用于轴流机的定子的制作方法

1.本发明涉及一种用于轴流机的定子，所述定子包括多个定子齿，所述定子齿具有两个沿轴向方向对置的端部区段并且在所述端部区段之间分别具有一个齿芯，所述定子齿具有smc材料。
2.本发明还涉及一种轴流机，所述轴流机包括至少一个定子和至少一个转子。


背景技术：

3.具有盘形的转子和与此平行设置的定子的电结构组件从现有技术已知，并且例如在轴流机中得到应用。通常转子具有多个永磁体，所述永磁体通过空隙分开地旋转经过定子的对置的能电磁激励的极。在此，所述能电磁激励的极例如构造为由软磁材料构成的定子齿，如例如de102016207943a1对这描述的那样，围绕所述定子齿的齿芯，能导电的绕组在通电时产生磁场。通过沿定子的周向方向均匀地且同中心地设置的定子齿或者说其绕组的与转子位置相关的通电，将转矩导入到转子上。根据应用，可以需要非常高的功率和/或转矩密度。


技术实现要素：

4.本发明的任务在于，提供一种具有高的特定转矩的用于轴流机的定子。
5.本发明的任务在文首提及的定子中通过如下方式解决，即，所述齿芯在俯视图中观察分别具有芯填充物和芯套，所述芯填充物由软磁材料构成，并且另外所述芯套或所述芯套和所述定子齿的至少一个所述端部区段的至少一部分由与所述软磁材料不同的smc材料构成。
6.本发明的任务还在文首提及的轴流机中通过如下方式解决，即，一个定子或多个定子按照本发明构造。
7.在此有利的是：通过齿的混合实施方案，可以提高通过齿(颈)的磁通密度，由此按照设计优先级可以提高轴流机的效率和转矩或者说转矩密度。通过材料组合，由smc材料实现的三维的磁通引导可以即使当磁体利用由于齿的体中的提高的通量密度显著较高时仍然还维持。因此，可以提供一种轴流机，该轴流机与相同结构尺寸的现有技术的轴流机相比较在结构空间相同时提供较多的功率或者在功率相同时需要较少的结构空间，由此可以减少轴流机的重量。此外，因此与较昂贵的smc材料相比较，使用用于填充的较有利的材料也的可能的。
8.优选地，按照一种实施变型方案，所述芯填充物分别由板组构成，由此，在芯中可以达到较高的2d通量密度。
9.为此，按照定子的一种实施变型方案可以规定：所述板组由不同宽度的板材构成。因此，能较简单地实施以板组机器地“填充”齿。此外，因此可以明显减少用于制造板组的冲压废料。
10.为了进一步提高转矩密度，按照另一种实施变型方案可以规定：所述板组由晶粒
取向的电工板构成，结晶学的优先方向沿轴向方向构造。因此，可能与纯smc齿相比较实现转矩密度提高直至40％。
11.所述定子的另一种实施变型方案规定：所述板组分别由卷起的板材制造，以此同样可以减少冲压废料。
12.在所述定子的另一种实施变型方案中可以规定：一个板组或多个板组具有相互连接的板材板。通过对板材板的连接，可以改善对板组的机器处理。
13.优选地，所述板材板无短路地相互连接，例如相互粘接或以烤漆烘烤。但也可能的是：所述板材板相互焊接、特别是点焊、压制或夹紧。
14.按照所述定子的另一种实施变型方案也可以规定：在所述板材板之间设置有电绝缘部，由此可以较好地阻止涡流。
15.按照所述定子的另一种实施变型方案可以规定：所述芯套分别仅构成用于所述芯填充物的罩。换句话说，提供用于容纳芯填充物的从一个端部区域直到第二端部区域连续的空隙部。利用这个实施变型方案，能实现以齿填充物简单地且迅速地填充齿外套。
16.但是，按照一种对此的实施变型方案也可能的是：所述芯套分别构成罩和用于所述芯填充物的覆盖物。当齿填充物在设置齿外套之前制造时，这些实施变型方案的优点特别是显露出来。
