用于呈H型设计的轴向磁通电机的定子芯的制作方法

用于呈h型设计的轴向磁通电机的定子芯
技术领域
1.本发明涉及用于电机的定子、具有定子的电机和具有电机的车辆。特别地，这是呈h型布置的轴流式电机。


背景技术：

2.由于对扭矩和功率密度的要求不断提高以及对安装空间的进一步限制，轴流式电机变得越来越重要，特别是在汽车和自动化技术中的应用变得越来越重要。轴向磁通电机相对于径向磁通电机的优点在于其缩短的轴向长度及其效率。在相同外径的情况下实现了更高的扭矩或功率密度。
3.在两种类型的轴流式电机之间进行了区分：
4.在所谓的i型布置中(参见图1a)，转子布置在两个定子半部之间。在此作为示例给出了公开cn 109194082 a，其示出了这种电机的实施方式。
5.在所谓的h型布置中(参见图1b)，定子布置在两个转子半部之间。公开ep 2 606 561 b1号示出了这种电机的实施方式，其在此处应作为示例提及。
6.对于替代设计，请参考文献。公开了一种具有定子和转子的轴流式电机的ep1538727也应当作为示例提及。
7.例如，ep3485558示出了呈h型布置的轴向磁通电机，其中，该电机被称为无轭电机。绕组位于定子芯上，定子芯被夹持或铸造/胶合在冷却叶片之间，冷却叶片又连接至外壳体。冷却叶片特别地是壳体的一部分并且实现为叠片式芯部。
8.us9071117bb示出了一种h型布置的轴向磁通电机，其中，通过将定子齿部胶合在带有凹穴的盘中来固定定子齿部。特别地，盘形成封闭的壳体，冷却介质可以流动通过该封闭的壳体。
9.kr101070230 b1中还示出了呈h型布置的轴流式电机。特别地，此处示出了定子芯，其中，定子齿部彼此对置地布置在承载盘的两侧上，并且然后各个绕组施加至这些齿部。
10.特别地，由于结构条件，定子经常受到矛盾的要求的影响：一方面，要求有高的机械稳定性且保证电磁特性；另一方面，轴向安装空间和用于冷却的可能性减小，这由于所需的体积而进一步与安装空间的最佳利用不一致。


技术实现要素：

11.因此，本发明的目的是提供一种用于优化安装空间使用且同时确保机械稳定性和电磁特性且同时考虑到合适的冷却构思的解决方案。
12.该目的通过在独立权利要求中描述的措施来实现。在从属权利要求中描述了其他有利实施方式。
13.根据一个方面，轴向通量式电机的定子包括旋转轴线和形成结构单元的定子芯。在这种情况下，定子芯包括朝向第一轴向外侧定向的第一区域。这在第一轴向外侧上沿周
向方向交替地形成定子齿部和绕组凹槽。
14.此外，定子芯包括朝向第二轴向外侧定向的第二区域。这在第二轴向外侧上沿周向方向交替地形成定子齿部和绕组凹槽。
15.第一区域的定子齿部对准成相对于第二区域的定子齿部偏移。第一区域的绕组凹槽与第二区域的绕组凹槽在径向外周表面上沿周向方向间隔开，使得第一区域的绕组凹槽与第二区域的绕组凹槽在径向外周表面上沿轴向方向没有重叠。
16.定子芯的部件被称为定子齿部，定子齿部被设计为定子本体的在周向上间隔开的齿状轴向向外指向的突出部，并且其自由端部与转子之间形成有用于磁场的气隙。
17.特别地，通过这种布置可以在不增加轴向长度的情况下提高机械稳定性，这是因为绕组凹槽的间隔取向在第一区域的定子齿部和第二区域的对角相邻的定子齿部之间留有足够的材料。这也对定子芯的电磁特性产生积极影响。
18.在有利实施方式中，第一区域的定子齿部和第二区域的绕组凹槽彼此对置，使得第一区域的定子齿部与第二区域的第一对角相邻定子齿部的在径向外周表面上沿周向方向测量为距离du的重叠和第一区域的定子齿部与第二区域的第二对角相邻定子齿部的重叠的偏差小于10％。
