CN110402529B - 电机 - Google Patents

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Abstract

一种电机，尤其用于流体设备的电机，所述电机带有外定子和围绕轴线(A)可旋转支承的内转子。在此，外定子包括多个围绕轴线(A)布置的铁磁的极靴(4)，所述极靴带有基本上径向延伸的绕组芯件，外定子还包括注塑成型的塑料结构(13)，所述塑料结构带有套筒(14)和成型在所述套筒上的、包围绕组芯件的绕组支架(17)和容纳在绕组支架(17)上的定子绕组。套筒(14)包括套管(15)和从端侧封闭该套管(15)的终端件(16)，所述套管带有沿径向在极靴(4)内部延伸的、闭合的内侧面(19)。转子布置在套管(15)内部，并且支承在布置在终端件(16)内的轴承中。

Description

电机
本发明涉及一种电机。本发明尤其涉及一种内转子结构的电机，也即具有外定子和围绕轴线可旋转地支承的内定子的电机。本发明具体地涉及一种根据权利要求1前序部分所述的电动机。
电动机以近乎难以估计的大量的不同结构和方案已知。其作为内转子电机、外转子电机和叶轮盘电机、交流电机和直流电机存在，交流电机和直流电机带有机械或电气换向装置等。在此通常根据多样的不同视角和标准针对特定应用选择最合适的电机。例如应考虑现有的电压供应、所需的电机运行特性(电机特征曲线)、现有的空间供给、费用情况、必要时所需的EMV兼容性(电磁兼容性)、现有的冷却情况等。
文献DE 10052797 A公开了一种带有泵头部的径向泵，所述泵头部的工作轮通过所属类型的电机驱动。电机在此安装在罐状的电机壳体中；所述电机的定子安置在电机壳体的底部上。电机壳体相对于其底部对置地被具有抽吸接头的泵壳体封闭，所述泵壳体连同容纳在泵壳体中的附件定义了用于工作轮的空间。电机转子通过电机转子的轴从一侧支承在电机壳体的底部上并且从另一侧支承在泵头部的附件中。电机壳体通过从其底部突伸延伸出的环形的凸起构成了被盖件封闭的、用于电机控制装置和其他电子部件的容纳空间。
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种电机，所述电机以更好的方式适用于流体设备(例如在机动车中的油分离器)的驱动，并且能够在成本低廉的制造的情况下以出色的方式满足在多方面存在的要求。
所述技术问题通过在权利要求1中描述的电机解决，也即通过内转子结构方式的电机解决，所述电机见长于以下技术特征的组合：外定子包括多个围绕轴线布置的铁磁的极靴，所述极靴带有基本上径向延伸的绕组芯件，外定子还包括注塑成型的塑料结构，所述塑料结构带有套筒和成型在所述套筒上的、包围绕组芯件的绕组支架和容纳在绕组支架上的定子绕组。套筒包括套管和从端侧封闭该套管的终端件(或称为闭合件)，所述套管带有沿径向在极靴内部延伸的、闭合的内侧面。转子布置在套管内部，并且在布置在终端件内的轴承中被支承。
根据本发明的电机的核心技术特征相应地在于复杂的、注塑成型在极靴上的、集成有多个功能性的塑料结构。所述塑料结构包括至少一个套筒和成型在所述套筒上的、包围绕组芯件(极靴)的绕组支架，其中，所述套筒自身包括套管和从的端侧封闭该套管的终端件，所述套管带有沿径向在极靴内部延伸的、闭合的通常筒状的内侧面。鉴于套管的以及从端侧封闭该套管的终端件的闭合的内侧面，塑料结构的套筒在此适用于外定子的两个区域、也即布置内转子的(内部)区域和卷绕在绕组支架上的定子侧的绕组所处的(外部)区域的持久的绝对可靠的密封的限界。这种转子腔的封闭的封装又尤其实现了电极在各个应用中的集成，并且电机的相应的工作方式设计为，流体在周围冲刷转子，其中，流体首先是这样的流体，通过电极运行的设备(例如机动车的油分离器)作用在所述流体上。由此摒弃了设备相对于电极的转子封闭地密封的要求。具有通过在套筒内部(在转子腔中)循环的流体有效冷却电机的可能性。此外在适当的流体中还有利于转子轴承的润滑，所述转子轴承根据本发明借助布置在套筒的终端件中的轴承实现。另一方面，定子的尤其具有定子绕组的外部区域不与流体接触。此外，转子在塑料结构的套筒的终端件上的支承还允许特别成本低廉地制造电机。如由以下阐述所给出的，复杂的塑料结构还可以承担更多扩展的功能性。
