CN116349119A - 用于轴向通量马达的具有互锁且摩擦连接的定子以及呈i形布置且直接管线冷却的轴向通量马达 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于轴向通量马达(9)的定子(1)，所述定子具有紧固至凸缘(3)的层叠定子芯(2)，其中，所述层叠定子芯(2)具有互锁且摩擦地紧固至所述凸缘(3)的前侧部(5)的后侧部(4)，并且/或者在紧固的区域中形成位于所述层叠定子芯(2)与所述凸缘(3)之间的冷却通道(11)。本发明还涉及一种轴向通量马达(9)，所述轴向通量马达具有布置在两个定子(1)之间的转子(7)，所述定子中的一个定子或两个定子是根据本发明设计的。

Description

用于轴向通量马达的具有互锁且摩擦连接的定子以及呈I形 布置且直接管线冷却的轴向通量马达

技术领域

本发明涉及用于轴向通量马达的定子，该轴向通量马达也可以称为轴向通量电机，例如呈I形布置并且具有用于在牵引驱动器中使用的高功率密度，该定子具有紧固至凸缘的优选地冲压和/或卷绕的层叠定子芯。

背景技术

从现有技术、例如从WO 01/11755A1已知电动轴向通量电机。其中公开了一种包括布置在电机轴上的无铁盘形转子和邻近转子布置的两个定子的电动轴向通量电机。转子的特征在于嵌入在纤维增强或织物增强的塑料中的永磁体。永磁体各自以互锁的方式连接至周围塑料。塑料与永磁体和电机轴一起形成尺寸稳定的单元。

例如从EP 3 738 199 A1还已知一种具有两个转子、四个定子和集成式冷却系统的电磁马达或发电机。

此外，从WO 2010/092403 A2还已知一种电机，在该电机中，似乎公开了利用沿周向方向的冷却剂流进行冷却。

原则上从现有技术还已知电动传动系。这种电动传动系包括用于能量存储、能量转换和能量传输的部件。用于能量转换的部件包括电机，例如轴向通量电机。如已经说明的那样，原则上从现有技术还已知具有一个或更多个定子以及一个或更多个转子的呈各种设计的轴向通量电机。轴向通量电机可以作为轴向通量马达操作。

在已知的轴向/径向通量电机中，定子以各种方式连接至周围支承结构。这些方式除其他之外可以是径向收缩配合/压配合到壳体中、借助于螺钉轴向旋拧紧固在壳体和/或轴承凸缘上或者其他解决方案。还可以在定子的叠片上设置专门用于紧固定子并且不影响电磁相关区域的几何形状。

在呈I形设计的轴向通量电机的情况下，沿轴向方向作用的叠加力分量由于马达扭矩而被添加至扭矩传输，该扭矩传输也必须转移至周围支承结构。

在轴向通量电机、此处特别为具有一个或两个定子以及同轴地布置的或中间的转子的呈I形布置的轴向通量电机中，定子的几何形状通常被简化成电磁功能。此处，在定子上没有提供附加的几何元件来紧固定子。然而，定子以平面方式粘合性地结合在轭侧部上或旋拧代替，即从轭侧部以及极侧部两者进行旋拧。这种类型的螺纹连接导致额外损耗或降低电机性能。层叠芯的收缩由于层叠芯的固有稳定性较低、特别是在较高功率/扭矩下的固有稳定性较低而几乎是不可能的。

本发明的目的是消除或至少减轻现有技术中存在的缺点。

发明内容

该目的通过独立权利要求中所述的措施来实现。

更准确地，对于根据本发明的通用定子而言，该目的通过以下方式实现：层叠定子芯具有互锁且摩擦地紧固至凸缘的前侧部的后侧部/极侧部，并且/或者在紧固的区域中形成位于层叠定子芯与凸缘之间的冷却通道(沿径向方向延伸)。

即使在高功率或高扭矩下，现在也可以将发生的力安全且永久地分散/转移到壳体/凸缘中。不需要额外的安装空间，并且附加部分/部件保持在最低限度。

换句话说，该问题的解决方案是在层叠定子芯与位于其轭侧部上的壳体/凸缘之间实现互锁且摩擦连接的组合。为此，在层叠定子芯的轭侧部上引入径向凹槽。理想地，这些径向凹槽具有与相反的极侧部上的极中心(绕组凹槽的数目)相同的数目和切向(角度)位置。在该极侧部上存在相对较少的电磁活动，并且因此这对驱动器的性能影响不大。此外，这些凹槽可以作为定子的制造过程的一部分来生产(同时进行冲压和卷绕)。不需要其他过程。

