CN104145403A - 电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机、尤其是横向流机械，其中，定子由相段堆组合而成，其中，每个相段具有定子绕组、尤其是单绕组和至少一个定子区段，其中，每个定子区段具有环形的定子接片，在该定子接片上形成有极靴，尤其是所述极靴朝向径向内部延伸和/或朝着转子的方向延伸和/或布置在转子和环形的定子接片之间，尤其是其中，极靴形成为相同形式，其中，极靴的轴向宽度随着径向距离的增大而减小，其中，所属的变化曲线布置在第一曲线和第二曲线之间，其中，第一曲线是径向距离的线性函数，尤其是其中，属于第一曲线的极背部是平坦的平面，其中，第二曲线是三角函数、尤其是弓形函数，尤其是其中，属于第二曲线的极背部是圆柱部段面。

Description

电机

技术领域

本发明涉及一种电机。

背景技术

众所周知的是，电机具有定子和相对于该定子能旋转地支承的、具有有源部件的转子。在此，多个交变磁场叠加成旋转场，从而通过与转子的励磁场的相互作用产生旋转运动。

发明内容

因此，本发明的目的在于，把电机改进为紧凑的，其中应该能简单地进行制造。

根据本发明，该目的通过根据权利要求1给出的特征所述的电机实现。

根据本发明的电机、尤其是横向流机械的重要特征是：定子由相段堆组合而成，

其中，每个相段具有定子绕组、尤其是单绕组和至少一个定子区段，

其中，每个定子区段具有环形的定子接片，在该定子接片上形成有极靴，尤其是所述极靴以与接片正交的方式，即朝向径向内部延伸和/或朝着转子的方向延伸和/或布置在转子和环形的定子接片之间，

尤其是其中，极靴形成为相同形式，

其中，极靴的轴向宽度随着径向距离的增大而减小，

其中，所属的变化曲线布置在第一曲线和第二曲线之间，

其中，第一曲线是径向距离的线性函数，尤其是其中，属于第一曲线的极背部是平坦的平面，

其中，第二曲线是三角函数、尤其是弓形函数，尤其是其中，属于第二曲线的极背部是圆柱部段面。

有利的是，尽管能简单地形成第一曲线，然而由此也导致了，在还不会导致极靴的气隙侧的表面的饱和的场强值的情况下，出现达到极靴的至少部分的饱和的危险。因为线性过渡不是凸起的或凸出的。因此，力线必须经过其路径上的渐缩部从极靴的气隙侧的表面至定子接片，并随后在相应的场强的情况下导致在该渐缩的区域中的饱和。

通过该凸起的形状扩展了渐缩部并进而避免饱和。

当然有利的是，凸起的形状的凸出程度小于第二曲线。因为在超过第二曲线的凸起形状时，供定子绕组使用的绕组空间被缩小且降低了电机的功率，即不能实现紧凑的结构。

因此，本发明提供了紧凑的解决方案，即对应于每电机结构体积的高的转矩和高的驱动功率。

本发明还教导了，应该存在所谓的凸起性，然而要低于通过第二曲线描述的极限曲线。

在此，力线从极靴的气隙侧的侧面朝着定子接片偏转，所述侧面沿轴向的延展比沿周向的幅度大，其中从极靴至环形定子接片的过渡面沿周向的延展比沿轴向的幅度大。

根据本发明的极靴形状、尤其是极靴背的形状曲线实现了在气隙侧的极靴面上的基本上恒定的通量密度。由此改进了调节特性并在尽可能紧凑的结构方式的情况下可实现大的转矩。

另一个优点还在于，改进了机械稳定性并进而也减少了噪声形成并同样减小了振动倾向。

在本发明中有利的是，不需要磁旋转场。

在一个有利的设计方案中，尤其是第一定子区段的极靴在其背离相段的另一个定子区段的侧面上构造为平坦的，尤其是用于实现相段堆的尽可能窄且彼此接触的构造。有利的是，相段可紧密地彼此堆叠，即实现了紧凑的构造。

