CN111108671A - 用于线性电机的电机组件 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于线性电机(1)的电机组件(2)，其中至少一个具有至少两个第一电磁线圈(8)的第一主要部件(3)和一个具有至少两个第二电磁线圈(8)的第二主要部件(3)彼此大致平行地布置，该电机组件至少部分地消除了现有技术的缺点。这是通过以下方式实现的：为第一和第二主要部件(3)设置至少一个包括单片式片材金属元件(6)的共用叠片芯单元(5、6)，并且叠片芯单元(5、6)的单片式片材金属元件(6)中的每一个分别具有用于第一主要部件(3)的第一线圈(8)的至少三个第一凹部(7)并且同时具有用于第二主要部件(3)的第二线圈(8)的至少三个第二凹部(7)，第一凹部(7)在线性电机(1)的调节路径的纵向方向上前后相继布置，第二凹部(7)在线性电机(1)的调节路径的纵向方向上前后相继布置。

Description

用于线性电机的电机组件

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于线性电机的电机组件，并且涉及一种根据权利要求9所述的线性电机。

背景技术

市场上已经有各种各样的线性电机。它们在机械工程和设备工程中日益重要，尤其是由于它们可实现的高加速度和高速度，以及它们可实现的高定位精度和长调节行程。

线性电机通常包括至少一个所谓的主要部件、供电流流过且产生可变和/或可控的磁场的多个线圈，以及至少一个具有多个永磁体的所谓的次要部件。通过磁场的变化来产生调节行程，从而实现了次要部件和主要部件之间的相对运动/调节。

为了增加推进力，已知具有例如两个分开的主要部件(即，两个分开的线圈配置)和/或两个分开的次要部件(即，两个分开的永磁体配置)的线性电机(参见DE 10 2009 017549 A1)。

然而，不利的是，这种类型的电机比较庞大、复杂并且在经济上不合算。

发明内容

相比之下，本发明的目的在于提出一种线性电机或一种用于线性电机的在开篇提到的那种类型的电机组件，其至少部分地消除了现有技术的缺点。

从线性电机或从用于线性电机的在开篇提到的那种类型的电机组件出发，所述目的通过权利要求1的特征来实现。本发明的有利的实施方式和改进方案可以通过从属权利要求中提到的措施来实现。

因此，根据本发明的用于线性电机的电机组件的特征在于，为第一主要部件和第二主要部件设置至少一个包括了单片式叠片元件的共用叠片芯单元，并且叠片芯单元的单片式叠片元件中的每一个分别具有用于第一主要部件的第一线圈的至少三个第一凹部，并且同时具有用于第二主要部件的第二线圈的至少三个第二凹部，其中，第一凹部在线性电机的调整行程的纵向方向上彼此并排前后布置，并且第二凹部在线性电机的调节行程的纵向方向上彼此并排前后布置。

借助于根据本发明的用于线性电机的电机组件，可以使所需的组件大大减少。线性电机或电机组件也能够具有实质上更小或更紧凑的构造，并且能够比现有技术更廉价地制造和运行大致相同的驱动力或推进力。此外，能够在能量和/或热量管理的示例中采用协同作用，从而能够实现更节能的运行方式。

叠片芯单元的各个单片式叠片元件优选地至少在线性电机的调节行程的纵向上对齐。由此实现了这样的情况，其中，叠片元件或叠片芯单元的长度可以有利地与调节行程的长度相适应。因此，仅通过根据本发明的单个的单片式叠片元件或叠片芯单元就可以实现短的调节行程，或任选地非常长的调节行程。为了调节不同长度的行程或叠片元件，仅需要设置不同数量的(相同)线圈和/或磁体。这样，根据本发明，可以实现具有多种类的叠片元件或叠层铁芯单元的模块系列，并且因此可以实现非常多种类的主要部件或电机组件。另外，这提高了本发明的经济效率，甚至尤其是对于非常多种类的应用和/或性能类别和/或调节行程长度而言。

根据本发明的叠片芯单元通常有利地由彼此电绝缘的个体组合式叠片或叠片元件组成，以便避免当意图传导磁场线和增强磁场的相应物体由铁磁固体材料制成时可能在叠片中感应产生的涡电流。线圈或绕组和/或相应的永磁体优选地布置在叠片芯单元或叠片元件中的凹部或凹槽中。

在本发明的一种特别的改进方案中，叠片芯单元的各个单片式叠片元件彼此粘接。在本发明的一种有利的设计变型的情况下，叠片芯单元可以构造为烤漆叠片芯。这样，可以显著提高叠片芯单元的机械刚度。由此得到能够以“一片”形式而作为机械上特别稳定/刚性的粘接式接合的叠片芯单元来被处理的结构单元。

