專利名稱：包覆模制的液體冷卻三堆疊馬達的制作方法
包覆模制的液體冷卻三堆疊馬達相關申請本申請要求于2009年4月3日提交的美國臨時申請No. 61/166401的權益，該臨時申請的整體內容通過引用結合于此。

發(fā)明內容
本發(fā)明為使用整體的水冷或風冷殼體的由三堆疊定子和三區(qū)段轉子組件形成的液體冷卻或風冷的無刷直流馬達。


圖1是馬達的部件的分解透視圖。圖2示出定子的部件的更多細節(jié)。圖3是更具體地示出帶有風冷殼體的定子和轉子的分解圖。圖4是電動馬達的風冷外殼的立體圖。
具體實施例方式本申請通過引用結合于2007年5月7日提交的名稱為“Electric Machine Having Segmented Mator”的美國專利申請No. 11/800716和于2007年5月7日提交的名稱為 "Crimped Rotor for an Electric Brushless Direct Current Motor，，的共同未決美國專利申請No. 11/800715以及于2007年7月13日提交的名稱為“Automatic Winder for an Inside Brushless Stator” 的共同未決美國專利申請 No. 11/827830。下文描述本發(fā)明的示例性的實施方式?，F(xiàn)在將更加具體地描述圖1、圖2、圖3和圖4所示的馬達的各部件。下面每個編號的段落描述一個在附圖中具有附圖標記的部件，但是在不同的附圖中使用不同的附圖標記表示相同的部件。1.主馬汰殼體。如下文更詳細地描述的，該殼體由單個鋁條1、37制成。它可以被構造成殼體具有端口以對馬達驅動器進行水冷的水冷殼體1，或者可以是風冷殼體37。它是作為馬達的其余部分的建造基礎的框架。主馬達殼體1可以由截面為4"方形的鋁條制成。為了安裝實際上比殼體的孔徑大005-006"的定子9，殼體被加熱到華氏500°以上。 這使得鋁膨脹至比定子9的外徑更大的孔徑從而能夠安裝定子。當冷卻時存在.005"的過盈配合。該過程有時被稱為“冷縮配合”。在本應用中，干涉使得部件之間具有最佳的熱傳遞，并且在高達遠超過組件的期望溫度的溫度下保持定子9。在該特定過程中定子外徑是精確和最佳熱傳遞的基礎。2.相位樽塊。該模塊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的兩個額外的模塊。它們有時被稱為驅動器，但是在沒有數(shù)字信號處理器(DSP)板7 的情況下是不完整的驅動器。從每個模塊出來五個跨接線(jumper)2A。因為兩個是連接的，所以它們被認為是四個導體。參照圖1，相位模塊2從“后”往“前”標記為正極、定子引線、“y”連接(也稱為“星形”連接)、以及負極。在圖1的馬達中，驅動器由來自主馬達殼體的冷卻液直接水冷。密封件15被設置成防止冷卻液泄漏。所有三個相位模塊2基本相同。朝上的導體2A( S卩引線、跨接線)焊接至匯流條3(即馬達引線)和“y”條4。兩個朝下的導體焊接至下方的定子終端9A。3.匯流條。有時被稱為馬達引線，這兩個匯流條3向三個相位模塊分配功率。4. “Y”連接匯流條。該匯流條4將三個定子的一個終端連接在一起。以原理圖繪出時，電路看起來像“Y”。5.匯流條防振動底座。這些高溫橡膠套管5對匯流條中由于馬達高速諧振而引起的振動進行緩沖。6.匯流條絕緣層。這些高溫塑料絕緣層6支撐三個匯流條3、4和DSP板7。匯流條3、4和DSP板7不需要緊固件即卡扣就位。絕緣層在匯流條安裝之前即時配合在主殼體 1、37的波紋形凹部中。沒有緊固件。當安裝時頂蓋對絕緣層進行保持。7. DSPfe0 DSP板有時被稱為驅動器板，但是技術上在相位模塊上方的板是驅動器板。該DSP板7將三個相位模塊和霍爾整流器8電子聯(lián)接。DSP表示數(shù)字信號處理器。該微處理器可以被編程以修正、限制或最大化馬達性能。8.霍爾整流器線組。該組件8包括三個霍爾傳感器、霍爾互連電路板、帶狀電纜、 以及在被稱為包覆模制或嵌件模制的注射模制工藝中繞著組件8形成的硬橡膠殼。