CN105308837A - 轻型结构方式的轴流机 - Google Patents

Abstract

一种电气轴流机，其具有能够围绕旋转轴线(2)旋转的转子轴(1)。在该转子轴(1)上布置有两个转子(3)，它们在旋转轴线(2)的方向上看互相隔开。其中在旋转轴线(2)的方向上看在两个转子(3)之间布置有定子(4)。所述定子(4)具有一定数量的定子齿(5)，它们分别在旋转轴线(2)的方向上在两个端部区域(6)之间延伸。所述定子齿(5)以与旋转轴线(2)的径向距离(r)围绕旋转轴线(2)均匀分布布置并且承载定子绕组系统(7)。定子齿(5)在端部区域(6)内通过相应的环结构(10)互相连接并且与在径向外部包围定子(4)的壳体(11)连接。

Description

轻型结构方式的轴流机

技术领域

-本发明涉及一种电的轴流机，

-其中所述轴流机具有能够围绕旋转轴线旋转的转子轴，在该转子轴上布置两个转子，它们在旋转轴线的方向上看互相隔开，

-其中在旋转轴线的方向上看在两个转子之间布置定子，

-其中所述定子具有一定数量的定子齿，它们分别在旋转轴线的方向上在两个端部区域之间延伸，

-其中所述定子齿以距旋转轴线一定的径向间隔围绕旋转轴线均匀分布布置并且承载定子绕组系统。

背景技术

这种轴流机例如从T.J.Woolmer和M.D.McCulloch所著专业论文“AnalysisoftheYokelessandSegmentedArmaturemachine”中获知。

已知各种设计方案的电的轴流机。因此例如已知这样的轴流机，它具有唯一的转子有源部件(Aktivteil)和唯一的定子有源部件。另外已知这样的轴流机，它具有两个定子有源部件和唯一的转子有源部件或者反之具有两个转子有源部件和唯一的定子有源部件。

在具有两个转子有源部件和唯一的定子有源部件的轴流机中可以构造没有定子轭的轴流机。在这种情况下在现有技术中定子绕组系统的绕组作为单绕组构造，所述绕组相应卷绕到线圈架上。线圈架自身是机械上稳定的元件。它们通常用塑料制成。所述线圈架分别插在定子齿上。定子齿在圆周上分布布置。

轴流机提供这样的可能性，即在相对小的和轻的结构方式中提供相对大的转矩和相对大的额定功率供使用。因此它例如作为紧凑的牵引驱动装置在车辆中使用。在开始时提到的现有技术中例如打算把在那里说明的轴流机作为用于机动车的驱动装置使用。

发明内容

本发明的任务在于，如此进一步改进开始时提到的类型的轴流机，使得在保持相对轻的结构方式的情况下能够以简单的方式实现定子齿互相相对的机械的固定和定子整体在径向外部包围定子的壳体内的机械的固定。

该任务通过具有权利要求1的特征的轴流机解决。根据本发明的轴流机的有利的设计方案是从属权利要求2到11的内容。

根据本发明，开始时提到的类型的轴流机如下构造：定子齿在端部区域内通过相应的环结构互相连接并且与在径向外部包围定子的壳体连接。所述环结构构成所述部件互相的轻的然而稳定的连接。

定子绕组系统具有多个绕组。在根据本发明的轴流机的范围内-同样如在现有技术中-这些绕组可以在线圈架上卷绕，线圈架自身插在定子齿上。然而定子绕组系统优选地直接在定子齿上卷绕。也就是说可以去掉线圈架，所述线圈架一方面增加轴流机的重量(尽管相对很小)另一方面(并且大多在值得注意的外周上)需要结构体积。

可能的是-正如在现有技术中，定子绕组系统包括相应在单个的定子齿上卷绕的单绕组。然而由于使用定子绕组系统直接卷绕定子齿，作为替代方案同样可以将定子绕组系统构造为分布式绕组系统。分布式绕组系统相对于包括单绕组的绕组系统具有电磁方面的优点。这点特别在所谓的双层绕组的情况下适用。

环结构可以用导磁材料制成，例如用钢或者其它的铁合金。然而为避免涡流，环结构尤其用不导电的材料制成。另外为避免对轴流机的电磁特性的不希望的影响它优选地用不导磁的材料制成。环结构特别可以用纤维增强的塑料制成。例如这种塑料是CFK(碳纤维增强的塑料)或者GFK(玻璃纤维增强的塑料)。

可以用垢工结构方式(Massivbauweise)构造环结构。然而优选地以夹层结构方式构造环结构。这导致特别简单然而机械上稳定的环结构。

在切向围绕旋转轴线看，环结构可以构造为封闭的环。这种设计方案能够特别简单地实现。作为替代方案，环结构可以包括许多环节段。这种设计方案能够提供制造工艺方面的优点。

在径向朝旋转轴线看，环结构可以构造为连续的结构。在这种情况下环结构特别稳定。作为替代方案，环结构可以包括径向内部的内环和径向外部的外环。这能够具有制造工艺方面的优点。

