用于径向磁通双转子机器的定子和径向磁通双转子机器的制作方法

本发明涉及一种用于径向磁通双转子机器的定子。本发明进一步涉及一种具有这种定子的径向磁通双转子机器。

背景技术：

1、与仅具有一个转子的传统电机相比，具有一个定子和以旋转固定的方式彼此连接的两个转子的电机、即所谓的双转子机器（除了双转子之外，也称为多转子、双重转子等）可以增加电驱动器的扭矩密度和效率两者。这是由于以下事实，特别是在所谓的“无轭”设计中，定子中不需要磁返回路径，并且因此可以显著降低芯损耗。另外，两个转子通常为场激励磁体（在永磁同步机器（psm）中）或导体材料（在感应机器（im）或电激励同步机器（esm）中）提供更多空间。取决于气隙中磁场线的取向，这种机器可以分为两组，一方面是轴向磁通承载（场线平行于旋转轴线，所谓的轴向磁通机器），另一方面是径向磁通承载（场线在气隙中沿径向方向，所谓的径向磁通机器）。

2、例如，在de 10 2021 003 942 a1中公开了径向磁通双转子机器。这些径向磁通双转子机器的特征在于高扭矩和高功率密度。这些径向磁通双转子机器通常使用适用于绕组和叠片芯的大规模生产的成熟制造方法，并且使得定子芯中产生的扭矩能够得到支撑。例如，基于此的公开de 10 2023 101 990 b3描述了具有弯曲导体的绕组头的特别有利的制造。

3、作为径向磁通双转子机器的关键部件之一的定子基本上具有定子芯、放置在定子芯中的绕组、以及用于支撑所产生的扭矩的支撑件。定子的结构完整性至关重要，因为部件之间的相对位移可能导致效率损失或短路。

技术实现思路

1、在此背景下，本发明的目的是提供一种用于径向磁通双转子机器的定子，该定子具有高度结构完整性，特别是高的强度和刚度。

2、根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的定子和/或通过具有权利要求17的特征的径向磁通双转子机器来实现。

3、相应地，提供了以下内容：

4、- 一种用于径向磁通双转子机器的定子，该定子具有：定子芯，该定子芯具有定子叠片堆叠体；绕组，该绕组放置在定子芯中并且形成有具有相反倾斜角的导体棒，其中，定子叠片堆叠体具有与绕组的缠绕路径相对应并且在定子芯中延伸的定子槽，这些定子槽分别被设计成接纳绕组的一个单独的导体棒；以及至少一个支撑装置，该至少一个支撑装置布置成与定子芯轴向偏移，该至少一个支撑装置被设计用于在轴向端部处对绕组进行扭矩支撑；其中，在相应定子槽的内轮廓与放置在相应定子槽中的导体棒之间设置有附加的加强元件，以用于在结构上连接定子叠片堆叠体和导体棒。

5、- 一种径向磁通双转子机器、特别是用于轮毂驱动器的径向磁通双转子机器，该径向磁通双转子机器具有：机械固定的基部；根据本发明的定子，其中，支撑装置支撑在基部上以用于绕组的扭矩支撑；第一转子，该第一转子径向地布置在定子芯内；以及第二转子，该第二转子径向地布置在定子芯的外侧。

6、本发明的基本原理是，支撑在导体棒上的扭矩可能导致定子叠片堆叠体内的局部变形和/或应力峰值，这需要额外的加强以增加定子叠片堆叠体和导体棒内的结构完整性。

7、本发明的构思是在定子槽内在导体与槽内侧之间提供附加的结构有效的加强元件，特别是除了导体棒的绝缘之外还如此。以这种方式，定子叠片堆叠体散布有加强元件，这些加强元件也以相反的倾斜角直接沿着导体棒延伸，并且因此沿着用于扭矩支撑的负载路径延伸。以这种方式，实现了定子的连续加强，使得一方面可以支撑增大的扭矩，并且另一方面可以沿着加强元件分散应力，并且因此可以有效地避免应力峰值。

8、定子叠片堆叠体特别地应理解为绝缘电工片的堆叠体，这些绝缘电工片被设计和设置用于磁通引导。因此，该定子叠片堆叠体可以是电工叠片。然而，在其他实施例中，该定子叠片堆叠体也可以是非叠片芯，例如多个绝缘磁通引导层的增材制造版本作为定子叠片堆叠体。因此，该定子叠片堆叠体是功能性名称，不一定必须由实际片材形成。

