用于电动式轴向磁通机的定子以及电动式轴向磁通机的制作方法

1.本发明涉及用于电动式轴向磁通机的定子，特别地涉及用于被设计为电驱动式机动车辆所用的原动机的永磁式轴向磁通机的定子，该定子包括：定子本体，该定子本体具有围绕圆周分布的多个定子齿；以及围绕定子齿布置的定子绕组，这些定子绕组围绕多个定子齿有利地卷绕并且分别被设计为作为单齿绕组集成的绕组。此外，本发明涉及电动式轴向磁通机。


背景技术：

2.轴向磁通机在现有技术中已经是众所周知的。
3.从ep 2 985 893 a1中已知一种具有定子和转子的电动式轴向磁通机，其中，定子包括至少两个定子区段，并且其中，转子连接至转子轴，其中，转子和/或转子轴以可旋转的方式安装在轴承中，并且其中，定子区段相对于轴承沿转子的旋转方向以不可移动的方式布置。定子区段中的至少一个定子区段布置成能够相对于轴承沿轴向方向或径向方向移动，以调节转子与定子区段之间的空气间隙的宽度。


技术实现要素：

4.本发明基于提供一种用于轴向磁通机的定子的目的，与相同尺寸的定子相比，本发明的定子中的最大电载荷增加。此外，本发明基于提供一种对应的轴向磁通机的目的，在该轴向磁通机中，定子内的最大电载荷增加。对于轴向磁通机中给定数目的定子齿，每个定子齿都有固定的角度范围。这意味着定子齿的径向更向内的区域可以得到比径向更向外的区域更小的周向长度。可用的周向长度在磁通传导元件、绕组、绝缘件等之间分开。在现有技术中，绕组和绝缘件通常围绕磁通传导元件具有沿着绕组的恒定横截面。因此，绕组和绝缘件需要用于较小半径的越来越大的角度范围，而越来越小的角度范围对于磁通传导元件是可用的。为了不低于磁通传导元件的最小宽度，限制了周向宽度并且因此限制了绕组和绝缘件的横截面。
5.本发明的目的通过用于电动式轴向磁通机、特别是永磁式轴向磁通机的具有权利要求1的特征的定子来实现，并且通过具有权利要求11的特征的电机来实现。
6.根据本发明的电动式轴向磁通机包括：定子本体，该定子本体具有围绕圆周分布的多个定子齿；以及定子绕组(3)，这些定子绕组围绕定子齿(11)布置。
7.沿径向方向观察到，绕组定子齿中的至少一个绕组定子齿——优选地所有定子齿——被分成至少两个定子部分齿，其中，至少两个定子部分齿卷绕有不同匝数的定子绕组。特别优选地，两个定子部分齿卷绕有不同匝数的同相的定子绕组。有利地，至少两个定子部分齿通过沿周向方向延伸并形成在轴向深度处的分离凹槽而沿径向方向间隔开。如本发明所提出的，通过使定子齿和绕组分开，可以在定子的径向更内部区域中的齿宽度不必在周向方向上不利地较小的情况下，在定子的径向更外部区域中布置更多的绕组横截面。在本示例性实施方式中，定子本体形成为分段式定子本体，其中，多个定子区段或各个定子
齿周向地组装以形成圆环形形状的定子本体。替代性地，定子本体还可以形成为一件式。
8.首先，对本发明所要求保护的主题的各个元件按各个元件在权利要求组中提及的顺序进行说明，并且然后对本发明的主题的特别优选的实施方式进行描述。
9.电动式轴向磁通机(afm)、比如机动车辆的被设计为轴向磁通机的电动原动机中的磁通量在定子与转子之间的空气间隙中被轴向地指向轴向磁通机的转子的旋转方向。存在不同类型的轴向磁通机。一种众所周知的类型是所谓的i型布置，在i型布置中，转子轴向地布置成靠近定子或位于两个定子之间。另一种众所周知的类型是所谓的h型布置，在h型布置中，两个转子布置在定子的相反的轴向侧部上。
