CN113541362A - 电机和机动车 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电机，包括转子(3)，该转子具有转子主体(5)，其中，转子主体(5)具有多个柱体(6)，所述多个柱体分别带有由多个线匝(7)形成的至少一个转子绕组(8)，其中，这些柱体(6)在转子(3)的径向方向上延伸，线匝(7)延伸穿过在两个相邻的柱体(6)之间相应形成的槽(9)，其中，在相邻柱体(6)的转子绕组(8)之间分别在槽(9)中布置有沿径向方向延伸的支撑元件(10)，所述支撑元件在槽(9)的径向外端部处抵靠在径向位置固定地布置在相邻柱体(6)之间的抵接元件(12)上，其中，支撑元件(10)在转子(3)旋转和/或变热时将线匝(7)压向转子主体(5)。
Description
技术领域
本发明涉及一种电机，包括转子，该转子具有转子主体，其中，转子主体具有多个柱体/齿，所述多个柱体分别带有由多个线匝形成的至少一个转子绕组，其中，这些柱体在转子的径向方向上延伸，线匝延伸穿过在两个相邻的柱体之间相应形成的槽。本发明还涉及一种机动车。
背景技术
在具有他励转子的电机中，例如在他励的同步电机中，利用布置在电机的转子上且被电流流过的转子绕组产生电机的转子磁场。由于转子在电机运行时转动，因此转子绕组必须抵抗在电机运行时产生的离心力被机械固定。转子绕组的这种固定可以例如通过将转子绕组及其接纳部完全地灌封在转子上来实现，从而该灌封部可以起到转子绕组的支撑体的作用。但是，由于灌封硬化会产生内应力，这会在电机运行过程中导致粘附失败，例如灌封填料从转子上剥落，和/或导致内聚失败，即在灌封填料中形成裂纹。由于这种故障通常不对称地发生，因此可能导致转子不平衡，当电机运行时，转子不平衡会产生不期望的后果，例如轴承损坏或噪声排放。
另一种已知的用于将转子绕组紧固在转子上的可能性是使用支撑板，该支撑板例如在两个相邻的柱体之间被放置在绕组处并被紧固在转子上。支撑板的使用在此可能具有以下缺点：支撑板在离心力影响下会径向扩张，使得绕组在某些区域与定子分离。由此会在绕组与定子之间形成不期望的气隙，这会对转子绕组的散热产生不利影响。转子绕组的冷却的降低特别会对转子或电机的持续输出产生负面影响。
在US 2017/0 353 092 A1中描述了一种具有转子线圈的同步电机，其中在转子线圈之间插入楔形元件，楔形元件在转子旋转时抵抗出现的离心力来固定转子线圈。此外，通过楔形元件实现在各个线圈之间的电绝缘。
从WO 2014/024 023 A2中已知一种用于电机的转子，在该转子的转子绕组之间布置有T形的保持元件，以便在具有转子的电机运行期间固定转子线圈。
在DE 10 2004 062 162 A1中描述了一种具有凸极转子的电机，该凸极转子具有挤压体。为了改善电机的冷却，以这样的方式布置和设计挤压体，使其在其周围至少局部地形成具有励磁绕组的冷却平面。由此可以沿着上升的柱体边产生径向的空气流，该径向的空气流又在另一下降的柱体边处作为径向的空气流再次离开，其中，挤压体被圆形地环流。
发明内容
本发明的目的是，提出一种电机，该电机使得转子绕组的线匝被尽可能稳定地紧固。
为了实现该目的，在开头所述类型的电机中根据本发明提出，在相邻柱体的转子绕组之间分别在槽中布置有沿径向方向延伸的支撑元件，所述支撑元件在槽的径向外端部处抵靠在径向位置固定地布置在相邻柱体之间的抵接元件上，其中，支撑元件在转子旋转和/或变热时将线匝压向转子主体。