17.按照定子的另一种实施变型方案也可以规定：一个端部区域通过卷起的板材构成并且特别是构成所述定子的回锁元件。通过卷起的定子回锁，冲压废料可以与“分层的”回锁相比较同样减少。
18.按照所述定子的另一种实施变型方案，为了提高定子的效率可以规定：所述回锁元件由卷起的晶粒取向的电工板构成，结晶学的优先方向沿切向方向构造。
19.但也可以规定：所述回锁元件和所述芯填充物相互一件式地构造，以此可以实现回锁元件与齿填充物之间的较好接触。此外，可以减少用于装配定子的零件的数量。
20.按照对的轴流机的一种优选实施变型规定：所述轴流机为了提高功率密度具有两个定子，在所述两个定子之间沿轴向方向设置有转子。
附图说明
21.为了较好地理解本发明借助后续附图详细解释本发明。
22.分别在简化的示意图中：
23.图1示出轴流机；
24.图2示出从空隙观察并且具有一些磁体的定子的斜视图；
25.图3示出按照图2的布置结构向回锁元件上的斜视图；
26.图4示出定子齿的一种实施变型方案从空隙出发的视图；
27.图5示出按照图4的定子齿的剖切侧视图；
28.图6示出定子齿的另一种实施变型方案从上面的视图；
29.图7示出按照图6的定子齿的剖切侧视图；
30.图8示出卷起的回锁元件的斜视图；
31.图9示出局部具有套装的定子齿的按照图8的回锁元件；
32.图10示出具有定子齿的卷起的定子的另一种实施变型方案的一部分的部分剖切
斜视图；
33.图11示出轴流机的一种实施变型方案。
具体实施方式
34.首先要指出：在不同描述的实施方式中，相同部件设有相同的附图标记或者说相同的构件名称，其中，在整个说明书中包含的公开内容能够按意义转用到具有相同的附图标记或者说相同的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、侧向等等也参考直接描述的以及示出的附图并且这些位置说明在位置改变时按意义转用到新的位置上。
35.图1示出包括任选的壳体2、定子3和至少一个转子4的轴流机1。在示出的实施变型方案中，轴流机1包括两个转子4，在所述转子之间设置有定子3。在一个转子4或多个转子4上设置有磁体5、例如永磁体。
36.也可以设置有多个定子3。在这种情况下，优选所有定子3相同地构造，从而后续实施方案也可以应用于必要时还存在的定子3。
37.图2和图3示出用于轴流机1的示例性的定子3。定子3具有多个定子齿6。所述定子齿具有沿轴向方向7对置的端部区段，所述端部区段构成齿顶8和齿根9。在齿顶8与齿根9之间，分别一个定子齿6构造成一个齿芯10(例如在图4中可看出)，所述齿芯以线圈绕组11(在图1中仅示意性地表示)缠绕。齿根9沿轴向方向7放置在特别是板形的回锁元件12上或者至少部分地插入到回锁元件12中。
38.齿芯10则仅在线圈绕组11的区域上延伸。定子齿6的不具有线圈绕组11的区域可配设给齿顶8或齿根9。
39.然而要提到：如还要对这描述的那样，齿芯10可以至少部分地延伸到所述两个端部区域的至少一个端部区域中、即例如延伸直至齿顶8中并且可以构成其中至少一部分。由此，如下材料则也可以也在至少一个所述端部区域中存在，齿芯10由所述材料构成或者说包括所述材料。
40.齿根9和/或齿顶8可以与齿芯10一件式地构造。然而，也存在齿根9和/或齿顶8与齿芯10精油胶粘剂连接或类似物连接的可能性。为了较好地利用机器空间，齿根9和/或齿顶8可以具有比齿芯10大的横断面积，从而所述齿9和/或齿顶突出于齿芯地(整面地)构造。
