CN110679063A - 用于横向磁通马达的爪极定子和用于爪极定子的分段 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于横向磁通马达(2)的爪极定子(1、29)，其中，所述爪极定子(1、29)通过多个分段3构成，这些分段沿着周向4并排设置地构成环形的爪极定子(1)，其中，每个分段(3)从内周面(5)出发沿着径向方向(6)向外周面(7)延伸、并且沿着周向(4)通过第一侧面(8)和第二侧面(9)限制、并且沿着轴向方向(10)通过第一端面(11)和第二端面(12)限制，其中，为了构成环形的爪极定子(1)，每个分段(3)经由所述侧面(8、9)与另外的分段(3)连接，其中，相互相邻设置的分段(3)经由第一侧面8上的第一接触面(13)或经由第二侧面(9)上的第二接触面(14)相互接触，并且经由接触面(13、14)构成沿周向(4)的形状锁合的连接(15)。

Description

用于横向磁通马达的爪极定子和用于爪极定子的分段

技术领域

本发明涉及一种用于横向磁通马达的爪极定子和用于爪极定子的分段。横向磁通马达是电动驱动器，该电动驱动器可用作发电机和电机。横向磁通马达通常包括定子和转子。所述转子在此称为永磁体的支架，而所述定子具有线圈组件。所述转子或定子可以与轴连接，该轴通过横向磁通马达驱动(作为电机运行)或将旋转运动传递到横向磁通马达上(发电机运行)。

背景技术

例如由DE 10 2009 021 703 B4已知电的轴向磁通电机。在那里特别提出：由多个环形筒分段构成磁通磁轭。所述环形筒分段在沿周向指向的侧面上相互接触。

特别有益的是：粉末冶金地制造爪极定子。为此将具有预定成分的粉末输送给压机并对其进行挤压。后续的热处理用于去除有机的组成部分。特别地，粉末颗粒具有电绝缘涂层。通过粉末冶金制造可以产生高精度的构件。

现在已经得到证实的是：爪极定子的特别几何形状不能被没有问题地粉末冶金地制造。特别地，爪极定子的变细的极不能没有问题地被非常均匀地以及高密度地制造。

发明内容

由此出发，本发明的目的是：至少部分地解决关于现有技术所描述的问题。特别地应提出一种爪极定子，该爪极定子设计为特别适于粉末冶金制造。

为了实现所述目的，提出根据权利要求1的特征的爪极定子以及根据权利要求11的用于爪极定子的分段。有益的发展方案是从属权利要求的主题。在权利要求中单独实施的特征可以以技术上有意义的方式互相组合并且可以通过由说明书阐述的事实和附图所示细节得到补充，其中，指明本发明的另外的实施变型。

用于横向磁通马达的爪极定子有助于此，其中，所述爪极定子通过多个分段构成，这些分段沿着周向并排设置或者构成环形的爪极定子。每个分段从内周面出发沿着径向方向向外周面延伸、并且沿着周向通过第一侧面和第二侧面限制而沿着轴向方向通过第一端面和第二端面限制。为了构成环形的爪极定子，每个分段经由侧面与至少一个另外的分段连接，其中，相互相邻设置的分段经由相应分段的第一侧面的第一接触面或经由第二侧面的第二接触面相互接触并且经由这些接触面构成沿周向的形状锁合的连接。

特别地，第一分段与相邻设置的第二分段经由其第一接触面或其第二接触面接触。若两个分段彼此一致，那么第一分段可以经由其第一接触面通过第二分段的第二接触面接触该第二分段(径直地或者说直接地)。同样的内容可以相应地适于第一分段的另外的第二侧面以及设置在那里的第二接触面。

在此提出对爪极定子进行分段。各个分段因此可以利用冲压工具的紧凑设计的型模制造。特别地，可以在分段中较简单地实施用于制造尽可能均匀且高的密度的特别措施。

然而，爪极定子的分段导致各分段组合成环形的爪极定子的问题。在此一方面应能够实现对分段的良好操作并且另一方面应能实现各分段相对彼此的尽可能精确的定位。这目前经由在相邻设置的分段之间的沿周向的形状锁合连接的构造可实现或者保障。形状锁合的连接通过至少两个连接配合件(在此为分段)的交错嵌接产生。由此在没有力传递的情况下或在中断的力传递的情况下不能松脱连接配合件。换而言之，在形状锁合的连接中，一个连接配合件给另一个连接配合件造成障碍(在此针对相对彼此沿周向的相对运动)。