转子主体包括多个柱体，其中，在两个相邻的柱体之间相应形成有槽，在该槽中布置有分别布置在相邻的柱体上的转子绕组的线匝。在两个相邻的柱体的转子绕组之间，即在布置在相邻的柱体上的转子绕组的线匝之间，在槽中布置有支撑元件，该支撑元件沿径向方向延伸穿过该槽。在此，支撑元件在槽的径向外端部处抵靠在抵接元件上，该抵接元件至少在径向上被位置固定地紧固在相邻的柱体之间。通过支撑元件抵靠在抵接元件上，支撑元件可以在转子旋转时径向地支撑在抵接元件上，从而使得支撑元件在径向方向上不能够或基本上不能够扩张。这在电机的运行过程中发生旋转和/或在电机的运行过程中发生变热时使支撑元件能够至少局部地在圆周方向上变宽并且因此将线匝压向转子主体。为此，特别可以规定，支撑元件沿其径向延伸部分别至少部分地在圆周方向上与转子绕组的线匝直接或间接接触，从而支撑元件的所出现的扩张会产生作用在转子绕组的线匝上的压力。支撑元件的在径向方向上延伸的侧面为此可以具有与也沿径向方向延伸并且分别指向槽的中心或指向支撑元件的转子绕组侧面的形状相对应的形状，以便形成尽可能大的接触面以供施加压力。
通过支撑元件可以将线匝压向转子主体。特别地，线匝在此可以分别被压向带有该线匝的柱体或压向同一转子绕组的其它线匝，使得布置在相邻的柱体与支撑元件之间的线匝总体上分别被压向转子主体或被压向转子主体的相邻柱体之一。根据绕组和/或支撑元件的形状，也可以将线匝至少部分地也压向槽的径向内端部，也就是压向转子的转轴的方向。通过支撑元件因而可以将布置在相邻柱体上的转子绕组的线匝压入槽中，即，压向槽的由柱体形成的壁，并且压向转子主体的形成槽的径向内部的底部的部段。支撑元件也可以被称为挤压体。
通过径向地支撑在被位置固定地布置的且特别是在转子的运行条件下不变形或基本上不变形地设计的抵接元件上，使得支撑元件的由于转子旋转和/或转子变热而产生的变形会引起支撑元件在圆周方向上的至少局部的扩张。通过支撑元件在槽的径向外端部中支撑在抵接元件上，防止了支撑元件由于旋转和/或变热而沿径向方向从槽中变形出来，从而通过抵接元件与支撑元件的组合能够实现线匝在槽中的更好的紧固。
这具有的优点是，即使在极限负荷下、例如在非常高的转速和/或非常高的温度下也能够保持电动机的功能。由于即使在高速旋转时产生的大离心力下也确保了线匝在转子的槽中的准确定位，所以能够有利地避免在线匝或转子绕组与转子主体之间产生气隙。这具有的优点是，即使在离心力影响下，在转子绕组与转子主体之间的导热路径也不会中断。此外，通过支撑体的由于热引起的膨胀，还向线匝上施加指向转子主体的压力。
这使得能够将电机也有利地用于高转速驱动的情况，例如用于驱动机动车。在这种电机中可以例如出现直至每分钟17000转的转速，并且可以达到直至180℃的温度，其中，特别是通过支撑元件和其在抵接元件上的支撑能够一直稳定地将线匝紧固在转子上且进而使线匝或转子绕组尽可能无间隙地位于转子上。
与在槽中将转子绕组完全灌封相比，有利的是，可以省去灌封材料的成本、例如环氧树脂的成本，并且也无须使用耗成本且耗时间的灌封工艺、如基于真空的灌封或压力凝胶。为此而使用的装置和工艺步骤、特别是耗时间地对灌封材料硬化都可以有利地被省去。相比于在槽中将绕组完全灌封，通过使用支撑元件和抵接元件可以允许例如由相应的被灌封的印制导线形成的转子绕组剥落，这是因为，仍能够将转子绕组稳定地紧固在槽中。由于允许在被灌封的转子绕组中的剥落，所以降低了在被灌封地实施的相应转子绕组硬化时会出现的内应力。
也可以沿转子主体的轴向方向相继布置多个抵接元件和/或多个支撑元件。在此，一个支撑元件可以支撑在多个抵接元件上，和/或多个支撑元件可以支撑在一个抵接元件上。
根据本发明可以提出，支撑元件至少部分地由热塑性材料制成。在此例如可以选择一种热塑性材料，该热塑性材料在出现的工作温度下、例如在直至200℃或更高的温度下不会塑化。由此确保了，用于形成支撑元件的材料——该材料特别是聚合物——在出现的所有工作条件下都足够柔软，因而它可以由于离心力而变形，从而有助于通过径向地支撑在抵接元件上来紧固线匝。在本发明的一个优选的设计方案中可以规定，支撑元件至少部分地由聚酰胺制成。例如，支撑元件可以由聚酰胺和嵌入的玻璃纤维制成。
根据本发明可以提出，抵接元件被固定在两个相邻的柱体上，其中，抵接元件的、在柱体之间延伸的并且横跨槽的部段——特别是完全地——抵靠在支撑元件上。抵接元件在此至少相对于径向运动和沿圆周方向的运动被固定，从而当电机的转子旋转时，它不运动，而是保持位置固定。通过支撑元件在抵接元件上的尽可能大的抵靠表面，也就是通过支撑元件特别是完全地抵靠在抵接元件的横跨槽的部段上，使得支撑元件能够在圆周方向上特别在支撑元件的径向外端部处、也就是在支撑元件的抵靠在抵接元件上的端部处由于热和/或离心力而扩张。
