包括具有径向延伸的金属板区段的定子的轴向通量型电机的制作方法

1.本发明涉及轴向通量型电机，优选地涉及用于纯电动机动车辆或混合动力机动车辆的传动系的轴向通量型电机，所述轴向通量型电机包括环形的定子和两个转子元件，这两个转子元件安装成能够相对于定子绕(公共的)旋转轴线旋转，其中，第一转子元件布置成在轴向上(沿着旋转轴线)邻近于定子的第一(轴向)端面，并且第二转子元件布置成在轴向上邻近于定子的第二(轴向)端面，并且其中，定子具有多个定子芯(优选地沿径向方向设计成楔形形状)，这些定子芯沿绕旋转轴线延伸的圆形线的周向方向分布。


背景技术：

2.一般的轴向通量型电机根据现有技术已经是众所周知的。例如，wo2018/015293a1公开了一种用于轴向通量型电机的定子，该轴向通量型电机具有由多个板材形成并设置有齿部的定子部分。
3.其他的现有技术例如根据wo 2014/166811 a2是已知的，其公开了一种轻量的轴向通量型电机，在该轴向通量型电机中，多个定子齿部在端部区域中经由相应的环形结构连接至彼此，并且连接至在外侧径向地环绕定子的壳体。因此，借助于在轴向方向上横向于定子芯布置的板材来构造定子芯已经是已知的。
4.然而，已经示出的根据现有技术已知的这些设计的缺点在于，所需方向上的现有磁阻通常仍然相对较大。此外，在磁芯中形成涡电流(在边缘区域中容量增加)，这是由绕组中的交流电流以及由来自转子的磁场引起的。此外，在某些情况下，机械强度相对较低。


技术实现要素：

5.因此，本发明的目的是弥补根据现有技术已知的缺点，并且特别是提供一种具有尽可能稳定的定子芯的轴向通量型电机，其中，同时在所需方向上减小磁阻，并且避免不期望的涡电流。
6.根据本发明，这是如此实现的：至少一个定子芯具有多个径向延伸的金属板区段，这些金属板区段在周向方向上堆叠在彼此的顶部上并且具有板状设计，其中，所有的金属板区段在它们的在周向方向上彼此背离的两个周向侧部上被由软磁复合材料构成的覆盖部段环绕。
7.这产生了几个优点。侧部覆盖部段减少了涡电流。由于轴向方向上的低的磁阻，中央金属板区段确保了轴向方向上的高的磁通量密度。由于金属片和复合材料在轴向方向上的磁阻不同，转子的制动扭矩减小。由于在定子芯中在周向方向上的增加的磁阻，转子上的由于与理想几何结构的偏差而产生的不对称的力进一步减小。
8.其他有利的实施方式通过从属权利要求而要求保护，并且在下面更详细地解释。
9.因此，如果至少一个定子芯包括几组金属板区段，其中，不同组的金属板区段的径向延伸不同，这也是有利的。这使得容易实现阶梯式叠片芯布置结构。
10.因此，如果金属板区段以这样的方式被设计和布置成使得获得叠片芯布置结构，
该叠片芯布置结构在周向方向上的延伸以径向方向上的一个或更多个阶梯部变化，则是进一步有利的。
11.在这种情况下，已经证明特别有利的是，除了从(定子芯的)径向内侧连续地延伸至(定子芯的)径向外侧的第一组多个彼此设计相同的金属板区段之外，至少一个定子芯具有第二组多个第二金属板区段，其中，第二金属板区段具有比第一金属板区段短的径向延伸，并且第二金属板区段朝向第一组第一金属板区段的第一周向侧部布置。这进一步减小了磁阻。
12.在这方面，同样有利的是，在全部的第一金属板区段的背离第一周向侧部的第二周向侧部上，布置有第三组多个第三金属板区段，其中，第三金属板区段具有比第一金属板区段短的径向延伸。
13.如果至少一个定子芯的第一金属板区段被设计为彼此相同的部件，则以特别经济的方式进行批量生产是可能的。
14.在这种情况下，如果第二金属板区段和/或第三金属板区段被设计为彼此相同的部件，则也是有利的。
15.优选地，多个定子芯被设计成相同的。
