CN106130215B - 用于工作机的电机的定子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于工作机的电机的定子。一种用于外转子电机的定子(100)，包括定子绕组(103)和包括铁磁材料的铁芯结构(101)。所述铁芯结构包括定子轭(102)和连接至所述定子轭的定子齿部。所述定子包括位于由所述定子轭构成的腔体内并且与所述定子轭处于导热关系的冷却元件(104)。所述冷却元件的表面与所述腔体表面具有机械接触，以便提供导热关系。所述冷却元件和腔体的互相接触表面为圆锥形，以便促进布置所述定子轭和冷却元件之间的机械接触。所述表面的圆锥形形状使得能够在用于生成使所述冷却元件轴向地压靠于所述定子轭的轴向力的张紧装置(例如螺钉和/或弹簧)的帮助下维持导热关系。

Description

用于工作机的电机的定子

技术领域

本公开总体涉及旋转电机。更特别地，本发明涉及一种外转子电机的定子。此外，本发明涉及一种用于例如工作机的外转子电机。此外，本发明涉及一种工作机。

背景技术

旋转电机，诸如马达和发电机通常包括转子和定子，转子和定子被布置成在二者之间产生磁通量。在能够为内转子机或者外转子机的辐射通量电机中，最大扭矩与气隙半径、气隙表面的面积、气隙中的磁通密度以及定子的气隙表面中的线性电流密度的乘积成比例。因此，在不增大电机的机械尺寸的情况下，能够通过提高线性电流密度而增大最大扭矩，这是因为当已经超过铁的饱和点时，实践中不能再增大磁通密度。然而，增大线性电流密度增大了产生上述线性电流密度的定子绕组中的电阻损耗，并且因此在电机运行中，定子的冷却有着重要作用。

尤其是与具有表面安装的永磁体的永磁电机结合时，其中转子围绕定子的外转子电机在机械上是有利的。在外转子电机中，离心力使表面安装的永磁体压靠于转子的铁芯结构，而在内转子电机中，离心力趋向于使表面安装的永磁体与转子的铁芯结构分离。此外，在一些情况下，与内转子电机相比，能够在外转子电机中更容易地布置对转子的冷却。外转子电机的定子通常包括由铁磁材料制成的铁芯结构，以及线圈侧位于铁芯结构的狭槽内的绕组。为了布置冷却，定子通常还包括位于由铁芯结构的定子轭构成的腔体内的冷却元件。冷却元件与定子轭处于导热关系，并且冷却元件可以包括用于引导冷却流体，诸如水的冷却通道。冷却元件能够为电机的框架结构的一部分。关于上述类型的冷却布置的不便在于：当冷却元件被冷却时，冷却元件和定子轭之间的机械接触趋向于松动，这是因为根据冷却元件的材料的热膨胀系数，冷却减小了冷却元件的尺寸。因而，正在被冷却的定子轭和冷却元件之间的温差增加了从定子轭至冷却元件的热阻，并且因此削弱冷却。

发明内容

下面提出简要的发明内容，以提供对各种发明实施例的一些方面的基本理解。发明内容不是本发明的广泛概述。发明内容无意确定本发明的关键或者紧要元件，也无意描绘本发明的范围。下面的发明内容仅以简要形式提出本发明的一些概念，作为对本发明的示例性实施例的更详细说明的导言。

根据本发明，提供一种用于外转子电机的新型定子。根据本发明的定子包括：

-铁芯结构，该铁芯结构包括铁磁材料并且包括定子轭和连接至定子轭的定子齿部，

-绕组，该绕组至少部分地位于定子齿部之间的定子狭槽内，和

-冷却元件，该冷却元件位于由定子轭构成的腔体内并且与定子轭处于导热关系，冷却元件的第一表面与腔体的第二表面具有机械接触，以便提供该导热关系。

冷却元件的上述第一表面和腔体的第二表面为圆锥形，以便促进布置定子轭和冷却元件之间的机械接触。第一和第二表面的圆锥形形状使得能够在用于生成在轴向方向上使冷却元件压靠于定子轭的轴向力的一个或者更多张紧装置(例如螺钉和/或弹簧)的帮助下维持导热关系。