在本发明的一个优选的设计方案中可以提出，相对置的柱体分别具有固定槽，其中，抵接元件通过分别在边缘侧接合到固定槽中而固定在柱体上。抵接元件可以例如被设计为板状，从而板的两个相对置的边能够接合到沿圆周方向间隔开的、设计在彼此对置的柱体上的固定槽中。这使得能够将抵接元件不仅在径向方向上而且还在圆周方向上紧固。固定槽在柱体上的设计可以例如被用于，在安装电机时将抵接元件沿轴向方向推入相对置的柱体之间。抵接元件也可以在轴向方向上被固定。
根据本发明可以提出，抵接元件是滑盖。被设计为滑盖的抵接元件在此用于封闭槽的径向外端部，特别是在槽的整个轴向长度上。
根据本发明可以提出，抵接元件至少部分地由金属、特别是奥氏体钢制成或者由陶瓷制成。抵接元件例如可以是冲压的板件。由金属、特别是奥氏体钢或由陶瓷来制造抵接元件的优点是，能够实现抵接元件的高的机械强度，从而在转子旋转时抵接元件不会或基本上不会在轴向方向上发生变形。
在本发明的一个优选的设计方案中可以规定，支撑元件的横截面轮廓的宽度至少局部地在径向方向上向外增大。通过支撑元件的横截面轮廓的扩张、特别是朝向径向外端部扩张，可以有利地实现，在扩张时，除了侧向起作用的力分量之外，还产生至少部分地径向向内指向的力分量，该力分量作用在线匝上。由此能够有利地实现，将绕组至少部分地也在径向方向上压入槽中和/或压向带有转子绕组的柱体。特别可以将支撑元件的横截面轮廓设计为与转子绕组的分别指向槽中部的轮廓相对应，从而支撑元件能够在径向方向上尽可能大面积地、特别是在整个径向膨胀范围上分别抵靠在两个相邻的转子绕组上。支撑元件特别可以至少局部地朝向外部变宽。例如，支撑元件的横截面可以是Y形，在此，该更宽的、扩张的端部紧贴在抵接元件上。横截面的下方的更细的部段可以在此以其下端部特别在转子主体上邻接于槽的底部。
根据本发明可以提出，支撑元件和抵接元件通过包括至少一个榫槽连接部的形锁合连接部而彼此接合。在此可以规定，抵接元件和/或支撑元件具有至少一个固定槽，其中，相应的另一部分则具有接合在固定槽中的相应的榫头。由此能够特别是在圆周方向上将支撑元件形锁合地固定在抵接元件处。
在本发明的一个优选的设计方案中可以规定，在槽的内壁上和/或在支撑元件上布置有槽绝缘部、特别是绝缘纸和/或绝缘涂层。该槽绝缘部例如有助于使转子绕组相对于例如处于接地电位上的转子主体绝缘。在支撑元件与转子绕组之间也可以设置槽绝缘部，其中，在这种情况下，特别是支撑元件、槽绝缘部和转子绕组分别直接彼此抵靠。
根据本发明可以规定，转子主体由包括多个叠片的叠片组形成，支撑元件具有至少一个在轴向方向上延伸的通孔，其中，在所述至少一个通孔中布置有用于将叠片彼此固定的拉杆。形成转子主体的叠片在此特别可以轴向地彼此排列。通过设置至少一个轴向通孔，可以将拉杆接纳在支撑元件中，该拉杆可以用于沿轴向方向固定或拉紧转子主体的叠片。在此特别可以规定，拉杆完全填满在支撑元件中形成的通孔，以避免支撑元件变形到通孔的空腔中。
在根据本发明的机动车方面规定，该机动车包括根据本发明的电机。在此，电机特别可以是机动车的动力电机，其可以用于驱动机动车。电机特别可以是高转速驱动器，其可以达到直至每分钟17000转的转速。机动车可以包括这些电机中的多个电机，例如作为被分配给各个车桥和/或各个车轮的动力电机。
附图说明
本发明的其它优点和细节从下面描述的实施例中以及根据附图得出。
附图是示意图并示出：
图1示出根据本发明的机动车的侧视图，
图2示出根据本发明的电机的第一个实施例的侧视图，和
图3示出根据本发明的电机的第二个实施例的侧视图。
具体实施方式
在图1中示出机动车1的侧视图。机动车1包括电机2，该电机被设计为机动车1的动力电机。机动车1可以在电动行驶模式中由电机2驱动。为了提供电能，电机2经由电力电子设备21与机动车1的动力蓄能器4、例如动力电池连接。机动车可以具有一个以上的被设计为动力电机的电机2，其中，多个电机2分别被分配给机动车1的车桥和/或车轮。