19.根据一个构型，定子包括位于第一区域中的第一线圈装置，其中，第一线圈装置分段地容纳在第一区域的绕组凹槽中。定子还包括位于第二区域中的第二线圈装置，其中，第二线圈装置分段地容纳在第二区域的绕组凹槽中。
20.特别地，第一线圈装置和第二线圈装置的使用使得定子能够更容易地组装。
21.根据定子的另一构型，第一区域的绕组凹槽与第二区域的绕组凹槽在径向外周表面上沿周向方向相距距离du；第一区域的绕组凹槽与第二区域的绕组凹槽在径向外周表面上沿轴向方向相距距离da。因此，限定比值k＝da/du，其中，k＜1.5，优选地k＜0.5，k＜0.25，k＜0.1，k＜0.05。
22.长度dq可以根据用距离da和距离du来描述。在第一区域的定子齿部与第二区域的第一对角相邻的定子齿部的重叠中，长度dq是沿径向方向弯曲的表面的上边缘。
23.特别地在窄定子齿部的情况下，如在分布式绕组的情况下所要求的，k应该有利地选定为小于1.5，使得尽管定子芯的轴向长度较小，但仍能保证机械稳定性。
24.在单齿部绕组的情况下，由于定子齿部较宽，特别地可以选定k《0.5，特别优选地k《0.25，其中，定子齿部之间的间距du不相等，而这不会损害机械稳定性。
25.在特别有利实施方式中，距离da小到使得绕组凹槽具有几乎相同的绕组基部。有利地，k＜0.1，特别优选地k＜0.05在此被选定以考虑制造公差。
26.根据定子的另一实施方式，第一线圈装置以分布式绕组的形式实现，并且第二线圈装置也以分布式绕组的形式实现。
27.这种构型有利地通过上述定子芯实现，因为在分布式绕组的情况下所需的较窄定子齿部将损害常规设计中的机械稳定性。
28.根据定子的一种构型，第一区域的定子齿部和第一区域的绕组槽在第一轴向外侧上形成第一图案。该第一图案相对于定子的旋转轴线具有n重旋转对称性。此外，第二区域的定子齿部和第二区域的绕组槽在第二轴向外侧上形成第二图案。该第二图案相对于旋转
轴线具有n重旋转对称性。
29.特别地，第一图案和第二图案是一致的，并且第一图案相对于第二图案旋转了一角度，使得第一区域的定子齿部面向第二区域的绕组槽，并且使得第一区域的绕组槽面向第二区域的定子齿部。由于n重旋转对称性，在结构上减少了任何扭矩脉动。
30.在该特别有利实施方式中，在径向外周表面上沿周向方向测量为距离du的第一区域的定子齿部与第二区域的第一对角相邻的定子齿部的重叠和第一区域的定子齿部与第二区域的第二对角相邻的定子齿部的重叠偏差小于20％。
31.通过合适的转子构型，均匀分布的模式也可以作为另一实施方式来实施。
32.根据定子的另一构型，定子芯被实现为卷绕部件。
33.特别地，第一区域的定子齿部和绕组凹槽以及第二区域的定子齿部和绕组凹槽在卷绕之前例如通过冲压引入，或者在卷绕之后例如通过铣削或电火花线加工引入。
34.根据定子的另一实施方式，定子芯由软磁粉复合材料实现。
35.定子优选地由含铁粉压制和烘烤而成。用于此的处理压制力根据待压制工件的尺寸而增加。在较大的定子芯的情况下，处理压制力可能不经济地变大，使得定子芯优选地由单独的区段构成，其中，单独的区段彼此分开地被压制。
36.根据定子的另一构型，定子芯包括多个区段。
37.特别地，多个相邻的齿部各自形成机械刚性部件。然后，组装这些部件中的若干部件以形成完整的定子芯，其中，这些部件例如借助于腹板部件保持在一起并连接到壳体。这种构型意味着与具有单独齿部的结构相比，定子芯具有更大的刚度。这在定子齿部沿周向方向变短的情况下特别有利，如分布式绕组所需要的。
