CN105432001B - 电动机器 - Google Patents

Abstract

一种电动机器(1)，该电动机器包括：壳体(2)，该壳体包括基壁(15)，该基壁(15)被设置有至少一个突起(16)，其从基壁(15)朝向壳体的内部突起；该机器(1)还包括定子(3)，该定子由铁磁芯(4)、多个导线(8)以及第一和第二绝缘体(18、19)形成，其中，铁磁芯(4)具有多个极靴(6)，并且各个极靴具有相应的端部(6a)，多个导线(8)被缠绕在极靴(6)上以形成多个线圈，多个线圈形成定子绕组(10)，第一和第二绝缘体(18、19)被插入在铁磁芯(4)和定子绕组(10)之间；绕组(10)的至少一个线圈具有与突起(16)接合的以与之进行热交换的端部(12)；绝缘体(18、19)至少对于与突起(16)抵接的线圈而言包括用于线圈的第一数量(N1)的第一线匝(11a)的壳体(20、22)以及用于线圈的第二数量(N2)的第二线匝(11b)的第二壳体(21、23)，第一和第二壳体(20、21、22、23)被构型为使得：端部(12)的线匝(11)的与突起(16)抵接的层(25)通过导线(8)的大致彼此共面的连续各段而限定。

Description

电动机器

技术领域

本发明涉及一种电动机器，尤其涉及一种无刷类型的电动马达。

背景技术

一般地，参照现有技术类型的电动马达包括：壳体，该壳体在内部具有绕线类型的定子，该定子被刚性地限制到壳体；转子，例如具有永磁体，该转子被可转动地限制到壳体。

连接到定子的电子模块或控制电子器件被插入到壳体中以向定子供电。

盖闭合壳体以形成闭合容器，连接端子从该盖突出以用于控制电子器件的电力供给。

用作本发明的参照的电动机器尤其是封闭类型的电动机器，也就是封闭的电动机器。

已知电动机器的绕组，尤其是定子绕组，使用多个通常为铜的导电材料的线圈而制成，该线圈由缠绕在电动机器的定子铁磁芯的极靴上的导线制成。

定子包括绝缘体，该绝缘体在本领域中已知为术语“前片(front piece)”，该前片被定位在铁磁芯的轴向相对侧并且被插入在绕组和极靴之间。

甚至可以具有高标称值的电流流过绕组并且由于在绕组的整个尺寸上和靠近电动机器的区域中的焦耳效应而造成发热现象。

尤其是，已经发现所述发热现象造成导线的导电性能的恶化，该恶化结果对电流的流通产生更大的电阻，从而导致较高的并且经常不可接受水平的能量消散。

此外，绕组的发热可以导致插入在绕组和相应的极靴之间的电绝缘材料的上述层的绝缘特性的快速恶化，以及电子模块的过度发热。

该情况在封闭类型的旋转式电动机器中尤其严重，其中，在该电动机器中，绕组被浸入在由壳体和盖形成的容器中，该容器不具有空气再循环。

相同申请人名下的文献WO2009019562中描述了试图克服上述困难的解决方案。

在该解决方案中，为了与该盖更加有效的热交换，壳体的内部被设置具有壳体的基壁的突起形式的多个止挡部，定子绕组抵接在这些止挡部上，并且这些止挡部是适当绝缘的。

在大约1kW的高功率马达的情况下，现有技术的解决方案在消散绕组中产生的热量方面依旧是不完全满意的。

在该文中，本发明的主要目的是克服上述的缺点。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种电动机器，在该电动机器中，定子绕组的冷却相对于现有技术的解决方案被进一步地提高。

