CN118056344A - 轴流机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轴流机，所述轴流机具有马达壳体和至少两个有源部件，其中至少一个有源部件设置为转子4，所述转子具有一定数量的永磁体并且围绕转子旋转轴线可旋转地支承，并且定子2设置为第二有源部件，其中，定子2具有定子轭、一定数量的定子齿和围绕定子齿布置的线圈，并且为了冷却定子2而设置有环形的结构元件，该结构元件布置在定子上并且抗相对旋转地与定子轭连接并且作为冷却元件至少部分地伸入到定子齿中的至少一个定子齿的定子槽中并且在定子的外直径和/或内直径上至少部分地伸出超过定子轭。

Description

轴流机

技术领域

本发明涉及一种轴流机，具有马达壳体和至少两个有源部件，其中至少一个有源部件设置为转子，所述转子具有一定数量的永磁体并且在马达壳体中围绕转子旋转轴线可旋转地支承，并且定子设置为第二有源部件，其中，所述定子具有定子轭、一定数量的定子齿和围绕所述定子齿布置的线圈。

背景技术

由现有技术已知轴流机的不同实施方案。例如从公开文献WO2021003509A1和DE102019000666A1已知在具有一个或多个定子、定子背衬和一个或多个转子的配置中的轴流机。

从公开文献JP2006042535和WO2019171318A1已知用于定子的冷却解决方案，所述冷却解决方案具有用于定子的液体冷却部的适当的冷却通道或冷却软管。该技术方案在实践中被证明在技术上复杂且易于出错。

从公开文献JPS60128838已知具有冷却体的感应马达。这是冷却体的特别设计，这种冷却体在实践中对于永久激励的轴流机来说证明是不适用的。

在公开文献US9154020B2中示出了没有定子轭的轴流式马达的设计。接地片用于将定子芯电接地。这种技术方案不能应用于具有定子轭的轴流机。

与在轴流机的运行中产生的热量相关地，由现有技术已知的技术问题是，过度的热发展和由此定子的升温导致这种机器的功率的损害。此外，过度的热发展可能导致轴流机的一些部件的损坏。

发明内容

因此，对于本领域技术人员来说，由现有技术提出的任务是，开发一种根据权利要求1的前序部分所述的高效轴流机。

该技术任务通过权利要求1的特征部分来解决。

根据本发明的实施方式，设置有具有马达壳体和至少两个有源部件的轴流机，其中的至少一个有源部件设置为转子，所述转子具有一定数量的永磁体并且在马达壳体中围绕转子旋转轴线可旋转地支承。在此，设置至少一个定子作为第二有源部件，其中，所述定子具有定子轭、一定数量的定子齿和围绕所述定子齿布置的线圈。此外，为了冷却定子而设置有环形的结构元件，该结构元件布置在定子上并且抗相对旋转地与定子轭连接。环形的结构元件作为冷却元件至少部分地伸入到定子齿之中的至少一个定子齿的定子槽中并且在定子的外直径和/或内直径上至少部分地伸出超过超过定子轭。

根据定义，在两个定子齿之间的空腔或凹部被理解为定子槽，在所述空腔或凹部中典型地容纳绕组和/或电绝缘部。在此，布置在该空腔中的绕组围绕定子齿缠绕。环形的结构元件至少部分地容纳在该凹部中，优选容纳在绕组下方，特别优选容纳在绕组和定子轭之间。通过这种相邻的布置，实现了对定子和/或尤其绕组的特别有效的冷却。由于环形的结构元件至少部分地伸出超过超过定子轭，结构元件具有大的冷却面并且因此能够有效地用于冷却定子。结构元件具有合适的尺寸，由此结构元件至少部分地作为结构性承载的元件起作用并且由此支撑和稳定定子的和/或定子的结构元件的和/或轴流机的结构。

根据本发明的实施方式，通过环形的结构元件将定子上出现的负载力和负载力矩的主要份额、尤其大于60％、优选大于80％导入马达壳体中。

由现有技术已知的用于冷却的解决方案不具有承载功能并且不适合于将定子紧固在马达壳体上。

根据本发明的可能的实施方式，环形的结构元件至少部分地具有电绝缘部，例如结构元件的表面的至少部分的阳极化。

根据本发明的可能的实施方式，通过在环形的结构元件和马达壳体之间的螺纹连接部和/或形锁合的和/或力锁合的连接，力和力矩能够从定子导入到壳体中。根据特别的实施方式，通过该特征，马达力矩和定子的马达力大部分通过结构元件导入到壳体中。

