转子组件的生产工艺、转子组件及感应电机

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体涉及一种转子组件的生产工艺、转子组件及感应电机。

背景技术

单档齿轮箱/变速箱因其结构简单、成本低和传动效率高等优点，广泛应用于新能源汽车中。当单档齿轮箱/变速箱中的齿数比越大时，其扭矩越大，使得单档齿轮箱/变速箱对新能源汽车的感应电机有较高的要求。

在现有的感应电机中存在如下问题：

1、转子与定子之间具有较大气隙，使得感应电机需要较大的励磁电流，扭力值较小，导致感应电机的功率因数较小。

2.转子和定子的气隙采用冲压的方式成型，当气隙较小时，采用冲压的方式形成气隙的加工难度较大，容易导致冲压模具的模头常损毁。

3.当转子中的转子槽为开放式槽孔时，转子槽内的导体条的抗离心力的性能较差，在感应电机高速转动的过程中，转子组件具有较大的离心力，导致导体条容易在离心力的作用下从转子槽中滑脱，进而损毁电机。

发明内容

为改善现有感应电机的功率因数较小且加工难度大差的问题，本发明提供了一种转子组件的生产工艺、转子组件及感应电机。

根据本发明的实施例，第一方面提供了一种转子组件的生产工艺，包括制作转子本体和包裹碳纤维层；

所述制作转子本体包括：先在转子冲片上冲压形成转子槽，并使所述转子冲片的外径留有加工余量；然后将冲压后的所述转子冲片堆叠形成转子铁芯；接下来在所述转子槽中设置导体条以及在所述导体条的两端设置端环；最后在转子铁芯中穿设转轴并使用车/磨床加工所述转子铁芯的外周壁，使得所述转子铁芯的尺寸满足安装要求；

所述包裹碳纤维层包括将碳纤维丝线缠绕于所述转子铁芯的外周壁，并在所述碳纤维丝的外侧注胶以形成所述碳纤维层。

在一些实施例中，所述包裹碳纤维层还包括在缠绕碳纤维丝的操作之前缠绕耐高温胶带，所述耐高温胶带缠绕于所述转子铁芯的外周壁和所述端环的外周壁。

在一些实施例中，所述缠绕碳纤维丝的操作在低温环境下进行，该低温环境为-5℃至25℃。

在一些实施例中，在所述缠绕碳纤维丝的操作中，实时检测所述碳纤维丝的张力，使得所述碳纤维丝的张力在缠绕过程中保持一致。

在一些实施例中，所述注胶的操作包括将缠绕有所述碳纤维丝的转子本体放入注胶模具中；然后在所述注胶模具中注入添加低温催化剂的环氧树脂；接下来将胶体转移至真空及高温环境下烘烤,以使所述碳纤维丝定型形成碳纤维层；最后将所述碳纤维层脱模；

所述高温环境的温度为65℃-100℃，固化的胶体能够适应-70℃至200℃的工作环境。

在一些实施例中，所述包裹碳纤维层还包括在注胶的操作前将碳纤维经纬布包裹于缠绕的碳纤丝上。

在一些实施例中，所述注胶模具包括外筒体、型腔套和压环，所述外筒体的顶部呈敞口状，所述外筒体的底部用以支撑转子本体的一端环，所述外筒体的底部开设有通孔以供所述转轴穿过；所述压环可拆卸的设于外筒体的顶部，用以配合所述外筒体的底部压紧所述转子本体的另一端环；所述型腔套可拆卸的设于所述外筒体的内侧，所述型腔套的内周壁用以与缠绕的碳纤维丝之间形成灌封腔。

在一些实施例中，所述压环上开设有注胶孔以向所述灌封腔中注入胶体，所述型腔套的顶部的内周壁形成对应所述注胶孔形成有倾斜的缺口，所述该缺口用以引导胶体进入所述灌封腔。

根据本发明的实施例，第二方面提供了一种转子组件，该转子组件采用前述的生产工艺制成。

根据本发明的实施例，第三方面提供了一种感应电机，所述感应电机包括前述的转子组件以及套设于所述转子组件上的定子组件。

在一些实施例中，所述定子组件包括定子铁芯，所述转子铁芯的外周壁与所述定子铁芯的内周壁的间距为1mm-3mm；所述碳纤维层的外周壁与所述定子铁芯的内周壁的间隙为0.5mm-1mm。

采用本发明的生产工艺制造的转子组件的具有如下优点：

1.转子本体与定子组件的间距采用车/磨床的工序代替传统的冲压工序，能够使定子组件和转子本体的制造更加简单，有效改善冲压模具的模头常损毁的问题。

2.碳纤维层具有良好的稳定性且抗变形能力较强，能够有效减小转子组件与定子组件的气隙，从而降低感应电机的对励磁电流的需求，增大感应电机的扭力值，降低感应电机的发热量，进而增加感应电机的功率因数。

