CN102725941A - 机电式能量转换器的外体 - Google Patents

Abstract

在一种具有外体和内体的机电式能量转换器中，该外体和内体围绕旋转轴线可相对运动地进行支承，一种按照本发明的外体包括环形的结构元件，永久磁体和支撑环，该支撑环同心地容纳在结构元件中。支撑环包括用于容纳永久磁体的空隙，并且空隙具有界限面，该限界面平行于旋转轴线的一个半径延伸。

Description

机电式能量转换器的外体

现有技术

电磁式能量转换器在电动机的形式下将电流转换成旋转运动或者在发电机的形式下将旋转运动转换成电流，电磁式能量转换器通常包括两个本体，它们相对于旋转轴线可相对运动地设置。相对于观察者静止的本体称为定子，可运动的本体称为转子。定子常常包括一个所谓的极罐，在该极罐中数个永久磁体被分布在一个径向的内表面上。与定子对应的转子包括数个电磁体，这些电磁体与永久磁体以电磁方式共同作用。永久磁体通常被粘接在极罐中并且备选地或附加地用弹性元件张紧。弹性元件例如是弹簧夹子，它们将相邻的永久磁体在周向上相互撑开并且固定在极罐上。

如果不采用粘接，例如由于制造或负荷的原因，那么可以借助于弹簧夹无问题地固定永久磁体，如果永久磁体的尺寸和它们的间距小于一定的实际可以操作的门限值的话。

本发明的公开

本发明的任务是，提出一种用于电磁式能量转换器的定子，它实现了永久磁体的改善的固定。本发明的另一个任务是提出一种用于装配定子的方法。

本发明借助于一种具有权利要求1的特征的装置和借助于一种具有权利要求7的特征的方法来解决该任务。从属权利要求给出了一些优选的实施方式。

在具有外体和内体的机电式能量转换器中，其中外体和内体围绕一个旋转轴线（旋转轴）可相对运动地支承，按照本发明的外体包括环形的结构元件，永久磁体和支撑环，该支撑环同心地容纳在结构元件中，其中，支撑环包括用于容纳永久磁体的空隙（凹部）并且该空隙具有与旋转轴线（旋转轴）的一个半径平行地延伸的界限面。

通过界限面可以有利地传递永久磁体和支撑环之间的力，这些力例如可以在机电式能量转换器运行期间出现，从而不需要借助于粘接剂和/或分散的弹簧元件来固定永久磁体。由此可以简化外体的制造和/或提高机电式能量转换器的运行安全性。

永久磁体可以通过一个面限界，该面在一个包含所述旋转轴线的平面中延伸。在此情况下，永久磁体可以围绕旋转轴线弯曲地实施。在另一个实施方式中，该界定永久磁体的面在一个与旋转轴线平行的、但是不包含该旋转轴线的平面中延伸。在此情况下，永久磁体可以是不弯曲的，也就是说，它可以基本上仅仅包括平的面，例如通过将其设计成长方体形状。在这两种情况下，永久磁体的该面贴紧在支撑环的界限面上并且支撑环的界限面在一个与旋转轴线平行的平面中延伸。

结构元件最好具有径向的内表面，其用于沿径向向外支承永久磁体，其中，结构元件的内表面垂直于旋转轴线的一个半径地延伸。通过结构元件的径向内表面的这种至少逐部段（分部段地）多边形的形状，可以以形状配合连接的方式支承对永久磁体和防止支撑环转动。此外，以该给出的方式，实现了在永久磁体或支撑环和结构元件之间的大面积的力传递，从而可以避免局部高负荷的支承面，该支承面可能导致损坏永久磁体，支撑环和/或结构元件。结构元件可以设计成用于永久磁体的磁闭合元件（Schlusselement），其中，与永久磁体之间的所述的面式接触有利地促进磁场的传递。

永久磁体可以具有一个平的径向外表面，其用于与结构元件的径向内表面啮合;在此情况下，永久磁体可以具有均匀的厚度并且尤其可以是长方体形的。长方体形状是永久磁体的标准结构形状，由此可以安装成本有利的标准永久磁体。

