CN104718683A - 具有轻型结构的电机的装置 - Google Patents

Abstract

一种装置具有基体(1)。电机(2)的定子叠片(4)通过连接结构(5)与基体(1)连接。电机(2)具有转子(6)，所述转子(6)与定子叠片(4)电磁地配合作用且可相对于定子叠片(4)旋转地支承，因而转子(6)可绕旋转轴(7)旋转。定子叠片(4)借助于连接结构(5)相对于基体(1)固定。定子叠片(4)具有多个沿旋转轴(7)方向看互相叠置的定子片(9)。至少在一些定子片(9)之间布设非电磁激励的第一夹层(10)。所述第一夹层(10)是连接结构(5)的组成部分。由定子叠片(4)施加到转子(6)上的转矩，通过所述第一夹层(10)导入连接结构(5)中。

Description

具有轻型结构的电机的装置

技术领域

本发明涉及一种装置，

-其中所述装置具有基体，

-其中电机的定子叠片通过连接结构与基体连接，

-其中电机具有转子，所述转子与定子叠片电磁地配合作用且可相对于定子叠片旋转地支承，因而转子可绕旋转轴旋转，

-其中定子叠片借助于连接结构相对于基体固定，

-其中定子叠片具有多个沿旋转轴方向看互相叠置的定子片。

背景技术

这类装置普遍公知。尤其具有壳体或者安装在大型设备中的几乎每台通用的电动机，都是如此构建的。

在移动应用领域，电动机的功率重量比起着很大的作用。尤其试图尽可能地降低电动机的重量。力求在所谓的有源件(也就是以电磁激励的部件，即磁体和线圈以及片或者叠片)以及其余的部件，即所谓的无源件上实现重量的减轻。

在现有技术中，一般试图对系统的各个部件进行优化。但是，在例如通过对有源件和无源件的结构和功能进行整合的集成化轻型结构中，存在特别大的潜能。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种具有轻型结构的电机的装置，在所述装置中，能够实现这种集成化轻型结构。

所述技术问题通过具有权利要求1所述特征的装置加以解决。按照本发明的装置的有利的设计方案，是附属权利要求2至18说明的内容。

按照本发明，为了解决所述技术问题，对本文开头所述的那类装置如此进行进一步改进，

-至少在一些定子片之间布设非电磁激励的第一夹层，以及

-第一夹层是连接结构的组成部分，以及

-由定子叠片施加到转子上的转矩，通过第一夹层导入连接结构中。

由于第一夹层，电机的重量与同样结构尺寸的常规电机相比，减小了很多。借助于按照本发明的电机可输出的最大功率，受定子片磁饱和度的限制，虽然比同类的常规电机小。但是按照本发明的电机的持续运转功率，受从定子叠片中可散发的热量的限制，与在常规电机上几乎一样大。

可以在所有的定子片之间分别布设第一夹层。作为替代方式，可以只在一些定子片之间布设第一夹层。在这种情况下，优选在那些其间没有布设第一夹层的定子片之间，布设非电磁激励的第二夹层。第二夹层不是连接结构的组成部分。在该设计方案中，第二夹层的下料尺寸一般与定子片的下料尺寸一致。第二夹层因而具有与定子片相同的轮廓。

在存在第二夹层的情况下，在每两个第一夹层之间布设预定数量的第二夹层，其中第二夹层的数量，一般始终是相同的。可以在每两个第一夹层之间，分别布设单独一个第二夹层。但是优选沿旋转轴方向看，在第一夹层后分别跟随多个第二夹层。

第一夹层的材料可以按需要确定。优选使第一夹层由纤维复合材料，例如由碳纤维强化塑料(CFK)或者玻璃纤维强化塑料(GFK)组成。如果存在第二夹层，类似的材料也适用于它。