根据本发明，也提供一种新型外转子电机。该电机包括定子和转子，其中定子根据本发明所述。

根据本发明，也提供一种新型工作机，该新型工作机例如能够为但是不是必需为牵引机、斗式加料机、压路机、挖掘机、推土机、碎石机或者木材削片机。根据本发明的工作机包括：

-燃烧机，

-一个或者更多功能元件，该一个或者更多功能元件通过机械功率驱动，和

-电动机械传动链，电动机械传动链位于燃烧机和一个或者更多功能元件之间。

电动机械传动链包括具有根据本发明的定子的至少一个外转子电机。

工作机的上述一个或者更多功能元件可以包括例如工作机的液压系统的液压泵、工作机的车轮和/或工作机的链轨。

工作机有利地但不是必要地包括被构造用以冷却工作机的液压系统和电动机械传动链两者的液体冷却系统。

在所附从属权利要求中描述本发明的许多示例性和非限制性实施例。

当结合附图阅读时，通过下列具体的示例性和非限制性实施例的描述将最好地理解本发明的构造和操作方法的各种示例性和非限制性实施例，以及其另外的目标和优点。

本文件中的动词“包括…”和“包括…”被用作开放性限制，其不排除也不要求存在未记载的特征。除非另外明确指出，否则从属权利要求中所记载的特征都可自由互相组合。此外，应理解，贯穿本文件，使用“一”或者“一个”即单数形式不排除复数。

附图说明

下面以示例的方式并且参考附图更详细地解释本发明的示例性和非限制性实施例以及它们的优点，其中：

图1a示出根据本发明的示例性和非限制性实施例的外转子电机的截面图，该截面图是沿与电机的转子的几何旋转轴线平行的平面截取的，

图1b示出沿图1a中所示的线A-A截取的截面图，

图2示出根据本发明的示例性和非限制性实施例的外转子电机的截面图，该截面图是沿与电机的转子的几何旋转轴线平行的平面截取的，

图3a示出根据本发明的示例性和非限制性实施例的外转子电机的截面图，该截面图是沿与电机的转子的几何旋转轴线平行的平面截取的，

图3b示出图3a中所示的外转子电机的细节，并且

图4示出根据本发明的示例性和非限制性实施例的工作机的示意图。

具体实施方式

下面给出的本说明书中的具体示例不应被理解为限制所附权利要求的范围和/或应用性。除非另外明确指出，否则下面给出的本说明书的示例的列表和组合都不是详尽的。

下面参照图1a和1b、图2以及图3a和3b描述根据本发明的示例性和非限制性实施例的定子。

图1a示出根据本发明的示例性和非限制性实施例的外转子电机的截面图，其中该截面图是沿与坐标系199的yz平面平行的平面截取的。该电机包括定子100和转子111。转子的旋转轴线平行于坐标系199的z轴。在图1a中所示的示例性情况下，外转子电机是转子111包括永磁材料112的永磁机。转子111还包括由在轴向方向上，即在坐标系199的z方向上堆叠的电绝缘铁磁片制成的转子轭113。例如，外转子电机也能够是转子包括鼠笼绕组的感应机。

定子100包括由铁磁材料制成或者至少包括铁磁材料的铁芯结构101。铁芯结构101包括定子轭102以及连接至定子轭的定子齿部。铁芯结构101可以包括彼此电绝缘，并且在轴向方向上，即在坐标系199的z方向上堆叠的一堆铁磁片。作为另一示例性替选，铁芯结构101可以包括铁素体或者铁粉末组分，诸如(软磁复合材料)。定子100包括线圈侧位于定子齿部之间的定子狭槽内的绕组103。定子100包括位于由定子轭102构成的腔体内的冷却元件104。冷却元件104包括用于引导水或者一些其它适当的液体或者气体冷却流体的冷却通道107。冷却元件104的第一表面具有与腔体的第二表面的机械接触，以便在冷却元件104和定子轭102之间提供导热关系。在图1a中所示的示例性例子下，冷却元件104是构成外转子电机的一部分外壳体的框架结构110的一部分。如图1a中所示，冷却元件104和定子轭102的腔体的互相接触表面为圆锥形，以便促进布置定子轭102和冷却元件104之间的机械接触。互相接触表面的圆锥形形状使得能够在被布置用以生成在轴向方向上使冷却元件104压靠于定子轭102的圆锥形腔体的轴向力的一个或者更多张紧装置的帮助下维持导热关系。在图1a中所示的示例性例子下，张紧装置包括被布置用以将冷却元件104相对定子轭102轴向紧固的螺钉。在图1a中，以附图标记108指示其中一个螺钉。例如，圆锥形表面的锥角α能够处于从0.5度至45度的范围内。