該傳感器裝配技術是為了便于最終組裝、保護傳感器和電路以及傳感器定位的精確性而開發(fā)的。 該組件能自定位并且通過一個螺釘緊固。也可以使用卡扣組件，但是由于與組件中諧振馬達振動相關聯(lián)的風險這并不是優(yōu)選的。9.包覆樽制的定子相位。定子9通常是相繼地激活和極化以在轉子上引起軸向扭矩的電磁繞組的陣列。通過接通和斷開電磁繞組和改變磁場的極性，電磁繞組接納或排斥轉子10的永磁體(圖3中的25)。這是基于簡單的條形磁體的北極和南極被相反的極性吸引而被相同的極性排斥的現(xiàn)象。也就是術語“異性相吸”。在該三堆疊馬達中，與多相位或多極定子不同，給定的定子9的所有的電磁繞組同時激活。該組件包括硅鐵的層壓堆疊圖2中34、用于保護電磁線不接觸尖角的兩個繞組插入件圖2中33、用于與周圍金屬隔離的聚對二甲苯外層、用于將線束連接至相位模塊導體的兩個定子終端9A、若干電磁線導體繞束36、以及高溫包覆模圖2中32、玻璃強化的熱塑塑料。圖2所示的包覆模32為了示意而被“拆下”，但是實際上是不能拆下的。它注射模制經(jīng)過組件。在包覆模32的端部具有在安裝期間和安裝后對準和聯(lián)接定子9的定位特征， 例如銷和空腔特征。前馬達罩11也具有銷特征。在馬達溫度允許殼體釋放定子和/或轉矩超過可想到水平的不太可能的情況下，這些特征會保持定子9的徑向定向，直至這些狀況平息。銷特征的主要目的是在冷縮配合操作期間準確地對準定子。與電磁線上的清漆相反，包覆模制的塑料有效地將熱量從定子9和電磁繞組傳導走，所述熱量會使得電阻上升。 出于制造方便、電對稱考慮以及組裝方便，定子9優(yōu)選地例如無徑向偏置地排成直線。兩個繞組插入件33在定子9繞線之前壓配合到定子層壓堆疊34的端部。繞組插入件33為注射模制并且優(yōu)選地由高溫玻璃加強熱塑塑料制成。繞組插入件33的目的是在繞線過程中保護電磁繞組36和保持電磁繞組36的定位直至被包覆模制。在該優(yōu)選的實施方式中，向定子9施加例如聚對二甲苯膜的外層以保護定子槽9B中的電磁線。在另一種實施方式中，包覆模制的過程將包括將經(jīng)過定子槽9B的繞組插入件33包覆模制在包覆模中， 通過在內徑上沒有暴露的金屬，包覆模能夠在繞線過程中更好地保護銅線，從而消除外層和壓組裝。繞組插入件33與專門的繞線設備結合，允許在沒有損壞線外層的風險下繞定子指部拉線束。這可使端部匝的長度最小。為了示意電磁繞組36也被示為“拆下”，但是實際上并不能被拆下。它們被機械繞線經(jīng)過組件。附接至定子終端9A的線束由34個帶有諸如聚亞酰胺絕緣外層的外層的銅電磁線的單獨導體制成。在本組件中它們通過專門的繞線設備一次繞線34，但是34并不必要是一個限制。電磁線可以以與定子槽9B的容積直接對應的量容納在定子槽9B中。在圖中沒有示出單獨的線。但是，應當理解，這代表組件中能夠由電磁線占據(jù)的區(qū)域。雖然定子槽9B中大量的線是最佳的，定子槽9B外的“端部匝”或形成的環(huán)以及馬達驅動器2與定子槽9B內部的線之間的任何導體會增加電阻并且為了減小電阻需要被保持為較短和/或截面較大。在上述包覆模制和組裝操作，具體來說是塑料注射定子包覆模32、繞組插入件包覆模33、層壓定子組件34和電磁線繞組36的包覆模制和組裝的結束，整個定子9被再次包覆模制以減少空氣空間，提高熱傳導率和提高密閉性能，如最終的定子組件35所示。10.轉子組件。三個轉子磁體10組件被包覆模制并且使用機加工在轉子軸中的對準凹槽定位成20度間隔。本設計的獨特特征是圖2中的中央磁體組件25、26的定向。該組件的磁極性與另兩個精確地相對。該發(fā)明特征使得電對稱，因此使得定子引線的長度可以最小。該實踐的替代是將定子的極性反轉。這會使得部件的電布置、組裝和制造復雜，并且導致電路中的電阻更大。冷卻推動器包覆模制在每個磁體組件中。磁體優(yōu)選地為釤鈷磁體。它們的外徑被磨削。在安裝后確保適當?shù)钠胶夂统叽缇?。定子組件在裝置之前被平衡。