3.当转子槽为开放式槽孔时，碳纤维层能够提升转子组件的抗离心力的性能，避免导体条在离心力的作用下脱离转子槽，保证导体条安装的稳定性。

附图说明

图1为本实施例的感应电机的剖面结构示意图；

图2为图1中A处的局部放大结构示意图；

图3为转子槽为封闭槽孔的结构示意图；

图4为缠绕有碳纤维丝的转子本体注胶时的结构示意图。

图中，定子冲片10；定子槽11；转子冲片20；转子槽21；转子铁芯22；端环23；转轴24；碳纤维层30；外筒体41；型腔套42；压环43；注胶孔44；缺口45；第一密封圈46；第二密封圈47；第三密封圈48。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想。

本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

本说明书中所引用的如“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”、“纵向”、“横向”、“水平”、“内”、“外”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，亦仅为了便于简化叙述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，本实施例公开了一种感应电机，该感应电机包括定子组件、可转动的设于定子组件内侧的转子组件。该转子组件包括转子本体以及包裹转子本体的碳纤维层30。

本实施例的转子本体具体包括转轴24、固定套设于转轴24上的转子铁芯22以及沿轴向穿设于转子铁芯22上的导体条(图中未示出)。转子铁芯22由多块环形的转子冲片20沿轴向堆叠而成，转子冲片20沿其轴向开设有转子槽21以容纳导体条。如图2所示，本实施例的转子槽21优选为开放式槽孔，该开放式槽孔具体是指，转子槽21的开口贯穿转子冲片20的外周壁。需要说明的是，如图3所示，本实施例的转子槽21也根据需求设计为封闭式槽孔，由于开放式转子槽21和封闭式转子槽21的形状多样化，且均为现有技术，本实施例不再赘述。

本实施例的定子组件具体包括定子铁芯以及设于铁芯上的绕组，定子铁芯套设于转子铁芯22的外侧。定子铁芯由多块环形的定子冲片10沿径向堆叠而成，定子冲片10沿其轴向开设有定子槽11，定子槽11用以容纳导线(图中未示出)，定子槽11之间形成的齿部用以供导线缠绕形成绕组。

本实施例的碳纤维层30包裹转子铁芯22的外周壁，碳纤维层30不但能够用作转子铁芯22的外周壁上的保护层以防磕碰，还能够有效减小定子组件与转子组件之间的气隙。当转子槽21为开放式槽孔时，碳纤维层30能够覆盖转子槽21的开口，使得碳纤维层30能够配合开放式转子槽21对导体条限位，提升转子组件的抗离心力的性能，避免转子槽21中的导体条在离心力的作用下脱离转子槽21，保证导体条安装的稳定性。

本实施例的感应电机的生产工艺具体包括制造定子组件、制造转子组件、包裹碳纤维层30以及装配定子组件和转子组件。在制造定子组件的过程中，先在定子冲片10上冲压形成定子槽11，并使定子冲片10的内径和外径满足安装要求；然后将冲压后的定子冲片10堆叠形成定子铁芯；最后在整个定子铁芯的定子槽11中嵌设绕组。

制造转子组件具体包括制作转子本体和包裹碳纤维层30的步骤，制作转子本体具体包括：首先在转子冲片20上冲压形成转子槽21，并使转子冲片20的外径留有加工余量；然后将冲压后的转子冲片20堆叠形成转子铁芯22；接下来在转子槽21中设置导体条以及在导体条的两端设置端环23；最后在转子铁芯22中穿设转轴24并使用车/磨床加工转子铁芯22的外周壁，使得转子铁芯22的尺寸满足安装要求。

本实施例设置导体条可选择将成型的导体条插设于转子槽21中，也可以选择使导体条在转子槽21中铸造成型，导体条的材质可根据需求选择铜或者铝。在开放式转子槽21中铸造导体条时，有助于改善铸造过程中产生气孔的缺陷。需要说明的是，插接成型的导体条或者在槽中铸造导体条的方法均为现有技术，本实施例不再赘述。

在包裹碳纤维层30的过程中，将碳纤维丝线紧固缠绕于转子铁芯22的外周壁，并在碳纤维丝的外侧注胶以形成碳纤维层30。在装配定子组件和转子组件的过程中，将转子组件可转动的穿设于定子组件的内侧。

在感应电机的生产工艺中，转子本体与定子组件的间距采用车/磨床的工序代替传统的冲压工序，定子铁芯和转子铁芯22转子通过冲压模具形成定子铁芯上的定子槽11以及转子铁芯22上的转子槽21，无需考虑转子铁芯22的外周壁与定子铁芯的内周壁的间距。本实施例能够使定子组件和转子本体的制造更加简单，有效改善冲压模具的模头常损毁的问题。由于传统的转子的刚性较差，其在工作过程中极易变形，因此需要在转子与定子之间留出较大的间隙以适应变形量。本实施例的碳纤维层30具有较大的刚性，其抗形变能力强，稳定性较好，转子组件和定子组件之间留有较小的间隙也能够正常工作。因此可选择缩小转子组件与定子组件的间隙，以减小转子组件与定子组件的气隙，从而降低感应电机的对励磁电流的需求，增大感应电机的扭力值，进而增加感应电机的功率因数。

