述腔体，以将所述可磁化镶块固定到所述转子芯。
14.在可单独地或以任何组合实现的此设备的变型中：所述上部工具还包括顶侧流道板和底侧通气板；所述下部工具包括多个通气孔；所述转子芯的所述腔体在相邻转子芯之间径向交错；并且所述上部工具和所述下部工具限定定位特征以将所述多个堆叠转子芯定位在所述设备内。
15.根据本文中提供的描述，另外的适用领域将变得显而易见。应当理解，描述和具体示例仅意图用于说明目的，而不意在限制本公开的范围。
附图说明
16.为了可以很好地理解本公开，现在将参考附图通过举例的方式描述本公开的各种形式，在附图中：
17.图1a是应用本公开的教导的电转换器的透视图；
18.图1b是图1a的电转换器的转子芯和可磁化镶块的分解图；
19.图2是根据本公开的教导的用于将可磁化镶块固定在电转换器的转子芯内的设备的示意性横截面视图；
20.图3是根据本公开的教导构造的转子芯的总成和工具的透视图；
21.图4是图3的工具的透视图；
22.图5是根据本公开的教导构造的图4的下部工具的透视图；
23.图6是沿线6-6截取的图3的总成的横截面透视图；
24.图7是图3的总成的底部透视图；
25.图8是根据本公开的教导的示出用于熔融聚合物和热量的流动路径的转子芯的总成和工具的横截面视图；
26.图9是根据本公开的教导的示出将可磁化镶块固定在电转换器的转子芯内的方法的流程图；
27.图10a是根据本公开的教导的在模制工艺之后具有固定在其腔体内的可磁化镶块的多个转子芯的透视图；以及
28.图10b是根据本公开的教导在模制工艺之后固定在转子芯的腔体内的可磁化镶块的放大图。
29.本文中描述的附图仅用于说明目的，而并非意图以任何方式限制本公开的范围。
具体实施方式
30.以下描述本质上仅仅是示例性的并且不意图限制本公开、应用或用途。应理解，贯穿附图，对应的附图标记指示相似或对应的零件和特征。
31.参考图1a和图1b，示出了应用本公开的教导的电转换器，并且电转换器总体上由附图标记20指示。电转换器20通常包括多个转子芯30(为了清楚起见，在图1b中仅示出一个)和设置在转子芯30的腔体34内的多个可磁化镶块32。如上面所阐述的，在美国公布号2018/0287439中更详细地描述了这种电转换器20的构造，所述美国公布通过引用整体并入本文。有利地，本公开提供了一种用于将可磁化镶块32固定在转子芯30的腔体34内的创新且有效的方法和相关设备。
32.参考图2，示意性地示出了用于将可磁化镶块34固定在转子芯30内的设备，并且该设备总体上由附图标记50指示。设备50通常包括上部工具52、下部工具54以及设置在上部工具52与下部工具54之间的多个堆叠转子芯30。如图所示，可磁化镶块32设置在转子芯30的腔体34内，并且腔体34流体连通。换句话说，腔体34如图所示沿轴向方向“y”大致彼此敞开，使得粘合剂材料可在模制期间流动通过腔体34中的每一个，如下面更详细地阐述的。
33.设备50设置在转移模制压机60内，所述转移模制压机包括设置在壳体64内的柱塞62。柱塞62用于使粘合剂在模制期间移位，所述粘合剂在一个变型中为聚合物预成型件70。如图所示，聚合物预成型件70在模制之前总体上限定圆柱形几何形状或圆盘状形状。然而，应当理解，可采用其他几何形状，同时仍保持在本公开的范围内。在一种形式中，聚合物预成型件70为热固性材料，诸如(作为示例)环氧树脂。然而，应当理解，可采用其他类型的热固性材料或聚合物材料(例如，热塑性塑料)，同时保持在本公开的范围内。
34.现在参考图3至图7，更详细地示出并描述了上部工具52和下部工具54。上部工具