11.前馬汰罩。該罩11由高溫熱塑塑料制成并且支撐轉子軸密封件18、傳動密封件17、匯流條3和4，并且?guī)椭３洲D子組件10。它由三個機械螺釘固定。12.頂馬達罩。該罩12也是由高溫熱塑塑料制成并且優(yōu)選地是對稱的，并且在應用要求匯流條3和4和/或通信電纜或接近端口從馬達的后部出口的情況下能夠以反轉的位置安裝。13.后馬汰罩。該罩13也是由高溫熱塑塑料制成并且通過三個機械螺釘安裝，并且也能夠支撐匯流條3和4。它是密閉封裝件的一部分，但是沒有后馬達罩馬達也能夠操作。14.后罩密封。后罩密封14可以由高溫注射模制橡膠制成。它也密封匯流條或者具有替代的栓。根據(jù)匯流條3和4的出口，前罩密封16和后罩密封14可以是可互換的。15.頂罩密封。頂罩密封15可以是高溫注射模制橡膠。左、右和前至后都可以是可互換的。16.前罩密封。前罩密封16可以由高溫注射模制橡膠制成。它也密封匯流條或者具有替代的栓。根據(jù)匯流條3和4的出口，前罩密封16和后罩密封14可以是可互換的。17.傳動密封。傳動密封是高溫橡膠0型圈并且密封接觸的傳動液。18.轉子軸密封。轉子軸密封18可以是高溫、高磨損、彈簧加載的唇形密封。它在轉子軸10靜止并且不附接至傳動器時完成密閉封裝并且防止傳動液進入馬達。
6
19.冷卻液擋板。冷卻液擋板19常用于注射模具中以使得冷卻液循環(huán)和冷卻殼體。20. l/8npt栓。該栓20是用于十字鉆孔的冷卻液孔的栓。21.機械螺釘。機械螺釘21用于保持馬達罩。22. MM^該機加工的襯套部件22通過緊固塑料罩的所有機械螺釘安裝以限制塑料上的壓迫并且防止蠕變應變和裂縫。23.樽塊密封。模塊密封23可以是高溫注射模制橡膠。模塊密封23在被放置在冷卻液的空腔上時密封模塊。24.銷頭部。這六個銷頭部部件M各自具有承載電路板2之間的電信號的五個導體。它們取代會使得電子組件雜亂化的昂貴的電纜。圖3是定子9和轉子10子組件的更加放大視圖。在左上角是轉子軸組件的截面圖26，示出轉子磁體組件25的相對徑向位置。由此，理解中央磁體組件的定向精確地與另兩個相對。這使得控制器模塊到定子的弓I線能夠盡可能得短。在圖3的右下角示出三相定子組件9從各自的殼體拆下的視圖。在該視圖中塑料的包覆模32和線被從層壓定子組件34移除以更好地示出定子槽9B的體積，該體積約為傳統(tǒng)馬達中定子槽體積的三倍。圖4示出電動馬達的另一種實施方式，其殼體的外表面上具有風冷葉片。雖然參照示例性的實施方式特別描述和示出了本發(fā)明，但是本領域技術人員將理解，在不脫離權利要求書所包含的本發(fā)明的范圍的情況下可以在形式和細節(jié)上進行多種變化。
權利要求
1.一種直流電動馬達，包括殼體；三個在電和機械上獨立的定子區(qū)段，其設置在所述殼體中，并且獨立地連接至馬達驅動相位模塊以順序地被控制器電路激活；三階轉子組件，其具有中央轉子元件和兩個端部轉子元件，所述中央轉子元件的磁定向處于與所述端部轉子元件的磁定向相對的相位；以及馬達驅動器電路，其與所述殼體一體地設置，所述馬達驅動器電路包括三個分離的馬達驅動相位模塊，每個馬達驅動相位模塊電聯(lián)接至所述獨立的定子區(qū)段中的相應一個。
2.根據(jù)權利要求1所述的直流電動馬達，其中，所述三個在電和機械上獨立的定子區(qū)段中的每個包括包覆模。
3.根據(jù)權利要求2所述的直流電動馬達，其中，所述包覆模是注射模制的塑料。
4.根據(jù)權利要求2所述的直流電動馬達，其中，所述三個在電和機械上獨立的定子區(qū)段中的每個包括在所述定子區(qū)段的端部的繞組插入件；且其中所述包覆模覆蓋所述繞組插入件以及在所述繞組插入件上和定子槽中的線繞組。
5.根據(jù)權利要求2所述的直流電動馬達，其中，每個包覆模包括能夠保持所述定子在所述殼體中的徑向定向的定位特征。
6.根據(jù)權利要求1所述的直流電動馬達，其中，所述三個在電和機械上獨立的定子區(qū)段中的每個包括在所述定子上的保護所述定子槽內的線繞組的外層。