利用形状锁合的连接可以将各个分段组装成所述环形的爪极定子。特别地，各分段可以设置在支承体上，该支承体使各分段至少在这些分段的内周面上或其外周面上相对定向或者保持定向。优选地，各分段于是例如经由塑料相互连接，该塑料例如在液态状态中被输送给爪极定子并且然后凝固。

下面对爪极定子的构造进行阐述。沿着轴向方向并排设置两个爪极定子，它们经由端面相互接触。每个爪极定子具有多个极，这些极从基面出发沿着轴向方向延伸。第一爪极定子的第一极和第二爪极定子的第二极沿着周向交替地并且相应彼此相邻地且沿轴向方向相互搭接地、但彼此间隔开地设置。所述极可以设置在内周面或外周面上。各爪极定子则经由端面在外周面或内周面上相互接触。在爪极定子的中间空隙中、沿轴向方向在各端面之间并且沿径向方向在彼此接触的端面和极之间可以沿周向环绕地在各爪极定子之间设置线圈。在第一对上设置具有线圈的另外的爪极定子对同样是可能的。由此例如可以构成多相的横向磁通马达。横向磁通马达特别是可以提供从0.01kW(千瓦)直到超过5000kW的电功率。

在爪极定子的端面上可以设置有定位辅助件，这些定位辅助件与在对置端面上的对应的定位辅助件(例如隆起部和凹深部)共同作用。

特别地，所述接触面中的至少一个接触面沿着径向方向在第一半径与第二半径之间蜿蜒地延伸。“蜿蜒地”特别是意味着具有曲率、特别是关于径向方向交替取向的曲率半径。在接触面在相对该接触面的走向在中心或者中央的并且平行于径向方向的假想线的两侧延伸时，走向可以是“蜿蜒的”。

特别地，所述极沿径向方向设置在接触面的外部或内部。

在分段的每个侧面上设置有接触面。该接触面包括侧面的子面。特别是所述接触面沿着轴向方向相应在侧面的整个延伸长度上延伸。优选地，所述接触面沿着径向方向仅在侧面的延伸长度的一部分上延伸。

接触面沿着径向方向蜿蜒地延伸，其中，通过接触面的蜿蜒形式构成与相邻设置的分段的形状锁合的连接。

接触面的这种蜿蜒(然而在此锐棱的)走向例如通过接触面的燕尾实施形式实现。

优选地，所述接触面中的至少一个接触面沿着蜿蜒走向具有至少1.0mm(毫米)、优选至少2.0mm的最小曲率半径。这样的最小半径减小了分段中裂纹形成的风险，这些裂纹形成恰恰会在形状锁合连接的锐棱实施形式(例如燕尾)中出现。

特别地，所述至少一个接触面沿着蜿蜒走向具有仅仅弯曲的走向。特别地，沿着径向方向没有设置接触面的直线区域。也就是说，接触面的每个点沿着径向方向通过(沿着径向方向改变的)曲率半径构成。

优选地，所述至少一个接触面沿着蜿蜒走向在一个长度上延伸，该长度以至少1.5倍、特别是至少两(2.0)倍大于沿径向方向在第一半径与第二半径之间的间距。因此，由于蜿蜒走向，使接触面延长(相对沿着径向方向在第一半径与第二半径之间的直线走向)。

此外，接触面的增大提高了结合的爪极定子的强度。此外，通过蜿蜒走向和接触面的增大减小了各分段的间隙和相对彼此的相对可运动性，从而可以改进对爪极定子的操作、例如为了设置在支承体上。