通过根据本发明所述的电动机器而大致上达到说明的技术目的和详细说明的目的。

附图说明

参考电动机器的如附图所示的优选的且非限制性的实施例，在下文的详细说明中，本发明的其他特征和优点将更加明显，其中：

图1是根据本发明的电动机器的局部分解示意立体图，其中为了更加清晰的目的将一些部件省略；

图2是图1的电动机器的示意俯视图，其中为了更加清晰的目的将一些部件省略；

图3是根据图2的平面III-III的电动机器的示意剖视图；

图4示出了图2的剖面的细节。

具体实施方式

参考附图，附图标记1表示根据本发明的电动机器，尤其是无刷马达。

具有转动轴线R的机器1简言之包括壳体2、未示出的且用于封闭壳体2的盖、与壳体2一体的定子3、转子和未示出的控制电路。

定子包括铁磁芯4，该铁磁芯4如图1所示具有构型为环形冠5的外部、以及从冠5向转动轴线R延伸的并且分别具有其各自端部6a的多个极靴或齿6。

芯4以大致已知的方式包括多个叠置板7。

定子3包括多个相导线8，这些相导线8缠绕在铁磁芯4上，尤其是极靴6上。

导线8被缠绕在极靴6上并且形成多个线圈，各个线圈被缠绕在相应的极靴6上，并且一组线圈形成所谓的定子绕组10。

各个线圈由缠绕在相应的极靴6上的预定总数量N的线匝11形成。

用于各个线圈的线匝11的数量、导线8的直径在马达的设计期间，尤其是根据马达的期望性能，以大致已知的方式而被确定。

定子齿的径向尺寸和轴向尺寸以及导线的直径例如有助于各个线圈的线匝的数量的确定。

各个线圈具有两个端部12、13，该两个端部12、13沿着平行于轴线R的方向而彼此对齐。

壳体2包括形成杯形结构的侧壁14和基壁15。

基壁15包括沿着平行于转动轴线R的方向朝向壳体2的内部突出的突起16。

换言之，突起16从基壁15的横向平面朝向电动马达1的内部空间尤其是壳体2的内部空间延伸。

在示出的优选实施例中，突起16是大致环形的并且围绕转动轴线R延伸。

线圈与突起16接合，从而借助于突起16而与壳体2进行热交换。

更具体地，定子3以线圈抵接在突起16上的方式被插入到壳体2中。

如图所示，端部12面向壳体2的基壁15的所有部分与突起16接合。

更具体的，端部12面向壳体2的基壁15的所有部分与突起16抵接。

为了保证定子绕组10和壳体2之间的适当电绝缘，马达1包括插入在线圈和突起16之间的电绝缘体17。

优选地，绝缘体17是导热的，从而优化绕组10和壳体2之间的热交换。

在优选实施例中，绝缘体17是片体形式或者的一片片体，该片体保证适当的机械强度、热传导率和电绝缘。

为了保证定子绕组10和铁磁芯4之间的电绝缘，电动机器1包括通常已知为“前片”的且被定位在芯4和线圈之间的第一和第二绝缘体18、19。

前片19以及例如作为面对壳体2的基壁15的前片的前片18具有大致环形的径向外部18a、19a，径向臂18b、19b在各个齿6上从径向外部18a、19a朝向轴线R延伸。

前片19相对于芯4被定位在前片18的相对侧；前片18、19扣住芯4以使之与绕组10绝缘。

有利地，前片18、19以如下的方式相对于芯4被构型为相对较外的表面：线圈的抵接突起16的端部12具有至少一个包括线匝在端部12的连续各段(stretch)的接触表面，该接触表面大致上是平坦的从而最大化该表面与壳体2的热交换。

换言之，如下更加详细地说明，前片18、19以如下的方式被构造：至少最外层线匝11相对于芯4的且抵接突起16的连续各段在不具有导线8的重叠的情况下是共面的。

尤其参考图4，可以观察到，在示出的优选实施例中，对于各个齿6也就是对于各个线圈而言，前片18具有壳体20，该壳体20用于作为总数量N的线匝11的一部分的预定数量N1的线匝11a；以及第二壳体21，该壳体21用于作为总数量N的线匝11的一部分的预定数量N2的线匝11b。