在壳体/凸缘的对应表面上，设置有对应的脊部/肋部，这些脊部/肋部使该部件变硬并且接合在层叠定子芯的轭侧部上的上述凹槽中。驱动器的力矩/扭矩可以经由该互锁接合转移。这还限定了层叠定子芯的切向和中心位置。轴向力的紧固和传递通过将定子轭以平面方式粘合性地结合至壳体来实现。发生的力的这种分布可以显著减少粘合连接上的载荷。

平面粘合连接将层叠定子芯和壳体在声学上断开联接，从而导致马达噪声的降低。

层叠定子芯中的凹槽的特殊设计可以通过提供阶梯状设计来实现。由于层叠定子芯中的凹槽的阶梯状设计，形成了在轭侧部上从层叠芯的内径延伸至层叠芯的外径的通道。在本设计中，该通道用作用于所使用的冷却介质比如油的返回通道，并且同时使定子冷却。

凹槽的阶梯部选择成使得阶梯部确定层叠定子芯在极侧部(相对于转子的气隙)上的轴向位置，并且还以受控的方式设定粘合剂间隙。

在安装层叠芯时，仅需要将层叠芯安装至壳体中的止挡部/抵靠凸缘并且保持直到粘合连接启用为止。最终，本发明还涉及这样一种方法，即组装方法以及冷却方法。

有利实施方式在从属权利要求中要求保护并且在下面更详细地说明。

因此，如果凸缘形成为壳体或壳体部件，则是有利的。这便于嵌入在牵引驱动器中。

如果在后侧部上存在与(部分地/完全地)相对的脊部/突起/肋部互锁接合的凹槽/凹入部/凹部，则被认为是有利的。因此，层叠定子芯的后侧部/极侧部以巧妙的方式准备与尽可能为矩形的凸缘/壳体的前侧部进入互锁接合。这导致良好的力传递。

如果凹槽/凹入部/凹部在它们的纵向延伸部中沿径向方向延伸和/或脊部/突起/肋部在它们的纵向延伸部中沿径向方向延伸，这也已经证明是有用的。如果对于凹槽和脊部两者而言保持相同的间隔，则是有利的。这意味着使用相同的角度细分。

有利实施方式的特征还在于，一个(优选地每个)凹槽/凹入部/凹部又具有由脊部/突起/肋部覆盖的通道/槽，但该通道/槽未被填充以允许用于冷却和液压流体管线。因此有助于能量即热能的耗散，无论是从中心耗散或耗散至中心都是如此。

此外，如果一些或所有凹槽设计成阶梯状、优选地在两侧上沿着相应凹槽的纵向轴线对称地设计，则这也已经证明是有用的。一方面，这以巧妙的方式保持互锁接合，并且另一方面，确保了冷却可能性得到保证。

此外，如果凹槽具有面向凹槽的内侧的壁，该壁用作针对由脊部提供的对立止挡部的止挡部，则这已经证明是有用的。

有利实施方式的特征还在于，在层叠定子芯的后侧部与凸缘的前侧部之间存在的粘合剂间隙(完全/部分/以平面方式)填充有粘合剂。

如果脊部的面向层叠定子芯的前侧部被粘合剂膜(完全或部分或根本不)覆盖，则层叠定子芯与凸缘的粘附性增加。

本发明还涉及一种呈I形布置的轴向通量马达，该轴向通量马达具有与根据本发明的定子形成的定子同轴布置的转子。此外，可以提供两个定子，转子位于这两个定子之间，并且这两个定子根据本发明的定子来设计。

此外，本发明特别涉及通过使定子的后侧部冷却来对导体进行间接冷却。

进一步涉及的是导体的直接冷却，其中，冷却剂围绕电机沿周向方向引导，并且在单独的绕组凹槽或成组的绕组凹槽中，冷却剂以交替方式从径向外侧流动至径向内侧，并且在相邻的绕组凹槽的情况下，冷却剂从径向内侧流动至径向外侧。

特别地，实现了将直接导体冷却集成到具有分布式绕组/轴绕组的呈I形布置的轴向通量电机中的目的。

有利地，对于轴向通量电机而言，实现了比如维持高功率密度和提供高效率的目标。高功率密度对冷却构思提出了特殊要求。现在已经考虑到了这一点。

形成封围外绕组头部的外分配通道和封围内绕组头部的内分配通道。

腔平行于绕组凹槽中的导体定位，所述腔形成用于从外分配通道到内分配通道的冷却剂的连接。这些腔可以例如由具有矩形横截面的绕组凹槽形成，若干圆形导体在绕组凹槽中被导引。

在内分配通道的情况下，定子的后侧部(背离转子的气隙的一侧)的密封部具有允许冷却剂流到达定子的后侧部的开口/穿孔。定子在后侧部上具有凹槽，所述凹槽形成用于冷却剂在径向上到外部的连接。

