CN113544948A

CN113544948A - 电动马达

Info

Publication number: CN113544948A
Application number: CN201980094163.1A
Authority: CN
Inventors: H·G·陶; S·蒂勒; M·安德烈
Original assignee: GKN Sinter Metals Engineering GmbH
Current assignee: GKN Powder Metallurgy Engineering GmbH
Priority date: 2019-01-15
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2021-10-22
Also published as: JP2022518217A; DE102019100907A1; US20220077745A1; WO2020148057A1; EP3912259A1

Abstract

一种电动马达（1），其至少具有：外壳（2）和位于其内的具有至少多个线圈（4）的定子（3）；以及转子（5），该转子（5）具有至少一个磁体（6）、旋转轴线（7）和外圆周表面（8）；其中：所述定子（3）和所述转子（5）沿着所述旋转轴线（7）彼此相邻；所述转子（5）具有在所述旋转轴线（7）和所述外圆周表面（8）之间的流体传导结构（9）；所述流体传导结构（9）具有至少一个表面（13），所述表面（13）至少径向地延伸且相对于至少圆周方向（11）或者平行于所述旋转轴线（7）的轴向方向（12）倾斜；并且在所述马达（1）的操作期间被运输通过所述外壳（2）内部的所述流体传导结构（9）的流体流（14）的至少一部分能够在所述线圈（4）上被传导。

Description

电动马达

技术领域

本发明涉及电动马达，其中电动马达包括至少一个定子和一个转子。具体地，电动马达是轴向磁通马达（AFM）。

背景技术

电动马达在操作期间产生热。如果该热没有被充分耗散，则电动马达会升温，因此效率会降低。

已知给电动马达装备冷却装置，其中热经由马达的外壳被耗散到周围区域或者冷却流体。

发明内容

由此出发，本发明的目标是至少减轻或者甚至解决关于现有技术概述的问题。具体地，该目标是规定具有紧凑构造且还具有高效冷却布置结构的电动马达。

提出根据权利要求1的特征的电动马达来实现这些目标。从属权利要求涉及有利发展。权利要求中单独列出的特征能够以任何技术上可行的方式彼此组合，并且能够通过来自附图的描述和细节的解释性事实来补充，其中指示了本发明的进一步实施例变型。

本发明提出一种电动马达，其至少具有：

●外壳和设置在其内的，

●具有至少多个线圈的定子，以及

●具有至少一个磁体（优选地多个磁体）和旋转轴线以及外圆周表面的转子。

定子和转子沿着旋转轴线彼此相邻设置。转子具有在旋转轴线和外圆周表面之间的流体传导结构。流体传导结构具有至少一个表面，其至少在径向方向上延伸且这样做时至少被设计成相对于圆周方向或者平行于旋转轴线的轴向方向（或被设置成垂直于旋转轴线的平面）倾斜。在马达的操作期间由流体传导结构运输的流体流能够至少部分被传导跨过外壳内的线圈。

具体地，本发明提出了：马达的转子驱动流体回路，也就是说在外壳内生成流体流，该流体流能够被用于耗散由马达生成的热。

线圈被设置成具体地沿着圆周方向（在共同的直径上）彼此相邻。具体地，磁体沿着轴向方向被设置成与线圈对准。具体地，多个磁体中的磁体被设置成沿着圆周方向（在共同的直径上，具体地沿着轴向方向与线圈对准）彼此相邻。磁体的数量能够不同于线圈的数量或对应于所述数量。

具体地，电动马达是轴向磁通马达，其包括相对于彼此同轴且沿着轴向方向彼此相邻设置的至少一个定子和一个转子。

电动马达的定子具体地具有软磁性材料，例如所谓的软磁复合材料（SMC），或者电片和SMC的组合。定子的线圈包括芯，其优选地通过由软磁性材料压制并烘烤来制造。SMC材料在此不被烧结。替代地，温度被控制在熔点以下，但足以让芯永久地维持其几何构型。

转子具体地具有永磁体和/或软磁性元件，例如在凹槽内。永磁体能够优选地被用于形成永久励磁同步或无刷DC马达（简称BDLC），而例如软磁性元件能够被用于生成磁阻马达以作为电动马达。