鉴于其所面临的功能性，塑料结构优选由热固性材料、特别优选由环氧-热固性材料(或者说热固性环氧树脂)制成。首先，塑料结构的为支承转子所需的可负载性在此已经能够利用相对较小的壁厚实现，这根据本发明的方案实现了相对紧凑且轻质的电机。
根据本发明的另一优选的改进方案，在终端件上布置了至少两个支撑凸起，在所述支撑凸起上固定有带有电机控制装置的电路板。电路板在此优选横向于电机的轴线在终端件的端侧附近延伸。这尤其在以较低费用建立定子侧绕组与电路板的可靠接触方面是特别有利的。在此情况下，本发明的一种完全特别优选的改进方案的特征在于，用于电触头件的容纳部成型在终端件上。容纳部和相应地安装在容纳部中的触头件在此能够首先分别与两个极靴之间的间隙齐平。并且触头件也优选U形地设计，从而使得安置在两个相邻的绕组支架上的定子绕组之间的绕组线穿过U形的触头件布设。在此特别有利的是，触头件具有末端延伸成接触销的臂，其中，接触销与电路板接触。
本发明的另一优选的改进方案的特征在于，极靴沿径向从外部被接触该极靴的、垂直于轴线延伸的中性环(或者说零线环)围绕。优选地，特别优选由成叠的环形薄片组合成的中性环在此与销状的中性触头(或称为零线触点)相连。为对其进行导引，塑料结构的终端件特别优选具有专门的支撑元件。通过该支撑元件定位中性触头，从而在电路板套插在上述终端件的支撑凸起上时(除了与触头件接触以外)还能建立与中性触头的电连接。
根据本发明的另一优选的改进方案，极靴在径向外部T形地实施。由此形成了极靴至中性环的大面积的过渡部位。在此，在相邻的极靴的T形的端部(“头部”)之间分别形成间隙，所述间隙(自外部)实现了在针式绕线技术领域中绕组在绕组支架上的安置。在此情况下，还优选在每两个相邻的终端板之间分别形成间隙，塑料结构的绕组支架优选沿径向向外过渡成所述终端板或者说沿径向外部成型在绕组支架上，所述间隙实现了绕组针的穿过。
根据本发明的再另一优选的改进方案，在塑料结构的套筒中嵌入安装套筒、特别优选由不锈钢制成的安装套筒(或称为嵌入套筒或嵌入衬套)。由此能够改进静态性质，其中，同时避免了对磁性性质的不利影响。而且这可以在流体相对于定子的绕组区域的理想屏蔽方面的特定应用中是有利的，所述流体穿流过转子腔。
为了有利于定子的各个区域相互间特别可靠地密封(如上)，此外特别有利的是，套管在端侧相对于终端件具有密封面或其他密封结构，用于密封地连接在设备壳体上或者由电机驱动的设备的其他构件上。例如可以在套管的端侧上设置用于容纳O型环的环绕的槽。
根据本发明的再另一优选的改进方案中，极靴是组合的极结构的部件，其方式在于，极靴在径向内部、在凸起的区域中相互间分别通过连接条相连。所述连接条在此具有最小横截面，所述最小横截面足以维持极结构的形状稳定性，然而针对磁通量构成较大阻抗；那么各个极靴之间的连接条主要具有仅很小的径向延伸量。在大幅简化根据本发明的电机的制造的情况下，需要接受因渗漏损失略微减低效率的弊端。如在本发明的优选改进方案中的情况，极结构由薄片叠形成，那么在特别优选的改进方案中仅一部分薄片环形地组合，其方式在于各个极靴薄片相互间通过连接条相连；相应地在极结构的其余层中则分别设置了独立的极靴薄片，在所述极靴薄片之间别形成空隙。在由薄片叠组成的极结构中，例如可以仅每两个、每三个或每四个薄片环形组合地实施。由此能够最小化上述泄露损失。尽管在极结构中仅一部分薄片具有连接条而且通过该方式环形组合地实施，然而在此，根据本发明注塑成型在极结构上的、填充各个极靴薄片之间的所述空隙的塑料结构确保了极结构的整体性。根据一种备选的设计方式，各个环形闭合的极结构薄片都可以(通过压印等)在每个连接条的区域中、较之在极结构薄片的其余区域中更薄，从而在组合成极结构的、环形闭合的极结构薄片的各个连接条之间分别形成轴向间距。特别适用于制造极结构薄片的材料是传统的“电炉钢”。
