用于轴向磁通马达的永磁体转子的制作方法

1.本发明的实施例总体涉及一种轴向磁通马达水泵，更特别是涉及一种包括机械密封件的轴向磁通马达水泵。另外，本发明的一些实施例采用在烧结处理中制造的永磁体转子。


背景技术：

2.本发明的一些实施例涉及一种用于泵送流体的水泵，特别是泵送在内燃机或需要冷却流体循环泵的其它应用中的冷却流体。与水泵一起使用的轴向磁通马达在相关技术中已知。在轴向磁通马达中，磁通线在马达的气隙中沿轴向方向延伸。定子通常包括圆形线绕组。
3.本领域的代表是美国专利申请2015/0030479，它公开了一种具有轴向磁通马达的湿转子泵，该轴向磁通马达包括定子和转子。定子布置在干区中，而在叶轮上的转子布置在湿区中。转子由一个或多个钐钴(smco)永磁体形成。
4.代表性技术还包括美国专利申请2017/0016449，它公开了一种泵，该泵包括：壳体，该壳体局部限定空腔；叶轮，该叶轮布置在空腔中，该叶轮包括第一盘和布置在该第一盘上的叶片，叶轮可操作而绕旋转轴线旋转；第一定子芯，该第一定子芯布置在壳体上；绕组，该绕组布置在第一定子芯上；以及第一进口，该第一进口由壳体限定，其中，第一进口、叶轮和壳体局部限定流体流动通路。
5.现有技术的轴向磁通马达和其它机电马达的一个缺点是转子包括例如通过胶水而与框架相互连接的一个或多个永磁体。也就是，在电马达中的转子通常包括固定在钢叠片芯(在一些情况下是软金属芯)上的一个永磁体或多个永磁体。这些部件单独制造，并通过压配合、胶接或其它连接方法通过将单个磁体或多个磁体附接在芯上而连接。现有技术的方法效率低，在转子组件之间产生较大变化，需要昂贵的测试程序，并导致转子可靠性降低和增加重量不平衡的情况。如本领域普通技术人员理解的那样，所需的连接处理也增加了生产成本。
6.因此，长期以来需要提供一种轴向磁通马达水泵，它包括绕定子的机械密封和热灌封。还需要提供一种永磁体转子，该永磁体转子精确平衡、制造成本较低等。本发明的实施例满足这些需要。


技术实现要素：

7.本发明的一些实施例的一个方面是提供一种轴向磁通马达水泵，它包括绕定子的机械密封和热灌封。
8.本发明的一些实施例的另一方面是提供一种由高效生产方法来制造的永磁体转子。因此，预期转子的一个实施例通过烧结处理来制造。烧结制造处理能够在单个步骤中或在两个步骤中进行。单步骤处理采用压头，该压头在模具中压缩与转子框架和磁体相关联的材料。两步骤处理首先在模具中形成框架，然后，铁磁材料放置在预先形成的框架上。将
铁磁材料压在预先形成的框架上将产生最终的转子组件。本领域普通技术人员将理解，当在框架和铁磁材料之间需要界面材料时，两步骤压紧处理可以变化成三步骤处理。不管制造转子的处理如何，都可能需要加热步骤来熔合组成部件。本文所述的处理考虑制造一种具有多个磁化区域或磁化环的转子，该磁化区域或磁化环覆盖整个框架，这在本文中也可以称为“芯”。
9.本发明的一个实施例包括一种轴向磁通马达水泵，它包括：壳体；盖，该盖附接在壳体上；定子，该定子安装在壳体内，该定子包括安装在环中的多个定子磁极，各定子磁极包括电线绕组；转子，该转子在单个轴承上与定子成配合关系地轴颈连接在壳体上；叶轮，该叶轮固定在转子的端部上；多个磁体，这些磁体与定子磁极成配合关系地安装在转子的端部上；密封件，该密封件在转子和壳体之间，因此，定子和磁体处于干燥区域中，该定子热灌封地被包覆在壳体内；以及电子器件，该电子器件包含在盖中。在该实施例的一些变化形式中，使用烧结技术来制造转子。
10.本文所使用的术语“一”或“一个”实体是指一个或多个该实体。因此，术语“一”(或“一个”)、“一个或多个”和“至少一个”在本文中可互换地使用。而且，本文使用的短语“至少一个”、“一个或多个”和“和/或”是开放式表达，它们在操作中既是连接的又是分离的。例如，表述“a、b和c中的至少一个”、“a、b或c中的至少一个”、“a、b和c中的一个或多个”、“a、b或c中的一个或多个”和“a、b和/或c”各自的意思是单独a、单独b、单独c、a和b一起、a和c一起、b和c一起或者a、b和c一起。