在旋转轴线的方向看，可以把环结构布置在一侧的定子齿和另一侧的转子之间。这种构造特别简单。作为替代方案可能的是，可以使定子齿伸入环结构之间或者使定子齿伸出超过环结构。这种构造导致轴流机的特别紧凑的结构方式。

在一种特别优选的设计方案中，定子齿在端部区域内具有连接片，使得定子齿在端部区域内围绕旋转轴线看比在端部区域之间覆盖更大的角度。该设计方案一方面在安装工艺方面是有利的，另一方面在轴流机运行的情况下也是有利的。

定子齿与环结构的连接可以根据需要构建。定子齿和环结构特别可以形状配合地、力配合地、材料配合或者可解除地互相连接。

附图说明

本发明的上述的特性、特征和优点以及获得这些特性、特征和优点的方式和方法结合实施例的下述说明可以更清楚和明确地理解，结合附图具体地阐释所述实施例。在此在示意性的视图中展示了：

图1示意表示轴流机的纵剖面，

图2示意表示轴流机的定子的横截面，

图3示意表示环结构的具体情况，

图4示意表示定子的透视图，

图5示意表示轴流机的展开图，

图6示意表示另一个定子的透视图，

图7示意表示图6的截取部分，

图8示意表示定子的另一幅透视图，并且

图9示意表示图8的截取部分。

具体实施方式

根据图1，电气轴流机具有转子轴1。该转子轴1可围绕旋转轴线2旋转。在转子轴1上布置两个转子3。转子3在轴向上(也就是说平行于旋转轴线2看)彼此具有一段距离，也就是说互相隔开。在转子3之间在轴向看布置有定子4。转子3通常具有永磁体和导磁的轭。

根据图2，定子4具有一定数目的定子齿5。定子齿5例如可以由叠片的发动机片(SiFe、CoFe、...)制成。作为替代方案，它们例如可以用SMC材料(SMC＝softmagneticcomposites(软磁复合材料))压制或者用导磁的粉末原料烧结。定子齿5根据图1在两个端部区域6之间在轴向上延伸。值得商榷的是(imzweifelsfalle)，定子齿5的相应轴向的最为外侧的10％或以下、尤其是定子齿5的相应轴向最为外侧的5％或以下适用作为端部区域6。

定子齿5以与旋转轴线2的径向距离r布置。所述定子齿在切线方向看(也就是说围绕旋转轴线2)均匀分布。定子齿5承载在图2中示意表示的定子绕组系统7。定子绕组系统7优选地直接在定子齿5上卷绕。虽然可以在定子齿5和绕组8之间存在绝缘层9，例如纸制的绝缘层9，然而优选地不存在自身在机械上稳定的承载结构(也就是说线圈架)。

定子齿5在端部区域6内通过相应的环结构10互相连接。此外定子齿5通过该环结构10与壳体11连接，壳体11在径向外部包围定子4。环结构10与壳体11的连接可以根据需要构建。例如可以把壳体11收缩成形(aufschrumpfen)在环结构10上。作为替代方案，可以形成形状配合。例如环结构10可以在径向外部具有凹陷(例如U形槽)，壳体11的对应的突起作用到该凹陷中。作为替代方案，其它的连接类型也是可能的。例如可以把环结构10与壳体11螺旋连接或粘接。

环结构10尤其用不导电的和/或不导磁的材料制成。另外该材料应该尽可能轻。例如环结构10可以用纤维增强的塑料制成，特别用CFK或者GFK制成。为尽可能在很大程度上减小环结构10的自重，环结构10可以根据图3以夹层结构方式构成。在这种情况下根据图3环结构10具有多个层12，它们通过类似桁架的结构13互相连接。

在根据图1和2的轴流机的设计方案中，环结构10在轴向上在一侧的定子齿5和另一侧的转子3之间布置。这点在图4的透视图中可以看出并且特别明显地可以从图5的展开图中看出。在这种设计方案中，定子齿5和环结构10能够以几乎任何方式互相连接。例如定子齿5和环结构10可以形状配合地互相连接。为实现形状配合的连接，环结构10例如可以具有在轴向上延伸的销钉。在这种情况下定子齿5可以具有对应的凹陷，这些销钉作用到所述凹陷中。作为替代方案或附加方案，定子齿5和环结构10可以材料配合地互相连接，例如互相粘接或者浇铸。作为材料配合的连接的替代方案-但是在有的情况下作为形状配合的连接的替代方案或者补充方案-定子齿5和环结构10可以可解除地互相连接，例如互相螺旋连接。