根据第一设计方案，每个分段包括多个极。

根据第二设计方案，每个分段具有恰恰一个(单独的)极。在这样的分段中可应用冲压工具的特别紧凑的型模，该冲压工具用于制造分段。此外可以采取额外的措施，以用简单且经济的方式使冲压件(坯件)中的密度进一步均匀化。

分段允许经济且高精度地制造爪极定子，这是因为一方面能够高精度地制造很小的分段并且另一方面能够经由定心装置(例如支承体)使各分段相对彼此精确定向和设置。这样产生的爪极定子的高精度形式接着可以通过固定措施(例如埋置到塑料中)来固定。

特别提出：分段中的每个分段粉末冶金地通过挤压和热处理制成。

优选地，爪极定子仅通过设计一致的分段构成。这些分段则具有第一接触面，这些第一接触面与相邻设置的一致的分段的第二接触面构成形状锁合的连接。

特别地，爪极定子以各分段的外周面或内周面构成柱形轮廓，其中，外周面和内周面中的一个周面通过各分段的极构成，其中，这些周面具有与柱形轮廓最高50μm(微米)、特别是最高25μm的偏差。

特别地，所述分段在此已经相对彼此固定在其位置中、例如通过埋置到塑料中。

提出一种用于特别是在此详细说明的爪极定子的分段，该分段从内周面出发沿着径向方向向外周面延伸、并且沿着周向通过第一侧面和第二侧面限制而沿着轴向方向通过第一端面和第二端面限制。为了构成环形的爪极定子，所述分段经由侧面与至少一个另外的分段可连接，其中，可相互相邻设置的分段经由第一侧面的第一接触面或经由第二侧面的第二接触面互相接触。接触面成形为，使得经由这些接触面能够分别与可相邻设置的分段的互补成形的接触面构成沿周向的形状锁合的连接。

特别地，接触面中的至少一个接触面(优选两个接触面)平行于轴向方向延伸。

特别地，分段的极从基面出发沿着轴向方向延伸并且同时变细。该极在变细部的区域中相应横向于轴向方向具有最大横截面和最小横截面。最大横截面与最小横截面的比率至少为二(2)并且优选至少为三(3)。

特别地，所述分段粉末冶金地通过挤压和热处理制成。

根据另一方面提出一种横向磁通马达，该横向磁通马达至少包括定子和转子，所述定子包括前述爪极定子中的至少两个爪极定子，其中，第一爪极定子的第一极和第二爪极定子的第二极沿着周向交替地并且相应相互相邻地并且沿轴向方向相互搭接地设置。在此，爪极定子相对彼此设置成，使得这些极从基面出发沿着轴向方向向其它爪极定子延伸。

所述轴向方向平行于横向磁通马达的旋转轴线定向。

特别地，所述转子环形地延伸并且沿着周向具有多个永磁体，其中，在转子与定子之间设置有沿周向环绕的气隙，该气隙沿着径向方向为最大350μm(微米)、特别是最大250μm、优选最大150μm，其中，所述气隙具有最大50μm、特别是最大25μm的偏差。

关于爪极定子的实施形式同样适于分段和/或横向磁通马达，反之亦然。

横向磁通马达特别可用于电运行的自行车(摩托化自行车)。

防备性地指出：在此使用的数值(“第一”、“第二”……)主要(仅)用于区分多个同类型的物体或参数，特别地不是强制性预设这些物体或参数相互的相关性和/或顺序。如果应要求相关性和/或顺序，那么这在此处详细给出或者对于本领域技术人员而言在研究具体描述的设计方案时是明显的。

附图说明

下文借助附图进一步阐述本发明以及技术领域。要指出的是：本发明不应被示出的实施例限制。特别是只要没有详细地另外说明，那么也可能的是：提取附图中阐述的事实的分观点并且将其与来自本说明书和/或附图的其它组成部分和认识组合。特别指出的是：附图和特别是示出的参数比例是示意性的。同样的附图标记表示相同的物体，因而必要情况下可以补充地援引来自其它附图的阐述。附图中：