根据本发明的再另一优选的改进方案的特征在于，定子具有由塑料在原位上(或者说直接地)注塑成型的、浇注在塑料结构上的外部体(Auβenkorpus)，塑料结构连同绕组以及(如果存在的话)中性环和电路板一起嵌入所述外部体中。在迄今制成的单元上注塑成型的外部体进一步加固所述定子，所述单元由极结构、注塑成型在极结构上的塑料结构、安置在塑料结构上的定子绕组、套插的中性环和连接的电路板组成。所述外部体同时构成对定子的不同部件例如抗腐蚀的机械和化学保护。通过外部体的加固功能，注塑成型的(内部的)塑料结构可以相应较弱地构造，也即基本上限制在为满足在定制制造过程中的主要性质所需的材料壁厚上。在此，外部体和塑料结构相互间的加固特别有利的是，这两个部件由统一的材料(尤其环氧-热固性材料)制成，从而使外部体和塑料结构以理想方式相互连接成一个单元或者说一个整体。
在本发明的再另一优选的改进方案中，转子具有由薄片叠组成的芯结构。特别优选地，芯结构在此具有多个贯穿部，(优选烧结的)永久磁体安装在所述贯穿部中。而且所述芯结构在此特别有利地—至少部分、也即在端侧—被塑料外罩包封。塑料外罩的材料与相应的应用匹配，因此塑料外罩尤其通过在转子腔中循环的流体实现芯结构相对于化学影响的保护。
以下根据在附图中所示的优选实施例对本发明进行更详尽的阐述。在附图中：
图1至图8示出结合其制造步骤构成的根据本发明的电机的定子，和
图9至图11示出适宜于与根据图1至图8的定子共同作用的转子，涉及其制造步骤。
制造外定子1(参照图8)的基础是图1所示的、由薄片叠(或称为薄片堆叠、薄片堆栈)组成的极结构3。极结构由十一个相同的环形闭合的极结构薄片2和分别交替地在极结构薄片之间布置在十个层中的单独的极靴薄片2’组合而成。六极式的极结构3具有六个均匀地围绕轴线A布置的铁磁极靴4。所述极靴分别包括沿径向延伸的绕组芯件5。极靴4在径向内部分别具有两个沿周向延伸的凸起6。在十一个由环形闭合的极结构薄片2构成的层中，两个相邻极靴4的相互面对的凸起6分别通过连接条7相连；所述连接条仅具有最小径向延伸量。在十个其他层中，在各个极靴薄片2’之间构成空隙55(参照图4)。极靴4在径向外部T形地构造。在相邻的极靴4的T形的头部8之间分别形成足够宽度的间隙9，以便在针式绕线技术中从外部形成定子绕组10(参照图5)。居中设置在极靴的T形的头部8上的卸载凹口11用于在稍后按压中性环12时实现极靴2的规定形变(参照图5和图6)。
在注塑模中，在极结构3上由环氧-热固性材料通过注塑成型方法成型有复杂的塑料结构13(参照图2至图4)。塑料结构13在此包括套筒14，所述套筒基本上由套管15和从端侧封闭该套管的终端件16组成，并且塑料结构还包括从端侧成型在套管15上的、从套管沿径向突出的绕组支架17，所述绕组支架包围极结构3的绕组芯件5。极靴2的(径向内部的)凸起6在此如连接条7一样在套管15的区域中完全嵌入塑料结构13中。套管15的内径d在此略微小于极结构的中心处的贯穿部18的直径D，从而使套管15具有完全闭合的筒状的内部周向面19。套管15在端侧20上具有发挥容纳O形环作用的环形槽21，从而实现塑料结构13在相邻部件上的流体密封的连接。
绕组支架17在径向外部过渡至在绕组支架上一体式成型的终端板22。终端板沿轴向并且沿周向延伸超出相应配属的绕组支架17，并且在径向外部限定出为容纳相应的定子绕组10所提供的空间。在此，终端板22沿周向在与极靴4的T形头部8相同的范围内延伸，从而使T形头部的端部敞露。极靴的T形头部8在径向外部本就完全敞露，以便在磁通量方面实现与稍后压入的、由环形薄片叠组成的中性环12的理想接触。