在图2中示出电机2的转子3的侧视图。为了清楚起见，在此仅示出转子的扇形的截面。在此，整个转子3被设计成圆形的并且包括多个——例如八个——相同设计的且彼此邻接的、与该所示部段一致的扇形部分。
转子3包括具有多个柱体6的转子主体5。柱体6中的每个柱体带有由多个线匝7形成的转子绕组8。线匝7分别延伸穿过相应形成在两个相邻的柱体6之间的槽9。在两个相邻的转子绕组8的线匝7之间在槽的内部布置有支撑元件10。该支撑元件10从槽9的由转子主体5形成的底部11延伸到位置固定地布置在槽9的径向外端部处的抵接元件12。
抵接元件12在此形成为板状的，其中，抵接元件12的两个相对置的、在转子的轴向方向上延伸的边分别以形锁合的方式接合到在柱体6上形成的固定槽13中。通过形锁合地接合到固定槽13中，抵接元件12沿径向并且在圆周方向上位置固定地布置在转子主体5上或分别对置的柱体6上。支撑元件10抵靠在抵接元件12的横跨槽9的部段上。
为了在转子的径向方向上实现抵接元件12的高的刚性，抵接元件特别可以全部或部分地由奥氏体钢制成。这具有的效果是，当转子沿箭头14所示的圆周方向围绕转子轴15旋转时，即使由于在高转速的情况下产生的离心力，抵接元件12也不会或基本上不会变形。
支撑元件10至少部分地由热塑性材料制成，例如由聚酰胺制成或由聚酰胺和玻璃纤维制成，并且被设计成使得该支撑元件在转子3旋转和/或变热时将转子绕组8的线匝7压向转子主体5。为此，支撑元件被设计为在出现的工作温度下足够柔软。支撑元件10具有的横截面形状与转子绕组8的分别指向槽9的中部的形状相对应，使得支撑元件10尽可能直接地抵靠在转子绕组8上。在此，支撑元件10可以直接抵靠在转子绕组8上，该转子绕组包括例如多个灌封在一起的线匝7。也可能的是，例如设置在转子绕组8与柱体6或转子主体5之间的槽绝缘部16同样在支撑元件10与转子绕组8之间延伸。该槽绝缘部16可以例如由绝缘纸制成或通过喷涂形成。
当转子3在电机2的运行中旋转时，离心力作用在转子3或其各个组成部件上。这些离心力引起支撑元件10的变形，由于支撑元件10径向支撑在抵接元件12上，所以该变形将转子绕组8或转子绕组8的线匝7压向转子主体5。
支撑元件10在此包括Y形横截面，该横截面具有：在径向向外的方向上变宽的部段17，该部段在其径向外端部处抵靠在抵接元件12上；以及笔直的部段18，该笔直的部段以形锁合的方式接合到两个相邻绕组8的相应的变窄的几何结构中。通过支撑元件10的在部段17中变宽的横截面实现了，通过离心力和/或变热造成的支撑元件10的变宽会特别在部段17的区域中将转子绕组8或其线匝7压向分别带有它们的柱体6或压向槽9的底部11。因为由于该相互接合的几何结构，在支撑元件10扩张时会导致朝向绕组8的径向向内的分量，该分量将绕组压入槽9中。以这种方式，转子绕组8即使是在具有转子3的电机2运行期间可能出现的高转速和/或高温下也被紧固在转子3中。将线匝7或转子绕组8压入槽9中或压向分别带有转子绕组的柱体6和/或槽的底部11，确保了在转子绕组8与转子主体5之间不出现气隙。由此从转子绕组8到转子主体5的热流能够尽可能不受阻碍地流动，从而在具有转子3的电机2运行时简化了对转子绕组8的冷却。
由于转子3在电机2的运行中变热而引起的支撑元件10的膨胀也相应地确保了侧向和径向压力，该侧向和径向压力将转子绕组8或其线匝7压入槽9中。由于支撑元件10支撑在抵接元件12上，所以有利地避免了支撑元件10沿径向方向从槽中变形出来。
支撑元件10可以具有通孔19，该通孔在轴向方向上，即在图2中在图像平面的方向上延伸穿过支撑元件10。在该通孔19中可以布置拉杆(这里未示出)，利用该拉杆能够将在轴向上彼此排列的、形成转子主体5的叠片彼此固定。
抵接元件12被设计为滑盖，该滑盖特别在转子3的整个轴向长度上将槽9在径向外端部处封闭。取代于唯一一个抵接元件12也可以使用多个、特别是沿轴向方向彼此分别直接相接的抵接元件12。还可以设置多个轴向彼此排列的支撑元件。抵接元件12可以例如被制造为由金属、特别是钢或奥氏体钢制成的一片冲压的板件。但也可以由另一种足够刚性和坚固的材料，例如由陶瓷来制造抵接元件12。