38.根据另一方面，电机包括根据上述方面和上述实施方式的电机。定子布置成轴向地位于第一转子与第二转子之间。
39.根据另一方面，车辆包括根据所述方面的电机。
附图说明
40.下面使用附图中所示出的实施方式对本发明进行更详细的解释。在附图中：
41.图1示出了根据现有技术的呈轴流式设计的呈i型布置(1a)和呈h型布置(1b)的电机的示意图；
42.图2示出了穿过电机的基本元件的截面图；
43.图3示出了图2的电机的定子芯的立体图和平面图；
44.图4示出了图2的电机的局部立体截面图和分解截面图；
45.图5示出了图2的电机的基本部件的局部立体截面图和详细立体图；
46.图6示出了图2的电机的定子芯的详细平面图。
具体实施方式
47.以下内容是对本发明的一个实施方式的描述。
48.图1示出了根据现有技术的呈轴流式设计的呈i型布置1a和呈h型布置1b的电机1的示意图。图1a示出了呈轴流式设计的电机的i型布置。在此，转子2布置成轴向地位于定子3的两个半部之间。具有磁体4的转子2经由两个气隙操作性地连接到包括线圈装置5的定子
3。
49.图1b示出了呈轴流设计的电机1的h型布置。在此，定子3布置成轴向地位于转子2的两个半部之间。具有磁体4的转子2经由两个气隙操作性地连接到包括线圈装置5的定子3。
50.图2示出了穿过电机1的基本元件的截面图。电机1的实施方式是呈h型布置的轴流式电机。转子2被分为第一转子2.1和第二转子2.2。定子3布置成轴向地位于第一转子2.1与第二转子2.2之间。定子3包括定子芯6，该定子芯经由多个腹板在径向外侧上操作性地连接到壳体8，其中，在附图中仅示出第一外壳体元件8.1。第二内壳体元件8.2经由腹板7在径向内侧上操作性地连接到定子芯6。第一转子2.1经由轴承11操作性地连接到第二内壳体元件8.2，并且第二转子2.2也经由轴承11操作性地连接到第二内壳体元件8.2。
51.第一转子2.1和第二转子2.2在轴向方向上相互支承，使得呈h型布置的典型的轴向磁通电机在第一转子2.1和第二转子2.2上具有磁体4、特别是永磁体。在定子3的方向(在轴向上，平行于旋转轴线)上作用的磁性吸引力相互承靠。
52.在图2a中可以看出，定子芯6包括朝向第一轴向外侧的第一区域6.1和朝向第二轴向外侧的第二区域6.2。第一区域6.1在朝向第一转子2.1的第一轴向外侧上沿周向方向交替地形成有定子齿部9和绕组凹槽10，第二区域6.2在朝向第二转子2.2的第二轴向外侧上沿周向方向交替地形成有定子齿部9和绕组凹槽10。在图2a中，截面平面穿过第一区域6.1中的绕组凹槽10并且穿过第二区域6.2中的定子齿部9。这是因为第一区域6.1的定子齿部9和绕组凹槽10布置成相对于第二区域6.2的定子齿部9和绕组凹槽10绕旋转轴线12旋转，换句话说，布置成沿周向方向偏移。
53.图2b示出了第一线圈装置5.1，该第一线圈装置在第一区域6.1的绕组凹槽10中分段地延伸。第一线圈装置5.1特别地是分布式绕组。在第二区域6.2中还示出了第二线圈装置5.2。在此可以看出，第一线圈装置5.1相对于第二线圈装置5.2沿周向方向偏移。
54.图3示出了图2的电机1的定子芯6的立体图和俯视图。
55.特别地在图3a中可以看出，第一区域6.1相对于第二区域6.2沿周向方向偏移。在这里所示的实施方式中，第一区域6.1的定子齿部9布置成与第二区域6.2的绕组凹槽10对置。此外，定子齿部9和绕组槽均匀地分布在第一区域6.1和第二区域6.2中。所示的定子芯6的实施方式设置有在周向方向上较窄的定子齿部9和用于分布式绕组的具有恒定横截面的绕组槽10。