用于机器1的极靴6的线匝的预定总数量N通过N1+N2给定。

对于各个齿6也就是对于各个线圈而言，前片19具有用于线匝11a的壳体22和用于线匝11b的第二壳体23。

在未示出的可选实施例中，只有前片18具有壳体20、21以优化线匝11在相应的齿6上的分布，同时前片19是传统类型。

出于简要的因素，在下文中，对单个齿6和单个线圈作出说明，所有的线圈优选地以相同的方式被缠绕在相应的齿6上。

如图所示，N1线匝11a被定位在壳体20、22中，而N2线匝11b被定位在壳体21、23中。

优选地，为了优化定子3的绕组，N1线匝11a沿着平行于转动轴线R的方向以偶数个叠置层24被定位在相应的壳体中。

优选地，为了优化定子3的绕组，N2线匝11b以偶数个叠置层25被定位在相应的壳体中。实际上，前片18、19优选地是前片的径向臂18b、19b并且包括用于线圈的线匝11的预定总数量N的第一部分N1的壳体20、22和用于线圈的线匝11的预定总数量N的第二部分N2的壳体21、23。

优选地，壳体20、22沿着平行于转动轴线R的方向是对齐的。

优选地，壳体21、23沿着平行于转动轴线R的方向是对齐的。

优选地，前片18、19在臂18b、19b相对于铁磁芯4是对称的。

壳体20、22采用缩口管形式，该缩口管沿着横向于定子半径的方向，尤其是与定子半径成直角的方向，在前片18、19中延伸，尤其在臂18b、19b中延伸。

壳体21、23采用缩口管形式，该缩口管沿着横向于定子半径的方向，尤其是与定子半径垂直的方向，在前片18、19中延伸，尤其在臂18b、19b中延伸。

如图2所示，线圈在壳体20、22上具有放大部26，该放大部26横向于相应的齿6的外延的径向延伸。

在优选的实施例中，壳体20、22被设置在前片18、19的外部18a、19a处的臂18b、19b上，也就是，沿着径向远离定子齿的端部6a。

换言之，壳体20、22在远离相应的齿6的端部6a的位置处被设置在臂18b、19b上，从而放大部26也远离齿的端部6a。

以此方式，在靠近齿6的端部6a的地方，存在用于使得制作绕组10的已知的并且未示出的工具通过的空间。

图4示出了壳体20具有基壁27和彼此相对且径向间隔开的一对侧壁28、29。

壁28沿着平行于转动轴线R的方向的测量确定了壳体或缩口管20的深度。

壁28具有远离壁27的优选地是圆形的上边缘30，壳体21的基壁31在径向上延伸自壁27。

壳体21在径向端部通过壁29和壁32界定，壁29和32沿着平行于转动轴线R的方向延伸自基壁31。

壳体22、23优选地分别与壳体20、21类似地构型。

壳体21、23实际上沿着平行于转动轴线R的方向局部叠置在壳体20、22上。

如上所述，线匝11a以预定的数量通过壳体20、22，并且优选地被定位成使得线匝11a的轴向最外层24大致上与壁32共面。

实际上，壳体21、23的基底通过基壁31和线匝11a的轴向最外层24形成。

臂18b、19b在缠绕导线8的部分中因此具有位于壁28处的阶梯。

线匝11b因此部分被缠绕在壁31上并且部分被缠绕在线匝11a上。

壁27、28、29、31、32被设计成使得：根据马达1所期望的性能，考虑到线匝11的数量N和导线8的直径，线匝11b的轴向最外层25具有端部12的与突起16抵接的且大致共面的导线的连续各段。

优选地，端部12的导线的与突起16抵接的连续各段形成平行于突起16的面向壳体2的内部的表面的平面，突起16的该表面与线圈相抵接。

在未示出的替代实施例中，用于导线8的被设置在用于线圈的前片18、19的壳体不具有阶梯并且优选的具有平坦基底。

此外在该情况下，前片18、19也以如下的方式相对于芯4被构型为相对较外的表面：线圈的抵接突起16的端部12具有至少一个包括线匝在端部12的连续各段的接触表面，该接触平面大致上是平坦的。