9、具有相反的倾斜角的导体棒应理解为具有相反的倾斜角取向的棒布置。为此目的，导体棒可以布置为至少两层。第一层具有第一倾斜取向，而第二层在相反方向上倾斜。绕组可以特别地被设计为由单独的导体棒制成的棒框架。

10、支撑装置可以被设计成例如通过与导体棒接合而与绕组形状配合接合。该支撑装置可以是单独的部件或与其他部件集成的功能装置。例如，可以想到与壳体或端板集成。然而，支撑装置也可以是以材料配合方式连接到绕组的支撑装置，例如被设计为绕组头的铸件。

11、加强元件特别地被设计成在结构上连接金属片叠片，并且进一步用于限制导体棒与定子槽之间的自由度。加强元件还使得导体能够借助外力插入定子槽中，而不会在过程中损坏导体棒的绝缘层。

12、从另外的从属权利要求以及参考附图的说明中得到有利的实施例和另外的发展。

13、根据一个实施例，加强元件至少部分地包围相应定子槽中的导体棒。以这种方式，导体棒可以在多个侧面上、特别是也在相反的侧面上支撑在加强元件上。因此，优选地在导体棒和槽内表面产生压配合。

14、根据一个实施例，加强元件包含可膨胀材料，该可膨胀材料在预组装或组装状态下可以按体积计膨胀至少5%，以用于在结构上连接定子叠片堆叠体和定子槽内的导体棒。导体棒被插入定子槽中，以便在加强元件之后制造或与加强元件一起进行制造。取决于配合，在膨胀之前提供的过渡配合的情况下，需要较小的膨胀，并且在间隙配合的情况下，需要较大的膨胀来产生结构组件，特别是压配合和/或形状配合。膨胀优选地是不可逆的，使得于是产生牢固的结构组件。例如，加强元件可以被设计成可在至少5%至不超过150%的范围内膨胀，以便以稳定的方式在定子槽内产生结构组件。特别地，膨胀是按体积计至少10%。在其他实施例中，膨胀是按体积计至少50%。在自由膨胀的情况下，材料的膨胀可以呈现甚至更大的比例，例如高达500%。

15、根据一个实施例，加强元件具有塑料，塑料具有可以被热激活的不可逆膨胀特性。替代性地或另外，加强元件具有粘合物质，特别是塑料。这些优选地是具有可以被热激活的不可逆膨胀特性的粘合物质。膨胀特性有利地产生公差补偿以及材料配合连接和压配合连接的组合。还可以通过槽端部处膨胀超出槽内侧来产生形状配合连接。

16、根据一个实施例，加强元件包含电绝缘材料。以这种方式，这些加强元件另外有助于电气安全和短路保护。

17、根据一个实施例，加强元件被设计为单件式元件。多件式、特别是两件式的实施例也是可以的。加强元件进一步具有围绕导体棒的径向内表面和外表面接合的轮廓。相应导体棒因此被相应加强元件封围。

18、根据一个实施例，绕组在第一轴向端部和与第一轴向端部相反的第二轴向端部处突出超过定子芯，其中，加强元件分别在第一轴向端部或第二轴向端部处或在两个轴向端部处具有突出部分。以这种方式，加强元件还可以通过另外限制轴向自由度来提供轴向加强。

19、根据一个实施例，至少一个加强元件布置在每个定子槽中并且位于导体棒与定子槽的内轮廓之间以及导体棒与支撑装置之间。特别地，加强元件延伸为突出部分在导体棒与支撑装置之间。因此，导体棒与支撑装置之间的连接也被增强并且在结构上与加强元件连接。

20、根据一个实施例，支撑装置被设计成具有用于在第一轴向端部处支撑绕组的开口。加强元件的突出部分布置在相应导体棒与支撑装置的相应开口之间，并且被设置用于在结构上连接支撑装置和导体棒。以这种方式，导体棒与支撑装置之间的连接也有利地借助于加强元件来增强。加强元件被设计成特别是在可膨胀的实施例中补偿开口的公差。替代性地或另外，加强元件的膨胀在相应开口上产生台阶或底切，并且因此确保导体棒轴向地固定在开口中或者至少确保加强元件轴向地固定。开口可以特别地是楔形的或圆锥形的，以用于增强轴向固定。

21、根据一个实施例，加强元件分别具有至少一个纵向的、特别是槽状的或长形孔形状的凹部，该凹部在定子槽内沿着导体棒纵向地延伸。多个纵向凹部也是可以的。在一个实施例中，这些纵向凹部可以彼此平行地延伸。在其他实施例中，这些纵向凹部也可以一个接一个地分段延伸或成直线地延伸。