7.根據(jù)權利要求1所述的直流電動馬達，其中，所述三個在電和機械上獨立的定子區(qū)段中的每個包括所述定子區(qū)段的包覆模以保護定子槽中的線繞組。
8.根據(jù)權利要求1所述的直流電動馬達，還包括設置在所述殼體中的數(shù)字信號處理器。
9.根據(jù)權利要求8所述的直流電動馬達，其中，所述數(shù)字信號處理器設置在所述殼體中鄰近所述馬達驅動器電路的電路板上；且其中所述三個分離的馬達驅動相位模塊中的每個通過銷頭部電聯(lián)接至所述電路板上的數(shù)字信號處理器。
10.根據(jù)權利要求9所述的直流電動馬達，其中，所述數(shù)字信號處理器可編程以控制到所述三個分離的馬達驅動相位模塊的每個的功率信號。
11.根據(jù)權利要求1所述的直流電動馬達，還包括能夠將功率分配給所述三個分離的馬達驅動相位模塊的至少一個匯流條。
12.根據(jù)權利要求1所述的直流電動馬達，其中，所述殼體包括風冷片。
13.根據(jù)權利要求1所述的直流電動馬達，其中，所述殼體包括能夠使冷卻液在所述馬達中循環(huán)的有端口的護套。
14.一種用于電動馬達的定子組件，包括柱形定子，所述柱形定子的內周包括多個定子槽；至少一個線繞組，其繞所述多個定子槽纏繞；以及包覆模，其能夠覆蓋所述線繞組和所述柱形定子的至少一部分。
15.根據(jù)權利要求14所述的定子組件，其中，所述包覆模為注射模制的塑料。
16.根據(jù)權利要求14所述的定子組件，還包括在所述柱形定子的端部的繞組插入件；其中，所述至少一個線繞組繞所述多個定子槽和所述繞組插入件纏繞；且還包括能夠覆蓋所述線繞組和所述柱形定子的至少一部分以及所述繞組插入件的至少一部分的包覆模。
17.根據(jù)權利要求14所述的定子組件，其中，所述包覆模包括能夠保持定子在殼體中的徑向定向的定位特征。
18.根據(jù)權利要求14所述的定子組件，還包括至少在所述定子槽上的保護所述定子槽內的線繞組的外層。
19.根據(jù)權利要求14所述的定子組件，還包括所述定子區(qū)段的包覆模以保護定子槽中的線繞組。
20.根據(jù)權利要求14所述的定子組件，其中，所述定子組件是沿著共有的中央軸線彼此縱向偏置的多個定子組件。
21.根據(jù)權利要求20所述的定子組件，還包括 殼體，其能夠支撐所述柱形定子；轉子，其設置在所述多個柱形定子組件中；以及設置在殼體中的馬達驅動器電路，所述馬達驅動器電路包括三個分離的馬達驅動相位模塊，每個馬達驅動相位模塊電聯(lián)接至獨立的定子組件中的相應一個。
22.一種制造定子組件的方法，包括提供柱形定子，柱形定子的內周上包括多個定子槽；繞所述多個定子槽纏繞至少一個線；以及在至少一個線繞組和所述柱形定子的至少一部分上提供包覆模。
23.根據(jù)權利要求22所述的制造定子組件的方法，其中，所述包覆模為注射模制的塑料；且其中提供包覆模包括將包覆模注射模制在線繞組和所述柱形定子的至少所述部分上。
24.根據(jù)權利要求23所述的制造定子組件的方法，還包括將繞組插入件卡扣配合在所述柱形定子的端部上；其中，纏繞至少一個線包括將至少一個線繞所述多個定子槽和所述繞組插入件纏繞;且其中，提供包覆模包括在所述至少一個線繞組和所述柱形定子的至少一部分和所述繞組插入件的至少一部分上提供包覆模。
25.根據(jù)權利要求22所述的制造定子組件的方法，還包括在纏繞至少一個線之前向柱形定子施加外層。
26.根據(jù)權利要求25所述的制造定子組件的方法，其中施加外層包括包覆模制所述外層。
全文摘要
一種使用整體的水冷或風冷殼體以及包覆模制技術的由三堆疊定子和三區(qū)段轉子組件形成的液體冷卻或風冷的無刷直流馬達。
文檔編號H02K7/00GK102428630SQ201080022065
公開日2012年4月25日 申請日期2010年4月5日 優(yōu)先權日2009年4月3日
發(fā)明者約瑟夫·M·利西克, 羅伯特·M·瓊斯 申請人:羅伯特·M·瓊斯