塑料结构13的套筒14的终端件16在内部阶梯式构成。在此，底座23构造用于容纳滚动轴承，所述滚动轴承用于转子轴的支承。因为细节在此并不关键，因此在图4中仅示意性示出转子R、转子的转子轴W和容纳在底座23中的轴承L。塑料结构13在外部具有不同的功能元件。在终端件16上成型有多个不同的分别带有贴放面24的支撑凸起，所述贴放面用于带有电机控制装置(参照图6)的电路板25。中央的支撑凸起26在此实施为布置在轴线A的区域中的销轴状的隆起。并且三个周边的支撑凸起27分别从端侧布置在所配属的臂28上。其中两个支撑凸起具有对中销轴29，所述对中销轴与适配的对中孔30在电路板25中共同作用，以便固定支撑凸起的位置。在第三个支撑凸起27的区域中相应地设置贯穿部31，用于穿引与中性环12相连的中性触头32。通过该方式，周边的第三支撑凸起27同时构成用于中性触头32的支撑元件33。
三个臂件28基本上分别以120°相互错移且分别与两个绕组支架17之间的间隙对齐，在每个臂件28上都构造了用于金属电触头件35的容纳部34。三个触头件35设计为U形，其中，开口36分别面向电路板25。与通过各个触头件35的两个臂37限定的空间对齐地，相应的臂件28具有两个凹口38，从而绕组线39能够分别在两个相邻的定子绕组10之间穿过两个凹口38置入U形的触头件35中。每个触头件35的两个臂37中的每一个都引出接触销40。该接触销嵌入电路板25上的适配的接触孔41。相应地适用于在中性触头32的端部上设置的接触销42。
三个导引板43在终端件16上分别成型在两个臂件28之间。导引板分别具有实施在导引板中的凹口44。凹口44用于分别容纳每两个相互对置的同相位的定子绕组10之间的、绕组线39的两个连接区段45。尤其如图5和图6所示，定子绕组分别卷绕在绕组支架17上，并且具体而言卷绕在沿径向内部通过套管15的外侧面和沿径向外部通过终端板22的内侧面限定的空间中。这样显然可靠地排除了绕组线39与极结构3的直接接触。
在安置了电路板25并且电路板与三个触头件35和中性触头32电接触之后(参照图7)，相应的结构组件在注塑模中通过与构成塑料结构13相同的环氧-热固性材料被注塑包封。由此形成了由塑料注塑成型的、在迄今制成的单元上浇注的外部体46，所述单元由极结构3、注塑成型在极结构上的塑料结构13、安装在塑料结构中的触头件35和安置在塑料结构上的定子绕组10、套插的中性环12连同中性触头32和电连接的电路板25组成，所述部件(塑料结构13连同定子绕组10以及中性环12和电路板25)完全嵌入所述外部体中。在外部体46上成型有三个紧固接片47。从开始设置在电路板25上的连接套筒48突伸出外部体46，连接套筒以机械方式固定地锚固在所述外部体上。
具有根据图1至8的外定子1的电机的布置在套管15内部的且围绕轴线A可旋转支承的内转子在图9至图11中示出特定的设计特征。内转子包括通过由铁磁材料制成的薄片叠所形成的、与未示出的转子轴相连的芯结构49。芯结构具有四个贯穿部50，四个由NdFeB烧结的永久磁体51以正方形布置方式安装在所述贯穿部中。芯结构49如图所示被塑料外罩52注塑包封，从而使两个端面53基本上被覆盖并且利用塑料填充贯穿部50的剩余空腔。芯结构49的外周面54在塑料外罩之间保持敞露。

Claims (19)

1.一种电机，所述电机带有外定子(1)和围绕轴线(A)可旋转支承的内转子，其具有以下特征：
-所述外定子(1)包括
-多个围绕轴线(A)布置的、铁磁的极靴(4)，其带有基本上沿径向延伸的绕组芯件(5)，
-注塑成型的塑料结构(13)，所述塑料结构带有包围绕组芯件(5)的绕组支架(17)和套管(15)，所述套管具有沿径向在极靴(4)内部延伸的、闭合的内侧面(19)，和