在一个有利的设计方案中，轴向宽度的所属的变化曲线作为径向距离的函数由两个彼此不平行的部段组成，这两个部段分别是径向距离的线性函数，

尤其是亦即极背部由两个彼此不平行的、平坦的平面部分组成。有利的是，可简单地进行制造。

在一个备选的有利的设计方案中，轴向宽度的所属的变化曲线作为径向距离的函数由凸起的和/或凸出的部段和凹进的部段组成，其中凹进的部段具有比其它部段至少短五倍的弧长。优点在于，减少了边缘破裂的危险且凹槽等不是必要的。为了形成半径，可使用相应的切削制造工艺或烧结工艺。

在一个有利的设计方案中，所述极靴的气隙侧的表面具有和朝向定子接片的过渡面相比基本上相等或最多相差20％的面积值。优点在于，力线没有渐缩部且进而不出现饱和。

在一个有利的设计方案中，所述极靴具有极背部，

尤其是其中，极背部至少部分地朝向定子绕组和/或至少部分地朝向其它定子区段，

其中，极背部把极靴的朝向转子的、气隙侧的面与定子接片，尤其是与定子接片表面连接在一起，

其中，极背部构造为凸起的或由两个彼此不平行的、平坦的平面部分组成。优点在于，减小了边缘破裂的危险。

在一个有利的设计方案中，所述极靴如此形成，即只要极靴的气隙侧的、尤其是亦即朝向转子的侧面的表面区域仍未饱和，则基本上极靴没有哪个部分区域会发生饱和。优点在于，不出现力线的渐缩部且进而电机的效率尽可能高。

在一个有利的设计方案中，所述极靴具有随着径向距离增大而增大的周向宽度，

尤其是其中，随着径向距离增大，周向宽度的增大基本上与轴向宽度的减小以相同的幅度进行、尤其是与轴向宽度的减小呈反比地进行。优点在于，力线可由沿轴向宽阔的气隙侧的极靴面转向至极靴的朝向定子的过渡面(该过渡面沿周向是宽阔的)，同时力线不必通过渐缩部；减小了用于定子绕组的绕组空间，且不减小同一相段的定子区段之间的气隙。

在一个有利的设计方案中，所述极靴形成为关于一对称面对称，其中该对称面经过极靴的重心，且由从该重心出发的径向方向和轴向方向撑开。在一个备选的有利的设计方案中，所述极靴形成为关于一对称面对称，其中该对称面经过极靴的重心，且法线方向是重心处的切线方向。优点在于，相段的定子区段可构造为相同的且进而不必保持两个部件的库存，而仅需保持一个部件的库存。

在一个有利的设计方案中，所述极靴的边缘构造为加宽的。优点在于，可减小边缘破裂的危险。

在一个有利的设计方案中，随着径向距离的增大，具有第一面的极靴的剖面的面积值与极靴的气隙侧的、尤其是亦即朝向转子的侧面的面积值基本上相等或与之至少偏差了小于10％或20％，

-其中，第一面是切平面，该切平面相对于转子轴线具有相应的径向距离和/或该切平面相对于转子轴线平行地定向和/或该切平面具有径向距离和/或该切平面定向为与对称面垂直和/或该切平面的法线方向连接了转子轴线和极靴的重心，

-或者其中，第一面是圆柱周面，该圆柱周面相对于转子轴线具有相应的径向距离和/或该圆柱周面定向为与转子轴线平行。

优点在于，只要极靴的气隙侧的表面或相应接近表面的区域仍未过渡至饱和，则可避免极靴的材料的饱和。

在一个有利的设计方案中，所述相段堆被接纳在壳体部件中，

尤其是其中，该壳体部件在壳体部件的朝向相段堆的面上、尤其是内表面上具有轴向延伸的电缆槽，尤其是轴向延伸的凹部，

尤其是其中，壳体部件与相段堆力锁合地连接，

尤其是其中，壳体部件被热压配合在相段堆上。优点在于，可简单地建立牢固的连接。

在一个有利的设计方案中，每个定子区段具有两个径向延伸的、沿周向彼此间隔开极靴距离的一半的凹部、尤其是狭槽，

尤其是从而在两个定子区段被拼合为一相段时，狭槽能够相互对准并且用于形成用于相应的定子绕组的引入线和/或导出线的通道。优点在于，两个相同形式的定子区段能被拼合为一相段且在此狭槽能够相互对准。因为定子区段在拼合时相对彼此旋转，从而第一定子区段的相应的极靴沿周向在相同的径向距离范围内定位在第二定子区段的极靴之间。