永久磁体可以包括镧系元素(“稀土”)。由镧系元素，尤其是具有钕和/或钐的化合物，可以制造出特别高性能的永久磁体。这种高性能磁体的尺寸可以设计得非常紧凑并且尤其是在径向上可以较薄。在薄的永久磁体情况下可以特别有利地使用按照本发明的永久磁体相对于结构元件的固定方式，因为由于很小的作用面，采用弹簧元件，夹子或铆钉来固定永久磁体是很困难的。

支撑环和结构元件可以具有相互啮合到对方中的、防止围绕旋转轴线相对转动的径向元件。这种径向元件例如可以包括沿径向延伸的凸鼻和与凸鼻对应的槽。由此可以实现防止支撑环在结构元件中转动的附加的保险。此外通过相互啮合到对方中的径向元件可以使支撑环容易轴向地插入结构元件中。

支撑环可以在空隙的区域中具有用于沿径向向内支承永久磁体的保持元件。通过该保持元件可以有利地防止在电磁式能量转换器的装配和/或运行期间永久磁体掉入结构元件中。外体可以包括用于封闭结构元件的轴向的封闭元件，其中，结构元件罐形地与底部一起构造成并且支撑环轴向地支承在结构元件的底部上和封闭元件的内表面上。这样形成的外体可以容易并且快速地装配，该外体的永久磁体在两个轴向，两个径向和两个周向上被锁止。

一种用于装配外体的方法包括步骤：提供环形的结构元件，永久磁体和支撑环，该支撑环设计成被同心地围绕一个旋转轴线地容纳在结构元件中，其中，支撑环包括用于容纳永久磁体的空隙并且该空隙具有与旋转轴线的一个半径平行延伸的界限面。

按照本发明的方法只包括几个简单的步骤，借此可以简单并且高效地将外体的元件组装起来。多个按照本发明的外体的批量生产可以容易地通过手工方式，机器方式或其组合来实施。

在插入永久磁体时，支撑环基本上可以垂直于重力地定向，从而永久磁体被垂直于重力地插入。由此可以便于或避免使用在装配期间用于暂时将永久磁体固定在支撑环中的辅助装置。

该方法此外可以包括将在封闭元件中轴向地封闭结构元件的步骤，其中，结构元件罐形地与底部一起构造成并且支撑环轴向地支支承在结构元件的底部和封闭元件的内表面之间。在该步骤之前可以先插入能量转换器的内体，从而通过所述的步骤不仅可以结束外体的装配而且也可以结束能量转换器的装配。

附图简述

以下参照附图详细说明本发明，附图中:

图1示出了电动机的定子；

图2示出了图1的定子的细节;

图3示出了图1和2的定子的另一个细节;和

图4示出了用于安装图1至3中的定子的方法。

实施例的详细描述

图1在透视的和部分透明的视图中示出了电动机的定子100。作为机电式能量转换器的一个可能的实施例，该电动机包括定子100的形状的外体和没有示出的内体，该内体在图1的视图中是转子。

具有底部115和凸缘120的极罐110沿着旋转轴线105延伸。凸缘120在极罐110的上端部处沿径向向外延伸并且具有两个成形部，其各具有一个用于固定电动机的固定孔125。在凸缘120的内界限的区域中设置三个在轴向和径向上进入极罐110中的凹处130。凸鼻135从极罐110的一个内壁沿径向向内延伸。凸鼻135相对于底部115设置在不同的间距上。

极罐110包括数个平面的内表面145，它们此外在有规律的间距下（每隔一定的距离）中断极罐110的圆形弯曲的壁。凸鼻135分别安置在极罐110的位于内表面145之间的弯曲的部段处。在极罐110中容纳支撑环150，它的径向外侧面逐部段地形状配合地与极罐110的径向内侧面啮合。支撑环150贴紧在极罐110的底部115上。支撑环150包括一系列的空隙，其中分别这样地容纳一个长方体形的永久磁体155，使得永久磁体155以面的方式贴靠在极罐110的内表面145之一上。支撑环150此外包括与旋转轴线105平行延伸的槽160，这些槽这样地与凸鼻135对应地成形，使得支撑环150可以从上方沿着旋转轴线105插入极罐110中，直到贴靠在底部115上。在此情况下，通过在凸鼻135和槽160之间的沿周向作用的啮合防止支撑环150围绕旋转轴线105的转动。