11.除非另外说明，否则在说明书和附图中使用的表示数量、尺寸、条件等的所有数字应当理解为近似值，它们在所有情况下都可以根据本文所述的新颖组件和方法的特殊应用的需要而进行变化。
12.在本文中，“包括”、“包含”或“具有”以及它们的变化形式的意思是包含在后面列出的项和它们的等效物以及附加项。因此，术语“包括”、“包含”或“具有”以及它们的变化形式在本文中可互换地使用。
13.应当理解，本文使用的术语“装置”应当根据35u.s.c.112(f)节而给予它最广泛的可能解释。因此，包含术语“装置”的权利要求应当覆盖本文所述的全部结构、材料或动作以及它们的所有等效物。而且，结构、材料或动作以及它们的等效物应当包括在发明内容、附图说明、具体实施方式和附图中描述的所有结构、材料或动作以及它们的等效物。
14.本发明的发明内容不应当解释为代表本发明的全部范围。也就是，通过本文所述的发明内容，这些和其它方面和优点将显而易见。而且，上述实施例、方面、目的和构造既不完整也不是穷举。应当理解，本发明的其它实施例能够单独或组合地使用在上文阐述或后面介绍的一个或多个特征。而且，本文对“本发明”或它的方面的引用应当理解为意思是本发明的实施例，而不应当解释为将所有实施例限制于特殊描述。本发明在发明内容以及附图和具体实施方式中以各种详细程度进行阐述，且本发明的范围并不由在发明内容中包括或不包括的元件、部件等来限制。通过具体实施方式，特别是当结合附图时，将更清楚本发明的其它方面。
附图说明
15.包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图表示了本发明的实施例，并与上面
给出的发明内容和下面给出的附图详细说明一起用于解释这些发明的原理。
16.图1是图2的泵的截面a-a；
17.图2是泵的平面图；
18.图3是泵的平面图
19.图4是示意冷却剂系统；
20.图5是分解图；
21.图6是转子磁体和框架的透视图；
22.图7是形成现有技术的永磁体转子的部件的透视图；
23.图8是图7中所示的装配的转子的剖视图；
24.图9a-9d表示了在单步处理中制造本发明一个实施例的永磁体转子的方法；以及
25.图10a-10d表示了在两个处理中制造本发明另一实施例的永磁体转子的方法。
26.应当理解，附图并不必须按比例绘制。在某些情况下，对于理解本发明不是必需或者使得其它细节难以理解的细节可以省略。当然，应当理解，本发明并不必须局限于本文所示的特殊实施例。
具体实施方式
27.图1是图2的泵的截面a-a。水泵包括驱动叶轮的电马达。电马达包括轴向磁通马达。在轴向磁通马达中，由于磁极和定子绕组的方位，磁通在马达的气隙中沿轴向方向延伸。本发明的水泵通常用于发动机冷却系统中。水泵增压并且使得冷却剂循环通过发动机冷却系统。
28.水泵1000包括壳体10和盖50。叶轮150附接在转子轴100的端部上。定子200布置在壳体内。多个定子磁极201布置在壳体10的内部部分11内的环中。与轴向磁通马达的情况一样，各磁极201的轴线b-b平行于轴100的旋转轴线d-d。马达包括三相九线圈结构。定子磁极201包括软金属复合材料。磁性材料也可以用于定子磁极201。
29.电线绕组202缠绕在各磁极201周围。绕组202可以包括横截面扁平的线或圆形的线。扁平线可以有正方形或矩形横截面。扁平线或圆形线可以包括铜或铝。绕组202的绕组平面c-c垂直于轴的轴线d-d延伸，因此磁通沿轴向方向(平行于轴线d-d)延伸。本发明的马达有200w的额定功率，直到12kw。
