电机装置的制作方法

本发明涉及电机装置，该电机装置包括：用于对可电动驱动的机动车辆进行驱动的电机，该电机具有定子和转子；对定子进行支承的部件；以及输出元件，该输出元件与转子接触以用于与转子共同旋转。

背景技术：

1、对于电动马达而言，重要的是将磁场流经的部件非常精确地对准，因为即使在部件彼此之间的位置中存在的偏差很小也可能对磁通量产生重大影响(例如，由于气隙的改变所造成的)。因此，重要的是将电动马达的机械结构设计得足够坚固，以确保电气部件或磁性部件的必要的精确对准。因此，当设计转子和定子时，重要的是这些部件不会通过马达本身所产生的力或通过作用在马达上的外部载荷，或者通过惯性力、比如特别是作用在转子上的离心力而变形至不可接受的程度。另外，转子的轴承必须足够坚硬，以确保转子与定子的精确对准。

2、在用于机动车辆的电动马达的实际设计中，使电动马达的结构特别坚硬的需求通常与车辆构造中始终存在的紧凑设计、低重量、高功率密度和低成本的要求相冲突。

技术实现思路

1、本发明基于以下目的：该目的提供一种带有电机的电机装置，该电机确保尽可能多地节省安装空间的设计并同时确保转子和定子相对于彼此的高精确定位。

2、对本发明的考虑基于以下构思：“代替将所有承载部件设计得特别坚硬、坚固且庞大，通常更有意义的是在适合的点处采用附加的措施或提供附加的部件来确保相邻部件上的载荷被减少。”另外通常更明智的是，实现较短的公差链或对公差不敏感的部件布置，而不是仅仅依靠高精度的生产工艺。这就是本发明切入之处。

3、该目的通过一种具有权利要求1的特征的电机装置来实现。根据本发明的电机装置包括具有定子和转子的电机、支承该定子的部件、以及与转子接触以与转子共同旋转的输出元件。根据本发明，定子经由长度补偿元件在旋转方向上被支承，并且以至少可轴向移动的方式连接至支承该定子的部件。这实现了电机装置可以设置有结构简单的装置的优点，其确保了在变化的操作情况下定子相对于转子的定位得到改进。由于定子能够适应转子的轴向位移和径向位移，因此通常由电机的相邻部件的变形和力所引起的转子的这些轴向位移和径向位移不会导致定子结构中的任何显著变形或者不会使转子与定子之间的对准显著恶化。这降低了定子上的机械应力，这意味着该定子可以以更成本有效的方式来制造。定子与转子的更精确的对准提高了电机的效率。由优选地布置在定子的径向外部区域上的长度补偿元件提供的扭矩支承部将定子与转子的旋转运动分离，并且因此防止定子以不被允许的方式扭转或共同旋转。该扭矩支承部对下述反作用扭矩进行支承：该反作用扭矩通常在马达产生从转子轴传输至传动系的下游单元的扭矩时出现。沿周向方向进行观察，定子实际上经由长度补偿元件牢固地连接至马达壳体，因为这对马达的运行是必需的。对于所有其他运动方向，扭矩支承不代表重要限制，使得定子可以由于定子与转子之间的轴承点而使定子自身始终与转子的位置对准，并且该定子还可以跟随转子的位置变化、比如在驱动操作期间由于电动马达壳体和/或电动马达轴的弹性变形或热膨胀而可能发生的转子的位置变化。

4、本发明的其他有利的实施方式在从属权利要求中予以说明。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相互组合并且可以限定本发明的其他实施方式。另外，权利要求中所指示的特征在说明书中进行更详细地说明和解释，在该说明书中示出了本发明的其他优选实施方式。

5、首先，对本发明的所要求保护的主题的各个元件按其在权利要求组中命名的顺序或根据其关于本发明的相关性进行解释，并且在下面对本发明的主题的特别优选的实施方式进行描述。

6、电机用于将电能转换成机械能并且/或者将机械能转换成电能，并且通常包括：被称为定子、支架或电枢的静止部分；以及被称为转子或转盘的部分，并且该部分相对于静止部分以可移动的方式布置。

7、在电机被设计为旋转机器的情况下，特别地在径向通量机器与轴向通量机器之间进行区分。径向通量机器的特征在于，磁场线在转子与定子之间所形成的气隙中沿径向方向延伸，而在轴向通量机器的情况下，磁场线在转子与定子之间所形成的气隙中沿轴向方向延伸。

8、壳体将电机封围。壳体还可以容纳控制电子器件和电力电子器件。此外，壳体可以是用于电机的冷却系统的一部分，并且可以被设计成使得冷却流体可以经由壳体供应至电机以及/或者热可以经由壳体表面散发至外部。另外，壳体保护电机和可能存在的任何电子器件免受外部影响。