具体参见图2，在本实施例中，车/磨床加工后的转子铁芯22的外周壁与定子铁芯的内周壁的间距L1优选为1mm-3mm，该间距能够保证定子组件与转子本体的距离较近，有助于保证感应电机具有较大的功率因数。

本实施例的碳纤维层30的外周壁与定子铁芯的内周壁的间隙L2优选为0.5mm-1mm。因碳纤維丝线的强度高且具有较好的热稳定性，使得碳纤维层30不易因温度变化而发生热胀冷缩，保证碳纤维层30与定子铁芯的间隙的尺寸稳定，使得碳纤维层30能够跟随转子本体相对定子组件转动。由于装配定子组件和转子组件的方法为现有技术，本实施例不再赘述。

本实施例的包裹碳纤维层30还包括在缠绕碳纤维丝的操作之前缠绕耐高温胶带，该耐高温胶带缠绕于转子铁芯22的外周壁和端环23的外周壁，用以防止注胶时的胶体进入到转子冲片20两侧的间隙。本实施例的耐高温胶带优选用铁弗龙胶带，其具有较好的耐高温特性。缠绕碳纤维丝的操作优选在低温环境下进行，本实施例的低温环境优选为-5℃至25℃，低温环境使转子铁芯22遇冷收缩，方便将碳纤维丝紧固缠绕在转子的外周壁上，缠绕有碳纤维丝的转子铁芯22会在常温环境中膨胀，能够保证碳纤维丝的张紧力。

本实施例缠绕碳纤维丝的操作由缠绕机执行，将缠绕机的腔内调整至低温环境温度，然后采用束套将碳纤维线固定在端环23处，接下来将碳纤维丝按照顺时针或逆时针的顺序将碳纤维丝缠绕于转子铁芯22的外周壁。本实施例的缠绕机上设有传感器以实时检测碳纤维丝的张力,使得碳纤维丝的张力在缠绕过程中保持一致。本实施例在缠绕碳纤维丝时还可以选择对碳纤维丝作上胶处理，以使提高碳纤维丝的缠绕强度。

本实施例注胶的操作如下：将缠绕有碳纤维丝的转子本体同轴插入到圆筒状的注胶模具中，缠绕的碳纤维丝的与注胶模具之间具有空隙以容纳胶体；然后在注胶模具中注入添加低温催化剂的环氧树脂；接下来将胶体转移至真空及高温环境下烘烤,使得注入的胶体快速固化，以将缠绕的碳纤维丝定型形成碳纤维层30；最后将碳纤维层30脱模。

本实施例的高温环境的温度优选在65℃至100℃，低温催化剂的催化温度优选在65℃至100℃，以保证固化效率，胶体在高温环境中胶体2小时左右可以完成固化，固化的胶体能够适应-70℃至200℃的工作环境。本实施例可选择直接在缠绕的碳纤维丝上注胶，也可以选择在缠绕碳纤丝上包裹碳纤维经纬布后再进行注胶，以减少胶体中的气泡，提升碳纤维层30的结构强度。

具体参见图4，本实施例的注胶模具优选包括外筒体41、型腔套42和压环43，外筒体41的顶部呈敞口状，外筒体41的底部用以支撑转子本体的一端环23，外筒体41的底部开设有通孔以供转轴24穿过。压环43可拆卸的设于外筒体41的顶部，用以配合外筒体41的底部压紧转子本体的另一端环23。型腔套42可拆卸的设于外筒体41的内侧，型腔套42的内周壁用以与缠绕的碳纤维丝之间形成灌封腔。本实施例优选在压环43上开设有注胶孔44以向灌封腔中注入胶体，型腔套42的顶部的内周壁对应注胶孔44形成有倾斜的缺口45，该缺口45用以引导胶体进入灌封腔。需要说明的是，由于注胶孔44的形状以及设置位置较为多样化，本领域技术人员可根据实际需求作适应性调整，因此本实施例不再赘述。

在本实施例的注胶模具中，外筒体41的底部设有第一密封圈46和第二密封圈47，第一密封圈46抵接于型腔套42的底部，第二密封圈47抵接于转子本体的对应的端环23。压环43的底部设有第三密封圈48，第三密封圈48抵接于转子本体的对应的端环23。该密封圈的设置能够保证密闭性，避免胶体外溢。

注胶操作优选用本实施例的注胶模具，在将胶体转移至真空及高温环境的过程中，由于型腔套42可拆卸，能够使型腔套42与胶体同步进行转移，从而避免将整个注胶模具放入真空及高温环境，以方便对后续的转子本体注胶，提高生产效率。本实施例的型腔套42的材质优选用铁弗龙，该铁弗龙套筒不易与胶体粘连，方便脱模。在胶体烘烤过程中，由于本实施例的高温环境为65℃至100℃，铁弗龙材质的型腔套42不易在该高温环境下变形，能够有效保证碳纤维包裹层30的品质。

本实施例不但优化了感应电机的生产工艺，还能够有效提升感应电机的扭力值、增大感应电机的功率因数以及有效降低感应电机的发热量，使得该感应电机能够广泛应用于新能源汽车。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。