在一个有利的设计方案中，定子区段由压制的或烧结的铁粉制成。优点在于，实现了定子区段的简单且价廉的一体式制造。

在用于制造电机的方法中的重要的特征是：在制造相段堆时，生产机器检测和/或使用缝隙，用以使相段彼此对准，尤其是用以调节相段相对彼此的相对旋转角度。优点在于，实现了特别简单的制造。

由从属权利要求得到其它优点。本发明不局限于权利要求的特征组合。对本领域技术人员来说，尤其由任务设定和/或通过与现有技术提出的任务的比较得到权利要求的和/或单个权利要求特征的和/或说明书和/或附图的特征的其它有意义的组合可能性。

附图说明

在此根据附图详细说明本发明。

图1中以斜视图示出根据本发明的电机的定子区段1。

图2中以斜视图示出根据本发明的电机的另一个相同类型的定子区段1，其中作为环形绕组的定子绕组20径向插入极靴和定子轭6之间。

图3中以斜视图示出根据本发明的电机的定子相段，其中定子相段通过图1和图2的定子区段1的拼合形成。

图4中示出根据图1的定子区段，所述定子区段具有径向向内指向的、沿周向规律地彼此间隔开的极靴，其中放大地示出了简化显示的极靴。

图5中示出了壳体部件52，其中嵌入了根据图3的定子相段堆，其中在壳体部件52中布置了轴向延伸的电缆槽50。

图6中示出了图5的放大的一部分。

图7中示出了剖开的定子区段1，其中极靴具有剖面70。

图8中示出了图7的极靴的剖面70，其中示出了其它曲线(80、81、82)而不是极靴背的简化的、由直线段组成的表面曲线。

图9中示出了另一个曲线90，其中边缘设计成圆形。

具体实施方式

像图1中示出的，定子区段1具有径向向内指向的，即指向未示出的转子的极靴，所述极靴沿周向彼此规律地间隔开。

在此，极靴由环形定子接片5保持，该定子接片在其径向外部的端部区域处具有轴向(即沿转子轴向方向)突出的定子轭6。

极靴的径向向内指向的表面4，即极靴的朝向定子和转子之间的气隙的侧面是平坦的或弯曲的，即具有一半径，所述半径对应于定子内孔的半径。

转子的设置在转子上的且朝向表面4的有源部件例如可构造为具有永磁体，该永磁体沿周向彼此规律地间隔开，其中沿周向紧邻的永磁体的磁化方向相对彼此相反。

也可以设置相应地布置的具有励磁绕组的电磁铁取代永磁体。此外备选的是，也可使用鼠笼绕组或磁阻转子作为有源部件。

有源部件，尤其是永磁体或电磁铁基本上和极靴类似或相同远地在轴向上延展。因此可达到高效率。

从表面4出发至定子接片6的过渡区域具有侧向的加宽部，该加宽部沿着或逆着周向延伸。同时，加宽部的沿周向设置的宽度随着径向距离的增大而变大。

极靴背42构造为凸起的，其中为了简化图示在图1、2、3、4、5、6、7中使用了两个平面部段用于表示凸起形状。

极靴背42的凸起的变化曲线和侧向的加宽部3彼此一致，更确切地说，出现在表面4处的磁场被导入定子接片中，且力线不在极靴中被集中。即极靴具有一种形状，使得只要表面4的表面区域中不出现饱和，则至少基本上没有极靴的部分区域出现饱和。

即只要在表面4上磁场强度保持低于对于出现饱和来说的临界值，则极靴中不出现饱和。即极靴具有引导足够多的力线穿过的材料。然而在此如此选择极靴形状，即为定子绕组20保留尽可能多的绕组空间区域。此外，也保留至其它定子区段1的极靴的、足够大的气隙，该其它定子区段根据图3和第一定子区段1一起形成了定子相段。

在此同样重要的是，表面4沿轴向延伸到该表面基本上覆盖了被定子相段覆盖的轴向区域的程度。从而保证了最大的利用率。

因为表面4沿轴向的延展幅度大于沿周向的延展幅度，所以力线借助于极靴朝着至定子接片5的过渡部偏转到一同样大小的平面，然而该平面沿周向的延展幅度大于沿轴向的延展幅度。粗略地说，力线进行所谓的螺旋形偏转。然而在该偏转中，在力线的路径上始终存在足够的材料，从而基本上极靴中任意一处都不出现饱和。