在制造定子4时，优选地首先将定子齿5与环结构10连接并且仅在那以后才与另一个环结构10连接。可以使定子绕组系统7包括单绕组8，如在图2中所示。在这种情况下，定子齿5例如可以在与环结构10连接之前卷绕并且在那以后与该环结构10连接。作为替代方案，可以把定子齿5在卷绕前与环结构10连接。在这种情况下定子绕组系统7也可以包括单绕组8。然而如果把定子齿5在卷绕前与环结构10连接，则同样可以把定子绕组系统7构造为分布式绕组系统-要么构造为单层绕组，要么构造为双层绕组。

根据图1和4所示，环结构10在径向上(也就是说在向着旋转轴线2或者离开该旋转轴线看)构造为连续的结构，这就是说它在径向上不中断地整体地从与旋转轴线2的最小距离延伸到与旋转轴线2的最大距离处。作为替代方案，可以使环结构10根据图6和7在径向上看包括径向内部的内环14和径向外部的外环15。

在把环结构10分成内环14和外环15的情况下-如已经结合图1和4提到的那样-环结构10可以与定子齿5形状配合地、材料配合地或者可解除地连接。然而特别在把环结构10分成内环14和外环15的情况下，作为替代方案同样可以使定子齿5和环结构10-至少部分地-力配合地互相连接。例如可以把外环15从径向外部收缩成形在定子齿5上。在这种情况下能够-同样例如-把定子齿5从径向外部压在内环14上。

以类似的方式，根据图1到4所示的环结构10在切线方向上看构造为封闭的环。作为替代方案，根据图6和7的环结构10可以包括一定数目的环节段16、17。在环节段16、17的情况下，环节段16、17在切线方向上延伸通过多个定子齿5。环节段16、17多相应连接四到十个定子齿5。作为替代方案或附加方案，环节段16、17关于旋转轴线2通常在位于10°到60°之间的外周角上延伸。

将环结构10分配为环节段16、17在图6和7中结合将环结构10分配为内环14和外环15来表示。然而将环结构10分配为环节段16、17同样可以在没有把环结构10分配为内环14和外环15的情况下实现。

在把环结构10分配为环节段16、17的情况下环节段16、17特别可以形状配合地互相连接。例如根据图7环节段16、17可以在它们的接合面18上具有燕尾槽形的凹陷19和对应的燕尾槽形的突起20，使得环节段16、17能够形状配合地彼此地向着内环14和对外环15或者-在径向连续的结构的情况下-相应的环结构10连接。

另外内环14和/或外环15-或者说相应的环节段16、17-可以具有连接片21、22，它们从内环14向外环15或者反过来从外环15向内环14延伸。如果连接片21和连接片22都存在，则连接片21、22作为替代方案可以互相抵靠或者互相隔开。如果仅存在连接片21或者仅存在连接片22，则存在的连接片21、22作为替代方案抵靠相应另外的环15、14或者从它隔开。

图6和7表示轴流机的定子4的几个其它的变型。这些变型在后面还要详细说明，它们以可以选择的方式作为对上述设计方案的替代方案或者补充方案进行实现。

因而例如在图6和7中展示了设计方案，其中定子齿5在端部区域6内具有连接片23。连接片23从相应的定子齿5出发在切线方向上延伸到两个关于相应的定子齿5直接相邻的定子齿5。由此定子齿5在端部区域6内在切线方向上覆盖比端部区域6之间更大的角度。

另外，如特别从图7中所见，定子齿5在轴向上看伸出超过环结构10。该设计方案特别在存在连接片23时具有优点。在这种情况下，定子齿5的连接片23特别可以在轴向上在环结构10外面布置。然而在不存在连接片23时也可以伸出超过环结构10。

如果定子齿5在轴向上伸出超过环结构10，则环结构10优选地相应于图6和7所示被分配成内环14和外环15。然而这不是必需的。

作为替代方案同样可以的是，虽然定子齿5伸入环结构10之间，但是不伸出超过环结构10。在这种情况下存在定子4的轴向内部的区域，在该区域上在朝向两个转子3的方向上相应地连接有定子4的轴向的中间的区域，并且在该轴向的中间区域上相应地连接有定子4的轴向外部的区域。在定子4的该轴向内部的区域内仅存在定子齿5和定子绕组系统7，而不存在环结构10的组成部分。在定子4的轴向中间的区域内存在定子齿5的端部区域6和环结构10的轴向内部的区域。在定子4的轴向外部的区域内仅存在环结构10的轴向外部的区域，而不存在定子齿5的组成部分。