具体地，至少部分通过烧结来生成转子。具体地，复杂结构，例如转子上的流体传导结构，能够通过烧结以非常简单的方式被形成。

例如在WO 2016/066714 A1中能够看到定子（具体地使用SMC）的设计以及还与转子相关的进一步细节。

电动马达具体地具有小于1000瓦特（额定功率）、优选地小于500瓦特、特别优选地小于100瓦特的电功率消耗（也就是说最大驱动功率）。

具体地，在给定预先指定安装空间的情况下，马达能够提供比已知马达所提供的额定功率更高的额定功率。

具体地，流体传导结构在径向方向上被单独地设置在旋转轴线和所述至少一个磁体或多个磁体之间。作为替代方案，流体传导结构在径向方向上仅在一个或多个磁体的范围上延伸或延伸直至转子的外圆周表面。

具体地，转子具有被设置在距旋转轴线一定距离处的内圆周表面。具体地，流体传导结构在内圆周表面和外圆周表面之间在转子沿着径向方向在内圆周表面和外圆周表面之间的范围的至少20%、优选地至少50%、特别优选地100%中的至少一部分上延伸。

具体地，流体传导结构和所述至少一个表面（至少）由一个磁体或者由至少一个磁体（具体地由所有磁体）形成。也就是说，具体地，所述至少一个磁体或所述磁体中的至少一个（具体地所有磁体）具有几何构型，流体传导结构借助于该几何构型成形。也就是说，磁体的几何构型具有至少一个表面，其至少在径向方向上延伸且这样做时至少被设计成相对于圆周方向或者平行于旋转轴线的轴向方向倾斜。

流体传导结构能够被设置在转子的面向定子的侧面上。

作为替代方案或附加地，流体传导结构能够被设置在转子的远离定子的侧面上。

具体地，流体流沿轴向方向流动跨过线圈中的至少一些（具体地全部）。

具体地，定子在彼此相邻设置的至少两个线圈（优选地在所有线圈之间）之间具有导管，该导管至少沿着径向方向延伸并且经由该导管能够传导流体流。具体地，导管在径向方向上延伸超过线圈。具体地，导管在轴向方向上延伸超过线圈或者至少超过线圈沿着轴向方向的范围的80%。

具体地，导管被设计成对于沿着轴向方向朝转子的流体流可渗透。具体地，流体流能够借助于转子的旋转而生成并且能够在径向方向经由导管并沿着线圈表面被引导。

具体地，流体流能够在径向方向上在旋转轴线和沿着轴向方向的多个线圈之间被传导通过定子。具体地，流体流沿着轴向方向被传导跨过线圈。具体地，流体流被传导跨过转子下游（相对于流体流的流动方向）的线圈。作为替代方案，流体流被传导跨过转子上游的线圈。

具体地，流体传导结构或转子被至少部分地以风扇叶轮的方式设计，以致流体流借助于转子的旋转被驱动，具体地（至少基本）在径向方向上被驱动。具体地，流体流能够借助于转子被驱动，具体地从旋转轴线开始，并且借助于转子在径向方向上被传导到外部。作为替代方案，流体流能够从外圆周表面开始被抽吸并借助于转子在径向方向上被运输到内部。

具体地，流体传导结构被设计成使得需要马达的当前驱动功率的至少1%、优选地至少5%、特别优选地至少10%或者至少20%来运输流体流。具体地，流体传导结构被设计成使得需要马达的额定功率的至少1%、优选地至少5%、特别优选地至少10%或者至少20%来运输流体流。

当前驱动功率能够由当前操作参数（电流和电压）来确定。马达的运输流体流所需的驱动功率能够具体地在测试设施中被确定。参数“运输流体流所需的驱动功率”具体地能够被用于描述流体传导结构的设计。具体地，受流体流影响的从外壳出来或远离马达的热耗散能够由这个参数（也就是说，由马达本身提供的冷却功率）来描述。

具体地，流体流仅被用于冷却或控制马达的温度。具体地，流体流的流体不被提供用于除马达的冷却之外的任何技术用途。流体具体地是空气或者气体。然而，流体也能够是液体，具体地是不导电的。

具体地，马达能够仅通过其本身提供的（由于运输流体流导致的）冷却功率在所有（预期）操作点处被充分冷却，且因此能够排除马达的过热。

作为替代方案，能够提供马达的附加冷却。

具体地，马达被用于驱动，例如泵。除了被提供用于冷却马达的流体流的流体以外的介质则由泵运输。

具体地，外壳具有入口和出口以用于交换流体流。具体地，入口和出口中的至少一个（优选地两个）被设置在外壳的端侧处（也就是说具体地沿着轴向方向与定子和/或转子对准）。具体地，入口和出口被设置在外壳的相同端侧上。

