CN104350670A - 具有至少一个盘式电动机转子的装置和装配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种装置，其具有至少一个定子(10)、至少一个具有至少一个磁体单元(14)的盘式电动机转子(12)、所述磁体单元设置用于与定子磁性地相互作用，因此在磁体单元(14)上作用至少一个驱动力，用于使盘式电动机转子(12)相对定子(10)旋转，并且装置具有至少一个第一轴承(16)，其至少参与将盘式电动机转子(12)相对定子可旋转地支承。在此推荐，轴承(16)的至少一个部件贴靠在盘式电动机转子(12)上。

Description

具有至少一个盘式电动机转子的装置和装配方法
本发明基于按照权利要求1的前序部分所述的装置。
由专利文献DE102007013732B4已知一种具有定子和转子的装置。通过通电的定子绕组使得转子中的永磁体加速。
本发明所要解决的技术问题尤其在于，提供一种具有高效率的这种构造的装置。所述技术问题按照本发明通过权利要求1的特征解决，而本发明有利的技术方案和扩展设计由从属权利要求得出。
本发明基于一种装置，其具有至少一个定子、至少一个具有至少一个磁体单元的盘式电动机转子，所述磁体单元设置用于与定子磁性地相互作用，因此在磁体单元上作用至少一个驱动力，用于使盘式电动机转子相对定子旋转，并且装置具有至少一个第一轴承，该第一轴承至少参与将盘式电动机转子相对定子可旋转地支承。
在此建议，轴承的至少一个部分贴靠在盘式电动机转子上。“设置”应该尤其理解为特殊地装备和/或特殊地构造。“盘式电动机转子”应该尤其理解为一种转子，其设置用于用作盘式电动机的转子。“磁体单元”应该尤其理解为一个单元，其有一个或多个元件构成，借助磁场可以在其上施加力，其中所述单元尤其可以具有至少一个永磁体和/或尤其至少一个线圈。所述轴承具有轴承内圈和轴承外圈，其中轴承的轴承外圈贴靠在盘式电动机转子上并且轴承内圈贴靠在定子上。
通过这种布局所述轴承或滚动轴承可以仅支承在定子和转子上，也就是说轴承内圈可以不布置或支承在轴上。由此还可以尤其沿径向更靠外地支承，这导致了电动机的特别低公差的支承。转子相对定子的支承尤其可以在这种位置上进行，所述位置对于公差特别敏感，即在磁体或磁体单元的附近的空气缝隙上。在这种位置上的支承可以避免杠杆臂的出现，所述杠杆臂有可能扩大被支承轴承的内在的公差。这例如还可以实现将空气缝隙选择得更窄小。较小的公差又导致了电动机的均匀的力的施展和均匀的扭矩。通过轴承外圈连接在旋转的转子上，装置的可旋转部分(其容易发生摆动运动)可以沿径向非常靠外地被支承。其还实现了一种特殊的布局，即标准化的径向轴承或滚动轴承以高精度被用于支承盘式电动机的转子，此外这导致了提高的灵活性和更小的成本。
换句话说，轴承内圈和轴承外圈直接支承在转子和定子上导致了两个元件的相互间直接的支承，也就是说有效缝隙可以很好地独立于许多其他的公差或错误源，它们例如来源于电动机轴，这导致了在旋转时最小化的和恒定的有效缝隙。可能的电的损失功率由此可以被最小化，发动机的效率被优化。轴承的外圈与旋转的转子的连接和内圈与固定的定子的连接在施加轴承预紧力的情况下导致一种O形布局，其通常导致很高的支承长度，也就是产生很高的系统刚度。这也可以进一步改善有效缝隙和电动机的功率。
借助按照本发明的技术方案可以实现高效率。尤其可以实现所述装置具有的盘式电动机转子的高效率。盘式电动机转子和盘式电动机转子的部分沿轴向相对定子的运动和振动即使有较高的发动机转速、波动和/或较高的温度、振动、冲击载荷和转子变形也可以很大程度地被避免，由此可以以高效率实现盘式电动机转子的驱动。由此可以实现所述装置的高寿命。
此外推荐，最大间距(第一轴承的外圈与旋转轴线的间距)除以平均间距(磁体单元与旋转轴线的间距)所得的商大于0.4。“最大间距”(第一轴承的外圈与旋转轴线的间距)尤其应该理解成多个间距中的最大间距，所述多个间距是外圈的可考虑的部分区域与旋转轴线的间距。盘式电动机转子的“旋转轴线”尤其应该理解为一轴线，盘式电动机转子在运行过程中围绕该轴线旋转。“磁体单元与旋转轴线的平均间距”尤其理解为1/V∫rdV，其中关于磁体单元的体积实施积分，V是磁体单元的整体体积并且r是各个体积元素dV与旋转轴线的正间距。由此可以实现盘式电动机转子特别可靠的轴向固定。
所述商优选大于0.6。通过这种方式尤其在磁体单元的区域中实现盘式电动机转子的可靠的轴向固定，由此实现了高效率。