另外，包括有与烤漆粘接/连接的(铜)线的至少一个烤漆绕组或线圈可以布置在凹部或凹槽中，其中有利地将烤漆绕组或线圈密封。结果，由此另外地增加了根据本发明的主要部件或电机组件的机械刚度。

此外，可以想到的是，在一个有利的实施例的情况下，代替涂覆有烤漆的电线，也可以使用传统上绝缘的绕组线。在一个优选的实施例的情况下，将周期性缠绕的烤漆线圈设置为绕组。另外，尽管通常使用具有基本上圆形横截面的圆形电线，但是原则上例如也可以使用方形电线等。横截面尤其可以在目的为实现尽可能高的绕组密度时起作用。通过尽可能密集地布置绕组，可以以尽可能小的空间需求产生尽可能高的磁场，从而可以提高电机的性能。

在本发明的一个优选的变型中，至少一个用于冷却第一主要部件和/或第二主要部件的冷却凹部设置在第一凹部和第二凹部之间和/或在第一线圈和第二线圈之间和/或在第一主要部件和第二主要部件之间，至少一个冷却单元优选地布置在冷却凹部中。这样，可以有利地消除热损失。根据本发明的冷却装置的有利布置使得根据本发明的电机组件或线性电机的特别节省空间和/或紧凑的设计成为可能。

另外，可以实现用于散发废热的非常短的路径。即，主要部件或电机组件的余热只有非常短的路径，直到通过冷却装置散发或冷却为止。这提高了电机组件或线性电机的能量和/或热量管理的效率。

本发明的特征在于，冷却单元或冷却元件(固定地)连接到叠片芯或叠片芯单元，并且平行于凹槽的布置而布置，叠片芯和冷却元件有利地彼此粘接地接合。

这种在平行于凹槽/凹部的一个平面中的有利布置原则上使得冷却元件可以被布置成靠近各个绕组/线圈，甚至与绕组之间可以保持恒定或基本恒定的间距，从而实现均匀冷却。

此外，可以实现特别廉价的制造，因为这两个部件(叠片芯和冷却元件)可以(首先)制造为单独的部件，从而相应的冷却管道不必由以个体叠片组成的材料来制备，这相对更复杂。其次，由于所述提出的设计，材料可以以简单的方式彼此连接，但是仍然没有气隙或其他阻碍热传导的情况。

令人惊讶的是，通过粘合剂粘接可以实现叠片芯与冷却元件之间的有利的连接，粘合剂粘接尤其是通过非常薄的粘合剂层(其尽可能有效地导热)进行。

首先，由此，叠片芯和冷却元件之间的间隔可以很小，这有助于令人满意的散热。其次，由此可以在叠片芯和冷却元件之间实现非常稳定的连接。令人惊讶的是，这甚至可以承受在运行期间通常作用在电机的主动部件上的非常大的力。

此外，在所提出的构造的情况下，可以避免冷却元件和叠片芯之间的气隙。尽管某些粘合剂甚至原则上确实会具有差的导热性能，但是在本情况下证明有利的是，粘合剂层本身可以仅具有非常薄的构造，并且由此构造引起的热阻趋于低。

为了在叠片芯和冷却元件之间获得尽可能大的接触面积，这两个物件中的至少一个或者这两个物件可以分别构造为厚度基本均匀的板或层/结构，从而冷却元件管道与布置在叠片芯的凹部/凹槽中作为热源的绕组可以在平行平面中延伸。

此外，也可以使管道和绕组彼此之间的间距特别小，从而总体上可以实现令人满意的均匀散热。

在本发明的一个优选的改进方案的情况下，叠片芯和冷却元件可以有利地以“三明治”设计彼此连接。除了在发热的绕组和散热的冷却管道之间具有小的间距之外，由于相应的“三明治各层”彼此稳定并确保更高的弯曲力矩或几何惯性矩，因此还可以提高机械刚度。与根据现有技术的通常提供了对主要部件的密封的传统构造相比，根据本发明并且还根据所讨论的具有三明治设计的构造的示例性实施例还提供了进一步优点；根据现有技术，已经证明不利的是，经常会在密封材料中发现空气夹杂。