10.电动式轴向磁通机的定子具有定子本体，该定子本体具有沿周向方向布置的多个定子绕组。沿周向方向观察到，定子本体可以形成为一件式或分段式。定子本体可以由具有多个层压电片的定子叠片芯形成。替代性地，定子本体还可以由压缩软磁材料、比如所谓的smc(软磁化合物)材料形成。
11.转子轴是电机的以可旋转的方式安装的轴，转子或转子本体以不可旋转的方式联接至该轴。
12.电动式轴向磁通机的转子可以被至少部分地设计为叠片转子。叠片转子被设计成沿轴向方向分层。轴向磁通量必须克服堆叠的各个电片之间的粘合剂或绝缘层，这会导致磁回路经历切变(附加的空气间隙)并且失去效率。替代性地，轴向磁通机的转子也可以具有转子承载件，该转子承载件相应地配备有磁片和/或smc材料并且配备有被设计为永磁体的磁性元件。
13.本发明的有利实施方式在从属权利要求中进行详细说明。在从属权利要求中单独列出的特征可以以技术上有意义的方式彼此组合并且可以限定本发明的其他实施方式。另外，权利要求中指示的特征在说明书中进行更详细地指定和说明，在该说明书中，示出了本发明的其他优选实施方式。
14.根据本发明的有利实施方式，可以设置的是，实际上卷绕的定子齿中的每个定子齿沿径向方向观察到被分成至少两个定子部分齿，由此轴向磁通机的经优化的绕组横截面得到充分的利用。
15.根据本发明的进一步优选的进一步发展，还可以设置的是，定子齿的定子绕组被细分成至少两个子组。定子绕组的第一子组封围径向最外部的定子部分齿并且每个其他子组在各自情况下附加地封围沿定子中心轴线x的方向径向布置的下一个定子部分齿，其中，最后一个子组封围所有的定子部分齿。这允许具有高绕组横截面的定子齿的尤其是在径向外部区域中的绕组特别有效，而不必将径向内部区域中的磁通传导元件设计为不利地较窄。这允许在不同直径上实现绕组横截面与磁通传导材料的更恒定的比率。
16.作为上述定子齿的绕组类型的替代方案，可以设置的是，将定子齿的定子绕组细分成子组，其中，第一子组封围径向最外部定子部分齿与径向最内部定子部分齿之间所布置的定子部分齿，并且每个其他子组在各自情况下附加地封围在各自情况下沿定子中心轴线x的方向和/或沿径向远离定子中心轴线x的方向径向布置的下一个定子部分齿。这可以减少操作期间例如由于极栅(与将磁体相对于绕组凹槽交错类似)而引起的扭矩波动。此外，欧姆损耗和相关的加热可以特别地集中在定子的限定区域中。
17.根据本发明的另一特别优选的实施方式，可以设置的是，形成在定子部分齿之间
的分离凹槽形成为以定子中心轴线x为中心的圆弧或者形成为中心在定子中心轴线x外侧的圆弧或者形成为直线形而作为圆的割线并形成多边形形状。特别地，这提高了绕组的可安装性。此外，可以避免绕组头不必要的弯曲，因此优化了电阻。
18.此外，本发明还可以进一步改进的是，极靴盖以在所有定子部分齿上方延伸的单个件形式来以可分离的方式附接在各个定子部分齿的自由轴向端部的端面处。封闭的极靴盖增加了定子的强度，并且在空气间隙中获得了更有利的磁通量。
19.在极靴盖的进一步改进中，可以设置的是，沿轴向方向延伸的各个定子部分齿的部分区域形成在极靴盖上，其中，极靴盖上的定子部分齿的部分区域与定子部分齿的部分区域以形状配合的方式相互作用成使得在周向方向或切向方向上确保形状配合以用于扭矩传递。
20.这允许周向力以特别简单且稳健的方式从极靴盖传递至定子。
21.进一步改进本发明也可以是有利的，即沿径向方向观察到，定子绕组的子组的单层或至多两层在定子部分齿的至少一个分离凹槽中以一者在另一者之上的方式布置。这可以用于以针对性的方式促进绕组的局部冷却。