可以使第一夹层仅仅用作定子叠片的固定，即仅仅实施定子叠片的机械支承功能。但是，优选使第一夹层此外还承担导热功能。为了此用途可以特别设定，第一夹层由具有优选导热方向的材料组成。这类材料，尤其碳纤维强化塑料，是专业人士熟知的。在采用这类材料的情况下，优选使定子叠片内的优选导热方向沿旋转轴的径向或者切向定向，而定子叠片外则定向成从定子叠片中离开。

可以在连接结构上布设如散热片或者诸如此类的散热元件。

优选规定，连接结构具有多个子结构，所述子结构分别具有不包括第一夹层的中间层，并且沿旋转轴方向看，所述中间层在两侧分别被一组第一夹层所围住。借助于这种设计方案，可以以尤其简便的方式获得一种非常稳固且耐用的连接结构。

每组第一夹层中第一夹层的数量，可以按照需要。可以使相应的数量等于1。如果存在第二夹层，这将会特别合理。作为替代方式，可以使相应的数量大于1，例如为3至6。如果不存在第二夹层，也就是在所有的定子片之间分别布设第一夹层，这将会特别合理。

可以按需要构造中间层。例如可以使中间层由结构泡沫材料组成。作为替代方式，还可以使中间层由夹层结构组成。在这种情况下，夹层结构具有两个覆盖层以及布设在所述覆盖层之间的蜂窝状结构。

连接结构一般具有至少两个这样的子结构。可以使单独一组第一夹层同时与两个子结构的中间层邻接。作为替代方式，还可以使子结构的相互面对的那组第一夹层，沿旋转轴方向看是相互间隔的。在这种情况下，可以使两个子结构例如在轴向的两侧围成空腔。在这种情况下，优选在子结构中布设用于将冷却介质输送到空腔中以及使冷却介质从空腔中排出的通孔。尤其在这种设计方案中，常常将连接结构构造成，环绕旋转轴切向看是全平的。

作为替代方式，可以使连接结构具有多个轮辐状的连接支杆，所述连接支杆连接了定子叠片和基体。在这种情况下，第一夹层是连接支杆的组成部分。

一般将连接支杆构造成扁平的。在这种情况下，第一夹层至少位于(扁平的)连接支杆的顶面和底面上。

连接支杆沿各自的主轴线方向从定子叠片延伸到基体。在本发明的一种优选的设计方案中，规定，连接支杆可绕各自的主轴线扭转。如此，可以将连接支杆用作冷却空气的导向元件，所述冷却空气是沿轴向方向，也就是沿与旋转轴平行的方向输送给连接结构的。

作为替代方式，可以使连接支杆分别在与旋转轴正交的径向平面中延伸，环绕旋转轴看，连接支杆覆盖了各角度区域，每个径向平面中在各径向平面中延伸的连接支杆，环绕旋转轴看，只覆盖了整个圆的一部分，而且就至少两个径向平面而言，在各径向平面中延伸的连接支杆所覆盖的角度区域，是相互不同的。

例如可以使每个径向平面中存在多个连接支杆，所述连接支杆分别覆盖某一角度区域。连接支杆在各径向平面内一般是均匀分布地布设的。下一径向平面的连接支杆，可以例如相对于上述径向平面的连接支杆偏转一个偏移角。偏移角优选等于或者略微小于角度区域。所有这些都可以重复用于跟随其后的径向平面，从而在多个径向平面上方看，逐渐获得一种螺旋状的构型。借助于这种设计方案，可以例如使输送给连接结构的冷却气流的冷却效果达到最佳程度。

作为替代方式，可以使连接支杆沿各自的主轴线方向从定子叠片延伸到基体，而且各主轴线除了具有沿旋转轴径向的分量(Komponente)外，还具有各个沿旋转轴轴向的分量。借助于这种设计方案，可以以尤其简便的方式，实现定子叠片相对于基体的尤其稳固的固定。如果各主轴线此外还具有各个沿旋转轴切向的分量，这是尤其适用的。这种轮辐状的结构，例如在自行车和摩托车的轮子上从一开始就众所周知。