16.如果覆盖部段中的一者或者两个覆盖部段具有带有沿周向方向突出的至少一个突出部的极靴轮廓，则实现了用于减小磁阻的进一步优化的轮廓。
17.在这方面，如果至少一个突出部被设计成径向延伸的肋部，则也是有利的。
18.如果覆盖部段在径向方向上向内渐缩，则可以容易地制造定子芯的楔形形状。
19.此外，如果每个定子芯设置有定子绕组，其中，该定子绕组形成几个轴向邻近的绕组环路，并且各个绕组环路相对于其周向侧宽度在径向方向上向内变窄，则是有利的。
20.在这种情况下，如果定子绕组平行于第一覆盖部段的(优选平坦的)周向表面朝向第一周向侧部延伸，以及/或者定子绕组平行于第二覆盖部段的(优选平坦的)周向表面朝向第二周向侧部延伸，则是有利的。
21.如果覆盖部段以与由金属板区段形成的叠片芯布置结构的轮廓互补的方式形成在叠片芯布置结构的面向金属板区段(周向侧部)的侧部上，则也是有利的。
22.换言之，根据本发明，使用径向延伸的电气板材(金属板区段)实施用于轴向通量型电机的定子。定子芯的金属片径向地延伸。定子芯在周向方向上覆盖有smc材料(smc＝“软磁复合材料”)。
附图说明
23.现在下面将参照各种附图更详细地解释本发明，在该上下文中还示出了各种示例性实施方式。
24.在附图中：
25.图1示出了根据本发明的轴向通量型电机的立体视图，该视图是根据第一示例性实施方式沿纵向方向切开的，其中，可以清楚地看到该轴向通量型电机的结构，
26.图2示出了多个定子芯中的一个定子芯的从其径向外侧的完整的立体视图，如图1的轴向通量型电机中使用的定子芯，
27.图3示出了定子芯的从其前侧的视图，
28.图4示出了插入在定子芯中的第一金属板区段的立体视图，
29.图5示出了插入在定子芯中并且由软磁复合材料制成的第一覆盖部段的立体视图，
30.图6示出了由定子芯以及环绕定子芯的定子绕组形成的部分组件的立体视图，
31.图7示出了包括根据第二示例性实施方式设计的定子芯以及环绕该定子芯的定子绕组的部分组件的立体视图，
32.图8示出了根据第二示例性实施方式的定子的线圈布置结构的立体视图，其中，缠绕有线圈绕组的多个定子芯沿周向方向布置成一排，以及
33.图9示出了图8中所示出的整个线圈布置结构的前视图。
34.这些附图在本质上仅是示意性的，并且仅用于理解本发明。相同的元件设置有相同的附图标记。此外，不同的示例性实施方式的特征原则上可以彼此自由地组合。
具体实施方式
35.图1示出了根据优选的第一示例性实施方式的根据本发明的轴向通量型电机1的结构。在其优选的应用中，轴向通量型电机1用于机动车辆的传动装置中。因此，相应的机动车辆被实施为纯电动机动车辆或混合动力机动车辆。
36.下面所使用的方向信息是指轴向通量型电机1的两个转子元件4a、4b的中心旋转轴线3。因此，轴向方向是沿着/平行于旋转轴线3的方向，径向方向是垂直于旋转轴线3的方向，以及周向方向是沿着绕旋转轴线3同轴地延伸的恒定直径的圆形线的方向。
37.根据轴向通量型电机1的结构，该轴向通量型电机具有基本上环形的定子2，该定子完全沿周向方向旋转(图1)。可以看出，定子2的厚度(轴向延伸)小于其高度(径向厚度/环的高度)。在其他实施方式中，轴向延伸也可以大于/长于定子2的环的径向高度。
38.除了定子2之外，两个转子元件4a、4b是轴向通量型电机1的部件，如已经提及的。第一转子元件4a朝向定子2的第一(轴向)端面5a布置。定子2的轴向地背离第一端面5a的第二(轴向)端面5b设置有第二转子元件4b。转子元件4a、4b各自以基本上相同的方式实施。两个转子元件4a、4b各自具有盘状的主体23以及沿周向方向分布的多个磁体24(永久磁体)，这些磁体24布置在转子元件4a、4b的面向定子2的轴向侧部上。转子元件4a、4b被安装成能够以典型的方式相对于定子2绕旋转轴线3旋转。