56.在图3b中可以看出，尽管定子芯6的轴向总长度较短，但在第一区域6.1的定子齿部9和第二区域6.2的对角相邻的定子齿部9之间保留了足够的材料作为支承结构。这也对定子芯6的电磁特性产生积极影响。
57.图4示出了图2的电机的局部立体截面图(图4a)和分解截面图(图4b)。为了清楚起见，未示出第一外壳体元件8.1。
58.除了固定定子芯6的功能之外，腹板7与第一外壳体元件8.1和第二内壳体元件8.2形成了单独的容积，以用于使用合适的冷却剂冷却定子3。
59.第一外腹板7.1在定子芯6的第一轴向外侧上布置在第一区域6.1中。在所示的实施方式中，第一外腹板7.1包括多个腹板部件7.4，并且包括呈环形式的第一腹板部件7.4.1和呈环形式的第二腹板部件7.4.2，该第一腹板部件布置成径向地位于第一壳体元件8.1与
定子芯6的径向外侧之间，该第二腹板构件布置成径向地位于第二内壳体元件8.2与定子芯6的径向内侧之间。
60.此外，第二外腹板7.2在定子芯6的第二轴向外侧上设置在第二区域6.2中。在所示的实施方式中，第二外腹板7.2包括多个腹板部件7.4，并且包括呈环形式的第一腹板部件7.4.1和呈环形式的第二腹板部件7.4.2，该第一腹板部件布置成径向地位于第一壳体元件8.1与定子芯6的径向外侧之间，该第二腹板部件布置成径向地位于第二内壳元件8.2与定子芯6的径向内侧之间。
61.内部腹板7.3沿轴向方向布置在第一区域6.1与第二区域6.2之间。在所示的实施方式中，内部腹板7.3包括多个腹板部件7.4，并且包括呈环形式的第一腹板部件7.4.1和呈环形式的第二腹板部件7.4.2，该第一腹板部件布置成径向地位于第一壳体元件8.1与定子芯6的径向外侧之间，该第二腹板部件布置成径向地位于第二内壳元件8.2与定子芯6的径向内侧之间。
62.因此，在所示的实施方式中，由于第一外壳体8.1、第二内壳体8.2、第一外腹板7.1、第二外腹板7.2、内部腹板7.3和转子芯的布置，电机1产生了四个容积。
63.在第一区域6.1中、于第一壳体元件8.1与定子芯6的径向外侧之间且第一外腹板7.1与内腹板7.3之间形成有第一外部容积13.1。在第一区域6.1中、于定子芯6的径向内侧与第二内部壳体元件8.2之间且第一外腹板7.1与内部腹板7.3之间形成有第一内部容积13.2。
64.第一外部容积13.2经由与第一线圈装置5.1连接的第一区域6.1的绕组凹槽10连接至第一内部容积13.2。为了清楚起见，未示出绕组凹槽10在轴向方向上的密封。
65.在第二区域5.2中、于定子芯6的径向内侧与第二内壳体元件8.2之间且第二外腹板7.2与内部腹板7.3之间形成有第二内部容积13.3。内部腹板7.3的第二腹板部件7.4.2具有用于将第一内部空间13.2连接到第二内部空间13.3的开口14。
66.在第二区域5.2中、于第一壳体元件8.1与定子芯6的径向外侧之间且第二外腹板7.2与内部腹板7.3之间形成有第二外部容积13.4。第二内部容积13.3经由与第二线圈装置5.2连接的第二区域6.2的绕组凹槽10连接到第二外部容积13.4。为了清楚起见，未示出绕组凹槽10在轴向方向上的密封。
67.图5示出了图2的电机1的基本部件的局部立体截面图(图5a)和详细立体图(图5b)。