具体地，马达包括在外壳外部的热交换器，在马达内循环的流体流的流体体积能够借助于所述热交换器被冷却。具体地，流体流的流体在闭合回路中被运输。

具体地，流体流在外壳内被传导，以致流体流流动跨过线圈或者线圈表面的尽可能大的部分。具体地，在线圈中生成了电动马达中生成的热能的最大部分。由于流体流作用在线圈上，所以热能够尽可能高效地被耗散。

作为预防，应指出的是，这里使用的数字词（第一、第二、第三……）主要（仅）用于在几个相似的对象、尺寸或过程之间进行区分，也就是说，具体地不强制性地预先定义所述对象、尺寸或过程相对于彼此的依赖性和/或顺序。如果需要依赖性和/或顺序，则这将在此明确陈述，或者对于本领域技术人员来说，通过对具体描述的实施例的研究，这将以明显的方式显现。

附图说明

基于附图在下面将更详细地讨论本发明和技术领域。指出的是，本发明不试图通过所示出的示例性实施例而被限制。具体地，除非另外明确呈现，否则在附图中讨论的实质性问题的部分方面也可以被提取并与来自本说明书和/或附图的其他组成部分和认知相组合。相同的附图标记用于指代相同的对象，以便在适当的情况下，能够以补充的方式考虑来自其他附图的解释。在附图中，在每种情况下均示意性地：

图1示出电动马达的分解图示的立体图；

图2示出根据图1的电动马达的分解图示的侧视图；

图3示出马达的第一实施例变型的一部分的立体图；

图4示出定子和转子的一部分的立体图；

图5示出转子的立体图；以及

图6示出马达的第二实施例变型的一部分的立体图。

具体实施方式

图1示出电动马达1的分解图示的立体图。图2示出根据图1的电动马达1的分解图示的侧视图。将在之后的文字中一起描述图1和图2。

被设计成轴向磁通马达的马达1包括外壳2和设置在其内的具有四个线圈4的定子3和转子5，该转子5具有四个磁体6和旋转轴线7和外圆周表面8。定子3和转子5沿着旋转轴线7彼此相邻设置。

马达1的转子5驱动流体回路，也就是说在外壳2内生成流体流14，该流体流14能够被用于耗散由马达1生成的热。

外壳2具有（与旋转轴线7对准的）入口17和（多部分）出口18以用于交换流体流14。入口17和出口18被设置在外壳2的端侧上（也就是说沿着轴向方向12与定子3和转子5对准）。

马达1包括在外壳2外部的热交换器19，流体流14的在马达1中循环的流体体积20能够借助于所述热交换器被冷却。流体流14的流体在闭合回路中被运输。

流体流14在外壳2内被传导，以致流体流14流动跨过线圈4或者线圈表面的尽可能大的部分。

流体流14经由入口17进入外壳2、沿着旋转轴线7流动穿过定子3直至转子5。在转子5和定子3之间，流体流14偏转到径向方向10上并且在该方向上朝向转子5的外圆周表面8流动。流体流14再次通过外壳2偏转并且沿着轴向方向12流动超过线圈4和定子3到外壳2内的多部分出口18。

图3示出马达1的第一实施例变型的一部分的立体图。参考关于图1和图2的陈述。

所述附图图示了马达1的定子3和转子5。转子5具有在旋转轴线7和外圆周表面8（更精确地：磁体6）之间的流体传导结构9。流体传导结构9或转子5被至少部分地以风扇叶轮的方式设计，以致流体流14借助于转子5的旋转被驱动。因此，流体流14能够借助于转子5被抽吸，具体地从旋转轴线7开始，并且借助于转子5在径向方向10上被运输到外部。作为替代方案，流体流14能够从外圆周表面8开始被抽吸并借助于转子5在径向方向10上被运输到内部。

也就是说，在此，流体流14能够根据转子5的旋转方向沿着径向方向10从外圆周表面8朝向旋转轴线7运输或者从旋转轴线7朝向外圆周表面8运输。流体流14在旋转轴线7的区域内和外圆周表面8的区域内沿着轴向方向12流动。

流体传导结构9在图5中被更清楚地图示。

图4示出定子3和转子5的一部分的立体图。参考关于图1至图3的陈述。

在此，转子5以透明方式被图示。（部分）流体流14在此图示为箭头。流体流14沿着径向方向10在旋转轴线7和所述多个线圈4之间在径向方向10上被传导通过定子3。

为此目的，定子5在彼此相邻设置的两个线圈4之间在每种情况下均具有导管16，该导管16至少沿着径向方向10延伸并且经由该导管16能够传导流体流14。导管16在径向方向10上延伸超过线圈4。导管16在轴向方向12上延伸跨过线圈4。导管16对于沿着轴向方向12朝向转子5的流体流14是可渗透或者开放的。流体流14能够借助于转子5的旋转而生成并且在径向方向10上经由导管16并沿着线圈表面被引导。