如上文已经提到的，冷却单元或冷却元件可以有利地具有至少一个用于引导冷却液的管道，尤其是闭合式冷却回路的管道。例如，水可用作冷却液。在本发明的一个优选的示例性实施例的情况下，这种冷却管道可以如下方式有利地布置，即：使其以尽可能均匀且密封的方式穿透冷却元件或冷却单元的表面，该表面平行于布置有凹部/凹槽的平面，从而可以实现尽可能均匀和均质的散热。例如，这种冷却管道在板中可以具有曲折的走向。还可以想到的是，多个冷却管道穿透板。

冷却单元优选地具有至少一个弯曲形的冷却管道分段。这有利地扩展了冷却介质或冷却回路的冷却路径，并因此改善了散热。

特别地，当相应的冷却元件在笔直路径上没有被冷却管道穿透时，有利的是，将相应的冷却管道融进到板中，例如尤其是融进到平行于布置有凹槽的平面的板。为了依次以密封方式封闭各冷却管道，这种情况一律设置有盖，该盖被固定在板或冷却元件的安置有冷却管道的开口段的侧面上。盖可以作为单独的部件廉价地制造。

为了将叠片芯和冷却元件彼此连接，优选地使用耐高温粘合剂，因为在电机的运行过程中可能某部分达到相对较高的温度，而此刻恰恰需要冷却元件和叠片芯之间的令人满意的机械连接。因此，例如可以使用各种耐高温粘合剂，尤其是基于环氧树脂的双组分粘合剂。为了建立稳定的层，这意味着低的热阻性，尤其可以设置厚度最大为0.25mm的粘合剂层。

为了令人满意的散热并同时获得相对较低的电机组件重量，冷却元件可以例如由铝制成。此外，该材料相对廉价。

结合一个有利的实施例，在将冷却管道放入冷却元件中的情况下，之前已经阐明了应该对冷却管道的开口区域进行覆盖，这例如可以借助于盖和/或密封元件来进行，尤其是借助密封环来进行。上面这些情况下，当冷却元件本身由铝制成时，盖可以有利地同样由铝制成，这尤其具有如下优点：盖和冷却元件因此在受热方面具有相同或至少非常相似的热膨胀系数，因而在相同的受热情况下两者也表现相同，并且不会出现机械应力。盖是用于覆盖和封闭整个冷却管道的一种廉价的变型，也可以优选地将橡胶环等用作密封件。

然而，如果施加有特别高的压力的液体流过冷却管道，则原则上盖可能会向上隆起，特别是如果盖包含相对于其余的冷却元件而言比较薄的材料。通常，盖可以例如由平坦的金属片材制成。在这种情况下，仅将盖紧固到冷却元件的边缘可能是不够的，特别是在现有技术中通常也是如此。

有利地设置至少一个主要部件框架以容纳第一主要部件和第二主要部件和/或叠片芯单元和/或冷却单元。这样，可以实现根据本发明的特别稳定/刚性的电机组件。

在本发明的一个特别优选的改进方案的情况下，盖通过摩擦搅拌焊接固定在冷却元件的板上，以便在流经管道的冷却液的高压下可以增加机械稳定性，并且以便可以增加机械刚度。特别优选一种变型，在该变型的情况下，盖以如下这样的方式固定在冷却元件的板上，即：使至少一个管道至少部分地，特别是完全地被焊接路径包围。这意味着，在冷却管道分段平行布置的情况下，通常焊接路径也至少部分地位于这些冷却管道分段之间。

在摩擦搅拌焊接的情况下，转动或旋转地设置焊接工具的焊接螺柱，并将焊接螺柱压入到材料中，直到焊接台肩安放在材料上。当焊接螺柱进一步转动时，沿着待焊接的焊接路径引导焊接工具，材料变成糊状，也就是说变得有可塑性并且能够被加工。在两个要彼此连接的工件之间制造细粒度的连接区域。有利地，仅发生少量的热量输入，从而谨慎地对工件进行处理，但却可以实现极好的非常稳定的连接性能。

附图说明

在附图中示出了本发明的一个示例性实施例，下文中将基于附图更详细地描述该示例性实施例，其中：

图1示意性地示出了根据本发明的线性电机的电机组件的平面图；

图2示意性地示出了根据图1的电机组件的叠片或叠片芯的平面图；

图3示意性地示出了具有根据图1的电机组件并具有次要部件的部分暴露的线性电机；

图4示意性地示出了具有根据图1的电机组件并具有两个次要部件的线性电机；以及

图5以透视图示意性地示出了根据图1的电机组件的冷却单元。

具体实施方式

附图示意性地示出了用于线性电机1的电机组件2，线性电机1具有两个主要部件3和两个次要部件4，次要部件4装配有永磁体10。根据本发明，用于线性电机1的电机组件2包括由多个单片式叠片6组装而成的叠片芯5。叠片6或叠片芯5在第一纵向侧上的有利的凹部7或凹槽7中容纳用于第一主要部件3的第一线圈8，并且在第二纵向侧上的有利的凹部7或凹槽7中容纳用于第二主要部件3的第二线圈8。这意味着，如图4所示，特别地，具有线圈8的两个主要部件3布置在两个次要部件4之间。电机组件2被构造为一体式结构单元2，并且另外包括根据本发明的叠片芯5。此外，设置有电机组件2或线性电机1的非常稳定/刚性的框架15。