22.根据本发明的主题的另一优选实施方式，可以设置的是，定子被设计成以h型布置来操作电机，其中，转子本体轴向地布置在两个侧部上，其中，定子本体被优选地设计成关于与电机旋转轴线垂直的平面镜像对称。
23.此外，本发明的目的通过一种电动式轴向磁通机来实现，该电动式轴向磁通机包括至少一个定子以及布置在转子轴上的第一转子本体，或者该电动式轴向磁通机包括定子以及布置在转子轴上的第一转子本体和布置在转子轴上的第二转子本体，其中，机器的至少一个定子是根据上述定子设计的。这提供了一种电动式轴向磁通机，与相同尺寸的轴向磁通机相比，该电动式轴向磁通机实现了定子齿的经优化的绕组横截面。
附图说明
24.下面参照附图对本发明和技术领域两者进行更详细的说明。应当注意的是，本发明并非意在通过所示出的示例性实施方式来加以限制。特别地，除非另有明确说明，否则还可以提取出附图中所概述的实质性主题的部分方面，并且可以将其与来自本说明书和/或附图的其他部件和知识相结合。特别地，应当注意的是，附图并且特别是所示出的比例仅为示意性的。相同的附图标记指示相同的对象，因此在适用的情况下，也可以使用来自其他附图的说明。
25.在附图中：
26.图1示出了具有单齿绕组的呈h型布置的轴向磁通机的示意立体图，
27.图2以局部分解图示出了根据图1的轴向磁通机，
28.图3以示意性立体图示出了根据本发明的具有分段式定子的定子齿本体(顶部)和定子齿绕组(底部)的定子齿，
29.图4以分解图示出了呈i型布置的轴向磁通机，其中，两个定子封围居中地位于这两个定子之间的转子并且根据本发明来构造，
30.图5以分解图示出了呈i形布置的轴向磁通机，其中，定子邻近转子轴向地布置并且根据本发明来构造，以及
31.图6以示意图的形式示出了构造上与图5或图1中的电机类似的电机的截面图。
具体实施方式
32.图1示出了具有单齿绕组的呈h型布置的轴向磁通机2的示意性立体图。轴向磁通机2被示出包括轴向居中地布置在转子轴4上所布置的两个转子本体41、42之间的定子1。定子1具有定子本体，该定子本体在两个侧部上具有轴向向外指向的定子齿11，对应的定子绕组3以单齿绕组的形式施加在该定子本体上。轴承在两个转子本体41、42的轴向外侧安装在转子轴4上，以将电动式轴向磁通机2以可旋转的方式支承在壳体的对应轴承接纳部中。
33.图2以局部分解图示出了根据图1的轴向磁通机2。永磁电动式轴向磁通机2包括轴向居中布置的定子1，定子具有：定子本体10，该定子本体由围绕圆周分布的多个定子齿11形成；以及定子绕组3，这些定子绕组围绕定子齿11中的每个定子齿卷绕成并形成为作为单齿绕组集成的绕组。
34.如沿径向方向观察到，卷绕的定子齿11中的每个定子齿具有总共四个定子部分齿111、112、113、114，其中，四个定子部分齿111、112、113、114由沿周向方向延伸并形成在轴向深度处的分离凹槽120沿径向方向间隔开。在局部分解图中，容易观察到定子绕组3可以与定子齿本体11以可分离的方式卷绕为单齿绕组，并且稍后应用于定子齿本体11。第一转子本体41和第二转子本体42均具有圆环形形状的承载板，在承载板上布置有与定子齿11相匹配的呈蛋糕块形状的多个永磁体。转子本体41、42借助于总共八个周向分布的紧固螺钉以不可旋转的方式沿轴向方向附接至转子轴4上所安装的保持环。