极靴也就具有一种形状，使得极靴背从径向内部向径向外部基本上以一种幅度轴向变窄，而极靴沿侧向，即沿周向以所述幅度加宽。在此如此选择极靴的精确形状，即能实现简单的制造。

图4中示出一过渡面42，其中力线从表面4开始偏转。尽管过渡面42设计为平行于表面4，然而其沿周向的延展幅度大于沿轴向的延展幅度，相反，表面4沿轴向的延展幅度大于沿周向的延展幅度。

定子区段1由可磁化的材料、例如压制的或烧结的铁粉(SMC)一件式或多件式地制成。

如图3中所示，两个形状相同的定子区段1被拼合在一起，其中构造为环形绕组的定子绕组20插入布置在定子区段的定子接片5之间的间隙中。两个定子区段1的定子轭6朝向彼此并彼此接触，从而磁场可以基本上不受干扰地从第一定子区段1转入第二定子区段1。

因为两个定子区段1相对彼此旋转了存在于相应的定子区段1的两个沿周向紧邻的极靴之间的圆周角的一半。所以两个定子区段1的极靴沿周向交替。即沿周向在第一定子区段1的每个极靴之后紧跟着另一个定子区段1的极靴。

每个定子区段1具有两个沿周向彼此间隔开的凹部2。凹部2优选构造为在定子轭6中径向延伸的狭槽，尤其是狭槽布置在朝向相段的另外的定子区段1的轴向端侧上。

因此，当选择了合适的旋转角度时，相段的两个定子区段1的狭槽相互对准且随后一起形成了缺口51，尤其是用于定子绕组20的导出线22和引入线21的通道。

因为两个狭槽2沿周向彼此间隔开存在于相应的定子区段1的两个沿周向紧邻的极靴之间的圆周角的一半，所以第一定子区段的两个狭槽2和另外的定子区段1的两个狭槽2相互对准。

只要相段堆仍未被插入壳体部件中，则从径向外部在相段堆上可看到狭槽。因此可由具有图像检测部件的生产机器识别到该狭槽并可将该狭槽用于调节在不同相位的相段之间的(即在由不同的相电流供电的相段之间的)相对旋转角度。

定子绕组优选被接纳在尤其是由塑料制成的线圈架中，其中线圈架至少部分地覆盖狭槽、即缺口或凹部(51)，尤其是其中线圈架和被其至少部分地包围的定子绕组被接纳在一相段中，尤其是其中定子绕组构造为环形绕组。

相电流例如是三相交流系统的相(绕组)电流。

如图5所示，为了形成电机，沿轴向相继堆叠了多个相段，所述相段分别以相同形式由定子绕组和两个定子区段组成，其中当相段被供给不同的相电流(U、V、W)时，相段相对彼此旋转。

属于相同的相电流的相段没有当它们被供给不同的相电流(U、V、W)时旋转幅度大或者比那时的旋转幅度小或者仅旋转了在相应的定子区段1的极靴之间的上述圆周角的整数倍。

沿轴向上下堆叠布置的相段彼此接触，其中可在这些相段之间插入薄的电绝缘层。该薄的电绝缘层改进了机器的效率。相段堆被接纳在接纳了相段堆的壳体部件52的缺口中，其中壳体部件52优选热压配合地和/或粘合地连接，尤其是力锁合地连接。为此，在连接之前使壳体部件52达到比相段堆高的温度，尤其是高了至少50开尔文或至少100开尔文的温度。因此，实现了简单地把相段堆插入壳体部件52中并在进行温度补偿后达到力锁合的连接。

壳体部件52优选由金属、例如铝制成。

相应的导出线22和引入线21在轴向延伸的电缆槽50中被导出。电缆槽50优选加工为至用于接纳相段堆的接纳开口的内壁中的槽。

相应的相段的定子区段1仅在其轴向端侧上在轴向彼此重叠突出的定子轭6的区域中彼此接触。在其余的表面区域中保持两个定子区段1之间的最小气隙。设置定子绕组20和/或填料和/或绝缘纸来取代气隙。

