CN101971459A - 分瓣定子以及制造该分瓣定子的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种分瓣定子以及制造该分瓣定子的方法。制造分瓣定子(18)使得粘合剂被涂布在分瓣定子(10)的齿部(11)上以形成粘合剂层(30)，分瓣定子(10)被***下模具(21)，包含纤维状填料(31)的熔化绝缘体材料(25)被注入模具，并且上模具(22)被移动以形成绝缘体(12)。在绝缘体(12)中，纤维状填料(31)沿随机方向取向，由此提高了导热性。
Description
技术领域
本发明涉及可方便制造的用于电动机的分瓣定子以及制造该分瓣定子的方法。
背景技术
目前，存在通过层压冲压制成的钢板，然后通过树脂模注成型来成型其上安装有线圈的定子芯来制造定子芯的方法。
另一方面，还存在通过组装其上分别安装有线圈的多个分瓣芯来制造定子芯的另一种方法。在利用分瓣芯的情况下，通过使用热套环来将其组装为一体。
JP 2006-180698A揭示了一种通过在分瓣芯上成型树脂来制造分瓣定子的方法。该公开文献揭示了下述技术，其通过使得绝缘体的腔在分瓣芯与模具之间设置在分瓣芯的齿部周围，然后将包含纤维状无机增强材料的树脂注入腔内的方式制造出与分瓣芯集成为一体的绝缘体。
发明内容
但是，JP 2006-180698A揭示的技术会导致以下问题。具体而言，纤维状增强材料沿树脂流动方向取向。因此，纤维状增强材料取向使其沿绝缘体的厚度方向层积，由此导致绝缘体沿其厚度方向的导热性不佳。
特别是在要被应用于混合动力电动车辆的电动机的情况下，线圈具有较高的间隙系数(space factor)并在使用时被施加高电压。因此，绝缘体的导热性是非常重要的问题。
着眼于以上问题完成了本发明，其目的在于提供一种分瓣定子，其包括具有较高导热性的绝缘体，并提供一种制造该分瓣定子的方法。
(1)为了实现上述目的，本发明提供了一种分瓣定子，包括：分瓣芯，其具有齿部；以及绝缘体，其形成在所述齿部的外周上，使得粘合剂层布置在所述绝缘体与所述齿部之间。(2)在根据上述(1)的分瓣定子中，优选地，所述绝缘体通过树脂模制形成在所述齿部的所述外周上。(3)在根据上述(2)的分瓣定子中，优选地，所述绝缘体由包含填料的树脂材料模制而成，并且所述填料具有比所述树脂材料的导热性更高的导热性。(4)在根据上述(3)的分瓣定子中，优选地，所述填料呈非球形状。
(5)根据另一方面，本发明提供了一种制造包括分瓣芯的分瓣定子的方法，包括以下步骤：在将粘合剂涂布在所述分瓣芯的齿部的外周上之后，在所述齿部的所述外周上形成绝缘体粘合剂层。(6)在根据上述(5)的制造分瓣定子的方法中，优选地，通过树脂模制，由所述齿部的外周上的树脂材料来形成所述绝缘体。(7)在根据上述(6)的制造分瓣定子的方法中，优选地，所述树脂材料包含填料，并且所述填料具有比所述树脂材料的导热性更高的导热性。(8)在根据上述(7)的制造分瓣定子的方法中，优选地，所述填料呈非球形状。(9)在根据上述(5)至(8)的制造分瓣定子的方法中，优选地，在形成所述绝缘体之前，预先对所述粘合剂进行加热。
根据本发明的上述分瓣定子以及制造其的方法可提供以下功能及优点。
在本发明中，将粘合剂涂布至分瓣芯的齿部以形成粘合剂层，将分瓣芯***固定模具，将熔化树脂注入，然后使可移动模具移动以形成绝缘体。绝缘体的最终厚度例如约为300μm。当熔化树脂沿齿部移动时，树脂接触粘合剂层的部分的流动性降低，由此引起沿与沿齿部的方向垂直的方向的液流，即，沿与齿部的各个侧表面垂直的方向的液流。此外，当在树脂中混合的诸如纤维状无机增强材料等的各个纤维状填料的一端与粘合剂层发生接触时，纤维状填料被施加旋转力。