22、根据一个实施例，加强元件包含可折叠材料。加强元件被设计成在定子槽内围绕导体棒折叠。在折叠材料的接头区域中，加强元件可以具有重叠部或自由区域。布置在相应定子槽中的加强元件的相应折叠的连接区域围绕布置在定子槽中的相应导体棒的边缘延伸。替代性地或另外，折叠的连接区域沿着定子槽的相应内轮廓的内边缘延伸。以这种方式，加强元件可以有利地折叠到更大程度以插入定子槽中，并且在插入状态下展开，使得可以防止插入期间的摩擦和任何由此产生的损坏。此外，加强元件在导体棒上或槽内的位置由折叠的连接区域预先确定，并且独立地或以自调节的方式、特别是通过弹性变形来调节。

23、根据一个实施例，可折叠材料被设计为具有至少一个居中布置的支撑层、特别是膜的多层复合材料。替代性地或另外，多层复合材料含有膨胀层和/或粘附层。以这种方式，可以将多个功能集成到加强元件中，特别是除了加强之外，还集成连接功能、绝缘功能和/或公差补偿功能。

24、根据另一个实施例，可折叠材料包含层压件。根据另一个实施例，可折叠材料包含平坦产品，特别是由塑料制成的平坦产品。根据另一个实施例，可折叠材料包含薄层模制零件。根据另一个实施例，可折叠材料包含型材。根据其他实施例，可折叠材料包含膜。所有这些实施例的共同点是，定子的加强是通过在定子槽中在槽内表面与导体外表面之间、可选地还在支撑装置的开口的内表面与导体外表面之间设置和布置相应的加强元件来实现的。

25、根据一个实施例，加强元件包含密封材料，并且相应定子槽被布置在定子槽中的加强元件流体地密封。因此有利地防止了液体或甚至气体的不期望的进入或逸出，并且实现了定向流体引导。

26、根据一个实施例，纵向凹部被设计和布置为由定子槽和导体棒界定的导管，以用于从定子的第一轴向端部和第二轴向端部中的一者到另一者的轴向冷却剂流动。以这种方式，通过同时使用加强元件来形成冷却剂导管，有利地实现了进一步的功能集成。

27、根据一个实施例，加强元件的轴向端部被翻折以形成折叠部。以这种方式，当将加强元件插入定子槽中时，有利地提供一体式轴向止挡件。在可膨胀的加强元件的情况下，这种翻折式折叠部由于其双层也具有两倍的膨胀能力。特别地，由于膨胀，因此可以在支撑装置后方形成底切，该底切可以例如用于轴向固定。在一个有利的实施例中，纵向凹部的一个端部同样凹入翻折式折叠部中，例如具有对应的凹部。因此，如果被配置为冷却剂导管，则该凹部可以有利地用作入口或出口。

28、根据一个实施例，绕组具有内导体层和外导体层，其中，内导体层和外导体层的折叠部位于定子的相反轴向端部处。以这种方式，可以实现加强元件的相反插入方向，这些相反插入方向特别地与在相反端弯曲的导体棒的插入方向一致。这特别地设置在由互连的导体棒形成的绕组中，该绕组具有径向内层的螺旋布置的导体棒和径向外层的相反的螺旋布置的导体棒，其中，导体棒分别在第一导体棒端部处弯曲而在第二导体棒端部处不弯曲。径向外层的导体棒的导第一体棒端部被布置成使得弯曲部分别径向向内定向。径向内层的导体棒的第一导体棒端部被布置成使得弯曲部分别径向向外定向。

29、根据一个实施例，由于加强元件比导体棒的圆周短而形成的加强元件的自由区域被设计和布置为由定子槽和导体棒界定的导管，以用于从定子的轴向端部中的一者到另一者的轴向冷却剂的流动。当然，加强元件包含密封材料，并且相应定子槽被布置在定子槽中的加强元件流体地密封。以这种方式，通过同时使用加强元件来形成冷却剂导管而有利地实现功能集成，而不需要额外的材料。

30、以上实施例和进一步的发展可以以任何有意义的方式彼此组合。本发明的其他潜在实施例、进一步发展和实施方式还包括上文或下文关于示例性实施例描述的本发明的特征的未明确提及的组合。特别地，本领域技术人员还将添加各个方面作为对本发明相应的基本形式的改进或添加。