35.图3以示意性立体图示出了具有如图4中所示的分段式定子1的定子齿本体(顶部)和定子齿绕组(底部)的定子齿11。在该视图中可以清楚地观察到，定子齿11具有单独的定子部分齿111、112、113、114，这些定子部分齿中的每一者通过沿周向方向延伸的轴向深度的分离凹槽120而沿径向方向彼此分离。在底侧上，定子部分齿111、112、113、114经由板状的基部部分彼此连接。在下方图示中，可以清楚地观察到定子绕组3的结构，其中，定子绕组被分成绕组层的子组31、32、33、34或子绕组。在本示例中，定子部分齿111、112、113、114中的每一者卷绕有不同匝数的定子绕组3或者卷绕有其自身的定子绕组3的子组。从(在分离凹槽中)卷绕有两个绕组层的径向外部定子部分齿111开始，附加地卷绕下一个内部定子部分齿112，然后使得第一定子部分齿111已经具有位于分离凹槽120中的头端部处的四个绕组层和位于基部端部处的两个绕组层，并且附加卷绕的第二定子部分齿112具有位于第一分离凹槽120中的头端部处的两个绕组层和位于定子绕组3的第二子组32的基部端部处的两个绕组层。以这种方式，另外两个定子部分齿113、114也逐渐地卷绕成使得在所示出的定子绕组3中，每个分离凹槽120中正好布置有两个绕组层。因此，对于这种类型的绕组，4x2绕组层——即总共至少八个绕组层——将在第一定子部分齿111上并且沿周向方向卷绕在头侧部上方。然而，事实上，定子齿11具有从外侧围绕定子齿包裹的两个附加的绕组层，因此此处总共有十个绕组层集合在一起。
36.图4以分解图示出了呈i型布置的轴向磁通机2，其中，两个定子1封围居中地位于这两个定子之间的转子本体41、42并且根据本发明来构造。居中布置的转子本体41、42具有在周向上轴向地分布在两个侧部上的多个永磁体，这些永磁体中的每个永磁体与通过空气间隙间隔开且卷绕的定子齿本体相互作用。
37.图5以分解图示出了同样呈i型布置的轴向磁通机2，其中，仅一个定子1邻近转子轴向地布置并且根据本发明来构造。定子以与上述相同的方式来构造。
38.图6以示意图示出了穿过电机2的截面图。右图示出了截面平面，而左图示出了高度示意性截面平面的俯视图。定子1清晰可见，其中，定子齿11沿转子本体41、42的方向轴向地延伸。在这方面，定子齿11的部分区域21形成在极靴盖20上，以在端面处轴向地附接至定子齿11，使得完整的定子齿11直到已安装有极靴盖20才形成。在这方面，极靴盖20有利地以在所有定子部分齿111、112、113、114上方延伸的单个件来以可分离的方式附接在各个定子部分齿111、112、113、114的自由轴向端部上的端面处。附接至极靴盖20的定子齿11的部分区域21与定子部分齿111、112、113、114的部分区域以形状配合的方式相互作用成使得在周向方向或切线方向上确保形状配合以用于扭矩传递。
39.本发明不限于附图中所示出的实施方式。因此，上述描述应被视为解释性的而非限制性的。以下权利要求应被理解为意味着所述特征存在于本发明的至少一个实施方式中。这并不排除其他特征的存在。在权利要求和前述描述限定“第一”和“第二”特征的情况下，这种指定用于在没有确立优先顺序的情况下区分同一种类的两个特征。
40.附图标记说明
41.1 定子
42.2 轴向磁通机
43.3 定子绕组
44.4 转子轴
45.10 定子本体
46.11 定子齿
47.111 定子部分齿
48.112 定子部分齿
49.113 定子部分齿
50.114 定子部分齿
51.20 极靴盖
52.21 定子部分齿(形成在极靴盖上)的部分区域
53.31 定子绕组子组
54.32 定子绕组子组
55.33 定子绕组子组
56.34 定子绕组子组
57.41 转子本体
58.42 转子本体。