利用所引起的沿与齿部的各个侧表面垂直的方向的液流以及施加至纤维状填料的旋转力，纤维状填料沿与齿部的各个侧表面垂直的方向旋转或转向。当树脂从该状态被硬化时，纤维状填料在绝缘体内沿随机方向取向。
在无粘合剂层为绝缘体模制树脂的常规情况下，树脂将沿齿部的各个侧表面流动，由此所有纤维状填料都将沿齿部的各个侧表面取向。
与上述情况相反，当在形成粘合剂层的情况下为绝缘体模制树脂时，纤维状填料可沿随机方向取向。因此，沿与齿部的各个侧表面垂直的方向的导热性得到提高。
例如，用作绝缘体的树脂材料的PPS树脂具有0.2W/m·K的导热性，而填料具有30W/m·K的导热性。即使树脂包含50％的填料，上述包含填料的树脂的导热性也仅变为1W/m·K。
在使用环氧树脂作为粘合剂的情况下，其导热性为与PPS树脂相同的0.2W/m·K。如果粘合剂层形成具有30μm的厚度，则线圈与分瓣芯之间的导热性将降低那么多。换言之，因粘合剂层由具有0.2W/m·K的导热性的粘合剂形成而并非由具有1W/m·K的导热性的包含填料的树脂形成，故线圈与分瓣芯之间的导热性变低。
但是，纤维状填料沿随机方向取向，因此相较于常规绝缘体，包含纤维状填料的树脂的导热性显著增大20％至30％。因此，即使在用于混合动力电动车辆的电动机的情况下，也可通过绝缘体有效地将在线圈中产生的热量热传导至定子芯。
附图说明
图1是示出本发明的实施例中制造分瓣定子的流程的视图；
图2是示出由十八个分瓣定子构成并通过热套法装配在外环中的定子的视图；
图3是分瓣定子的剖视图；
图4是示出用于形成绝缘体的模具的结构的视图；
图5是基于在实施例中形成的绝缘体的剖面的微缩照片的视图；
图6是示出在实施例中的绝缘体材料的流动的示意性视图；
图7是示出在实施例中的绝缘体材料的流动的另一示意性视图；
图8是基于在常规示例中形成的绝缘体的剖面的微缩照片的视图；
图9是示出在常规示例中的绝缘体材料的流动的示意性视图；
图10是示出与导热性相关的数据的视图；而
图11是示出用于形成树脂模制部分的模具的结构的视图。
具体实施方式
现将参考附图来对根据本发明的分瓣定子及分瓣定子制造方法的优选实施例进行详细描述。
图1示出了制造分瓣定子的流程。分瓣定子芯(以下称为“分瓣芯”)10包括弓形轭部10a以及其上将安装线圈的齿部11。通过层叠由冲压制成的钢板来制成分瓣芯10。这里，十八个分瓣芯10将组装在一起形成圆形定子芯。示出分瓣芯10处于图1的状态(a)。在图1的状态(b)中，绝缘体12设置在分瓣芯10的齿部11的外周上。绝缘体12包括覆盖齿部11的套部12b，覆盖弓形轭部10a的齿部11之外的其他内表面并竖直延伸大于轭部10a的凸缘12a，以及从套部12b向上和向下突起的两个肋部12c。具体而言，在本实施例中，绝缘体12的各个侧壁的厚度为0.2mm至0.3mm。
图1的状态(c)示出了形成的扁绕线圈13通过绝缘体12的套部12b被安装在齿部11上。扁绕线圈13由线圈线制成，线圈线具有扁平矩形的剖面，并缠绕使得内径与齿部11的形状对应。
扁绕线圈13被布置通过凸缘12a与分瓣芯10紧密接触。扁绕线圈13通过套部12b由齿部11在横向方向上定位在适当的位置，并由绝缘体12的肋部12c在纵向方向上定位在适当的位置。因此，扁绕线圈13相对于分瓣芯10被保持在固定位置。扁绕线圈13包括从接近凸缘12a的位置向上延伸的长端13a以及从接近齿部11的前端面的位置向上延伸的长端13b。