以此方式，用于各个线圈的热交换表面16被最大化。

在示例实施例中，已经固定铁磁芯4的尺寸以获得500瓦的输出，具有0.95mm的直径的导线(不包含导线的绝缘涂层)可以被用于具有34个线匝的线圈。

前片18、19因此被设计成使得：两层24的六个线匝分别通过壳体20、22，而两层的11个线匝分别通过壳体21、23，该11个线匝的最外层至少具有端部12的导线的与突起16抵接的且大致共面的连续各段。

在示例实施例中，已经固定铁磁芯4的尺寸以获得850瓦的输出，具有1.15mm的直径的导线(不包含导线的绝缘涂层)可以被用于具有21个线匝的线圈。

前片18、19因此被设计成：11个线匝和10个线匝的两个叠置层被定位在用于所有线圈的单个壳体中，该线圈的最外层至少具有端部12的导线的与突起16抵接的且大致共面的连续各段。

为了保证线圈的端部12在壳体2的内部的正确定位，尤其是相对于突起16的定位，前片18、19，也就是壁27、28、29、31、32被设计成使得：沿着平行于轴线R的方向测得的轴向最外端部12的导线的连续各段与芯4相距的距离，也就是端部12的彼此共面的导线的连续各段与芯4相距的距离等于预定值D。

壳体2的侧壁14具有径向朝向壳体2的内部延伸的环形接触表面33，芯4的外环部34抵接在该环形接触表面33。

机器1的如上所述的仅仅为了理解本发明而必要的优选实施例，考虑到线匝11的数量N和导线的直径，设计前片18、19和壳体20、21、22、23以使得至少线匝11b的轴向最外层25具有端部12的导线的与突起16抵接的且大致共面的连续各段。

更具体地，以偶数个层25被定位在壳体21、23的多个线匝11b被确定为至少具有端部12的导线的与突起16抵接的且大致共面的且优选地被定位在平行于突起16接触线圈的表面的平面中的连续各段。

在设计壳体之后，线匝N1被缠绕在通过壳体20、22的定子齿6上，优选地，以偶数个层24被缠绕在定子齿上。

已经使用线匝11a限定了壳体21、23的基底，根据设计，层25能够缠绕和定位在该基底上。

为了保证沿着平行于轴线R的方向测得的轴向最外端部12的导线的连续各段与芯4相距的上述距离等于预定值D，定子3在被插入到壳体2之前被按压在并未详细说明的压机中、并且在高度和力方面被校准和控制。

一般的，该方法包括沿着平行于转动轴线R的方向按压定子绕组10的步骤，从而至少保证与突起16抵接的导线的连续各段的共面性。

在按压过程中，预定距离D也被校准。

Claims (18)

1.一种具有转动轴线(R)的电动机器并且该电动机器包括：

-壳体(2)，该壳体包括：

-基壁(15)，其横向于转动轴线(R)；

至少一个突起(16)，其沿着平行于转动轴线(R)的方向从基壁(15)朝向壳体(2)的内部突起，

该机器包括：

-定子(3)，该定子包括：

铁磁芯(4)，其具有多个极靴(6)，并且各个极靴具有相应的端部(6a)，

至少一个导线(8)，该至少一个导线(8)被缠绕在极靴(6)上以形成多个线圈，多个线圈形成定子绕组(10)；

绝缘装置(18、19)，其被插入在铁磁芯(4)和定子绕组(10)之间，绕组(10)的至少一个第一线圈包括缠绕在第一极靴(6)上的预定数量(N)的线匝(11)并且具有至少一个与突起(16)接合的端部(12)，

该电动机器的特征在于：线匝(11)在第一线圈的端部(12)中的至少一个第一层(25)通过导线(8)的大致共面的连续各段形成，第一层(25)是第一线圈相对于铁磁芯(4)的最外层并且与突起(16)抵接，对于至少第一线圈而言，绝缘装置(18、19)包括用于线匝(11)的第一数量(N1)的第一线匝(11a)的至少第一壳体(20、22)以及用于线匝(11)的第二数量(N2)的第二线匝(11b)的至少第二壳体(21、23)，第一线匝(11a)被定位在第一壳体(20、22)中并且第二线匝(11b)被定位在第二壳体(21、23)中，第一线圈的第一线匝和第二线匝(11a、11b)在第一壳体(20、22)和第二壳体(21、23)之间被分开。