41.齿根9也可以构成回锁元件12。
42.至少在线圈绕组11与齿芯10之间设置有未进一步示出的电绝缘部。
43.在图中示出的定子齿6的数量不应限制地理解。更确切地说，所述定子齿的数量按照在定子3或轴流机6的使用中的相应的给定条件或者说其希望的功率特征确定。
44.定子齿6均匀分布地设置在定子3的周边上。
45.定子齿6总体上并且还有齿芯10沿轴向方向7方向观察具有至少大致梯形的横断面积。
46.在图2和图3中，为完整起见也还示出转子4的磁体5(图1)。去除磁体5的一部分，以便能实现对定子齿6的较好观察。
47.定子3的特别是环形的回锁元件12可以由为此通常的材料构成。
48.反之，齿芯10构造为混合元件并且具有芯填充物13和芯套14，所述芯套能较好地
从图5看出，图5与图4一起示出定子齿6的第一种实施变型方案。
49.在这里要指出：下面仅描述定子齿6。这些实施方案也可以转用到转子4的其他定子齿6上，因为优选全部定子齿6相同地构造。
50.芯套14在示出的实施变型方案中与齿顶8一件式地构造。此外，齿根9部分地通过回锁元件12构成。为此，回锁元件12具有空隙部，定子齿6形锁合地容纳在所述空隙部中，如这能特别是从图5中的横剖图看出。在此，齿根9的不突出于齿芯10的部分通过芯套14构成。然而，要参阅前述实施方案，据此齿根9可以具有齿顶8的形状。
51.芯套14(以及在这些实施变型方案中的齿顶8)由smc材料(soft magnetic composite，软磁复合材料)构成。所述芯套优选粉末冶金地制造并且能实现损耗少的三维的磁通引导。因为这样的方法本身是已知的，所以对此的其他描述是多余的。
52.smc材料长久以来是已知的。所述smc材料是由软磁材料构成的粉末，其表面以电绝缘的层覆盖。这些粉末通过挤压加固成软磁的构件。smc粉末具有颗粒，所述颗粒包括芯，所述芯由一个绝缘层或多个绝缘层包围，或者说由芯和至少一个绝缘层构成。必要时可以在绝缘层的外部上还施加粘合剂层，利用所述粘合剂层，各个颗粒可以相互连接。
53.smc粉末颗粒的芯可以具有纯铁或者说由此构成。但是，另外的可磁化的材料或者说合金也能用作芯，例如通常用于制造电工板的铁合金。
54.这种芯完全由所述至少一个绝缘层包围。所述至少一个绝缘层可以是有机的(例如硅有机漆)、或金属有机的或无机的性质，例如氧化层、硅酸盐层、磷酸盐层。在多个绝缘层的情况下，所述绝缘层也可以由不同的材料构成，例如选自所述材料。
55.一个绝缘层或多个绝缘层可以具有0.01μm至800μm之间的平均层厚度(由至少十个单值构成的算术平均值)。
56.必要时存在的粘合剂层可以是聚合物层、例如ptfe、蜡等。
57.原则上，smc粉末的这种构造同样从现有技术已知，从而对此的其他描述是多余的。
58.反之，定子齿6的芯填充物13由与smc材料不同的铁基材料构成或者说包括所述铁基材料。例如可以使用电工板，如其对于具有变换的磁场的电动机器和磁环路以已知的方式使用的那样。
59.按照定子齿6的上面描述的实施方案的一种实施变型方案，也仅一个所述端部区段、特别是齿顶8可以由smc材料构成。在这种情况下，齿外套14由芯填充物13的材料构成或者说由其制成。
60.优选地，芯填充物13将由齿外套14包围的体积填充到90％至100％、特别是100％。