根据本发明的特别的实施方式，环形的结构元件在其外边缘和/或内边缘上设置为定位元件，从而定子可以通过环形的结构元件尤其定位在马达壳体和/或用于注塑包封定子的至少一部分的注塑模具中。

另一个技术问题是轴流机的部件的所需的精确定位。为了实现高效的轴流机，必须以高精度设定定子和转子之间的气隙。这种设定必须能够在技术上简单地并且可靠地进行并且尤其在工业制造轴流机时对于本领域技术人员来说关于确定气隙的公差链提出特别的技术挑战。根据定义，在旋转的和静止的构件之间、即例如在定子和转子之间的间隙被称为气隙。为了开发成本有效的机器，该机器应尽可能小。根据本发明的实施方式，环形的结构元件可被设置成，使得其用作在定子安装和/或轴流机的组装和/或安装中的定位辅助。

此外，根据本发明的另外的实施方式，可以在制造和/或安装步骤中将环形的结构元件用作定位元件。例如在尤其利用热塑性材料注塑包封定子时，可以通过环形的结构元件例如在合适的注塑机的注塑模具中定向和/或定位定子。

根据本发明的特别的实施方式，环形的结构元件具有合适的紧固元件，通过这些紧固元件，定子能够通过环形的结构元件紧固在马达壳体中。

在马达壳体上的紧固可以在结构元件的内边缘或外边缘的区域中实现。

根据特别的实施方式，定子通过结构元件例如紧固在马达壳体上。例如在结构元件上设置相应的紧固接片，通过该紧固接片将定子紧固在马达壳体上。

根据本发明的特别的实施方式，结构元件例如可以承担转子支承，从而转子不再必须支承在马达壳体中。

根据本发明的特别的实施方式，在结构元件上设置有尤其用于滚动轴承的轴承座，通过该轴承座定义转子旋转轴线的位置和/或可接受尤其是转子的轴向力。

根据本发明的特别的实施方式，在轴承上将轴向力和/或根据另外的实施方式也将径向力从定子传递到马达壳体和/或合适的支承位置上。

根据本发明的特别的实施方式，定子轭和定子齿被实施为一件式的构件。

根据本发明的特别的实施方式，环形的结构元件具有至少45W/mK、优选至少150W/mK、特别优选至少220W/mK的导热性。

根据本发明的特别的实施方式，环形的结构元件至少部分地由铝、钢、铜、镁、黄铜、锌、碳和/或金属氧化物(陶瓷)制成。

根据本发明的特别的实施方式，所述环形的结构元件具有凹部和/或开口，所述凹部和/或开口适合于穿引电导体、冷却剂或紧固部和/或适合于降低涡流损失。

根据本发明的特别的实施方式，环形的结构元件包围各个定子齿，其中，在至少一个定子齿、尤其每个定子齿的包围部的至少一个位置上，包围部至少缝隙状地敞开。

通过该措施，根据本发明的实施方式可以减小和/或防止定子的涡流和/或其他损耗功率。

根据本发明的特别的实施方式，环形的结构元件至少部分地通过板条形成，所述板条优选曲折形地围绕所述定子齿引导。

根据该特别的实施方式，可以有效地防止电损耗功率、尤其是涡流并且可以特别有效地并且节省材料地或避免浪费地设计制造方案。

根据本发明的特别的实施方式，环形的结构元件具有热传递器件，所述热传递器件尤其是具有相变介质的闭合的空腔和/或尤其是形锁合地引入的带有集成的工作介质的热管。

根据本发明的该实施方式，能够进一步改善定子的冷却。

根据本发明的特别的实施方式，环形的结构元件在径向和/或轴向方向上具有至少一个突出部，通过该突出部可以提高环形的结构元件的冷却功率。

根据该特殊的实施方式，可以进一步改善环形的结构元件的冷却功率。

根据本发明的特别的实施方式，所述至少一个突出部具有优选通过冲裁或变形成型由所述环形的结构元件产生的、尤其接片形的冷却肋片，所述冷却肋片与所述线圈之中的至少一个线圈相邻地布置。