30.多个永磁体110在框架115上安装至轴100的另一端。磁体110还可以包括具有多个磁极的单环磁体。框架115固定在轴100的端部上，从而与轴100一起旋转。磁体110与磁极201沿径向对齐。气隙“g”保持在磁极201和磁体110之间，从而防止在操作时在它们之间接触。气隙在0.2mm至1.5mm的范围内。间隙“g”优选是尽可能小，以便实现最大磁效率。
31.机械密封件250防止增压的液体冷却剂进入内部部分11，从而防止增压的液体冷却剂与定子200和转子磁体110接触，因此，定子200和磁体110处于干燥区域。干燥区域通常处于环境大气压。密封件250布置在轴100和壳体10之间。密封件250可以包括本领域已知的任何合适的机械密封件，例如波纹管、筒、平衡筒和o形环、不平衡筒和o形环、推动器和常规类型的密封件。保持用于定子和磁体的干燥空间将通过减少风阻和粘性损失来提高泵的效率(否则当内部部分11包含冷却剂且冷却剂因此存在于定子磁极和转子磁体之间的间隙“g”中时，将存在所述风阻和粘性损失)。
32.冷凝物腔室和储存器301包括通气孔302和排放孔303。腔室301收集可能通过密封件250泄漏的任何流体。通风口302和排放孔303对环境开口。
33.热灌封件12用于壳体10中，以便包覆定子200。热灌封件通过提供从定子和壳体的可靠传热装置而使泵更冷地运行。通常通过铁和铜损耗以及由变化的磁场在定子和绕组中感应的涡电流引起的电阻加热而引起泵加热，从泵送的冷却流体传导至壳体以及从发动机体(未示出)传导至壳体。热灌封在电领域中已知。
34.轴100在单个轴承120中旋转。轴承120还可以包括整体轴承，其中，轴100包括轴承内圈。旋转组件包括轴100、框架115、磁体110和叶轮150。单个轴承120可以包括双列滚珠轴承或双列滚珠滚柱轴承。滚柱轴承可以包括柱形或锥形的滚柱。通过由轴向磁通马达构造提供的较短长度的泵轴，使得能够使用单个轴承。轴承包括密封轴承。由于轴100的较短总长度，叶轮150悬臂安装在轴100上。
35.冷却剂流入叶轮进口151，并在叶轮旋转时从出口152排出。叶轮在水泵领域中已知。典型的操作排放压力可以直到大约1.5巴，但是可以根据发动机的热负载而变化至超过5巴。根据应用，容积流量可以直到220升/分钟，或者更高至500lpm。
36.电子器件在盖50中布置于电子器件壳体51中。电子器件控制轴旋转速度，还能够检测故障。轴向磁通马达电子器件在本领域中已知。盖50用作散热器，以便冷却电子器件。马达是可变速度，这能够根据发动机的热负载要求来调节冷却剂流体流动。控制方法包括pwm、lin协议/总线或can协议/总线。lin总线是基于串行通信协议的子总线系统。总线是使用单线来传输数据的单主/多从总线。控制器局域网或can协议是在各种电子装置之间的通信方法，该电子装置例如发动机管理系统、水泵、油泵、主动悬架、abs、齿轮控制、照明控制、空调、气囊、嵌入在汽车中的中央锁。pwm或脉宽调制是在包括控制电路的各种应用中使用的一种类型的数字信号。
37.图2是泵的平面图。排出蜗壳13与在发动机体(未示出)中的配合槽道接合。壳体10直接安装在发动机体上。抽吸侧或吸入侧150与发动机中的流体管道(未示出)配合地接合。
38.图3是泵的平面图。紧固件(未示出)与安装孔14接合，以便将泵附接在安装表面例如发动机体(未示出)上。
39.图4是示意冷却剂系统。泵1000安装在发动机(e)上。发动机(e)包括三个气缸(1)、(2)、(3)。发动机(e)可以根据需要而包括任何数量的气缸。水套(j)围绕气缸。该系统还包括散热器(r)、发动机变速器油换热器(oc)、辅助换热器(aux)和排气歧管换热器(em)。