9、径向通量机器的定子通常构造成筒形的并且通常由电气叠片构成，这些电气叠片彼此电绝缘并且构造成多层的并被封装以形成叠片式芯部。利用这种结构，定子中由定子场引起的涡流保持较低。凹槽或周向封闭的凹部围绕平行于转子轴延伸的电片的圆周进行分布并且容纳定子绕组或定子绕组的部分。基于朝向表面的构造，凹槽可以用诸如封闭楔形件或覆盖件等之类的闭合元件封闭，以防止定子绕组分离。

10、转子是电机的旋转(转动)部分。特别地，转子在另外存在有定子时使用。转子通常包括转子轴和布置在转子轴上以用于共同旋转的一个或更多个转子本体。转子轴还可以是中空的，这一方面减轻了重量，并且另一方面允许向转子本体供应润滑剂或冷却剂。如果转子轴被设计成是中空的，则来自相邻单元的部件、例如轴可以突出到转子中或者穿过转子，而不会对电机的功能产生负面影响。

11、转子与定子之间的间隙被称为气隙。在径向通量机器中，该气隙是轴向延伸的环形间隙，该环形间隙具有对应于转子本体与定子本体之间的距离的径向宽度。轴向通量电机、比如机动车辆的被设计为轴向通量机器的驱动电机中的磁通量在定子与转子之间的气隙中被轴向地引导成与电机的旋转轴线平行。因此，形成在轴向通量机器中的气隙基本上呈环状盘的形式。

12、轴向通量电机、比如机动车辆的被设计为轴向通量机器的驱动电机中的磁通量在定子与转子之间的气隙中被轴向地引导成与电机的旋转轴线平行。就轴向通量机器而言，除其他之外，出于对这些轴向通量机器进行扩展的考虑，在呈i形布置的轴向通量机器与呈h形布置的轴向通量机器之间做出区分。呈i形布置的轴向通量机器被理解为是指下述电机：在该电机中，电机的单个转子盘布置在该电机的定子的两个定子半部之间，并且经由电机的定子可以经受旋转的电磁场的作用。呈h形布置的轴向通量机器被理解为是指下述电机：在该电机中，电机的转子的两个转子盘将该电机的定子容纳在轴向地位于所述两个转子盘之间的环形空间中，所述两个转子盘可以经由电机的定子经受旋转的电磁场的作用。呈h形布置的电机的两个转子盘彼此机械地连接。这通常借助于轴或轴状连接元件来实现，该轴或轴状连接元件径向向内地(在电机的磁体的内部径向地)突出穿过定子并且径向向内连接两个转子盘。h型布置的特殊形式通过下述电机来表示：这些电机的两个转子盘径向向外地(在电机的磁体的外部径向地)彼此连接。然后，该电机的定子径向向内地(通常在一侧)紧固至支承该电机的部件。这种h型布置的特殊形式也被称为j布置。

13、根据本发明的有利实施方式，可以设置的是，支承该定子的部件被设计为电机的壳体，该壳体确保了转子和定子的对应的紧凑设计和对应的保护以及转子和定子的相互支承。

14、根据本发明的进一步优选的其他改进方案，还可以设置的是，定子布置成相对于转子经由至少一个第一轴承而被支承成使得与转子的旋转运动脱离。这具有的优点在于，这种乍看起来似乎有些笨拙的解决方案大大降低了作用在马达的电气主动部分上或作用在将马达的电气主动部分围绕的结构上的机械应力。这允许在不必使部件本身更加坚固的情况下减少部件的变形。转子被安装在定子上的事实也使电动马达对驱动操作期间发生的转子轴的位置偏差、安装公差或暂时性移位不太敏感。由于定子被安装在转子上，因此定子的位置与转子的当前位置直接关联，使得转子轴的位置变化对转子和定子产生同等影响。

15、此外，根据本发明的另一有利实施方式，可以设置的是，长度补偿元件被设计为沿轴向方向或沿径向方向延伸的延伸件，该延伸件在对应的凹部中的一些区域中被导引，其中，该延伸件连接至定子或连接至支承该定子的部件，并且其中，对应的凹部形成在支承部件中或形成在定子中。这经由长度补偿元件确保了定子的结构上简单且有效的扭矩支承部，并且同时使定子和转子能够具有移动性，这允许对转子和/或定子的较小的位置变化——例如由于热膨胀等而产生的位置变化——进行补偿或跟随。