附图说明

下面借助于示意图在不同的可能的、非限制性的实施例中示例性地阐述本发明。示出了：

图1是轴流机的一般示意图，

图2是轴流机的另外的一般示意图，

图3是轴流机的定子的细节的示意图，

图4是定子连同环形的结构元件的实施方案的示意图，

图5是轴流机定子的绕组连同根据本发明的结构元件的可能的实施方案的示意图，

图6以示意图示出定子的截面的部分视图，具有根据本发明的结构元件的另外的可能的实施方案，

图7是在示例性的实施方案中的环形的结构元件的示例性的俯视图，

图8是示例性的环形的结构元件连同定子齿和磁轭的示例性实施方案的另外的视图，

图9以示意图示出示例性的定子的截面的另外的部分视图，

图10以示意图示出示例性的结构元件的截面的另外的部分视图，

图11以分解图示出定子的等轴测视图，

图12是轴流机的在马达壳体中的安装情况的示意图。

具体实施方式

申请人的公开文献W02021003510A2的公开在此完全被纳入本申请的公开中。

首先要确定，在不同描述的实施方式中相同的部件设有相同的附图标记或相同的构件名称，其中，在整个说明书中包含的公开内容可以按意义转用到具有相同附图标记或相同构件名称的相同部件上。在说明书中所选择的位置说明，例如上、下、侧等，也参照直接描述的以及呈现的附图。这些位置说明在位置改变时按意义转用到新的位置上。

图1示出轴流机1的第一实施变型方案，包括至少一个定子2和至少一个转子3。根据其他可能的实施方式(未示出)，具有多个转子的布置是可能的，在所述多个转子之间例如分别布置有一个定子。

在一个转子3或多个转子3上布置有磁体4，例如永磁体。所述至少一个定子2和所述至少一个转子3可以布置在可选存在的马达壳体5中，如这在图1中以虚线示出的那样。

也可以布置多个定子2。在这种情况下，优选所有定子2相同地构造，从而也可以将以下实施方案应用于必要时另外存在的定子2。例如图2示出轴流机1的实施变型方案，其中仅布置一个转子3。转子3沿轴向方向观察布置在根据本发明构造的两个定子2之间。转子3在两侧配备有多个磁体4(永磁体)。两个定子2如此布置，使得磁轭元件或者说定子轭分别布置在定子2的背离转子3的一侧上。

图3示出用于轴流机1的定子2的另外的可能的实施变型方案。定子2具有多个定子齿7。定子齿7分别具有齿体8。此外，定子齿7具有在轴向方向9上相对的端部区段，所述端部区段形成齿顶和齿根。定子齿7分别用线圈绕组10(在图3中仅示意性地示出)缠绕。齿体8在轴向方向9上贴靠在尤其板形的磁轭元件11上或者至少部分地插入到磁轭元件11中，为此磁轭元件具有相应的凹部，齿体8优选形锁合地容纳在所述凹部中。磁轭元件11优选一体地构造。根据另外的实施方式，磁轭元件11优选与定子齿7一体地构造。根据另外的可能的实施方式，磁轭元件11由电工钢片卷绕而成。

根据可能的实施方式，至少在线圈绕组10和齿体8之间布置未进一步示出的电绝缘部。在附图中示出的定子齿7的数量不应理解为限制性的。更确切地说，其数量根据使用定子2或者更确切地说轴流机1时的相应情况根据应用的所希望的性能特征来确定。

定子齿7均匀分布地布置在定子2的圆周上。尤其在轴向方向9的方向上观察，具有至少近似梯形的横截面。

在图3中示出磁通收集元件6或者说在一个位置上移除磁通收集元件，以便能够更好地看到定子齿7。

定子2的尤其是环形的磁轭元件11可以由对此常见的材料制成。按照特别的实施方式，所述定子齿可以与定子磁轭11单件式地或者说一体地构成，所述定子磁轭也由本领域技术人员称为定子轭。

在图4中示出示例性的实施方案的另一示意性的实施方式。其中示出环形的结构元件13，该结构元件如在附图中所示出的那样伸到在定子轭11和线圈绕组10之间的定子槽14中。

如在图4中进一步可见，环形的结构元件13径向伸出超过定子轭并且在外直径上示出相应的开口和/或部分开口15，环形的结构元件例如作为承载元件能够经由所述开口和/或部分开口与其他部件、例如马达壳体1定位和/或紧固。