39.同样如图1中所示出的，定子2配备有沿旋转轴线3的周向方向分布的多个定子芯6。定子芯6被实施为相同的部件。每个定子芯6用于容纳定子绕组21，该定子绕组具有沿轴向方向并排布置的几个绕组环路22(图6)。定子芯6和定子绕组21通常形成定子线圈25/线圈布置结构。定子线圈25沿周向方向均匀地布置且连续地分布。定子线圈25在径向方向上朝向定子线圈的内侧渐缩。因此每个定子线圈25，即每个定子芯6和每个定子绕组21，具有沿着定子线圈的径向延伸看到的在周向方向上减小的楔形延伸。
40.在图1至图3的整体考虑中，还可以看出，根据本发明，每个定子芯6具有沿旋转轴线3的径向方向对准/延伸的几个第一金属板区段7。每个第一金属板区段7沿着定子芯6的整个径向长度延伸或者直接形成定子芯6的径向端部。在图4和图7中，作为另外的第一金属板区段7的示例示出了第一金属板区段7。第一金属板区段7在形状上被设计成矩形并且第一金属板区段在径向方向上具有比在轴向方向上大的延伸(优选地从200mm的外径开始)，
然而这不是强制性的。几个第一金属板区段7在周向方向上堆叠在彼此的顶部上以形成叠片芯，并且几个第一金属板区段各自以典型的方式借助于中间绝缘层彼此绝缘，为了清楚起见，此处没有进一步示出该中间绝缘层。
41.第一金属板区段7被实施为相同的部件。在该第一实施方式中，第一金属板区段7形成叠片芯布置结构12，该叠片芯布置结构在定子芯6的整个径向高度(周向方向上的延伸)上具有恒定的厚度。
42.除了第一组第一金属板区段7之外，各个定子芯6还具有两个楔形形状的覆盖部段11a、11b，每个覆盖部段均由软磁复合材料制成。第一覆盖部段11a应用于第一金属板区段7组的第一周向侧部10a，而第二覆盖部段11b应用于第一金属板区段7组的第二周向侧部10b。
43.两个覆盖部段11a、11b相同地形成，其中，图5中出于代表性目的图示了第一覆盖部段11a。因此，第一覆盖部段11a被设计成在周向方向上在邻接第一金属板区段7的侧部上具有平坦的支承表面17。朝向在周向方向上背离同一定子芯6的金属板区段7的侧部(第一周向侧部10a)，第一覆盖部段11a形成(第一)周向表面18a。周向表面18a在其轴向侧部上由一个突出部16a、16b界定，每个突出部形成极靴轮廓15。两个突出部16a、16b沿周向方向突出。每个突出部16a、16b形成沿径向方向(在定子芯6的整个径向高度上)延伸的肋部。
44.如图6中进一步所示出的，定子绕组21平行于并邻近于第一周向表面18a与第一部段19一起延伸。定子绕组21平行于并邻近于第二覆盖部段11b的(第二)周向表面18b与第二部段20一起延伸。
45.在图7至图9中，示出了另外的第二示例性实施方式。根据第二示例性实施方式，不仅在各个定子芯6中设置了第一组第一金属板区段7，而且还存在第二组第二金属板区段8和第三组第三金属板区段9。第二金属板区段8朝向第一周向侧部10a、直接邻接第一金属板区段7布置。第三金属板区段9朝向第二周向侧部10b、直接邻接第一金属板区段7布置。在该实施方式中，第二金属板区段8和第三金属板区段9是相同的/被设计为相同的部件。
46.然而，第二金属板区段8和第三金属板区段9在径向方向上比第一金属板区段7短。第二金属板区段8和第三金属板区段9基本上被实施为径向高度减半的第一金属板区段7。每个第二金属板区段8和每个第三金属板区段9分别形成定子芯6的外径向端部并且朝向径向外侧14敞开。整个金属板区段7、8、9因此布置成形成在径向方向上呈阶梯状的叠片芯布置结构12。在该实施方式中，叠片芯布置结构12是单阶梯状的，即该叠片芯布置结构在周向方向上的厚度/延伸在径向高度处减小以形成阶梯部26。然而，在其他实施方式中，还设置了(不同径向高度处的)多个阶梯部。