在图8中对图7的剖面70进行阐释。图8中说明了极靴背42的表面的曲线。在此，可根据期望的制造成本选择不同的曲线。

可极简单地形成线性的、即平坦的曲线82，然而即使表面4仍未出现饱和，也导致在不临界的场强下已经出现极靴的部分区域的饱和。

在凸起的曲线80中，剖开的极靴背42形成弓形。

根据本发明的极靴背42的曲线具有位于曲线80和82之间的曲线。因此，根据本发明的极靴背42基本上构造为凸起的且在径向距离增大时极靴背的减小伴随着侧向的加宽部沿周向的增大。

因为位于极靴背42和表面4之间的边缘包含边缘破裂的危险，所以根据曲线81进行加厚或者在该区域内形成圆形是有利的。

属于曲线80的圆心的中点位于属于曲线82的等腰直角三角形的角上。

属于曲线80的极靴背42构造为对应于圆柱壁部段。在图8中仅示出布置在中间的剖面。

属于曲线82的极靴背42构造为对应于平坦的平面部段。在图8中仅示出布置在中间的剖面。

在图9中示出的极靴背的剖面的曲线是尤其有利的。在曲线92中组成了两个线性部段，其具有在0°和90°之间，尤其是在15°和50°之间的角度。在此，在根据图9的剖面中，两个线性部段的长度相同或者相差了小于30％。

因为圆形减小了边缘破裂的危险，所以在图9中示出了这种曲线。该曲线具有第一弓形90和第二弓形91，其中在弓形90和91之间存在稳定平滑且可区分的过渡。弓形90的长度、即弧长为弓形91的长度的10％和50％之间，尤其是15％和35％之间。

极靴背42相应地弧形地延伸，因为图9中仅示出了布置在中间的剖面。

在相应的定子区段1和定子绕组20之间布置了绝缘纸以改进绝缘距离。可选地，以绝缘塑料注塑包覆绕组。

在曲线90中圆弧部段凹进地延伸；在曲线91中圆弧部段凸出地延伸。曲线92被简化地设计，即极靴背42由两个平坦的表面组成。

根据本发明的电机也就可以称为爪极-横向流机械。

在另一个根据本发明的实施例中，温度传感器布置在定子绕组20的区域中，其连接导线同样被引导经过通道51。

附图标记列表：

1   定子区段

2   凹部，尤其是狭槽

3   侧面，尤其是沿周向的加宽部

4   极靴面，尤其是气隙侧的极靴面，即极靴的朝向转子的有源部件的平面

5   定子接片

6   定子轭

20  定子绕组

21  引入线

22  导出线

42  极靴背，尤其形成为凸起形

43  过渡面

50  电缆槽

51  缺口，尤其是通道

52  壳体部件

70  剖面

80  极靴背42的最大凸起的曲线

81  边缘加厚部

82  极靴背42的最小凸起的曲线，尤其是线性的、平坦的或直线的曲线

90  凹进的弓形曲线

91  凸出的弓形曲线

92  简化的曲线，由两个平坦的平面组成

Claims (15)