52包括沿顶侧流道板76连接多个流道74的流道腔体72。在一种形式中，上部工具52还包括底侧流道板78。多个浇口80从流道74延伸到腔体34。多个流道74和浇口80在聚合物预成型件70改变状态(即，从固体变为液体)之后接收并引导聚合物预成型件的流动，并且在模制工艺期间变得熔融，如下面更详细描述的。
35.下部工具54邻近多个堆叠转子芯30、与上部工具52相对设置，使得转子芯30“夹在”上部工具52与下部工具54之间。下部工具54包括中心心轴82，所述中心心轴延伸穿过多个堆叠转子30的中心(最佳地示出为延伸穿过图2中的中心)。在一种形式中，心轴82包括键槽83，所述键槽与突片31(图1b中所示)配合以将转子芯30正确定位/对准在总成内。在另一种形式中，心轴82也是“扇形的”，具有围绕其周边延伸的一系列切口77和脊79。因此，脊79提供与转子芯30的减小的接触面积，从而在模制之后从下部工具54和心轴82移除转子芯30时减小摩擦。
36.下部工具54还包括多个通气孔84，所述多个通气孔为空气在模制工艺期间逸出设备50提供通气孔。上部工具52的流道74和浇口80以及转子芯的腔体34流体连通，以允许聚合物预成型件70在模制工艺期间在由箭头“x”指示的方向上径向地流动通过流道74，然后沿方向“y”轴向地流动通过浇口80，并且然后沿方向“y”继续通过转子芯30的腔体34中的每一个，以将可磁化镶块32固定到转子芯30。
37.更具体地，并且参考图8，示出了上部工具52、下部工具54和堆叠转子芯30，以示出熔融聚合物的流动路径和用于模制工艺的加热通道(空气流)。如图所示，熔融聚合物沿流道74径向流动，然后轴向流动通过浇口80，然后流动通过转子芯30的腔体34。下部工具54和转子芯30包括沿设备50的内部部分设置的通道85，所述通道在模制工艺期间提供加热通道或用于气流的导管。
38.在一种形式中，转子芯30的腔体32在相邻转子芯之间径向交错，如图所示。此外，上部工具52和下部工具54限定定位特征以将多个堆叠转子芯30定位在设备50内。如图6和图7所示，下部工具54包括定位孔口87，所述定位孔口与转移模制压机60的特征/销(未示出)相接以定位用于模制工艺的下部工具54。类似地，上部工具52包括定位孔口89。如进一步所示，上部工具52包括任选的凹口93(其与转移模制压机60的对应特征配合，未示出)以确保设备50正确定位以进行模制。下部工具54还包括另外的孔口95，所述另外的孔口用于插入工具以将转子芯30从心轴82/下部工具54移除或推出。此外，可在下部工具54中形成一个或多个平坦部97以在转移模制压机60中进行正确的径向取向。
39.现在参考图2、图8和图9，总体上示出了将可磁化镶块32固定在转子芯30内的方法。所述方法包括将转子芯30的总成放置在转移模制压机60中，其中可磁化镶块32设置在转子芯32的腔体34内。(通常，如本文所使用的“转子芯的总成”包括转子芯30和可磁化镶块32。)如先前所阐述的，转子芯30的腔体34彼此流体连通并且与流道74和浇口80流体连通。
40.在将转子芯30的总成放置在转移模制压机60中之前，转子芯的总成30可任选地进行预加热，并且在本公开的一种形式中聚合物预成型件70也可任选地进行预加热。在另一种变型中，转子芯30的总成在放置到转移模制压机60中之前进行称重。在一种形式中，转子芯30的总成和下部工具54一起进行称重。类似地，在一种形式中，转子芯30的总成与下部工具54以及任选地上部工具52在放置到转移模制压机60中之前进行预加热。