图1以分解图示出横向磁通马达的透视图；

图2示出图1所示横向磁通马达的透视图，其中，部分为剖视图；

图3示出图1和2所示横向磁通马达的一部分的透视图；

图4示出爪极定子的透视图；

图5示出一个分段的第一透视图；

图6示出图5所示分段的第二透视图；

图7示出图5和6所示分段的侧视图。

具体实施方式

图1以分解图示出横向磁通马达2的透视图。图2示出图1所示横向磁通马达2的透视图，其中部分为剖视图。图3示出图1和2所示横向磁通马达的一部分的透视图。在下文共同描述图1至3。

横向磁通马达2此外包括定子26和转子27，所述定子26在此包括六个爪极定子1，其中，每个第一爪极定子1的第一极19和每个第二爪极定子29的第二极28沿周向4交替地、并且相应相互相邻地并且沿轴向方向10相互搭接地设置。在此，爪极定子1、29相对彼此设置成，使得极19、28从基面22出发沿着轴向方向10向着另外的爪极定子29、1延伸。

所述轴向方向10平行于横向磁通马达2的旋转轴线32定向。

转子27环形延伸并且沿着周向4具有多个永磁体30，其中，在转子27与定子26之间设置有沿周向4环绕的气隙31。

每个爪极定子1、29通过多个分段3构成，这些分段沿周向4并排设置地构成环形的爪极定子1、29。每个分段3从内周面5出发沿着径向方向6向外周面7延伸、并且沿着周向4通过第一侧面8和第二侧面9限制而沿着轴向方向10通过第一端面11和第二端面12限制。为了构成环形的爪极定子1，每个分段3经由侧面8、9而与另外的分段3连接。图1至3未示出分段3的形状锁合的连接15。

相应两个爪极定子1、29沿着轴向方向10并排设置，它们经由第一端面11相互接触。每个爪极定子1、29具有多个极19、28，这些极从基面22出发沿着轴向方向10延伸。第一爪极定子1的第一极19和第二爪极定子29的第二极28沿周向4交替地并且相应相互相邻地并且沿轴向方向10相互搭接地、然而彼此间隔开地设置。极19、28设置在分段3的外周面7上。爪极定子1、29经由内周面5上的第一端面11相互接触。在爪极定子1、29的中间空隙中、沿着轴向方向10在各第一端面11之间、并且沿着径向方向6在内周面5的区域中在相互接触的第一端面11之间、并且在外周面7上在极19、28之间，线圈33沿着周向4可以环绕地设置在爪极定子1之间。

图4示出爪极定子1的透视图。爪极定子1通过多个分段3构成，这些分段沿着周向4并排设置地构成环形的爪极定子1。每个分段3从内周面5出发沿着径向方向6向外周面7延伸、并且沿着周向4通过第一侧面8和第二侧面9限制而沿着轴向方向10通过第一端面11和第二端面12限制。为了构成环形的爪极定子1，每个分段3经由侧面8、9而与另外的分段3连接。相互相邻设置的分段3经由相应分段的第一侧面8的第一接触面13或第二侧面9的第二接触面14相互接触(参见图5至7)并且经由接触面13、14构成沿周向4的形状锁合的连接15。

形状锁合的连接15通过至少两个连接配合件(在此为分段3)的交错嵌接产生。由此在没有力传递的情况下或在中断的力传递的情况下，连接配合件也不能松脱。换而言之，在形状锁合的连接15中，一个连接配合件给另一个连接配合件造成障碍(在此针对沿周向4的相互相对运动)。各个分段3利用形状锁合的连接15可以组装成环形的爪极定子1。

接触面13、14沿着径向方向10在第一半径16与第二半径17之间蜿蜒地延伸。极19沿着径向方向6设置在接触面13、14外部。在分段3的每个侧面8、9上设置有接触面13、14。接触面13、14包括侧面8、9的分面。接触面13、14沿着轴向方向10分别在侧面8、9的整个延伸长度上延伸。接触面13、14沿着径向方向6仅在侧面8、9的延伸长度的一部分上延伸。