16、根据本发明的另一特别有利的实施方式，可以设置的是，延伸件在至少沿一个周向方向的力的作用下经由弹性元件布置在对应的凹部中。这种设计的优点在于，弹性元件的弹性允许经限定的较小的轴向位移和径向位移以及销与筒形孔之间的轻微倾斜。电机壳体与定子壳体之间的这种移位能力在周向方向上的扭矩支承方面可以忽略不计，但是该移位能力相对于定子必须执行以便跟随转子的位置的所有其他运动却是足够大的。有利地，弹性元件被设计为弹性体或者被设计为螺旋弹簧或板簧，因此，实现了简单且节省空间的弹性扭矩支承。

17、定子与壳体之间的扭矩支承也可以以其他方式实现。将扭矩以切向力的形式经由同样切向布置或近似切向布置的元件进行传输是特别有用的。这种切向布置的元件应当具有细长形状并带有沿纵向方向与相反的端部区域邻接的紧固点，通过该紧固点，该元件可以在一侧紧固至定子并且可以在另一侧紧固至电机的壳体。然后，电机的扭矩可以以拉伸力或压缩力的形式沿元件的纵向方向进行传输。定子的所有其他运动都可以通过元件的弹性变形来进行。这些弹性变形基本上通过两个端部区域相对于彼此的弹性偏转来进行(弹性偏转主要与元件的纵向方向正交并通过元件的扭转来进行)。

18、为此目的，本发明可以进一步改进成使得长度补偿元件由周向地连接至定子的至少一个板簧形成，或者由周向地连接至定子的至少一个板簧组件形成。然而，特别优选地，长度补偿元件由连接至定子的周向分布的多个板簧形成，或者由连接至定子的周向分布的多个板簧组件形成。借助于围绕圆周分布的若干个长度补偿元件，可以特别好地对高扭矩进行支承。与单个长度补偿元件的情况相比，围绕圆周分布的若干个板簧的组合允许使定子相对于壳体的径向位移显著地减小。因此，经由围绕圆周分布的若干个长度补偿元件连接的定子在组装期间必须与转子的旋转轴线非常精确地对准。由于围绕圆周分布的长度补偿元件期望防止定子稍后径向地偏离该位置，因此围绕圆周分布的长度补偿元件吸收定子的径向力并将径向力传输至壳体。因此，利用围绕圆周分布的若干个板簧紧固的定子几乎不会将扭矩所引起的径向支承力经由定子与转子之间的轴承传输至转子，如仅利用一个长度补偿元件支承在壳体上的定子将力仅沿切向方向传输的情况一样。因此，围绕圆周分布的若干个长度补偿元件非常适合于支承电机的产生特别高的扭矩的定子。

19、作为上述实施方式的替代方案，如果两个间隔开的紧固点允许在若干个空间方向上进行旋转运动，但是同时使定子和壳体上的两个紧固点之间的距离保持恒定，则扭矩也可以经由固有刚性的切向或近似切向地布置的元件来支承，该元件经由所述两个间隔开的紧固点在一侧紧固至定子并且在另一侧紧固至电机的壳体或紧固至支承该定子的其他部件。为此目的，本发明还可以以有利的方式实现成使得长度补偿元件被设计为联接杆。特别地，可以设置的是，联接杆在其自由的轴向端部中的至少一个轴向端部上具有铰接连接部、特别是球形接头连接部，或者具有弹性连接部、特别是配备有弹性体的连接头部。由于扭矩支承部的长形的抗扭结区域与可以沿所有空间方向倾斜的紧固点之间的清楚的功能分离，因此可以特别好地实现扭矩支承，该扭矩支承也适用于高扭矩，同时允许定子进行较大的轴向移位和径向移位以及倾斜和摆动运动，其中，由马达扭矩所引起的定子的切向力通过长形的抗扭结区域以拉伸力或压缩力的形式在长度补偿元件的两个紧固点之间传输。

20、具有在圆周上偏移的两个紧固点的扭矩支承部布置成使得：沿圆周方向进行观察，电机在操作期间将较大的扭矩沿该圆周方向传输至下游部件，扭矩支承部在定子上的紧固点位于扭矩支承部在支承该定子的部件(例如，电机的壳体)上的紧固点的前方，使得电机的最大扭矩以切向拉伸力的形式经由扭矩支承被传输。在另一圆周方向上，电机沿该圆周方向递送较低的扭矩，然后扭矩支承部通过压缩力传输该扭矩。

21、根据本发明的进一步优选的其他改进方案，还可以设置的是，长度补偿元件被设计为用于冷却剂的供应管线，该供应管线沿轴向方向或沿径向方向延伸并被设计为波纹管。由于波纹管是可以在两个间隔开的紧固点之间传输力并同时紧密地封围内腔的弹性部件，因此波纹管可以同时用作扭矩支承部和供应管线。然后，波纹管将电机的扭矩所引起的切向力从电机定子传输至支承该电机的部件(例如，壳体)。波纹管的挠性不会对定子的轴向运动、径向运动和倾斜运动产生显着影响，因为波纹管可以在这些较小的空间位移的范围内发生弹性变形，并且始终形成可以供冷却剂经过的密封的内部空间。