41.聚合物预成型件70放置在转移模制压机60的壳体64中，在柱塞62下方，并且在转
子芯30的总成的中心部分88附近。替代地，聚合物预成型件70可在模制之前放置在上部工具52的顶上，在中心部分88附近。在转移模制压机60内，施加热量和转移压力，并且柱塞62向下移动以使聚合物预成型件70移位，使得聚合物预成型件70改变状态并沿方向x径向流动，然后沿方向y轴向地流动通过流道74、浇口80，并且随后通过转子芯30的腔体34。
42.由转移模制压机60向上部工具52和下部工具提供夹紧力，所述夹紧力的量值取决于转子芯30的数量和大小以及由聚合物预成型件70填充的腔体34的体积来变化。在一种形式中，下部工具54的中心心轴82是弹簧加载的，以便在夹紧时施加另外的力。在转移模制压机60内继续提供夹紧力达预定时间段，或者所有聚合物预成型件70已被柱塞62按压之后的固化时间，其为预成型件70的特定材料的函数。在一个示例中，环氧树脂材料的固化时间为120秒。此外，转移压力(由柱塞62施加)也是由聚合物预成型件70填充的腔体34的体积的函数。
43.在腔体34已被聚合物预成型件70填充之后，并且在用于固化的预定时间段之后，从转移模制压机60移除转子芯30的总成，并且从转子芯30的总成移除任何聚合物废料。任选地，在从转移模制压机60移除转子芯30的总成之后，在移除聚合物废料之后，对转子芯的总成进行称重，并将重量差与预定义重量值进行比较以确定腔体34的填充体积。如上面所阐述的，在本公开的一种形式中，用下部工具54对转子芯30的总成进行称重以确定重量差。
44.在本公开的一个变型中，通过机器人(未示出)将转子芯30的总成放置到转移模制压机60中及从转移模制压机60移除。此外，可通过机器人将聚合物预成型件70放置到转移模制压机60中。
45.在本文所示的形式中，聚合物预成型件70被竖直地移位，使得聚合物预成型件70的聚合物材料在重力方向上向远侧流动通过腔体34。然而，应当理解，转子芯30的总成和相关工具可不同地取向，诸如在水平方向上而不是如图所示的竖直方向上取向，同时保持在本公开的范围内。
46.现在参考图10a和图10b，示出了完整转子芯30，其中可磁化镶块32通过聚合物预成型件70的聚合物材料71固定在腔体34内。如图所示，聚合物材料71已在可磁化镶块32周围固化，因此在可磁化镶块32与转子芯30之间形成粘结。
47.在到达转移模制压机60之前，聚合物预成型件70被冷藏并且可在被装载到柱塞壳体64中之前在转移模制压机60附近存放一段时间。在另一种形式中，聚合物预成型件70可包括在聚合物材料的“块”或条中，并且可根据如上所述的称重步骤或其他质量检查方法从条上切下特定的体积或宽度。例如，如果腔体34未被完全填充，则可从条上切下增加体积的聚合物预成型件70以用于接下来的模制循环。
48.除非本文另有明确指示，否则指示机械/热性质、组成百分比、尺寸和/或公差或其他特性的所有数值在描述本公开的范围时应理解为由词语“约”或“大约”修饰。出于各种原因期望进行这种修饰，所述原因包括：工业实践；材料、制造和组装公差；以及测试能力。
49.如本文所使用，短语a、b和c中的至少一个应被解释为使用非排他性逻辑“或”表示逻辑(a或b或c)，并且不应被解释为表示“a中的至少一者、b中的至少一者以及c中的至少一者”。
50.本公开的描述本质上仅是示例性的，并且因此不脱离本公开的实质的变型意图在本公开的范围内。例如，虽然本公开涉及电动马达，但应当理解，本公开的教导可应用于其
他电动/电力转换器，诸如发电机。不应将此类变型视为脱离本公开的精神和范围。