此外推荐，所述装置具有第二轴承，其参与了盘式电动机转子相对定子可旋转的支承，并且第二轴承贴靠在盘式电动机转子的一个侧面上，该侧面与盘式电动机转子的设置第一轴承的侧面相对置。由此可以实现第一轴承所设置的轴向位置的很大程度的固定。
此外推荐，定子、盘式电动机转子和两个轴承以X形布局或O形布局相互地布置。由此在设计上简单的结构方式中实现可靠的力传递。
适用于第一轴承的优点在于，第一轴承的外直径除以第一轴承的最大轴向轴承宽度的商大于或等于6。由此实现轴向很短的但是稳定的结构方式。
此外推荐一种尤其用于制造所述装置的装配方法，其中在定子的定子元件上安置垫片，在垫片上安置第一轴承并且第一盘式电动机转子安置在第一轴承上。由此实现高效率。尤其实现了简单的装配。
其他优点由以下附图说明得出。在附图中示出本发明的实施例。所述附图、说明书和权利要求包含的大量组合的特征。技术人员也可以按照目的单独地考虑这些特征并且概括成合理的其他组合。
图1示出剖切按照本发明的装置的部分截面图。
图1示出剖切按照本发明的装置的部分截面图，所述装置具有定子10、盘式电动机转子12、轴44以及第一和第二轴承16、26。盘式电动机转子12具有磁体单元14，该磁体单元14由多个永磁体38构成，它们沿圆形均匀地分布，圆形中点位于盘式电动机转子12的旋转轴线22上。所述装置是盘式电动机的一部分，其中在其运行时盘式电动机转子12和旋转轴线22相对定子10旋转。定子10包括第一和第二定子元件32、36并且具有定子绕组40，该定子绕组40在定子元件32、36上朝向磁体单元40设置。在所述装置运行时，电流流过定子绕组40，因此产生磁场，该磁场的力作用在磁体单元14上，所述力导致盘式电动机转子12围绕旋转轴线22相对定子旋转。所述轴44固定在盘式电动机转子12上。
轴承16、26设计为构造相同的并且设计为滚动轴承。此外，轴承16、26支持盘式电动机转子12相对定子可转动的支承。轴承16具有外圈20和内圈42。所述外圈20贴靠在盘式电动机转子12的第一侧上。此外，第二轴承26的外圈贴靠在盘式电动机转子12的第二侧上，所述第二侧与第一侧相对置。轴承内圈42贴靠在定子10上并且在那径向向内地并且沿轴向被固定。轴承外圈20贴靠在转子12上并且在那径向向外地并且沿轴向被固定。
由最大间距18(第一轴承16的外圈20与旋转轴线22的间距并且其是轴承外圈的径向的外半径)除以平均间距24(磁体单元14与旋转轴线22的间距)所得的商大于0.6。由第一轴承16的外直径除以第一轴承16的最大轴向轴承宽度30的所得的商大于6。
定子10的支架46将定子元件32、36相互预紧。在定子元件32和内圈42之间沿轴线设置垫片34，其贴靠在定子元件32和内圈42上。此外在定子元件36和轴承26的内圈之间沿轴向设置垫片48，其贴靠在定子元件36和所述内圈上。定子元件32、36相互的预紧借助垫片34、48传递至轴承16、26上，因此使得所述轴承16和26沿旋转轴线22的轴向相互被预紧。直线50(力沿该直线从定子元件32传递至盘式电动机转子上)与直线52(力沿该直线从定子元件36传递至盘式电动机转子12上)相交于一交点上，该交点与旋转轴线22的间距大于间距18。这对应一种O形布局。在一种备选的实施形式中可以考虑的是，交点与旋转轴线22的间距小于间距18。这对应X布局。
定子元件32和盘式电动机转子12构成缝隙28，该缝隙28具有低于1mm的缝隙宽度。此外定子元件36和盘式电动机转子12构成缝隙，其具有低于1mm的缝隙宽度。
在装配该装置时，首先将垫片34安置在定子元件32上，之后将轴承16安置在垫片34上，之后将盘式电动机转子12安置在轴承16上，之后将轴承26安置在盘式电动机转子12上，之后将垫片安置在轴承26上，并且此后将定子元件36安置在垫片上，其中在定子元件32和36之间引入另外的定子元件54。而当盘式电动机转子12相对定子元件32、36旋转时，定子元件32、36相互借助支架46被预紧，其中定子元件32、36相互的间距缩小30μm，直至定子元件32、36都接触环形定子元件54。取代支架46还可以使用螺栓紧固。在预紧之前在盘式电动机转子和定子元件32、36之间的缝隙的大致的缝隙宽度借助垫片调节，其中盘式电动机转子相对这些定子元件旋转。
盘式电动机转子的固持永磁体的部分由碳构成。轴承内圈的孔具有140毫米的直径。此外轴承外圈具有175mm的外直径。