如果定子齿5在轴向上伸入环结构10之间，则环结构10优选地-和之前一样-分配成内环14和外环15。然而这不是必需的。

图8和9表示定子4的另一种可能的变型。根据图8和9，环结构10分成内环14和外环15。内环14通过内部的连接结构24互相连接。内部的连接结构24作为替代方案可以是点状(punktuell)的或者是封闭的。点状的连接结构24例如可以通过格栅结构、通过桁架结构也或者通过简单的、纯轴向延伸的杆实现。以类似的方式，外环15通过外部的连接结构25互相连接。外部的连接结构25可以-类似于内部的连接结构24-是点状的或者是封闭的。在两个连接结构24、25是封闭的情况下，例如可以在由这两个连接结构24、25包围的空间内实现独立的冷却介质回路。

通过两个内环14和内部的连接结构24构成的内部的单元可以一体构造。作为替代方案，它们可以在切线方向上分段。这对于通过两个外环15和外部的连接结构25构成的外部的单元同样适用。

根据图8和9，内环14具有连接片21。借助连接片21保持和固定定子齿5，优选地借助于形状配合。如果定子齿5自身具有其连接片23，则连接片21-特别参见图9-优选相应地绘出轮廓。作为存在连接片21的替代方案，可以存在连接片22。在这种情况下，上述陈述以类似方式取代连接片21同样适用于连接片22。甚至可以既存在连接片21也存在连接片22。然而在这种情况下，内部的单元和/或外部的单元优选地分段。

环结构10和定子齿5的连接在根据图8和9的设计方案中优选地通过力配合、例如通过收缩成形而进行。然而原理上其它的连接类型也是可以的。

根据本发明的轴流机优选地作为牵引驱动装置使用，例如在轨道车辆的情况下。然而原理上，根据本发明的轴流机可以普遍应用，例如在道路交通工具、水上交通工具或者空中交通工具中也或者在静止状态下使用。

根据本发明的轴流机具有许多优点。特别是可以简单地、逐步地制造轴流机。

虽然在具体情况中通过优选的实施例详细地图示和说明了本发明，但是本发明不通过公开的实施例限制，其它的变型可以由专业人员从中导出，而不离开本发明的保护范围。

Claims (11)

1.电的轴流机，

-其中所述轴流机具有能够围绕旋转轴线(2)旋转的转子轴(1)，在该转子轴(1)上布置有两个转子(3)，所述转子在旋转轴线(2)的方向上看互相隔开，

-其中在旋转轴线(2)的方向上看，在两个转子(3)之间布置有定子(4)，

-其中所述定子(4)具有一定数量的定子齿(5)，所述定子齿相应地在旋转轴线(2)的方向上在两个端部区域(6)之间延伸，

-其中所述定子齿(5)以与旋转轴线(2)的径向距离(r)围绕旋转轴线(2)均匀分布地布置并且承载定子绕组系统(7)，

-其中定子齿(5)在端部区域(6)内通过相应的环结构(10)互相连接并且与在径向外部包围定子(4)的壳体(11)连接。

2.根据权利要求1所述的轴流机，其特征在于，定子绕组系统(7)直接卷绕到定子齿(5)上。

3.根据权利要求2所述的轴流机，其特征在于，定子绕组系统(7)包括单绕组(8)，所述单绕组相应地卷绕到单个的定子齿(5)上，或者构造为分布式绕组系统。

4.根据权利要求1、2或者3所述的轴流机，其特征在于，环结构(10)由不导电的和/或不导磁的材料制成。

5.根据权利要求4所述的轴流机，其特征在于，环结构(10)用纤维增强的塑料制成，特别用CFK或者GFK。

6.根据上述权利要求中任一项所述的轴流机，其特征在于，环结构(10)以夹层方式构造。

7.根据上述权利要求之一所述的轴流机，其特征在于，环结构(10)在切向上围绕旋转轴线(2)看构造为封闭的环或者包括一定数目的环节段(16、17)。

8.根据上述权利要求中任一项所述的轴流机，其特征在于，环结构(10)在径向于旋转轴线(2)的方向上看被构造为连续的结构或者包括径向内部的内环(14)和径向外部的外环(15)。

9.根据上述权利要求中任一项所述的轴流机，其特征在于，在旋转轴线(2)的方向上看，环结构(10)布置在一侧的定子齿(5)和另一侧的转子(3)之间，或者定子齿(5)伸入环结构(10)之间或者定子齿(5)伸出超过环结构(10)。

10.根据上述权利要求中任一项所述的轴流机，其特征在于，定子齿(5)在端部区域(6)内具有连接片(23)，使得定子齿(5)在端部区域(6)内围绕旋转轴线(2)看比在端部区域(6)之间覆盖更大的角度。

11.根据上述权利要求中任一项所述的轴流机，其特征在于，定子齿(5)和环结构(10)形状配合地、力配合地、材料配合地或者可解除地互相连接。