68.供给管线15包含在第一外壳体元件8.1中以用于将合适的冷却剂供给到第一外部容积13.1中。为了从定子3转移适当的冷却剂并因此使得冷却剂能够流动，第一外壳体元件8.1中包含有返回管线16，该返回管线连接到第二外部容积13.4。
69.供给管线15与第一外部容积13.1布置成使得合适的冷却剂首先沿周向方向分布在第一外部容积13.1中，并且因此特别地在第一线圈装置5.1实现为分布式绕组的情况下对形成在第一外部容积13.1中的绕组头部进行热调节。
70.同样，合适的冷却剂沿周向方向分布在第一内部容积13.2中。
71.内部腹板7.3具有用于将第一内部容积13.2连接到第二内部容积13.3的多个开口14。特别地，开口14定位成使得在第一内部容积13.2中沿周向方向存在均匀分布。如图5、图5b所示，开口14径向地在内侧上定位成使得冷却介质径向地在内侧上尽可能远地从第一内
部容积13.2流动至第二内部容积13.3，使得最佳可能流围绕被设计为分布式绕组的第一线圈装置5.1的第一内部空间13.2中的绕组头部或被设计为分布式绕组并且位于第二内部空间13.3中的第二线圈装置5.2的绕组头部。
72.图6示出了图2的电机的定子芯的详细平面图。第一区域6.1的绕组凹槽10与第二区域6.2的绕组凹槽10在径向外周表面上沿周向方向相距距离du；第一区域6.1的绕组凹槽10与第二区域6.2的绕组凹槽10在径向外周表面上沿轴向方向相距距离da。因此，限定比值k＝da/du，其中，k＜1.5，优选地k＜0.5，k＜0.25，k＜0.1，k＜0.05。
73.特别地在窄定子齿部9的情况下，如在分布式绕组的情况下所要求的，k应当有利地选择为小于1，使得尽管定子芯6的轴向总长度较小，但仍能保证机械稳定性。在单齿部绕组的情况下，特别地，由于更宽的定子齿部9，特别地可以选定k＜0.5，特别优选地k＜0.25，而这不会损害机械稳定性。
74.附图标记列表
75.1电机
76.2转子
77.2.1第一转子
78.2.2.第二转子
79.3定子
80.4磁体
81.5线圈装置
82.5.1第一线圈装置
83.5.2第二线圈装置
84.6定子芯
85.6.1第一区域
86.6.2第二区域
87.7腹板结构
88.7.1第一外腹板
89.7.2第二外腹板
90.7.3中间腹板
91.7.4腹板部件
92.7.4.1第一腹板部件
93.7.4.2第二网络部件
94.8壳体
95.8.1第一外壳体元件
96.8.2第二内壳体元件
97.9定子齿部
98.10绕组凹槽
99.11轴承
100.12旋转轴线
101.13.1第一外容积
102.13.2第一内容积
103.13.3第二内容积
104.13.4第二外容积
105.14开口
106.15供给管线
107.16返回管线。

技术特征：
1.一种呈轴流式设计的电机(1)的定子(3)，所述定子具有旋转轴线(12)和形成结构单元的定子芯(6)，所述定子芯包括朝向第一轴向外侧定向的第一区域(6.1)以及朝向第二轴向外侧定向的第二区域(6.2)，其中，在所述第一区域(6.1)中，定子齿部(9)和绕组凹槽(10)沿周向方向交替地形成在第一外侧上，并且在所述第二区域(6.2)中，定子齿部(9)和绕组凹槽(10)沿所述周向方向交替地形成在第二外侧上，其特征在于，所述第一区域(6.1)的所述定子齿部(9)对准成相对于所述第二区域(6.2)的所述定子齿部(9)偏移，并且所述第一区域(6.1)的所述绕组凹槽(10)与所述第二区域(6.2)的所述绕组凹槽(10)在径向外周表面上沿所述周向方向间隔开，使得所述第一区域(6.1)的所述绕组凹槽(10)与所述第二区域(6.2)的所述绕组凹槽(10)在所述径向外周表面上沿轴向方向没有重叠。