61.按照定子3的一种优选实施变型方案，芯填充物13通过由多个板材15构成的板组构成。为此，可以已知地使用电工板、亦即例如非取向的磁性的钢板。为了功率提高，按照另一种实施变型方案可以使用晶粒取向的磁性的(钢)板材。晶粒取向的板材15本身从现有技术已知，从而对此参阅。这些板材的结晶学的取向在应用于定子齿6的芯填充物13时沿轴向方向构造。
62.板材15优选具有选自0.05mm至0.5mm的范围的板厚度。所述板材15的宽度和长度通常明显大于板厚度。
63.板材15以垂直于定子齿6的端部区域地延伸的方式设置。所述板材则在芯套14中
直立地设置，如这从图4和图5可看出。此外，每个板材15的通过长度和宽度定义的面优选垂直于径向方向16地通过定子齿6取向地设置在定子齿6或定子3中，如这在图4中示出。板材15的侧向的端面则大致沿定子3的周向方向17指向。“大致”在此指的是：要考虑定子3的环形构造。
64.按照一种实施变型方案可以规定：板组由缠绕的板材制造。为此，板材缠绕到芯轴上。由芯套14包围的空腔在这种情况下也可以具有梯形的横截面(沿轴向方向7的方向观察)。
65.在这里要提到：概念“缠绕”和“卷起”关于由金属带制造的板组同义地使用。
66.通过金属带的缠绕形成板组，所述板组由沿径向方向相叠地设置的板材板构成(直接在缠绕之后，板材板由于带缠绕还连在一起)。为了较好地操作缠绕的板组，特别是当由此制造芯填充物13时，板材板可以相互连接。所述连接例如可以通过对板材板相互的冲压打包、压制、一般通过板材板相互的夹紧等进行。但是，除了这种方式的连接，板材板也可以仅由于板材板之间的摩擦被连接。为此，金属带可以在拉力下缠绕。附加于形锁合的或者说力锁合的连接方式，板材板也可以材料锁合地连接，例如通过点焊、粘接、烘烤等。为了烘烤，将所谓的烤漆至少在一侧施加到金属带上并且此后在提高的温度时经由所述漆建立所述连接。在此，所述漆可以同时构成板材板之间的电绝缘部。但一般也可能的是：在板材板之间例如以条形设置电绝缘部，所述条可以与金属带一起缠绕。
67.用于将板材板相互连接并且用于相互隔热的实施方案可以在本说明书的范围内一般应用于所述板组。
68.存在如下可能性：板组由具有不同宽度的板材构成，即构造为在俯视图中观察“阶梯形的”板叠。为此，各个板材15可以以对应的形状从较大的板材冲出或从板条以正确的宽度切下。在这种情况下，芯套14的侧壁可以在容纳板组的空腔上以阶梯部实施，如这从图2和图3可看出。各个板材15可以实施为矩形的条，所述条可以在仓中松地保持并且在组装过程中插入到芯套14的空腔中。
69.在图6至图10中示出转子2或定子齿6的其他的并且必要时本身独立的实施变型方案，对于相同的部件又使用与在之前的图1至图5中相同的附图标记或者说构件名称。为了避免不必要的重复，为此指出或者说参阅对图1至图5的详细描述。
70.在定子3或者说定子齿6的在图4和图5中示出的实施变型方案中，芯套14仅构成用于芯填充物13的罩。换句话说，用于容纳芯填充物14的空腔在上面和下面敞开，即用于容纳芯填充物13的空隙构造为通过定子齿6的缺口。芯套14构成用于芯填充物13的套筒。
71.图6和图7区别于此地示出定子3的定子齿6的一种实施变型方案(图2和图3)，其中，芯套14具有用于容纳芯填充物13的盲孔。芯套14在这个实施变型方案中则不仅构成用于芯填充物13的罩，而且构成覆盖物。所述覆盖物与罩一件式地构造。因此，定子齿6在端部区域中完全以smc材料封闭地实施。
72.为完整起见要提到：smc材料用作流收集器。