轴承配备润滑剂并且所述装置具有密封装置(未示出)，该密封装置避免润滑剂的渗漏。所述密封装置由棉毡构成。此外第一轴承16具有分度圆直径，其与第二轴承26的分度圆直径不同。此外，第一轴承16设计为单列的或多列的。此外，第二轴承26设计为单列的或多列的。第一轴承16尤其可以是向心球轴承、斜球轴承、圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承。在此所述轴承形式还可以设计为轴向轴承、斜向轴承或径向轴承。此外，第二轴承26尤其可以是向心球轴承、斜球轴承、圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承。在此所述轴承形式还可以设计为轴向轴承、斜向轴承或径向轴承。第一和第二轴承尤其可以具有不同的构造形状。此外，所述装置可以具有一个或多个附加的轴承(未示出)，它或它们至少通过一个构件贴靠在第一侧上并且它或它们参与盘式电动机转子12的可转动的支承，其中这个附加的轴承或这些附加的轴承尤其设计为向心球轴承、斜球轴承、圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承，并且其中这个附加的轴承或这些附加的轴承可以设计为轴向轴承、斜向轴承或径向轴承。此外，所述装置可以具有一个或多个附加的轴承(未示出)，它或它们至少通过一个构件贴靠在第二侧上并且它或它们参与盘式电动机转子12的可转动的支承，其中这个另外附加的轴承或这些另外附加的轴承尤其设计为向心球轴承、斜球轴承、圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承，并且其中这个另外附加的轴承或这些另外附加的轴承可以设计为轴向轴承、斜向轴承或径向轴承。此外这个或这些附加的轴承可设计为单列式或多列式。此外这个或这些另外附加的轴承可设计为单列式或多列式。
所述装置尤其是船舶、公交车、城铁、飞机、农用设备或电动割草机的部件。
附图标记清单
10  定子
12  盘式电动机转子
14  磁体单元
16  轴承
18  间距
20  外圈
22  旋转轴线
24  间距
26  轴承
28  缝隙
30  轴承宽度
32  定子元件
34  垫片
36  定子元件
38  永磁体
40  定子绕组
42  内圈
44  轴
46  支架
48  垫片
50  直线
52  直线
54  定子元件

Claims (10)

1.一种装置，具有至少一个定子(10)、至少一个具有至少一个磁体单元(14)的盘式电动机转子(12)、所述磁体单元(14)设置用于与所述定子(10)磁性地相互作用，从而在所述磁体单元(14)上作用至少一个驱动力，用于使所述盘式电动机转子(12)相对于所述定子(10)转动，并且所述装置具有至少一个具有轴承内圈(42)和轴承外圈(20)的第一轴承(16)，所述第一轴承(16)至少参与所述盘式电动机转子(12)相对于所述定子的能够转动的支承，其特征在于，所述轴承(16)的轴承外圈(20)贴靠在所述盘式电动机转子(12)上并且所述轴承内圈(42)贴靠在所述定子(10)上。
2.按照权利要求1所述的装置，其中，所述第一轴承(16)的外圈(20)与所述盘式电动机转子(12)的旋转轴线(22)间所具有的最大间距(18)除以所述磁体单元(14)与所述旋转轴线(22)间所具有的平均间距(24)所得的商大于0.4。
3.按照权利要求2所述的装置，其中，所述商大于0.6。
4.按照前述权利要求之一所述的装置，其中，所述装置具有第二轴承(26)，所述第二轴承(26)参与所述盘式电动机转子(12)相对于所述定子(10)的能够转动的支承，并且所述第二轴承(26)贴靠在所述盘式电动机转子(12)的一个侧面上，该侧面与所述盘式电动机转子的设置有所述第一轴承(16)的侧面相对置。
5.按照权利要求4所述的装置，其中，所述定子(10)、所述盘式电动机转子(12)和两个轴承(16、26)相互间以X形或O形布置方式安置。
6.按照权利要求4或5所述的装置，其中，两个轴承(16,26)相互被预紧。
7.按照前述权利要求之一所述的装置，其中，所述定子(10)和所述盘式电动机转子(12)构成至少一个缝隙(28)，所述缝隙(28)具有小于5mm的缝隙宽度。
8.按照前述权利要求之一所述的装置，其中，对于所述第一轴承(16)适用的是，所述第一轴承(16)的外直径除以所述第一轴承(16)的最大轴向轴承宽度(30)的商大于或等于6。
9.一种机器，具有按照权利要求1至8之一所述的装置。
10.一种装配方法，尤其用于制造按照权利要求1至8之一所述的装置，其中，在定子(10)的定子元件(32)上安置垫片(34)，在所述垫片(34)上安置第一轴承(16)并且盘式电动机转子(12)安置在所述第一轴承(16)上。
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