[发明专利]由粉末形成的铁芯和使用该铁芯的车辆用电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种铁芯，特别是一种由具有高形状自由度(即，可形成多种形状)的粉末形成的电机用铁芯，并且涉及一种使用该铁芯的车辆用电机。有益地，该铁芯可替代常规的电工钢板使用。

背景技术

由于越来越多的车辆被制造成电动操作且更加环境友好，因此常规的液压驱动的车辆系统已发展成电力驱动的系统。这使得用于车辆的电机的类型和数量激增。例如，高档车可具有多达100个以上的电机。

随着对电机的需求以这种方式增加，同样要求电机体积更小且重量更轻。例如，已通过将常规的DC电机在结构上改变为BLDC(无刷直流)电机或使用高性能磁铁的方式，降低了电机的尺寸和重量。此外，车辆使用的高频率和高转速可促进对提高电机输出和进一步减小尺寸的进一步需要。

图1示出了常规的车辆用电机，图2示出了在图1的电机中使用的定子铁芯。常规地，构成电机70的大体积的铁芯30包括层叠的电工钢板32。这种电工钢板32的高磁通密度、高磁导率和高强度提供了优势，因此其被广泛应用于车辆用电机的铁芯30。

然而，电工钢板32存在问题，因为仅形成二维磁回路且形状自由度低。在设计电机70时，电工钢板32的受限的结构很难应用。例如，包括电工钢板的铁芯30被配置为使得转子10位于铁芯30内，并且导线60缠绕在铁芯30的外表面上。如此，缠绕的导线可在增加铁芯尺寸的高度布置于铁芯的外表面上，因此电机的轴向长度会增加。

此外，典型地使用的导线60的类型为铜(Cu)线，其昂贵且密度高。因此使用缠绕的铜线可导致成本和重量的增加。

此外，常规的电工钢板32具有低形状自由度，使得电工钢板32通常形成有不期望的尖角。这些尖角可引起导线60的涂层不期望地发生剥落。为了避免这种剥落，例如绝缘体50的绝缘部件附加地连接于铁芯30的外表面，以防止导线的涂层剥落。

本背景技术仅用于提高对本发明背景的理解，而不应被认为是本领域技术人员公知的常规技术。

发明内容

需要理解的是，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其他类似术语包括通常的机动车辆，例如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆在内的客运车辆，包括各种艇和船在内的水运工具、以及飞行器，等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，从石油以外的资源取得的燃料)。如本文所提及的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如同时使用汽油驱动和电力驱动的车辆。

因此，本发明是谨记上述现有技术中遇到的问题而做出的，并且本发明的目的在于提供一种由粉末形成的铁芯和使用该铁芯的车辆用电机。具体地，根据本发明的实施例，铁芯由具有高形状自由度的各向同性粉末形成。各向同性粉末用于形成电机用铁芯以便提供小型轻质的电机，并且减少导线的使用。根据不同的实施例，使用铜(Cu)铝(Al)导线而非纯铜(Cu)导线，因此显著降低了导线的重量(例如，根据铜和铝的相对含量，可达50％以上的量)。

为了实现上述目的，本发明提供了一种由粉末形成的铁芯。根据本发明的实施例，该铁芯可以是用于车辆用电机的定子铁芯。在不同的实施例中，该铁芯由金属粉末形成，并且包括设置于电机外侧的外部、设置于电机内侧的内部、以及连接外部与内部的卷绕部，并且导线可缠绕于卷绕部上。有益地，卷绕部可形成为具有圆角且其高度小于内部的高度。在卷绕部与内部之间还可倾斜地形成连接部，使得卷绕部与内部相连接。

根据一个示例性实施例，铁芯可由金属粉末形成，该金属粉末包括尺寸约为50～200μm涂覆有厚度为100nm以下(不包括0)的磷酸盐层的纯铁颗粒。根据不同的实施例，铁芯可通过模制工艺形成。根据一个示例性实施例，可通过使金属粉末和润滑剂(例如聚酰胺基润滑剂)在例如约70～100℃的温度和约7～11ton/cm²的施加压力的适当条件下进行模压成型，而形成铁芯。在模压成型后，可在例如约500～600℃的适当高温下持续约20～60分钟进行热处理。

在一些实施例中，由此形成的铁芯可具有约7～8g/cc的密度，并且部分密度差可小于约0.05g/cc(不包括0)。

根据本发明的实施例，卷绕部可形成为具有圆形或椭圆形横截面。然而，也可适当地使用其他几何形状，其中外表面光滑，且优选是倒圆角的。

卷绕部的高度优选地大于内部的高度，并且在不同的实施例中，卷绕部的高度可以是内部的高度的至少0.7倍。

根据本发明的实施例，外部的高度可等于或大于卷绕部的高度，并可小于内部的高度。