本发明的实施，与是否将转子构造成内转子或者外转子无关。但是，如果将转子构造成外转子的话，本发明将展现其全部的优势。

按照本发明的装置此外还可以按需要构造。如果基体是飞机、尤其直升飞机的组成部分，则尤其优选应用于航空领域。

附图说明

本发明的上述性能、特征和优点以及如何实现它们的方式和方法，与下列对联系图纸加以详细说明的实施例所作的描述相结合，将更清晰易懂。示意图中：

图1表示具有电机的装置，

图2表示经过电机剖示的纵向剖视图，

图3和4分别表示一种定子叠片和连接结构，

图5和6分别表示第一夹层的俯视图，

图7和8分别表示一种定子叠片和连接结构，

图9表示连接支杆的布置的展开图，

图10和11分别表示一种定子叠片和连接结构，以及

图12表示定子叠片和连接结构的俯视图。

具体实施方式

按照图1，一个从原则上讲任意的装置具有基体1。按照图1，基体1是一种飞机、即直升飞机的组成部分。但是该图仅仅是个示例。从原则上讲，基体1可以具有任何形状。

在基体1中布设着电机2。所述电机2驱动装置的机组3。尤其可以将电机2构造成装置的主驱动器。如果是飞机，可以将机组3例如构造成产生推进力和/或上升力的飞机螺旋桨。在这种情况下有意避开词语“Rotor”，是因为之后它要与电机2结合成那样。

按照图2，电机2具有定子叠片4。所述定子叠片4按照图2通过连接结构5与基体1连接。电机2此外还具有转子6。所述转子6与定子叠片4电磁地配合作用。以此在定子叠片4和转子6之间形成电动力。转子6支承在(至少)一个轴承6’中，转子6因而可绕旋转轴7旋转。

接下来只要用到概念“轴向”、“径向”和“切向”，始终是针对旋转轴7而言的。轴向是平行于旋转轴7的方向。径向是与旋转轴7正交地靠近旋转轴7或者离开它的方向。切向是与旋转轴7正交且与径向方向正交的方向。切向因而是以恒定的径向间距且在恒定的轴向位置上，环绕旋转轴7圆形地定向的方向。

借助于连接结构5，定子叠片4相对于基体1固定。定子叠片4因而借助于连接结构5相对于基体1沿径向和轴向固定，并且除此以外还可防止环绕旋转轴7扭转地防旋转地固定。

按照图2，将转子6构造成外转子。在其它的附图中，也始终对转子6被构造成外转子的电机2的设计方案加以说明。但是原则上也同样可以将转子6构造成内转子。只须按虚构的圆柱形镜面轮廓8进行镜像。所述镜面轮廓8在图2中以点划线表示。应当指出的是，镜面轮廓8仅仅是一种虚构的轮廓，因此不是真实存在的物体。

按照图3和4，定子叠片4具有多个定子片9。所述定子片9沿轴向方向看是相互叠置的。按照图3和4，至少在一些定子片9之间分别布设第一夹层10。所述第一夹层10是连接结构5的组成部分。由定子叠片4施加到转子6上的转矩(也就是电动力)通过第一夹层10导入连接结构5中。

在按照图4的设计方案中，在所有的定子片9之间分别布设第一夹层10。而在按照图3的设计方案中，只在一些定子片9之间分别布设第一夹层10。在按照图3的设计方案中的那些其间没有布设第一夹层10的定子片9上，分别布设第二夹层11。第一夹层10和第二夹层11之间的区别在于，第二夹层11与第一夹层10不同-不是连接结构5的组成部分。换句话说：第二夹层11可以在垂直于旋转轴7看的横截面上，具有比第一夹层10小的轮廓。尤其可以使第二夹层11具有与定子片9相同的下料尺寸。而第一夹层10则必须超出定子片9的下料尺寸地延伸到基体1。