在图1a中所示的示例性外转子电机中，冷却元件104包括第一部分105和第二部分106。第二部分106被第一部分105径向地围绕，以便使得第二部分具有与第一部分的机械接触。图1b示出沿图1a中所示的线A-A截取的截面图。截面平面平行于坐标系199的xy平面。第一部分105包括冷却元件104的上述圆锥形接触表面。在图1a中所示的示例性例子下，第二部分106是位于第一部分105的腔体内的管状套管，但是也可能的是，第二部分例如为实心的，即非中空的杆。第一部分105由具有第一热膨胀系数的第一材料制成，并且第二部分106由具有小于第一材料的热膨胀系数的第二热膨胀系数的第二材料制成。因此，当冷却元件被冷却流体冷却时，第二部分106能够起防止冷却元件104和定子轭102之间的机械接触松动的作用。第一部分105可以包括例如铝，并且第二部分106可以包括例如钢。第二部分106能够被布置成具有趋向于使第一部分105径向膨胀的预紧力。例如，能够通过使用第一和第二部分105和106之间的过盈配合而实现该预紧力。在这种情况下，第二部分106能够被这样安装在第一部分105中，即：在安装期间，第一部分较热并且第二部分较冷，并且/或者简单地通过使用充分大的力实现该安装。也能够绕第二部分106铸造第一部分105。然而，值得注意的是，基于冷却元件104和定子轭102的圆锥形接触表面的原理在不存在冷却元件的第二部分106时也是适用的。

图2示出根据本发明的示例性和非限制性实施例的外转子电机的截面图，其中该截面图是沿与坐标系299的yz平面平行的平面截取的。该电机包括定子200和转子211。转子211的旋转轴线平行于坐标系299的z轴。定子200包括铁芯结构201，其包括铁磁材料。铁芯结构201包括定子轭202以及连接至定子轭的定子齿部。定子200包括线圈侧位于定子齿部之间的定子狭槽内的绕组203。定子200包括位于由定子轭202构成的腔体内的冷却元件204。冷却元件204包括用于引导水或者一些其它适当的液体或者气体冷却流体的冷却通道207。

定子轭202和冷却元件204之间的互相接触表面为圆锥形，以便促进在定子轭202和冷却元件204之间布置导热关系。互相接触表面的圆锥形形状使得能够在被布置用以生成在轴向方向上使冷却元件204压靠于定子轭202的圆锥形腔体的轴向力的一个或者更多张紧装置的帮助下维持导热关系。在图2中所示的示例性情况下，张紧装置包括被布置用以将冷却元件204相对定子轭202轴向地紧固的螺钉和弹簧元件。在图2中，以附图标记208指示其中一个螺钉，并且以附图标记209指示其中一个弹簧元件。在该示例性例子下，弹簧元件是处于螺钉头和铁芯结构201之间的弹簧垫圈。

图3a示出根据本发明的示例性和非限制性实施例的外转子电机的截面图，该截面图是沿与坐标系399的yz轴平行的平面截取的。该电机包括定子300和转子311。转子的旋转轴线平行于坐标系399的z轴。定子300包括铁芯结构301，铁芯结构301包括铁磁材料。铁芯结构301包括定子轭302以及连接至定子轭的定子齿部。定子300包括线圈侧位于定子齿部之间的定子狭槽内的绕组303。定子300包括位于由定子轭302构成的腔体内的冷却元件304。冷却元件304包括用于引导水或者一些其它适当的液体或者气体冷却流体的冷却通道307。定子轭302和冷却元件304之间的互相接触表面为圆锥形，以便促进在定子轭302和冷却元件304之间布置导热关系。互相接触表面的圆锥形状使得能够在被布置用以生成在轴向方向上使冷却元件304压靠于定子轭302的圆锥形腔体的轴向力的张紧装置的帮助下维持导热关系。在图3a中所示的示例性例子下，张紧装置是被布置用以将冷却元件304相对定子轭302轴向地紧固的盘形弹簧309。在图3b中示出盘形弹簧309的前视图。在坐标系399的帮助下示出关于图3b的观察方向。

图4示出根据本发明的示例性和非限制性实施例的工作机460的示意图。在该示例性情况下，工作机为斗式加料机，但是该工作机也能够为例如牵引机、压路机、挖掘机、推土机、碎石机或者木材削片机。工作机包括例如能够为柴油发动机、奥托循环发动机或者涡轮发动机的燃烧机461。工作机包括处于燃烧机461和工作机的车轮之间的电动机械传动链462。在图4中，以附图标记470和471指示两个车轮。电动机械传动链包括发电机463，发电机463的转子被机械地连接至燃烧机461的轴。电动机械传动链包括功率电子转换器469和处于工作机的车轮的轮毂处的电动马达。电子功率转换器469被布置用以将发电机463产生的电压转换成具有适合电动马达的振幅和频率的电压。在图4中，以附图标记464和465指示其中两个电动马达。每个电动马达都为外转子电机，其定子包括：

-铁芯结构，该铁芯结构包括铁磁材料并且包括定子轭和连接至定子轭的定子齿部，

-绕组，该绕组至少部分地位于定子齿部之间的定子狭槽内，和

-冷却元件，该冷却元件位于由定子轭构成的腔体内并且与定子轭处于导热关系，冷却元件的第一表面与腔体的第二表面具有机械接触，以便提供该导热关系。

冷却元件的上述第一表面和腔体的第二表面为圆锥形，以便促进在定子轭和冷却元件之间布置机械接触。

也可能的是，发电机463为上述类型的外转子电机。

根据本发明的示例性和非限制性实施例的工作机包括用于冷却电动马达的液体冷却系统466。液体冷却系统466能够被布置用以也冷却电动机械传动链462的其它部分和/或工作机的液压系统467和/或燃烧机461。电动机械传动链462的上述其它部分尤其可以包括功率电子转换器469和/或发电机463。