接触面13、14沿着径向方向6蜿蜒地延伸，其中，通过接触面13、14的蜿蜒形式构成与相邻设置的分段3的形状锁合的连接15。

在此，所有分段3设计成彼此一致的，使得第一分段3经由其第一接触面13经由第二分段3的第二接触面14与该第二分段接触。同样的内容则相应地适于第一分段3的其它第二侧面9和设置在那里的第二接触面14。

图5示出分段3的第一透视图。图6示出图5所示分段3的第二透视图。图7示出图5和6所示分段3的侧视图。在下文对图5至7共同描述。

分段3从内周面5出发沿着径向方向6向外周面7延伸、并且沿着周向4通过第一侧面8和第二侧面9限制而沿周向方向10通过第一端面11和第二端面12限制。为了构成环形的爪极定子1，分段3经由侧面11而与另外的分段3可连接，其中，可相互相邻设置的分段3经由第一侧面8的第一接触面13或第二侧面9的第二接触面14相互接触。接触面13、14成形成，使得经由这些接触面13、14与可相邻设置的分段3的互补成形的接触面14、13可分别构成沿周向4的形状锁合的连接15。两个接触面13、14平行于轴向方向10延伸。

分段3的极19从基面22出发沿着轴向方向10延伸并且在此变细。所述极19在变细部23的区域中相应横向于轴向方向10地具有最大横截面24和最小横截面23。

在分段3的端面11、12上设置有定位辅助件34，这些定位辅助件与其它爪极定子1的相邻设置的分段的对置端面11、12上的对应的定位辅助件34(在此：隆起部和凹深部)共同作用。

接触面13、14沿着径向方向10在第一半径16与第二半径17之间蜿蜒地延伸。

极19沿着径向方向6设置在接触面13、14外部。

在分段3的每个侧面8、9上设置有接触面13、14。接触面13、14包括侧面8、9的分面。接触面13、14沿着轴向方向10相应在侧面8、9的整个延伸长度上延伸。接触面13、14沿着径向方向6仅在侧面8、9的延伸长度的一部分上延伸。

接触面13、14沿着径向方向6蜿蜒地延伸，其中，通过接触面13、14的蜿蜒形式构成与相邻设置的分段3的形状锁合的连接15。接触面13、14沿着蜿蜒走向具有最小曲率半径18。

这样的最小半径降低了分段3中裂纹形成的风险，这些裂纹形成恰恰会在形状锁合的连接15的锐棱实施形式(例如燕尾)中产生。

在此，接触面13、14沿着蜿蜒走向具有仅弯曲的走向。在此沿着径向方向6没有设置接触面13、14的直线区域。也就是说，接触面13、14的每个点沿着径向方向6通过(沿着径向方向6改变)的曲率半径18构成。

接触面13、14沿着蜿蜒走向在一个长度20上延伸，该长度以一个因子大于沿着径向方向6在第一半径16与第二半径17之间的间距21。由于蜿蜒走向，接触面13、14因此沿着径向方向6(相对沿着径向方向6在第一半径16与第二半径17之间的直线走向)被延长并且由此增大。

附图标记列表

1 第一爪极定子

2 横向磁通马达

3 分段

4 周向

5 内周面

6 径向方向

7 外周面

8 第一侧面

9 第二侧面

10 轴向方向

11 第一端面

12 第二端面

13 第一接触面

14 第二接触面

15 连接

16 第一半径

17 第二半径

18 曲率半径

19 极

20 长度

21 间距

22 基面

23 变细部

24 最大横截面

25 最小横截面

26 定子

27 转子

28 第二极

29 第二爪极定子

30 永磁体

31 气隙

32 旋转轴线

33 线圈

34 定位辅助件

Claims (15)

1.用于横向磁通马达(2)的爪极定子(1、29)，其中，所述爪极定子(1、29)通过多个分段(3)构成，这些分段沿周向(4)并排设置，其中，每个分段(3)从内周面(5)出发沿着径向方向(6)向外周面(7)延伸、并且沿着周向(4)通过第一侧面(8)和第二侧面(9)限制而沿着轴向方向(10)通过第一端面(11)和第二端面(12)限制，其中，每个分段(3)经由所述侧面(8、9)而与至少一个另外的分段(3)连接，其中，相互相邻设置的分段(3)经由第一侧面(8)上的第一接触面(13)或经由第二侧面(9)上的第二接触面(14)相互接触，并且经由所述接触面(13、14)构成沿着周向(4)的形状锁合的连接(15)。