第一夹层10由非电磁激励的材料组成。例如可以使第一夹层10由纤维复合材料组成。例如碳纤维强化塑料或者玻璃纤维强化塑料都是适宜的纤维复合材料。第二夹层11，只要存在，也是非电磁激励的。它可以，但不是必须由与第一夹层10同样的材料组成。

按照图3的设计方案，沿旋转轴7方向看，在第一夹层10之后分别跟随多个第二夹层11。这种设计方案，即如果存在第二夹层11，那么存在比第一夹层10多的第二夹层11，是优选的，但不是绝对必要的。位于每两个第一夹层10之间的第二夹层11的数量，可以按需要确定。其一般介于3和6之间。

可以使第一夹层10由具有优选导热方向的材料组成。例如有些碳纤维强化塑料具有这种特性。如果第一夹层10由这种材料组成，那么优选使定子叠片4内的优选导热方向，沿旋转轴7的径向或切向定向，而定子叠片4外定向为从定子叠片4中离开。图5和6表示相应的可能的设计方案。

在按照图5的设计方案中，第一夹层10主要由实心材料组成。第一夹层10因而以在图5中用虚线表示的定子片9的轮廓为出发点，整个面沿径向向内延伸。在第一夹层10的这种设计方案中，可以使图5中以箭头12表示的优选导热方向，在定子叠片4内、外都沿径向定向。

而在按照图6的设计方案中，第一夹层10只在定子片9区域由实心材料组成。以在图6中仍用虚线表示的定子片9的轮廓为出发点，只有接下来也被称作连接支杆13的第一夹层10的轮辐状的指形板13，沿径向向内突出。指形板13的数量，可以按需要选取。关于这点后面还将详细说明。在第一夹层10的这种设计方案中，应该将连接支杆13区域中的优选导热方向定向为从定子叠片4中离开，在位于连接支杆13之间的角度区域里的定子叠片4区域中，沿切向定向，而在连接支杆13的角度区域里，由切向定向向径向定向转变。

可以在连接结构5上布设散热元件。但是优选使连接结构5本身已被构造成定子叠片4的冷却装置。

按照图3和4，连接结构5具有多个子结构14。每个子结构14具有中间层15。所述中间层15不包括第一夹层10。中间层15沿轴向的两侧，分别被一组第一夹层10所围住。

按照图3，中间层15由结构泡沫材料16组成。按照图4，中间层15由夹层结构17组成。所述夹层结构17本身具有两个覆盖层18和蜂窝状结构19。所述覆盖层18分别与一组第一夹层10邻接。按照图3和4，描述了将中间层15构造成结构泡沫材料16与存在第二夹层11相结合的设计方案，将中间层15构造成夹层结构17与在所有定子片9之间布设第一夹层10相结合的设计方案。但是这不是绝对必要的。同样可以实现将结构泡沫材料16与在所有定子片9之间布设第一夹层10相结合，将夹层结构17与存在第二夹层11相结合。

每组第一夹层10的第一夹层10的数量，可以按需要选取。它可以是1(参见例如图3)或者多于1，例如介于3和6之间(参见例如图4)。

一般存在多个子结构14。可以使子结构14沿旋转轴7方向看是交错变换的，也就是说，一组第一夹层10同时与两个中间层15邻接。在图3中示出的仅仅是示例。作为替代方式，还可以使子结构14相互面对的那组第一夹层10，按照图7沿旋转轴7方向看，是相互间隔的。在这种情况下，沿轴向连续跟随的两个子结构14，优选在轴向的两侧围成空腔20。在径向，空腔20在这种情况下一侧由定子叠片4围成，而另一侧由基体1围成。

在子结构14中，可以布设用于将冷却介质输送到空腔20中以及使冷却介质从空腔20中排出的通孔21。冷却介质优选是液态的冷却介质，例如水。优选将通孔21布设成，使得第一夹层10能够被冷却介质流经其整个表面。例如可以按照图7中的图示，使通孔21在一个子结构14中沿径向向内布设，在另一个子结构14中沿径向向外布设。其它的设计方案也是可以的。