73.一般对于本发明的全部实施变型方案可以适用：芯套14的壁厚18为至少2mm。但是，这个壁厚可以根据变型方案和机器结构尺寸也是较大的。
74.所描述的覆盖物的壁厚19可以为2mm至10mm之间。
75.(环形的)回锁元件12(图2和图3)可以实施为紧凑的板。按照定子3的在图8中示出
的一种实施变型方案可以规定：回锁元件12实施为卷起的板材、即实施为卷起的板条20。按照另一种实施变型方案，这个回锁元件12也可以构成定子齿6的一个端部区域。回锁元件12可以由仅唯一一个板条20制造。
76.卷起的板条20的板厚度可以为0.05mm至0.5mm之间。
77.利用这个实施变型方案可以明显减少或几乎消除用于制造回锁元件12的冲压废料。此外，也可以使用用于回锁元件12的各向异性的材料。同样可能使用各向同性的材料。
78.按照定子3的对此的一种实施变型方案可以规定：回锁元件12由卷起的晶粒取向的电工板构成，结晶学的优先方向沿切向方向构造。
79.如在图8中表示和在图9中示出的那样，定子齿6可以简单地套装到回锁元件12上(或嵌入到回锁元件的对应的槽中)并且与此连接、例如粘接。
80.尽管在图9中按照图4和图5的定子齿6的实施变型方案以用于板材15的连续的空隙部示出，定子齿6还可以不同地实施，特别是设有盲孔，如这对于在图6和图7中的实施变型方案示出。
81.可能的是：在按照图9的定子3的实施变型方案中，不仅对于板材15而且对于回锁元件12、即特别是板条20也使用各向异性的材料。同样可能使用各向同性的材料。
82.按照在图10中示出的对此的一种实施变型方案，存在如下可能性：回锁元件12和芯填充物13相互一件式地构造。回锁元件12在这里同样由(唯一一个)卷起的板条20制造。在这种情况下，对于回锁元件20和芯填充物13的板材15特别是使用各向同性的材料。
83.尽管在图10中按照图4和图5的定子齿6的实施变型方案以用于板材15的连续的空隙部示出，定子齿6还可以不同地实施，特别是设有盲孔，如这对于在图6和图7中的实施变型方案示出。
84.在图11中示出轴流机1的另一种实施变型方案。不同于在按照图1的轴流机1的实施变型方案中，该轴流机不是具有两个转子4，而是仅具有一个转子4。转子4沿轴向方向观察设置在两个定子4之间，所述定子对应于本发明地构造。所述转子在两侧以多个磁体5(永磁体)装备。两个定子4这样设置，使得回锁元件12分别设置在定子3的背离转子4的那侧上、即外部。
85.按照本发明的定子3例如可以在用于机动车或飞机的牵引机中使用。
86.所述实施例示出定子3或者说定子齿6的可能的实施变型方案，各个实施变型方案彼此的组合也是可能的。
87.按规定最后要指出：为了较好地理解轴流机1的构造，定子3或者说定子齿6不强制地按比例示出。
88.附图标记列表
[0089]1ꢀꢀꢀ
轴流机
[0090]2ꢀꢀꢀ
壳体
[0091]3ꢀꢀꢀ
定子
[0092]4ꢀꢀꢀ
转子
[0093]5ꢀꢀꢀ
磁体
[0094]6ꢀꢀꢀ
定子齿
[0095]7ꢀꢀꢀ
轴向方向
[0096]8ꢀꢀꢀ
齿顶
[0097]9ꢀꢀꢀ
齿根
[0098]
10
ꢀꢀ
齿芯
[0099]
11
ꢀꢀ
线圈绕组
[0100]
12
ꢀꢀ
回锁元件
[0101]
13
ꢀꢀ
芯填充物
[0102]
14
ꢀꢀ
芯套
[0103]
15
ꢀꢀ
板材
[0104]
16
ꢀꢀ
方向
[0105]
17
ꢀꢀ
周向方向
[0106]
18
ꢀꢀ
壁厚
[0107]
19
ꢀꢀ
壁厚
[0108]
20
ꢀꢀ
板条。