1.一种电机、尤其是横向流机械，

其特征在于，

定子由相段堆组合而成，

其中，每个相段具有定子绕组、尤其是单绕组和至少一个或至少两个定子区段，

其中，每个定子区段具有环形的定子接片，在该定子接片上形成有极靴，尤其是所述极靴朝向径向内部延伸和/或朝着转子的方向延伸和/或布置在转子和环形的定子接片之间，

尤其是其中，极靴形成为相同形式，

其中，极靴的轴向宽度随着径向距离的增大而减小，

其中，所属的变化曲线布置在第一曲线和第二曲线之间，

其中，第一曲线是径向距离的线性函数，尤其是其中，属于第一曲线的极背部是平坦的平面，

其中，第二曲线是三角函数、尤其是弓形函数，尤其是其中，属于第二曲线的极背部是圆柱部段面。

2.根据前述权利要求中至少一项所述的电机，

其特征在于，

所述极靴在其背离其它定子区段的侧上构造为平坦的，尤其是用于实现相段堆的尽可能窄且彼此接触的构造。

3.根据前述权利要求中至少一项所述的电机，

其特征在于，

轴向宽度的所属的变化曲线作为径向距离的函数由两个彼此不平行的部段组成，这两个部段分别是径向距离的线性函数，

尤其是亦即极背部由两个彼此不平行的、平坦的平面部分组成。

4.根据权利要求1至2中任一项所述的电机，

其特征在于，

轴向宽度的所属的变化曲线作为径向距离的函数由凸起的和/或凸出的部段和凹进的部段组成，其中凹进的部段具有比另外那个部段至少短五倍的弧长。

5.根据前述权利要求中至少一项所述的电机，

其特征在于，

所述极靴的气隙侧的表面具有和朝向定子接片的过渡面相比基本上相等或最多相差20％的面积值。

6.根据前述权利要求中至少一项所述的电机，

其特征在于，

所述极靴具有极背部，

尤其是其中，极背部至少部分地朝向定子绕组和/或至少部分地朝向其它定子区段，

其中，极背部把极靴的朝向转子的、气隙侧的面与定子接片、尤其是与定子接片表面连接在一起，

其中，极背部构造为凸起的或由两个彼此不平行的、平坦的平面部分组成。

7.根据前述权利要求中至少一项所述的电机，

其特征在于，

所述极靴如此形成，即只要极靴的气隙侧的、尤其是亦即朝向转子的侧面的表面区域仍未饱和，则基本上极靴没有哪个部分区域会发生饱和。

8.根据前述权利要求中至少一项所述的电机，

其特征在于，

所述极靴具有随着径向距离增大而增大的周向宽度，

尤其是其中，随着径向距离的增大，周向宽度的增大基本上与轴向宽度的减小以相同的幅度进行、尤其是与轴向宽度的减小呈反比地进行。

9.根据前述权利要求中至少一项所述的电机，

其特征在于，

所述极靴形成为关于一对称面对称，其中该对称面经过极靴的重心，且由从该重心出发的径向方向和由轴向方向撑开，

和/或

所述极靴形成为关于一对称面对称，其中该对称面经过极靴的重心，且法线方向是重心处的切线方向。

10.根据前述权利要求中至少一项所述的电机，

其特征在于，

所述极靴的边缘构造为加宽的，尤其用于减小边缘破裂的危险。

11.根据前述权利要求中至少一项所述的电机，

其特征在于，

随着径向距离的增大，具有第一面的极靴的剖面的面积值与极靴的气隙侧的、尤其是亦即朝向转子的侧面的面积值基本上相等或与之至少偏差了小于10％或20％，

-其中，第一面是切平面，该切平面相对于转子轴线具有相应的径向距离和/或该切平面相对于转子轴线平行地定向和/或该切平面具有径向距离和/或该切平面定向为与对称面垂直和/或该切平面的法线方向连接了转子轴线和极靴的重心，

-或者其中，第一面是圆柱周面，该圆柱周面相对于转子轴线具有相应的径向距离和/或该圆柱周面定向为与转子轴线平行。

12.根据前述权利要求中至少一项所述的电机，

其特征在于，

所述相段堆被接纳在壳体部件中，

尤其是其中，该壳体部件在壳体部件的朝向相段堆的面上、尤其是内表面上具有轴向延伸的电缆槽，尤其是轴向延伸的凹部，

尤其是其中，壳体部件与相段堆力锁合地连接，

尤其是其中，壳体部件被热压配合或粘合。

13.根据前述权利要求中至少一项所述的电机，

其特征在于，

每个定子区段具有两个径向延伸的、沿周向彼此间隔开极靴距离的一半的凹部(51)、尤其是狭槽，

尤其是从而在两个定子区段被拼合为一相段时，狭槽能够相互对准以形成用于相应的定子绕组的引入线和/或导出线的通道。

14.根据前述权利要求中至少一项所述的电机，

其特征在于，

定子区段由压制的或烧结的铁粉、尤其是SMC制成，

和/或

定子绕组被接纳在尤其由塑料制成的线圈架中，其中，线圈架至少部分地覆盖凹部(51)，

尤其是其中，线圈架和被其至少部分地包围的定子绕组一起被接纳在相段中，

尤其是其中，定子绕组构造为环形绕组。

15.一种用于制造电机、尤其是根据前述权利要求中至少一项所述的电机的方法，

其特征在于，

在制造相段堆时，生产机器检测和/或使用缝隙，用以使相段彼此对准，尤其是用以调节相段相对彼此的相对旋转角度。