按照另一种设计方案，连接结构5按照图8具有已结合图6提及的轮辐状的连接支杆13。所述连接支杆13连接了定子叠片4和基体1。第一夹层10，如已述的那样，是连接支杆13的组成部分。一般将连接支杆13构造成扁平的。

在按照图8-补充参见图9的设计方案中，各连接支杆13沿旋转轴7的切向看，分别覆盖了在下面被称作覆盖角α的某一角度区域α。所述覆盖角α可以-仅仅是示例-在30°左右。

在按照图8和9的设计方案中，连接支杆13分别在与旋转轴7正交的径向平面中延伸。每个径向平面一般存在多个连接支杆13，例如按照图9的图示，分别为四个连接支杆13。连接支杆13一般均匀分布地布设在各径向平面内。在各径向平面的连接支杆13之间，因而具有角度空隙β，按照上述四个分别覆盖30°的连接支杆13的示例，即为60°。

此外，一般将连接支杆13布设在多个径向平面中，例如按照图9的图示分布在五个径向平面中。连接支杆13逐个径向平面地彼此相对地偏转一个偏移角γ。在一个径向平面中延伸的连接支杆13所覆盖的角度区域α，因而与在至少一个其它的径向平面中延伸的连接支杆13所覆盖的角度区域α是不同的。

偏移角γ可以按需要选取。可以使偏移角γ(略微)小于覆盖角α，例如在25°左右。作为替代方式，可以使偏移角γ等于覆盖角α或者甚至大于覆盖角α。

按照图8，并且按照图10，连接支杆13沿各自的主轴线22方向从定子叠片4延伸到基体1。按照图10，连接支杆13绕各自的主轴线22扭转。因而将连接支杆13用作空气导向元件，借助于所述空气导向元件，沿轴向输送给连接结构5的冷却气流，以流体技术和冷却技术上有利的方式，通过连接结构5。各主轴线22可以按照图10，在其从定子叠片4到基体1的途中，改变其方向。

在按照图11和图12的图示中，连接支杆13也沿其各自的主轴线22方向从定子叠片4延伸到基体1。在该设计方案中，各主轴线22是纯直线的。按照图11和图12，连接支杆13的主轴线22，除了具有沿旋转轴7径向的分量外，还具有各个沿旋转轴7轴向的分量。如可以尤其清楚地从图12中看出的那样，主轴线22此外甚至还具有各个沿旋转轴7切向的分量。将主轴线22定向为，使得当旋转轴7垂直地(直立地)定向时，在主轴线22的第一分量上，主轴线22在其从定子叠片4到基体1的途中向上延伸，而在主轴线22的第二分量上，主轴线22在其从定子叠片4到基体1的途中向下延伸。类似地，还可以使主轴线22按照图12具有反向的切向分量。如果由于预先规定了用途而事先公知，转子6始终是沿同一转向旋转的，那么如果使主轴线22具有同向的切向分量，会比较有利。结果，借助于这种设计方案，获得一种非常轻便，却很稳固的定子叠片4和基体1的连接。

本发明具有许多优点。尤其通过借助于连接结构5的第一夹层10对有源件和无源件进行集成，可以为电机2提供一种相对简单、费用低廉而且非常轻便的解决方案，所述电机2在持续运行时的功率潜能，与常规的电机相比，几乎全部得以保留。

尽管借助于优选的实施例对本发明的细节作了详细的图示和说明，但是本发明并不局限于所公开的例子，而且可以由专业人士从中推导出不偏离本发明保护范畴的其它的方案。

Claims (18)