40.热管理模块2000安装在泵1000的吸入侧。模块2000包括多个阀2001、2002、2003、2004、2005和2006。各阀控制用于系统部件的冷却剂流量。阀2001控制通向散热器r的流动。阀2002控制通向换热器oc的流动。阀2003控制通向换热器aux的流动。阀2004控制来自r、oc、aux和em的回流。阀2005控制来自泵1000的再循环流动和通向em的流动。阀2006控制来自e、em、aux、oc和r的回流。发动机ecu通过多个传感器和输入信号(3001)来检测发动机和系统状况、环境状况以及系统和驾驶员要求，以便将各阀设置在合适位置以调节冷却剂流动，从而控制发动机和系统的热性能。各阀与泵进口151流体连通。
41.图5是分解图。马达是三相马达。绕组202(a)是第一相。绕组202(b)是第二相。绕组202(c)是第三相。在该实施例中，各相包括三个定子磁极。不过，也可以使用用于与单相或多相连接的各磁极的绕组。垫圈15密封在壳体10和发动机e之间。
42.图6是转子磁体和框架的透视图。磁体110安装在框架115上。该框架115压在轴100上。框架115还可以包括叶片，以便使冷却空气循环。
43.磁体110可以包括环磁体，该环磁体有绕圆周的磁极，或者可以包括多个单独磁体，这些单独磁体有在交替位置中的磁极。磁体可以包括铁氧体、稀土或其它已知材料。磁体使用已知方法而附接在框架上。
44.图7和图8表示了现有技术的永磁体转子700，该永磁体转子700包括粘附在框架715上的永磁体710。本领域普通技术人员应当理解，在一些情况下，永磁体710利用胶水而固定在框架715上，但通常使用其它相互连接机构，例如过盈配合、焊接等。
45.图9a-9d表示了制造本发明的转子900的一种方法。这里，模具920填充有粉末材料924，该粉末材料924最终将与转子的框架915相联。然后，第二粉末材料928在第一材料924上方添加至模具920。然后，利用冲头932压缩组合的材料，以便形成转子900的最终形状。本领域普通技术人员应当理解，可能需要加热处理来增强在形成转子的构成部件之间的粘接。最后，磁体936在磁体侧910附近被引向转子900，从而使用公知方法来磁化它。
46.图10a-10d表示了用于制造本发明的转子900的两步方法。在该处理中，与框架915相关联的材料924添加至模具920，并用冲头932压缩。然后，将包括铁磁材料的第二粉末材料928在成形框架915上方添加至模具920中，并压缩以形成转子900。可能需要热处理，以便增强在组成部件之间的结合。如上所述，第三组成部件可用于上述任一方法中，以便增强在组成材料之间的结合。最后，磁体936靠近磁体侧910被引向转子900，从而使用公知方法来磁化它。
47.尽管本文已经介绍了本发明的形式，但是本领域技术人员显然知道，在不脱离本文所述的本发明精神和范围的情况下，部件的结构和关系可以变化。除非另外具体说明，否则在附图中描绘的部件未按比例绘制。数字实例用于示例说明本发明，而并不限制权利要求的宽度。而且，在任何附加权利要求或权利要求元件并不援引u.s.c.
§
112(f)，除非在特殊权利要求中明确使用了词语“用于
……
的装置”或“用于
……
的步骤”。本发明决不局限于附图中所示和本文所述的示例实施例或数字尺寸。
48.尽管然已经详细介绍了本发明的各种实施例，但是显然，本领域技术人员将想到这些实施例的变化和改变。应当清楚理解，这些变化和改变在本发明的范围和精神内，如在随后的权利要求中所述。而且，应当理解，本文所述的发明并不将它的应用局限于在前面的说明中所述或在附图中所示的构造细节和部件布置。本发明能够有其它实施例，并能够以各种方式实践或执行。还有，应当理解，本文使用的措辞和术语是为了说明目的，而不应当认为是限制。本文中使用“包括”、“包含”或“有”以及它们的变化形式的意思是包含在后面列出的项和它们的等效物以及附加项。