根据特别的实施方式，定子3作为整体能够利用热塑性和/或热固性塑料注塑包封。根据特别的实施方式，在此环形的结构元件13可以尤其在其外周边和/或外直径上用作注塑模具中的止挡，由此能够更好地实现定子的注塑包封的罩部的定义的尺寸和位置。

在图5中示出了根据另外的可能的实施方式的环形的结构元件13，具有定子齿7(为了更清楚起见仅标记一个定子齿)以及线圈10(为了更清楚起见仅标记一个线圈)。从该示意图中可以看出，环形的结构元件13具有合适的开口16，线圈10的接头17可以引导穿过这些开口。根据另外的实施方式设置另外的开口，以便例如防止涡流。定子齿7例如与定子轭11合适地连接或者根据另一可能的实施方式与该定子轭单件式地实施(未详细示出)。

环形的结构元件13与定子轭11抗相对旋转地连接。在此，这种抗相对旋转的连接可以通过机械元件、例如螺纹连接、铆接或以其他方式实现。例如通过对定子的部件进行注塑包封可以实现粘接或连接。根据另外的特别的实施方式，在结构元件和定子轭之间的形锁合是可能的。

图6示出环形的结构元件13连同轴流机的定子的部件的另外的设计方案的细节。在此，对于本领域技术人员一方面可见定子齿18，该定子齿伸过所示出的环形的结构元件13并且与定子轭11连接。另一方面，可以看见转子的旋转轴线19和在布置在结构元件上的轴承座上的轴承20。转子轴由此可旋转地支承在环形的结构元件13中。通过轴承20可以将轴向力例如从转子轴传递到环形的结构元件13上。因此根据特别的实施方式，结构元件可以将定子和/或转子的力和/或转矩传递到马达壳体中。

如从示意性的附图中可见，转子(未示出)以其转子旋转轴线19通过轴承20支撑在结构元件上。

在图7中示出环形的结构元件13的设计方案的另外的细节。在此可以看到结构元件13的一部分，该部分在开口21中包围定子齿。如在示意图中可见，结构元件13具有开口22，从而环围绕定子齿不闭合。通过该开口可防止或减少环形电流或者更确切地说涡流损耗，该开口当然也可进一步布置在内部或侧向。

在图8中，环形的结构元件13实施为板件23。板件23围绕定子齿24引导。在此，板件例如可以通过冲压制成，或者另一方面通过变形成型过程由例如适当弯曲的板条制成，以便然后围绕定子齿24曲折形地引导。以这种方式，这样的结构元件13因此例如可以以非常节省材料的方式来实现。

在图9中以示意性的截面图示出环形的结构元件13的特别的实施方式的细节。在该图示中可见，结构元件13如何一方面在线圈绕组25下方布置在定子槽中并且另一方面在线圈处在外部具有尤其呈肋形的突出部26，用于附加地冷却线圈。

在图10中以示意性的截面图示出环形的结构元件13的特别的实施方式的另外的细节。在此，环形的结构元件具有热传递器件27，尤其是热管或者说暖管。这种热传递器件是这样一种结构元件，它在利用蒸发能量或者说蒸发热的情况下可以冷却构件的区域。热管在现有技术中也被称为暖管和/或两相热虹吸管。在当前情况下，环形的结构元件13具有一个或多个合适的通道28，其中，工作流体在热位置蒸发并且在较冷位置冷凝。通过安装这样的热传递器件，能够进一步改善环形的结构元件13的冷却功率。

在图11中，为了更好地理解本发明，可见轴流机的根据本发明的定子2的可能的实施方式的分解图。定子的相应的部件相应于前面的实施方案来表示。此外，在图11中示出热塑性的构件29，所述构件通过对定子的构件的例如通过注塑进行的注塑包封产生并且适合于适当地保护定子的内部构件、尤其绕组10。在此，按照可能的实施方式，结构元件13在定子已组装的情况下集成到热塑性的构件29中并且以其边缘径向地从构件29的开口30中伸出。