1.一种装置，

-其中所述装置具有基体(1)，

-其中电机(2)的定子叠片(4)通过连接结构(5)与基体(1)连接，

-其中电机(2)具有转子(6)，所述转子(6)与定子叠片(4)电磁地配合作用且可相对于定子叠片(4)旋转地支承，因而转子(6)可绕旋转轴(7)旋转，

-其中定子叠片(4)借助于连接结构(5)相对于基体(1)固定，

-其中定子叠片(4)具有多个沿旋转轴(7)方向看互相叠置的定子片(9)，

-其中至少在一些定子片(9)之间布设非电磁激励的第一夹层(10)，

-其中第一夹层(10)是所述连接结构(5)的组成部分，并且

-其中由定子叠片(4)施加到转子(6)上的转矩，通过第一夹层(10)导入连接结构(5)中。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，在所有的定子片(9)之间分别布设第一夹层(10)。

3.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，在那些其间没有布设第一夹层(10)的定子片(9)之间，布设非电磁激励的第二夹层(11)，并且所述第二夹层(11)不是所述连接结构(5)的组成部分。

4.按照权利要求3所述的装置，其特征在于，沿旋转轴(7)方向看，在第一夹层(10)后分别跟随多个第二夹层(11)。

5.按照上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，第一夹层(10)由纤维复合材料组成。

6.按照上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，第一夹层(10)由具有优选导热方向的材料组成，定子叠片(4)内的优选导热方向沿旋转轴(7)的径向或切向定向，而定子叠片(4)外的优选导热方向定向为从定子叠片(4)离开。

7.按照上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，在连接结构(5)上布设散热元件。

8.按照上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，连接结构(5)具有多个子结构(14)，所述子结构(14)分别具有不包括第一夹层(10)的中间层(15)，并且沿旋转轴(7)方向看，所述中间层(15)在两侧分别以一组第一夹层(10)为界。

9.按照权利要求8所述的装置，其特征在于，所述中间层(15)由结构泡沫材料(16)或夹层结构(17)组成，其中夹层结构(17)具有两个覆盖层(18)以及布设在所述覆盖层(18)之间的蜂窝状结构(19)。

10.按照权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述连接结构(5)具有至少两个子结构(14)，所述子结构(14)相互面对的那组第一夹层(10)，沿旋转轴(7)方向看是互相间隔的，两个子结构(14)沿轴向的两侧限定空腔(20)，而且在子结构(14)中布设用于将冷却介质输送到所述空腔(20)中以及使冷却介质从空腔(20)中排出的通孔(21)。

11.按照上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，连接结构(5)具有多个轮辐状的连接支杆(13)，所述连接支杆(13)连接了定子叠片(4)和基体(1)，并且所述第一夹层(10)是连接支杆(13)的组成部分。

12.按照权利要求11所述的装置，其特征在于，将连接支杆(13)构造成扁平的。

13.按照权利要求12所述的装置，其特征在于，连接支杆(13)沿各自的主轴线(20)方向从定子叠片(4)延伸到基体(1)，并且连接支杆(13)绕各自的主轴线(22)扭转。

14.按照权利要求12所述的装置，其特征在于，连接支杆(13)分别在与所述旋转轴(7)正交的径向平面中延伸，环绕旋转轴(7)看，所述连接支杆(13)覆盖了各自的角度区域(α)，每个径向平面中在各径向平面中延伸的连接支杆(13)，环绕旋转轴(7)看，只覆盖了整个圆的一部分，而且就至少两个径向平面而言，在各径向平面中延伸的连接支杆(13)所覆盖的角度区域(α)，是相互不同的。

15.按照权利要求11或12所述的装置，其特征在于，连接支杆(13)沿各自的主轴线(22)方向从定子叠片(4)延伸到基体(1)，而各主轴线(22)除了具有沿旋转轴(7)径向的分量外，还具有各个沿旋转轴(7)轴向的分量。

16.按照权利要求15所述的装置，其特征在于，各主轴线(22)此外还具有各个沿旋转轴(7)切向的分量。

17.按照上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，将转子(6)构造成外转子。

18.按照上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，基体(1)是飞机、尤其直升飞机的组成部分。