在本实施例中，扁绕线圈13被用作完成形成的线圈。但是，只要具有完成的形状，就也可采用由例如具有圆形剖面或矩形剖面的引线构成的另一类线圈。
图1的状态(d)示出了利用树脂模制的分瓣定子18。在图中，示出处于状态(c)的扁绕线圈13附着有树脂模制部(层)14。以下将详细描述其树脂模制技术。成对的长端13a及13b伸出分瓣定子18的树脂模制部14。图3是树脂模制分瓣定子18的剖视图，示出了扁绕线圈13与树脂模制部14之间的位置关系。
扁绕线圈13安装在分瓣芯10上，使得绝缘体12介于两者之间，然后形成树脂模制部14以仅附着在扁绕线圈13的盘绕部分上。图3示出了由树脂制成的用于保持母线17(17A，17B，17C)的母线保持件16(16A，16B，16C)被紧固在分瓣芯10上的状态。对于该母线17，长端13a或13b连接为弯曲形状。
图2示出了十八个分瓣定子18组装在一起的定子19。十八个分瓣定子18被组装为圆形，并且被加热且内径膨胀的外环15被设置在分瓣定子18周围。然后，将该组件冷却至正常温度，由此导致外环15收缩，由此使其内径减小。十八个分瓣定子18然后被限制在一起以形成定子19。该技术是所谓对外环的热套装配。
然后(未图示)，利用母线保持件16中的母线17，通过向左跳过两个分瓣定子18，一个分瓣定子18的长端13a与第三分瓣定子18的长端13b连接。十八个分瓣定子18的长端13a及13b通过母线保持件16中的母线17以此方式适当连接以构成具有三相U，V，W的电动机线圈。
以下将描述根据本实施例的制造分瓣定子18的方法。图4示出了用于形成绝缘体12的模具的结构。该图是剖视图，但为了方便观察，并未绘制剖面线。
如图4所示，利用从各种构成用于沿两个、三个或四个侧方向保持工件的滑动芯中选择的合适的滑动芯，分瓣芯10被下模具21在四个侧方向保持(图中仅示出其中两个)。在该图中，具体而言，分瓣芯10被固定保持在成对下滑动芯21a及21b之间。
在外周上，即分瓣芯10的齿部11的侧表面上，形成有粘合剂层30。本实施例中使用的粘合剂是环氧树脂的水基底涂层。粘合剂层的厚度为30μm或更小。粘合剂的导热性为0.1至0.2W/m·K。从该状态开始，上模具22向下移动。上模具22包括导引芯22a以及被导引芯22a导引竖直滑动的滑动芯22b。供应装置24布置在上模具22与下模具21之间，以可移动至待命位置。
以下将描述绝缘体形成处理。
(1)在下模具21的滑动芯21a及21b通过彼此远离移动而打开的情况下，涂布有粘合剂层30的分瓣芯10被安装在两者之间。滑动芯21a及21b然后通过彼此接近移动而关闭以从其两侧将分瓣芯10保持在位。该分瓣芯10已经被预先加热直至粘合剂层30的温度达到约150℃。
(2)上模具22保持在打开位置并且供应装置24围绕齿部11移动一次以将需要的绝缘体材料25(例如包含填料的PPS树脂)的量供应进入腔K1。图4示出了供应了绝缘体材料25之后的状态。在完成了树脂的供应之后，供应装置24被移动至其待命位置。
PPS树脂在耐热性及耐化学腐蚀性方面比液晶聚酯树脂(LCP树脂)更佳。因此，在本实施例中，使用了PPS树脂。例如可从分别具有非球形状的各种填料中选择填料，例如诸如玻璃纤维的纤维状填料以及诸如晶须及滑石的板状填料。在本实施例中的填料的成分比率被确定在10wt％至70wt％的范围内。
(3)然后向下移动上模具22直至滑动芯22b与齿部11的前端面发生接触。在此情况下，分瓣芯10、下滑动芯21a及21b、导引芯22a以及滑动芯22b界定了腔K1。
(4)随后，进一步向下移动导引芯22a，由此设置了用于形成绝缘体12的具有最终形状的腔K。因此，绝缘体材料25被模制成为图1(b)所示的绝缘体12的形状。