在根据本发明的示例性和非限制性实施例的工作机中，电动机械传动链包括被布置用以响应于超过燃烧机461的最大功率的峰值功率需要的电池468和/或双电层电容器“EDLC”。电池和/或双电层电容器例如能够连接至功率电子转换器469的直流电压中间电路。双电层电容器通常被称为“超级电容器”。

不应将上文给出的说明书中提供的特定示例理解为限制所附权利要求书的应用性和/或解释。除非另外明确指出，否则上文给出的说明书中提供的示例的列表和组合都不是详尽的。

Claims (15)

1.一种用于外转子电机的定子(100、200、300)，所述定子包括：

-铁芯结构(101、201、301)，所述铁芯结构包括铁磁材料并且包括定子轭(102、202、302)和连接至所述定子轭的定子齿部，

-绕组(103、203、303)，所述绕组至少部分地位于所述定子齿部之间的定子狭槽内，和

-冷却元件(104、204、304)，所述冷却元件位于由所述定子轭构成的腔体内并且与所述定子轭处于导热关系，所述冷却元件的第一表面与所述腔体的第二表面具有机械接触，以便提供所述导热关系，

其特征在于，所述冷却元件的所述第一表面和所述腔体的所述第二表面为圆锥形。

2.根据权利要求1所述的定子，其中所述冷却元件(104、204、304)包括：

-第一部分(105)，所述第一部分包括所述第一表面并且由具有第一热膨胀系数的第一材料制成，和

-第二部分(106)，所述第二部分被所述第一部分径向地围绕，以便使得所述第二部分与所述第一部分具有机械接触，且所述第二部分由具有小于所述第一热膨胀系数的第二热膨胀系数的第二材料制成，以便起防止所述第一表面和所述第二表面之间的机械接触松动的作用。

3.根据权利要求2所述的定子，其中所述第一材料包括铝，并且所述第二表面包括钢。

4.根据权利要求2或者3所述的定子，其中所述第二部分具有趋向于使所述第一部分径向膨胀的预紧力。

5.根据权利要求2或者3所述的定子，其中所述第二部分是位于所述第一部分的腔体内的管状套管。

6.根据权利要求2或者3所述的定子，其中已经绕所述第二部分铸造所述第一部分。

7.根据权利要求1-3中的任何一项所述的定子，其中所述冷却元件包括用于引导冷却流体的一个或者更多冷却通道(107、207、307)。

8.根据权利要求1-3中的任何一项所述的定子，其中所述定子包括用于生成使所述冷却元件压靠于所述定子轭的轴向力的一个或者更多张紧装置(108、208、209、309)，以便维持圆锥形的所述第一表面和所述第二表面之间的机械接触。

9.根据权利要求8所述的定子，其中所述张紧装置包括被布置用以将所述冷却元件相对所述定子轭轴向地紧固的一个或者更多螺钉(108、208)，以便维持圆锥形的所述第一表面和所述第二表面之间的机械接触。

10.根据权利要求8所述的定子，其中所述张紧装置包括用于生成一个或者更多轴向弹簧力的一个或者更多弹簧元件(209、309)，以便维持圆锥形的所述第一表面和所述第二表面之间的机械接触。

11.根据权利要求1-3中的任何一项所述的定子，其中所述冷却元件是构成所述外转子电机的一部分外壳体的框架结构(110)的一部分。

12.根据权利要求1-3中的任何一项所述的定子，其中所述铁芯结构(101、201、301)包括彼此电绝缘并且在所述定子的轴向方向上堆叠的一堆铁磁片。

13.一种工作机(460)，包括：

-燃烧机(461)，

-一个或者更多功能元件(470、471)，所述一个或者更多功能元件由机械功率驱动，和

-电动机械传动链(462)，所述电动机械传动链位于所述燃烧机和所述一个或者更多功能元件之间，

其中所述电动机械传动链包括至少一个外转子电机(463-465)，所述至少一个外转子电机包括转子和根据权利要求1-3中的任何一项所述的定子。

14.根据权利要求13所述的工作机，其中所述工作机包括连接至所述外转子电机的所述定子的一个或者更多冷却通道的液体冷却系统(466)。

15.根据权利要求14所述的工作机，其中所述液体冷却系统被构造用以除了冷却所述外转子电机的所述定子之外，还冷却至少一个下列装置：所述工作机的液压系统(467)、所述电动机械传动链的功率电子转换器(469)和所述燃烧机(461)。