冷却剂的流动方向没有被上述措辞固定。

以下是对可能的实现方案的描述。

事实上，典型的I形布置是中心盘状转子，该中心盘状转子在转子的一侧各自具有右定子和左定子(具有右定子芯和左定子芯)。每个定子具有带有外绕组头部和内绕组头部的绕组。绕组的导体中的部分导体在外绕组头部与内绕组头部之间的绕组凹槽中延伸，并且在施加电流时对转子产生电磁力。

外绕组头部位于用于外绕组头部的容积中，该容积在径向内侧以定子芯为边界、在径向外侧以马达壳体为边界、相对于转子以转子的分隔壁为边界并且相对于定子后侧部以后侧部上的外分隔壁为边界。

内绕组头部位于用于内绕组头部的容积中，该容积在径向内侧以轴的密封部为边界、在径向外侧以定子芯为边界、相对于转子以转子的分隔壁为边界并且相对于定子后侧部以轴承支承壁为边界(其中，该壁不必支承轴承，但此处在该示例中仅体现这种方式)。

轴承支承壁具有将用于内绕组头部的容积与定子的后侧部连接的穿孔。

定子后壁具有用于冷却剂返回的凹槽，所述凹槽将轴承支承壁中的穿孔/开口连接至在径向上位于外侧上的“用于冷却剂返回的收集器通道”。

如果需要，可以为用于绕组头部的容积提供其他密封元件，这些密封元件例如还可以布置在用于绕组头部的容积中，或者可以仅布置在各个部件的分隔点处，或者还可以布置在用于绕组头部的容积外部。

用于外绕组头部的容积、绕组凹槽中的与凹槽中的导体平行的间隙、用于内绕组头部的容积、轴承支承壁中的用于冷却剂的开口、定子后侧部上的用于冷却剂返回的凹槽以及用于冷却剂返回的收集器通道形成连接容积，冷却剂可以流动通过该连接容积或根据需要被泵送。当设计马达时，可以自由选择流动方向。为此，用于冷却剂返回的收集器通道和用于外绕组头部的容积借助于供应和返回管线连接至冷却剂供应部。在下面的图中未示出冷却剂返回管线。

可以很容易地想象用于外绕组头部的容积中的从容积中的供应管线到绕组凹槽中的一个绕组凹槽的流动(如后面图11中可见的)，正如可以想象在绕组凹槽中(平行于绕组凹槽中的导体)到用于内绕组头部的容积中的流动一样。这允许从内绕线头部通过轴承支承壁中的开口到定子的后侧部的流动，以及通过定子的后侧部上的凹槽径向到外部的流动。还可以很容易地想象绕组凹槽和用于内绕组头部(绕组头部被隐藏)的容积以及轴承支承壁中的开口，特别是在仔细观察稍后更详细描述的图9至图13时。

如图11中所示，用于冷却剂返回的凹槽相对于绕组凹槽沿周向方向偏移，使得将用于冷却剂返回的凹槽的材料移除不会影响或仅在很小程度上影响定子轭中的磁通线的功能。

例如，这种类型的冷却也可以与呈半I形布置的轴向通量电机(仅在转子的一个侧部上仅具有一个定子)一起使用。

轴向通量电机还可以设计成具有单齿绕组而不是轴绕组(两者均具有外绕组头部和内绕组头部以及在绕组凹槽中延伸的导体)。

附图说明

下面还借助于附图更详细地说明本发明。在附图中：

图1以分解图示出了定子，该定子包括层叠定子芯和壳体/凸缘，

图2示出了图1的定子构型，该定子构型被互锁且摩擦地联接，

图3示出了图2的定子的前视图，

图4示出了沿着图3中的线IV截取的部分图示的纵向截面图，

图5示出了沿着图3中的线V截取的弯折的纵向截面图，

图6示出了根据本发明的具有根据图1至图3中的定子类型的两个相同定子的轴向通量马达的分解图，

图7示出了图6的轴向通量马达在组装期间的状态，

图8示出了图6和图7的轴向通量马达在组装之后的状态，

图9和图10示出了具有轴绕组的轴向通量马达的示意图，以及

图11至图13示出了通过图9至图10的轴向通量马达的冷却剂流的可视化。

附图本质上仅是示意性的并且仅用于理解本发明。相同的元件设置有相同的附图标记。各个实施方式的特征可以互换。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的定子1的第一实施方式。定子1具有层叠定子芯2和凸缘3。层叠定子芯2具有后侧部/轭侧部4。

凸缘具有面向层叠定子芯2的后侧部4的前侧部5。在层叠定子芯的后侧部4的另一侧上，层叠定子芯具有极侧部6。该极侧部6也可以称为层叠定子芯的前侧部。

转子7面向极侧部6，如例如图6至图8中所示。在这方面还使用了间隔环8。转子7的两侧上的两个定子1与转子的间隔环8在一定程度上形成了由附图标记9指示的轴向通量马达/轴向通量电机。