(5)在使绝缘体材料25硬化之后，向上移动上模具22。
这里，以作为包含填料的树脂的绝缘体材料25的流动方式进行了说明。图8是示出未设置粘合剂层的常规示例的结构的视图。具体而言，图8示出了由超深彩色3D剖面测量显微镜(由KEYENCE Corporation制造，型号为VK-9500)拍摄的模制绝缘体12的剖面的微缩照片形成的视图。该树脂是PPS树脂。拍摄条件是23℃，常压，放大500倍。树脂32以分散方式包含大量纤维状填料31。在图中，上侧对应于接近绝缘体12的与齿部11的侧表面接触的表面的部分，而下侧对应于接近绝缘体12的与上模具22的导引芯22a的内表面接触的表面的部分。绝缘体材料25从左侧向右侧流动。图中的纵向长度约为200μm。从导引芯22a的内表面至齿部11的表面的距离约为300μm。视图对应于拍摄导引芯22a的内表面与齿部11的表面之间的绝缘体12的中心区域而获得的照片。
从图8发现几乎全部纤维状填料31都布置几乎与上侧平行。换言之，如图9所示，绝缘体材料25在任何位置均平行地如箭头A所示从左侧向右侧流动。因此，流动的纤维状填料趋于取向以对流动形成最小的阻力。
以下将说明在本实施例中由包含填料的树脂制成的绝缘体材料25的流动。
图5示出了本实施例的结果。具体而言，图5示出了由超深彩色3D剖面测量显微镜(由KEYENCE Corporation制造，型号为VK-9500)拍摄的模制绝缘体12的剖面的微缩照片形成的视图。该树脂是PPS树脂。拍摄条件是23℃，常压，放大500倍。树脂32以分散方式包含大量纤维状填料31。在图中，上侧对应于接近绝缘体12的通过粘合剂层30与齿部11的侧表面接触的表面的部分，而下侧对应于接近绝缘体12的与上模具22的导引芯22a的内表面接触的表面的部分。绝缘体材料25从左侧向右侧流动。图中的纵向长度约为200μm。从导引芯22a的内表面至齿部11的表面的距离约为300μm。视图对应于拍摄导引芯22a的内表面与齿部11的表面之间的绝缘体12的中心区域而获得的照片。从图5发现几乎全部纤维状填料31都沿随机方向取向。
将说明上述填料随机取向的原因。如图6所示，绝缘体材料25沿粘合剂层30的液流A3在粘合剂层30附近比沿导引芯22a的液流A2慢的多。上述不均匀的流速将导致图6中箭头B所示从较快液流A2向较慢液流A3的横向流动。因此可理解因对液流的横向力造成纤维状填料31转动，由此造成纤维状填料31的随机取向。
此外，如图7所示，其端部与粘合剂层30抵触的纤维状填料31a绕抵触端旋转。因此可理解随着纤维状填料31a的抵触，其他纤维状填料31b及31c等也成串或堆积地流动，并分别随机地改变取向。
这里，分瓣芯10被预先加热直至粘合剂层30的温度达到约150℃。因此，粘合剂变得有效并提供改进的附着强度，由此造成纤维状填料31的取向的进一步改变。
在图5中，由一些纤维状填料31从图中的上侧(即，绝缘体12接近与分瓣芯10的齿部11接触的表面的部分)至下侧(即，绝缘体12接近与导引芯22a(扁绕线圈13)接触的表面的部分)形成的虚线表示出热路径C。在纤维状填料31的导热性为30W/m·K的情况下，其是PPS树脂32的导热性0.2W/m·K的150倍。因此，可理解由纤维状填料31提供的热路径增大了整体导热性。
图10中图示出了实际测量结果。在图中，纵轴表示绝缘体12的导热性，而柱“L”表示具有常规示例的图8所示的结构的绝缘体12的导热性。将上述导热性假定为图中的“100”。