-在绕组支架(17)上支承的定子绕组(10)；
-并且转子(R)布置在套管(15)内部；
-塑料结构(13)包括套筒(14)，所述套筒自身包括套管(15)以及从端侧封闭该套管的终端件(16)，其中，转子(R)被支承在布置在终端件(16)中的轴承(L)中；
-定子(1)具有由塑料原位注塑成型的、浇注在塑料结构(13)上的外部体(46)，塑料结构(13)连同定子绕组(10)一起嵌入所述外部体中。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，塑料结构(13)由环氧-热固性材料制成。
3.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，在终端件(16)上布置至少两个支撑凸起(27)，在所述支撑凸起上固定有嵌入所述外部体中的、带有电机控制装置的电路板(25)。
4.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，在终端件(16)上成型有用于电触头件(35)的容纳部(34)。
5.根据权利要求4所述的电机，其特征在于，容纳部(34)分别与两个极靴(4)之间的间隙对齐。
6.根据权利要求4或5所述的电机，其特征在于，触头件(35)U形地设计，并且带有末端延伸成接触销(40)的臂(37)。
7.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，极靴(4)在径向外部被接触该极靴的、嵌入所述外部体中的中性环(12)包围。
8.根据权利要求7所述的电机，其特征在于，中性触头(32)与中性环(12)相连，所述中性触头容纳在终端件(16)的支撑元件(31)中。
9.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，极靴(4)在径向外部T形地实施。
10.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，绕组支架(17)在径向外部过渡至成型的终端板(22)。
11.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，在套筒(14)中嵌入由不锈钢制成的安装套筒。
12.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，套管(15)相对于终端件(16)具有用于密封地连接在设备壳体上的密封结构。
13.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，极靴(4)是组合的极结构的一部分，其方式在于，极靴在径向内部在凸起(6)的区域中相互间通过连接条(7)相连。
14.根据权利要求13所述的电机，其特征在于，极结构(3)由薄片叠组成。
15.根据权利要求14所述的电机，其特征在于，仅一部分薄片具有连接条(7)并且环形地组合。
16.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，外部体(46)和塑料结构(13)由统一的材料制成。
17.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，转子具有由薄片叠组成的芯结构(49)。
18.根据权利要求17所述的电机，其特征在于，在芯结构(49)中安装烧结的永久磁体(51)。
19.根据权利要求17或18所述的电机，其特征在于，芯结构(49)至少部分被塑料外罩(52)注塑包封。
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