返回至图1，应当强调的是，凹槽/凹入部/凹部10规则地围绕圆周分布，并且从径向内侧沿径向方向纵向延伸至径向外侧。每个凹槽10又具有沿凸缘3的方向敞开的通道11，从而导致凹槽10的阶梯状设计。这在图4中得到了特别好的说明。

在这里也容易看到，凸缘3的在角度和长度方面跟随凹槽10的划分的脊部/突起/肋部12覆盖通道11但没有填充通道，仅封闭通道，尽管该脊部/突起/肋部(优选地)以互锁的方式接合在凹槽10中并且定尺寸成使得层叠定子芯的由凹槽10的壁形成的止挡部13与由脊部12形成的对立止挡部14齐平并且因此以互锁的方式与对立止挡部接触。通道11用作油通道。

定子齿由附图标记15指示。定子齿沿极侧部6的方向延伸。凸缘3存在于轭侧部上。止挡部13和对立止挡部14在层叠定子芯2相对于凸缘3旋转时用作轴向止挡部或传递扭矩。

径向方向由箭头16指示。轴向方向由箭头17表示，例如参见图2。周向方向在那里由附图标记/箭头18表示。

在图9中特别用附图标记19强调了气隙，而在图10中可以特别好地看到用于冷却剂返回的收集器通道20、左定子芯21和右定子芯22以及左绕组23和右绕组24以及形成为紧邻于转子7的壳体的凸缘3，该凸缘具有至少两个冷却剂供应管线25。

在平行于线材的绕组凹槽中、例如在圆形线材与矩形凹槽之间的间隙中，冷却剂流利用箭头26被可视化，特别地参见图11。定子后壁处的冷却剂流特别地在图11和图12中由附图标记27表示。绕组凹槽在图13中由附图标记28表示。

附图标记列表

1 定子

2 层叠定子芯

3 凸缘

4 后侧部

5 前侧部

6 极侧部

7 转子

8 间隔环

9轴线通量马达/轴向通量电机

10凹槽/凹入部/凹部

11通道

12脊部/突起/肋部

13 止挡部

14 对立止挡部

15 定子齿

16 径向方向

17 轴向方向

18 周向方向

19 气隙

20 收集器通道

21 左定子芯

22 右定子芯

23 左绕组

24 右绕组

25 冷却剂供应管线

26 冷却剂流

27 冷却剂流

28 绕组凹槽

Claims (10)

1.一种用于轴向通量马达(9)的定子(1)，所述定子具有紧固至凸缘(3)的层叠定子芯(2)，其特征在于，所述层叠定子芯(2)具有互锁且摩擦地紧固至所述凸缘(3)的前侧部(5)的后侧部(4)，并且/或者在紧固的区域中形成位于所述层叠定子芯(2)与所述凸缘(3)之间的冷却通道(11)。

2.根据权利要求1所述的定子(1)，其特征在于，所述凸缘(3)形成为壳体或壳体部件。

3.根据权利要求1或2所述的定子(1)，其特征在于，在所述层叠定子芯(2)的所述后侧部(4)上存在凹槽或凹入部或凹部(10)，所述凹槽或凹入部或凹部与所述凸缘(3)的相对脊部或突起或肋部(12)互锁接合。

4.根据权利要求3所述的定子(1)，其特征在于，所述凹槽(10)在所述凹槽的纵向延伸部中沿径向方向延伸，并且/或者所述脊部(12)在所述脊部的纵向延伸部中沿径向方向延伸。

5.根据权利要求3或4所述的定子(1)，其特征在于，凹槽(10)又具有由所述脊部(12)以未填充的方式覆盖的通道或槽(11)，以允许用于冷却和液压流体管线。

6.根据权利要求3至5中的任一项所述的定子(1)，其特征在于，一些或所有凹槽(10)被设计成阶梯状。

7.根据权利要求3至6中的任一项所述的定子(1)，其特征在于，所述凹槽(10)具有面向所述凹槽的内侧的壁，所述壁用作针对由所述脊部(12)提供的对立止挡部(14)的止挡部(13)。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的定子(1)，其特征在于，在所述层叠定子芯(2)的所述后侧部(4)与所述凸缘(3)的所述前侧部(5)之间存在的粘合剂间隙填充有粘合剂。

9.根据权利要求8所述的定子(1)，其特征在于，所述脊部(12)的面向所述层叠定子芯(2)的前侧部被粘合剂膜覆盖。

10.一种轴向通量马达(9)，具有与至少一个根据权利要求1至9中的任一项形成的定子(1)同轴地布置的转子(7)。

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