支撑环150由非磁性材料例如塑料制成。永久磁体155沿周向作用在支撑环150上的力通过支撑环150与极罐110形状配合连接被传递到极罐上。凸鼻135和与其对应的槽160也可以传递在支撑环150和极罐110之间沿周向作用的力。凸鼻135的侧面从一侧或两侧贴紧在对应的槽160上，从而它们在一个或两个转动方向上传递在极罐110相对于支撑环150围绕旋转轴线105转动时形成的力。

极罐110可以由在磁性上软的材料制成，从而它除了容纳另外的元件外也可以用于引导在永久磁体155之间的磁场。极罐110的内径在所示的实施方式中为约40-65mm。永久磁体155最好是由钕铁硼化合物或钐钴化合物制成的高性能磁体。长方体形的永久磁体155的厚度在径向上为约1.5-2.5mm。在图1中示出的定子100是一个电动机的一部分，电动机具有直至200W，优选大约50-180W的功率，并且该定子被设置用在ABS-液压调制器中，该ABS-液压调制器用于机动车中。

定子100可以通过沿着旋转轴线105插入一个没有示出的转子和放上也没有示出的后盖而完整形成一个电动机或发电机。盖子可以嵌入一个或多个凹处130并且由此被防止转动地固定住。

图2由另一个透视图示出了图1的定子100的细节图。可以清楚地看到，永久磁体155（它的最大的平的外表面径向向外地指向）如何以面的方式贴紧在极罐110的平的内表面145上。支撑环150在内表面145的区域中也以面的方式贴紧在极罐110上。在极罐110的与内表面145相邻的弯曲的部段210处，支撑环150不是以面的方式贴靠的，而是形成一个槽160，槽用于容纳极罐110的凸鼻135。支撑环150可以由此沿轴向插入极罐160中并且在此之后将在周向上作用的力引导到极罐110中。在所示的实施方式中，仅仅槽160的一个侧面沿周向贴紧在凸鼻135上。如果料到在支撑环150和极罐110之间在周向上的力只在一个方向上，例如因为电动机的转动方向是不可变的，那么这些力可以通过在凸鼻135和槽160之间的单侧的啮合进行传递。同时，槽160设计成如此宽，使得在凸鼻135的不与槽160啮合的一侧上留出一定的间隙，从而在极罐110中进行安装期间可以使支撑环150平稳地轴向移动，而不要求在凸鼻135和槽160之间的高精度的配合。

图3示出了来自另一个透视图中的图1和2的定子100的另一个细节图。支撑环150和永久磁体155在一个从外部朝着旋转轴线105的观察方向上的分解视图中示出。

支撑环150具有用于容纳永久磁体155的空隙310。空隙310通过支撑环150的两个相互相对的界限（边界）320和通过两个相互相对的、在周向上延伸的界限330限定。界限330在一个平面中延伸，该平面与旋转轴线105(没有示出)平行地延伸，但是不包含旋转轴线105。这个实施方式对应于示出的永久磁体155的长方体形状。在另一个实施方式中，永久磁体155壳形地围绕旋转轴线105弯曲地设计并且界限330在一个包含旋转轴线105的平面中延伸。两个保持元件340形成用于永久磁体155的轴向支撑面。

如果永久磁体155插入到空隙310中，那么永久磁体155的与观察者背离的一侧的一部分（该侧在图1和2中贴紧在极罐110的内表面145上）沿径向向内支承在保持元件340上，从而永久磁体155沿径向被固定在支撑环150和极罐110之间。磁体155相对于支撑环150在周向上和在轴向上的固定通过永久磁体155的外棱边与空隙310的界限330或320的形状配合连接来实现。如果支撑环150，如图1所示，被沿轴向插入极罐110中并且沿轴向被防止向上移动地锁止，那么由此永久磁体155被完全地相对于极罐110固定。这种锁止，如上面参照图1详细说明的，通常通过一个封闭极罐的盖子实现。