柱“M”表示具有本实施例中图5所示的结构的绝缘体12的导热性。上述导热性比导热性L高约20％至30％。
以下描述用于形成树脂模制部14的模具。如图11所示，下模具21以及下滑动芯21a及21b的结构与图4相同。上模具26的导引芯26a的结构也与图4中上模具22的导引芯22a相同。与图4的不同之处在于用于形成腔K2的滑动芯26b的下表面的构造。滑动芯26b被导引芯26a导引以竖直滑动。供应装置27被布置在下模具21与上模具26之间以可移动至待命位置。
在树脂模制处理中，在扁绕线圈13被设置在腔K2内的分瓣芯10上之后执行模制处理。因此，扁绕线圈13的长端13a及13b需要被适当地屏蔽。
以下描述树脂模制处理的细节。
(1)在下模具21的下滑动芯21a及21b通过彼此远离移动而打开的情况下，具有模制的绝缘体12的分瓣芯10被安装在两者之间。下滑动芯21a及21b然后通过彼此接近移动而关闭以从其两侧将分瓣芯10保持。分瓣芯10已经被预先加热。然后将形成的扁绕线圈13***下模具21以设置在分瓣芯10上。
(2)上模具26保持在打开位置并且供应装置27围绕齿部11(扁绕线圈13)移动一次以将形成树脂模制部14的要求量的树脂模制材料28供应进入腔K2。图11示出了已经供应了树脂模制材料28的状态。在完成了树脂供应之后，将供应装置27移动至其待命位置。
(3)向下移动上模具26直至滑动芯26b与齿部11的前端面发生接触。在此状态下，分瓣芯10、下滑动芯21a及21b、导引芯26a以及滑动芯26b界定了腔K2。
(4)随后，使上模具26的导引芯26a进一步向下移动，由此形成用于形成树脂模制部14的具有最终形状的腔K2。腔K2包括扁绕线圈13并比腔K1更大。以此方式，树脂模制材料28被供应进入腔K2并且被模制成为图1(d)所示的树脂模制部14的形状。
(5)在树脂模制材料28被硬化之后，向上移动上模具26。
如上所述，根据本实施例的分瓣定子18，将粘合剂涂布在分瓣芯10的齿部11的侧表面上以形成粘合剂层30，将分瓣芯10***下模具21，注入熔化绝缘体材料25，然后向下移动上模具22以形成绝缘体12。绝缘体12的最终厚度约为200μm至300μm。当熔化树脂沿齿部11的各个侧表面流动时，接触粘合剂层30的树脂的流动性降低。因此，使得树脂沿与平行于齿部11的各个侧表面的方向垂直的方向(即，沿与齿部11的各个侧表面垂直的方向)流动。此外，在绝缘体材料25中混合的诸如纤维状无机增强材料等的一些纤维状填料31的一个端部可接触或抵触粘合剂层30，由此向纤维状填料31施加旋转力。
通过所引起的沿与齿部11的各个侧表面垂直的方向的液流以及向一些纤维状填料31施加的旋转力，使得上述纤维状填料31沿与齿部11的各个侧表面垂直的方向旋转。在此状态下，绝缘体材料25被硬化，由此纤维状填料31在形成的绝缘体12中随机取向。
这里，分瓣芯10被预先加热直至粘合剂层30的温度达到约150℃。因此，粘合剂变得有效并提供改进的附着强度，由此造成纤维状填料31的取向的进一步改变。因此，可以进一步增大绝缘体12的导热性。
在不存在粘合剂层30的情况下模制绝缘体材料25的常规情况下，绝缘体材料25趋于沿齿部11的各个侧表面流动。因此，如图8所示，全部纤维状填料31均平行于齿部11的各个侧表面取向。
另一方面，在存在粘合剂层30的情况下，如图5所示，纤维状填料31沿随机方向取向。因此，可以增大在分瓣芯10与扁绕线圈13之间沿与齿部11的各个表面垂直的方向的导热性。
例如，PPS树脂的导热性为0.2W/m·K，而纤维状填料31的导热性为30W/m·K。即使在绝缘体材料25包含50％的纤维状填料31的情况下，包含填料的树脂的导热性也仅为1W/m·K。