在图3中示出电机2的转子3的第二个实施例的示意性侧视图。与第一个实施例的不同之处在于支撑元件10和抵接元件12，它们通过榫槽连接部20彼此固定。在此，支撑元件10在其部段17的径向外端部处具有槽，形成在抵接元件12的径向内侧上的对应的榫头接合到该槽中。还可以设置一个以上的榫槽连接部20，或者在支撑元件10与抵接元件12之间形成有在圆周方向上延伸的榫槽连接部。此外也可能的是，抵接元件12分别具有一个或多个槽，支撑元件10具有用于与抵接元件12的槽形锁合地连接的相应的榫头。
Claims (13)
1.一种电机，包括转子(3)，该转子具有转子主体(5)，其中，转子主体(5)具有多个柱体(6)，所述多个柱体分别带有由多个线匝(7)形成的至少一个转子绕组(8)，其中，这些柱体(6)在转子(3)的径向方向上延伸，线匝(7)延伸穿过在两个相邻的柱体(6)之间相应形成的槽(9)，
其特征在于，
在相邻柱体(6)的转子绕组(8)之间分别在槽(9)中布置有沿径向方向延伸的支撑元件(10)，所述支撑元件在槽(9)的径向外端部处抵靠在径向位置固定地布置在相邻柱体(6)之间的抵接元件(12)上，其中，支撑元件(10)在转子(3)旋转和/或变热时将线匝(7)压向转子主体(5)。
2.根据权利要求1所述的电机，
其特征在于，
支撑元件(10)至少部分地由热塑性材料制成。
3.根据权利要求2所述的电机，
其特征在于，
支撑元件(10)至少部分地由聚酰胺制成。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电机，
其特征在于，
抵接元件(12)被固定在两个相邻的柱体(6)上，其中，抵接元件(12)的、在柱体(6)之间延伸的并且横跨槽(9)的部段——特别是完全地——抵靠在支撑元件(10)上。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电机，
其特征在于，
相对置的柱体(6)分别具有固定槽(13)，其中，抵接元件(12)通过分别在边缘侧接合到固定槽(13)中而固定在柱体(10)上。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电机，
其特征在于，
抵接元件(12)是滑盖。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电机，
其特征在于，
抵接元件(12)至少部分地由金属——特别是奥氏体钢——制成或者由陶瓷制成。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电机，
其特征在于，
支撑元件(10)在槽(9)的径向内端部处抵靠在转子主体(5)上。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电机，
其特征在于，
支撑元件(10)的横截面轮廓的宽度至少局部地在径向方向上向外增大。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电机，
其特征在于，
支撑元件(10)和抵接元件(12)通过包括至少一个榫槽连接部(20)的形锁合连接部而彼此接合。
11.根据前述权利要求中任一项所述的电机，
其特征在于，
在槽(9)的内壁上和/或在挤压体上布置有槽绝缘部(16)、特别是绝缘纸和/或绝缘涂层。
12.根据前述权利要求中任一项所述的电机，
其特征在于，
转子主体(5)由包括多个叠片的叠片组形成，支撑元件(10)具有至少一个在轴向方向上延伸的通孔(19)，其中，在所述至少一个通孔中布置有用于将叠片彼此固定的拉杆。
13.一种机动车，具有根据前述权利要求中任一项所述的电机(2)。
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