为了进一步说明本发明的特别的实施方式，在图12中示意性地示出轴流机的根据本发明的实施方式的安装情况。在此，为了进行说明，以剖面示出了马达壳体的部分并且以侧视图示出了轴流机的部分。在此为了更好的清楚性仅部分示出轴流机。示出了定子2和转子3以及可围绕转子旋转轴线19旋转的与转子抗相对旋转地连接的转子轴31以及转子磁轭32和定子轭33。此外，示出环形的结构元件13，所述结构元件经由适当的螺纹连接部35(未详细示出)紧固在马达壳体34上。马达壳体在图12中没有完全示出。尤其可以设置另外的壳体部分(未示出)，该壳体部分例如包围或者说包裹定子轭33。

Claims (13)

1.一种轴流机，所述轴流机具有马达壳体和至少两个有源部件，其中至少一个有源部件设置为转子，所述转子具有一定数量的永磁体并且围绕转子旋转轴线可旋转地支承，并且至少一个定子设置为第二有源部件，其中，所述定子具有定子轭、一定数量的定子齿和围绕所述定子齿布置的线圈，其中，为了冷却所述定子，设置有至少部分地设有电绝缘部的环形的结构元件，所述结构元件布置在所述定子上并且抗相对旋转地与所述定子轭连接，并且一方面作为冷却元件至少部分地伸入到在各所述线圈之中的至少一个线圈下方的定子槽之中的至少一个定子槽中并且在所述定子的外直径和/或内直径上至少部分地伸出超过所述定子轭，并且另一方面在所述结构元件的外边缘和/或内边缘上设置为紧固元件，并且所述定子通过环形的结构元件紧固在所述马达壳体中，使得所述环形的结构元件将所述轴流机的所出现的负载力和负载力矩从所述定子导入到所述马达壳体中。

2.根据权利要求1所述的轴流机，其特征在于，所述环形的结构元件在所述结构元件的外边缘和/或内边缘上设置为定位元件，从而所述定子能够通过所述环形的结构元件——尤其在所述马达壳体中和/或在注塑模具中——定位。

3.根据权利要求2所述的轴流机，其特征在于，所述环形的结构元件具有合适的紧固元件，通过所述紧固元件，所述定子能够经由所述环形的结构元件紧固在所述马达壳体中和/或所述马达壳体上。

4.根据权利要求3所述的轴流机，其特征在于，在所述结构元件上设置有轴承座，通过所述轴承座定义所述转子旋转轴线的位置和/或能接受——尤其是所述转子的——轴向力。

5.根据前述权利要求中任一项所述的轴流机，其特征在于，所述定子轭和所述定子齿被实施为一件式的构件。

6.根据前述权利要求中任一项所述的轴流机，其特征在于，所述环形的结构元件具有至少80W/mK、优选至少220W/mK的导热性。

7.根据前述权利要求中任一项所述的轴流机，其特征在于，所述环形的结构元件至少部分地由铝、钢、铜、镁、黄铜、锌、碳和/或金属氧化物、尤其是陶瓷制成。

8.根据前述权利要求中任一项所述的轴流机，其特征在于，所述环形的结构元件具有凹部和/或开口，所述凹部和/或开口适合于穿引电导体、冷却剂或紧固部和/或适合于降低涡流损失。

9.根据前述权利要求中任一项所述的轴流机，其特征在于，所述环形的结构元件被设计成，使得所述环形的结构元件环形地包围各个定子齿，其中，在至少一个定子齿、尤其每个定子齿的环形的包围部的至少一个位置上，该包围部通过凹部、尤其缝隙形的凹部中断。

10.根据前述权利要求中任一项所述的轴流机，其特征在于，所述环形的结构元件至少部分地通过板条形成，所述板条优选曲折形地至少部分地围绕所述定子齿引导。

11.根据前述权利要求中任一项所述的轴流机，其特征在于，所述环形的结构元件包括热传递器件，所述热传递器件尤其为具有相变介质的闭合的空腔和/或形锁合地引入的带有集成的工作介质的热管。

12.根据前述权利要求中任一项所述的轴流机，其特征在于，所述环形的结构元件在径向方向和/或轴向方向上具有至少一个突出部，通过所述突出部能够提高所述环形的结构元件的冷却功率。

13.根据权利要求12所述的轴流机，其特征在于，所述至少一个突出部具有优选通过冲裁或变形成型由所述环形的结构元件产生的、尤其是接片形的冷却肋片，所述冷却肋片与所述线圈中的至少一个线圈相邻地布置。