图4示出了一种用于制造图1至3的定子100的方法400。在第一步骤410中，方法400位于开始状态。在随后的步骤420中准备极罐110，永久磁体155和支撑环150。然后在步骤430中将永久磁体155沿径向从外部插入支撑环155中的空隙310。为此，支撑环150可以基本上在垂直于重力的方向上定向，即旋转轴线105在重力的方向上延伸并且使永久磁体垂直于重力运动。支撑环150在此情况下可以布置在一个安装心轴上，以便将其固定在该位置上并且给予附加的强度。永久磁体155可以以稍微的夹持配合插入空隙310中，从而在方法400的另外的过程期间不需要附加地固定永久磁体155以防止从支撑环150中脱落出来。

接下来在步骤440中，将支撑环150与永久磁体155一起和可能时与安装心轴一起沿轴向插入极罐110中。对此备选地，也可以将极罐110翻置到带有永久磁体155的支撑环150上面。在此之后可以拆下支撑环150的安装心轴。

在随后的步骤445中，将转子沿轴向插入定子100中，该步骤并不一定必须包含在方法400中并且也可以分配给电动机或发电机的最终装配的另一个方法。

在随后的步骤450中，通过沿轴向放置上盖子，将支撑环150沿轴向锁止在极罐110中并且同时完成电动机的装配。最后，方法400位于最终状态460。

Claims (10)

1.一种具有外体(100)和内体的机电式能量转换器的外体(100)，所述外体和内体围绕旋转轴线(105)可相对运动地进行支承，其中，所述外体(100)包括以下部分:

-环形的结构元件(110);

-永久磁体(155);和

-支撑环(150)，所述支撑环同心地容纳在所述结构元件(110)中;

-其中，所述支撑环(150)包括用于容纳所述永久磁体(155)的空隙(310)并且所述空隙(310)具有界限面(330)，所述界限面与所述旋转轴线(105)的一个半径平行地延伸。

2.按照权利要求1所述的外体（100），其特征在于，所述结构元件(110)具有径向的内表面(145)，其用于沿径向向外支承所述永久磁体(155)，其中，所述结构元件(110)的所述内表面(145)与所述旋转轴线(105)的一个半径垂直地延伸。

3.按照权利要求2所述的外体（100），其特征在于，所述永久磁体(155)是长方体形的，其中，最大的侧面与所述旋转轴线(105)的一个半径垂直地延伸。

4.按照前述权利要求中任一项所述的外体（100），其特征在于，所述永久磁体(155)包括镧系元素。

5.按照前述权利要求中任一项所述的外体（100），其特征在于，所述支撑环(150)和所述结构元件(110)具有相互啮合在对方中的径向元件(135，160)，用于防止围绕所述旋转轴线(105)的转动。

6.按照前述权利要求中任一项所述的外体（100），其特征在于，所述支撑环(150)在所述空隙(310)的区域中具有保持元件(340)，用于沿径向向内支承所述永久磁体(155)。

7.按照前述权利要求中任一项所述的外体（100），其特征在于，设有一个封闭元件，用于轴向地封闭所述结构元件(110)，其中，所述结构元件罐形地与底部(115)一起构造成并且所述支撑环(150)沿轴向支承在所述结构元件的所述底部(115) 上和所述封闭元件的内表面上。

8.用于装配外体(100)的方法(400)，包括以下步骤:

-提供(420)环形的结构元件(110)，永久磁体(155)和支撑环(150)，所述支撑环设计成同心地围绕旋转轴线(105)容纳在所述结构元件(110)中，其中，所述支撑环(150)包括用于容纳所述永久磁体(155)的空隙(310)并且所述空隙(310)具有界限面(330)，所述界限面平行于所述旋转轴线(105)的一个半径延伸;

-将所述永久磁体(155)径向地插入(430)所述支撑环(150)中;

-将所述支撑环(150)轴向地置入(440)所述结构元件(110)中。

9.按照权利要求8所述的方法，其中，在插入永久磁体(155)时使所述支撑环(150)基本上垂直于重力地定向。

10. 按照权利要求8或9中任一项所述的方法，此外包括步骤：用封闭元件轴向地封闭(450)所述结构元件(110)，其中，所述结构元件(110)罐形地与底部(115)一起构造并且所述支撑环(150)沿轴向支承在所述结构元件(110)的所述底部(115)和所述封闭元件的内表面之间。

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