在图1和图2中，首先清楚地看出，冷却单元9如何布置或有利地粘接在叠片6或叠片芯5的凹部11中。这样，实现了电机组件2或线性电机1的有利的“夹层设计”。在此还示出，在线圈8之间，即凹部7或凹槽7与冷却单元9或冷却元件9之间，可以实现特别紧凑且非常短的热桥或导热路径。这不仅导致非常令人满意的热管理，而且还导致非常稳定/刚性的电机组件2，此外，还导致了根据本发明的电机组件2或线性电机1的非常节省空间、高效且廉价的生产和操作方法。

首先，在图5中示出了具有呈弯曲构造的冷却管道12的冷却单元9或冷却元件9的中心布置。该冷却元件9在安装状态下具有连接器13、14，从而可以实现有利的冷却剂流或冷却回路。有利的密封件或弹性体密封件/密封环等可以布置在冷却单元9或冷却元件9与叠片芯5之间。

附图标记列表

1 线性电机

2 电机组件

3 主要部件

4 次要部件

5 叠片芯

6 叠片

7 凹部

8 线圈

9 冷却单元

10 磁体

11 凹部

12 冷却管道

13 连接器

14 连接器

15 框架

Claims (10)

1.一种用于线性电机(1)的电机组件(2)，包括至少一个具有至少两个第一电磁线圈(8)的主要部件(3)，以及一个具有至少两个第二电磁线圈(8)的第二主要部件(3)，所述第一主要部件(3)和所述第二主要部件(3)基本上彼此平行布置，其特征在于，为所述第一主要部件(3)和所述第二主要部件(3)设置至少一个共用叠片芯单元(5、6)，所述共用叠片芯单元包括单片式叠片元件(6)，并且所述叠片芯单元(5、6)的单片式叠片元件(6)中的每一个分别具有用于所述第一主要部件(3)的第一电磁线圈(8)的至少三个第一凹部(7)并且同时具有用于所述第二主要部件(3)的第二电磁线圈(8)的至少三个第二凹部(7)，其中，所述第一凹部(7)在所述线性电机(1)的调整行程的纵向方向上彼此并排前后布置，并且所述第二凹部(7)在所述线性电机(1)的调节行程的纵向方向上彼此并排前后布置。

2.根据权利要求1所述的电机组件，其特征在于，所述叠片芯单元(5、6)的各个所述单片式叠片元件(6)至少在所述线性电机(1)的调节行程的纵向上对齐。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的电机组件，其特征在于，所述叠片芯单元(5、6)的各个所述单片式叠片元件(6)彼此粘合地粘接。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的电机组件，其特征在于，至少一个用于冷却所述第一主要部件(3)和/或所述第二主要部件(3)的冷却凹部(11)布置在所述第一凹部(7)和所述第二凹部(7)之间，和/或在所述第一电磁线圈(8)和所述第二电磁线圈(8)之间，和/或在所述第一主要部件(3)和所述第二主要部件(3)之间。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的电机组件，其特征在于，至少一个冷却单元(9)布置在所述冷却凹部(11)中。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的电机组件，其特征在于，所述冷却单元(11)被配置作为基本闭合的液体冷却回路的一部分。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的电机组件，其特征在于，所述冷却单元(9)具有至少一个曲折形的冷却管道分段(12)。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的电机组件，其特征在于，至少一个主要部件框架(15)被设置为容纳所述第一主要部件(3)和第二主要部件(3)和/或所述叠片芯单元(5、6)和/或所述冷却单元(9)。

9.一种线性电机(1)，其具有至少一个根据前述权利要求中的任一项所述的电机组件(2)。

10.根据权利要求9所述的线性电机(1)，其特征在于，设置至少一个具有第一磁体(10)的第一次要部件(4)和一个具有第二磁体(10)的第二次要部件(4)，其中，将至少所述第一主要部件(3)和所述第二主要部件(3)与所述叠片芯单元(5、6)一起布置在所述第一次要部件(4)和所述第二次要部件(4)之间。

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