2.根据权利要求1所述的定子(3)，包括：位于所述第一区域(6.1)中的第一线圈装置(5.1)，其中，所述第一线圈装置(5.1)分段地容纳在所述第一区域(6.1)的所述绕组凹槽(10)中，以及位于所述第二区域(6.2)中的第二线圈装置(5.2)，其中，所述第二线圈装置(5.2)分段地容纳在所述第二区域(6.2)的所述绕组凹槽(10)中。3.根据权利要求1或2所述的定子(3)，其中，所述第一区域(6.1)的所述绕组凹槽(10)与所述第二区域(6.2)的所述绕组凹槽(10)在所述径向外周表面上沿所述周向方向相距距离d
u
，所述第一区域的所述绕组凹槽与所述第二区域(6.2)的所述绕组凹槽(10)在所述径向外周表面上沿所述轴向方向相距距离d
a
，并且限定d
a
与d
u
的比值k，其中k<1.5，优选地k<0.5，k<0.25，k<0.1，k<0.05。4.根据权利要求2或3所述的定子(3)，其中，所述第一线圈装置(5.1)以分布式绕组的形式实现，并且所述第二线圈装置(5.2)以分布式绕组的形式实现。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的定子(3)，其中，所述第一区域(6.1)的所述定子齿部(9)和所述第一区域(6.1)的所述绕组凹槽(10)在所述第一轴向外侧上形成第一图案，所述第一图案相对于所述旋转轴线(12)具有多重旋转对称性，所述第二区域(6.2)的所述定子齿部(9)和所述第二区域(6.2)的所述绕组凹槽(10)在所述第二轴向外侧上形成第二图案，所述第二图案相对于所述旋转轴线(12)具有多重旋转对称性。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的定子(3)，其中，所述定子芯(6)实现为卷绕部件。7.根据权利要求1至5中的任一项所述的定子(3)，其中，所述定子芯(6)由软磁粉复合材料实现。
8.根据权利要求7所述的定子(3)，其中，所述定子芯(6)包括多个区段。9.一种电机(1)，具有根据权利要求1至8中的任一项所述的定子(3)，其中，所述定子(3)布置成轴向地位于第一转子(2.1)与第二转子(2.2)之间。10.一种车辆，具有根据权利要求9所述的电机(1)。

技术总结
本发明涉及一种轴向磁通设计的电机(1)的定子(3)，所述定子具有旋转轴线(12)和定子芯(6)，定子芯形成结构单元并且包括朝向第一轴向外侧定向的第一区域(6.1)以及朝向第二轴向外侧定向的第二区域(6.2)。在第一区域(6.1)中，定子齿部(9)和绕组凹槽(10)沿周向方向交替地形成在第一外侧上。在第二区域(6.2)中，定子齿部(9)和绕组凹槽(10)沿周向方向交替地形成在第二外侧上。第一区域(6.1)的定子齿部(9)定向成相对于第二区域(6.2)的定子齿部(9)偏移。第一区域(6.1)的绕组凹槽(10)与第二区域(6.2)的绕组凹槽(10)在径向环绕延伸的外表面上沿周向方向间隔开，使得第一区域(6.1)的绕组凹槽(10)与第二区域(6.2)的绕组凹槽(10)在径向环绕延伸的外表面上沿轴向方向没有重叠。本发明还涉及一种具有定子(3)的电机(1)，并且还涉及一种具有电机的车辆。还涉及一种具有电机的车辆。还涉及一种具有电机的车辆。


技术研发人员：霍尔格
受保护的技术使用者：舍弗勒技术股份两合公司
技术研发日：2021.11.10
技术公布日：2023/8/9