2.根据权利要求1所述的电动机器，其中，绝缘装置包括根据第一线圈的线匝(11、11a、11b)的数量而设计的用于第一线圈的至少一个壳体(20、21、22、23)。

3.根据权利要求1所述的电动机器，其中，第一和第二壳体(20、21、22、23)沿着平行于转动轴线(R)的方向被部分地叠置，第二线匝(11b)至少部分地叠置在第一线匝(11a)上。

4.根据权利要求1或3所述的电动机器，其中，第一壳体(20、22)中的第一线匝(11a)至少部分地形成第二壳体(21、23)的基底。

5.根据权利要求1所述的电动机器，其中，绝缘装置(18、19)包括与铁磁芯(4)相关联的且面对基壁(15)的第一绝缘体(18)、以及与铁磁芯(4)相关联的且相对于铁磁芯(4)被定位在第一绝缘体(18)的相对侧的第二绝缘体(19)，第一和第二壳体(20、21、22、23)被至少设置在第一绝缘体(18)中。

6.根据权利要求5所述的电动机器，其中，对于至少第一线圈而言，第二绝缘体(19)包括用于第一线匝(11a)的至少第一壳体(22)以及用于第二线匝(11b)的至少第二壳体(23)，第一线匝(11a)被定位在第一和第二绝缘体(18、19)中的第一壳体(20、22)中并且第二线匝(11b)被定位在第一和第二绝缘体(18、19)中的第二壳体(21、23)中。

7.根据权利要求6所述的电动机器，其中，第一绝缘体(18)中的第一壳体(20)和第二绝缘体(19)中的第一壳体(22)沿着平行于转动轴线(R)的方向被对齐。

8.根据权利要求6或7所述的电动机器，其中，第一绝缘体(18)中的第二壳体(21)和第二绝缘体(19)中的第二壳体(23)沿着平行于转动轴线(R)的方向被对齐。

9.根据权利要求6或7所述的电动机器，其中，第一绝缘体(18)和第二绝缘体(19)相对于铁磁芯(4)至少在极靴(6)处是对称的。

10.根据权利要求1所述的电动机器，其中，第一壳体(20、22)是缩口管的形式，该缩口管沿着横向于定子(3)的半径的方向在绝缘装置(18、19)中延伸。

11.根据权利要求1所述的电动机器，其中，第一壳体在径向远离端部(6a)的位置处被定位在第一极靴(6)上。

12.根据权利要求1所述的电动机器，其中，第一壳体(20、22)通过大致径向延伸的基壁(27)、第一侧壁(28)和第二侧壁(29)界定，第一和第二侧壁(28、29)平行于转动轴线(R)延伸并且彼此相对和径向隔开。

13.根据权利要求12所述的电动机器，其中，第二壳体(21、23)通过包括径向延伸的第二基壁(31)和第一线匝(11a)的层(24)的基底、第二侧壁(29)、以及平行于转动轴线(R)延伸的、面对第一侧壁(28)并且径向与第一侧壁(28)隔开的第三侧壁(32)界定。

14.根据权利要求1所述的电动机器，其中，导线(8)的连续各段被定位成与铁磁芯(4)相距预定距离(D)，所述导线(8)的连续各段大致共面且形成端部(12)中的线匝(11)的抵接突起(16)的层(25)。

15.根据权利要求1所述的电动机器，其中，壳体(2)具有侧壁(14)，所述侧壁(14)包括径向朝向壳体(2)的内部延伸的环形接触表面(33)，铁磁芯(4)包括抵接在接触表面(33)上的外环部(34)。

16.根据权利要求1所述的电动机器，其中，第一层(25)的大致共面的连续各段位于与突起(16)接触第一线圈的表面相平行的平面中。

17.一种制作根据权利要求1所述的电动机器的方法，该方法的特征在于包括如下的步骤：沿着平行于转动轴线(R)的方向按压定子绕组(10)，从而保证第一层(25)的与突起(16)抵接的连续各段的共面性。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，按压步骤包括校准距离(D)的步骤。