2.如权利要求1所述的爪极定子(1、29)，其中，所述接触面(13、14)中的至少一个接触面沿着径向方向(6)在第一半径(16)与第二半径(17)之间蜿蜒地延伸。

3.如权利要求2所述的爪极定子(1、29)，其中，所述至少一个接触面(13、14)沿着蜿蜒走向具有至少1mm(毫米)的最小曲率半径(18)。

4.如前述权利要求之一所述的爪极定子(1、29)，其中，所述至少一个接触面(13、14)沿着蜿蜒走向具有仅弯曲的走向。

5.如前述权利要求2至4之一所述的爪极定子(1、29)，其中，所述至少一个接触面(13、14)沿着蜿蜒走向在一个长度(20)上延伸，该长度以至少1.5倍大于沿着径向方向(6)在第一半径(16)与第二半径(17)之间的间距(21)。

6.如前述权利要求之一所述的爪极定子(1、29)，其中，每个分段(3)包括多个极(19、28)。

7.如前述权利要求1至5之一所述的爪极定子(1、29)，其中，每个分段(3)具有恰好一个极(19、28)。

8.如前述权利要求之一所述的爪极定子(1、29)，其中，所述分段(3)中的每个分段都粉末冶金地通过挤压和热处理制成。

9.如前述权利要求之一所述的爪极定子(1、29)，其中，所述爪极定子(1、29)仅由设计一致的分段(3)构成。

10.如前述权利要求之一所述的爪极定子(1、29)，其中，所述分段(3)以各分段(3)的外周面(7)或内周面(5)构成柱形轮廓，其中，所述外周面(7)和内周面(5)中的一个周面通过分段(3)的极(19、28)构成，这些周面具有与柱形轮廓的最高50μm的偏差。

11.用于爪极定子(1、29)的分段(3)，其中，所述分段(3)从内周面(5)出发沿着径向方向(6)向外周面(7)延伸、并且沿着周向(4)通过第一侧面(8)和第二侧面(9)限制而沿着轴向方向(10)通过第一端面(11)和第二端面(12)限制，其中，所述分段(3)经由侧面(8、9)能与至少一个另外的分段(3)连接，其中，可相互相邻设置的分段(3)经由第一侧面(8)的第一接触面(13)或经由第二侧面(9)的第二接触面(14)相互接触，其中，所述接触面(13、14)成形为，使得经由这些接触面(13、14)能与可相邻设置的分段(3)的互补成形的接触面(14、13)分别构成沿着周向(4)的形状锁合的连接(15)。

12.如权利要求11所述的分段(3)，其中，所述接触面(13、14)中的至少一个接触面平行于轴向方向(10)延伸。

13.如前述权利要求11和12之一所述的分段(3)，其中，所述分段(3)的极(19、28)从基面(22)出发沿着轴向方向(10)延伸并且同时变细，其中，所述极(19、28)相应横向于轴向方向(10)在变细部(23)的区域中具有最大横截面(24)和最小横截面(25)，其中，所述最大横截面(24)与所述最小横截面(25)的比率为至少2。

14.横向磁通马达(2)，至少包括定子(26)和转子(27)，其中，所述定子(26)包括至少两个如前述权利要求1至10之一所述的爪极定子(1、29)，其中，第一爪极定子(1)的第一极(19)和第二爪极定子(29)的第二极(28)沿着周向(4)交替地并且相应相互相邻地并且沿着轴向方向(10)相互搭接地设置。

15.如权利要求14所述的横向磁通马达(2)，其中，所述转子(27)环形延伸并且沿着周向(4)具有多个永磁体(30)，其中，在转子(27)与定子(26)之间设置有沿周向(4)环绕的空隙(31)，该空隙沿径向方向(6)为最大350μm(微米)，其中，所述空隙(31)具有最大50μm的偏差。

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