51.根据本发明，一种将可磁化镶块固定在电转换器的芯体内的方法，所述方法包括：将转子芯的总成放置在转移模制压机中，所述可磁化镶块设置在所述转子芯的腔体内并且所述转子芯的所述腔体流体连通；将聚合物预成型件放置在所述转子芯的总成的中心部分附近；使所述聚合物预成型件移位，使得所述聚合物预成型件改变状态并且径向地然后轴向地流动通过所述转子芯的所述腔体；从所述转移模制压机移除所述转子芯的总成；以及从所述转子芯的总成移除聚合物废料。
52.在本发明的一个方面，所述转子芯的总成在放置到所述转移模制压机中之前进行预加热。
53.在本发明的一个方面，所述聚合物预成型件在放置到所述转移模制压机中之前进行预加热。
54.在本发明的一个方面，所述转子芯的总成在放置到所述转移模制压机中之前进行称重并且在从所述转移模制压机中移除之后进行称重，其中将重量差与预定义重量值进行比较以确定所述腔体的填充体积。
55.在本发明的一个方面，所述转子芯的总成通过机器人放置到所述转移模制压机中及从所述转移模制压机中移除。
56.在本发明的一个方面，所述聚合物预成型件限定圆柱形几何形状。
57.在本发明的一个方面，所述聚合物预成型件为热固性材料。
58.在本发明的一个方面，所述聚合物预制件被竖直地移位，使得所述聚合物沿重力方向向远侧流动通过所述腔体。
59.在本发明的一个方面，所述转子芯的总成还包括上部工具和下部工具。
60.在本发明的一个方面，所述转子芯的所述腔体在相邻转子芯之间径向交错。
61.根据本发明，一种将可磁化镶块固定在电转换器的芯体内的方法，所述方法包括：将转子芯的总成称重，所述可磁化镶块设置在所述转子芯的腔体内并且所述转子芯的所述腔体流体连通；预加热所述转子芯的总成；将所述转子芯的总成放置在转移模制压机中；预加热聚合物预成型件；将所述聚合物预成型件放置在所述转子芯的总成的中心部分附近；使所述聚合物预成型件移位，使得所述聚合物预成型件改变状态并且径向地然后轴向地流动通过所述转子芯的所述腔体以形成粘结总成；从所述转移模制压机移除所述转子芯的总成；从所述转子芯的总成移除聚合物废料；以及将所述粘结总成称重。
62.在本发明的一个方面，所述转子芯的总成还包括上部工具和下部工具，其中在将所述粘结总成称重之前移除所述上部工具和所述聚合物废料。
63.在本发明的一个方面，所述转子芯的总成通过机器人放置到所述转移模制压机中及从所述转移模制压机中移除。
64.在本发明的一个方面，所述聚合物预成型件限定圆柱形几何形状。
65.在本发明的一个方面，所述聚合物预成型件为热固性材料。
66.根据本发明，一种用于将可磁化镶块固定在电转换器的转子芯内的设备，所述设备包括：上部工具，所述上部工具包括多个流道和浇口；多个堆叠转子芯，所述多个堆叠转子芯邻近所述上部工具设置，所述可磁化镶块设置在所述转子芯的腔体内并且所述转子芯的所述腔体流体连通；以及下部工具，所述下部工具邻近所述多个堆叠转子芯、与所述上部
工具相对设置，其中所述下部工具包括延伸穿过所述多个堆叠转子的中心的中心心轴，所述下部工具还包括多个通气孔，其中所述上部工具的所述流道和所述转子芯的所述腔体流体连通，以允许聚合物在模制工艺期间径向地流动通过所述流道并轴向地流动通过所述转子芯的所述腔体，以将所述可磁化镶块固定到所述转子芯。
67.在本发明的一个方面，所述上部工具还包括顶侧流道板和底侧流道板。
68.在本发明的一个方面，所述下部工具包括多个通气孔。
69.在本发明的一个方面，所述转子芯的所述腔体在相邻转子芯之间径向交错。
70.在本发明的一个方面，所述上部工具和所述下部工具限定定位特征以将所述多个堆叠转子芯定位在所述设备内。