图5示出转子5的立体图。转子5具有在旋转轴线7和外圆周表面8之间的流体传导结构9。流体传导结构9在旋转轴线7和磁体6之间具有表面13，其至少在径向方向10上延伸且因此至少被设计成相对于圆周方向11和平行于旋转轴线7的轴向方向12（或被设置成垂直于旋转轴线7的平面）倾斜。流体传导结构9在磁体6的区域中具有表面13，该表面13在径向方向10上延伸并且这样做时被设计成相对于圆周方向11倾斜（且相对于轴向方向12平行）。

因此，在此，磁体6也被构造成风扇叶轮的形式。因此，流体传导结构9和表面13（至少）由磁体6形成。磁体6具有几何构型，借助于该几何构型形成流体传导结构9。

图6示出马达1的第二实施例变型的一部分的立体图。所述附图图示了马达1的定子3和转子5。参考关于图1至图5的陈述。

在此，流体传导结构9被设置在转子5的远离定子3的侧面15上。流体传导结构9在磁体6的区域中具有表面13，该表面13在径向方向10上延伸并且这样做时被设计成相对于圆周方向11倾斜（且相对于轴向方向12平行）。由于转子5的旋转，流体流14从旋转轴线7开始在径向方向10上被向外运输到外圆周表面8。

附图标记列表：

1马达

2外壳

3定子

4线圈

5转子

6磁体

7旋转轴线

8外圆周表面

9流体传导结构

10径向方向

11圆周方向

12轴向方向

13表面

14流体流

15侧面

16导管

17入口

18出口

19热交换器

20流体体积。

Claims

1.一种电动马达（1），至少具有外壳（2）和设置在其内的具有至少多个线圈（4）的定子（3）以及转子（5），所述转子（5）具有至少一个磁体（6）和旋转轴线（7）以及外圆周表面（8），其中所述定子（3）和所述转子（5）沿着所述旋转轴线（7）彼此相邻设置，其中所述转子（5）具有在所述旋转轴线（7）和所述外圆周表面（8）之间的流体传导结构（9），其中所述流体传导结构（9）具有至少一个表面（13），所述表面（13）至少在径向方向（10）上延伸且这样做时至少被设计成相对于圆周方向（11）或者平行于所述旋转轴线（7）的轴向方向（12）倾斜，其中在所述马达（1）的操作期间由所述流体传导结构（9）运输的流体流（14）能够至少部分被传导跨过所述外壳（2）内的所述线圈（4）。

2.根据权利要求1所述的马达（1），其中所述流体传导结构（9）仅在所述径向方向（10）上被设置在所述旋转轴线（7）和所述至少一个磁体（6）之间。

3.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的马达（1），其中所述流体传导结构（9）和所述至少一个表面（13）由至少一个磁体（6）形成。

4.根据前述权利要求中的一项权利要求所述的马达（1），其中所述流体传导结构（9）被设置在所述转子（5）的远离所述定子（3）的侧面（15）上。

5.根据前述权利要求中的一项所述的马达（1），其中所述流体流（14）沿所述轴向方向（12）流动跨过所述线圈（4）中的至少一些。

6.根据前述权利要求中的一项所述的马达（1），其中所述定子（3）在彼此相邻设置的至少两个线圈（4）之间具有导管（16），该导管（16）至少沿着所述径向方向（10）延伸并且经由该导管（16）能够传导所述流体流（14）。

7.根据权利要求6所述的马达（1），其中所述导管（16）被设计成对于沿着所述轴向方向（12）朝向所述转子（5）的流体流（14）可渗透。

8.根据前述权利要求中的一项所述的马达（1），其中所述流体流（14）能够在所述径向方向（10）上在所述旋转轴线（7）和沿着所述轴向方向（12）的所述多个线圈（4）之间被传导通过所述定子（3）。

9.根据前述权利要求中的一项所述的马达（1），其中所述流体传导结构（9）被设计成使得需要所述马达（1）的当前驱动功率的至少1%来运输所述流体流（14）。

10.根据前述权利要求中的一项所述的马达（1），其中所述外壳（2）具有入口（17）和出口（18）以用于交换所述流体流（14）。

11.根据前述权利要求中的一项所述的马达（1），其中所述马达（1）包括在所述外壳（2）外部的热交换器（19），所述流体流（14）的在所述马达（1）内循环的流体体积（20）能够借助于所述热交换器被冷却。