在使用环氧树脂作为粘合剂的情况下，其导热性为与PPS树脂相同的0.2W/m·K。如果粘合剂层30形成例如具有30μm的厚度，则分瓣芯10与扁绕线圈13之间的导热性就降低那么多。换言之，因粘合剂层30由具有0.2W/m·K的导热性的粘合剂形成而并非由具有1W/m·K的导热性的包含填料的树脂形成，故分瓣芯10与扁绕线圈13之间的导热性(绝缘体12及粘合剂层30的整体导热性)变低。
但是，因为纤维状填料31沿随机方向取向，故如图5所示形成热路径。因此，包含纤维状填料的树脂的导热性大大提高。如图10所示，整个绝缘体12的导热性比常规绝缘体12增高20％至30％。因此，即使在用于混合动力电动车辆的电动机的情况下，也可通过各个绝缘体12有效地将在线圈中产生的热量热传导至各个分瓣芯10。
在本实施例中，粘合剂层30的厚度为30μm。替代地，只要粘合剂层30能够具有均匀厚度，就可将粘合剂层30形成的较薄。上述较薄的厚度允许整体增加导热性(分瓣芯10与扁绕线圈13之间)。
本发明并不限于上述实施例，在不脱离其实质的前提下可以其他具体形式实施。
例如，在上述实施例中，使用了环氧树脂的水基底涂层。替代地，只要具有足以降低PPS树脂的流动性并使纤维状填料31的端部粘至粘合剂层30以向纤维状填料31施加旋转力的粘性，就可以使用其他粘合剂。
在上述实施例中，将作为热塑性树脂的PPS树脂用作绝缘体材料25。也可利用热硬化树脂通过注塑成型来实施本发明。
尽管描述的上述实施例使用了纤维状填料31，但使用板状填料可提供与上述相同的优点。
尽管描述的上述实施例使用了纤维状填料31，但也可采用任意其他类型的填料，例如呈棒状的填料以及具有椭圆剖面形状的填料。
上述分瓣芯10具有单一扁绕线圈13。替代地，可以利用树脂来整体地模制(涂布)具有两个齿部11以及分别安装在各个齿部11上的两个扁绕线圈13的分瓣芯。可利用树脂来整体地模制具有三个齿部11以及分别安装在各个齿部11上的三个扁绕线圈13的另一分瓣芯。
如上述实施例所述，扁绕线圈可由具有圆形剖面、方形剖面或其他形状剖面的引线制成。线圈仅需具有完成形成的形状。
Claims (9)
1.一种分瓣定子，包括：
分瓣芯，其具有齿部；以及
绝缘体，其形成在所述齿部的外周上，使得粘合剂层布置在所述绝缘体与所述齿部之间。
2.根据权利要求1所述的分瓣定子，其中，
所述绝缘体通过树脂模制形成在所述齿部的所述外周上。
3.根据权利要求2所述的分瓣定子，其中，
所述绝缘体由包含填料的树脂材料模制而成，并且
所述填料具有比所述树脂材料的导热性更高的导热性。
4.根据权利要求3所述的分瓣定子，其中，所述呈非球形状。
5.一种制造包括分瓣芯的分瓣定子的方法，包括以下步骤：
在将粘合剂涂布在所述分瓣芯的齿部的外周上之后，在所述齿部的所述外周上形成绝缘体。
6.根据权利要求5所述的制造分瓣定子的方法，其中，通过树脂模制，由所述外周上的树脂材料来形成所述绝缘体。
7.根据权利要求6所述的制造分瓣定子的方法，其中，
所述树脂材料包含填料，并且
所述填料具有比所述树脂材料的导热性更高的导热性。
8.根据权利要求7所述的制造分瓣定子的方法，其中，所述呈非球形状。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的制造分瓣定子的方法，其中，在形成所述绝缘体之前，预先对所述粘合剂进行加热。
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