22、在本发明的同样有利的实施方式中，可以设置的是，供应管线被设计成通过预定的最大距离来补偿由于在定子与支承该定子的部件之间插置有长度补偿元件而被允许的定子的轴向位移。这意味着定子可以使其本身与转子的当前位置对准而不会发生旋转，并且定子的电力供应、控制、冷却和监测所需的所有连接或供应管线(例如电缆、汇流条、软管或管道)都被设计成在定子与电动马达壳体之间是挠性的，而且定子通过扭矩支承元件(上面也被称为长度补偿元件)连接至电动马达壳体，该扭矩支承元件也是挠性的。

23、根据本发明的其他特别优选的实施方式，可以设置的是，被设计为冷却剂管线的供应管线至少部分地由弹性的和/或可移位的密封件、弹性波纹管、弹性波节管或弹性软管形成，使得在通过定子与支承该定子的部件之间的轴向长度补偿元件所能实现的所有轴向位置中确保向定子供应冷却剂。如果定子在转子上安装成使得定子除了旋转运动之外可以跟随转子的所有运动，则挠性供应管线或者另外的刚性供应管线的挠性连接实际上不是优点而是必需。目前所能看到的利用这种轴承概念来消除定子供应管线中的挠性的唯一方法是将电力电子器件和冷却系统直接固定至定子，并且因此以浮动方式将电力电子器件和冷却系统与定子一起支承在转子上，但这种方法成本更高。

24、特别优选地，被设计为冷却剂管线的供应管线包括下述管部段：该管部段在至少一个轴向端部处被设计成具有弹性的和/或可移位的密封件，并且以可移位的方式布置成在接纳部中被导引。这为可以在一些区域中移动的用于冷却剂的供应管线创造了特别稳定且持久的解决方案。

25、根据本发明的其他特别优选的实施方式，还可以设置的是，用于向定子供应冷却剂的联接杆在内部是中空的，并且/或者被设计成至少在一些区域中是导电的，以用于定子的电力供应。共同组件中的扭矩支承功能与传递冷却剂或电流的任务的功能一体化可以节省安装空间和/或成本，其中，该共同组件针对所述两个功能可以至少部分地使用相同的部件。由于与刚性连接的元件相比，扭矩支承部和挠性的供应管线不可避免地占用更多的空间，并且需要更复杂的部件，因此功能一体化提供了在空间和成本方面至少部分地弥补了该缺点的巨大优势。

26、此外，本发明还可以进一步改进的是，设计成作为电力线的供应管线至少在一些区域中具有长度补偿部段，该长度补偿部段使供应管线能够延伸，其中，长度补偿部段特别地由电缆、弹性汇流条、螺旋导体或由弹性导电的导体网状物形成。由于电力线允许进行长度补偿，并且由此可以适于改变两个紧固点之间的距离，因此定子可以在有限的空间内移动，而不会对供应管线造成损坏。当供应管线基本上平行于电机的旋转轴线布置并且转子的轴向位移直接导致供应方向的长度变化时，以及当供应管线主要径向地布置且定子的轴向位移导致供应管线发生也会使供应管线长度改变的近似s形变形或倾斜时，连接管线的长度补偿是有意义的。

27、在本发明的其他有利的设计变型中，还可以设置的是，被设计为供电机的电力供应所用的电力线的供应管线由周向地分布在定子上的至少两个板簧或板簧组件形成。这为接触定子绕组端部创造了一种在结构上特别有吸引力的解决方案。可以省略定子绕组端部到共同的中心连接点的复杂的重新定向，并且定子绕组端部可以在其于定子上周向地伸出的位置处周向地连接在绕组的端部处。

28、还可以有利的是，将本发明进一步改进成使得被设计为电力线的供应管线可以形成为类似于扁平条带，其中，电力线与定子连接成使得电力线的条带平面垂直于定子的运动的轴向方向延伸。在扁平条带状形状的情况下，电力线在垂直于条带平面的方向上具有最小的宽度，并且因此在垂直于条带平面的方向上最具有挠性。如果条带平面定向成垂直于转子的旋转轴线，并且因此垂直于定子的轴向方向，则电力线具有最大挠性的方向沿定子预期具有最大位移的相同方向定向。这种取向和扁平条带状形状允许电力线以特别经济的方式实现，这些电力线具有足够大的横截面以为电机传输电流，并且同时在电机的轴向方向上具有足够的挠性。