47.相应的第二金属板区段8和第三金属板区段9被覆盖部段11a、11b沿周向方向并朝向径向内侧13覆盖。因此，在第二示例性实施方式中，覆盖部段11a、11b具有反向阶梯部27，该反向阶梯部被设计成与阶梯部26互补。
48.各种示例性实施方式的金属板区段7、8、9各自由电气板材制成。
49.换言之，根据本发明，提出了板材8、18、19径向地延伸并且在周向方向上通过smc(覆盖部段11a、11b)横向地覆盖。
50.图2示出了没有绕组的单个定子齿部6。定子齿部6包括中央区域，该中央区域包括沿周向方向堆叠的铁板7，其中，各个板层7彼此电绝缘。各个板7各自大致沿径向方向和轴
向方向延伸(形成大致垂直于周向方向的对应表面)。
51.在周向方向上，堆叠的板7由磁导率良好但电导率差的材料(例如，smc＝软磁复合材料)封围或覆盖。例如，这些材料部段11a、11b被示出为楔形形状的部件，它们在周向方向上在两个侧部上抵靠板7、12堆搁置并且固定至板7、12。
52.图3示出了相同的结构，但是是从轴向方向的平面视图，而不是3d视图。图4以3d视图显示了单个板7以及板7在定子芯6中的取向。
53.图5示出了侧部部件11a，该侧部部件由磁导率良好但电导率差的材料(例如，smc＝软磁化合物)制成。侧部部件11a、11b在轴向方向的端部处具有用于形成极靴的轮廓16a、16b、15。用于接纳定子齿部6的绕组21的区域18a、18b位于极靴的两个轮廓16a、16b之间。侧部部件11a、11b也可以包括几个单独的部件(例如，通过垂直于轴向方向将它们分开，使得这些部件可以通过沿轴向方向移动它们来连结)，其中，为了清楚起见，此处没有单独示出。
54.图6示出了由电绕组21补充的单个定子齿部6。此处示出了单齿部绕组21，但是其他绕组形式也是可能的。在子齿部6的中央的板7在齿部6的整个径向高度上具有恒定的堆叠高度。
55.图7还示出了具有单齿部绕组21的定子齿部6。与图6相比，中央叠片芯12在不同的径向高度处具有不同的堆叠高度(在这种情况下为两个不同的堆叠高度)。当然，在较高的生产成本的情况下，堆叠高度的更多阶梯部26也是可能的。由于整个齿部6中的电气板材的比例较高，不同的堆叠高度允许轴向方向上的改进的磁通量。
56.图8示出了3d视图，其中几个定子齿部6连结在一起以形成完整的定子2。各个定子齿部6在围绕转子4a、4b的旋转轴线3的周向方向上布置成环形形状。
57.图9在旋转轴线3的方向上以平面视图示出了与图8相同的结构。此处示出的是在定子2的不同径向高度处具有两个不同的堆叠高度的板7、8、9的定子齿部6。绕组21与不同相的连接在此未示出。
58.在图1中，定子2补充有右转子和左转子4a、4b。布置在护铁的表面上的磁体24在截面中是可见的。未示出用于定子齿部6的机械支承件(例如，借助于塑料套筒)、转子4a、4b的轴承以及输出轴。
59.附图标记说明
60.1轴向通量型电机2定子3旋转轴线4a第一转子元件4b第二转子元件5a第一端面5b第二端面6定子芯7第一金属板区段8第二金属板区段9第三金属板区段10a第一周向侧部10b第二周向侧部11a第一覆盖部段11b第二覆盖部段12叠片芯布置结构13内侧14外侧15极靴轮廓16a第一突出部16b第二突出部17支承表面18a第一周向表面18b第二周向表面19第一部段20第二部段21定子绕组22绕组环路23主体24磁体25定子线圈26阶梯部27反向阶梯部。